O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da adição de alcalinidade, da concentração da glicose e da taxa de carregamento orgânico na produção de hidrogênio e ácidos orgânicos em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF), contendo argila expandida (2,8 - 3,35 mm) como material suporte para adesão microbiana. Foram utilizados oito reatores idênticos, sendo quatro deles operados sem adição de alcalinidade, e com concentração de glicose de 2000, 4000, 10000 e 25000 mg/L, respectivamente. Outros quatro reatores operados com adição de alcalinidade, e com as mesmas concentrações de glicose cada um. Os reatores foram inoculados com lodo anaeróbio pré-tratado termicamente, operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) decrescente de 8 h a 1 h à temperatura controlada de 30°C. Foi constatada produção volumétrica de hidrogênio máxima de 1,58 L/h.L, para o reator operado com 10000 mg/L de glicose com adição de alcalinidade (R10CA) e um rendimento máximo de 2,52 mol \'H IND.2\'/mol glicose, para o reator operado com 4000 mg/L de glicose com adição de alcalinidade (R4CA). O biogás produzido foi composto de \'H IND.2\' e \'CO IND.2\'. Em ambos os reatores, o conteúdo de hidrogênio aumentou com a redução do TDH de 8 h para 1 h, alcançando valor máximo de 77%, para o reator operado com 4000 mg/L sem adição de alcalinidade (R4SA). Os reatores operados com altas concentrações de glicose produção de hidrogênio, o qual predominou o ácido acético e butírico. Neste mesmo reator, o rendimento da produção de hidrogênio foi superior aos outros reatores. As análises de clonagem e sequenciamento do consórcio bacteriano revelaram semelhanças com Clostridium, Klebsiella, Enterobacter e bactérias não cultivadas. / This study evaluated the effect alkalinity addition, glucose concentration and organic loading rate in the hydrogen production and organic acids in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR), containing expanded clay (2.8 - 3,35 mm) as support material for microbial adhesion. We used eight identical reactors, four of them operated without the addition of alkalinity, and concentration of glucose in 2000, 4000, 10000 and 25000 mg/L, respectively. Another four reactors operated with the addition of alkalinity, and with the same concentrations of glucose each. The reactors were operated with hydraulic retention times (HRT) ranging from 8 h at 1 h, and temperature of 30°C. It has been found for hydrogen production rate maximum 1.58 L/h.L for the reactor operated with 10000 mg/L glucose with the addition of alkalinity (R10CA) and a maximum yield of 2.52 mol \'H IND.2\'/mol glucose to the reactor operated with 4000 mg/L glucose with the addition of alkalinity (R4CA). The biogas produced was composed of \'H IND.2\' and \'CO IND.2\'. In both reactors, the hydrogen content increased with the reduction of HRT of 8 h at 1 h, reaching a maximum of 77% for the reactor operated from 4000 mg/L without added alkalinity (R4SA). The reactors operated with high glucose concentrations (10000 mg/L and 25000 mg/L) had higher proportions of solvents such as soluble metabolites. There was a linear correlation between the hydrogen production rate and organic loading rate in all reactors. The yield, the hydrogen production rate and distribution of soluble metabolites in both reactors, were influenced by the glucose concentration. The reactor operated with 4000 mg/L and addition of alkalinity, presented the most favorable distribution of soluble metabolites to hydrogen production, which was predominant acetic and butyric acid. In the same reactor, the hydrogen yield was higher than other reactors. The cloning and sequencing analysis bacterial consortium revealed the presence of Clostridium, Klebsiella, Enterobacter and uncultivated bacteria.

As técnicas in vitro de produção de gases são usualmente empregadas em pesquisas na nutrição de ruminantes com a finalidade de simular a fermentação ruminal, possuindo diversas vantagens como facilidade de adoção, repetibilidade, uso minimizado de animais e baixo custo. Para tanto, é necessário a coleta de conteúdo ruminal, a qual geralmente é obtida com o uso de animais fistulados no rúmen, no entanto este tipo de cirurgia esta cada vez mais contestada. Frente a esse duelo, há um crescente interesse científico por pesquisas que forneçam alternativas ao inóculo ruminal. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de inóculo fecal submetidos à pré-incubações em substituição ao inóculo ruminal de bovinos na técnica in vitro de produção de gases em bioensaio de metanogênese (24 h) e de cinética fermentativa (72 h). Como doadores de inóculos ruminal e fecal foram utilizadas quatro novilhas Nelore portadoras de cânulas ruminal. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro blocos com duas réplicas analíticas para cada repetição. Sendo os tratamentos os inóculos: conteúdo ruminal (CR), fezes sem pré-incubação (F0), e fezes com 12, 24 e 36 h de pré-incubação (F12, F24 e F36, respectivamente). Foram avaliados os efeitos da pré-incubação das fezes quando utilizado como inóculo fecal sobre a estimativa da degradabilidade ruminal, produção de metano e parâmetros de fermentabilidade. Os dados foram analisados pelo programa estatístico SAS 9.3 verificando a normalidade dos resíduos e a homogeneidade das variâncias, em seguida foram realizadas as comparações das médias pelo teste de Tukey. Em ambos os bioensaios (24 e 72 horas), os inóculos fecais pré-incubados por 24 ou 36 horas mostraram-se bom substituto ao inóculo ruminal para análises de degradabilidade in vitro da matéria seca e orgânica. Para as variáveis produção de total de ácidos graxos, perfil de ácidos graxo de cadeia curta, relação acético:propiônico e nitrogênio amoniacal, o inóculo sem pré-incubação (FE0) foi o que mais se aproximou do inóculo referência. Para as produções de gases, produção de metano e fator de partição da matéria seca e matéria orgânica as fezes não foram eficientes. / The in vitro techniques of gas production are usually used in ruminant nutrition research with the purpose of simulating ruminal fermentation. This technique has several advantages such as ease of adoption, repeatability, minimized use of animals and low cost. Therefore, is necessary the collection of ruminal content, which is usually obtained with the use of fistulated animals in the rumen, however this type of surgery is increasingly challenged. Faced with this duel, there is a great scientific interest in research that provides alternatives to the ruminal inoculum. The objective of this research was to evaluate the use of fecal inoculum submitted to preincubation to replace rumen inoculum of Nelore in the in vitro technique of gas production in bioassay of methanogenesis (24 h) and fermentative kinetics (72 h). Four Nellore carrying ruminal cannula were donors of ruminal content and feces. The experimental design was a randomized block, with five treatments and four blocks with two analytical replicates for each replicate. The treatments were the inocula: ruminal contents (RC), faeces without preincubation (F0), and faeces with 12, 24 and 36 hours of preincubation (F12, F24 and F36, respectively). Estimates of ruminal degradability, methane production and ruminal fermentability were evaluated. The data were analyzed by the statistical program SAS 9.3 verifying the normality of the residues and the homogeneity of the variances, the averages were compared by the Tukey test. In the two bioassays (24 and 72 hours), the fecal inocula preincubated for 24 or 36 hours were good substitute for the ruminal inoculum in analyzes of in vitro degradability of dry and organic matter. For the variables production of total fatty acids, short chain fatty acid profile, acetic: propionic and ammoniacal nitrogen, the inoculum without pre-incubation (FE0) approached the reference inoculum. For gas production, methane production and partitioning factor of dry matter and organic matter were not efficient.

