This paper aims to compare qualitatively and quantitatively alcoholic fermentation promoted by yeast Saccharomyces cerevisiae cells immobilized in three inert supports: fiber of dwarf coconut (Cocos nucifera) and two varieties of bamboo (Phyllostachys caniço and Guadua angustifolia). The three materials were also evaluated on their use as supports. The process of immobilization was dumping of equal volumes of materials (two liters) into a suspension of yeast cells (in order of 109 cells / mL) followed by drainage and consequent food with equal volumes of must of molasses. The pH must was adjusted with commercial sulfuric acid to around 4.20 and received addition of 3 ppm of bactericidal for control of bacterial contamination. There was also addition of 10 ppm of nutrient for fermentation in all fermentative cycles. At the end of ninety-one fermentative cycles the process was interrupted, and observed that the three materials have proved physical resistance and that the efficiency of the process and efficiency of fermentation of yeast-coconut system had values above those of yeast-bamboo systems since initial stages, showing to be the fiber of coconut support for the immobilization of cells more efficient. However, around the cycle of number seventy-four, the three systems began to provide similar efficiencies, which suggests that there has been a gradual increase in the number of yeast cells immobilized in systems yeast-bamboo during the cycles. The counting of cells in free media fermented showed that there was satisfactory cell detachment related with the figures already cited in the literature. / O presente trabalho tem como objetivo comparar qualitativa e quantitativamente fermentações alcoólicas promovidas por células de leveduras Saccharomyces cerevisiae imobilizadas em três suportes inertes: fibra de coco anão (Cocos nucifera) e duas variedades de bambu (Phyllostachys caniço e Guadua angustifolia). Os três materiais também foram avaliados quanto a seu uso como suportes. O processo de imobilização consistiu da imersão de volumes iguais dos materiais (dois litros) em suspensão de células de leveduras (da ordem de 109 células/mL) seguida de drenagem e conseqüente alimentação com volumes iguais de mosto de melaço. O mosto teve o pH corrigido com ácido sulfúrico comercial para cerca de 4,20 e recebeu adição de 3 ppm de bactericida para controle da contaminação bacteriana. Também houve adição de 10 ppm de nutriente para fermentação em todos os ciclos de fermentação. Ao final de noventa e um ciclos fermentativos, o processo foi interrompido, sendo observado que os três materiais mostraram-se resistentes fisicamente e que a eficiência do processo e a eficiência da fermentação do sistema levedura-coco apresentaram valores superiores aos dos sistemas levedura-bambu desde os primeiros ciclos, mostrando ser a fibra de coco um suporte de imobilização de células mais eficaz. Contudo, por volta do ciclo de número setenta e quatro, os três sistemas começaram a apresentar eficiências similares, o que sugere que houve um gradativo incremento do número de células imobilizadas nos sistemas leveduras-bambu no decorrer dos ciclos. As contagens de células livres nos meios fermentados demonstraram que houve desprendimento celular satisfatório com relação a valores já citados na literatura.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-04-15Bitstream added on 2014-06-13T18:07:11Z : No. of bitstreams: 1 victorelli_r_me_rcla.pdf: 875908 bytes, checksum: 79a124b35ca31717ebdde103eb1d9d9d (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O presente trabalho apresenta um estudo de produção de ácido lático a partir de Lactobacillus rhamnosus imobilizado por aprisionamento em alginato de cálcio, com a utilização de soro de queijo como fonte de carbono alternativa à glicose encontrada tradicionalmente no meio MRS para bactérias láticas. A imobilização foi efetiva com 2 % de alginato, tendo eficiência de 99,99 %, e taxa de saída de células de 0,25 %, utilizando MRS como meio de cultivo. Estudou-se também o uso de fontes alternativas de nitrogênio como água de maceração de milho, Pro-Floo®, autolisado de levedura e sulfato de amônio. Os melhores resultados de produção e rendimento foram obtidos a partir da utilização de soro de queijo com as fontes de nitrogênio do MRS (extrato de levedura, peptona e extrato de carne), chegando a um rendimento (Yp/s) de 0,83, com produtividade de 0,90 g.L-1.h-1, seguido do cultivo com água de maceração de milho (AMM) e Pro-Floo®, com Yp/s de 0,72 e 0,57 respectivamente. No cultivo com água de maceração de milho a produção de ácido lático atingiu 119,04 g/L em 48 h. Com células livres, o melhor resultado de rendimento foi 0,73 quando de utilizou água de maceração de milho, com produtividade de 2,25 g.L-1.h-1 e produção de ácido lático de 107,89 g/L. Foram realizados dois ensaios utilizando uma modificação no alginato com ácido palmítico, para melhoria na viabilidade das células imobilizadas. Houve melhora no Yp/s quando se utilizou a alginato modificado com ácido palmítico passando de 0,72 para 0,79 no cultivo com AMM e de 0,57 para 0,67 quando se utilizou Pro-Floo®. Outro cultivo foi conduzido em reator de leito empacotado com imobilização em alginato recoberto de polietilenoimina, utilizando meio MRS. No reator pode-se observar a produção contínua de ácido lático até 72 horas com rendimento de 0,88 em 4 horas de cultivo atingindo uma concentração de 11,79 g/L de ácido lático. / This work presents a study of lactic acid production by Lactobacillus rhamnosus immobilized by entrapment technique in calcium alginate, using whey as alternative carbon source, avoiding glucose use in the traditional MRS medium for lactic acid bacteria. Cell immobilization was effective using 2% of alginate, with efficiency of 99.99% and rate of cell release of 0.25 %. Alternative nitrogen sources like corn steep liquor (CSL), Pro-Floo®, autolyzed yeast and ammonium sulfate was also studied. The higher values of production and yield (Yp/s) were obtained in the cultivation with whey and the MRS nitrogen sources (yeast extract, peptone and meat extract), reaching an Yp/s of 0.83, and productivity of 0.90 g.L-1.h-1, followed by the cultivation with corn steep liquor and Pro-Floo®, with Yp/s of 0.72 and 0.57 respectively. With corn steep liquor, the lactic acid production reached 119.04 g/L in 48 h. In the culture with free cells the yield was 0.73 with corn steep liquor in 48 h, the productivity was 2.25 g.L-1.h-1 and production 107.89 g/L. Two experiments were done with a palmitolation of alginate to improve of immobilized cell viability. Increase in yield was obtained when palmitolation was employed; the yield increased from 0.72 to 0.79 in the cultivation using corn steep liquor, and from 0.57 to 0.67 when Pro-Floo® was used an alternative nitrogen source. Another experiment was realized in a packed-bed continuous reactor, with polyethyleneimine coated alginate beads, using MRS as culture medium. It was observed continuous lactic acid production until 72 h, with a yield of 0.88 in 4 hours reaching a lactic acid concentration of 11.79 g/L.

