Orientador : Prof. Dr. Luiz Fernando de Lima Luz Junior / Coorientador : Prof. Dr. David Alexander Mitchell / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/03/2016 / Inclui referências : f.101-108 / Resumo:A fermentação em estado sólido (FES) demonstra grande potencial por apresentar grande produtividade volumétrica e baixos custos de operação. Porém existem grandes desafios para que esta rota de produção seja aplicada em grandes escalas. Corridas de fermentação e testes para a larga escala são demasiadamente caras e demoradas e, devido a isto, os modelos matemáticos e as simulações computacionais tornam-se ainda mais importantes para a superação destes desafios. As técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) estão cada vez mais acessíveis, contudo não se encontra na literatura nenhuma aplicação do CFD em sistemas de FES. No trabalho atual, utilizou-se o software comercial de fluidodinâmica computacional ANSYS Fluent® 16.0 para desenvolver um modelo matemático para a transferência de calor e massa, juntamente ao crescimento microbiano em um biorreator em escala piloto de leito fixo. As simulações levam em consideração a dinâmica do fluxo em meios porosos, o não equilíbrio térmico e de concentrações de água entre as fases sólida e gasosa, o crescimento da biomassa (microrganismo), a geração de calor e água metabólicos, e a variação da permeabilidade do leito ao longo do tempo. Este modelo foi manualmente incluído no software por meio de UDFs (User Defined Functions). O uso do CFD apresenta a vantagem de prever possíveis gradientes de temperatura e de transferência de massa radiais gerados pela geometria complexa do sistema. A geometria foi baseada no biorreator piloto localizado nas instalações da Universidade Federal do Paraná. Ela foi desenhada em 3D no software ANSYS ICEM CFD® 16.0 e transportada para o Fluent para configurar todas as condições de operação. Baseou-se as simulações em dois experimentos de condições distintas, visando representá-los e compará-los aos resultados obtidos por CFD. Um experimento de FES foi promovido através do cultivo do fungo Aspergillus niger no biorreator piloto, cujas condições iniciais foram aplicadas para a simulação final do cultivo. Para a obtenção de parâmetros de permeabilidade, foram feitas medições de perda de carga em corridas de fermentação no biorreator piloto. O valor da perda de carga predita é similar à medida no experimentalmente. O mesmo modelo matemático foi capaz de descrever coerentemente as dinâmicas de transferência de calor e massa de ambos os experimentos. A predição do crescimento biológico ao longo do cultivo também produziu perfis de concentração de biomassa e de temperatura do leito concordantes com observações experimentais. Desta forma, se desenvolveu um meio robusto e confiável de testar condições de operação para produções de larga escala em biorreatores de fermentação em estado sólido. Palavras-Chave: Fermentação em Estado Sólido, FES, Fluidodinâmica Computacional, CFD, ANSYS Fluent. / Abstract: Solid-state fermentation (SSF) has potential advantages for the production of certain biotechnological products, due to its large volumetric productivity and low operating costs. However, there are major challenges in obtaining adequate heat and mass transfer when this fermentation method is used at large scales. Mathematical models and computer simulations are useful tools for designing strategies to overcome these challenges, given the cost of large-scale fermentation experiments. It is therefore surprising that, to date, there are few examples of the application of computational fluid dynamics (CFD) to SSF bioreactors. In the current work, we used the commercial CFD software ANSYS FLUENT® 16.0 to develop a mathematical model for heat and mass transfer along the microbial growth in a pilot-scale packed-bed bioreactor. On the simulation were taken into account: the dynamics of airflow in the porous substrate bed; the lack of thermal and moisture equilibrium between the solid and gas phases; and the influence of the biological growth on the solid consumption, bed porosity and permeability and on the balances due the metabolic heat and water productions The model was inserted into the commercial CFD software ANSYS Fluent® 16.0 through UDF's (user defined functions). CFD models can predict radial temperature and mass transfer gradients in complex geometries of flow. The mesh and geometry were based on the pilot-scale bioreactor, located at the Federal University of Paraná facilities. The 3D geometry was drawn using ANSYS ICEM CFD® 16.0 and exported to Fluent in order to set all the operational conditions. The simulation conditions were based on two different experiments, aiming to represent them and compare them to the obtained CFD results. A SSF experiment was performed by growing the fungus Aspergillus niger on the pilot-scale bioreactor, which initial conditions were applied on the final cultivation simulation. The permeability parameters were estimated by the pressure drop data taken from the SSF run. The predicted pressure drop values were similar to the experimental readings. The same mathematical model was capable of describe coherently the dynamics of mass and heat transfer of both experiments. The biological growth prediction over the cultivation also produced biomass concentration and temperature profiles showed to be accordant to the experimental observations. Thus, the work intends to provide the basis for the development of a robust and reliable model for testing operating conditions and control strategies for large-scale cultivation in SSF bioreactors. Keywords: Solid State Fermentation, SSF, Computational Fluid Dynamics, CFD, ANSYS Fluent