Os antibióticos vem sendo empregados por décadas no combate as infecções bacterianas mas, muitos deles são usados como agentes antitumorais, imunissupressores, lipocolesterolégicos, inibidores de enzimas e agentes antiparasitários. Os microrganismos, e dentre eles os fungos, são produtores de metabólitos secundáros, com atividades biológicas, cuja produção é regulada para impedir uma superprodução desnecessária. O aumento na produção de uma substância só é conseguido desregulando tal processo o que é pssível através de manipulação genética ou nutricional. O presente projeto teve por objetivo otimizar as condições de cultivo do fungo endofítico Papulaspora immersa para incrementar a produção de metabólitos secundários com atividades antibacteriana, antiparasitária, antifúngica e antitumoral. O fungo foi cultivado em duas etapas: inicialmente em meio pré-fermentativo por 48 horas seguido de transferência da massa micelial obtida para meio fermentativo Czapek e nesta etapa vários parâmetros que alteram as condições de cultivo foram variados. Os cultivos foram realizados assepticamente a 30°C e sob agitação constante e o filtrado das culturas foram particionados com solventes orgânicos obtendo-se os extratos, aceto etílico, butanólico, etanólico e aquoso. Nos estudos iniciais o tempo de cultivo no meio fermentativo foi de 20 dias (condição padrão) e sob esta condição, o extrato aceto etílico apresentou a melhor atividade antibacteriana para Pseudomonas aeruginosa (CIM = 90 g/mL) e não foi detectada atividade frente a Escherichia coli , assim como não foi observada atividade antifúngica para estes extratos. As seguintes variáveis foram testadas nas condições de cultivo no meio fermentativo : período de incubação, fonte de carbono, fonte de nitrogênio, pH, temperatura e a proporção das fontes carbono/nitrogênio do meio. Cada extrato obtido proveniente das diferentes condições de cultivo foi avaliado para atividade antibacteriana, antitumoral, antifúngica e inibidora das enzimas gGAPDH deTrypanosoma cruzi e APRT de Leishmania tarentolae em ensaios de CIM. O extrato que apresentou a melhor atividade antibacteriana foi obtido das seguintes condições de cultivo: meio suplementado com 3,0% de sacarose; 0,2% de Nitrato de sódio; pH inicial 5,0, após 9 de incubação a 30 °C, ou seja, CIM de 90 g/mL para P. aeruginosa e de 100 g/mL para E. coli. Nestas mesmas condições obteve-se os melhores níveis de atividade antitumoral frente as três linhagens humanas avaliadas (HCT-8, MDA-MB435 e SF295). A melhor atividade inibitória da enzima parasitária APRT de L. tarentolae (79,82 %) foi obtida do extrato aceto etílico proveniente do cultivo em meio fermentativo nas mesmas condições anteriores, porém quando a cultura era incubada a 35°C e não a 30°C. Significativa atividade inibitória sobre esta enzima (79,25 %) foi também obtida de extrato aceto etílico proveniente da mesma condição de cultivo anteriormente citada, porém em pH 4,0 a 30°C, condição na qual a atividade antibacteriana mostrou-se insignificante. Nenhum dos extratos analisados apresentou atividade inibitória significativa para a enzima parasitária gGAPDH de T. cruzi. A otimização das condições de cultivo do fungo Papulaspora immersa demonstrou que 9 dias de cultivo em meio fermentativo eram suficientes para a produção de metabólitos secundários com atividades biológicas e que é possível obter-se uma determinada atividade em maior concentração dependendo por exemplo do pH ou da temperatura em que se cultiva esse fungo. / Due to the increase in the microbial resistance to the current antibiotics, investigations in substances with antimicrobial activities, as well as substances with antiparasite and antitumoral activities, become relevant. Among the important natural sources in the development of new drugs, the secondary metabolites of microorganism have showed promising results, producing different structural components and a great number of biologically active compounds. Endophytic fungi, known for habiting the interior of plants at some point in their life cycle, without causing visible symptoms of diseases, present a high proportion of new isolated substances with biological activity, but are seldom studied for this purpose. The current project aimed to optimize the culture conditions of the endophytic fungus Papulaspora immersa, in order to increase the production of secondary metabolites with antibacterial, antifungal and antitumoral activities. The fungus was cultured in two steps: pre-fermentative medium for 48 hours, aiming to obtain micelial mass, followed by transference to Czapek fermentative medium, and reincubation in different times. The cultures were performed asseptically at 30°C and under Constant agitation. After filtration of the culture fluid and partition with organic solvents, the following extracts were obtained: acethyl ethylic, butanolic, ethanolic and aquous. In the initial studies, the culture was performed in Czapek fermentative medium for 20 days of incubation, the standard culture condition. In this condition, the extract acethyl ethylic showed the best antibacterial activity with Minimal Inhibitory Concentration (MIC) of 90 µg/mL for Pseudomonas aeruginosa. Antifungal activity was not observed for these extracts. Afterwards, the incubation period, carbon source, nitrogen source, pH, temperature and proportion of carbon/nitrogen sources varied. Each extract obtained from the different culture conditions was evaluated in MIC assays and the best condition was selected. The extract that showed the best antibacterial activity was obtained from the culture in fermentative medium after 9 days of incubation using saccharosis (3.0%) as carbon source and sodium nitrate (0.2%) as nitrogen source, in pH 5.0 at 30 °C with MIC values of 90 µg/mL for P. aeruginosa, and 100 µg/mL for E. coli. The culture condition that resulted in the production of the best antitumoral activity was the same detected for the antibacterial activity. In this condition, the endophytic fungus Papulaspora immersa hás also produced secondary metabolites that demonstrated to be very active against the three human tumoral cell lines evaluated (HCT-8, MDA-MB435 and SF295). The best culture conditions for the production of secondary metabolites with inhibitory activity of the parasitary enzyme