Orientador: Lucia Regina Durrant / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T21:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_JulianaGiseleBeloteD'Arcadia_D.pdf: 1094793 bytes, checksum: 9fff23fc94e5bf172cdf4158fde536f3 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente estudo avaliou a utilização da tecnologia de tratamento de despejos líquidos de uma indústria cervejeira e de refrigerantes pelo sistema biológico aeróbio. Buscou-se a remoção da carga orgânica mediante quantificação da demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio amoniacal total, turbidez, sólidos sedimentáveis (SS), fósforo (P), condutividade e toxicidade. O sistema de tratamento proposto foi constituído por quatro reatores em série com volume total de 16 L. A alimentação foi realizada de forma contínua pela parte inferior e por gravidade. Para a imobilização dos microrganismos nos reatores foi utilizado, como suporte, argila expandida. Para o sistema aeróbio foi utilizada aeração prolongada mediante injeção ascendente de oxigênio. As análises foram realizadas diariamente, no afluente do reator e no efluente tratado em diferentes tempos de retenção hidráulica (TRH/h). Os resultados obtidos mostraram que o sistema de tratamento, empregando 4 reatores acoplados, foi eficiente para a remoção da carga orgânica poluente do efluente da indústria. Ocorreu diminuição da DQO em todos os tempos de retenção hidráulica testados. O TRH 1,9 mostrou ser o mais eficiente, visto que é o tempo com a maior vazão, fato de extrema importância para o tratamento de efluentes industriais. Neste TRH houve maior porcentagem de remoção da DBO (67,4%), toxicidade com microcrustáceo Daphinia similis (52,3%), condutividade (13,13%), além de significativa remoção da DQO (58,7%) / Abstract: The present study the treatment of the waste waters of a beer and soft drink industry by an aerobic biological system was evaluated. The removal of the organic load by means of the quantification of the biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total ammoniacal nitrogen, turbidity, sedimented solids (SS), phosphorus (P), conductivity and toxicity. Were determined proposed the consisted of four reactors in series with a total volume of 16 L. The feeding was carried out carried out continuous by through the of the bioreactor inferior part and by gravity. Expanded clay was used as support for the immobilization of the microorganisms in the reactors. Continuous aeration by means of ascending injection of oxygen was used for the aerobic system. The analyses were performed daily in samples from the treated and untreated industrial effluent using different times of hydraulical retention (HRT/h). The results showed that the treatment system, using 4 connected reactors was efficient for the removal of the pollutant organic load of the industrys effluent. Reduction of the COD occurred in all the tested hydraulical retention times used HRT of 1.9 was found to be the most efficient HRT, since it was the time with the hioghest outflow, fact that is of extreme importance for the treatment of industrial effluents. In this HRT there was a greater percentage of reduction of the BOD (67.4%), the toxicity with the Daphinia similis (52.3%) and conductivity (13.13%), besides the significant reduction of the COD (58.7%) / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Helia Harumi Sato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T13:27:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Orsi_DanielaCastilho_D.pdf: 2624783 bytes, checksum: add51ff0035724efe97b8947a93c9d67 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A sacarose é o principal açúcar utilizado no processamento de alimentos, contudo, o consumo excessivo e não balanceado de alimentos com alto teor de sacarose contribui para a prevalência de doenças como obesidade e cáries dentárias. Nas últimas décadas, tem ocorrido um aumento do interesse pela produção de novos açúcares como alternativa para substituir a sacarose. A isomaltulose (O-a-D-glicopiranosil-1,6-frutofuranosídeo) é um açúcar pouco cariogênico e isômero estrutural da sacarose, encontrada naturalmente no mel em pequenas quantidades. A bactéria Serratia plymuthica ATCC 15928 produz a enzima glicosiltransferase e catalisa a conversão da sacarose em isomaltulose. Neste trabalho, utilizou-se a metodologia de superfície de resposta para estudar o efeito dos componentes do meio de cultivo na produção de glicosiltransferase pela bactéria Serratia plymuthica em frascos sob agitação a 200 rpm e 30ºC. Foi obtida alta produção de glicosiltransferase (14,26 UA/mL, média dos pontos centrais) utilizando-se o meio de cultivo 1, composto de 40 g/L de melaço de cana de açúcar, 15 g/L de peptona bacteriológica da BiobrásÒ e 20 g/L de extrato de levedura Prodex Lac SDÒ. O meio de cultivo 2 (40 g/L de melaço de cana de açúcar e 20 g/L de extrato de levedura Prodex Lac SDÒ), além de render ótima produção de glicosiltransferase (13,54 UA/mL, média dos pontos centrais), teve seu custo reduzido por ser formulado sem a adição do componente peptona bacteriológica da BiobrásÒ. Foi estudado o efeito da temperatura (26ºC, 28ºC e 30ºC) na fermentação da bactéria Serratia plymuthica para produção de massa celular e de glicosiltransferase em fermentador de 6,6 L. A maior produção de glicosiltransferase ocorreu após 6 horas de fermentação na temperatura de 26ºC, sendo obtida atividade enzimática de 25,97 UA/mL. As células livres da bactéria Serratia plymuthica foram utilizadas para a conversão de sacarose em isomaltulose. Utilizando-se concentração de massa celular úmida de 20% (p/v) e concentração de solução de sacarose de 25% (p/v) obteve-se alta porcentagem de isomaltulose (84,33%, valor médio dos meios de cultivo 1 e 2) após 2 horas de reação a 27ºC, em frascos sob agitação a 180 rpm. As células livres cultivadas em meio de cultivo 2 (sem adição de peptona bacteriológica da BiobrásÒ) foram reutilizadas por nove bateladas sucessivas e obteve-se eficiente conversão de sacarose em isomaltulose (75,20%, média das bateladas). Foi estudada a produção de isomaltulose a partir de sacarose por células da bactéria Serratia plymuthica imobilizadas em alginato de cálcio. A conversão de sacarose em isomaltulose pelas células imobilizadas foi feita em bioreatores de leito empacotado mantidos a temperatura de 25°C. O tratamento das células imobilizadas em alginatoSynthÒ 2% com glutaraldeído aumentou a atividade enzimática, sendo obtida conversão de sacarose em isomaltulose acima de 64% por 15 dias. A goma gelana KELCOGELÒ F foi utilizada como suporte para imobilização das células de Serratia plymuthica. As células imobilizadas em goma gelana tratadas com glutaraldeído foram secas por 36 horas, sob refrigeração a 10°C. As células imobilizadas foram transferidas para bioreatores mantidos a 25ºC e usadas na conversão contínua de sacarose em isomaltulose. Quando as células imobilizadas secas foram utilizadas no processo contínuo, a conversão de sacarose em isomaltulose manteve-se acima de 69% por 15 dias. Esse estudo demonstrou a possibilidade do uso da goma gelana KELCOGELÒ F como suporte para imobilização das células de Serratia plymuthica. O suporte utilizado combina a simplicidade na técnica de imobilização celular, boa estabilidade operacional e altas taxas de bioconversão / Abstract: Sucrose is the main sweetener used in food processing, but, the excessive and imbalanced consumption of high-sucrose foods is a contributory factor in obesity and dental caries. In the last few decades, the production of new sweeteners as alternatives to sucrose has aroused great interest. Isomaltulose (O-a-D-glucopyranosyl-1,6- fructofuranose) is a low cariogenic sweetener and a structural isomer of sucrose, naturally present in honey in small quantities. The bacteria Serratia plymuthica ATCC 15928 produces the enzyme glucosyltransferase and catalyses the conversion of sucrose into isomaltulose. In this work, response surface methodology was applied to study the effect of culture medium components in the production of glucosyltransferase by Serratia plymuthica in shaken flasks at 200 rpm and 30ºC. Higher glucosyltransferase production (14.26 UA/mL, average of the central points) was obtained in culture medium 1, composed of 40 g/L of sugar cane molasses, 15 g/L of BiobrásÒ bacteriological peptone and 20 g/L of Prodex Lac SDÒ yeast extract. Culture medium 2 (40 g/L of sugar cane molasses and 20 g/L of Prodex Lac SDÒ yeast extract, formulated without the component BiobrásÒ bacteriological peptone, resulted in a low cost medium and optimized glucosyltransferase production (13.54 UA/mL, average of the central points). The influence of temperature (26ºC, 28ºC and 30ºC) on the growth of the bacterium Serratia plymuthica for cell mass and glucosyltransferase production in a 6.6 L bioreactor, was also studied. The highest production of glucosyltransferase (25.97 UA/mL) was obtained in culture medium 1 after 6 hours at 26ºC. Free Serratia plymuthica cells were used for the conversion of sucrose into isomaltulose. A higher isomaltulose production (84.33%, mean value for culture media 1 and 2) was obtained at a temperature of 27ºC, 20% (w/v) wet cell mass and 25% (w/v) sucrose solution after 2 hours of reaction in shaken flasks at 180 rpm. The free cells cultivated in the culture medium 2 (without BiobrásÒ bacteriological peptone) were reused for nine successive batches, with efficient conversion of sucrose into isomaltulose (75.20%, average of the batches). Furthermore, the conversion of sucrose into isomaltulose using Serratia plymuthica cells immobilized in calcium alginate was also studied. The continuous production of isomaltulose by immobilized cells was accomplished in packed bed bioreactors maintained at 25°C. The treatment of cells immobilized in 2% SynthÒ alginate with glutaraldeyde increased enzyme activity obtaining an isomaltulose production of over 64% for 15 days. The gellan gum KELCOGELÒ F was also used as a support in the immobilization of Serratia plymuthica cells. The cells immobilized in gellan gum and treated with glutaraldeyde, were dried for approximately 36 hours at 10°C and used for the continuous production of isomaltulose. The immobilized cells were packed into bioreactors maintained at 25°C. When dry immobilized cells were used in the continuous process, the conversion of sucrose into isomaltulose was over 69% for about 15 days. This study demonstrated the feasibility of using KELCOGELÒ F gellan gum as a support in the immobilization of Serratia plymuthica cells. This support used combines the simplicity of the immobilization technique with good operational stability and high levels of bioconversion / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Carlos Raimundo Ferreira Grosso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T05:50:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_TalitaEmanuelaMeloe_M.pdf: 2060488 bytes, checksum: 4adc0b3a48b5ba83103d990622a1286a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este estudo teve como objetivo a produção de micropartículas por técnicas combinadas de gelificação iônica e interação eletrostática utilizando alginato de sódio, concentrado proteico do soro do leite (WPC) e manteiga fundida para imobilização do micro-organismo Erwinia sp. D12 e avaliação da conversão de sacarose em isomaltulose por células íntegras livres e imobilizadas em processo descontínuo durante quatro dias. No estudo preliminar, os biopolímeros alginato de sódio e WPC foram caracterizados para produção de micropartículas com boas propriedades. A análise da carga elétrica disponível de alginato de sódio em solução ou emulsão com diferentes concentrações de manteiga fundida e das proteínas do WPC em solução indicou que em uma faixa de pH de 3,0 - 4,5 pode ocorrer uma interação de natureza eletrostática entre os biopolímeros. Misturas formadas em diferentes proporções entre emulsão de alginato de sódio com diferentes concentrações de manteiga fundida e solução proteica de WPC foram caracterizadas com relação à carga elétrica e tamanho médio dos coacervados insolúveis formados. Maiores tamanhos de coacervados, variando entre 29,12 µm a 33,72 µm, foram obtidos na proporção volumétrica 1:6 (emulsão de alginato e manteiga fundida:WPC) sendo que a adição de diferentes concentrações de manteiga fundida não modificou o tamanho dos coacervados formados. As micropartículas de alginato contendo manteiga fundida foram preparadas pela técnica de gelificação iônica associado com recobrimento, por interação eletrostática, com solução de WPC em diferentes concentrações e em seguida foi avaliada a adsorção proteica sobre as micropartículas em sistemas diluídos e concentrados. Um aumento da adsorção proteica pôde ser observado com o aumento da concentração de proteína em solução e diminuição da concentração de manteiga adicionada. Utilizando-se solução de WPC na concentração de 4% (m/m) foram obtidas maiores quantidades de proteínas adsorvidas sobre as micropartículas com taxas de adsorção variando de 44,35% para micropartículas com baixo nível de manteiga fundida, de 37,58% para micropartículas contendo nível intermediário de manteiga e de 30,61% para micropartículas contendo alto nível de manteiga. Micropartículas com elevado teor de umidade, conteúdo proteico acima de 30% e tamanho variando entre 130,0 µm a 161,5 µm puderam ser produzidas pela técnica de gelificação iônica com posterior recobrimento, por interação eletrostática, com solução 4% (m/m) de WPC. A partir do estudo preliminar, as micropartículas com os diferentes tratamentos foram estudadas para imobilização celular do micro-organismo Erwinia sp. D12 com uma contagem inicial de 108-107 UFC/mL e atividade enzimática de 10,7 U/mL. A incorporação de diferentes concentrações de manteiga fundida modificou a atividade enzimática do micro-organismo encapsulado sendo que uma maior adição de manteiga fundida (2%, m/m) acarretou em uma maior atividade enzimática (17,68 U/mL). O tamanho médio das micropartículas sem recobrimento variou entre 91,54 ¿ 106,52 µm sendo observado um aumento no tamanho, 118,34 ¿ 143,12 µm, após o recobrimento. Células íntegras na forma livre e imobilizadas com os diferentes tratamentos foram avaliadas com relação à conversão de sacarose em isomaltulose em processo descontínuo durante quatro dias. Maiores taxas de conversão foram obtidas no primeiro dia de análise empregando células livres ou imobilizadas com os diferentes tratamentos. A taxa de conversão diminuiu no decorrer dos dias, em todos os tratamentos, sendo observada uma queda mais acentuada na conversão utilizando células íntegras livres. As maiores