O objetivo desse estudo foi investigar o efeito protetor do íon magnésio em células de levedura Saccharomyces cerevisiae submetidas aos estresses térmico e etanólico. No processo industrial de fermentação as leveduras estão sujeitas ao estresse térmico, originado pelo calor produzido pela própria fermentação, e ao estresse pelo etanol, originado pelos efeitos adversos do álcool etílico produzido pelo catabolismo dos açúcares pelas leveduras. O magnésio tem a capacidade de atenuar os efeitos nocivos de estresse em leveduras S. cerevisae, principalmente através da estabilização da membrana celular. Foi cultivada a levedura Saccharomyces cerevisiae Y-904, a 30°C por 24h sob agitação de 80 rpm em meio YEPD e em meio à base de caldo de cana-de-açúcar, acrescido ou não de 20 mmol de magnésio, na forma de sulfato de magnésio hepta-hidratado. As culturas foram expostas ao estresse térmico, através da elevação da temperatura de incubação de 30 para 42°C e/ou ao estresse etanólico, em meio com 10% (v/v) de etanol. A viabilidade celular da levedura foi determinada por microscopia ótica às 0, 1, 2, 3, 4, 5, 24 e 48 horas do período de incubação sob as condições de estresse. A concentração de magnésio nas células e nos meios foi determinada por espectroscopia de absorção atômica. Os resultados foram analisados estatisticamente através de Análise de Variância, com posterior aplicação de Teste de Tukey. O enriquecimento do meio YEPD e/ou das células da levedura com magnésio proporcionou maior população e viabilidade celular da levedura. Em meio à base de caldo de cana o enriquecimento com magnésio não influenciou a população ou a viabilidade celular da levedura, provavelmente porque tal meio de cultivo já apresentava concentração suficiente de magnésio para a proteção da levedura contra os estresses térmico e etanólico. / The aim of this study was to investigate the protective effect of the ion magnesium in cells of Saccharomyces cerevisiae under thermal and ethanolic stresses. In the industrial process of fermentation the yeasts might be submitted either to thermal stress, originated from the heat produced by fermentation, or to ethanol stress, originated from the damages effect of ethylic alcohol produced by the catabolism of the sugars by the yeasts. Magnesium has the capability to attenuate harmful effects of stresses in yeast, mainly through the stabilization of the cellular membrane. The strain Y-904 of Saccharomyces cerevisiae was cultivated at 30°C during 24h under 80 rpm agitation in medium YEPD or in a broth from sugar cane, both added or not with 20 mmol of magnesium from magnesium sulphate hepta-hydrated (MgSO4 7H2O). The cultures were exposed either to heat shock, by rising of the temperature of incubation from 30 to 42°C, either/or to ethanol shock, in broth with 10% (v/v) of ethanol. The cellular viability of the yeasts was determined by optical microscopy at 0, 1, 2, 3, 4, 5, 24 and 48 hours of the period of incubation under the stress conditions. The magnesium concentration in the cells and in the mediums was determined for atomic absorption spectroscopy. The results were statistically analyzed by variance analysis and Tukey test. The yeast population and cell viability were higher in the medium YEPD enriched with magnesium (intra or extracellular) compared the same medium without magnesium supplementation. However it was not observed difference in population or viability of the yeasts in the broths from sugar cane enriched or not with magnesium. This happened probably because the broth from sugar cane already presented a concentration of magnesium enough to protect the yeast cells against the thermal and ethanolic stresses.

O presente trabalho teve por objetivo estudar distúrbios fisiológicos e bioquímicos causados pelo alumínio em duas linhagens de Saccharomyces cerevisiae: levedura de panificação Fleischmann e a linhagem PE-2. Para tal, procurou-se simular, tanto quanto possível, as condições fisiológicas da fermentação industrial. Foram realizados 4 experimentos, empregando-se mosto semi-sintético e caldo de cana, contendo 200 g de açúcares redutores totais (ART) por litro. O alumínio foi adicionado na forma de AlCl3.6H2O nas seguintes proporções: 0 (testemunha), 50 e 100 mg/L, nos experimentos de 1 a 3, e 0 e 50 mg/L, no experimento 4, variando-se o pH dos mostos de 4,0 a 5,0. Os experimentos foram conduzidos com reciclo de células, sendo avaliados os seguintes parâmetros: rendimento em etanol, formação de glicerol e açúcares residuais, crescimento em biomassa, viabilidade celular, contaminação bacteriana, teores iniciais e finais dos carboidratos de reserva (trealose e glicogênio) e acúmulo de alumínio nas células de levedura. Concluiu-se que níveis tóxicos de alumínio podem estar presentes em mostos industriais, pois os efeitos tóxicos foram constatados em ambas linhagens, porém, a linhagem PE-2 mostrou-se mais resistente a tais efeitos quando comparada com a levedura de panificação Fleischmann. / The aim of this work was to study physiological and biochemical effects caused by aluminum (Al) in two strains of Saccharomyces cerevisiae: baker's yeast Fleischmann and strain PE-2. For such, was tried to simulate, so much as possible, the physiological conditions of the industrial process. Four experiments were performed: using semi-synthetic and cane juice containing 200g of total reducing sugar per liter at pH 4.0 and 5.0. Aluminum was added in the form of AlCl3.6H2O in the following proportions: 0 (control), 50 mg/L and 100 mg/L . The experiments were performed with cell reuse and the following parameters were analysed: ethanol production, glicerol production and residual sugars, growth of the yeast, yeast viability, bacterial contamination, trehalose and glycogen content and accumulation of aluminum in the yeast cells. It was concluded that toxic levels of aluminum could be present in industrial substrates, since toxic effects were verified for both strains. The strain PE-2 showed to be more tolerant to aluminum when compared to baker's yeast.

O uso de microrganismos na biotecnologia tem grande importância e interesse econômico no Brasil. Entre esses microrganismos a levedura Saccharomyces cerevisiae tem grande destaque nos processos fermentativos para produção de pães, bebidas e álcool combustível. Dimorfismo em S. cerevisiae (alteração na morfologia celular de células brotantes para estruturas filamentosas) tem sido observado em condições de deficiência de nitrogênio, carbono e presença de álcoois superiores. Isso pode ser um tipo de defesa da levedura, que ao encontrar um meio prejudicial ao seu desenvolvimento, através da alongação das células, crescimento hifal e da invasão do meio, cria novos mecanismos para encontrar alimento para o seu desenvolvimento. Neste trabalho, dezessete linhagens (haplóides e diplóides) de S. cerevisiae isoladas do processo fermentativo industrial para produção de etanol foram caracterizadas quanto à filamentação induzida por deficiência de carbono (crescimento invasivo), nitrogênio e presença de álcoois superiores, em meio de cultura sólido. Objetivou-se também avaliar a indução da filamentação por álcool isoamílico em condições de fermentação e seus efeitos sobre os parâmetros fermentativos. A maioria das linhagens apresentou filamentação em resposta aos álcoois isoamílico, butanol e isobutanol, não respondendo ao metanol, sendo mais marcante em linhagens haplóides. O álcool isoamílico foi o indutor mais eficiente em meio (YEPD), linhagens diplóides apresentaram crescimento invasivo, embora esse tipo de filamentação seja mais comum em linhagens haplóides. Resultados semelhantes foram observados quando se utilizou frutose e manose em substituição à glicose no meio de cultura. As linhagens não filamentaram em meio de cultura deficiente em nitrogênio (SLAD). A linhagem CCA193 (PE-02), extensivamente utilizada nas destilarias da região, foi escolhida para a indução da filamentação por álcool isoamílico em condições de fermentação (meio de caldo de cana e sistema de reciclo celular). A adição de 0,1% desse álcool superior afetou significativamente os parâmetros fermentativos, induzindo filamentação após o terceiro ciclo fermentativo, coincidindo com a recuperação da viabilidade celular, número de células viáveis, produção de etanol e diminuição do Brix residual, embora não se comparando aos valores alcançados ao final do sexto ciclo no tratamento sem álcool isoamílico. Os resultados obtidos indicaram que a filamentação induzida por álcoois superiores e deficiência de nutrientes (especialmente carbono) é um processo comum em linhagens industriais de S. cerevisiae e pode contribuir para a manutenção/sobrevivência das células em condições adversas. / The use of microorganisms in biotechnology is an important and economical area of interest in Brazil. Among these, the yeast Saccharomyces cerevisiae is specially remarkable in baking industry and alcohol fermentation. Dimorphism in S. cerevisiae (cell morphology alterations from budding cells to filamentous structures) has been observed in conditions of nitrogen and carbon deprivation and presence of fusel alcohoes. This can be a defense mechanism that allows the yeast to forage for nutrients through cell elongation, hyphal growth and medium invasiveness. In this work seventeen industrial strains of S. cerevisiae (haploid and diploid) isolated from the fermentative process for alcohol production were characterized for filamentation induced by carbon (invasive growth) and nitrogen deprivation and presence of fusel alcohol, in solid culture media. The induction of filamentation by isoamyl alcohol in fermentation condition was also aimed, evaluating its effects on the fermentative parameters. The majority presented filamentation induced by isoamyl alcohol, butanol and isobutanol, but not by methanol. The isoamyl alcohol was the most effective inducer in rich medium (YEPD), diploid strains showed invasive growth, although this kind of filamentous growth be common in haploid strains. Similar results were observed when fructose and mannose were utilized replacing glucose in the culture medium. In nitrogen-deficient medium (SLAD) the strains did not filament. The yeast strain CCA193 (PE-02), extensively used in the alcohol units, was chosen for filamentation induction by isoamyl alcohol in fermentation conditions (sugar cane juice medium and cell recycle system). The addition of 0.1% of this higher alcohol affected significantly the fermentative parameters, however filamentation was induced after the third fermentative cycle, coincident with the cell viability, viable cell number, ethanol production recuperation and residual Brix decrease, though the values were not comparable to the treatment without isoamyl alcohol by the sixth cycle.The results obtained indicate that the filamentation induced by higher alcohol and nutrient deprivation (specially carbon) is a common process in industrial strains of S. cerevisiae and can contribute for the cell maintenance/survival in adverse conditions.

Não consta resumo na publicação. / Abstract not available.

Não consta resumo na publicação. / Abstract not available.

O presente trabalho teve por objetivo estudar distúrbios fisiológicos e bioquímicos causados pelo alumínio em duas linhagens de Saccharomyces cerevisiae: levedura de panificação Fleischmann e a linhagem PE-2. Para tal, procurou-se simular, tanto quanto possível, as condições fisiológicas da fermentação industrial. Foram realizados 4 experimentos, empregando-se mosto semi-sintético e caldo de cana, contendo 200 g de açúcares redutores totais (ART) por litro. O alumínio foi adicionado na forma de AlCl3.6H2O nas seguintes proporções: 0 (testemunha), 50 e 100 mg/L, nos experimentos de 1 a 3, e 0 e 50 mg/L, no experimento 4, variando-se o pH dos mostos de 4,0 a 5,0. Os experimentos foram conduzidos com reciclo de células, sendo avaliados os seguintes parâmetros: rendimento em etanol, formação de glicerol e açúcares residuais, crescimento em biomassa, viabilidade celular, contaminação bacteriana, teores iniciais e finais dos carboidratos de reserva (trealose e glicogênio) e acúmulo de alumínio nas células de levedura. Concluiu-se que níveis tóxicos de alumínio podem estar presentes em mostos industriais, pois os efeitos tóxicos foram constatados em ambas linhagens, porém, a linhagem PE-2 mostrou-se mais resistente a tais efeitos quando comparada com a levedura de panificação Fleischmann. / The aim of this work was to study physiological and biochemical effects caused by aluminum (Al) in two strains of Saccharomyces cerevisiae: baker's yeast Fleischmann and strain PE-2. For such, was tried to simulate, so much as possible, the physiological conditions of the industrial process. Four experiments were performed: using semi-synthetic and cane juice containing 200g of total reducing sugar per liter at pH 4.0 and 5.0. Aluminum was added in the form of AlCl3.6H2O in the following proportions: 0 (control), 50 mg/L and 100 mg/L . The experiments were performed with cell reuse and the following parameters were analysed: ethanol production, glicerol production and residual sugars, growth of the yeast, yeast viability, bacterial contamination, trehalose and glycogen content and accumulation of aluminum in the yeast cells. It was concluded that toxic levels of aluminum could be present in industrial substrates, since toxic effects were verified for both strains. The strain PE-2 showed to be more tolerant to aluminum when compared to baker's yeast.

O uso de microrganismos na biotecnologia tem grande importância e interesse econômico no Brasil. Entre esses microrganismos a levedura Saccharomyces cerevisiae tem grande destaque nos processos fermentativos para produção de pães, bebidas e álcool combustível. Dimorfismo em S. cerevisiae (alteração na morfologia celular de células brotantes para estruturas filamentosas) tem sido observado em condições de deficiência de nitrogênio, carbono e presença de álcoois superiores. Isso pode ser um tipo de defesa da levedura, que ao encontrar um meio prejudicial ao seu desenvolvimento, através da alongação das células, crescimento hifal e da invasão do meio, cria novos mecanismos para encontrar alimento para o seu desenvolvimento. Neste trabalho, dezessete linhagens (haplóides e diplóides) de S. cerevisiae isoladas do processo fermentativo industrial para produção de etanol foram caracterizadas quanto à filamentação induzida por deficiência de carbono (crescimento invasivo), nitrogênio e presença de álcoois superiores, em meio de cultura sólido. Objetivou-se também avaliar a indução da filamentação por álcool isoamílico em condições de fermentação e seus efeitos sobre os parâmetros fermentativos. A maioria das linhagens apresentou filamentação em resposta aos álcoois isoamílico, butanol e isobutanol, não respondendo ao metanol, sendo mais marcante em linhagens haplóides. O álcool isoamílico foi o indutor mais eficiente em meio (YEPD), linhagens diplóides apresentaram crescimento invasivo, embora esse tipo de filamentação seja mais comum em linhagens haplóides. Resultados semelhantes foram observados quando se utilizou frutose e manose em substituição à glicose no meio de cultura. As linhagens não filamentaram em meio de cultura deficiente em nitrogênio (SLAD). A linhagem CCA193 (PE-02), extensivamente utilizada nas destilarias da região, foi escolhida para a indução da filamentação por álcool isoamílico em condições de fermentação (meio de caldo de cana e sistema de reciclo celular). A adição de 0,1% desse álcool superior afetou significativamente os parâmetros fermentativos, induzindo filamentação após o terceiro ciclo fermentativo, coincidindo com a recuperação da viabilidade celular, número de células viáveis, produção de etanol e diminuição do Brix residual, embora não se comparando aos valores alcançados ao final do sexto ciclo no tratamento sem álcool isoamílico. Os resultados obtidos indicaram que a filamentação induzida por álcoois superiores e deficiência de nutrientes (especialmente carbono) é um processo comum em linhagens industriais de S. cerevisiae e pode contribuir para a manutenção/sobrevivência das células em condições adversas. / The use of microorganisms in biotechnology is an important and economical area of interest in Brazil. Among these, the yeast Saccharomyces cerevisiae is specially remarkable in baking industry and alcohol fermentation. Dimorphism in S. cerevisiae (cell morphology alterations from budding cells to filamentous structures) has been observed in conditions of nitrogen and carbon deprivation and presence of fusel alcohoes. This can be a defense mechanism that allows the yeast to forage for nutrients through cell elongation, hyphal growth and medium invasiveness. In this work seventeen industrial strains of S. cerevisiae (haploid and diploid) isolated from the fermentative process for alcohol production were characterized for filamentation induced by carbon (invasive growth) and nitrogen deprivation and presence of fusel alcohol, in solid culture media. The induction of filamentation by isoamyl alcohol in fermentation condition was also aimed, evaluating its effects on the fermentative parameters. The majority presented filamentation induced by isoamyl alcohol, butanol and isobutanol, but not by methanol. The isoamyl alcohol was the most effective inducer in rich medium (YEPD), diploid strains showed invasive growth, although this kind of filamentous growth be common in haploid strains. Similar results were observed when fructose and mannose were utilized replacing glucose in the culture medium. In nitrogen-deficient medium (SLAD) the strains did not filament. The yeast strain CCA193 (PE-02), extensively used in the alcohol units, was chosen for filamentation induction by isoamyl alcohol in fermentation conditions (sugar cane juice medium and cell recycle system). The addition of 0.1% of this higher alcohol affected significantly the fermentative parameters, however filamentation was induced after the third fermentative cycle, coincident with the cell viability, viable cell number, ethanol production recuperation and residual Brix decrease, though the values were not comparable to the treatment without isoamyl alcohol by the sixth cycle.The results obtained indicate that the filamentation induced by higher alcohol and nutrient deprivation (specially carbon) is a common process in industrial strains of S. cerevisiae and can contribute for the cell maintenance/survival in adverse conditions.

O objetivo desse estudo foi investigar o efeito protetor do íon magnésio em células de levedura Saccharomyces cerevisiae submetidas aos estresses térmico e etanólico. No processo industrial de fermentação as leveduras estão sujeitas ao estresse térmico, originado pelo calor produzido pela própria fermentação, e ao estresse pelo etanol, originado pelos efeitos adversos do álcool etílico produzido pelo catabolismo dos açúcares pelas leveduras. O magnésio tem a capacidade de atenuar os efeitos nocivos de estresse em leveduras S. cerevisae, principalmente através da estabilização da membrana celular. Foi cultivada a levedura Saccharomyces cerevisiae Y-904, a 30°C por 24h sob agitação de 80 rpm em meio YEPD e em meio à base de caldo de cana-de-açúcar, acrescido ou não de 20 mmol de magnésio, na forma de sulfato de magnésio hepta-hidratado. As culturas foram expostas ao estresse térmico, através da elevação da temperatura de incubação de 30 para 42°C e/ou ao estresse etanólico, em meio com 10% (v/v) de etanol. A viabilidade celular da levedura foi determinada por microscopia ótica às 0, 1, 2, 3, 4, 5, 24 e 48 horas do período de incubação sob as condições de estresse. A concentração de magnésio nas células e nos meios foi determinada por espectroscopia de absorção atômica. Os resultados foram analisados estatisticamente através de Análise de Variância, com posterior aplicação de Teste de Tukey. O enriquecimento do meio YEPD e/ou das células da levedura com magnésio proporcionou maior população e viabilidade celular da levedura. Em meio à base de caldo de cana o enriquecimento com magnésio não influenciou a população ou a viabilidade celular da levedura, provavelmente porque tal meio de cultivo já apresentava concentração suficiente de magnésio para a proteção da levedura contra os estresses térmico e etanólico. / The aim of this study was to investigate the protective effect of the ion magnesium in cells of Saccharomyces cerevisiae under thermal and ethanolic stresses. In the industrial process of fermentation the yeasts might be submitted either to thermal stress, originated from the heat produced by fermentation, or to ethanol stress, originated from the damages effect of ethylic alcohol produced by the catabolism of the sugars by the yeasts. Magnesium has the capability to attenuate harmful effects of stresses in yeast, mainly through the stabilization of the cellular membrane. The strain Y-904 of Saccharomyces cerevisiae was cultivated at 30°C during 24h under 80 rpm agitation in medium YEPD or in a broth from sugar cane, both added or not with 20 mmol of magnesium from magnesium sulphate hepta-hydrated (MgSO4 7H2O). The cultures were exposed either to heat shock, by rising of the temperature of incubation from 30 to 42°C, either/or to ethanol shock, in broth with 10% (v/v) of ethanol. The cellular viability of the yeasts was determined by optical microscopy at 0, 1, 2, 3, 4, 5, 24 and 48 hours of the period of incubation under the stress conditions. The magnesium concentration in the cells and in the mediums was determined for atomic absorption spectroscopy. The results were statistically analyzed by variance analysis and Tukey test. The yeast population and cell viability were higher in the medium YEPD enriched with magnesium (intra or extracellular) compared the same medium without magnesium supplementation. However it was not observed difference in population or viability of the yeasts in the broths from sugar cane enriched or not with magnesium. This happened probably because the broth from sugar cane already presented a concentration of magnesium enough to protect the yeast cells against the thermal and ethanolic stresses.

Neste trabalho, estudou-se a produção das enzimas endo e exo-poligalacturonases (endo e exo-PG) pela linhagem t0005/007-2 de Aspergillus niger em meio sólido, em um biorreator de bandeja de dupla superfície, analisando-se as seguintes condições de operação: variação da espessura do meio sólido, uso de aeração superficial do meio, aplicação de pulsos de pressão e alteração da configuração do biorreator incluindo um duto central. Adicionalmente, foram avaliados parâmetros de recuperação das enzimas produzidas, como razão entre solvente e massa de meio e tempo de extração, sendo também analisada a influência da temperatura sobre a atividade e a estabilidade de endo e exo-PG. Inicialmente, foram avaliadas diferentes razões solvente/massa na recuperação de exo-PG, verificando-se que com menor volume de solvente utilizado (razão solvente/massa de 7,5:1), foi possível recuperar a mesma atividade enzimática obtida nas demais condições. Com um tempo de extração de 15 min foi alcançado o mesmo nível de recuperação de enzima que em tempos maiores. Com relação à espessura do meio sólido, maiores concentrações de biomassa (100 a 120 mg de massa celular por g de meio sólido seco; mg/gms) foram obtidas com espessuras entre 5 e 14 cm. Quando a espessura de meio foi aumentada para 17 cm, a biomassa decresceu (92 mg/gms), sugerindo-se que a transferência de massa até as regiões mais profundas do leito foi dificultada. Maiores atividades de exo-PG (80 a 115 U/gms) foram alcançadas com espessuras de leito entre 5 e 17 cm. Elevados gradientes de temperatura foram observados em todos os ensaios, com pico de temperatura de 50ºC. Quando aeração superficial forçada foi aplicada sobre o cultivo, no intuito de melhorar a transferência de calor e massa, observou-se que o crescimento microbiano foi afetado negativamente com fluxo de aeração de 8,5 L.min-1.kg-1mu (litros de ar/kg de meio úmido/minuto), observando-se biomassa de 75 mg/gms. Maior crescimento microbiano foi observado nas condições 1,4 e 2,8 L.min-1.kg-1mu, com biomassa de 103 mg/gms. A maior produção de endo-PG se deu na condição de 1,4 L.min-1.kg-1mu em 96 h (63 U/gms). Gradientes de temperatura semelhantes aos obtidos nas condições de diferentes espessuras de leito (50ºC), foram observados neste experimento. No processo em que foi utilizado sistema de pulso de pressão, acoplado à aeração superficial, verificou-se que a produção das enzimas endo e exo-PG foi negativamente afetada. Maior atividade de endo-PG foi observada em 72 h (24 U/gms), ao passo que para exo-PG maior título enzimático foi obtido em 96 h (55 U/gms). O crescimento microbiano também foi prejudicado, verificando-se que a máxima concentração celular foi de 73 mg/gms. Constatou-se, também, que o sistema utilizado não foi eficiente na remoção de calor do leito de meio de cultivo. No ensaio em que foi adaptado um duto central no biorreator, verificou-se maior colonização nas regiões mais profundas do leito. A concentração fúngica máxima foi de aproximadamente 100 mg/gms e maior produção de endo e exo-PG foi observada em 78 e 140 U/gms, respectivamente, embora o sistema não tenha se mostrado eficiente no que diz respeito à remoção de calor. Com relação à atividade das enzimas endo e exo-PG frente à temperatura, verificou-se valores máximos a 50 e 60ºC, respectivamente. Para endo-PG, constatou-se que, sob a condição de temperatura ótima, a atividade dobrou em comparação a condição padrão, enquanto que para exo-PG o incremento foi de 75%. Quanto à termoestabilidade das enzimas, verificou-se que exo-PG é estável a 60 e 70ºC, temperaturas nas quais se observou completa inativação de endo-PG após 15 min. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-15T16:04:28Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Diogo Henrique Hendges.pdf: 832878 bytes, checksum: 0ee5b7e289b74928c53b1f2438bbf5ac (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-15T16:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Diogo Henrique Hendges.pdf: 832878 bytes, checksum: 0ee5b7e289b74928c53b1f2438bbf5ac (MD5) / In this work, the production of enzymes endo and exo-polygalacturonase (endo and exo-PG) by the strain Aspergillus niger t0005/007-2, in solid medium in a double-surface bioreactor, was studied. The following operational conditions were analyzed: variation of solid medium thickness, use of medium surface aeration, application of pulse of pressure to the medium, and alteration of bioreactor design by introducing a central shaft. Furthermore, enzyme-recovery parameters, such as the solvent/mass of medium rate and the extraction time, and the influence of temperature on both the activity and the stability of endo and exo-PG were evaluated. Initially, different solvent/mass of medium rates for pectinase recovery were evaluated. With the smallest volume of solvent used (rate of 7.5/1), the same enzyme activity was recovered in comparison to the further conditions with higher rates. With a time of extraction of 15 min, the same enzyme recovery achieved in tests with longer periods was achieved. With respect to the thickness of solid medium, higher biomass concentrations (100 to 120 mg of cell biomass/g of dry medium; mg/gdm) were obtained with layers of 5 to 14 cm. When the thickness was increased to 17 cm, biomass concentration decreased and the difficulty to transfer oxygen to the deeper regions of the medium was augmented. Maximum exo-PG activities (between 80 and 115 U/gdm) were achieved with medium layers from 5 to 17 cm. In all experiments, high temperature gradients were observed with peak temperatures around 50ºC. When medium surfaces were aerated, as an attempt to increase heat and mass transfer, microbial growth was hindered at an air flux of 8.5 L.min-1.kg-1mm (air liter/min/kg mm) and a biomass concentration of 75 mg/gdm was reached. Best cell growth was achieved at 1.4 and 2.8 L.min-1.kg-1mm with a biomass concentration of 103 mg/gdm. The highest endo-PG activity occurred at an air flux of 1.4 L.min-1.kg-1mm in 96 h (63 U/gdm). In this experiment, temperature gradients similar to those observed in previous non-aerated tests were measured. In the process in which pulse of pressure was applied to the medium, a negative effect on both endo and exo-PG was noticed. The highest endo-PG activity was measured after 72 h of process (24 U/gdm), whereas for exo-PG the best titer was attained in 96 h (55 U/gdm). Cell growth was also hindered with a maximum cell concentration of only 73 mg/gdm. The system was not efficient for heat removal from the medium. In the experiment with the central shaft placed in the medium, the colonization of the deeper regions of the medium was favored, although the system was not efficient with respect to heat transfer. A maximum fungal concentration of 100 mg/gdm and endo and exo-PG titers of 78 and 140 U/gdm, respectively, were achieved. With respect to the influence of temperature on the activity of endo and exo-PG, maximum titers were measured at 50 e 60ºC, respectively. For endo-PG, under the optimal temperature, it was noticed that the activity was twice that measured under the standard condition (30ºC), whereas for exo-PG activity was increased in 75%. Exo-PG showed thermal stability at 60 and 70ºC. At the same temperatures, endo-PG was completely inactivated after 15 minutes.

Neste trabalho, estudou-se a produção das enzimas endo e exo-poligalacturonases (endo e exo-PG) pela linhagem t0005/007-2 de Aspergillus niger em meio sólido, em um biorreator de bandeja de dupla superfície, analisando-se as seguintes condições de operação: variação da espessura do meio sólido, uso de aeração superficial do meio, aplicação de pulsos de pressão e alteração da configuração do biorreator incluindo um duto central. Adicionalmente, foram avaliados parâmetros de recuperação das enzimas produzidas, como razão entre solvente e massa de meio e tempo de extração, sendo também analisada a influência da temperatura sobre a atividade e a estabilidade de endo e exo-PG. Inicialmente, foram avaliadas diferentes razões solvente/massa na recuperação de exo-PG, verificando-se que com menor volume de solvente utilizado (razão solvente/massa de 7,5:1), foi possível recuperar a mesma atividade enzimática obtida nas demais condições. Com um tempo de extração de 15 min foi alcançado o mesmo nível de recuperação de enzima que em tempos maiores. Com relação à espessura do meio sólido, maiores concentrações de biomassa (100 a 120 mg de massa celular por g de meio sólido seco; mg/gms) foram obtidas com espessuras entre 5 e 14 cm. Quando a espessura de meio foi aumentada para 17 cm, a biomassa decresceu (92 mg/gms), sugerindo-se que a transferência de massa até as regiões mais profundas do leito foi dificultada. Maiores atividades de exo-PG (80 a 115 U/gms) foram alcançadas com espessuras de leito entre 5 e 17 cm. Elevados gradientes de temperatura foram observados em todos os ensaios, com pico de temperatura de 50ºC. Quando aeração superficial forçada foi aplicada sobre o cultivo, no intuito de melhorar a transferência de calor e massa, observou-se que o crescimento microbiano foi afetado negativamente com fluxo de aeração de 8,5 L.min-1.kg-1mu (litros de ar/kg de meio úmido/minuto), observando-se biomassa de 75 mg/gms. Maior crescimento microbiano foi observado nas condições 1,4 e 2,8 L.min-1.kg-1mu, com biomassa de 103 mg/gms. A maior produção de endo-PG se deu na condição de 1,4 L.min-1.kg-1mu em 96 h (63 U/gms). Gradientes de temperatura semelhantes aos obtidos nas condições de diferentes espessuras de leito (50ºC), foram observados neste experimento. No processo em que foi utilizado sistema de pulso de pressão, acoplado à aeração superficial, verificou-se que a produção das enzimas endo e exo-PG foi negativamente afetada. Maior atividade de endo-PG foi observada em 72 h (24 U/gms), ao passo que para exo-PG maior título enzimático foi obtido em 96 h (55 U/gms). O crescimento microbiano também foi prejudicado, verificando-se que a máxima concentração celular foi de 73 mg/gms. Constatou-se, também, que o sistema utilizado não foi eficiente na remoção de calor do leito de meio de cultivo. No ensaio em que foi adaptado um duto central no biorreator, verificou-se maior colonização nas regiões mais profundas do leito. A concentração fúngica máxima foi de aproximadamente 100 mg/gms e maior produção de endo e exo-PG foi observada em 78 e 140 U/gms, respectivamente, embora o sistema não tenha se mostrado eficiente no que diz respeito à remoção de calor. Com relação à atividade das enzimas endo e exo-PG frente à temperatura, verificou-se valores máximos a 50 e 60ºC, respectivamente. Para endo-PG, constatou-se que, sob a condição de temperatura ótima, a atividade dobrou em comparação a condição padrão, enquanto que para exo-PG o incremento foi de 75%. Quanto à termoestabilidade das enzimas, verificou-se que exo-PG é estável a 60 e 70ºC, temperaturas nas quais se observou completa inativação de endo-PG após 15 min. / In this work, the production of enzymes endo and exo-polygalacturonase (endo and exo-PG) by the strain Aspergillus niger t0005/007-2, in solid medium in a double-surface bioreactor, was studied. The following operational conditions were analyzed: variation of solid medium thickness, use of medium surface aeration, application of pulse of pressure to the medium, and alteration of bioreactor design by introducing a central shaft. Furthermore, enzyme-recovery parameters, such as the solvent/mass of medium rate and the extraction time, and the influence of temperature on both the activity and the stability of endo and exo-PG were evaluated. Initially, different solvent/mass of medium rates for pectinase recovery were evaluated. With the smallest volume of solvent used (rate of 7.5/1), the same enzyme activity was recovered in comparison to the further conditions with higher rates. With a time of extraction of 15 min, the same enzyme recovery achieved in tests with longer periods was achieved. With respect to the thickness of solid medium, higher biomass concentrations (100 to 120 mg of cell biomass/g of dry medium; mg/gdm) were obtained with layers of 5 to 14 cm. When the thickness was increased to 17 cm, biomass concentration decreased and the difficulty to transfer oxygen to the deeper regions of the medium was augmented. Maximum exo-PG activities (between 80 and 115 U/gdm) were achieved with medium layers from 5 to 17 cm. In all experiments, high temperature gradients were observed with peak temperatures around 50ºC. When medium surfaces were aerated, as an attempt to increase heat and mass transfer, microbial growth was hindered at an air flux of 8.5 L.min-1.kg-1mm (air liter/min/kg mm) and a biomass concentration of 75 mg/gdm was reached. Best cell growth was achieved at 1.4 and 2.8 L.min-1.kg-1mm with a biomass concentration of 103 mg/gdm. The highest endo-PG activity occurred at an air flux of 1.4 L.min-1.kg-1mm in 96 h (63 U/gdm). In this experiment, temperature gradients similar to those observed in previous non-aerated tests were measured. In the process in which pulse of pressure was applied to the medium, a negative effect on both endo and exo-PG was noticed. The highest endo-PG activity was measured after 72 h of process (24 U/gdm), whereas for exo-PG the best titer was attained in 96 h (55 U/gdm). Cell growth was also hindered with a maximum cell concentration of only 73 mg/gdm. The system was not efficient for heat removal from the medium. In the experiment with the central shaft placed in the medium, the colonization of the deeper regions of the medium was favored, although the system was not efficient with respect to heat transfer. A maximum fungal concentration of 100 mg/gdm and endo and exo-PG titers of 78 and 140 U/gdm, respectively, were achieved. With respect to the influence of temperature on the activity of endo and exo-PG, maximum titers were measured at 50 e 60ºC, respectively. For endo-PG, under the optimal temperature, it was noticed that the activity was twice that measured under the standard condition (30ºC), whereas for exo-PG activity was increased in 75%. Exo-PG showed thermal stability at 60 and 70ºC. At the same temperatures, endo-PG was completely inactivated after 15 minutes.