APRT of L. tarentolae were obtained from extracts cultured in the same conditions previously described, except for the fact that the incubation temperature was 35°C and presented inhibitory activity of 79.82 %. High inhibitory activity over this enzyme (79.25 %) was also obtained in these same conditions, but with an initial pH of the culture of 4.0 and at 30°C. None of the extracts analyzed present significant inhibitory activity for the parasitary enzyme gGAPDH of T. cruzi. The optimization of the culture conditions of the fungus Papulaspora immersa has demonstrated to be very important for the production of secondary metabolites with biological activities. To conclude, it can be said that the determination of the ideal culture conditions allowed to diminish the incubation time from 20 to 9 days and find the conditions that maximize the content of substances with the different activities in the extracts of P. immerse, such as, for example, the differential synthesis of substances in different pH and temperature values, which shows the importance of the abiothyc variables in the synthesis of secondary metabolites.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2017-08-18T13:57:44Z No. of bitstreams: 1 2010 - Diego Dias Carneiro.pdf: 2540734 bytes, checksum: 49c9a669764fa3f9360256c27d7f24e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-18T13:57:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010 - Diego Dias Carneiro.pdf: 2540734 bytes, checksum: 49c9a669764fa3f9360256c27d7f24e7 (MD5) Previous issue date: 2010-03-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior, CAPES, Brasil. / Beer is the oldest alcoholic beverage in the world, and its processing has been evolving along the time. Nowadays, beer trading occupies an important position in the economic market since it is the most consumed beverage in Brazil and around the world. Due to this economic significance, the search for more efficient processes that are able to keep the sensorial attributes to the final product represents a great interest for breweries. Fermentation is an important stage of the beer process since in this stage the products and by-products resulted from the yeast metabolism are formed. The detailed study of the fermentative stage of the beer production allows analyzing how the main process variables influence the fermentation and the way they interact each other. To reach this goal, mathematical modeling and computational simulation, were used in this work as a tool for studying the fermentative process. The goals of this study were: i) Select and reproduce through computational simulation, phenomenological models that describe the brewing process; ii) Investigate the effect of manipulate process variables (temperature, pressure and/or flows) over the dynamic behavior of the products and by-products of interest, and; iii) Propose a control strategy that be able to implement optimal temperature profiles in the beer fermentation process. A few dynamics mathematical models that describe the fermentation process were found in the literature. Based on the experimental validation and on the process variables considered, three phenomenological models were selected for the development of this work. It was observed that the manipulate process variables usually affect the dynamic of the fermentation temperature and, as a consequence, the dynamic of the other process variables. A simple control strategy, capable to heat up and refrigerate the fermentation vessel according to the process needs, was proposed in this work to better drive the fermentative process. The proposed control strategy shows very efficient, providing to the process operator facilities to the application of optimal temperature profiles in order to obtain a satisfactory fermentation and leading to a final product with appropriate sensorial attributes for the customer. / A cerveja ? a bebida alco?lica mais antiga do mundo e seu processamento vem evoluindo ao longo do tempo. Atualmente, a comercializa??o da cerveja ocupa uma posi??o de destaque no mercado econ?mico, pois ? a bebida alco?lica mais consumida no Brasil e no mundo. Devido a esta import?ncia econ?mica, a busca por processos mais eficientes e com capacidade de manter a qualidade sensorial do produto final ? de grande interesse para as cervejarias. A fermenta??o ? uma etapa importante do processo cervejeiro, pois ? nessa fase que se formam os produtos e sub-produtos do metabolismo das leveduras. O estudo detalhado sobre a etapa fermentativa da produ??o de cerveja permite analisar como as principais vari?veis de processo influenciam a fermenta??o e o modo como elas interagem. Para atingir esta meta, a modelagem matem?tica, aliada ? simula??o computacional, foi utilizada nessa disserta??o como ferramenta de estudo do processo fermentativo. Os objetivos desta disserta??o foram: i) Selecionar e reproduzir atrav?s de simula??o computacional modelos matem?ticos fenomenol?gicos da etapa de fermenta??o do processo de produ??o cervejeira; ii) Investigar o efeito das vari?veis manipul?veis de processo (temperatura, press?o e/ou vaz?es) sobre o comportamento din?mico dos produtos e subprodutos de interesse, e; iii) Propor uma estrat?gia de controle que seja capaz de implementar de modo eficiente perfis ?timos de temperatura no processo cervejeiro. Foram encontrados poucos modelos din?micos na literatura que representam a etapa fermentativa da produ??o da cerveja. Para o desenvolvimento dessa disserta??o foram utilizados tr?s modelos fenomenol?gicos escolhidos com base em sua valida??o experimental e nas vari?veis de processo consideradas. Observou-se que as vari?veis manipul?veis de processo normalmente influenciam a din?mica da temperatura da fermenta??o e, consequentemente, a din?mica das demais vari?veis do processo. Para a melhor condu??o do processo fermentativo uma estrat?gia de controle simples, capaz de aquecer e refrigerar o tanque de fermenta??o conforme a necessidade do processo, foi proposta nessa disserta??o. A estrat?gia de controle proposta se mostrou bastante eficiente, proporcionando ao operador a possibilidade da aplica??o de perfis ?timos de temperatura que proporcionem a condu??o satisfat?ria da fermenta??o cervejeira, levando a um produto final com os atributos sensoriais adequados para o consumidor.

