Orientador: Gabriela Alves Macedo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T16:18:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MadeiraJunior_JoseValdo_M.pdf: 1179155 bytes, checksum: 65b86d843e7273040bbbed20eae90c33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de produzir simultaneamente fitase e tanase através da fermentação sólida, em bagaço de laranja e torta de mamona, empregando o fungo Paecilomyces variotii. A produção mundial de laranja tem aumentado significativamente desde a década de oitenta, especialmente no setor de processamento de suco. Para o ano de 2010 a produção mundial de laranja está estimada em 66,4 milhões de toneladas, sendo que 40% desta produção serão convertidas em subprodutos, principalmente a casca. Uma das alternativas para o uso deste resíduo tem sido na forma peletizada para alimentação animal. A mamona é uma oleaginosa muito estudada para a produção de biodiesel. A torta residual da extração do óleo é de grande utilidade para adubação e também rica em proteínas, abrindo possibilidade da sua utilização como ração animal. Esta segunda aplicação enfrenta o problema da presença da ricina, composto tóxico presente na torta, havendo a necessidade de detoxificá-la antes do destino como ração. O uso de enzimas na alimentação animal é conhecido e está sendo bem explorado. A maior dificuldade de expandir o uso de enzimas ainda é o custo de produção. Uma alternativa para isto seria a utilização destes resíduos como substrato da fermentação para produção de enzimas. Dessa forma, o uso dos resíduos para alimentação animal representa uma alternativa viável para este setor, assim como para a produção de biocatalizadores através da fermentação sólida. As características do bagaço de laranja e torta de mamona após a fermentação foram avaliadas a fim de estudar sua viabilidade como ingrediente para ração animal. No estudo de otimização da produção de tanase por Paecilomyces variotii utilizando metodologia de superfície de resposta, foram obtidas atividades de 4800 e 2400 U/g em bagaço de laranja e torta de mamona, respectivamente. Essa produção foi conduzida utilizando 3 e 4,6% de ácido tânico, 61 e 25% de solução salina, 96 e 48 horas de tempo de incubação para os resíduos de laranja e mamona, respectivamente. Para produção de fitase as atividades foram de 320 e 280 U/g em bagaço de laranja e torta de mamona, respectivamente. As condições de cultivo em bagaço de laranja foram 5,8% de ácido tânico, 66% de solução salina e 72 horas de incubação. O processo fermentativo com torta de mamona foi conduzido com as mesmas condições com exceção da porcentagem de solução salina, que foi de 25%, e a ausência de ácido tânico. Após o processo fermentativo, o bagaço de laranja apresentou maior capacidade antioxidante em relação ao meio não fermentado, representando um ingrediente interessante para uso em ração animal. A torta de mamona fermentada apresentou menor concentração de ricina no meio de cultivo, entretanto, ainda exibiu atividade tóxica em células Vero / Abstract: The aim of this study was to evaluate the feasibility of producing both phytase and tannase by solid fermentation on orange peel and castor bean cake, using the fungus Paecilomyces variotii. World production of oranges has increased significantly since the eighties, especially in the processing of juice. For the year 2010, the world production of oranges is estimated at 66.4 million tons, with 40% of this production will be converted into waste, mainly the peel. An alternative use of this waste has been as pellets for animal food. The castor bean is an oilseed much studied for the production of bio-diesel. The castor cake of the extraction of oil is very useful for fertilization and also rich in protein, opening the possibility of its use as animal food. This second application faces the problem of the presence of ricin, a toxic compound present in the castor cake. There is a need for a detoxification before using it as food. The use of enzymes in animal feed is well known and is being explored. The biggest difficulty to expand the use of enzymes is the production cost. An alternative to this would be the use of waste as fermentation substrate for enzyme production with higher added value. Therefore, the use of these residues for animal food represents a viable alternative to the sector as well as for the production of biocatalysts by solid fermentation. The characteristics of the orange peel and the castor cake after fermentation were evaluated in order to study its feasibility as an ingredient for animal food. In the study of optimization of the production of tannase by Paecilomyces variotii using response surface methodology, activities were obtained from 4,800 and 2,400 U/g in orange peel and castor cake, respectively. This production was conducted using 3 and 4.6% tannic acid, 61 and 25% salt solution, 96 and 48 hours of incubation time for the waste of orange and castor bean, respectively. For phytase production by Paecilomyces variotii, the activities were of 320 and 280 U/g using orange peel and castor cake, respectively. Growing conditions on orange peel were 5.8% tannic acid, 66% salt solution and 72 hours of incubation. The fermentation with castor cake was conducted with the same conditions except for the absence of tannic acid and the percentage of salt solution which was 25%. After fermentation, the orange peel had a higher antioxidant capacity compared to a non-fermented environment, an interesting ingredient in animal food. The fermented castor cake showed lower concentration of ricin in the culture medium. However, it still exhibited toxic activity in Vero cells / Mestrado / Mestre em Ciência de Alimentos

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-12-20T18:11:58Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Aline Bessa Parmigiani Monteiro - 2016.pdf: 1915724 bytes, checksum: 0fcf149b38867883e097f31a5fbcc5ce (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-12-26T12:42:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Aline Bessa Parmigiani Monteiro - 2016.pdf: 1915724 bytes, checksum: 0fcf149b38867883e097f31a5fbcc5ce (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-26T12:42:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Aline Bessa Parmigiani Monteiro - 2016.pdf: 1915724 bytes, checksum: 0fcf149b38867883e097f31a5fbcc5ce (MD5) Previous issue date: 2016-11-04 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / Artificial dyes are commonly used in the food industry because of its low cost and the ease of obtaining. The consumer market, however, is demanding healthier products and an alternative would be to use natural pigments. In addition to plants, flowers, fruits and animals, microorganisms can be the source of these kind of pigments, like fungi, bacteria and microalgae. The purpose of this work was to produced red pigment from wheat by solid state fermentation from fungi Monascus ruber, in order to obtain modified flours and apply them in the production of bread. From the peaked fungi in Roux bottles, a spore solution was produced. The solution was used to inoculate wheat previously humidified and sterilized. After the incubation period, the fermented wheat was dried and ground to obtain fermented flour. Mixtures were produced in proportions of 5, 10 and 15% fermented flour and white flour. The samples were subjected to different chemical, physical and technological analysis. From the modified flour were produced breads, which were characterized and compared. The results demonstrated feasibility of producing red pigment from wheat. Furthermore, flour obtained from the mixtures exhibited good physical, chemical and technological. Breads can be produced from samples FC, F5%, F10% and F15%. / Corantes artificiais são comumente utilizados na indústria de alimentos, tanto pelo seu baixo custo como pela facilidade de obtenção. O mercado consumidor, entretanto, requer produtos mais saudáveis e uma alternativa viável seria a utilização de pigmentos naturais. Além de plantas, flores, frutos e animais, micro-organismos podem ser fonte deste tipo de pigmento, como fungos, bactérias e microalgas. A proposta deste trabalho foi produzir pigmento vermelho, a partir da fermentação de trigo pelo fungo Monascus ruber, visando a obtenção de farinhas modificadas e aplicá-las na produção de pães de forma. A partir dos fungos repicados em garrafas de Roux, foi produzida uma suspensão de esporos. A solução foi utilizada para inocular o trigo, previamente umidificado e esterilizado. O trigo fermentado, após o período de incubação, foi seco e moído para obtenção de farinha de trigo fermentado. Foram produzidas misturas nas proporções de 5, 10 e 15% de farinha de trigo fermentado e farinha de trigo branca. As amostras foram submetidas a diferentes análises químicas, físicas e tecnológicas. A partir das farinhas modificadas foram produzidos pães de forma, que foram caracterizados e comparados. Os resultados demonstraram viabilidade em produzir pigmento vermelho a partir de trigo. Além disso, as farinhas provenientes das misturas apresentaram boas características físicas, químicas e tecnológicas. podendo ser produzidos pães de forma a partir das amostras FC, F5%, F10% e F15%.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-01-02T18:39:44Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Aline Bessa Parmigiani Monteiro - 2016.pdf: 1915724 bytes, checksum: 0fcf149b38867883e097f31a5fbcc5ce (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-03T09:53:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Aline Bessa Parmigiani Monteiro - 2016.pdf: 1915724 bytes, checksum: 0fcf149b38867883e097f31a5fbcc5ce (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-03T09:53:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Aline Bessa Parmigiani Monteiro - 2016.pdf: 1915724 bytes, checksum: 0fcf149b38867883e097f31a5fbcc5ce (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-11-04 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / Artificial dyes are commonly used in the food industry because of its low cost and the ease of obtaining. The consumer market, however, is demanding healthier products and an alternative would be to use natural pigments. In addition to plants, flowers, fruits and animals, microorganisms can be the source of these kind of pigments, like fungi, bacteria and microalgae. The purpose of this work was to produced red pigment from wheat by solid state fermentation from fungi Monascus ruber, in order to obtain modified flours and apply them in the production of bread. From the peaked fungi in Roux bottles, a spore solution was produced. The solution was used to inoculate wheat previously humidified and sterilized. After the incubation period, the fermented wheat was dried and ground to obtain fermented flour. Mixtures were produced in proportions of 5, 10 and 15% fermented flour and white flour. The samples were subjected to different chemical, physical and technological analysis. From the modified flour were produced breads, which were characterized and compared. The results demonstrated feasibility of producing red pigment from wheat. Furthermore, flour obtained from the mixtures exhibited good physical, chemical and technological. Breads can be produced from samples FC, F5%, F10% and F15%. / Corantes artificiais são comumente utilizados na indústria de alimentos, tanto pelo seu baixo custo como pela facilidade de obtenção. O mercado consumidor, entretanto, requer produtos mais saudáveis e uma alternativa viável seria a utilização de pigmentos naturais. Além de plantas, flores, frutos e animais, micro-organismos podem ser fonte deste tipo de pigmento, como fungos, bactérias e microalgas. A proposta deste trabalho foi produzir pigmento vermelho, a partir da fermentação de trigo pelo fungo Monascus ruber, visando a obtenção de farinhas modificadas e aplicá-las na produção de pães de forma. A partir dos fungos repicados em garrafas de Roux, foi produzida uma suspensão de esporos. A solução foi utilizada para inocular o trigo, previamente umidificado e esterilizado. O trigo fermentado, após o período de incubação, foi seco e moído para obtenção de farinha de trigo fermentado. Foram produzidas misturas nas proporções de 5, 10 e 15% de farinha de trigo fermentado e farinha de trigo branca. As amostras foram submetidas a diferentes análises químicas, físicas e tecnológicas. A partir das farinhas modificadas foram produzidos pães de forma, que foram caracterizados e comparados. Os resultados demonstraram viabilidade em produzir pigmento vermelho a partir de trigo. Além disso, as farinhas provenientes das misturas apresentaram boas características físicas, químicas e tecnológicas. podendo ser produzidos pães de forma a partir das amostras FC, F5%, F10% e F15%

Orientador: Gabriela Alves Macedo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:40:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zanovello_Leonardo_M.pdf: 1456528 bytes, checksum: 96eb948fa9191bcc8eb18911f70d2482 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O Brasil é conhecido por ser um dos maiores produtores agroindustriais do mundo, o que reflete diretamente no crescimento econômico do país. Entretanto, toda essa produção tende a gerar alguns problemas de cunho ambiental como o acúmulo de resíduos e excedente de subprodutos. Uma solução para este problema, é a utilização deste material em processos biotecnológicos como a fermentação em estado sólido, que pode viabilizar a síntese microbiana de fitases, que são usualmente aplicadas como aditivos em ração animal. Neste cenário, este trabalho foi conduzido com o objetivo de utilizar o subproduto agroindustrial da extração de óleo dos frutos de tungue (torta de tungue) para produção da enzima fitase, bem como verificar a degradação dos compostos tóxicos presentes nesse resíduo pela manipulação do fungo filamentoso Paecilomyces variotii. Por meio da técnica de planejamento experimental foi obtido um aumento do rendimento na produção da enzima de aproximadamente 2,5 vezes, apresentando atividade específica de 9,56 U/mg de proteína. Foram ainda avaliadas as características bioquímicas do extrato bruto enzimático, que demonstrou pH e temperatura ótimos em 5,0 e 37°C respectivamente. A enzima apresentou estabilidade em pHs alcalinos e em temperaturas acima dos 60°C. Também foi estudada a influência de sais e inibidores na atividade, com destaque para os íons Fe+2,Fe+3, Zn+2, os quais afetaram negativamente a ação da fitase. Nos estudo da detoxificação dos ésteres de forbol, através das análises por cromatografia líquida de alta eficiência, em 48horas de fermentação não foi detectada quantidade significativa do composto tóxico. Assim como na análise citotóxica por MTT (teste da atividade da desidrogenase mitocondrial) foi constatado crescimento celular semelhante ao controle após a utilização de coproduto fermentado por 72 horas, comprovando que o processo de detoxificação foi eficiente / Abstract: Brazil is well known to have one of the biggest agro-industrial production in the world, which is direct reflected in the country's economic growth. However, the large yield of field usually come with some environmental issues like the accumulation of agro-industrial by-products. A promising solution for this problem is to reuse the residues in biotechnological processes as solid state fermentation (SSF), using microorganisms to synthesize phytases, that can be applied in animal feed. The aim of this work was to use the agro-industrial residue from tung's fruit oil extraction, known as tung meal, for phytase production, as well as the biochemistry characterization of crude enzymatic extract and detoxification of phorbol ester presents in Tung meal structure by the fungus Paecilomyces variotii. Statistical approach of experimental design showed a 2,5-fold increase in phytase production yield, being that the specific activity of the enzyme was 9,56 U/mg. The biochemistry characteristics of phytase crude extract were optimum pH of 5,0 and optimum temperature of 37°C, besides the enzyme showed stability in alkaline pH and worked in temperatures over than 60°C. The effects caused by salt and phytase activity inhibitors, showed that Fe+2, Fe+3, Zn+2 decreased drastically the action of enzyme. The detoxification tests were performed by HPLC analysis, running samples with 48, 72, 96, 120 hours of fermentation, without any kind of treatment and only heat treatment. After 48 hours fermentation was not detected significant amount of toxic compound, as well as analysis by MTT cytotoxicity test (mitochondrial dehydrogenase activity), was observed the same cell growth as the control samples following the use of processed waste for 72 hours, proving that the detoxification process was efficient / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Sueli Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:18:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Honorato_TalitaLopes_D.pdf: 6860909 bytes, checksum: 13811fc8b567923905d4a11f6cfd1a1a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Estudos sobre quitina e quitosana têm atraído interesse devido à sua possível conversão em oligossacarídeos, que são solúveis em água e apresentam atraentes atividades biológicas. Para este fim, métodos eficazes para a produção de amino-oligossacarídeos (AGO's) potencialmente bioativos são necessários. O trabalho objetivou estudar a viabilidade de Fermentação em Estado Sólido (FES) para a produção de um extrato enzimático adequado para a obtenção de AGO's. Inicialmente foi identificado um fungo adequado para a FES utilizando cascas de camarão como substrato, sendo uma cepa de Trichoderma polysporum selecionada. A otimização das condições da fermentação para obtenção de um extrato enzimático capaz de produzir AGO's com grau de polimerização em torno de 5, grau de polimerização considerado o mínimo adequado para bioatividades foi realizada e as enzimas produzidas por T. polysporum sob diferentes condições de fermentação (submersa e sólida) foram analisados por eletroforese, seguida pela atividade de coloração e por atividades enzimáticas utilizando substratos cromogênicos específicos. Atividades enzimáticas de ß-N-acetilglucosaminidase, quitobiosidase e uma pequena quantidade de exo-quitinase e endo-quitinase foram observadas. O extrato da FES foi utilizado para degradar parcialmente diferentes quitosanas com fração molar de N-acetilglicosamina (FA) de valor 0,27 ou 0,56, e uma quitosana cormecial com FA em torno de 0,15. Os AGO's produzidos foram caracterizados por cromatografia em camada delgada e espectrometria de massa. Uma metodologia para separação de padrões oligoméricos acetilados e desacetilados por cromatografia líquida com detecção amperométrica pulsada dos oligossacarídeos foi desenvolvida e otimizou-se a hidrólise enzimática para produção dos AGO's de quitosanas. Hetero-oligômeros bioativos com grau de polimerização entre 2 e 7 foram produzidos, apresentando atividade antimicrobiana em Pseudomonas syringae e potencializando a explosão oxidativa em células de arroz, utilizando quitosana como elicitor (ambas atividades foram encontradas em concentrações de 50 µg/mL de AGO's) / Abstract: Studies on chitin and chitosan have drawn interest because of their possible conversion into oligosaccharides, which are water-soluble and present attractive biological activities. To this end, cost effective methods for the production of potentially bio-active chito-oligosaccharides (COS) are required. In this work we decided to study the feasibility of using solid state fermentation (SSF) for the production of a suitable enzyme extract for the eventual obtention of COS. The first step was the identification of a suitable fungus for solid satet fermentation (SSF) using shrimp shells as a substrate, and a strain of Trichoderma polysporum was eventually selected. The second step involved the optimisation of growth conditions to obtain enzyme preparations capable of producing COS with degrees of polymerisation of at least 5, this typically being the minimum DP for reliable bio-activities. The SSF extract was used to partially degrade different well characterised chitosans with a molar fraction of N-acetylglucosamine (FA) value of 0.27 or 0.56, and a commercial chitosan obtained from Sigma (FA around 0.15). The chitosanolytic enzymes produced by T. polysporum under different fermentation conditions were analysed by electrophoresis followed by activity staining and the enzyme activities of ß-N-acetylglucosaminidase, chitobiosidase and a small amount of exo-chitinase and endo-chitinase were observed. After hydrolysis, the complex mixture was precipitated, and the supernatant containing the COS produced was analysed using thin layer chromatography (TLC) and quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry. We detected the presence of chitinase rather than chitosanase activity and the production of hetero-oligomers with degrees of polymerisation between 2 and 7. The bio-activity of these oligomer mixtures in rice plants cells and against the growth of Pseudomonas syringae was founded / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The energy crisis caused by the exhaustion of fossil fuels and environmental problems has caused concerns of researchers and, consequently, causing them to seek alternatives to replace fossil fuels with renewable sources. An interesting alternative is the use of solid-state fermentation for biofuels production using agricultural residues as a source of fermentable sugars. In Rio Grande do Sul, about 10 million tons of rice a year are produced in the state, producing around 3 million tons of rice husk and 1.5 million tons of rice bran. Such wastes have great potential for the production of bioethanol, but there are no proper techniques to date for the industrial production of ethanol by these wastes. The ethanol extraction technique from the solid state fermentation process is techniques should be improved so that the process becomes efficient and environmentally friendly. Thus, in this work was carried out a preliminary step to ethanol production process by solid state fermentation, evaluating an ethanol extraction method using distilled water as solvent. In this step, we evaluated parameters influencing the fermentation process (moisture content and initial concentration of ethanol) and the extraction process (temperature, agitation and solid-liquid ratio). Set the extraction conditions, the experimental design methodology was used in order to identify the significant variables in the process of solid state fermentation for ethanol production through the application of a design Plackett & Burmann experiments. The response surface methodology was used to perform process optimization, based on the evaluation of a central composite rotational design (CCRD). For end a scale-up of the simultaneous saccharification and solid state fermentation process was proposed, reaching a final ethanol concentration of 143.88 g EtOH / kg substrate. / A crise energética causada pela exaustão de combustíveis fósseis e problemas ambientais tem causado preocupações de pesquisadores e, consequentemente, fazendo com que os mesmos procurem alternativas para substituir os combustíveis fósseis por fontes renováveis. Uma alternativa interessante é o uso da fermentação em estado sólido para produção de biocombustíveis, utilizando resíduos agroindustriais como fonte de açúcares fermentáveis. No Rio Grande do Sul, cerca de 10 milhões de toneladas de arroz são produzidas por ano no Estado, produzindo em torno de 3 milhões de toneladas de casca de arroz e 1,5 milhão de toneladas de farelo de arroz. Tais resíduos apresentam grande potencial para a produção de bioetanol, porém não há técnicas adequadas até o momento para a produção industrial de etanol através destes resíduos. A técnica de extração de etanol proveniente do processo de fermentação em estado sólido é uma das técnicas que devem ser aprimoradas para que o processo se torne eficiente e ambientalmente correto. Com isso, neste trabalho foi realizada uma etapa preliminar ao processo de produção de etanol por fermentação em estado sólido, avaliando um método de extração de etanol utilizando água destilada como solvente. Nesta etapa, foram avaliados parâmetros que influenciam o processo fermentativo (teor de umidade, e concentração inicial de etanol) e o processo de extração (temperatura, agitação e razão sólido-líquido). Fixadas as condições de extração, a metodologia de planejamento de experimentos foi utilizada com objetivo de identificar as variáveis significativas no processo de fermentação em estado sólido para a produção de etanol, através da aplicação de um design de experimentos Plackett & Burmann. O método de superfície de resposta foi utilizado para realizar a otimização do processo, com base na avaliação de um delineamento composto central rotacional (DCCR). Por fim, foi proposto um aumento de escala do processo de sacarificação e fermentação simultânea em estado sólido, atingindo uma concentração de etanol final de 143,88 g EtOH/ kg substrato.

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Helen Treichel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-14T15:38:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mazutti_MarcioAntonio_D.pdf: 2533224 bytes, checksum: 5aa67cc7c607161a5f135fc67eb66778 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nas últimas duas décadas houve um aumento considerável no emprego de fermentação em estado sólido (FES) para a obtenção de enzimas de interesse em alimentos, incluindo a inulinase. No entanto, todos os trabalhos reportados na literatura abordam a produção de inulinase em escala de bancada, usando poucos gramas de substrato. Essa estratégia de condução do processo é muito importante na etapa de seleção dos substratos e triagem dos microrganismos produtores. Porém, não permite a avaliação do desempenho do processo em escalas maiores. O objetivo desse trabalho foi investigar a produção de inulinase por FES num biorreator de leito fixo com capacidade para 3kg (base seca) usando a levedura Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571. Inicialmente, foi realizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) para otimizar a massa inicial de células, a temperatura e a vazão do ar de entrada do biorreator. A partir dos resultados obtidos na otimização, foram realizados 7 experimentos em torno da região otimizada, visando a avaliação cinética do processo. Foram monitorados experimentalmente o consumo de açúcar redutor total (ART), a produção de dióxido de carbono (CO2) e a geração de calor metabólico. A produção de água metabólica, massa de células e etanol, além do consumo de oxigênio, foram calculados a partir de uma equação estequiométrica, tomando como base a produção de CO2 e o consumo de ART. Os dados obtidos na avaliação cinética foram usados para a geração de um modelo de crescimento da levedura Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571 em FES. Este modelo é baseado em redes neurais artificiais (RNA), onde são usadas como entradas para a rede a massa inicial de ART, temperatura do ar de entrada do biorreator, temperatura do ar de saída do biorreator e tempo de fermentação. Como respostas têm-se as taxas associadas com o crescimento da levedura Kluyveromyces marxianus, como a produção de CO2, calor metabólico, etanol, água metabólica, atividade da inulinase e massa celular, além das taxas de consumo de oxigênio (O2) e ART. Por fim, o modelo de crescimento microbiano foi acoplado ao balanço macroscópico de energia no biorreator com o objetivo de prever os perfis de temperatura ao longo do processo. Entre os resultados obtidos no DCCR tem-se que a máxima produção de inulinase obtida foi de 437±36 unidades por grama de substrato seco (U.gds-1) (produtividade de 18,2 U.gds-1.h-1) quando a temperatura do ar de entrada, vazão volumétrica de ar e massa de células foram 30°C, 2,2 m3.h-1 e 22 g, respectivamente. Na avaliação cinética do processo, foram verificadas diferenças nas taxas associadas ao crescimento microbiano entre as condições experimentais. O aumento da temperatura do ar de entrada mostrou ter influência no tempo onde as taxas máximas foram verificadas, sendo que quanto mais alta a temperatura menor foi esse tempo. A temperatura máxima obtida na corrente de ar na saída do biorreator atingiu valores próximos a 50°C, não afetando o teor de umidade do substrato, o qual se manteve acima de 65%. A produção de inulinase mostrou variações significativas com a altura do biorreator. As maiores taxas associadas com o crescimento microbiano foram verificadas quando a temperatura do ar de saída atingiu valores compreendidos entre 30¿38°C, o que corresponde a 4-9 horas de fermentação. O modelo matemático baseado em redes neurais empregado para predizer as principais taxas associadas ao crescimento da levedura K. marxianus em FES mostrou desempenho satisfatório na representação dos dados experimentais e ao acoplar esse modelo à equação de balanço de energia macroscópico do processo obteve-se uma representação satisfatória dos perfis de temperatura ao longo do biorreator / Abstract: In the last two decades there has been a considerable increase in the interest of using solid-state fermentation (SSF) for the development of several bioprocesses and products, including enzyme production, as the inulinase. Nevertheless, all works related in the literature regarding the inulinase production were conducted in small scales, using few grams of substrate. This strategy is interesting to select the most promising substrate and microorganisms, which are able to produce the desired product, but this scale is not appropriated for the evaluation of process performance in larger scales. This work evaluate the inulinase production by SSF in a packed-bed bioreactor with available capacity of 3 kg (dry basis) using the yeast Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571. Initially, it was evaluated the technical viability to produce inulinase by SSF in the packed-bed bioreactor. To optimize the operational conditions, such as temperature and flow rate of inlet air and the initial mass of cells, a central composite rotational design (CCRD) for three independent variables was carried out. Starting from the results obtained in the CCRD, seven new experimental runs were carried out within the range investigated for the independent variables to evaluate the kinetics of cell growth and inulinase production by Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571 in the packed-bed bioreactor. A stoichiometry correlation between CO2, ethanol, metabolic water, O2 and total reducing sugar was determined. Besides, the metabolic heat production was estimated by a proper energy balance in the inlet and outlet air stream. The data obtained during the kinetic evaluation of the process were employed on the development of a mathematical model based on artificial neural networks (ANN) to predict the above mentioned microbial rates associated with the microbial growth in function of the fermentation time, initial total reducing sugar concentration, inlet and outlet air temperatures. In the last step of the work, the model related to the microbial growth was coupled to the macroscopic energy balance in the bioreactor to predict the temperature profile through the substrate bed. The results obtained in the CCRD showed that the optimum inulinase production was 436.7±36.3 U.gds-1 at 24 h of fermentation (productivity of 18.2 U.gds-1.h- 1) when SSF was carried out at 30°C of air inlet temperature, 2.2 m3.h-1 of air flow rate and 22 g of cells. During the kinetic evaluation of the process it was verified that the manipulated variables affected the process performance. The maximum temperature reached in the outlet air stream was about 50°C, however not affecting the moisture content of the substrates that was higher than 65% (w/w) inside the bioreactor. The inulinase production showed significant variations in different bed heights inside the bioreactor. The highest microbial rates were verified when the mean temperature of moist substrate reached values in the range of 30 to 38°C that leads to a fermentation time between 4 to 9 hours. The model developed to predict the main microbial rates of the yeast K. marxianus grown in solid-state fermentation showed a good performance during both training and validation steps. The framework developed showed to be an interesting alternative to substitute the simple empirical microbial model in the macroscopic balance of energy in the bioreactor, since the proposed hybrid model predicted efficiently the temperature profiles through the bioreactor / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Biotechnology is inserted within the search for new products and processes, thus becoming an important tool in the development of biotechnological natural aroma production processes. Flavors compounds obtained from these processes represent a very promising and viable way of production for industries mainly due to the increase of consumer preference for natural food additives and products. Many microorganisms isolated from various environments have potential to synthesize flavors compounds when cultivated in an appropriate culture medium. Fermentation processes allow the use of agro-industrial wastes in which disposal on the environment may cause serious pollution issues. The residues composition, mostly the carbon source, allows the growth of microorganisms and the production of higher aggregate value compounds. The aim of this work is the to produce and quantify the 6-pentyl-á-pyrone lactone, responsible for the coconut-like aroma, by using agro-industrial waste as support and the filamentous fungus Trichoderma harzianum. Initially three agro-industrial wastes (sugarcane bagasse, coconut shell powder and cassava bagasse) were tested concerning the aroma production. Then the gas chromatography coupled to headspace extraction technique provided the quantitative and qualitative analysis of the lactone. Through the chromatogram area, the 4040 strain of Trichoderma fungus and the cassava bagasse were selected as culture medium. The latter was studied by the physical chemistry aspect. The tests done in order to evaluate the microorganism lactone toxic level did not show a complete inhibition in cell growth, only a few spores. The total factorial design in two levels was applied to verify the influence of the nutrients concentration (C/N) and temperature in the production of 6-pentyl-á-pyrone. The largest production of aroma compound resulted in 3.78 mg/g MS at the 7th culture day. The linear and quadratic terms related to temperature were important to the proposed model at a 95% trust level for aroma maximum concentration, by setting values between 25 and 28°C. The C/N ratio effect and the interaction between these two variables were not statistically meaningful. / A biotecnologia se insere na busca de novos produtos e processos, tornando-se uma ferramenta importante no desenvolvimento de processos de produção de aromas naturais biotecnológicos. Compostos de aroma obtidos por estes processos representam uma alternativa de produção bastante promissora e viável para as indústrias, principalmente devido ao aumento da preferência dos consumidores por aditivos alimentícios e produtos naturais. Muitos microrganismos, isolados dos mais variados ambientes, possuem potencial para sintetizar compostos de aroma quando cultivados em meios de cultura adequados. Os processos fermentativos possibilitam o aproveitamento de resíduos agroindustriais, cuja disposição no meio ambiente gera sérios problemas de poluição. A composição dos resíduos, principalmente a fonte de carbono, permite o crescimento dos microrganismos e produção de compostos de maior valor agregado. O presente trabalho tem como objetivo produzir e quantificar a lactona 6-pentil-á-pirona, responsável pelo aroma característico de coco, utilizando resíduo agroindustrial como suporte e fungo filamentoso Trichoderma harzianum. Inicialmente, três resíduos agroindustriais (bagaço de cana, pó da casca de coco e bagaço de mandioca) e cinco microrganismos foram testados quanto à produção do aroma. A técnica de cromatografia gasosa acoplada à extração em headspace permitiu as análises qualitativas e quantitativas da lactona. Através da área do cromatograma, a linhagem 4040 do fungo Trichoderma e o suporte bagaço de cana foram selecionados como meio de cultivo. O resíduo bagaço de cana foi caracterizado sob o aspecto físico-químico. Os testes realizados para avaliar o nível de toxidez da lactona sobre o microrganismo não apresentaram inibição total no crescimento celular, apenas pouca presença de esporos. O planejamento fatorial completo em dois níveis foi empregado para avaliar a influência da concentração de nutrientes (C/N) e da temperatura sobre a produção do 6-pentil-á-pirona. A maior produção do composto de aroma resultou em 3,78 mg/g MS no 7º dia de cultivo. Os termos lineares e quadráticos relacionados à temperatura foram significativos no modelo proposto a um nível de confiança de 95% para a máxima concentração do aroma, sendo direcionadas para valores de 25 a 28ºC. O efeito da razão C/N e de interação entre as duas variáveis não foram estatisticamente significativos.

Orientador: Luis Henrique Souza Guimarães / Banca: Daniela Alonso Bocchini / Banca: Valéria de Carvalho Santos Ebinuma / Resumo: A prospecção de enzimas fúngicas tem sido amplamente estudada nos ultimos anos, principalmente utilizando a Fermentação em Estado Sólido (FES). A procura por enzimas microbianas, principalmente de fungos filamentosos, capazes de degradar material lignocelulósico, tem despertado grande interesse para processos biotecnológicos como, por exemplo, na produção de bioetanol, a partir do bagaço de cana-de-açúcar. Fungos do gênero Aspergillus são reconhecidos como ótimos produtores de enzimas do complexo celulolítico e hemicelulolítico, e a busca por novas linhagens com potencial de produção destas torna-se um grande desafio. Aspergillus labruscus ITAL 22.223 é um fungo filamentoso recentemente isolado no sul do Brasil e, por este motivo, não há estudos na literatura sobre seu potencial de produzir enzimas celulolíticas e hemicelulolíticas. Diante do exposto, este estudo visou a produção e quantificação de enzimas do complexo celulolítico (celulase total, endoglucanase e β-glicosidase) e hemicelulolítico (xilanase), a partir de fermentação em estado sólido utilizando resíduos/produtos agroindustriais como substratos. Neste contexto, a maior atividade enzimática de xilanase foi obtida na presença de farelo de trigo (74,83 U/g de substrato) e de β-glicosidase em farelo de aveia (6,35 U/g de substrato) como substratos/fontes de carbono. Sendo a produção de xilanase em FES a que mais se destacou, algumas características da enzima contida no extrato bruto foram determinadas. Apresentou te... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Prospecting of fungal enzymes has been largely studied in recent years, especially by means of Solid-State Fermentation (SSF). The search for microorganisms' enzymes able to degrade lignocellulosic material, mainly those of filamentous fungi, has attracted interest for application in biotechnological processes, such as in production of cellulosic ethanol from sugarcane bagasse. Aspergillus species are well known for their capability to produce cellulosic and hemicellulosic enzymes complex and the search for strains with this potential is an important challenge. Aspergillus labruscus ITAL 22.223 is a filamentous fungus recently isolated in south of Brazil with unknown potential to produce cellulolytic or hemicellulolytic enzymes. This study aimed the production and quantitation of enzymes of the complex cellulolytic (total cellulose, endoglucanase and and β-glucosidase) and hemicellulolytic (xylanse) obtained under solid-state fermentation using agroindustrial waste and product as substrates. According to this, the greatest enzymatic productions of xylanase (74.83 U/g of substrate) and β-glucosidase (6.35 U/g of substrate) were obtained using wheat bran and oat bran as substrates during SSF fermentation, respectively. Taking in account the best production of xylanase in SSF, some biochemical characteristics were determined for the enzyme contained in the crude extract. Optimal of temperature for enzyme activity was 55ºC and optimal pH was 5.5. Regarding its thermal stability, ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 genoveva.pdf: 386984 bytes, checksum: e0637e197abae91403267eddf66d5e0f (MD5) Previous issue date: 2006-08-21 / Many types of agroindustrial wastes may be employed as substrate for enzyme production. Glucoamylase is an enzyme used by the food industry to elaborate, for example, glucose syrup. The glucoamylase production by fermentation processes may be done by Aspergillus awamori, because this microorganism is considered safe to be used in food industries. In the solid estate fermentation (SSF), the microorganism is inoculated in a substrate where the activity of water allows the growth and cellular metabolism; however that doesn´t exceed the maximum water holding capacity of the solid substrate. In this work it was studied the possibility of employing agroindustrial wastes (potato, carrot processing redidues and mixes of these residues), for glucoamylase production by the Aspergillus awamori NRRL 3112. The experiments were mde varying the following conditions: moisture levels of 90, 92 e 98%, fermentation time and agitation; moisture levels of 30, 50, 70 and 90%; supplementation with sources of nitrogen (level of 2,20g (NH4)SO4/Kg of substrate, with and without pH correction) and phosphorous (levels of 3,8, 7,6 and 11,4g Na2HPO4/Kg of substrate); determination of the enzymatic activity in different buffers: pH 4,2, 0,1M citrate-phosphate buffer pH 4,2, 0,02M acetate buffer. In the tested conditions, the time of 72 hours was the most apropriate for the fermentation and production of glucoamylase, being obtained up to 725,00 U/mL when potato processing wastes used. The agitation, as tested, was not efficient in the increment of the enzymatic activity. There were not great differences in the results of enzymatic activity with the studied moisture levels (90, 92 and 98%). In the experiments with moisture levels of 30, 50, 70 and 90%, the highest enzymatic activities verified were of 65,98 with 50% moisture for the carrot processing waste, 141,38 U/mL with moisture of 30% and use of the potato processing waste and 55,77 U/mL when teh substrate was prepared by mixing 50% of each wastes with moisture of 70%. In the experiments with substrate supplmented with sources of phosphorous, the best results of enzymatic activity obtanied they were 318,33% U/mL, with addition of 0,19 g of Na2HPO4/Kg for the substrate with potato processing waste, 33,33 U/mL when the carrot processing waste was ued with addition of 0,19 g of Na2HPO4/Kg for the substrate; and 125 U/mL was obtained when the substrate was a mix of 50% of each waste with addition of 0,19 g of Na2HPO4/Kg for the substrate. When phosfhorous and nitrogen sources was added, the best results obtained were of 875 U/mL with potato waste, without pH correction, being added 0,38 g of Na2HPO4/Kg for the substrate and without addition of nitrogen, 141,66 U/mL, with carrot waste, being added 0,38 g of Na2HPO4/Kg for the substrate, without addition of nitrogen and without pHcorrection. In the experiments with different buffer solutions, best results of enzymatic activity were of 51,66, 401,66 and 176, 66 U/mL, with carrot, potato wastes and their mix, respectively, being used the pH 4,2, 0,1 M citrate-phosphate buffer. It can be concluded that the use of those wastes as sources for production of glucoamylase is technically viable, contributing with the process of value aggregation to sub-products of the agroindustrial processing and avoiding the discard of these in the nature. / RESUMO Muitos resíduos gerados na agroindústria podem ser utilizados como substrato para produção de enzimas. A amiloglucosidase (AMG) é uma enzima utilizada pela indústria de alimentos para a fabricação de xaropes de glucose. A produção de AMG por processos fermentativos pode ser feita com o uso do Aspergillus awamori, pelo fato de ser considerado um microrganismo seguro para a indústria alimentícia. Na fermentação em estado sólido (FES), o microorganismo é inoculado em um substrato onde a atividade de água assegure o crescimento e metabolismo celular e não excede à capacidade máxima de ligação de água com a matriz sólida. Neste trabalho foi estudada a possibilidade da utilização de resíduos agroindustriais (gerados a partir do processamento da batata, cenoura e mistura desses resíduos) para a produção da enzima amiloglucosidase (AMG) pelo microorganismo Aspergillus awamori NRRL 3112. Foram realizados ensaios variando as seguintes condições: teor de umidade de 90, 92 e 98%, relacionados ao tempo de fermentação e à agitação; teor de umidade de 30, 50, 70 e 90%; suplementação com fontes de nitrogênio (nível de 2,20 g(NH4)2SO4/Kg de meio, com e sem correção de pH) e fósforo (níveis de 3,8, 7,6 e 11,4 g Na2HPO4/Kg de meio); determinação da atividade enzimática em diferentes soluções tampão, citrato-fosfato 0,1M e pH 4,2 e tampão acetato 0,02M e pH 4,2. Dentro das condições empregadas, o tempo de 72 horas foi o mais adequado para a fermentação e produção de AMG, obtendo-se até 725,00 U/mL quando se utilizou resíduo do processamento de batata. A agitação, dentro dos níveis empregados, não se mostrou eficiente no incremento da atividade enzimática. Não houve grandes diferenças nos resultados de atividade enzimática em relação aos teores de umidade de 90, 92 e 98% utilizados. Nos ensaios com meios com teor de umidade de 30, 50, 70 e 90% as maiores atividades enzimáticas constatadas foram de 65,98 U/mL com emprego de umidade de 50% para o resíduo do processamento de cenoura, 141,38 U/mL com umidade de 30% na utilização do resíduo do processamento de batata e 55,77 U/mL onde se fez mistura de 50% de cada resíduos com umidade de 70%. Nos ensaios com meios suplementados apenas com fontes de fósforo, os melhores resultados de atividade enzimática obtidos foram 318,33 U/mL, com adição de 0,19 g de Na2HPO4/50g de meio para o resíduo do processamento de batata, 33,33U/mL quando se utilizou resíduo do processamento de cenoura com adição de 0,19 g de Na2HPO4/50g de meio, 125 U/mL foi obtido quando se fez a mistura de 50% de cada resíduo com adição de 0,19 g de Na2HPO4/50g de meio. Quando se adicionou fontes de fósforo e nitrogênio, os melhores resultados obtidos foram de 875 U/mL com resíduo de batata, sem correção de pH, adicionando-se 0,38 g de Na2HPO4/50g de meio, sem adição de fonte de nitrogênio, 141,66 U/mL com resíduo de cenoura adicionando-se 0,38g de Na2HPO4/50g de meio, sem adição de fonte de nitrogênio e sem correção de pH. Nos ensaios com diferentes soluções tampão obteve-se os melhores resultados de atividade enzimática, de 51,66, 401,66 e 176,66U/mL, com resíduos do processamento de cenoura, batata e mistura desses, respectivamente, utilizando-se o tampão citrato-fosfato 0,1M, pH 4,2. Pode-se concluir que a utilização desses resíduos como fonte para produção de AMG é tecnicamente viável, contribuindo com o processo de agregação de valor econômico a sub-produtos da agroindústria e evitando o descarte destes na natureza.