Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho, Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:59:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_RafaelRamosde_D.pdf: 13239438 bytes, checksum: 3878b0150588cf72948be14b3f7dec47 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho é modelar um processo de produção de etanol a partir da fermentação de hidrolisado enzimático de bagaço concentrado com melaço de cana-de-açúcar. Para este propósito, foram realizadas 23 fermentações em batelada com e sem reciclo de células em várias temperaturas: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. O reciclo visa avaliar a influência da exposição da levedura S. cerevisiae ao hidrolisado contendo inibidores (especialmente ácido acético) por longos períodos de tempo, e com altas concentrações celulares. Para cada temperatura a primeira fermentação foi realizada com inóculo fresco e realizaram-se no mínimo 4 reciclos. Inicialmente avaliou-se um modelo desenvolvido em trabalho anterior (ANDRADE, 2007) para fermentação de melaço de cana. Este modelo não foi capaz de descrever novas fermentações na presença de alterações da matéria-prima, nem mesmo quando o substrato era melaço de uma safra diferente. Devido ao grande número de parâmetros (11) no modelo, desenvolveu-se uma metodologia de re-estimação, na qual os parâmetros mais sensíveis eram reajustados, e os menos sensíveis mantidos fixos, tornando a re-estimação mais simples. Para isso fez-se uma análise de sensibilidade paramétrica através de planejamentos de Plackett-Burman usando o software STATISTICA, variando os parâmetros cinéticos e calculando seus efeitos nos perfis de concentração de células, substrato e etanol. Os parâmetros mais relevantes nos perfis foram ?máx, Pmáx, Yx e Yp/x, os quais foram escolhidos para serem reajustados quando se alterava o substrato. Com o reajuste desses 4 parâmetros, foi possível descrever os dados experimentais da fermentação de melaço de nova safra com precisão. O mesmo algoritmo de re-estimação foi utilizado para ajuste dos parâmetros do modelo de fermentações de caldo hidrolisado concentrado com melaço. Além dos 4 parâmetros definidos como mais importantes (?máx, Pmáx, Yx ,Yp/x), re-estimou-se também o parâmetro Xmáx, já que no desenvolvimento do modelo original não foi considerado reciclo de células, havendo baixa concentração de biomassa. Acrescentou-se, ainda, ao modelo original, um termo para levar em conta a inibição por ácido acético, logo estimaram-se também os parâmetros relacionados. Após re-estimação dos parâmetros usando um algoritmo de otimização quasi-Newton desenvolvido em COMPAQ VISUAL FORTRAN, realizou-se nova análise de sensibilidade para verificar se os parâmetros mais sensíveis continuavam sendo os mesmos. Neste caso, o ?máx deixou de ser xviii relevante se a análise fosse feita no tempo final de fermentação, porém realizando análise de sensibilidade em diferentes tempos, mostra-se que ?máx tem efeito nos perfis do modelo no início da fermentação. Foi possível desenvolver um modelo preciso que descreveu as fermentações em batelada com e sem reciclo de células em função da temperatura mantendo 11 dos 13 parâmetros (ajustados a partir de dados de fermentação de hidrolisado concentrado com melaço) fixos. Apenas os parâmetros Yx e Yp/x tiveram valores diferentes para as fermentações com reciclo / Abstract: The objective of this paper is to model a process of ethanol production from sugarcane bagasse hydrolysate concentrated with molasses. For this purpose, experimental data were obtained from 23 batch fermentations with and without cells recycle in different temperatures: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. The recycle aims to evaluate the influence of exposing the yeast S. cerevisiae to the hydrolysate inhibitors (specifically acetic acid) for long time periods, and under high cell concentrations. For each temperature the first fermentation was performed with fresh inoculum and at least 4 recycles were carried out. Initially a model developed in a previous work (ANDRADE, 2007) for sugarcane molasses fermentation was evaluated. This model was not able to describe new fermentations in the presence of changes of raw material, not even when the substrate was molasses from a different harvest. Due to the large number of parameters (11) in the model, a re-estimation methodology was proposed, in which the most sensitive parameters were adjusted and the less sensitive were kept fixed, making the re-estimation easier. A parametric sensitivity analysis through Plackett-Burman designs was performed, using the software STATISTICA, by