médias aritméticas de conversão de sacarose em isomaltulose foram alcançadas por micropartículas de gelificação iônica sem adição de manteiga fundida e micropartículas de gelificação iônica adicionadas de 2% (m/m) de manteiga fundida, 33,77% e 35,12%, respectivamente, sem diferenças estatísticas entre as mesmas. O recobrimento adicional das micropartículas acarretou em uma diminuição na taxa de conversão devido provavelmente à diminuição no tamanho dos poros ou recobrimento total dos mesmos. Outra hipótese levantada está no pH utilizado para produção das micropartículas (pH 3,75) que encontra-se fora da faixa ótima de crescimento do micro-organismo. Os resultados indicam o potencial de emprego de células íntegras de Erwinia sp. D12 imobilizadas em hidrogel de alginato, sem recobrimento adicional das micropartículas, para conversão de sacarose em isomaltulose em processos descontínuos / Abstract: This study aimed to produce microparticles by combined techniques of electrostatic interaction and ionic gelation using sodium alginate, whey protein concentrated (WPC) and butter for immobilization of micro-organism Erwinia sp. D12 and evaluating the conversion of sucrose to isomaltulose by immobilized whole cells and free cells in a batch process during four days. In a preliminary study, biopolymers sodium alginate and WPC were characterized for production of microparticles having good properties. The analysis of electric charge available sodium alginate in solution or emulsion with different concentrations of butter and WPC solution indicated that in a pH range from 3.0 to 4.5 may occur electrostatic interactions between the biopolymers. Mixtures formed in different ratios emulsion of sodium alginate with different concentrations of butter and WPC solution were characterized with respect to size and load presented average coacervates insoluble formed. Larger coacervates sizes, ranging from 29.12 µm to 33.72 µm, were obtained in ratio 1:6 (emulsion alginate and butter: WPC) being that addition of different concentrations of butter not statistically change the size of coacervates formed. Alginate microparticles containing butter were prepared by ionic gelation associated with coating by electrostatic interaction with WPC at different concentrations and then the protein adsorption on the microparticles in dilute and concentrated was assessed. An increase in protein adsorption could be observed even in concentrated systems, with increasing concentration of protein in solution and decreased concentration of butter added. Using WPC solution at a concentration of 4% (w/w) were obtained larger quantities of proteins adsorbed on the microparticles with varying rates of adsorption of 44.35% for microparticles containing low level of butter , of 37.58% for microparticles containing intermediate level of butter and 30.61% for microparticles containing high level of butter. Microparticles content high moisture, protein content above 30% and size ranging from 130.0 µm to 161.5 µm could be produced by ionic gelation technique with subsequent coating by electrostatic interaction with solution 4% (w/w) WPC. From the preliminary study, the microparticles with different treatments were studied for cell immobilization of micro-organism Erwinia sp. D12 with an initial count of 108-107 CFU/mL and enzyme activity of 10.7 U/mL. The incorporation of different concentrations of butter modify the enzymatic activity of the encapsulated micro-organism being greater than the addition of butter (2%, w/w) resulted in an increased enzymatic activity (17.68 U/mL). The average size of uncoated microparticles ranged from 91.54 µm to 106.52 µm an increase in size was observed, 118.34 - 143.12 µm, after coating. The addition of different concentrations of butter not influence statistically the average size of microparticles. Whole cells in free form and immobilized with different treatments were evaluated for conversion of sucrose to isomaltulose in a batch process during four days. Higher rates of conversion of sucrose to isomaltulose were obtained on the first day of analysis using free cells or immobilized with the different treatments. The conversion rate decreased during the days, in all treatments, with a more pronounced decrease observed in conversion using free cells. The greatest average conversion of sucrose into isomaltulose were reached by microparticle ionic gelling without addition of butter and microparticles ionic gelling added 2% (w/w) of butter, 33.77% and 35.12% respectively, no statistical differences between them. The additional coating of microparticles by electrostatic interaction resulted in a decrease in conversion rate probably due to a reduction in pore size or full coating thereof. Another hypothesis is the pH used for production of microparticles, at pH 3.75, which is outside the optimum range for growth of the micro-organism. The results indicate the potential use of whole cells of Erwinia sp. D12 immobilized in alginate hydrogel without additional coating of microparticles for conversion of sucrose to isomaltulose in batch processes / Mestrado / Nutrição Experimental e Aplicada à Tecnologia de Alimentos / Mestra em Alimentos e Nutrição

<p>Proizvodnja bioetanola iz među- i nusproizvoda procesa<br />prerade &scaron;ećerne repe, može imati pozitivan uticaj na<br />regionalnu ekomomiju i socio-ekonomski razvoj u zemljama<br />sa razvijenom industrijom konzumnog &scaron;ećera, kao &scaron;to je<br />Srbija. Kao proizvodni mikroorganizam u proizvodnji<br />etanola u najvećoj meri se koristi kvasac Saccharomyces<br />cerevisiae. Primena imobilisanih ćelija kvasca u fermentaciji<br />podloga sa visokom sadržajem &scaron;ećera (iznad 250 g/l), tzv.<br />VHG fermentacija, je često izučavana sa ciljem povećanja<br />efikasnosti proizvodnje etanola. U ovom radu su ćelije S.<br />cerevisiae imobilisane na različitim novim nosačima:<br />presovanim rezancima &scaron;ećerne repe (PR&Scaron;R), suvim<br />rezancima &scaron;ećerne repe (SR&Scaron;R), parenhimskom tkivu stabla<br />kukuruza (PTSK) u obliku diska, na kombinovanim<br />nosačima od PTSK u obliku diska obloženog Ca-alginatom(K1) i ispunjenog Ca-aglinatom (K2), na kuglicama Caalginata(AB) kao i na kombinovanim kuglicama od Caalginata i mliva PTSK (ABC). Imobilisane ćelije kvasca su primenjene za fermentaciju melase i gustog soka &scaron;ećerne repe sa krajnjim ciljem da se racionalnim kori&scaron;ćenjem</p><p>među- i nusproizoda procesa prerade &scaron;ećerne repe postigne<br />efikasna proizvodnja etanola uz smanjene tro&scaron;kove<br />proizvodnje kao, i uz smanjenje emisije otpadnih tokova.<br />U radu je ustanovljeno da su PR&Scaron;R, SR&Scaron;R i PTSK efikasni<br />nosači za imobilizaciju ćelija kvasca zahvaljujući prisustvu<br />pozitivno naelektrisanih funkcionalnih grupa, visokoj<br />poroznosti, hidrofilnosti, mehaničkoj čvrstini i stabilnosti.<br />Takođe ovi nosači &scaron;tite kvasac od osmotskog stresa,<br />toksičnog dejstva etanola i inhibitora. Zahvaljujući<br />heterogenoj strukturi PR&Scaron;R, SR&Scaron;R i PTSK se mogu koristiti<br />kao efikasni adsorbenti za ćelije kvasca, kao i za uklanjanje<br />katjonskih i anjonskih komponenata u postupku prerade<br />otpadnih voda. Pored toga, utvđeno je da PTSK predstavlja<br />alternativni obnovljivi izvor hranljivih materija neophodnih<br />kvascu tokom fermentacije melase i gustog soka, a takođe<br />deluje i kao antipenu&scaron;avac. Primenom ćelija kvasca<br />imobilisanih na SR&Scaron;R ostvarena je maksimalna<br />produktivnost etanola od 1,48 g/lh za melasu i 1,57 g/lh za<br />gusti sok, pri početnoj koncentraciji &scaron;ećera u podlozi 180 g/l.<br />Primenom ćelija kvasca imobilisanih na PTSK u obliku<br />diska (visine oko 5 mm i prečnika oko 20 mm) postignuta je<br />produktivnost etanola 1,26 g/lh za melasu 1,42 g/lh za gusti<br />sok, pri početnoj koncentraciji &scaron;ećera 150 g/l. Osnovni<br />nedostatak primene imobilisanih ćelija na SR&Scaron;R i PTSK u<br />alkoholnoj fermentaciji je lako ispiranje ćelija sa nosača.<br />Kombinovani nosači u obliku diska PTSK obloženog Ca alginatom<br />(K1) i ispunjenog Ca-aglinatom (K2) su<br />pripremljeni kako bi se sprečilo ispiranje ćelija kvasca.<br />Utvrđeno je da nosač K1 nije adekvatan za povećanje<br />efikasnosti imobilizacije. Imobilizacijom kvasca punjenjem<br />nosača K2 je povećana efikasnost imobilizacije ćelija kvasca<br />na PTSK, ali je usled velike zapremine i kompaktnosti<br />nosača K2 tokom fermentacije delimično otežan transport<br />supstrata i produkata kroz disk.<br />Melasa i gusti sok &scaron;ećerne repe su veoma dobre sirovine za<br />proizvodnju etanola, usled visokog sadržaja fermentabilnih<br />&scaron;ećera, koji slobodne i/ili imobiliane ćelije S. cerevisiae mogu<br />direktno koristiti za fermentaciju. Međutim, uzimajući u<br />obzir hemijski sastav ovih sirovina i ostvarene parametre</p><p>fermentacije, utvrđeno je da je gusti sok bolja sirovina za<br />proizvodnju etanola od melase, posebno u VHG uslovima.<br />Takođe je utvrđeno da se gusti sok može koristiti kao<br />sirovina za fermentaciju bez dodataka hranljivih materija.<br />Ustanovljeno je da su melase koje preostaju nakon osmotske<br />dehidratacije crvenog kupusa i mrkve veoma dobre sirovine<br />za proizvodnju etanola pri početnoj koncentraciji &scaron;ećera u<br />podlozi do 150 g/l, ali nisu pogodne sirovine za VHG<br />fermentaciju pomoću slobodnih i imobilisanih ćelija u AB<br />kuglicama. Fermentacijom melase nakon osmotske<br />dehidratacije kupusa i mrkve početne koncentracije &scaron;ećera<br />125 g/l, primenom ćelija kvasca imobilisanih u AB<br />kuglicama, ostvarena je najvi&scaron;a produktivnost etanola od<br />1,24 g/lh i 1,30 g/lh. Tokom fermentacije melase i gustog soka<br />primenom ćelija kvasca imobilisanih u AB kuglicama usled<br />izdvajanja CO2, dolazi do naru&scaron;avanja strukture kuglica<br />pojavom poprečne pukotine koja kuglicu polimera deli na<br />dva približno jednaka dela.<br />Kako bi se sprečila degradacija Ca-alginata tokom<br />fermentacije pripremljen je novi kombinovani nosač od Caalginata<br />i mliva PTSK (ABC). Dodatkom samlevenog PTSK<br />sa mikrostrukturom pčeljinjeg saća u Ca-alginat je povećana<br />poroznost kuglica čime je omogućen efikasniji prenos mase<br />supstrata i produkata, povećana je raspoloživa povr&scaron;ina za<br />adsorpciju i rast ćelija kvasca kao i čvrstina i stabilost<br />kuglica. Poređenjem parametara fermentacije, utvrđeno je<br />da su ćelije kvasca imobilisane na ABC kuglicama efikasniji<br />biokatalizator u poređenju sa slobodnim ćelijama kvasca,<br />kao i u poređenju sa ćelijama imobilisanim u AB kuglicama.<br />Dodatkom samlevenog PTSK u podlogu ili u Ca-alginat<br />povećava se sadržaj etanola i metanola, smanjuje se sadržaj<br />kiselina i acetaldehida u sirovom destilatu, dok se sadržaj<br />vi&scaron;ih alkohola, estara i furfurala ne menja značajno. Ćelije<br />kvasca imobilisane u kombinovanim ABC kuglicama se<br />mogu uspe&scaron;no primeniti za pet ponovljenih fermentacija<br />gustog soka pri standardnim (NG) i uslovima visoke<br />koncentracije &scaron;ećera (VHG) pri čemu se može postići<br />produktivnost etanola 1,92-2,30 g/lh. Primenom imobilisanih<br />ćelija kvasca u kombinovanim ABC kuglicama u<br />kontinualnoj VHG fermentaciji gustog soka, početne<br />koncentracije &scaron;ećera 300 g/l, ostvaren je stabilan<br />fermentacioni sistem tokom 15 dana, pri čemu je<br />produktivnost etanola iznosila 3,29 do 4,66 g/lh.</p> / <p>Bioethanol production from intermediate and byproducts<br />of sugar beet processing has a beneficial scope<br />in view of the socio-economic development and regional<br />economy in countries with developed sugar industry,<br />such as Serbia. Saccharomyces cerevisiae strain is the<br />most widely used ethanol producing microorganism. To<br />increase the efficiency of ethanol production, many<br />process improvements including immobilized cells<br />application and fermentation of very high gravity (VHG)<br />media with initial sugar over 250 g/l, have been studied.<br />In the present work yeast S. cerevisiae was immobilized<br />onto different new carriers: pressed sugar beet pulp<br />(PSBP), dried sugar beet pulp (DSBP), maize stem<br />ground tissue (MSGT) disks, MSGT discs coated with<br />Ca-alginate (K1) and MSGT discs filled with Ca-alginate<br />(K2), Ca-alginate beads (AB) and combined beads made</p><p>of Ca-alginate and maize stem ground tissue meal (ABC).<br />Immobilized yeast cells were used for ethanol<br />fermentation of molasses and thick juice with purposes to<br />obtain efficient ethanol production, to lower high<br />operating costs and to achieve the zero-waste goal<br />through a rational use of by-products of sugar beet<br />processing.<br />In the present work it was found that PSBP, DSBP and<br />MSGT are efficient carriers for yeast cell immobilization<br />due to the presence of positively charged binding sites,<br />high porosity and hidrophylicity, good mechanical<br />strength and stability, while functioned as a fortification<br />against osmotic stress, toxins and inhibitors. It was also<br />found that due to the heterogeneous structure the PSBP,<br />DSBP and MSGT are promising adsorbents for the<br />removal of cationic and anionic compounds from<br />aqueous solutions in the waste water treatment. Besides,<br />it is found that the MSGT can be used as an alternative<br />nutrient source for yeast cells and as an anti foaming<br />agent. A maximum ethanol productivity of 1.48 g/lh and<br />1.57 g/lh was achieved in the fermentation of molasses<br />and thick juice (initial sugar of 180 g/l) using yeast<br />immobilized on DSBP. The highest values of ethanol<br />productivity, obtained in the case of using yeast<br />immobilized on MSGT discs as biocatalyst, for molasses<br />and thick juice (initial sugar of 150 g/l) fermentation<br />were 1.26 g/lh and 1.42 g/lh. The main disadvantage of<br />using DSBP and MSGT supported biocatalyst is intensive<br />leakage of yeast cells during the fermentation. In order to<br />prevent yeast leakage combined carriers in the form of<br />MSGT discs coated with Ca-alginate (K1) and MSGT<br />discs filled with Ca-alginate (K2) were prepared. The K1<br />carrier was found to be unsuccessful for improving yeast<br />immobilization efficiency, while the application K2<br />carrier improved yeast immobilization efficiency during<br />the fermentation. However, due to the large volume and<br />compactness of the K2 carrier substrate and product<br />mass transfer limitation were observed during the<br />fermentation.<br />The sugar beet molasses and thick juice are very good<br />raw materials for ethanol production due to high content<br />of fermentable sugars, which can be directly used for<br />fermentation by free and/or immobilized S. cerevisiae<br />cells without any modification. However, taking into</p><p>consideration quality of these raw materials and obtained<br />fermentation parameters, sugar beet thick juice was<br />found to be more suitable raw material for ethanol<br />fermentation, compared to molasses, particularly in the<br />VHG fermentation process and can be used without any<br />nutrient supplementation. Similarly, it was found that<br />molasses left after the osmotic dehydratation of red<br />cabbage (M1) and carrots (M2) are excellent raw<br />materials for ethanol fermentation of media with initial<br />sugar concentration up to 150 g/l, while they are not<br />convenient for VHG fermentation by free or immobilized<br />yeast cells in AB carrier. Maximum ethanol productivity<br />obtained at the end of fermentation of molasses M1 and<br />M2 by immobilized yeast in AB carrier was 1.24 g/lh and<br />1.30 g/lh, respectively. The release of CO2 during the<br />fermentation of molasses and thick juice by yeast cells<br />immobilized in the AB, lead to breakage of polymer<br />beads on two halves.<br />In order to prevent AB disruption, a new combined yeast<br />carrier (ABC) was developed by the addition of MSGT<br />meal into the Ca-alginate. It was found that the addition<br />of MSGT meal, with honeycomb microstructure,<br />provided large surface area for yeast cell attachment and<br />biofilm growth, and also increased alginate matrix<br />porosity, enabling better mass transfer characteristic,<br />better physical strength and stability of beads. The<br />highest values of fermentation parameters were obtained<br />in the fermentation system with yeast immobilized on<br />ABC carrier in comparison with free yeast cells and yeast<br />immobilized on AB carrier. The Ca-alginate and medium<br />supplementation with MSGT meal significantly increased<br />ethanol and methanol content, decreased acetaldehyde<br />and acetic acid content of the distillate, but did not affect<br />fusel alcohol, ester and furfural content of the distillate.<br />Repeated batch normal gravity (NG) and very high<br />gravity (VHG) ethanol fermentation of thick juice by<br />yeast immobilized on ABC carrier was successfully<br />carried out for at least five successive cycles without any<br />significant decrease in ethanol productivity which was in<br />the range 1.92-2.30 g/lh. Continuous VHG ethanol<br />fermentation of thick juice (initial sugar of 300 g/l) using<br />yeast immobilized on ABC was stable for at least 15 days<br />while achieved ethanol productivity was 3.29-4.66 g/lh.</p>

Importantes produtos úteis à sociedade podem ser obtidos a partir do bagaço de cana-deaçúcar, como por exemplo, o etanol de segunda geração. Para a produção deste álcool, reforçam-se estudos visando alternativas de processos diferenciados, como por exemplo, utilizando células imobilizadas em biorreatores. O presente trabalho teve como objetivos o estudo de condições de imobilização da levedura Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2, encapsulada em gel de alginato de cálcio, e a avaliação de condições de produção de etanol a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar, com as células imobilizadas em processos operados em reator de leito fluidizado. Inicialmente, o bagaço de cana-de-açúcar foi submetido à hidrólise ácida seguida de concentração e destoxificação do hidrolisado hemicelulósico. Em ensaios fermentativos em frascos Erlenmeyer, com a nova e promissora levedura fermentadora de pentoses, Scheffersomyces shehatae UFMGHM 52.2 na forma livre, testou-se diferentes meios nutricionais para a seleção dos nutrientes importantes na suplementação do hidrolisado hemicelulósico. Após análise, escolheu-se o meio composto por 5 g/l de sulfato de amônio, 3 g/l de extrato de levedura e 3 g/l de extrato de malte para as fermentações subsequentes. Utilizando-se este meio, observou-se valores de fator de rendimento (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP) de 0,38 g/g e 0,19 g/l.h, respectivamente. Em uma primeira etapa, determinou-se as condições de imobilização celular da levedura por encapsulamento em gel de alginato de cálcio, utilizando um planejamento experimental 23 completo com três pontos centrais. Avaliou-se a influência da concentração de alginato de sódio, de cloreto de cálcio e tempo de cura, tendo como variáveis resposta YP/S e QP. Pela análise estatística e fermentativa, definiu-se o uso da concentração de 1% de alginato de sódio, 0,2 M de cloreto de cálcio e 12 h de tempo de cura para o processo de imobilização celular. Nesta condição, observou-se valores de YP/S e QP de 0,32 g/g e 0,14 g/l.h, respectivamente. Posteriormente, conduziuse fermentações utilizando células imobilizadas em modo de bateladas repetidas em frascos Erlenmeyer, verificando-se a estabilidade na produção de etanol em cinco ciclos fermentativos consecutivos. Em uma segunda etapa, avaliou-se as condições de produção de etanol utilizando células imobilizadas em reator de leito fluidizado, por meio de planejamento experimental 22 completo com três pontos centrais. Avaliou-se a influência da vazão de aeração e massa de suporte com células imobilizadas, tendo como variáveis resposta YP/S e QP. A partir da análise estatística e fermentativa, verificou-se como melhores condições para o processo, o uso de 200 g de suporte e 200 ml/min de vazão de aeração. Nestas condições, observou-se valores de YP/S e QP de 0,26 g/g e 0,17 g/l.h, respectivamente. Sob estas condições de processo, realizou-se também fermentações em modo de bateladas repetidas, verificando-se a estabilidade do sistema operacional de produção de etanol em sete ciclos fermentativos consecutivos. Por estes resultados, concluiu-se que esse processo fermentativo com células imobilizadas em reator de leito fluidizado apresenta destacada potencialidade, podendo servir como conhecimentos para estudos futuros visando a sua implementação em maiores escalas. / Important useful products to society can be obtained from sugarcane bagasse, e.g. secondgeneration ethanol. For the production of this alcohol, studies are focused on alternatives for different processes, e.g., using immobilized cells in bioreactors. This work had as objectives the study of immobilization conditions on the yeast Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2, encapsulated in gel of calcium alginate, and evaluating the conditions of ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate, with the immobilized cells in the process carried out in a fluidized bed reactor. Initially, the sugarcane bagasse was subject to acid hydrolysis followed by concentration and detoxification of hemicellulosic hydrolysate. In fermentation tests in Erlenmeyer flasks, with the novel and promising pentose fermenting yeast, Scheffersomyces shehatae UFMGHM 52.2 in free form, different nutritional media were tested for the selection of important nutrients in the supplementation of hemicellulosic hydrolysate. After the analysis, the medium composed of 5 g/l of ammonium sulfate, 3 g/l of yeast extract and 3 g/l of malt extract was chosen for subsequent fermentations. By using this medium, it was observed values of etanol yield (YP/S) and volumetric productivity (QP) of 0.38 g/g and 0.19 g/l.h, respectively. In a first step, it was determined the yeast cells immobilization conditions by encapsulation in calcium alginate gel using a 23 full factorial design with three central points. The influence of the concentration of sodium alginate, calcium chloride and conditioning time was evaluated, with the response variables YP/S and QP. By statistical and fermentative analysis, it was chosen the concentrations of 1% for sodium alginate, 0.2 M for calcium chloride and 12 h for conditioning time in the immobilization process. In this condition, it was observed values of YP/S and QP of 0.32 g/g and 0.14 g/l.h, respectively. Thus, fermentations were performed applying immobilized cells in Erlenmeyer flasks in repeated batch, where the stability of ethanol production in five consecutive cycles was verified. In a second step, the conditions of ethanol production using immobilized cells in fluidized bed reactor were evaluated, by using a 22 full factorial design with three central points. In this investigation, the influence of aeration rate and mass of suport with immobilized cells was tested, and the response variable were YP/S and QP. By statistical and fermentative analysis, it was found that the best conditions for the process included the use of 200 g of support with immobilized cells and 200 ml/min for aeration rate. Under these conditions, it was observed values of YP/S and QP of 0.26 g/g and 0.17 g/l.h, respectively. Also, under the same conditions, repeated batch fermentations were carried out, where it was verified that ethanol production system stability in seven consecutive fermentation cycles. For these results, it was concluded that this fermentation with immobilized cells in fluidized bed reactor offers outstanding potential and could be used as basis for future studies aiming its implementation in large scales.

Importantes produtos úteis à sociedade podem ser obtidos a partir do bagaço de cana-deaçúcar, como por exemplo, o etanol de segunda geração. Para a produção deste álcool, reforçam-se estudos visando alternativas de processos diferenciados, como por exemplo, utilizando células imobilizadas em biorreatores. O presente trabalho teve como objetivos o estudo de condições de imobilização da levedura Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2, encapsulada em gel de alginato de cálcio, e a avaliação de condições de produção de etanol a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar, com as células imobilizadas em processos operados em reator de leito fluidizado. Inicialmente, o bagaço de cana-de-açúcar foi submetido à hidrólise ácida seguida de concentração e destoxificação do hidrolisado hemicelulósico. Em ensaios fermentativos em frascos Erlenmeyer, com a nova e promissora levedura fermentadora de pentoses, Scheffersomyces shehatae UFMGHM 52.2 na forma livre, testou-se diferentes meios nutricionais para a seleção dos nutrientes importantes na suplementação do hidrolisado hemicelulósico. Após análise, escolheu-se o meio composto por 5 g/l de sulfato de amônio, 3 g/l de extrato de levedura e 3 g/l de extrato de malte para as fermentações subsequentes. Utilizando-se este meio, observou-se valores de fator de rendimento (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP) de 0,38 g/g e 0,19 g/l.h, respectivamente. Em uma primeira etapa, determinou-se as condições de imobilização celular da levedura por encapsulamento em gel de alginato de cálcio, utilizando um planejamento experimental 23 completo com três pontos centrais. Avaliou-se a influência da concentração de alginato de sódio, de cloreto de cálcio e tempo de cura, tendo como variáveis resposta YP/S e QP. Pela análise estatística e fermentativa, definiu-se o uso da concentração de 1% de alginato de sódio, 0,2 M de cloreto de cálcio e 12 h de tempo de cura para o processo de imobilização celular. Nesta condição, observou-se valores de YP/S e QP de 0,32 g/g e 0,14 g/l.h, respectivamente. Posteriormente, conduziuse fermentações utilizando células imobilizadas em modo de bateladas repetidas em frascos Erlenmeyer, verificando-se a estabilidade na produção de etanol em cinco ciclos fermentativos consecutivos. Em uma segunda etapa, avaliou-se as condições de produção de etanol utilizando células imobilizadas em reator de leito fluidizado, por meio de planejamento experimental 22 completo com três pontos centrais. Avaliou-se a influência da vazão de aeração e massa de suporte com células imobilizadas, tendo como variáveis resposta YP/S e QP. A partir da análise estatística e fermentativa, verificou-se como melhores condições para o processo, o uso de 200 g de suporte e 200 ml/min de vazão de aeração. Nestas condições, observou-se valores de YP/S e QP de 0,26 g/g e 0,17 g/l.h, respectivamente. Sob estas condições de processo, realizou-se também fermentações em modo de bateladas repetidas, verificando-se a estabilidade do sistema operacional de produção de etanol em sete ciclos fermentativos consecutivos. Por estes resultados, concluiu-se que esse processo fermentativo com células imobilizadas em reator de leito fluidizado apresenta destacada potencialidade, podendo servir como conhecimentos para estudos futuros visando a sua implementação em maiores escalas. / Important useful products to society can be obtained from sugarcane bagasse, e.g. secondgeneration ethanol. For the production of this alcohol, studies are focused on alternatives for different processes, e.g., using immobilized cells in bioreactors. This work had as objectives the study of immobilization conditions on the yeast Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2, encapsulated in gel of calcium alginate, and evaluating the conditions of ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate, with the immobilized cells in the process carried out in a fluidized bed reactor. Initially, the sugarcane bagasse was subject to acid hydrolysis followed by concentration and detoxification of hemicellulosic hydrolysate. In fermentation tests in Erlenmeyer flasks, with the novel and promising pentose fermenting yeast, Scheffersomyces shehatae UFMGHM 52.2 in free form, different nutritional media were tested for the selection of important nutrients in the supplementation of hemicellulosic hydrolysate. After the analysis, the medium composed of 5 g/l of ammonium sulfate, 3 g/l of yeast extract and 3 g/l of malt extract was chosen for subsequent fermentations. By using this medium, it was observed values of etanol yield (YP/S) and volumetric productivity (QP) of 0.38 g/g and 0.19 g/l.h, respectively. In a first step, it was determined the yeast cells immobilization conditions by encapsulation in calcium alginate gel using a 23 full factorial design with three central points. The influence of the concentration of sodium alginate, calcium chloride and conditioning time was evaluated, with the response variables YP/S and QP. By statistical and fermentative analysis, it was chosen the concentrations of 1% for sodium alginate, 0.2 M for calcium chloride and 12 h for conditioning time in the immobilization process. In this condition, it was observed values of YP/S and QP of 0.32 g/g and 0.14 g/l.h, respectively. Thus, fermentations were performed applying immobilized cells in Erlenmeyer flasks in repeated batch, where the stability of ethanol production in five consecutive cycles was verified. In a second step, the conditions of ethanol production using immobilized cells in fluidized bed reactor were evaluated, by using a 22 full factorial design with three central points. In this investigation, the influence of aeration rate and mass of suport with immobilized cells was tested, and the response variable were YP/S and QP. By statistical and fermentative analysis, it was found that the best conditions for the process included the use of 200 g of support with immobilized cells and 200 ml/min for aeration rate. Under these conditions, it was observed values of YP/S and QP of 0.26 g/g and 0.17 g/l.h, respectively. Also, under the same conditions, repeated batch fermentations were carried out, where it was verified that ethanol production system stability in seven consecutive fermentation cycles. For these results, it was concluded that this fermentation with immobilized cells in fluidized bed reactor offers outstanding potential and could be used as basis for future studies aiming its implementation in large scales.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:09:12Z : No. of bitstreams: 1 covizzi_lg_me_sjrp.pdf: 1482206 bytes, checksum: 2f1c1f77dc261f160aba2bc3a1d1ffea (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O uso de células microbianas imobilizadas para aumentar a produção de metabólitos fúngicos em processos fermentativos tem mostrado altos rendimentos. Nesse trabalho foi avaliado pela primeira vez, a imobilização de células do Botryosphaeria rhodina, um fungo ligninolitico produtor constitutivo de lacases. Três suportes foram avaliados: Fibra Acrílica Fina (FAF); Espuma de Poliuretano Expandido (EPE); Espuma de Poliuretano Fibroso (EPF). O EPF foi o melhor suporte por ter mostrado uma imobilização mais homogenia das células. Um planejamento fatorial foi desenvolvido para otimizar a produção de lacases por células livres, na presença de álcool veratrílico (AV). A análise da superfície de resposta mostrou que 18mM como a melhor concentração de AV para a produção de lacases, usando-se 3 mL de homogeinato de células como inóculo (DOλ400nm 0.4-0.6) para 25 mL de meio de cultura em frascos de 125mL, a 180 rmp, durante 126 horas a 28ºC. O perfil de crescimento do fungo, associado a produção de lacase foram comparados na presença e na ausência de AV, usando-se células livres e células imobilizadas do B. rhodina. A imobilização aumentou aproximadamente 3 vezes a produção de lacases e manteve estável o nível de produção durante 6 reciclos. A imobilização de células do B. rhodina mostrou-se útil uma vez que economizou 72horas para atingir a maior produção de lacase, quando comparada com células livres e também aumentou a tolerância do fungo a concentrações mais altas de AV (500mM) / The use of microbial immobilized cells to increase the production of fungal metabolites in fermentation processes has showed higher yields. This work evaluated by the first time, the immobilization of Botryosphaeria rhodina cells, a ligninolytic fungus that produces laccase. Three carriers were evaluated: acrylic fine fiber (FAF), expanded polyurethane foam (EPE), and fiber polyurethane foam (EPF). The EPF was the best carrier because showed a homogeneous immobilization cells. A factorial design was developed in order to optimize the laccase production by free cells in the presence of the laccase inducer veratryl alcohol (VA). The analysis by response surface answer showed 18 mM as the best VA concentration to produce laccase using 3 mL of a cell homogenate (ODλ400nm 0.4-0.6) as inoculum, to 25 mL of culture medium in shaked flasks (125 mL) at 180 rpm, during 126 hours at 28 °C. A growth profile for laccase and fungal biomass production were compared with and without VA using free and immobilized cells of B. rhodina. The cell immobilization increased approximately 3 folds the laccase production and maintained it stable during 6 consecutive recycles. The cell immobilization of B. rhodina showed to be useful once saved 72 hours to achieve the higher laccase production when compared to the one with free cells, and also increased the fungal cell tolerance at higher VA concentrations (500 mM)

Orientador: Roberto da Silva / Banca: Crispin Humberto Garcia Cruz / Banca: Aneli de Melo Barbosa / Resumo: O uso de células microbianas imobilizadas para aumentar a produção de metabólitos fúngicos em processos fermentativos tem mostrado altos rendimentos. Nesse trabalho foi avaliado pela primeira vez, a imobilização de células do Botryosphaeria rhodina, um fungo ligninolitico produtor constitutivo de lacases. Três suportes foram avaliados: Fibra Acrílica Fina (FAF); Espuma de Poliuretano Expandido (EPE); Espuma de Poliuretano Fibroso (EPF). O EPF foi o melhor suporte por ter mostrado uma imobilização mais homogenia das células. Um planejamento fatorial foi desenvolvido para otimizar a produção de lacases por células livres, na presença de álcool veratrílico (AV). A análise da superfície de resposta mostrou que 18mM como a melhor concentração de AV para a produção de lacases, usando-se 3 mL de homogeinato de células como inóculo (DOλ400nm 0.4-0.6) para 25 mL de meio de cultura em frascos de 125mL, a 180 rmp, durante 126 horas a 28ºC. O perfil de crescimento do fungo, associado a produção de lacase foram comparados na presença e na ausência de AV, usando-se células livres e células imobilizadas do B. rhodina. A imobilização aumentou aproximadamente 3 vezes a produção de lacases e manteve estável o nível de produção durante 6 reciclos. A imobilização de células do B. rhodina mostrou-se útil uma vez que economizou 72horas para atingir a maior produção de lacase, quando comparada com células livres e também aumentou a tolerância do fungo a concentrações mais altas de AV (500mM) / Abstract: The use of microbial immobilized cells to increase the production of fungal metabolites in fermentation processes has showed higher yields. This work evaluated by the first time, the immobilization of Botryosphaeria rhodina cells, a ligninolytic fungus that produces laccase. Three carriers were evaluated: acrylic fine fiber (FAF), expanded polyurethane foam (EPE), and fiber polyurethane foam (EPF). The EPF was the best carrier because showed a homogeneous immobilization cells. A factorial design was developed in order to optimize the laccase production by free cells in the presence of the laccase inducer veratryl alcohol (VA). The analysis by response surface answer showed 18 mM as the best VA concentration to produce laccase using 3 mL of a cell homogenate (ODλ400nm 0.4-0.6) as inoculum, to 25 mL of culture medium in shaked flasks (125 mL) at 180 rpm, during 126 hours at 28 °C. A growth profile for laccase and fungal biomass production were compared with and without VA using free and immobilized cells of B. rhodina. The cell immobilization increased approximately 3 folds the laccase production and maintained it stable during 6 consecutive recycles. The cell immobilization of B. rhodina showed to be useful once saved 72 hours to achieve the higher laccase production when compared to the one with free cells, and also increased the fungal cell tolerance at higher VA concentrations (500 mM) / Mestre