É esperado que a produção de combustíveis a partir de resíduos lignocelulósicos alcance representatividade na matriz energética mundial. Neste cenário, leveduras desempenharão importante papel como plataformas microbianas para os processos de conversão dos açúcares derivados da biomassa em etanol (de segunda geração) e em outros produtos de interesse. Apesar dos avanços consideráveis na área, a fermentação de hidrolisados lignocelulósicos ainda apresenta alguns desafios científicos e tecnológicos, como por exemplo, os problemas enfrentados na fermentação devido à presença de diversos inibidores oriundos dos processos de pré-tratamento e hidrólise da biomassa (tais como furaldeídos, compostos fenólicos e ácidos orgânicos). A geração destes inibidores reduz consideravelmente a eficiência da etapa fermentativa, e muitas vezes, inviabiliza o processo como um todo. Neste contexto, o presente trabalho estudou a identificação dos principais compostos lignocelulósicos inibidores na fermentação por leveduras presentes em cinco amostras de hidrolisados industriais. Ácido glicólico e ácido acético, dentre os ácidos orgânicos foram identificados em todas as amostras analisadas. Em relação aos furaldeídos, foram detectados furfural e 5- hidroximetil-furufural (HMF) em todas as amostras analisadas. Os principais e mais abundantes compostos fenólicos identificados pelo sistema foram ácido p-cumárico (em 4 de 5), ácido ferúlico (em 3 de 5) e ácido vanílico (em 3 de 5). Tendo os principais compostos quantificados e identificados, realizou-se um estudo de mínimas e máximas concentrações de alguns destes inibidores em quatro diferentes linhagens laboratoriais e industriais (CEN.PK113-7D, CEN.PK112, SA-1 e JAY270), a fim de verificar a toxicidade dos mesmos frente aos principais parâmetros cinéticos da fermentação (fase lag, µmáx, produção de biomassa e etanol). De forma geral, a linhagem industrial S. cerevisiae SA-1 se mostrou mais tolerante frente às demais linhagens, em praticamente todas as condições analisadas. Visto que a presença de algumas bactérias nas linhas de produção de etanol é sabida, procurou-se verificar a resistência destas na presença dos compostos inibitórios. Ao comparar a resistência frente aos inibidores entre bactérias lácticas e leveduras laboratoriais e industriais, notou-se uma potencial robustez das bactérias frente às leveduras, uma vez que as últimas foram incapazes de crescer no meio de cultivo acrescido de um coquetel de inibidores, enquanto que as bactérias apresentaram crescimento. Por fim, investigou-se a influência conjunta de três compostos inibitórios (ácido acético, HMF e ácido p-cumárico) sobre os principais parâmetros fisiológicos da linhagem SA-1, a mais tolerante das linhagens avaliadas. Assim, através de um delineamento composto central rotacional (DCCR), pode-se analisar estatisticamente os efeitos dos três inibidores, com o qual verificou-se que a maior toxicidade (redução da velocidade específica de crescimento) é exercida pelo HMF. De uma maneira geral, a linhagem SA-1 pode ser considerada uma plataforma microbiana com grande potencial de aplicação na produção de etanol de segunda geração, bem como no estudo das bases moleculares para tolerância aos inibidores oriundos desses processos. / It is expected that the production of fuels from lignocellulosic residues will be representative in the world energy matrix. In this scenario, yeasts will play an important role as microbial platforms for the conversion processes of sugars derived from biomass into ethanol and other products of interest. Despite the considerable advances in the area, the fermentation of lignocellulosic hydrolysates still presents some scientific and technological challenges, such as the problems faced in the fermentation due to the presence of several inhibitors from the processes of pretreatment and hydrolysis of biomass (such as furaldehydes, phenolic compounds and organic acids). The presence of these inhibitors considerably reduces the efficiency of the fermentation step, and often hampers the process itself. In this context, the present work aimed to identify major inhibitory lignocellulosic compounds for yeast fermentation present in five samples of industrial hydrolysates. Glycolic acid and acetic acids were identified in all samples analysed. In relation to furaldehydes, furfural and 5-hydroxymethyl-furfural (HMF) were detected in all samples as well. The major and most abundant phenolic compounds identified were p-coumaric acid (in 4 out of 5 samples), ferulic acid (in 3 out of 5) and vanillic acid (in 3 out of 5). After quantification of these compounds, minimum and maximum concentrations of the major ones were studied in four different laboratory and industrial strains (CEN.PK113-7D, CEN.PK112, SA-1 and JAY270), in order to verify their toxicity against physiological parameters such as elongation of lag phase and growth rate. In general, the S. cerevisiae SA-1 industrial strain was more tolerant in comparison to the other 3 strains for virtually all compounds investigated. Since bacteria is present during fuel ethanol production, , the resistance of these bacteria for the same inhibitory compounds was also evaluated. When comparing the resistance against inhibitors between lactic acid bacteria and yeast strains, a higher robustness of bacteria in relation to yeasts was observed, since yeasts were unable to grow in a medium supplemented with a cocktail of inhibitors, whereas bacteria did grow. Finally, the influence of three inhibitory compounds (acetic acid, HMF and p-coumaric acid) on the main physiological parameters of the strain SA-1, the most tolerant among the strains evaluated, was investigated. Thus, using a rotatable central composite design (RCCD), the effects of the three inhibitors were analysed, and it was found that the highest toxicity (reduction in specific growth rate) is caused by HMF. Overall, SA-1 is a promising platform yeast strain for second generation ethanol production and for understanding strain robustness toward lignocellulosic inhibitory compounds.