varying the kinetic parameters and calculating their influence on the profiles of cell, substrate and ethanol concentrations. The most relevant parameters in the profiles were ?max, Pmax, Yx and Yp/x, which were chosen to be re-estimated when there was change in the substrate. With the re-estimation of these four parameters, it was possible to describe the experimental data from fermentation of molasses from a new harvest accurately. The same re-estimation algorithm was used to adjust the parameters of the fermentation of hydrolysate concentrated with sugarcane molasses. In addition to the 4 parameters defined as most important (?max, Pmax, Yx, Yp/x), Xmax was also re-estimated, since the development of the original model did not consider recycling of cells, which resulted in a low biomass concentration. A term to account for the inhibition by acetic acid was added to the original model, so the related parameters were also estimated. After the parameters re-estimation using a quasi-Newton optimization algorithm developed in COMPAQ VISUAL FORTRAN, a new sensitivity analysis was carried out to verify if the most sensitive parameters remained the same. In this case, ?max had no influence if xx the analysis was performed at the end of the fermentation, but by performing the sensitivity analysis at different times, ?max was shown to influence the model profiles at the beginning of fermentation. It was possible to develop an accurate model that described the batch fermentations with and without cells recycle as a function of temperature keeping 11 of the 13 parameters (adjusted from data of fermentation of hydrolyzate concentrated with molasses) fixed. Only the parameters Yx and Yp/x had different values for the fermentation with recycle / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Gil Eduardo Serra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:38:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jeronimo_ElisangelaMarques_D.pdf: 608726 bytes, checksum: 439587ffeaf014be16ac5ec072325ec8 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Estudos de complementação nitrogenada em fermentação alcoólica têm sido conduzidos utilizando adubos nitrogenados como sulfato de amônia, superfosfato simples e uréia, e dirigidos para a produção de álcool. Nas destilarias artesanais de aguardente a complementação nitrogenada do mosto pode constituir uma prática benéfica na multiplicação e no crescimento celular do fermento, e consequentemente para a melhoria dos índices de eficiência, rendimento e rodutividade do processo. Fontes nitrogenadas minerais, bastante empregadas, mostram resultados muitas vezes controversos. Estudos verificaram que a oferta de fonte complexa de nitrogênio, como extrato de levedura, influenciou o rendimento em etanol, massa celular e outros parâmetros da fermentação alcoólica. O objetivo da primeira etapa deste estudo foi avaliar os tratamentos para clarificação do caldo de cana sobre o teor de nitrogênio protéico, estudar a influência da adição de nitrogênio protéico, em fermentações em escala de laboratório, com uma linhagem selecionada de S. cerevisiae, sobre alguns parâmetros fermentativos e sobre a formação de compostos secundários, em escala de laboratório. Verificou-se que a clarificação comprometeu a multiplicação celular, sem afetar a viabilidade, o que pode afetar o reaproveitamento do fermento para novas bateladas de fermentação. A adição de nitrogênio protéico influiu positivamente na manutenção da viabilidade celular, podendo assim propiciar melhor qualidade do fermento reciclado; alterou a formação de álcoois superiores, aumentando a formação de propanol e reduzindo a de isobutanol e de álcool isoamílico. O benefício da adição de N protéico também ocorreu na redução do tempo de fermentação. Portanto, a complementação do mosto de caldo de cana com N protéico que contenha formas assimiláveis é recomendada. Considerando a importância da análise sensorial na avaliação e pesquisa da qualidade de aguardentes, o trabalho incluiu um estudo da influência da concentração alcoólica e da acidez no perfil de percepção sensorial de aguardente de cana pelos provadores, detectando igualdades ou diferenças na avaliação sensorial de atributos típicos de aroma e sabor do produto. Foi utilizada uma aguardente recém-destilada, que foi submetida a diluição e acidificação com ácido succínico, originando quatro amostras para provas. Concluiu-se que a concentração alcoólica e a acidez não influíram na avaliação sensorial dos atributos típicos da aguardente. A diluição da aguardente não contribui para a maximização da percepção de diferenças entre duas