A transferência de oxigênio para o meio, durante o cultivo de Candida kefyr DSM 70106, mostrou ter grandE influência na produção de inulinase extracelular. O KLa (coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio) de 43 h-1 foi o que proporcionou a obtenção de atividade enzimática mais elevada (37,5 U.mL-1). Este parâmetro foi utilizado como critério para ampliação de escala do cultivo em biorreator de 15 litros para 300 litros. O volume de meio obtido foi congelado para utilização nos processos seguintes de separação de células e purificação da inulinase. Para isto foram utilizados três processos diferentes, a saber, filtração (microfiltração, diafiltração e ultrafiltração), extração líquido-líquido por micela reversa e cromatografia de troca iônica em leito fluidizado. Durante a separação de células, a membrana de microfiltração tipo HVLP com 0,45 µm de diâmetro de poro foi a que possibilitou a passagem de maior fluxo de filtrado (324 L.h-1.m-2) quando comparada com outras membranas de poros e materiais diferentes. Associado a este fluxo obteve-se ainda a passagem pela membrana de 99% da enzima presente. Foram também estudados diferentes tipos de módulos de filtração. Os filtros rotativos foram os que apresentaram melhores desempenhos, com destaque para o tipo \"Biodruckfilter\". Fluxo de filtrado de 300 L.h-1.m-2 e transmissão de 99% da enzima foram obtidos neste filtro. Os filtros tipo cassete e os tubulares apresentaram desempenhos, em geral, inferior a 50% quando comparados em termos de fluxo de filtrado. O processo de filtração em escala ampliada, realizada no filtro cassete, apresentou fluxo de filtrado 45% inferior ao obtido na pequena escala. Os estudos de extração líquido-líquido por micela reversa foram feitos utilizando um agente tensoativo catiônico (BDBAC- [N-Benzyl-N-Dodecyl-N bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride] e um aniônico (AOT- sodium-di-2ethyl-hexyl-sulphosuccinate). O BDBAC proporcionou recuperação de 91 % da enzima presente inicialmente. Na ampliação de escala do processo foi verificado um rendimento de 77%, e o aumento da atividade enzimática específica, nos dois casos, foi de aproximadamente 2,8 vezes. Em comparação com os dois processos anteriores, o processo de purificação da inulinase com separação simultânea de células por cromatografia de trocaiônica em leito fluidizado foi o que proporcionou maior aumento da atividade enzimática específica (da ordem de 4,3 vezes). Após adsorção e eluição do leito cromatográfico, 93,1% da enzima foi recuperada. / It has been observed that the production of extracellular inulinase by Candida kefyr DSM 70106 was markedly affected by the rate of oxygen transfer to the medium. The highest inulinase activity (37,5 U.Ml-1) was attained at a KLa value (volumetric coefficient of oxygen transfer) equal to 43 h-1. As such, KLa was chosen as a criterion for scaling-up the bioreactor capacity from 15 L to 300 L. Once the fermentation ended, the whole fermented broth was frozen for further cell separation and inulinase purification. For that, three different processes were used, namely filtration (microfiltration, diafiltration and ultrafiltration), liquid-liquid extraction by reversed micelles and ion-exchange chromatography in fluidized bed. Microfiltration membranes differing in the chemical nature and on the pores diameter were used in cell separations. The highest filtrate flow (FF = 324 L.h-1.m-2) occurred when HVLP type membrane (0,45 µm pore diameter) was employed. Moreover, 99% of inulinase passed through the membrane. Several types of filtration modules were also studied. The rotatory filter, such as the \"Biodruckfilter\" (FF=300 L.h-1.m-2 and 99% of inulinase transmission), presented remarkable performance when compared with cassette and tubulartype filters, in which FF was lower than 50%. Furthermore, filtration carried out with a scaled-up cassette module presented a FF 45% lower than that observed on a smaller scale. Studies on liquid-liquid extraction by reverse micelles were made utilizing a cationic surfactant (BDBAC- [N-Benzyl-N-Dodecyl-N-bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride] and an anionic surfactant (AOT-sodium-di-2-ethyl-hexylsulphosuccinate). The use of BDBAC resulted in a recuperation of 91 % of the enzyme initially present, which decreased about 77% when the process was scaled-up. Neverthless, in both cases the increase in specific enzymatic activity was about 2.8 times. In comparison with the aforementioned processes, the ion-exchange chromatography in fluidized bed, in which inulinase purification and cell separation take place simultaneously, provided. an increase in specific enzymatic activity of about 4.3 times. After adsorption and elution of the chromatographic bed about 93% of the inulinase was recovered.

A transferência de oxigênio para o meio, durante o cultivo de Candida kefyr DSM 70106, mostrou ter grandE influência na produção de inulinase extracelular. O KLa (coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio) de 43 h-1 foi o que proporcionou a obtenção de atividade enzimática mais elevada (37,5 U.mL-1). Este parâmetro foi utilizado como critério para ampliação de escala do cultivo em biorreator de 15 litros para 300 litros. O volume de meio obtido foi congelado para utilização nos processos seguintes de separação de células e purificação da inulinase. Para isto foram utilizados três processos diferentes, a saber, filtração (microfiltração, diafiltração e ultrafiltração), extração líquido-líquido por micela reversa e cromatografia de troca iônica em leito fluidizado. Durante a separação de células, a membrana de microfiltração tipo HVLP com 0,45 µm de diâmetro de poro foi a que possibilitou a passagem de maior fluxo de filtrado (324 L.h-1.m-2) quando comparada com outras membranas de poros e materiais diferentes. Associado a este fluxo obteve-se ainda a passagem pela membrana de 99% da enzima presente. Foram também estudados diferentes tipos de módulos de filtração. Os filtros rotativos foram os que apresentaram melhores desempenhos, com destaque para o tipo \"Biodruckfilter\". Fluxo de filtrado de 300 L.h-1.m-2 e transmissão de 99% da enzima foram obtidos neste filtro. Os filtros tipo cassete e os tubulares apresentaram desempenhos, em geral, inferior a 50% quando comparados em termos de fluxo de filtrado. O processo de filtração em escala ampliada, realizada no filtro cassete, apresentou fluxo de filtrado 45% inferior ao obtido na pequena escala. Os estudos de extração líquido-líquido por micela reversa foram feitos utilizando um agente tensoativo catiônico (BDBAC- [N-Benzyl-N-Dodecyl-N bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride] e um aniônico (AOT- sodium-di-2ethyl-hexyl-sulphosuccinate). O BDBAC proporcionou recuperação de 91 % da enzima presente inicialmente. Na ampliação de escala do processo foi verificado um rendimento de 77%, e o aumento da atividade enzimática específica, nos dois casos, foi de aproximadamente 2,8 vezes. Em comparação com os dois processos anteriores, o processo de purificação da inulinase com separação simultânea de células por cromatografia de trocaiônica em leito fluidizado foi o que proporcionou maior aumento da atividade enzimática específica (da ordem de 4,3 vezes). Após adsorção e eluição do leito cromatográfico, 93,1% da enzima foi recuperada. / It has been observed that the production of extracellular inulinase by Candida kefyr DSM 70106 was markedly affected by the rate of oxygen transfer to the medium. The highest inulinase activity (37,5 U.Ml-1) was attained at a KLa value (volumetric coefficient of oxygen transfer) equal to 43 h-1. As such, KLa was chosen as a criterion for scaling-up the bioreactor capacity from 15 L to 300 L. Once the fermentation ended, the whole fermented broth was frozen for further cell separation and inulinase purification. For that, three different processes were used, namely filtration (microfiltration, diafiltration and ultrafiltration), liquid-liquid extraction by reversed micelles and ion-exchange chromatography in fluidized bed. Microfiltration membranes differing in the chemical nature and on the pores diameter were used in cell separations. The highest filtrate flow (FF = 324 L.h-1.m-2) occurred when HVLP type membrane (0,45 µm pore diameter) was employed. Moreover, 99% of inulinase passed through the membrane. Several types of filtration modules were also studied. The rotatory filter, such as the \"Biodruckfilter\" (FF=300 L.h-1.m-2 and 99% of inulinase transmission), presented remarkable performance when compared with cassette and tubulartype filters, in which FF was lower than 50%. Furthermore, filtration carried out with a scaled-up cassette module presented a FF 45% lower than that observed on a smaller scale. Studies on liquid-liquid extraction by reverse micelles were made utilizing a cationic surfactant (BDBAC- [N-Benzyl-N-Dodecyl-N-bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride] and an anionic surfactant (AOT-sodium-di-2-ethyl-hexylsulphosuccinate). The use of BDBAC resulted in a recuperation of 91 % of the enzyme initially present, which decreased about 77% when the process was scaled-up. Neverthless, in both cases the increase in specific enzymatic activity was about 2.8 times. In comparison with the aforementioned processes, the ion-exchange chromatography in fluidized bed, in which inulinase purification and cell separation take place simultaneously, provided. an increase in specific enzymatic activity of about 4.3 times. After adsorption and elution of the chromatographic bed about 93% of the inulinase was recovered.

Orientador: Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:05:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Makino_Yemiko_D.pdf: 2966453 bytes, checksum: 3824a95962b72e135786328969e7e66b (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Submitted by Natalie Mendes (nataliermendes@gmail.com) on 2015-07-29T00:33:48Z No. of bitstreams: 1 Disserta??o Mestrado em Biotecnologia-PPGBIOTEC UEFS- Geise Camila.pdf: 2048024 bytes, checksum: e92340d2b71036b615c4cb83414b0373 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-29T00:33:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta??o Mestrado em Biotecnologia-PPGBIOTEC UEFS- Geise Camila.pdf: 2048024 bytes, checksum: e92340d2b71036b615c4cb83414b0373 (MD5) Previous issue date: 2014-12-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / The exploration of the microorganisms species semiarid region has become a viable alternative for the industry, especially producing yeast inulinases which can be applied in the production of fructo-oligosaccharides and fructose from the hydrolysis of inulin. This work had as its theme the study of the immobilization inulinases enzymes produced by yeasts of the semiarid region of Bahia, with the overall objective of the work is to study the application of inulinases immobilized in the production of concentrated fructose and fructo-oligosaccharides. The strains of yeast Pseudozyma sp. (CCMB 306) and Rhodotorula mucilaginosa (CCMB 604) were obtained from the Culture Collection of Microorganisms of Bahia (CCMB), Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS). Immobilization was performed using as support eggshell, celite, Immobeads?, Sepabeads? and silica, and the results analyzed using the Origin version 8.5.1 program. Immobilization in solid supports inulinase shown to be a viable technique, since the non-inactivated enzyme, showing increased activity in the inulinase CCMB 306 samples immobilized on celite in organic medium. Optimization of fructo-oligosaccharides production was achieved the highest concentration of product in samples with inulin concentration of 25% and time of reaction 16 h. In conclusion, the application of inulinases enzymes produced by micro-organisms of the semiarid in the hydrolysis of inulin is of significant importance for biotechnology development in the region. / A explora??o de esp?cies de micro-organismos da regi?o semi?rida tem se tornado uma alternativa vi?vel para a ind?stria, destacando-se leveduras produtoras de inulinases, que podem ser aplicadas na produ??o de frutose e fruto-oligossacar?deos, a partir da hidr?lise da inulina. O presente trabalho teve como tema o estudo da imobiliza??o de enzimas inulinases produzidas por leveduras do semi?rido baiano, sendo o objetivo geral estudar a aplica??o de inulinases imobilizadas na produ??o de concentrados de frutose e fruto-oligossacar?deos. As linhagens de leveduras Pseudozyma sp. (CCMB 306) e Rhodotorula mucilaginosa (CCMB 604) foram obtidas da Cole??o de Cultura de Micro-organismos da Bahia (CCMB) da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS). A imobiliza??o foi realizada utilizando-se como suporte casca de ovo, celite, Immobeads?, Sepabeads? e s?lica, sendo os resultados analisados com aux?lio do programa Origin vers?o 8.5.1. A imobiliza??o de inulinase nos suportes s?lidos demonstrou ser uma t?cnica vi?vel, uma vez que n?o inativou a enzima, apresentando a maior atividade nas amostras de inulinase de CCMB 306 imobilizada em celite em meio org?nico. Na otimiza??o da produ??o de fruto-oligossacar?deos obteve-se a maior concentra??o de produto nas amostras com concentra??o de inulina de 25% e tempo de rea??o de 16 h. Em conclus?o, a aplica??o de enzimas inulinases obtidas atrav?s de micro-organismos presentes no semi?rido na hidr?lise da inulina ? de significativa import?ncia para o desenvolvimento biotecnol?gico da regi?o, sendo interessante a otimiza??o dos m?todos de imobiliza??o e sele??o adequada dos suportes a serem utilizados para obten??o de melhores resultados.

Orientador: Luciana Francisco Fleuri / Resumo: As inulinases catalisam a hidrólise da inulina, produzindo inulo-oligossacarídeos, frutose e glicose, por isso, possuem várias aplicações industriais. A fermentação submersa é mais usada na produção industrial de inulinase, contudo a fermentação em estado sólido tem demonstrado bons resultados quanto à obtenção de enzimas a baixo custo. O yacon (Smallanthus sonchifolius) é um tubérculo com alta concentração de antioxidantes e frutanos e por isso tem atraído o interesse na área de alimentos. A fermentação em estado sólido utilizando o yacon como substrato possui potencial para a produção de enzimas e também para utilização na alimentação animal. Objetivou-se com este trabalho avaliar a produção de inulinases utilizando 16 espécies fúngicas filamentosas cultivadas em fermentação em estado sólido utilizando resíduos agroindustriais como substrato, bem como identificar a melhor combinação substrato/micro-organismo para utilização do preparado enzimático sólido como prebiótico em rações de frango de corte. A atividade da inulinase foi muito superior com a utilização da farinha de yacon como substrato em fermentação em estado sólido em relação ao farelo de trigo, farelo de soja e bagaço de cana-de-açúcar, independente do fungo utilizado. As inulinases provenientes da farinha de yacon demonstraram grande amplitude de pH e temperatura, independente do micro-organismo fermentante. O preparado enzimático sólido de farinha de yacon com Aspergillus niger 40018 apresentou alta atividade d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Inulinases catalyze the inulin hydrolysis, yielding inulo-oligosaccharides, fructose and glucose, therefore, they have many industrial applications. The submerged fermentation is more used at inulinase industrial production, however the solid state fermentation (SSF) has showed good results regarding to low cost enzymes. The yacon (Smallanthus sonchifolius) is a tuber root with high content of antioxidants and fructans and because of this it has attracted interest of food area. The solid state fermentation using the yacon root as substrate has potential to produce enzymes and to use in animal feeding. The aim of this work was to evaluate the inulinase production of 16 filamentous fungal species growing in solid state fermentation (SSF) on agroindustrial wastes as substrate, as well as to identify the best combination substrate/microorganism of the solid enzymatic preparation (SEP) to use as prebiotic in broilers diets. The inulinase activity was higher with yacon flour than wheat bran, soybean bran and sugarcane bagasse, independently of fungus. The inulinases from yacon flour showed large pH and temperature amplitude, independently of fungus. The SEP of yacon flour and Aspergillus niger 40018 showed high lipase and antioxidant activity and high fructooligosaccharides and it was selected to further trials with broilers. There was no alteration on performance, caecum pH and lipid profile with the SEP. The SEP promoted a stronger reduction of Salmonella Enteritidis number afte... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-05T17:05:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YepezSilva-Santisteban_BernardoOnagar_D.pdf: 1839103 bytes, checksum: 44dfdd6f4dc2a025d2bcdbcf149d2ef1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:07:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Treichel_Helen_D.pdf: 2336096 bytes, checksum: bb4f87554ce5aa94a9f62d576648ac87 (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-03-23Bitstream added on 2014-06-13T19:35:26Z : No. of bitstreams: 1 paula_fc_me_rcla.pdf: 631356 bytes, checksum: 37d2f07653025c4a4c953cfbd2fb8073 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O interesse pela inulinase iniciou-se com a descoberta de sua habilidade de hidrolisar inulina, um polimero vegetal, em fmtose praticamente pura. A frutose é considerada uma alternativa segura como adoçante em relação à sacarose, sendo largamente utilizada na indústria de alimentos. As inulinases são geralmente tennoestáveis e comercialmente viáveis para aplicações industriais. Entretanto, uma produção contínua de frutose requer a utilização de uma inulinase imobilizada. Neste trabalho, o caldo fermentado, isento de células, de Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus foi imobilizado em vários suportes: carvão ativado, diatomito, casca de ovo, amberlite, sílica de porosidade controlada e gelatina. A mais alta taxa de imobilização foi obtida em gelatina (82,60%). Os métodos restantes avaliados não foram bem sucedidos, seja pela ausência de ligação protéica ou perda de atividade provocados pelo processo de imobilização. O pH ótimo da inulinase imobilizada foi o mesmo da enzima livre (3,5). As temperaturas ótimas foram 55 °C para a enzima livre e 60 °C para a inulinase imobilizada. O gráfico de Arrhenius apresentou-se linear e as energias de ativação foram 56,20 KJ/mol.°K (enzima livre) e 20,27 KJ/mol.°K (enzima imobilizada). Os parâmetros cinéticos foram calculados pelo gráfico de LineweaverBurk e os valores de Km e Vmax foram de 20,68 mg/mL e 37,73 UA/mg para a enzima livre; e 50,05 mg/mL e 31,64 UA!mg para a enzima imobilizada, respectivamente. A estabilidade operacional da inulinase imobilizada foi avaliada em reator tubular de leito fixo, durante 782 horas, apresentando 58,12% de atividade enzimática residual. Foi realizada uma cromatografia de camada delgada para uma análise qualitativa dos produtos da reação. / The interest for inulinase began when it was discovered its ability to hydrolyse inulin, a vegetal polymer, in fructose practically pure. Fructose is considered as a safe altemative sweetener to sucrose, widely used in food industries. The inulinases are usually thermostable and cornmercially available for industrial applications. However, a continuous production of fructose requires the use of an immobilized inulinase. In this work, the crude enzyme broth free celis from Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus was imrnobilized on various supports: activated carbon, diatomite, hen egg shell, amberlite, porous silica and gelatin. The highest irnrnobilization yield was obtained in gelatin (82,60%). The remaining methods screened were not successful either because no protem binding occurred or irnmobilization process resulted in activity loss. The optimum pH of immobilized inulinase remained the sarne as that of free enzyme (3,5). The optimum temperatures were 55 °C for free enzyrne and 60 °C for the imrnobilized inulmase. The Arrhenius plot were linear and activation energies were 56,20 KJ/mol.°K (Free enzyme) and 20,27 KJ/rnol.°K (Immobilized enzyme). The kinetic parameters were calculated from Lineweaver-Burk plots and the values of Km and Vmax were 20,68 mg/mL and 37,73 UA/rng for free inulinase; and 50,05 rng/rnL and 31,64 UA/rng for immobilized enzyme, respectively. The operational stability of the immobilized inulinase was studied in continuous fixed bed colurnn reactor for 782 hours with 58,12% of residual activity. Thin layer chromatography was used for qualitative analysis of the reaction products.

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study, two tungsten-based oxides, iron tungstate (FeWO4) and zinc tungstate (ZnWO4), were synthesized by the routes microwave-assisted hydrothermal and solvo-hidrothermal, respectively. The iron tungstate oxide was used as a catalyst in heterogeneous photo-Fenton reaction for removal of Amaranth dye, whereas the zinc tungstate was used as a support for the immobilization of inulinase by adsorption process. Both materials produced were characterized by techniques such as X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption-desorption analysis by Brunauer-Emmett-Teller method (BET), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and particle size distribution analysis by laser diffraction. For heterogeneous photo-Fenton reaction, an experimental design was used to study the effect of variables such as pH, hydrogen peroxide concentration and dye concentration on the degradation efficiency of Amaranth dye. The inulinase immobilization on the ZnWO4 oxide was investigated in two temperatures. According to the characterization results, both synthesized material has a porous structure and high crystallinity. The FeWO4 oxide showed a satisfactory ability to degrade amaranth dye, and under the optimum reaction conditions, 97% decolorization and 58% mineralization were obtained. Furthermore, the efficiency and stability of this catalyst were maintained high after five cycles of reuse. The ZnWO4 oxide showed a satisfactory inulinase adsorption, where the best result was found to be 605 U.g-1 at 30 oC. / Neste trabalho, dois óxidos a base de tungstênio, tungstato de ferro (FeWO4) e tungstato de zinco (ZnWO4), foram sintetizados pelos métodos hidrotérmico assistido por micro-ondas e solvo-hidrotérmico, respectivamente. O tungstato de ferro foi utilizado como catalisador na reação heterogênea de foto-Fenton para remoção do corante orgânico Amaranto, enquanto que o tungstato de zinco foi utilizado como suporte para imobilização da inulinase pelo processo de adsorção. Ambos os materiais produzidos foram caracterizados pelas técnicas tais como difração de raios-X (DRX), análise de adsorção-dessorção de nitrogênio pelo método de Brunauer-Emmett-Teller (BET), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e análise de distribuição do tamanho de partículas por difração laser. Para a reação foto-Fenton heterogênea, um planejamento experimental f oai empregado a fim de estudar os feitos das variáveis pH, concentração de peróxido e de corante sobre a eficiência de degradação do corante amaranto. A imobilização de inulinase sobre o óxido ZnWO4 foi investigada em duas temperaturas. De acordo com os resultados da caracterização, ambos os materiais sintetizados apresentaram uma estrutura porosa e com alta cristalinidade. O óxido FeWO4 demonstrou uma satisfatória habilidade para degradar o amaranto, sendo que nas condições ótimas de reação, 97 % de descoloração e 58% de mineralização foram obtidos. Além disso, a eficiência e estabilidade desse catalisador foram mantidas elevadas após cinco ciclos de reuso. O óxido ZnWO4 apresentou uma satisfatória adsorção de inulinase, onde o melhor resultado encontrado foi de 605 U.g-1 na temperatura de 30 oC.