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The decrease in oxygen levels during storage of apples in controlled atmosphere (CA) reduces ethylene production, respiration rate and delay fruit ripening. Excessively low O2 levels induce the fermentative pathway, producing fermentation compounds, if in excess, cause flesh breakdown and affect the aroma. Therefore, it is essential to monitor the minimum O2 threshold during storage, using a technique called dynamic controlled atmosphere (DCA). This thesis is composed of five papers, which resulted from studies with the following aims: to evaluate volatile compounds production in apples after storage in controlled atmosphere (CA) with extremely low O2 levels and DCA, and compare them with standard CA; to compare storage in conventional CA with the DCA by the chlorophyll fluorescence technique (DCA-CF) and respiratory quotient (DCA-RQ) with respect to fruit quality maintenance; to determine the optimum RQ level for the different apples cultivars and evaluate the effect of different temperature and CO2 levels during DCA storage on apple quality. Royal Gala , Galaxy and Fuji Kiku apples were stored for 9 months and plus 7 days of shelf life (20 °C) before the quality analyses. In general, the fruit quality maintenance, on basis of storage conditions occur in the following order: DCA-RQ > DCA-CF > standard CA. Despite the higher production of fermentative compounds in the higher RQ levels, there was no greater difference between the levels of RQ studied, although a trend towards better RQ 1.5 on Royal Gala apples. 1-Methylcyclopropene (1-MCP) application in Galaxy and Fuji Kiku apple stored in DCA-RQ does not improve quality, furthermore 1-MCP increases decay incidence in Fuji Kiku apples. The temperature of 2.0 ºC in storage of Galaxy apples in DCA-RQ, maintains better quality than lower temperatures used in standard CA, saving electrical energy with the refrigeration systems of the storage rooms. 1-MCP application in fruits stored in standard CA may be another strategy to increase storage temperature. CO2 levels, in DCA-RQ storage, can be kept at 1.4 kPa for Fuji Kiku apples and up to 1.6 kPa for Galaxy apples. The use of extremely low O2 levels (0.5 to 0.7 kPa) or DCA-RQ decreases some volatile compounds, especially straight chain esters, while other impact compounds of the aroma are not impaired in relation to standard CA storage. In DCA-CF volatile compounds production are sharply reduced in comparison to standard CA and DCA-RQ, probably due to the initial low oxygen stress, which occurs in DCA-CF. / A diminuição dos níveis de oxigênio durante o armazenamento de maçãs em atmosfera controlada (AC) reduz a produção de etileno, a respiração e retarda a sua maturação. Níveis excessivamente baixos de O2 induzem a via anaeróbica da respiração, com produção de compostos da fermentação que, em excesso, causam distúrbios e afetam o aroma. Portanto, é necessário o monitoramento do limite mínimo de O2 durante o armazenamento, sendo esta técnica chamada de atmosfera controlada dinâmica (ACD). Esta tese é composta por cinco artigos científicos que resultaram de trabalhos de pesquisa com os seguintes objetivos: avaliar a produção de compostos voláteis em maçãs após o armazenamento em atmosfera controlada com níveis extremamente baixos de O2 e em ACD e compará-los com a AC convencional; comparar o armazenamento em AC convencional com a ACD pela técnica da fluorescência de clorofila (ACD-FC) e do quociente respiratório (ACD-QR), com relação à manutenção da qualidade dos frutos; determinar o QR ideal para diferentes cultivares de maçãs e avaliar o efeito da temperatura e níveis de CO2, durante o armazenamento em ACD sobre a qualidade de maçãs. Foram utilizadas maçãs Royal Gala , Galaxy e Fuji Kiku , armazenadas por nove meses e mais sete dias de vida de prateleira (20ºC), antes das análises de qualidade. De uma forma geral, a manutenção da qualidade dos frutos em função das condições de armazenamento ocorre na seguinte ordem: ACD-QR > ACD-FC > AC convencional. Apesar de maior produção de compostos da fermentação nos maiores níveis de QR, não houve grande diferença entre os níveis estudados, apesar de uma tendência de melhor manutenção da qualidade de maçã Royal Gala no menor QR (QR=1,5). A aplicação de 1-metilciclopropeno (1-MCP) em maçã Galaxy e Fuji Kiku armazenadas em ACD-QR não melhora a qualidade em relação aos frutos sem a aplicação do produto, inclusive, aumenta a ocorrência de podridões em Fuji Kiku . A temperatura de 2,0 ºC no armazenamento de maçãs Galaxy em ACD-QR mantém uma melhor qualidade que temperaturas mais baixas usadas em atmosfera controlada tradicional gerando economia de energia elétrica com a refrigeração das câmaras. A utilização de 1-MCP no armazenamento em AC convencional pode ser outra estratégia para aumentar a temperatura. Os níveis de CO2, em ACD-QR, podem ser mantidos em 1,4 kPa para a maçã Fuji Kiku e até 1,6 kPa para maçã Galaxy . A utilização de níveis extremamente baixos de O2 (0,5 0,7 kPa) ou ACD-QR causa a supressão de alguns compostos voláteis, especialmente ésteres de cadeia linear, enquanto outros compostos de impacto para o aroma não são prejudicados, quando comparado com a AC convencional. Em ACD-FC a produção de compostos voláteis é drasticamente reduzida em comparação com AC convencional e também ACD-QR, provavelmente em função do estresse inicial por baixo O2, que ocorre naquela condição de armazenamento.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6193.pdf: 1697828 bytes, checksum: 4cc53ac247e8d63c069aaa864a656b3a (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Clavulanic acid (CA) produced by Streptomyces clavuligerus, is a potent inhibitor of beta-lactamases used in combination with conventional beta-lactam antibiotics in the treatment of infections caused by resistant bacteria to these antibiotics. The biosynthesis of CA is limited by high concentrations of carbon source and like other beta-lactam compounds, it is highly unstable in acidic or basic pHs even at moderate temperatures. In this work, it was investigated different strategies to improve the production of AC. Batch and batch cultivations with glycerol pulses were carried out in shaker at 250 rpm and pH 6.8 at constant temperatures of 20, 25 and 30°C (run control), as well as with temperature reduction after cell growth phase from 30 to 25°C, 30 to 20°C and 25 to 20 C. It was also investigated the effects of temperature and pH on the AC degradation at various cultivation times in the presence of different concentration of ammonium ion. It was observed that the use of low temperatures (20°C) during cultivation reduced the substrate uptake rate and provides a higher accumulation of AC, in the broth by reducing the effects of CA degradation and inhibition effects caused by carbon source. Batch cultivations with higher glycerol concentration (30 and 60 g/L) were also performed at low temperature (20 and 25°C). The results confirmed that glycerol inhibits or even represses the biosynthesis of CA, depending of the temperature condition employed. The highest CA concentration value (1543 mg/L) were obtained for the cultivation at 20°C and 30 g/L glycerol, 9.2 fold-higher than run control at 30°C. The kinetics of CA degradation at pHs 6.5 and 7.5 and at different concentrations of ammonium ion (0 to 1000 mg/L) were also evaluated. It observed that the degradation was highest at pH 7.5 and higher concentration of ammonium ion. For all proposals of cultivations for CA production, it was obtained a maximum CA concentration in fermentation broth of about 1.5 g/L, indicating that CA acts as an inhibitor of its own biosynthesis. Then, the potential CA removal from broth culture was evaluated by using of alternative adsorbents such as activated carbon, clinoptilolite calcined hydrotalcite, and an ion exchange resin Amberlite IRA 400, for application in extractive fermentation process. The use of resin IRA 400 as an adsorbent to remove CA during cultivation resulted in an increase of 48% in maximum CA concentration if compared with cultivation at the same temperature condition (20°C) and glycerol concentration (15 g/L) conducted without product removal, confirming the hypothesis of inhibition by product in the CA production process. In cultivation at 20°C with glycerol concentration of 30 g/L and product removal, it was obtained a highest CA production of 2841 mg/L. The results indicate that the use of low temperature combined with the removal of product during the production process of AC represent a new and effective strategies to greatly increase the yield of CA. / O ácido clavulânico (AC), produzido pela bactéria Streptomyces clavuligerus, é um potente inibidor de beta-lactamases utilizado em combinação com antibióticos betalactâmicos convencionais no tratamento de infecções causadas por bactérias resistentes a estes antibióticos. A biossíntese de AC é limitada por altas concentrações de fonte de carbono e assim como outros compostos beta-lactâmicos, é altamente instável em pH s básicos ou ácidos, mesmo em temperaturas moderadas. No presente trabalho, foram investigadas diferentes estratégias de melhoria da produção de AC. Foram realizados cultivos em batelada e batelada com pulsos de glicerol em mesa incubadora rotativa a 250 rpm e pH 6,8 em temperaturas constantes de 20, 25 e 30ºC (controle), bem como cultivos com redução de temperatura após a fase de crescimento celular de 30 para 25ºC, 30 para 20ºC e 25 para 20ºC. Foram também investigados os efeitos da temperatura e do pH na degradação de AC em diferentes tempos de cultivo e na presença de íons amônio. Observou-se que o uso de baixas temperaturas (20ºC) durante o cultivo reduz a velocidade de consumo de substrato e proporciona um maior acúmulo de AC, ao reduzir os efeitos de degradação e os efeitos de inibição pela fonte de carbono. Foram também realizados cultivos em batelada com alta concentração de glicerol (30 e 60 g/L) a baixa temperatura (20 e 25ºC). Os resultados confirmaram que o glicerol inibe ou até reprime a biossíntese de AC, dependendo da condição de temperatura empregada. Os maiores valores de concentração de AC foram obtidos para o cultivo a 20ºC e 30 g/L de glicerol (1543 mg/L), valor 9,2 vezes maior que o cultivo controle em batelada a 30ºC. As cinéticas de degradação de AC em pH s 6,5 e 7,5 e em diferentes concentrações de íons amônio (0 a 1000 mg/L) também foram avaliadas. Verificou-se que a degradação foi acentuada em pH 7,5 e com maiores concentrações de íons amônio. Para todas as propostas de cultivos de produção de AC, obteve-se uma concentração máxima de AC no caldo de cerca de 1,5 g/L, indicando ser o AC inibidor da sua própria biossíntese. Foram então avaliados os potenciais de remoção de AC do caldo de cultivo por adsorventes alternativos como carvão ativado, clinoptilolita e hidrotalcita calcinada, e por uma resina de troca iônica, Amberlite IRA 400, para aplicação no processo de fermentação extrativa. O uso de resina IRA 400 como adsorvente para remover AC durante o cultivo resultou num aumento de 48% na concentração máxima de AC em comparação com o cultivo na mesma condição de temperatura (20ºC) e concentração de glicerol inicial (15 g/L) realizadas sem a remoção do produto, comprovando a hipótese de inibição pelo produto no processo de produção de AC. Em cultivo a 20ºC com concentração de glicerol de 30 g/L e remoção de produto, obteve-se uma alta produção de AC de 2841 mg/L. Os resultados indicam que o uso de baixa temperatura aliado à remoção de produto durante a produção de AC representam novas e eficientes estratégias que elevam sobremaneira o rendimento da produção de AC.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 697140 bytes, checksum: a673ff7affad18149751f45b84127b29 (MD5) Previous issue date: 2009-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work is a contribution to the studies about the role of KlRox1p in fermentative metabolism of Kluyveromyces lactis. Rox1p is known in Saccharomyces cerevisiae by repressing in aerobic conditions genes that are expressed when oxygen is limited. The kinetics growth of lineages of Kluyveromyces lactis MW270-7B and its derivative mutant K. lactis MW270- 7B rox1Δ was carry out on YNB media (Yeast Nitrogen Base) containing fermentative carbon sources (glucose and lactose) or non fermentative carbon sources (glycerol and ethanol) to determine the growth profile on this sources. Besides both yeasts had its fermentative capacity researched in the presence of an inhibitor of electron chain carrier, antimicin A on YPD (yeast extract, peptone and glucose). The results indicated that the absence of KlROX1 didn't favor the growth in fermentative carbon sources, but it favored in non fermentative carbon sources. The more fermentative capacity of K. lactis rox1Δ was confirmed for the higher ethanol yield for biomass detected in the absence and presence of antimicin A (10 and 20 µM). The lineages rox1 mutant and control were also cultivated on YNB plus glucose under aerobic continuous culture (D = 0,01 h-1) and later they were submitted to a hypoxic condition for 9 hours. Samples were collected every 3 hours for analysis of the expression of putative target genes of KlRox1p as well as analysis of ethanol and of the enzymatic activity of the alcohol desidrogenase (ADH). For the analysis of gene expression, recognition sequences for KlRox1p were researched in silico in the promoters of the genes KlAAC3, KlCOX5B, KlHEM13, KlHAP1, KlRAG1 and KlADH1 and they were found diverging of two nucleotide of the consensus sequence YYYATTGTTCTC. KlRox1p showed to have negative effect on expression of KlAAC3 and KlHEM13, but it didn't seem to act on KlCOX5B. The ethanol concentration, the activity of ADH and the expression of KlADH1 evidenced the metabolism more fermentative of K. lactis rox1Δ on aerobic and hypoxic conditions. And in a way not known, KlRox1p acts on expression of KlHAP1 and KlRAG1. The influence of KlRox1p on expression of KlADH1, KlRAG1 and KlHAP1 suggests the participation of KlRox1p in the control of key points of the fermentative metabolism: entrance of the glucose that determine the flow for the maintenance of fermentative way, as well as in the reductive reaction end that culminates with the ethanol production. The existence of genes that showed to be regulated negatively by KlRox1p in aerobic condition, like KlAAC3 and KlHEM13, indicates the existence in K. lactis of mechanism of transcriptional regulation for oxygen that intends to better use the oxygen in a limit condition, similar to the function of Rox1p in Saccharomyces cerevisiae. However that mechanism seems not just to be related with the concentrations of oxygen, but also with the carbon sources used, fermentative sources or non fermentative sources. / Esse trabalho é uma contribuição aos estudos sobre a função de KlRox1p no metabolismo fermentativo de Kluyveromyces lactis. Rox1p é conhecida em Saccharomyces cerevisiae por reprimir, em aerobiose, genes que são expressos em condição limitante de oxigênio. A cinética de crescimento de linhagens de Kluyveromyces lactis MW270-7B e sua mutante derivativa K. lactis MW270-7B rox1Δ foi realizada em meio YNB (Yeast Nitrogen Base) contendo fontes de carbono fermentáveis (glicose e lactose) ou não fermentáveis (glicerol e etanol) para determinar o perfil de crescimento nessas fontes. Além disso, ambas as linhagens tiveram sua capacidade fermentativa avaliada na presença de um inibidor da cadeia transportadora de elétrons, antimicina A, em meio YPD (extrato de levedura, peptona e glicose). Os resultados indicaram que a ausência de KlROX1 não favoreceu o crescimento em fontes de carbono fermentáveis, mas favoreceu em fontes de carbono não fermentáveis. A maior capacidade fermentativa de K. lactis rox1Δ foi confirmada pelo maior rendimento de etanol por biomassa detectada, na ausência e presença de antimicina A (10 e 20 µM). As linhagens mutante rox1 e controle também foram cultivadas em YNB e glicose em regime contínuo (D= 0,1h-1) sob aerobiose e, em seguida, submetidas à hipoxia por 9 horas. Amostras foram coletadas a cada 3 horas para análise da expressão de possíveis genes alvos de KlRox1p, bem como de etanol e da atividade da álcool desidrogenase (ADH). Para análise da expressão gênica, sequências de reconhecimento por KlRox1p foram pesquisadas in silico nos promotores dos genes KlAAC3, KlCOX5B, KlHEM13, KlHAP1, KlRAG1 e KlADH1 e foram encontradas divergindo de dois nucleotídeos da sequência consenso YYYATTGTTCTC. KlRox1p mostrou ter efeito negativo sobre as expressões de KlAAC3 e KlHEM13 em aerobiose, mas não pareceu atuar sobre KlCOX5B. A concentração de etanol, a atividade da ADH e a expressão de KlADH1 evidenciaram o metabolismo mais fermentativo de K. lactis rox1Δ tanto em aerobiose quanto em hipoxia. E, por um mecanismo ainda desconhecido, KlRox1p atuou sobre as expressões de KlHAP1 e KlRAG1. A influência de KlRox1p na expressão de KlADH1, KlRAG1 e KlHAP1, sugere a participação de KlRox1p no controle de pontos chaves do metabolismo fermentativo: entrada da glicose, que determina o fluxo para a manutenção de uma via fermentativa, bem como na reação redutiva final, que culmina com a formação de etanol. A existência de genes que mostraram ser regulados negativamente por KlRox1p em aerobiose, como KlAAC3 e KlHEM13, indica a existência em K. lactis de mecanismo de regulação transcricional por oxigênio que visa melhor utilizar o oxigênio numa condição limitante, semelhante à função de Rox1p em Saccharomyces cerevisiae. Esse mecanismo, entretanto, parece não estar relacionado apenas com as concentrações de oxigênio, mas também com metabolismo de carbono fermentável ou não fermentável.

OligossacarÃdeos prebiÃticos sÃo carboidratos capazes de chegar ao intestino grosso onde sÃo metabolizados pelas bidifidobactÃrias e lactobacilos ali presentes estimulando o seu crescimento. A importÃncia destes microrganismos està associada a sua relaÃÃo com a melhoria da intolerÃncia à lactose, melhora da funÃÃo intestinal, melhoria do sistema imunolÃgico, reduÃÃo de enzimas mutagÃnicas e sÃntese de vitaminas do complexo B. A enzima dextrana-sacarase pode ser facilmente obtida a partir da fermentaÃÃo do Leuconostoc mesenteroides em meio contendo sacarose como fonte de carbono. Esta enzima catalisa a formaÃÃo de dextrana em meio contendo sacarose como Ãnico substrato. Quando um aceptor està presente no meio de cultura, parte das unidades de glicose da sacarose sÃo desviadas da sÃntese de dextrana formando oligossacarÃdeos. A utilizaÃÃo do suco de caju, rico em glicose e frutose, visa o aproveitamento de excedentes agrÃcolas, reduzindo assim o custo do processo final. Este trabalho teve por objetivo estudar a sÃntese de oligossacarÃdeos prebiÃticos a partir da fermentaÃÃo de duas linhagens de Leuconostoc mesenteroides; B512F e B742, ambas nÃo patogÃnicas e seguras do ponto de vista alimentar. Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que o processo fermentativo utilizando o suco de caju como substrato apresentou bons resultados, principalmente no que se refere ao crescimento microbiano, produÃÃo da enzima dextrana-sacarase e crescimento de Lactobacillus sendo sua utilizaÃÃo, portanto viÃvel. / Prebiotic oligosaccharides are carbohydrates able to reach the large intestine being metabolizated by bidifidobacterium and lactobacillus and stimulating their growth. The importance of these microorganisms is related with its improvement of the intolerance to the lactose, improvement of the intestinal function and the imunologic system, mutagenic enzyme reduction and vitamin synthesis of the complex B. The enzyme dextransucrase can be easily obtained through the fermentation of Leuconostoc mesenteroides in a medium containing sucrose as carbon source. This enzyme catalyzes the formation of dextran in a medium containing sucrose as the only substrate. When an acceptor is present in the culture medium, part of the glucose moieties from sucrose are deviated from the dextran synthesis forming prebiotic oligosaccharides. The use of the cashew juice, rich in glucose and fructose, aims to the use of an agriculture excess, reducing the cost of the final process. This work had as objective the study of synthesis of prebiotic oligosaccharides from the fermentation of Leuconostoc mesenteroides, B512F and B742, both non pathogenic and safe from the alimentary point of view. Based on the obtained results it can be concluded that the fermentative process using the cashew juice as substratum presented good results, mainly for the microbial growth, production of the enzyme dextransucrase and growth of Lactobacillus being its use, therefore viable.

As técnicas in vitro de produção de gases são usualmente empregadas em pesquisas na nutrição de ruminantes com a finalidade de simular a fermentação ruminal, possuindo diversas vantagens como facilidade de adoção, repetibilidade, uso minimizado de animais e baixo custo. Para tanto, é necessário a coleta de conteúdo ruminal, a qual geralmente é obtida com o uso de animais fistulados no rúmen, no entanto este tipo de cirurgia esta cada vez mais contestada. Frente a esse duelo, há um crescente interesse científico por pesquisas que forneçam alternativas ao inóculo ruminal. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de inóculo fecal submetidos à pré-incubações em substituição ao inóculo ruminal de bovinos na técnica in vitro de produção de gases em bioensaio de metanogênese (24 h) e de cinética fermentativa (72 h). Como doadores de inóculos ruminal e fecal foram utilizadas quatro novilhas Nelore portadoras de cânulas ruminal. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro blocos com duas réplicas analíticas para cada repetição. Sendo os tratamentos os inóculos: conteúdo ruminal (CR), fezes sem pré-incubação (F0), e fezes com 12, 24 e 36 h de pré-incubação (F12, F24 e F36, respectivamente). Foram avaliados os efeitos da pré-incubação das fezes quando utilizado como inóculo fecal sobre a estimativa da degradabilidade ruminal, produção de metano e parâmetros de fermentabilidade. Os dados foram analisados pelo programa estatístico SAS 9.3 verificando a normalidade dos resíduos e a homogeneidade das variâncias, em seguida foram realizadas as comparações das médias pelo teste de Tukey. Em ambos os bioensaios (24 e 72 horas), os inóculos fecais pré-incubados por 24 ou 36 horas mostraram-se bom substituto ao inóculo ruminal para análises de degradabilidade in vitro da matéria seca e orgânica. Para as variáveis produção de total de ácidos graxos, perfil de ácidos graxo de cadeia curta, relação acético:propiônico e nitrogênio amoniacal, o inóculo sem pré-incubação (FE0) foi o que mais se aproximou do inóculo referência. Para as produções de gases, produção de metano e fator de partição da matéria seca e matéria orgânica as fezes não foram eficientes. / The in vitro techniques of gas production are usually used in ruminant nutrition research with the purpose of simulating ruminal fermentation. This technique has several advantages such as ease of adoption, repeatability, minimized use of animals and low cost. Therefore, is necessary the collection of ruminal content, which is usually obtained with the use of fistulated animals in the rumen, however this type of surgery is increasingly challenged. Faced with this duel, there is a great scientific interest in research that provides alternatives to the ruminal inoculum. The objective of this research was to evaluate the use of fecal inoculum submitted to preincubation to replace rumen inoculum of Nelore in the in vitro technique of gas production in bioassay of methanogenesis (24 h) and fermentative kinetics (72 h). Four Nellore carrying ruminal cannula were donors of ruminal content and feces. The experimental design was a randomized block, with five treatments and four blocks with two analytical replicates for each replicate. The treatments were the inocula: ruminal contents (RC), faeces without preincubation (F0), and faeces with 12, 24 and 36 hours of preincubation (F12, F24 and F36, respectively). Estimates of ruminal degradability, methane production and ruminal fermentability were evaluated. The data were analyzed by the statistical program SAS 9.3 verifying the normality of the residues and the homogeneity of the variances, the averages were compared by the Tukey test. In the two bioassays (24 and 72 hours), the fecal inocula preincubated for 24 or 36 hours were good substitute for the ruminal inoculum in analyzes of in vitro degradability of dry and organic matter. For the variables production of total fatty acids, short chain fatty acid profile, acetic: propionic and ammoniacal nitrogen, the inoculum without pre-incubation (FE0) approached the reference inoculum. For gas production, methane production and partitioning factor of dry matter and organic matter were not efficient.