amostras, nem tampouco a variação da acidez mascara a expressão sensorial dos atributos devidos aos componentes secundários da aguardente representados principalmente por aldeídos, álcoois superiores, ésteres e ácidos orgânicos. Com base nos resultados de fermentação alcóolica obtidos na etapa de laboratório, foi delineado um experimento com o objetivo de avaliar a adição de nitrogênio protéico no caldo de cana sobre o crescimento da levedura, tempo e características da fermentação, e qualidade química e sensorial da cachaça. Outro aspecto foi avaliar o efeito da adição de N protéico em fermentações conduzidas com duas linhagens de levedura isoladas de destilarias de cachaça artesanal, e a condução de fermentações com reciclo da levedura decantada, em escala piloto simulando o processo artesanal de produção de cachaça. Verificou-se que a adição de nitrogênio protéico influiu positivamente na manutenção da viabilidade celular, podendo assim propiciar melhor qualidade do fermento reciclado. Também se observou redução no tempo de fermentação. A adição de nitrogênio protéico ao mosto para a produção de cachaça não interferiu na aceitação sensorial da bebida. A análise dos componentes secundários não mostrou alteração consistente como resposta à aplicação de N protéico. A complementação do mosto de caldo de cana com N protéico em formas assimiláveis pela levedura, pode ser uma prática útil na otimização do processo de fermentação alcoólica para produção de cachaça / Abstract:Studies on the addition of nitrogen source in alcoholic fermentation have been conducted using nitrogen fertilizers as ammonium sulphate, superphosphates and urea, but applied for alcohol production. In small sugarcane distilleries the sugarcane juice complementation with nitrogen can constitute a benefical practice in yeast multiplication and cellular growth, and also for the improvement of fermentation yield and productivity. Mineral nitrogen sources, many times show controversial results. Several authors verified that the a nitrogen complex source, influenced the ethanol yield, yeast biomass and other alcoholic fermentation parameters. The goal of this work is to evaluate the influence of sugarcane juice clarification on proteic nitrogen content of juice, and by otherhand the addition of proteic nitrogen souce - yeast extract on the fermentation parameters and volatile compounds produced. The sugarcane juice clarification reduced the cellular multiplication, without affecting the cell viability, and endanger yeast recycling for a new fermentation. The proteic nitrogen additions enhanced cellular viability and ensure yeast recycling operation. Higher levels of proteic nitrogen affected the synthesis of volatile superior alcohols, increasing propilic formation and reducing isobutilic and isoamilic alcohol. Proteic nitrogen addition also reduced fermentation time. Considering the sensory analysis importance in the brandies quality evaluation and research, the work included a study for to investigate the alcoholic concentration influence and of the acidity in the sugarcane liquor sensory perception profile by the provers, about the equalities or differences detection in the product aroma and flavor typical attributes sensory evaluation. It was going used a sugarcane spirit recently-distillate, which was going submitted at dilution and acidification with succinic acid, originating four samples for proofs. It concluded that the alcoholic concentration and the acidity didn¿t influence the brandy typical attributes sensory evaluation. The sugar cane spirit dilution doesn¿t contribute for greatest of the differences perception between two samples, neither at acidity variation masked the attributes sensory expression due to the represented sugarcane liquor secondary components mostly for aldehyde, superior alcohols, esters and organics acid. Finally, also was study the proteic nitrogen influenced positively the cell viability, and can ensure yeast recycling operation. It was also observed a reduction in fermentation time. The proteic nitrogen addition in the juice didn¿t affect the sensory acceptance of sugarcane liquor, and also didn¿t result in different levels of volatile compounds. Assimilable forms of proteic nitrogen can be helpfull on the optimization of alcoholic fermentation / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Atala_DanielIbraimPires_D.pdf: 6342547 bytes, checksum: 1a6eb0862bc84e3b0495d542783eb95f (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Silvio Roberto Andrietta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T10:19:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galassi_GabrielRamos_M.pdf: 