Orientador : Prof. Dr. Agnes de Paula Scheer / Coorientador : Profª. Drª. Michele Rigon Spier / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa : Curitiba, 13/09/2016 / Inclui referências : f. 97-107 / Resumo: Amilases são utilizadas como agentes de anti-endurecimento de produtos panificáveis, proporcionando maior maciez durante a vida útil, o que é especialmente interessante para pães industrializados, tais como o pão de forma. Vários tipos de equipamentos têm sido utilizados para prever o comportamento da massa durante a panificação. A complexidade dos requisitos significa que nenhum dispositivo é capaz de prever todas as propriedades e, portanto, novos testes são lançados continuamente. O equipamento Mixolab® Chopin realiza a mistura da massa em diferentes temperaturas, permitindo o estudo das propriedades da massa, tais como enfraquecimento, gelatinização, estabilidade do gel e retrogradação em um único teste. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito das enzimas comerciais ?-amilase fúngica e ?-amilase maltogênica na qualidade dos pães de forma durante o armazenamento (1º, 4º, 7º, 10º e 14º dias após a produção) e usando testes reológicos prévios com a inovadora ferramenta Mixolab®. O delineamento composto central rotacional (DCCR) 2², foi utilizado para avaliar a influência das enzimas comerciais ?- amilase fúngica (0 a 40 ppm) e ?-amilase maltogênica (0 a 120 ppm) nos pães e parâmetros reológicos, aplicando a metodologia de superfície de resposta. Superfícies de resposta e modelos matemáticos foram obtidos analisando as respostas: parâmetro C5 (Nm) do Mixolab, que corresponde a retrogradação, volume específco (cm³/g) e firmeza (N) dos pães. Os resultados mostraram efeito positivo na adição das enzimas ?-amilase fúngica e ?-amilase maltogênica (p<0,05) na redução do parâmetro C5 (Nm), aumento no volume específico (cm³/g) e diminuição da firmeza no 14º dia após a produção, utilizando o blend 40 ppm da ?-amilase fúngica + 60 ppm da ?-amilase maltogência. Palavras-chave: Pão de forma, amilases fúngica e maltogênica comerciais, firmeza de pães, reologia Mixolab®, produção de pães. / Abstract: Amylases are used as anti-staling agents in bakery products, providing increased softness during the shelf life, which is especially interesting for industrialized breads, such as pan bread. Several types of equipment have been used to predict dough behavior during breadmaking. The complexity of requirements means that no device is able to predict all the properties, and therefore, new tests are launched continuously. The equipment Chopin Mixolab® mixes the dough at different temperatures, allowing the study of dough mixing properties such as weakening, gelatinization, gel stability and retrogradation in one test. The objective of this study was to evaluate the effect of the commercial enzymes fungal amylase and maltogenic amylase on the quality of pan bread during storage (1st, 4th, 7th, 10th and 14th days after the production), and using the previous rheological analysis with the innovative tool Mixolab®. A 2² central composite rotational design (CCRD) was used to evaluate the influence of the commercial fungal (0 to 40 ppm) and maltogenic (0 to 120 ppm) enzymes on bread and rheological parameters, applying the response surface methodology. Surface responses and mathematical models were obtained analyzing the responses: the parameter C5 (Nm), that correspond to retrogradation, from Mixolab®, specific volume (cm³/g), and bread firmness (N). The results showed the positive effect of the addition of fungal ?-amylase and maltogenic ?-amylase (p<0.05) on reduction of C5 (Nm) parameter, increase of bread volume (cm³/g) on 14th day after the production, using the blend 40 ppm of fungal ?-amylase + 60 ppm maltogenic ?-amylase. Key-words: Pan bread, commercial fungal and maltogenic amylases, bread firmness, Mixolab® rheology, bread making

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-04-24. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:38Z : No. of bitstreams: 1 000834661_20160424.pdf: 178775 bytes, checksum: e83402273d2039126db47edb4b960cbf (MD5) Bitstreams deleted on 2016-04-25T15:55:55Z: 000834661_20160424.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-04-25T15:56:52Z : No. of bitstreams: 1 000834661.pdf: 6048415 bytes, checksum: fc79f798a7723d0f559f70f990ce533e (MD5) / Com a crescente demanda nacional e internacional de bioetanol combustível a indústria alcooleira carece de mais estudos que possam beneficiar a produtividade sem que haja aumento exacerbado de investimentos. Para tanto, faz-se necessário conhecimento bioquímico e fisiológico dos microrganismos, bem como otimização do meio de cultivo e das condições fermentativas. A análise proteômica, proposta neste trabalho, é uma ferramenta chave na elucidação das alterações sofridas pelo microrganismo quando exposto a adversidades como, por exemplo, dificuldade de aeração, baixa manutenção do pH e variações de teor de sacarose no mosto e no melaço de acordo com cada safra, casos recorrentes nos processos fermentativos industriais. Sendo assim, foi objetivo deste trabalho investigar as alterações bioquímicas sofridas por Saccharomyces cerevisiae linhagem CAT-1 cultivada em 30% (very high gravity fermentation) e 14% (high gravity fermentation) de concentração de sacarose. As análises foram realizadas por eletroforese bidimensional, seguida por espectrometria de massa (MALDI-TOF/TOF). Os resultados demonstram a presença de 22 spots protéicos diferenciais entre as duas condições no que diz respeito às análises quantitativas, qualitativas e estatísticas, dentre os quais quatro foram seqüenciados e correspondem às proteínas GRX1p, Rtc3p, ENO2p e ADH1p. Adicionalmente, a atividade invertásica foi analisada para a compreensão da repressão catabólica, sendo que a atividade enzimática atingiu seu pico de produção no tempo de 10h em cultivos contendo 30% de sacarose (13,68 ± 2,26U.ml-1). As análises de rendimento etanólico e viabilidade celular demonstram que cultivos contendo 30% de sacarose apresentam resultados vantajosos frente aos cultivos contendo 14% de sacarose, uma vez que proporcionaram um rendimento alcoólico de 15,99% e 99,2% de células viáveis ao final de cada... / Bacause of the national and international increasing demand for fuel ethanol, the alcohol industry needs more studies to benefit productivity without exacerbated increased investment. Therefore, it is necessary biochemical and physiological knowledge of the microorganisms and optimization of the medium and fermentation conditions. The proteomic analysis proposed in this work is a key tool in the elucidation of the changes suffered by the microorganism when exposed to adversity as, for example, aeration difficulty, low pH maintenance and sugar content of the mash and variations in molasses according to the harvest, recurrent situations in industrial fermentation processes. So, the aim of this study was to investigate the biochemical changes suffered by Saccharomyces cerevisiae CAT-1 grown by 30% (very high gravity fermentation) and 14% (high gravity fermentation) sucrose concentration. The analysis were performed by two-dimensional electrophoresis followed by mass spectrometry (MALDI-TOF/TOF). The results showed the presence of 22 differential protein spots between the two conditions with regard to quantitative analysis, qualitative and statistics analysis. Four of these spots were sequenced and correspond to GRX1p, Rtc3p, ENO2p and ADH1p. Additionally, the invertase activity was analyzed for understanding the catabolite repression and the enzyme activity reached its peak in 10 h in cultures containing 30% sucrose (13.68 ± 2,26U.ml-1). The ethanol yield and cell viability analysis showed that cultures containing 30% sucrose show advantageous results when compared to cultures containing 14% sucrose, once these cultures provided an ethanol yield of 15.99% and 99.2% viable cells at the end of each fermentation, very close to the theoretical values expected for an industrial process. Biomass and reducing sugars were also quantified.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-11-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:38Z : No. of bitstreams: 1 000820066_20161127.pdf: 260582 bytes, checksum: 1214c1d5961a88abe2c27c0ce6a9c3b6 (MD5) Bitstreams deleted on 2016-11-28T18:47:38Z: 000820066_20161127.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-11-28T18:48:22Z : No. of bitstreams: 1 000820066.pdf: 710399 bytes, checksum: 3b7031e74bc8974ce386cc7d807c7bc9 (MD5) / Atualmente, a biotecnologia é acompanhada dos estudos sobre o funcionamento, estrutura e utilização, principalmente na indústria, das enzimas obtidas a partir de microorganismos, o que têm despertado grandes interesses em pesquisadores da área. De modo especial, os fungos filamentosos vêm se destacando como grandes produtores de enzimas, principalmente o gênero Aspergillus, pertencente aos ascomicetos. Dentre as enzimas de interesse biotecnológico encontramos a tanino acil hidrolase (EC 3.1.1.20),, também conhecida como tanase, a qual pode ser produzida por fungos filamentosos, leveduras e bactérias. Desta forma, foi objetivo deste trabalho o estudo da produção de tanases pelo fungo filamentoso Aspergillus carbonarius padronizando-se as melhores condições físico-químicas para o crescimento do micro-organismo, visando a obtenção de tanases em níveis elevados assim purificando e caracterizando-as bioquimicamente. Os maiores níveis enzimáticos em FSS foram obtidos utilizando folhas de chá verde trituradas como fonte de carbono umedecidas com água de torneira (1:1 m/v) a 30°C por 3 dias.A tanase foi purificada 11,3 vezes com recuperação de 98%, após dois passos cromatográficos, DEAE-Celulose e Sepharose CL-6B. A enzima possui massa molar de 134,89 kDa com 50% de carboidratos. A temperatura ótima de atividade foi de 60°C e o pH ótimo foi 5,0. A tanase se mostrou bastante estável entre as temperaturas de 40°C a 65°C e em pH ácido. A atividade enzimática foi aumentada em 32% na presença de Ag+, e foi inibida por Mg+ , Fe2+, Zn2+, Al3+ e Cu2+ . Os parâmetros cinéticos foram analisados, sendo que a enzima apresentou maior afinidade pelo substrato metil galato (Km de 1,42mM) se comparado acido tânico (Km de 2,2mM). Portanto conclui-se que a tanase produzida por Aspergillus carbonarius possui um bom potencial biotecnológico e é promissora para o emprego industrial. / Nowadays, biotechnology is accompanied by functional, structural and application studies, mainly in industry, of microbial enzymes, which have aroused great interest in researchers around the world. Specially filamentous fungi have been highlighted as the major enzymes producers, mostly Aspergillus genera, an ascomycete. Among the enzymes of biotechnological interest we can found the tannin acyl hydrolase (EC 3.1.1.20), also known as tannase that can be produced by filamentous fungi, yeasts and bacterias. Acoording to the this objective of this work was to study the production of tannase by Aspergillus carbonarius standardizing the best physico-chemical conditions for the microorganism growth, in order to obtain high levels of tannase, purifying and characterizing them biochemically. The higher enzymes levels in SSF were obtained when it was used green tea leaves as carbon source moistured with tap water (1: 1 w / v) at 30° C for 3 days. Tannase was purified 11,3 fold with 98% of recover after two chromatographic steps: DEAE-celulose and Sepharose CL-6B. The enzyme has a molecular weight of 134,89 kDa with 50% of carbohydrates. The optimal temperature of activity was 60ºC and the optimal pH was 5.0. Tannase showed quite stability to temperatures between 40ºC and 65ºC and under acid pH. The enzyme activity was strongly inhibited by Mg+, Fe2+, Zn2+, Al3+ e Cu2+. The kinetic parameters were analyzed and the enzyme showed higher affinity to the substrate methyl gallate (Km 1.42mM) in it compared to tannic acid (Km 2.2mM). Therefore it is concluded that the tannase produced by Aspergillus carbonarius has great biotechnological potential and it is promising for industrial use.

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-04-10Bitstream added on 2014-11-10T11:58:42Z : No. of bitstreams: 1 000789730.pdf: 1573858 bytes, checksum: 593f15506319d381bde23a483911a173 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O ácido lático é um ácido orgânico amplamente utilizado em vários setores da indústria mas atualmente tem recebido grande atração uma vez que pode ser usado na produção de plásticos renováveis e biodegradáveis a partir do ácido polilático (PLA). Além disso, por serem biorreabsorvíveis, os biopolímeros de PLA podem ser empregados na medicina, na regeneração de tecidos, suturas, fixações de fraturas, reposição óssea, reparo de cartilagem, fixação de ligamentos e implantes. Neste trabalho foram analisadas três fontes de carbono (sacarose PA, caldo de cana e soro de queijo) e quatro fontes de nitrogênio (água de maceração de milho – AMM, autolisado de levedura, extrato de levedura e farinha de algodão – Pro-floo®) para a produção de L(+)-ácido lático utilizando-se o micro-organismo Lactobacillus casei Ke11. Para isto foi utilizado delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3x4, com quatro repetições. Os dados obtidos foram então submetidos à análise de variância pelo teste F e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Quando a sacarose foi suplementada com extrato de levedura foram obtidos ótimos valores para produção de L(+)-ácido lático e rendimento (87,09 g/L e 88%, respectivamente). O Planejamento de Plackett-Burman foi realizado com as variáveis sacarose, extrato de levedura, porcentagem de inóculo, fosfato de potássio, sulfato de magnésio, sulfato de manganês, acetato de sódio, citrato e Tween 80. As variáveis que tiveram efeito significativo na produção de L(+)-ácido lático foram o extrato de levedura, a porcentagem de inoculo e o Tween 80. Um delineamento composto central rotacional (DCCR) foi realizado, utilizando essas três variáveis significativas e a sacarose, com a qual foi possível concluir, pelas análises das superfícies de resposta, que para a obtenção de maior concentração de L(+)-ácido lático e menor concentração... / The lactic acid is a organic acid widely used in various industry sectors but currenty has received great interest since it can be used in the production of renewable and biodegradable plastics made from polylactic (PLA). Moreover, it can be bioresorbable, PLA biopolymers can be used in medicine, tissue regeneration, sutures, fixation of fractures, bone replacement, repair cartilage, ligament fixation and implants. In this paper three carbon sources (sucrose PA, sugarcane juice and cheese whey) and four nitrogen sources (corn steep liquor – CSL, yeast autolyzade, yeast extract and cottonseed meal -Pro-floo®) were analyzed for the L(+)- lactic acid production by Lactobacillus casei Ke11. A completely randomized design was used in 3x4 factorial with four replications. The results were then subjected to analysis of variance by F test and the means were compared by Tukey test at 5% probability. When the sucrose and yeast extract were used great results of L(+)-lactic acid production and yield were obtained (87,09 g/L and 88%, respectively). The Plackett-Burman planning was performed with the variables sucrose, yeast extract, percentage of inoculum, potassium phosphate, magnesium sulfate, manganese sulfate, sodium acetate, citrate and Tween 80. Tha variables that increase the L(+)-lactic acid production were the yeast extract, percentage of inoculum and Tween 80. A rotational central composite experimental design (DCCR) was made by using these three significant variables and sucrose, then is possible to conclude by observing the response surfaces that to obtain a greater amount of L(+)-lactic acid production and a smaller amount of residual sucrose the parameters of sucrose, yeast extract and percentage of inoculum should be 120 g/L, 40 g/L and 10%, respectively. The validation of the optimized medium was carried out in a shaker fermentation and the values obtained were: 112, g/L of L(+)-lactic acid production, 4,76 g/L/h of productivity and... / FAPESP: 11/16575-7

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-03-24Bitstream added on 2014-11-10T11:58:41Z : No. of bitstreams: 1 000789667.pdf: 2572740 bytes, checksum: d20014b7311f69058ab4714fc1a5d6c2 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A procura por novas espécies de leveduras capazes de fermentar pentoses é um dos desafios frente às dificuldades na tecnologia da produção de etanol de segunda geração. Além disso, a utilização de resíduos lignocelulósicos para tal fim requer uma etapa de hidrólise para a despolimerização da fração hemicelulósica. O emprego de ácidos tem sido utilizado frequentemente devido ao baixo custo e alta eficiência. Inibidores, no entanto podem também ser liberados juntamente com os açúcares, ocasionando inibição da atividade fermentativa das leveduras. Neste contexto, este estudo teve por objetivo realizar o isolamento de linhagens de leveduras de fontes naturais (caldo, bagaço e rizosfera de cana-de-açúcar, e palha de milho), a avaliação presuntiva da capacidade de fermentação de pentoses (Dxilose e L-arabinose) e a identificação da linhagem selecionada, a qual foi avaliada quanto à habilidade de crescimento e fermentação de pentoses utilizando meio sintéticos em diferentes condições ambientais assim como hidrolisados ácidos de bagaço de cana-de-açúcar. Dentre 350 isolados, 39 apresentaram atividade fermentativa de arabinose (56,4%) ou xilose (38,5%) ou ambas (5,1%). Uma das linhagens que apresentou fermentação tanto de arabinose quanto de xilose (código 311), isolada de caldo de cana-de-açúcar, foi identificada por meio da amplificação da região D1/D2 do gene 26S e da região ITS do DNA ribossomal como sendo da espécie Meyerozyma guilliermondii. Esta linhagem foi avaliada quanto à influência da fonte de carbono (glicose, xilose ou arabinose), pH (3,5; 4,5; 5,5) e temperatura (30 oC, 35 oC, 40 oC) sobre o crescimento, e à influência do pH (4,5; 5,5) e temperatura (30 oC, 35 oC) sobre a fermentação de xilose em concentrações variando de 40 g/L a 100 g/L em meios sintéticos. A variação nos valores de pH e temperatura não resultou em diferenças na velocidade específica de crescimento de... / The search for new yeast species able to ferment pentoses is one of the challenges towards the difficulties involving the technology on the production of second generation ethanol. Besides, the usage of lignocelulosic residues demands a step of hydrolysis for the depolymerization of the hemicelulosic fraction. Acids have been used frequently due to the low cost and high efficiency. However, inhibitors may also be released along with the sugars, inhibiting the fermentative activity of the yeasts. In this context, this study aimed to isolate yeast strains from natural sources (sugar cane juice, bagasse and rhizosphere, and corn straw), the presumptive evaluation of the pentose fermentation ability and the identification of the selected strain, which was evaluated regarding the ability to grow and ferment pentose by using synthetic media under different environmental conditions as well as acid hydrolysates obtained from sugar cane bagasse. Among 350 isolates, 39 displayed fermentative activity of arabinose (56.4%) or xylose (38.5%) or both (5.1%). One of the yeast strains that showed both arabinose and xylose fermentation (number 311), isolated from sugar cane juice, was identified by the amplification of D1/D2 region of the 26S gene and ITS region from the ribosomal DNA as Meyerozyma guilliermondii. This strain was evaluated regarding the influence of the carbon source (glucose, xylose or arabinose), pH (3.5; 4.5; 5.5) and temperature (30 oC, 35 oC, 40 oC) upon the growth, and the influence of pH (4.5; 5.5) and temperature (30 oC, 35 oC) upon the fermentation of xylose in concentrations ranging from 40 g/L to 100 g/L in synthetic media. Varying initial pH values and temperatures of incubation did not result in differences in the specific growth rate of M. guilliermondii when growing in 20 g/L arabinose, xylose or glucose. In fermentation assays, the increase in the xylose concentration did not bring about a higher alcohol production. A... / FAPESP: 08/5798-6 / CNPq: 574002/2008-1

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-21Bitstream added on 2014-11-10T11:58:41Z : No. of bitstreams: 1 000789737.pdf: 1804192 bytes, checksum: fa484a25d9a190305e09f0aa9e1e7ae6 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho apresenta um estudo sobre a produção de L(+) ácido lático por Lactobacillus rhamnosus B 103 utilizando diversas estratégias fermentativas com o objetivo de aumentar a produção. Foram também realizados estudos sobre o processo de purificação do ácido em questão. Foi utilizado o meio otimizado, essencialmente composto por resíduos da agroindústria: 60,00 g/L de lactose de soro de queijo (90,00 g/L de açúcares redutores totais), 45,00 mL/L de água de maceração de milho, 1,00 mL/L de Tween 80 e 0,075 g/L de sulfato de manganês. Foram realizados 4 tipos de fermentações em batelada: batelada simples, batelada alimentada por fluxo constante, batelada alimentada por pulso e batelada alimentada por pH-stat. Foram estudados os parâmetros cinéticos, de produção e produtividade. A fermentação com melhores resultados foi a batelada alimentada por pH stat, quando o meio de alimentação foi composto exclusivamente por resíduos da agroindústria (soro de queijo e água de maceração de milho). A produção foi de 143,70 g/L e a produtividade, para ácido lático, em 24, 48 e 96 horas foram 2,70; 2,25 e 1,49 g/L/h respectivamente. Para a fermentação em batelada a produção foi de 57,00 g/L, para a batelada alimentada por pulso foi de 98,90 g/L e para a batelada alimentada com fluxo constante foi de 80,45 g/L. Para a extração e purificação do ácido lático foram realizados estudos utilizando carvão ativado, troca iônica, nanofiltração e filtração à vácuo utilizando carvão ativado e celite. A dupla filtração à vácuo utilizando carvão ativado e celite apresentou melhor recuperação de ácido lático (71%), relação açúcares redutores/ácido lático de 0,5% e 100% de remoção de proteínas / This work presents study of production of L(+) lactic acid by Lactobacillus rhamnosus B 103 using different fermentative strategies with the aim of increase the production by fed batch fermentation. The study about the purification process of the lactic acid was also made. Optimized medium used was essentially composed of agribusiness residues: 60,00 g/L of lactose from whey (90,00 g/L of total reducing sugars), 45,00 mL/L of corn steep liquor, 1,00 mL/L of Tween 80 and 0,075 g/L of manganese sulfate. Four different kinds of batch fermentation were made: simple batch, constant feed rate fedbatch, pulse fed-batch and pH stat. The kinetic parameters of production and productivity were investigated during this study too. The best fermentation was the pH stat with feed medium containing only whey and corn steep liquor. The production was 143,70 g/L and the productivity for lactic acid in 24, 48 and 96 hours were 2,70; 2,25 and 1,49 g/L/h respectively. For the batch process the production was 57,00 g/L, for pulse fed-batch was 98,90 g/L and for constant feed fed-batch was 80,45 g/L. For extraction and purification of lactic acid different process were studied too: activated carbon, ion exchange, ultrafiltration, nanofiltration and vacuum filtration using activated carbon and celite. The double vacuum filtration using activated carbon and celite was the best process with recovery of lactic acid of 71%, lactic acid and reducing sugars relation of 0,5% and 100% of protein remotion / FAPESP: 11/15805-9

Leveduras do gênero Dekkera/Brettanomyces causam sérios problemas ao vinho, afetando as propriedades sensoriais do produto final. O objetivo deste trabalho foi investigar a capacidade de duas linhagens de Saccharomyces cerevisiae em inibir a atividade de Brettanomyces custersianus na vinificação em tinto e durante a fase inicial de envelhecimento, assim como investigar a capacidade deste microrganismo (Br. custersianus) em inibir a atividade metabólica de Sacch. cerevisiae. Foram realizadas vinificações com 4 inoculações diferentes. O tratamento 1 (T1) foi inoculado com a linhagem neutra Sacch. cerevisiae EMBRAPA 1vvt/97, T2-Sacch. cerevisiae EMBRAPA 91B/84 killer, T3-EMBRAPA 1vvt/97 e Br. custersianus, T4-EMBRAPA 91B/84 killer e Br. custersianus e T5-Br. custersianus. Também foram realizados, testes de velocidade fermentação, inibição ou estímulo do metabolismo e tolerância ao SO2. Durante a fase tumultuosa realizaram-se análises de açúcares redutores totais e etanol. Observou-se que durante todo o período da fermentação, o consumo de substrato de T1 e T2 foi mais rápido, do que em T3 e T4. A velocidade de fermentação da Br. custersianus (T5) foi muito inferior às demais linhagens. Mesmo com uma velocidade de crescimento baixa, a linhagem contaminante quando inoculada juntamente com Sacch. cerevisiae retarda a fermentação tumultuosa, podendo comprometer o processo de vinificação. Br. custersianus (T5) não teve sua atividade metabólica afetada na presença de 125 mg/L de SO2, logo conclui-se que as concentrações normalmente utilizadas no processo de vinificação, 30 a 70 mg/L, não seriam suficientes para impedir sua atividade. / Dekkera/Brettanomyces yeasts cause serious problems to the wine, affecting the sensorial properties of the final product. The objective of this work was to investigate the capacity of two strains of Saccharomyces cerevisiae in inhibiting the activity of Brettanomyces custersianus in the vinification in red wine and during the early stage of aging of the wine, as well as to investigate the ability of this microorganism (Br. custersianus) to inhibit metabolic activity of Saccharomyces cerevisiae. Vinifications were performed with 4 different inoculations. Treatment 1 (T1) was inoculated with the neutral strain Sacch. cerevisiae EMBRAPA 1vvt/97, T2-killer Sacch. cerevisiae EMBRAPA 91B/84, T3-EMBRAPA 1vvt/97 and Br. custersianus, T4-EMBRAPA 91B/84 and Br. custersianus and T5-Br. custersianus. There were also carried out tests of speed fermentation, inhibition or stimulation of metabolism and tolerance to SO2. During the tumultuous phase analysis was performed of total reducing sugars and ethanol. It was observed that throughout the period of fermentation, the substrate consumption in T1 and T2 was faster than in T3 and T4. The speed of fermentation of Br custersianus (T5) was much lower than the other strains. Even with a low rate of growth, the strain contaminant when inoculated with Saccharomyces cerevisiae. delays the tumultuous fermentation, being able to compromise the vinification process. Br. custersianus (T5) did not have its metabolic activity affected in the presence of 125 mg/L of SO2, then it was concluded that the concentrations normally used in the vinification process, 30 to 70 mg/L, would not be enough to prevent their activity.

Orientador: Pedro de Oliva Neto / Banca: Fumio Yokoya / Banca: Maria Helena Miguez da Rocha Leão / Banca: Jorge Horii / Banca: Dejanira de Franceschi de Angelis / Resumo: Neste trabalho duas linhagens de Saccharomyces cerevisiae PE-2 e M- 26 foram analisadas quanto à potencialidade de fermentação alcoólica sob condições de alto grau de estresse do mosto: 200 mg NaHSO3/L, 6 g de ácido lático /L, 9,5% (p:v) de etanol (conversão teórica) e pH 3,6. Foi verificado, ainda, o efeito do tratamento ácido (45min, pH 2,0) no metabolismo da linhagem PE-2 durante sua fermentação sob condições de alto grau de estresse. Desta forma, esta levedura foi submetida a valores de até 390 mg/L de metabissulfito de sódio, 6 g de ácido lático /L, 9,5% (p:v) de etanol (conversão teórica) e pH 3,6 durante processos fermentativos. Investigou-se, também, o potencial de fermentação alcoólica desta levedura em um pool de pH (3,5; 4,0; 4,5 e 5,0) em mostos com: 200 mg/L de metabissulfito de sódio, 6 g de ácido lático /L, 9,5% (p:v) de etanol (conversão teórica). Na última etapa deste trabalho foi estudado o efeito do contaminante Lactobacillus fermentum CCT 1396, do pH ácido no mosto e do tratamento ácido durante o processo fermentativo, no metabolismo de S. cerevisiae PE- 2. Para tanto, esta levedura foi analisada quanto ao potencial de fermentação alcoólica em pHs 3,8 ou 4,8, e submetida ao tratamento com ácido sulfúrico até atingir pH 2,5 em tempos de 1 h ou 2h. O pH baixo (3,6) foi o fator de maior impacto para o aumento de estresse das duas linhagens de leveduras testadas durante os processos fermentativos. A 114 linhagem S. cerevisiae M-26 apresentou maior produção de ácidos orgânicos que a outra. As duas linhagens de levedura tiveram um desempenho semelhante durante os processos fermentativos, não tendo diferenças significativas quanto à viabilidade celular e rendimento etanólico. O pH 3,6 associado ao tratamento ácido (pH 2,0 por 45 min) foi o fator de maior impacto para o aumento de estresse metabólico da linhagem PE-2 durante os... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: In this work two Saccharomyces cerevisiae strains, PE-2 and M-26, were analyzed for their alcoholic fermentation potential under must with high stress conditions: 200 mg NaHSO3/L, 6g lactic acid/L, 9.5% (p/v) ethanol (theoretical conversion) and pH 3.6. The effect of the acid treatment (45min, pH 2.0) in the PE-2 strain metabolism was also verified during fermentation under high stress conditions. This yeast was submitted up to 390 mg/L sodium metabisulfite, 6g lactic acid/L, 9.5% (p/v) ethanol (theoretical conversion) and pH 3.6 during the fermentation processes. The alcoholic fermentation potential of this yeast was investigated in a pool of pHs (3.5; 4.0; 4.5 and 5.0) in sugar cane musts with 200 mg/L sodium metabisulfite, 6 g lactic acid /L and 9.5% (p/v) ethanol (theoretical conversion). In the last stage of this work the effect of the contaminant Lactobacillus fermentum CCT 1396, the acid pH in the must and the acid treatment during the fermentation process in the S. cerevisiae PE-2 metabolism were also studied. In these conditions, the yeast was analyzed for its alcoholic fermentation potential in pHs 3.8 or 4.8, and submitted to a sulphuric acid treatment in pH 2.5 for 1h or 2h. Low pH (3.6) was the major impact factor in the increase of stress in both yeast strains during the fermentation processes. S. cerevisiae M-26 strain 116 produced more organic acids than PE-2. Both yeast strains had similar performance during the fermentation processes. There were no significant differences on cellular viability and ethanol yield. The pH 3.6 associated with acid treatment (45 min, pH 2,0) was the major impact factor for the increase of metabolic stress in PE-2 strain during the fermentation processes. The optimum pH zone for ethanol fermentation ranged from 4.0 to 5.0, with less residual sugar, residual protein and more ethanol yield and productivity... (Complete abstract, access electronic addres below) / Doutor

Orientador: Sandra Imaculada Maintinguer / Coorientador: Lorena Oliveira Pires / Banca: Denise Bevilaqua / Banca: Maria Bernadete Amâncio Varesche / Resumo: O glicerol bruto é um coproduto formado em volumes elevados na produção do biodiesel pela rota de transesterificação (cerca de 10% do volume total). Quando utilizado na forma bruta (baixo grau de pureza) é uma matéria-prima barata e renovável, podendo ser utilizada na produção de energia limpa, como na geração de H2. Entretanto, esse resíduo geralmente apresenta concentrações elevadas de sabões e metanol advindos do processo de obtenção do biodiesel. Devido a isto, o glicerol bruto foi codigerido com esgoto sanitário doméstico como estratégia para melhorar o rendimento de H2, fornecer nutrientes e diluir compostos potencialmente inibitórios. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi avaliar a geração de H2, Ácidos Graxos Voláteis (AGV's) e álcoois em reatores anaeróbios em batelada utilizando glicerol bruto, sem a aplicação de meio de cultivo sintético. Foram utilizados consórcios de bactérias geradoras de H2 provenientes de sistemas biológicos de tratamento de resíduo de avícola. O glicerol utilizado nos experimentos foi obtido a partir de transesterificação do óleo de cozinha doméstico reciclado, e, devido a isto, suas características físico-químicas representaram um grande desafio, uma vez que possuía contaminantes em concentrações elevadas, incluindo sabões e metanol. Previamente foi realizada a caracterização do glicerol. Os reatores foram alimentados com glicerol bruto diluído em esgoto sanitário nas seguintes concentrações (g DQO L-1): 20, 40, 60, 80, 160, 240 e 320... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Raw glycerol is a co-product formed at high volumes in biodiesel production by the transesterification route (about 10% of the total volume). When used in crude form (low purity) is a cheap and renewable raw material, and can be used in the production of clean energy, as in H2 generation. However, this residue usually presents high concentrations of soaps and methanol coming from the process of obtaining the biodiesel. Because of this, crude glycerol was co-digested with household sanitary sewage as a strategy to improve H2 yield, provide nutrients and dilute potentially inhibitory compounds. In this sense, the objective of this work was to evaluate the generation of H2, Volatile Fatty Acids (VFA) and alcohols in anaerobic reactors in batch using crude glycerol, without the application of synthetic culture medium. Consortia of H2-generating bacteria from biological systems of treatment of poultry residue were used. The glycerol used in the experiments was obtained from transesterification of recycled cooking oil, and due to this, its physico-chemical characteristics presented a great challenge, since it had contaminants in high concentrations, including soaps and methanol. The characterization of glycerol was previously performed. The reactors were operated with crude glycerol diluted in sanitary sewage in the following concentrations (g COD L-1): 20, 40, 60, 80, 160, 240 and 320. The removal of the Chemical Oxygen Demand (COD) and the consumption of glycerol were evaluated, ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre