Estudou-se a cinética do processo de produção de bebidas lácteas por fermentação mantida a 42°C em sistema descontínuo. As bebidas foram preparadas a partir de uma base láctea de leite desnatado e soro de queijo doce e com substituição parcial realizada com extrato solúvel de soja em pó, utilizando 2 culturas lácticas comerciais, representadas pela cultura tradicional, Streptococcus salivarius subsp. thermophilus e Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus e pela cultura contendo organismos probióticos, S. thermophilus, L. bulgaricus, Bifidobacterium e Lactobacillus acidophilus. O processo foi monitorado pelas análises de pH - uso de pHmetro digital (GEHAKA, PG1000) - , acidez (g ácido láctico/L) - titulação com solução de NaOH 0,1N, usando como indicador a solução de fenolftaleína 1,0% - e pelas contagens microbiológicas, sendo realizadas do início da fermentação (t=0) até o pH próximo a 4,6. Para a contagem de bactérias lácticas totais, lactobacilos, estreptococos e organismos probióticos foram empregados os meios Agar MRS, Agar MRS acidificado com 0,05% de HCl–L–cisteína, Agar M17 e Agar MRS adicionado de 0,3% de extrato de bile, respectivamente. As alíquotas, retiradas do processo fermentativo foram diluídas em água peptonada 0,1%. Inoculou-se 1mL da diluição em meio fundido e em seguida as placas foram homogeneizadas e submetidas à incubação em jarras herméticas, na temperatura de 42ºC, por 48 horas, utilizando-se um produtor de microaerofilia (Anaerobac – Probac do Brasil). As velocidades instantâneas de produção de ácido láctico (g/L/h) e de crescimento celular (UFC/L/h) foram obtidas a partir do Modelo de Sinclair e Cantero (1990). A bebida, produzida com substrato contendo somente base láctea e cultura tradicional (Trat.1), foi a que necessitou de maior tempo (3h30) para que o pH se aproximasse de 4,6, sendo que quando empregou-se cultura contendo organismos probióticos, (Trat. 3), o tempo necessário para atingir esse pH foi de 3h. Na substituição parcial de sólidos pelo extrato solúvel de soja, representado pelas bebidas obtidas pelos tratamentos 2 e 4, verificou-se a necessidade de 3h e 2h30min respectivamente, para o pH aproximar de 4,6. Em relação à acidez expressa em g ácido láctico/L, várias bebidas não atingiram o valor estabelecido pelo padrão de identidade de bebidas lácteas (BRASIL, 2005 a), variando entre todos os tratamentos. Percebeuse ainda que o tempo para atingir o valor máximo das velocidades instantâneas de crescimento das bactérias lácticas e estreptococos atingiram 3h, independente do substrato utilizado na fermentação, enquanto, empregando a cultura probiótica, a velocidade máxima de crescimento de bactérias lácticas (dX/dt) ocorreu em 2h no tratamento com base láctea (Trat. 3) e 1h na bebida com substituição parcial da base láctea (Trat. 4). As máximas velocidades instantâneas relativas às culturas de estreptococos nos tratamento 3 e 4 ocorreram em 3 e 1h respectivamente. Quanto aos dX/dt máximos referente ao crescimento de lactobacilos verificou-se a necessidade de 2h e 1h respectivamente, enquanto para os organismos probióticos foi de 2h, em substrato base láctea e 1h quando do emprego de substrato com substituição parcial da base láctea por extrato de soja. / It was studied the kinetics from production of milk drinks by fermentation maintained at 42 ° C in a batch system. The drinks were prepared from a base of skimmed milk and whey sweet cheese with a partial replacement performed with soluble extract of soybean powder, and the employment of 2 lactic commercial crops, represented by the traditional culture, containing Streptococcus salivarius subsp. thermophilus and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and the probiotic culture, containing S. thermophilus, L. bulgaricus, Bifidobacterium e Lactobacillus acidophilus. The process was monitored by the analysis of pH - digital pHmetro (GEHAKA, PG1000), acidity (g lactic acid / L) - titration with 0.1 N NaOH solution, using as an indicator of phenolphthalein solution 1.0%and the total counts of organisms. Being held at the beginning of fermentation (t = 0) until the pH near the pH 4.6. For lacitcal total count of bacteria, lactobacilli, streptococci and probiotic organisms were employed MRS Agar, Agar MRS acidified with 0.05% HCl-L-cysteine, M17 and Agar Agar MRS added of 0.3% of extract of bile, respectively. The aliquots withdrawn from the fermentation process were diluted in water peptone 0.1%. Inoculated up 1mL of dilution in means and then mixed up the plates that were then subjected to incubation in hermetic jars in temperature of 42°C for 48 hours using a producer of microaerophilic (Anaerobac – Probac do Brasil). The speeds of instant production of lactic acid (g/L/h) and cellular growth (CFU/L/h) were obtained from the model of Sinclair and Cantero (1990).The drink, produced with only basic substrate containing milk and traditional culture (Trat.1) was that needed more time (3:30) to the pH of 4.6 approaches, and that when the employment of culture containing probiotic organisms, even with substrate (Trat. 3), the time needed was 3h. When the partial replacement of the solid soluble extract of soybean, represented by drinks obtained by treatments 2 and 4, there is a need for 3 and 2:30 respectively, to bring the pH of 4.6. As the acidity in g lactic acid / L, it was found that several drinks not reached the value set by standard of identity for milk drinks (BRASIL, 2005 a) ranging from all treatments. It was noticed that the time to achieve the maximum speeds of instant speed of growth of lactic acid bacteria streptococci and reached its peak in 3h, independent of the substrate used in fermentation, while employing the probiotic culture, it was found that the maximum speed of growth of lactic acid bacteria occurred in 2h in treatment based milk (Trat. 3) and in 1h drink with a partial replacement of basic milk (Trat. 4). The maximum speeds instant on the cultures of Streptococci treatment in 3 and 4 occurred in 3 and 1 h respectively. For dX / dt maximum for the growth of lactobacilli there is a need to 1h and 2h respectively, while the bodies of probiotics was 2h, when the employment base substrate of milk and 1am when the employment of substrate with a partial replacement of the database by extract soya milk.

Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.

Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6460.pdf: 5784014 bytes, checksum: b5d530fa8eb34cab80042a1e35cb0086 (MD5) Previous issue date: 2014-12-15 / In the ethanol fermentation processes, the product inhibition phenomenon limits the ethanol concentration in the fermented wine around 10% v.v-1, which results in a large volume of vinasse (around 12Lvinasse/Lethanol) and high level of energy consumption by distillation (around 2,5 Kgvapor/Lethanol). Alternative technologies designed to remove ethanol from the fermentation broth have been studied in the literature. One example is the operation of ethanol entrainment by a carrier gas, known as stripping, which in addition to the removal of the ethanol, a reduction of the temperature of the medium is expected due to the vaporization. In this context, the stripping operation could be used to control the ethanol concentration and cooling the fermentation process, as it could be used after the fermentation to promote the ethanol separation, being an alternative to distillation, reducing the energy consumption. In this study it was analyzed the stripping operation using CO2 (generated during the fermentation) in pilot plant. A factorial design was applied to evaluate the influence of the initial temperature of the solution (T0) and specific flow rate of the carrier gas (CO2) on the following stripping performance parameters: entrainment factor (FA), concentration factor (FC), and temperature reduction factor (FT). Furthermore, a mathematical model was proposed to describe the ethanol mass (mET) and the temperature (T) changes during the stripping operation. It has evaluated the performance of the ethanol recovery system and an extractive fermentation. The results showed that FA and FT were positively affected by T0, because the temperature increasing leads to greater vaporization, promoting greater entrainment of the ethanol and the high extraction of energy from the medium. The FA was also positively influenced by CO2, because it promotes greater mass transfer rate and contact area between the bubbles and liquid phase. The CO2 influenced the FT positively, but only for smaller CO2. Suppose that, for larger CO2, the equilibrium was not reached due the lower residence time of the bubbles in the wine, by removing smaller amount of energy from the liquid phase. The FC was negatively influenced by T0, because of the entrainment of a larger amount of water together with the ethanol has occurred. From the simulated results it was observed that, for smaller CO2, the expected results for the proposed model were close to the experimental, with maximum errors of 10%, concluding that the model is valid, i.e., the equilibrium was reached and the effect of mechanical entrainment was negligible. However, for larger CO2, the errors were higher (20%), concluding that the system has not reached the equilibrium and the effect of mechanical entrainment was significant. The ethanol recovery system of the CO2 stream presented 66.88 and 40.93% efficiency for the assays carried out at 33 and 65ºC, respectively, therefore with a low performance. In the extractive fermentation it was observed that the removal of the ethanol from the medium reduced the product inhibition and increased the substrate consumption rate. The CO2 flowthrough the fermentation medium (CO2 of 1.0 vvm) contributed to the reduction in the temperature of the medium in 41%. Furthermore, there was a decrease in the values of the volumetric flow rates of the cooling water, around 34%, in extractive fermentation when compared to conventional fermentation, indicating a potential savings of the 34% on inputs in the cooling towers and, also, saving energy in pumping this water. / Na fermentação alcoólica, o fenômeno da inibição pelo produto limita a concentração de etanol no vinho ao redor de 10 ºGL, o que resulta em grande volume de vinhaça (ca. 12 Lvinhaça/Letanol) e alto consumo de vapor na etapa de destilação (ca. 2,5 kgvapor/Letanol). Tecnologias para remover etanol do vinho vêm sendo estudadas. Exemplo é a operação de arraste de etanol por um gás, conhecida como stripping, que além da remoção de etanol, provoca também a redução da temperatura do meio reacional devido à sua vaporização. Neste contexto, a operação de stripping poderia ser utilizada tanto no controle da concentração de etanol e na redução da temperatura do meio fermentativo, como poderia ser utilizada após a fermentação para a extração de etanol do vinho, sendo uma alternativa à destilação, reduzindo o consumo de vapor da planta. Neste trabalho avaliou-se a operação de stripping, em escala piloto, utilizando CO2 (gerado no próprio processo industrial). Um planejamento fatorial foi utilizado para avaliar a influência das variáveis independentes, temperatura inicial do vinho (T0) e vazão específica de CO2 (CO2), nos parâmetros de desempenho: Fator de Arraste (FA), Fator de Concentração (FC) e Fator de Redução de Temperatura (FT). Além disso, desenvolveu-se um modelo para prever as variações da massa de etanol (mET) e da temperatura (T) do sistema durante a operação de stripping. Avaliou-se, também, o desempenho de um sistema de recuperação de etanol e de uma fermentação extrativa. Os resultados mostraram que o FA e o FT foram positivamente influenciados por T0, pois o aumento da temperatura gera maior vaporização, o que contribui para maior arraste de etanol e maior retirada de energia do meio. O FA foi também influenciado positivamente pela CO2, pois promove maior transferência de massa e área de contato entre as bolhas e o vinho. A CO2 influenciou positivamente o FT, porém, apenas para as menores CO2. Supõe-se que, para as maiores CO2, as bolhas não atingiram o equilíbrio devido ao menor tempo de residência das bolhas no vinho, retirando menor quantidade de energia do meio. O FC foi influenciado negativamente por T0, pois ocorre o arraste de uma maior quantidade de água juntamente com o etanol. A partir dos resultados da simulação observou-se que, para as menores CO2, os resultados previstos pelo modelo proposto ficaram próximos aos experimentais, com desvios máximos de 10%, concluindo-se que o modelo foi válido, ou seja, atingiu o equilíbrio e o efeito da sublação foi desprezível. Porém, para as maiores CO2, os desvios foram maiores (20%), concluindo-se que o sistema não atingiu o equilíbrio e o efeito da sublação foi significativo. O sistema de recuperação de etanol da corrente de CO2 mostrou eficiência de 66,88 e 40,93%, para os ensaios a 33º e 65 ºC, respectivamente, apresentando, portanto, um baixo desempenho. Notou-se que na fermentação extrativa houve a remoção de etanol do meio, reduzindo a inibição pelo produto e aumentando a velocidade de consumo de substrato. A passagem do CO2 pelo meio fermentativo (CO2 de 1 vvm) contribuiu para redução da temperatura do meio em 41%. Além disso, houve o decréscimo dos valores das vazões volumétricas da água de resfriamento, em torno de 34%, nas fermentações extrativas quando comparadas com as convencionais, indicando uma potencial economia de 34% em insumos nas torres de resfriamento e, também, economia de energia no bombeamento desta água.