1009774 bytes, checksum: 86a841b010532edff0ac4939c19472f4 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo a realização de um estudo aprofundado do processo de fermentação alcoólica contínua em que são utilizados reatores tubulares tipo torre e células auto-imobilizadas. Buscou-se nesse projeto a seleção entre quatro cepas com características floculantes e perfis metabólicos adequados ao trabalho em tais reatores. O anseio por melhorias no sistema de fermentação contínua com células auto-imobilizadas se dá em função da busca por métodos com reduzido custo de produção do etanol, o que ocorre nesse sistema, onde inexiste a necessidade da utilização de unidades de separação de células (centrifugas), reduzindo assim em torno de 15% o custo final do preço do produto acabado. As linhagens utilizadas foram quatro cepas do gênero Saccharomyces cerevisiae com características floculantes e formadoras de partículas esféricas (pellets) quando cultivadas em mesa agitadora circulatória. Duas dessas cepas selecionadas foram obtidas da unidade de fermentação industrial da Usina Junqueira (Igarapava/SP), isoladas durante a safra de janeiro de 2000, são elas as cepas JU C2 e JU C4, outras duas cepas foram obtidas através de recentes isolamentos no Departamento de Biotecnologia e Processos do CPQBA/Unicamp, cepas G1 e G2. No processo de otimização foram utilizados dois reatores tubulares em série, um primeiro reator (R1) recebia um substrato concentrado de sacarose, diluído em linha visando atingir concentrações pré-determinadas para o uso nos experimentos e um segundo reator (R2) que recebia o efluente (vinho fermentado) proveniente de R1. Foram realizados quatro experimentos, cada qual com uma linhagem diferente. Os experimentos tiveram entre 20 a 25 dias de duração cada, porém, para fins de padronização foram selecionados 12 dias de ensaios. Durante os experimentos, diferentes vazões de alimentação aos reatores foram testadas, estas alternaram de forma crescente entre 1,2; 1,5; 1,8 e 2,1 L/h de substrato. Amostras foram retiradas do sistema e analisadas quanto à quantidade de sólidos solúveis, quantidade de ART, etanol produzido e vazão real do sistema. Ao término de cada experimento foram realizadas análises de cariotipagem, potencial de floculação por absorbância e determinação da floculação pela expressão dos genes FLO5 e FLO10. De forma geral, todas as linhagens estudadas mostraram-se hábeis ao trabalho em biorreatores fluidizados, desde que sejam respeitados seus limites metabólicos atuando nesse tipo de reatores. As linhagens JU C4 e G1 sobressaíram-se entre as demais pelo comportamento flexível e adaptável diante das situações impostas ao longo do projeto. Foram capazes de formar leitos celulares estáveis e com bom desempenho na conversão de açúcares á etanol. As linhagens JU C2 e G2 apresentaram também bons resultados na produção de etanol, no entanto, seus perfis como linhagens floculantes exigem uma maior cautela na utilização das mesmas em processos fermentativos. JU C2 com baixo poder floculante, formando por vezes leitos pouco estáveis e G2 com grande poder floculante, formando por vezes leitos compactos com canais preferenciais de passagem de substrato / Abstract: using flocculation yeasts of Saccharomyces cerevisiae in fixed bed tower reactors for ethanol production. We sought, through this job, the selection between four flocculent yeasts strains with appropriate metabolic profile to work in this kind of reactor. The selected yeasts strains present strong flocculent characteristics and there is no need to use cell separation unity (centrifuge) after the fermentation process reducing around 15% the costs of ethanol production. Two of these strains, JU C2 and JU C4, were collected from an industrial fermentation unity at Usina Junqueira (Igarapava/SP) during the crop of 2000. The other two strains, G1 and G2, were collected from CPQBA/Unicamp. In the operational optimization were used two fixed bed type tower reactors connected in series, a first one (R1) receive a concentrated sucrose medium diluted in line for reach predetermined concentrations and a second one (R2), that receive fermented wine from the first (R1). The fermentations experiments had between 20 or 25 days, but for standardization of the work 12 days of assays were selected. During the experiments, different feed outflow were tested in the reactors, these had been alternated in a increasing way between 1,2; 1,5; 1,8 and 2,1 L/h of medium. Samples were collected from the system and analyzed the amount of soluble solids, amount of reducing sugars, ethanol and real outflow of the system. In the ending of each experiment were analyzed the karyotyping profile and flocculating potential by absorbance method and expression of the FLO1 and FLO10 genes. The results confirm that all the studied strains are able to work in fluidized bioreactors since their metabolic limits where respected. The best results were obtained with JU C4 and G1 strains. They show a flexible and adaptable behavior ahead the tested situations in this job. They were capable to form steady beds and demonstrate good performance in sugar conversion to ethanol. The other strains, JU C2 and G2, showed nice results in the production of ethanol, however their flocculent profiles demand caution when used in fermentation processes. JU C2 has a low flocculent power forming sometimes unstable cell beds and G2 has a high flocculent power forming sometimes compact cell beds with preferential channels of medium passage / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Silvio Roberto Andrietta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:00:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tosetto_GiseleMantei_D.pdf: 7845574 bytes, checksum: c216dd147ba44b14c8004a51300ce14b (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O objetivo geral deste trabalho foi avaliar os efeitos de algumas substancias organicas presentes no melaco de cana-de-acucar sobre cepas de leveduras de uso industrial. O Capitulo I refere-se a uma breve introducao e historico da fermentacao alcoolica. No Capitulo II, foi analisado amostras de melacos industriais, provenientes de 10 unidades produtoras de acucar e alcool, localizadas nos estados de Sao Paulo, Minas Gerais, Goias e Parana, com a finalidade de determinar e quantificar alguns compostos organicos presentes no mesmo. Para tanto foi utilizada a tecnica de Cromatografia Liquida de Alta Eficiencia (CLAE). No Capitulo III foram realizados ensaios para escolher as cepas de melhor desempenho em condicoes de estresse, utilizando-se o planejamento fatorial 23 tipo estrela com triplicata no ponto central. Os fatores estudados foram: a pressao osmotica (utilizando KCl), temperatura e concentracao inicial de Alcool. As cepas Y904 e SA1 foram as que mais se destacaram. No Capitulo IV foram avaliados os efeitos dos compostos organicos (acidos cafeico, galico, latico, piruvico, siringico, vanilico, acetico, formico, butirico e Hidroximetilfurfural) sobre as cepas SA1 e Y904, atraves de fermentacoes em triplicata, utilizando meio sintetico controle e variando as concentracoes de cada composto. Dentro das concentracoes estudadas, apenas os acidos galico, latico, acetico, formico, butirico e Hidroximetilfurfural demonstraram influencia sobre as cepas. A avaliacao do efeito acumulativo das substancias quando se trabalha com reciclo de celulas esta descrita no Capitulo V. Todos os experimentos foram realizados em triplicata e repetidos por oito vezes consecutivas (8 ciclos). O acido latico foi a substancia que mais interferiu no rendimento em etanol (YP/S) e na produtividade, parametros estes de maior importancia nos processos industriais para producao de alcool. Por outro lado, o acido formico apresentou a menor interferencia e efeito negativo para praticamente todos os parametros estudados. Finalmente no Capitulo VI, foram analisados os efeitos dos acidos latico e formico sobre o comportamento cinetico das cepas SA1 e Y904. Os testes foram realizados em biorreator de bancada, por dez horas de fermentacao. O acido latico aumentou tanto a inibicao pelo substrato como pelo produto, mostrando-se ser uma substancia com alto grau de toxicidade para as celulas de leveduras das linhagens estudadas. " RANAXTAU/EJAXGU" / fermentacao alcoolica, cinetica, substratos industriais, compostos organicos, inibicao, levedura / Abstract: The general objective of this project was the evaluation of the effects of some organic substances present in molasses, sugar cane on strains of yeast for industrial use. Chapter I refer to a brief introduction and history of alcoholic fermentation. In Chapter II, samples of industrial molasses were examined, from 10 units producing sugar, located in the states of Sao Paulo, Minas Gerais, Goias, and Parana, in order to determine and quantify some organic compounds present in them. In order to this, the technique for High Performance Liquid Chromatography (HPLC) was used. In Chapter III trials were conducted to choose the strains of better performance in terms of stress, using a 23 factorial planning star type with triplicate in central point. The studied factors were: the osmotic pressure (using KCl), temperature and initial concentration of alcohol. The strains Y904 and SA1 were those which stressed most. In Chapter IV were assessed the effects of organic compounds (caffeic, gallic, lactic, pyruvic, syringic, vanillic, acetic, formic, butyric and Hidroximetilfurfural acids) on the strains SA1 and Y904 by the fermentation in triplicate, using synthetic medium and control varying concentrations of each compound. Within the concentrations studied, only the gallic acid, lactic acid, acetic acid, formic, butyric and Hidroximetilfurfural demonstrated influence on the strains. The assessment of the cumulative effect of the substances when working with recycle cell is described in Chapter V. All experiments were performed in triplicate and repeated by eight consecutive times (8 cycles). The lactic acid is the substance that interfere most in income in ethanol (YP/S) and productivity, these parameters of most importance in industrial processes to produce alcohol. Moreover, the formic acid showed the smallest negative interference for almost all parameters studied. Finally in Chapter VI, were analyzed the effects of lactic acid and formic on the behavior of kinetic strains SA1 and Y904. The tests were performed in bench bioreactor for ten hours of fermentation. The lactic acid increased by inhibiting both the substrate and the product, showing to be a substance with a high degree of toxicity to the strains of yeast cells studied. YQTFU" /" alcoholic fermentation, kinetics, industrial substract, organic compounds, inhibition, yeast / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Juan Lucas Argueso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T03:40:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarvalhoNetto_OsmarVazde_D.pdf: 3871803 bytes, checksum: 86689af3801aaa7c1f590f5061a729ba (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A fermentação alcoólica realizada por leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae é atualmente o principal processo em escala econômica para a produção de etanol a partir de fontes renováveis (bioetanol). Entretanto, as linhagens isoladas há quase duas décadas vêm perdendo gradualmente seu desempenho fermentativo ao longo dos anos, reduzindo o rendimento e a estabilidade do processo. Um dos fatores que contribuem para tais perdas está associado às significativas alterações operacionais do processo nestas duas décadas. Aliado a isto, pouco se conhece sobre as bases genéticas das principais linhagens comerciais utilizadas no Brasil, inviabilizando o sucesso de programas de melhoramento genético. Neste ponto, este trabalho propõe de forma inédita um estudo completo de caracterização, análise de expressão e manipulação gênica de PE-2, uma das principais linhagens usadas no processo Brasileiro. Para isto, dados da estrutura, composição e regulação do genoma foram gerados. A partir dessas informações foi desenvolvida, através de manipulações genéticas, uma linhagem auxotrófica para uracila (plataforma biológica) e outras com características de fermentação superiores ao isolado selvagem. O conceito de que o sucesso de manipulações pontuais depende de um conhecimento prévio detalhado da linhagem de interesse, compreendendo tanto suas bases genéticas quanto fisiológicas, foi validado neste estudo. Os dados aqui apresentados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de uma segunda geração de linhagens de S. cerevisiae ainda mais robustas, voltadas não apenas para a produção de bioetanol, como também para utilização em outros processos biotecnológicos / Abstract: The alcoholic fermentation performed by yeasts of the specie Saccharomyces cerevisiae is the main current process to produce ethanol from renewable resources (bioethanol) under economic scale. However, strains isolated two decades ago have been gradually losing their original fermentative fitness during the years, decreasing the process yield and stability. One of the factors that contribute for these losses is associated with the meaningful process operational changes along these years. In addition to that, there is a knowledge gap regarding the genetic bases of the commercial strains used on Brazil, not leading to success of the genetic improvements programs. Hereupon, this work propose in a first time way a complete characterization, expression analysis and genetic manipulation study of PE-2, one of the most important strain used on Brazilian process. To this, structure, composition and regulation data of the genome were produced. From such information, it was developed by genetic manipulations assays an auxotrophic yeast for uracile (biological plataform) and others strains with superior fermentative characteristics in comparison with the wild isolated. The concept that the success of precise manipulations depends on the previous detailed knowledge of the interest strain, regarding the genetic and physiology bases, was confirmed herein. The data presented here also establish new perspectives for the construction of a second generation strains even more robusts, designed not only for the bioethanol production, but also to be applied on different biotechnological processes / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Pilar Rodriguez de Massaguer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NolascoJunior_Jonas_M.pdf: 917952 bytes, checksum: 1c082a25920f5c8390a73425551d86ef (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nesta pesquisa é proposto um processo de tratamento térmico do mosto, com máxima preservação do conteúdo em açúcares fermentescíveis (sacarose, glicose e frutose), a fim de promover a inativação térmica de seus contaminantes bacterianos e por extensão os da fermentação alcoólica. Com esse objetivo foram examinadas as cinéticas de degradação térmica da sacarose, glicose, frutose e açúcares redutores totais (ART) (110 ¿ 140ºC) e também dos esporos de B. stearothermophilus (98 ¿ 130ºC), esporulado termo-resistente contaminante típico de mosto. Todos os fatores termodegradáveis estudados apresentaram cinéticas de destruição térmicas não-lineares de forma que o índice de redução decimal (D), obtido por regressão linear, não foi representativo da velocidade de inativação térmica, e assim as cinéticas foram analisadas mediante modelos não lineares que permitiram obter as constantes de velocidade de inativação (k). Seguidamente utilizando um gráfico tipo Arrhenius a energia de ativação Ea foi determinada e o valor de z foi obtido. As curvas de sacarose remanescentes obtidas durante estudo da sua hidrólise térmica, foram ajustadas por modelos logísticos que se mostraram apropriados para descrever ombros planos e caudas finais nas curvas cinéticas. A energia de ativação e valor z obtidos foram 112,32 kJ/mol e 26,99ºC, respectivamente. Essa reação se mostrou praticamente equimolecular quanto às hexoses produzidas. As curvas de concentração de ART vs tempo remanescentes foram ajustadas por modelos logísticos bipopulacionais, apropriados em casos em que o processo global é descrito por duas frações de compostos, as hexoses glicose e frutose, que se degradam em velocidades diferentes e apresentam ombros e caudas. Os valores de energia de ativação obtidos para a frutose e glicose foram bem próximas: 140,37 kJ/mol e 140,23 kJ/mol, respectivamente. Os valores z obtidos foram 21,59ºC e 21,61ºC. Quanto às velocidades de degradação a frutose apresentou velocidade 9 vezes maior do que a da glicose. A suspensão de esporos se mostrou heterogênea em resistência. A temperatura influenciou a forma das curvas de sobreviventes, para os esporos de B. stearothermophilus ATCC1518. Nas temperaturas mais baixas, as curvas de inativação térmica apresentaram ombro plano, passando por comportamento de modelos de frações lineares consecutivas, e finalmente na temperatura mais elevada apresentou modelo linear com eliminação da fração termo-sensível. Os valores de energia de ativação e z obtidos foram 249,52 kJ/mol e 11,48ºC, respectivamente. O processo térmico para inativação dos contaminantes do mosto foi definido após o decantador, onde foram quantificados grandes grupos microbianos em amostras coletadas de Usinas situadas em regiões de clima e umidade distintas. A concentração máxima de esporos termofílicos produtores de acidez plana foi de 9x101esporos/ml de mosto em Usina localizada em região quente e úmida enquanto um valor de 4 esporos/ml de mosto foi encontrado em Usina localizada em região de clima seco e com predominância de solo com baixa capacidade de retenção de água. Foi determinada a letalidade do processo de decantação para os contaminantes do caldo de cana e mosto através da determinação da história térmica mínima detectada no ponto mais frio de dois decantadores industriais. Baseado no tempo de residência médio e na temperatura mais fria detectada foi possível estimar que a decantação produz, em média, 4,0 x 106 reduções decimais da população de Lactobacillus fermentum e apenas 0,14 reduções decimais nos esporos de B. stearothermophilus. Baseado no conhecimento da cinética dos principais fatores termodegradáveis foi definida uma região de tratamento térmico que se extende dos 114 a 140ºC e de 3000 a 4 segundos. Graficamente essa região é um triangulo delimitado, abaixo pela reta correspondente a 5 reduções decimais dos esporos de B. stearothermophilus e acima pela reta correspondente à preservação de 98,7% dos ART do mosto. O nível de preservação de 98,7% dos ART foi escolhido pela precisão das análises usadas na determinação dos mesmos (1,3%). Qualquer processo térmico dentro dessa região será capaz de satisfazer o requisito de 5 reduções decimais dos esporos de B. stearothermophilus e preservação de 98,7% dos ART do mosto. A prática desse processo térmico implica na adoção de uma estratégia preventiva no controle da contaminação da fermentação em oposição às estratégias corretivas baseadas no uso de antibióticos que se pratica nas Usinas de Açúcar e Álcool Brasileiras / Abstract: In this research is proposed a thermal treatment process for sugar cane must with maximum retention of fermentable sugar (sucrose, glucose and fructose), to promote a thermal inactivation of its bacterial contaminants and therefore, those of alcoholic fermentation. With this objective were examined the thermo degradation kinetics of sucrose, glucose, fructose, total reducing sugars (TRS) (110 ¿ 140ºC) and also B. stearothermophilus spores (98 ¿ 130ºC), a typical thermo resistant sporulated contaminant of musts. All thermo degradable factors showed non-linear thermal destruction kinetics due to this the D value, obtained for linear regression, could not be used, thus the kinetics were reported by Arrhenius model, obtaining the reaction rates (k), Activation Energy (Ea) and the z value through out Ea values. Sucrose remaining curves obtained as a function of time during its thermal hydrolysis, were fitted by logistic models which are suitable to describe flat shoulders and ending tales in the kinetic curves. Activation Energy and z value were 112,32 kJ/mol and 26,99°C, respectively. This reaction showed to be equimolecular in regard to the produced hexoses. TRS remaining curves vs time were adjusted by logistic bipopulational models, suitable when the overall process presents two fractions, the hexoses glucose and fructose, with different degradation rates with shoulders and tales. Ea and z values for fructose and glucose were quite close: 140,37 kJ/mol, z of 21,59°C and 140,23 kJ/mol, z of 21,61°C, respectively. As far as degradation rates are concerned, fructose showed to degrade 9 times faster than glucose. Spores suspension showed heterogeneity in thermal resistance. Temperature affected the shape of survival curves for B. stearothermophilus ATCC1518 spores. At lower temperatures, it showed flat shoulder, passing through consecutive linear fraction models behaviors, and finally at higher temperatures followed linear model with elimination of the thermo-sensible fraction. Ea and z values were 249,52 kJ/mol and 11,48°C respectively. A thermal process for sugar cane must contaminant inactivation was defined after the decanter, where microbiological quantification of various microbial groups was carried out on samples from sugar cane mills located in region with different climate and humidity conditions. The maximum thermophilic flat-sour spores count was of 9 x 101 spores/ml of must and was originated from a sugar cane mill located at the warmest and most humid region, while a count of 4 spores/ml of must was found in a plant with dry climate and with soil of low capability for water retention. Decanters lethality of must contaminant was determined based on the minimum detected thermal history in two industrial equipments. Applying the average residence time with this thermal history, it was estimated that the decantation results, on average, 4,02*106 log reductions of Lactobacillus fermentum and only 0,13 log reductions in the counting of B. stearothermophilus spores. Based on the kinetic knowledge of the thermo degradable major factors it was established a thermal process region from 114 to 140C and 3000 to 4 seconds. Graphically, this region is a triangle delimited by the line for 5 log reductions of B. stearothermophilus (lower limit), and the line for 98,7% retention of the must TRS. This preservation level was adopted considering the accuracy of the sugar analysis methodology (1,3%). Any thermal process within this region will be able to satisfy the requirement of 5 log reductions for B. stearothermophilus and 98,7% retention of must TRS. The implementation of this thermal process implies in the adoption of a preventive strategy in the contamination control of the fermenting process, opposite to the corrective strategies currently applied based on antibiotics, which is common practice in Brazilian Sugar Canes mills / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos