O soro e o permeado de soro de queijo, subprodutos da indústria de laticínios, constituem-se substratos alternativos, ricos em nutrientes e de grande potencial para a produção de etanol. Diante da necessidade de melhorias em processos fermentativos, a tecnologia de imobilização celular pode contribuir positivamente para processos mais eficazes e vantajosos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de etanol a partir de soro e permeado de soro de queijo por diferentes leveduras em biorreatores de células imobilizadas operados em regime batelada e em sistema contínuo, bem como representar matematicamente o bioprocesso. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes linhagens de Kluyveromyces marxianus e diferentes meios de cultivo foram testados em agitador rotacional e em biorreator de células imobilizadas, e os efeitos da taxa de diluição (D) e da concentração de substrato (C WP ) foram investigadas em biorreatores contínuos. Altos fatores de conversão (YEtOH/S) e de produtividade volumétrica (QP) foram obtidos pela linhagens K. marxianus CCT 4086 tanto em agitador rotacional quanto em biorreator com células imobilizadas em alginato de cálcio operado em regime batelada (0,47 g L-1 e 2,53 g L-1 h-1). Diante disso, esta linhagem foi escolhida para os testes posteriores. Aumentos consideráveis nos parâmetros de fermentação (YEtOH/S e QP) foram obtidos a partir do planejamento experimental hexagonal em biorreatores operados continuamente (0,51 g g-1 e 6,01 g L-1 h-1). Melhorias no processo ainda foram alcançadas em biorreatores contínuos de dois estágios operados em sequência, em que alta produtividade volumétrica (6,97 g L-1 h-1) e concentração de etanol (70,4 g L-1) foram observadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, linhagens de Saccharomyces cerevisiae foram testadas para a bioconversão de soro e permeado de soro de queijo a etanol. Diferentes leveduras imobilizadas e estratégias de cultivo foram utilizadas para bioconverter meios não concentrados e concentrados, em biorreatores de leito fluidizado. Valores similares dos parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) foram obtidos para o monocultivo das linhagens de S. cerevisiae (CAT-1 e PE-2). O co-cultivo de S. cerevisiae CAT-1 e K. marxianus CCT 4086 aumentou em quatro vezes a produtividade volumétrica em permeado de soro de queijo e em 69 % em soro de queijo, mas não superou os altos valores obtidos pela monocultura de K. marxianus CCT 4086 (0,49 g g-1 e 1, 68 g L-1 h-1). Aumentos na concentração de etanol foram alcançados a partir de meio concentrado (79,1 g L-1), e melhorias na produtividade volumétrica foram obtidas a partir de batelada repetida (2,8 g L-1 h-1). Em uma terceira etapa, foi realizada a modelagem matemática do bioprocesso da produção de etanol por soro de queijo a partir de K. marxianus CCT 4086, linhagem esta que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho. O sistema contínuo A-stat (accelerostat technique) foi utilizado, tanto para cultivos de células livres quanto imobilizadas, onde duas taxas de aceleração foram testadas. Quatro modelos matemáticos não estruturados foram analisados, levando em consideração a limitação pelo substrato e a inibição pelo produto. Os resultados mostraram que as taxas de diluição (D) e de aceleração (a) afetam a fisiologia e o metabolismo celular. O estado estacionário foi alcançado para a menor taxa de aceleração (a = 0,0015 h-2), e um alto fator de conversão foi obtido (0,52 g g-1) nesta condição. A imobilização celular contribuiu para o aumento do fator de conversão em 23 % na condição de maior taxa de aceleração testada (a = 0,00667 h-2). Alto ajuste dos modelos preditivos para biomassa, substrato e produto foi obtido a partir da maior taxa de aceleração, contudo o fenômeno biológico foi melhor representado para a menor taxa de aceleração. Os modelos de Monod e de Levenspiel combinado com Ghose e Tyagi foram os mais apropriados para descrever o bioprocesso. / Whey and whey permeate, by-products of the dairy industry, are alternative substrates, rich in nutrients and with great potential for use in the ethanol production. Considering the need for improvements in fermentation processes, cell immobilization technology can positively contribute to more effective and advantageous bioprocesses. In this context, the aim of this work was to optimize the ethanol production from whey and whey permeate by different yeasts on immobilized batch fluidized bed bioreactors and in continuous systems, and also describe mathematically the bioprocess. In the first step, different strains of K. marxianus and cultivation media were tested in batch mode and the effects of dilution rate (D) and substrate concentration (C WP ) were investigated in continuous bioreactors. High ethanol yield (YEtOH/S) and ethanol productivities (QP) were obtained by K. marxianus CCT 4086, for both in shaker cultivation and in batch fluidized-bed bioreactors with immobilized cells in Ca-alginate (0.47 g L-1 e 2.53 g L-1 h-1). This strain was chosen for subsequent tests. Substantial increases in the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained from the hexagonal experimental design in continuous bioreactors (0.51 g g-1 e 6.01 g L-1 h-1). Process improvements were achieved in two continuous fluidized-bed bioreactors operated in sequence, wherein high ethanol productivities (6.97 g L-1 h-1) and concentrations (70.4 g L-1) were obtained. Then, in a second step of this study, strains of S. cerevisiae were tested to bioconversion of lactose-hydrolysed whey and whey permeate into ethanol. Different immobilized strains in monoculture and coculture were used to the bioconversion of not concentrated or concentrated mediums in batch fluidized bed bioreactors. Similar values of the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained for the strains S. cerevisiae (CAT-1 and PE-2). The co-culture of S. cerevisiae CAT- 1 and K. marxianus CCT 4086 increased four times the ethanol productivity in lactosehydrolyzed whey permeate and 69 % in lactose-hydrolyzed whey, but not attained the high values of K. marxianus CCT 4086 monoculture (0.49 g g-1 e 1.68 g L-1 h-1). Increases in the ethanol concentrations (79.1 g L-1) were obtained from concentrated media, and improvement in ethanol productivities was obtained by repeated batch (2.8 g L-1 h-1). In a third step, the mathematical modeling of the ethanol production from whey was performed, using K. marxianus CCT 4086 as biocatalyst due to the better results attained throughout of this work. The continuous A-stat system (accelerostat technique) was used for both free cell cultures and immobilized, and two acceleration rates were tested. Four unstructured mathematical models were analyzed, taking into account the limiting substrate and product inhibition. The results showed that the dilution rate (D) and the acceleration rate (a) affected cell physiology and metabolism. The steady state was attained for the lower acceleration rate (a = 0.0015 h-2), and in this condition a high ethanol yield was verified (0.52 g g-1). Cell immobilization increased 23 % of the ethanol yield for the highest acceleration rate (a = 0.00667 h-2) tested. High fit of the predictive models of biomass, lactose and ethanol concentrations were obtained from the high acceleration rate, however the biological phenomenon was better described for the lower acceleration rate. Among the set of models evaluated, Monod and Levenspiel combined with Ghose and Tyagi models were found to be more appropriate for describing the bioprocess.

O soro e o permeado de soro de queijo, subprodutos da indústria de laticínios, constituem-se substratos alternativos, ricos em nutrientes e de grande potencial para a produção de etanol. Diante da necessidade de melhorias em processos fermentativos, a tecnologia de imobilização celular pode contribuir positivamente para processos mais eficazes e vantajosos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de etanol a partir de soro e permeado de soro de queijo por diferentes leveduras em biorreatores de células imobilizadas operados em regime batelada e em sistema contínuo, bem como representar matematicamente o bioprocesso. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes linhagens de Kluyveromyces marxianus e diferentes meios de cultivo foram testados em agitador rotacional e em biorreator de células imobilizadas, e os efeitos da taxa de diluição (D) e da concentração de substrato (C WP ) foram investigadas em biorreatores contínuos. Altos fatores de conversão (YEtOH/S) e de produtividade volumétrica (QP) foram obtidos pela linhagens K. marxianus CCT 4086 tanto em agitador rotacional quanto em biorreator com células imobilizadas em alginato de cálcio operado em regime batelada (0,47 g L-1 e 2,53 g L-1 h-1). Diante disso, esta linhagem foi escolhida para os testes posteriores. Aumentos consideráveis nos parâmetros de fermentação (YEtOH/S e QP) foram obtidos a partir do planejamento experimental hexagonal em biorreatores operados continuamente (0,51 g g-1 e 6,01 g L-1 h-1). Melhorias no processo ainda foram alcançadas em biorreatores contínuos de dois estágios operados em sequência, em que alta produtividade volumétrica (6,97 g L-1 h-1) e concentração de etanol (70,4 g L-1) foram observadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, linhagens de Saccharomyces cerevisiae foram testadas para a bioconversão de soro e permeado de soro de queijo a etanol. Diferentes leveduras imobilizadas e estratégias de cultivo foram utilizadas para bioconverter meios não concentrados e concentrados, em biorreatores de leito fluidizado. Valores similares dos parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) foram obtidos para o monocultivo das linhagens de S. cerevisiae (CAT-1 e PE-2). O co-cultivo de S. cerevisiae CAT-1 e K. marxianus CCT 4086 aumentou em quatro vezes a produtividade volumétrica em permeado de soro de queijo e em 69 % em soro de queijo, mas não superou os altos valores obtidos pela monocultura de K. marxianus CCT 4086 (0,49 g g-1 e 1, 68 g L-1 h-1). Aumentos na concentração de etanol foram alcançados a partir de meio concentrado (79,1 g L-1), e melhorias na produtividade volumétrica foram obtidas a partir de batelada repetida (2,8 g L-1 h-1). Em uma terceira etapa, foi realizada a modelagem matemática do bioprocesso da produção de etanol por soro de queijo a partir de K. marxianus CCT 4086, linhagem esta que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho. O sistema contínuo A-stat (accelerostat technique) foi utilizado, tanto para cultivos de células livres quanto imobilizadas, onde duas taxas de aceleração foram testadas. Quatro modelos matemáticos não estruturados foram analisados, levando em consideração a limitação pelo substrato e a inibição pelo produto. Os resultados mostraram que as taxas de diluição (D) e de aceleração (a) afetam a fisiologia e o metabolismo celular. O estado estacionário foi alcançado para a menor taxa de aceleração (a = 0,0015 h-2), e um alto fator de conversão foi obtido (0,52 g g-1) nesta condição. A imobilização celular contribuiu para o aumento do fator de conversão em 23 % na condição de maior taxa de aceleração testada (a = 0,00667 h-2). Alto ajuste dos modelos preditivos para biomassa, substrato e produto foi obtido a partir da maior taxa de aceleração, contudo o fenômeno biológico foi melhor representado para a menor taxa de aceleração. Os modelos de Monod e de Levenspiel combinado com Ghose e Tyagi foram os mais apropriados para descrever o bioprocesso. / Whey and whey permeate, by-products of the dairy industry, are alternative substrates, rich in nutrients and with great potential for use in the ethanol production. Considering the need for improvements in fermentation processes, cell immobilization technology can positively contribute to more effective and advantageous bioprocesses. In this context, the aim of this work was to optimize the ethanol production from whey and whey permeate by different yeasts on immobilized batch fluidized bed bioreactors and in continuous systems, and also describe mathematically the bioprocess. In the first step, different strains of K. marxianus and cultivation media were tested in batch mode and the effects of dilution rate (D) and substrate concentration (C WP ) were investigated in continuous bioreactors. High ethanol yield (YEtOH/S) and ethanol productivities (QP) were obtained by K. marxianus CCT 4086, for both in shaker cultivation and in batch fluidized-bed bioreactors with immobilized cells in Ca-alginate (0.47 g L-1 e 2.53 g L-1 h-1). This strain was chosen for subsequent tests. Substantial increases in the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained from the hexagonal experimental design in continuous bioreactors (0.51 g g-1 e 6.01 g L-1 h-1). Process improvements were achieved in two continuous fluidized-bed bioreactors operated in sequence, wherein high ethanol productivities (6.97 g L-1 h-1) and concentrations (70.4 g L-1) were obtained. Then, in a second step of this study, strains of S. cerevisiae were tested to bioconversion of lactose-hydrolysed whey and whey permeate into ethanol. Different immobilized strains in monoculture and coculture were used to the bioconversion of not concentrated or concentrated mediums in batch fluidized bed bioreactors. Similar values of the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained for the strains S. cerevisiae (CAT-1 and PE-2). The co-culture of S. cerevisiae CAT- 1 and K. marxianus CCT 4086 increased four times the ethanol productivity in lactosehydrolyzed whey permeate and 69 % in lactose-hydrolyzed whey, but not attained the high values of K. marxianus CCT 4086 monoculture (0.49 g g-1 e 1.68 g L-1 h-1). Increases in the ethanol concentrations (79.1 g L-1) were obtained from concentrated media, and improvement in ethanol productivities was obtained by repeated batch (2.8 g L-1 h-1). In a third step, the mathematical modeling of the ethanol production from whey was performed, using K. marxianus CCT 4086 as biocatalyst due to the better results attained throughout of this work. The continuous A-stat system (accelerostat technique) was used for both free cell cultures and immobilized, and two acceleration rates were tested. Four unstructured mathematical models were analyzed, taking into account the limiting substrate and product inhibition. The results showed that the dilution rate (D) and the acceleration rate (a) affected cell physiology and metabolism. The steady state was attained for the lower acceleration rate (a = 0.0015 h-2), and in this condition a high ethanol yield was verified (0.52 g g-1). Cell immobilization increased 23 % of the ethanol yield for the highest acceleration rate (a = 0.00667 h-2) tested. High fit of the predictive models of biomass, lactose and ethanol concentrations were obtained from the high acceleration rate, however the biological phenomenon was better described for the lower acceleration rate. Among the set of models evaluated, Monod and Levenspiel combined with Ghose and Tyagi models were found to be more appropriate for describing the bioprocess.

O soro e o permeado de soro de queijo, subprodutos da indústria de laticínios, constituem-se substratos alternativos, ricos em nutrientes e de grande potencial para a produção de etanol. Diante da necessidade de melhorias em processos fermentativos, a tecnologia de imobilização celular pode contribuir positivamente para processos mais eficazes e vantajosos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de etanol a partir de soro e permeado de soro de queijo por diferentes leveduras em biorreatores de células imobilizadas operados em regime batelada e em sistema contínuo, bem como representar matematicamente o bioprocesso. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes linhagens de Kluyveromyces marxianus e diferentes meios de cultivo foram testados em agitador rotacional e em biorreator de células imobilizadas, e os efeitos da taxa de diluição (D) e da concentração de substrato (C WP ) foram investigadas em biorreatores contínuos. Altos fatores de conversão (YEtOH/S) e de produtividade volumétrica (QP) foram obtidos pela linhagens K. marxianus CCT 4086 tanto em agitador rotacional quanto em biorreator com células imobilizadas em alginato de cálcio operado em regime batelada (0,47 g L-1 e 2,53 g L-1 h-1). Diante disso, esta linhagem foi escolhida para os testes posteriores. Aumentos consideráveis nos parâmetros de fermentação (YEtOH/S e QP) foram obtidos a partir do planejamento experimental hexagonal em biorreatores operados continuamente (0,51 g g-1 e 6,01 g L-1 h-1). Melhorias no processo ainda foram alcançadas em biorreatores contínuos de dois estágios operados em sequência, em que alta produtividade volumétrica (6,97 g L-1 h-1) e concentração de etanol (70,4 g L-1) foram observadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, linhagens de Saccharomyces cerevisiae foram testadas para a bioconversão de soro e permeado de soro de queijo a etanol. Diferentes leveduras imobilizadas e estratégias de cultivo foram utilizadas para bioconverter meios não concentrados e concentrados, em biorreatores de leito fluidizado. Valores similares dos parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) foram obtidos para o monocultivo das linhagens de S. cerevisiae (CAT-1 e PE-2). O co-cultivo de S. cerevisiae CAT-1 e K. marxianus CCT 4086 aumentou em quatro vezes a produtividade volumétrica em permeado de soro de queijo e em 69 % em soro de queijo, mas não superou os altos valores obtidos pela monocultura de K. marxianus CCT 4086 (0,49 g g-1 e 1, 68 g L-1 h-1). Aumentos na concentração de etanol foram alcançados a partir de meio concentrado (79,1 g L-1), e melhorias na produtividade volumétrica foram obtidas a partir de batelada repetida (2,8 g L-1 h-1). Em uma terceira etapa, foi realizada a modelagem matemática do bioprocesso da produção de etanol por soro de queijo a partir de K. marxianus CCT 4086, linhagem esta que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho. O sistema contínuo A-stat (accelerostat technique) foi utilizado, tanto para cultivos de células livres quanto imobilizadas, onde duas taxas de aceleração foram testadas. Quatro modelos matemáticos não estruturados foram analisados, levando em consideração a limitação pelo substrato e a inibição pelo produto. Os resultados mostraram que as taxas de diluição (D) e de aceleração (a) afetam a fisiologia e o metabolismo celular. O estado estacionário foi alcançado para a menor taxa de aceleração (a = 0,0015 h-2), e um alto fator de conversão foi obtido (0,52 g g-1) nesta condição. A imobilização celular contribuiu para o aumento do fator de conversão em 23 % na condição de maior taxa de aceleração testada (a = 0,00667 h-2). Alto ajuste dos modelos preditivos para biomassa, substrato e produto foi obtido a partir da maior taxa de aceleração, contudo o fenômeno biológico foi melhor representado para a menor taxa de aceleração. Os modelos de Monod e de Levenspiel combinado com Ghose e Tyagi foram os mais apropriados para descrever o bioprocesso. / Whey and whey permeate, by-products of the dairy industry, are alternative substrates, rich in nutrients and with great potential for use in the ethanol production. Considering the need for improvements in fermentation processes, cell immobilization technology can positively contribute to more effective and advantageous bioprocesses. In this context, the aim of this work was to optimize the ethanol production from whey and whey permeate by different yeasts on immobilized batch fluidized bed bioreactors and in continuous systems, and also describe mathematically the bioprocess. In the first step, different strains of K. marxianus and cultivation media were tested in batch mode and the effects of dilution rate (D) and substrate concentration (C WP ) were investigated in continuous bioreactors. High ethanol yield (YEtOH/S) and ethanol productivities (QP) were obtained by K. marxianus CCT 4086, for both in shaker cultivation and in batch fluidized-bed bioreactors with immobilized cells in Ca-alginate (0.47 g L-1 e 2.53 g L-1 h-1). This strain was chosen for subsequent tests. Substantial increases in the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained from the hexagonal experimental design in continuous bioreactors (0.51 g g-1 e 6.01 g L-1 h-1). Process improvements were achieved in two continuous fluidized-bed bioreactors operated in sequence, wherein high ethanol productivities (6.97 g L-1 h-1) and concentrations (70.4 g L-1) were obtained. Then, in a second step of this study, strains of S. cerevisiae were tested to bioconversion of lactose-hydrolysed whey and whey permeate into ethanol. Different immobilized strains in monoculture and coculture were used to the bioconversion of not concentrated or concentrated mediums in batch fluidized bed bioreactors. Similar values of the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained for the strains S. cerevisiae (CAT-1 and PE-2). The co-culture of S. cerevisiae CAT- 1 and K. marxianus CCT 4086 increased four times the ethanol productivity in lactosehydrolyzed whey permeate and 69 % in lactose-hydrolyzed whey, but not attained the high values of K. marxianus CCT 4086 monoculture (0.49 g g-1 e 1.68 g L-1 h-1). Increases in the ethanol concentrations (79.1 g L-1) were obtained from concentrated media, and improvement in ethanol productivities was obtained by repeated batch (2.8 g L-1 h-1). In a third step, the mathematical modeling of the ethanol production from whey was performed, using K. marxianus CCT 4086 as biocatalyst due to the better results attained throughout of this work. The continuous A-stat system (accelerostat technique) was used for both free cell cultures and immobilized, and two acceleration rates were tested. Four unstructured mathematical models were analyzed, taking into account the limiting substrate and product inhibition. The results showed that the dilution rate (D) and the acceleration rate (a) affected cell physiology and metabolism. The steady state was attained for the lower acceleration rate (a = 0.0015 h-2), and in this condition a high ethanol yield was verified (0.52 g g-1). Cell immobilization increased 23 % of the ethanol yield for the highest acceleration rate (a = 0.00667 h-2) tested. High fit of the predictive models of biomass, lactose and ethanol concentrations were obtained from the high acceleration rate, however the biological phenomenon was better described for the lower acceleration rate. Among the set of models evaluated, Monod and Levenspiel combined with Ghose and Tyagi models were found to be more appropriate for describing the bioprocess.

Energy demand has grown due to the pressures caused by the emission control of greenhouse gases and due to oil exploration and its derivatives as an energy source. An alternative to reduce emissions of gases that cause the greenhouse effect is mix ethanol in gasoline to oxygenated. The worldwide increase generated by the demand for ethanol requires the search for alternative processes for implementation of ethanol production. An alternative is the fermentation of lignocellulosic biomass to bioethanol production. The degree of complexity involved in the structure and composition of the lignocellulosic biomass; and the availability of sugars present in cellulose and hemicellulose require pre-treatment processes in the production of lignocellulosic ethanol. The steps involved in the conversion of sugars to ethanol are pre-treatment, enzymatic hydrolysis and fermentation of the hydrolyzate. This work shows the results related to fermentability of pre-treated and hydrolyzed biomass Opuntia ficus-indica in order to compare the efficiency of industrial strains of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus for ethanol production. In the methodology, it was employed an experimental design 2³ in order to obtain the best condition by the variables investigated concentration of acid (0.5%, 1.0%) pre-treatment time (30 min, 60 min) and the amount of mass (1g, 2g). The pre-treatment under the condition of 1.0% of sulfuric acid for 30 minutes with 2g of biomass was the best result, being the chosen condition to follow the enzymatic hydrolysis and fermentation steps. Ethanol production in the fermentation was 5.85 g L-1 with S. cerevisiae, 5.15 g L-1 at K.marxinus and 5.74 g L-1 with the process conducted with the two species. The consumption of reducing sugars during the fermentation stage were similar for the three fermentation conditions. / A exigência energética tem crescido devido às pressões provocadas pelo controle da emissão de gases do efeito estufa devido à exploração de petróleo e seus derivados como fonte de energia. Uma alternativa para redução da emissão de gases causadores do efeito estufa é a mistura do etanol na gasolina com agente antidetonante. O incremento mundial gerado pela demanda por etanol requer a busca por processos alternativos para implementação da produção. Uma alternativa é a fermentação da biomassa lignocelulósica para produção de bioetanol. O grau de complexidade envolvido na estrutura e composição da biomassa lignocelulósica; e a disponibilização dos açúcares presentes na celulose e hemicelulose requerem processos de pré-tratamento na produção de etanol lignocelulósico. As etapas envolvidas na conversão dos açúcares em etanol são: pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação do hidrolisado. Nesse trabalho foi verificado a fermentabilidade da biomassa Opuntia fícus-indica pré-tratada e hidrolisada visando comparar a eficiência das cepas industriais de Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus para produção de etanol. Na metodologia empregou-se um planejamento experimental 23 visando obter a melhor condição investigada através das variáveis: concentração de ácido (0,5%, 1,0%), tempo do pré-tratamento (30min, 60min) e quantidade de massa (1g, 2g). Os melhores resultados foram encontrados no pré-tratamento na condição de 1,0% de ácido sulfúrico por 30 minutos com 2g de biomassa, sendo a condição escolhida para seguir as etapas de hidrólise enzimática e fermentação. A produção de etanol nas fermentações foi de 5,85 g L-1 com S. cerevisiae, 5,15 g L-1 com K.marxinus e 5,74 g L-1 com processo conduzido com a duas espécies. O consumo de açúcares redutores durante a etapa de fermentação foi similar para as três condições de fermentação.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grettya Maria Assuncao.pdf: 2495923 bytes, checksum: 815b6e9d74269efe9f6ba6585d9b8a4f (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / The whey is a dairy industry effluent. Due to its high nutritional content , is used in the production of whey protein concentrate by ultrafiltration. This process generates another residue, cheese whey permeate which also contains high nutritional content, it is rich in lactose, and some minerals (P, K, Mg, Na and Ca). Can be reused in fermentation processes as a source of nutrients. One of these processes is the production of cell biomass from the growth of yeasts for use in food for human and animal consumption. Yeasts are used to obtain the GRAS (generally regarded the safe), in other words, be considered safe for use in foods. Some are: S. cerevisiae, used as a standard micro-organism to have its well-defined characteristics; S. boulardii, used in medicine as probiotic and marketed as a medicine, there are no reports of its production from waste; K. marxianus with potential of metabolizing lactose present in the permeate. This work aims to study the growth of three yeasts, using culture medium as the residue of cheese whey permeate, for the production of biomass. Two experimental design were performed to enzymatic hydrolysis in order to obtain the best condition for this process, and an experimental design was carried out for the fermentations in order to assess which variables are significant in the production of yeast biomass process. The analyzes carried out during the process were: absorbance, reducing sugars, indirect and direct dry weight and pH. Fermentation was carried out with addition of oxygen, aiming an increase in the production of cell biomass, BOD and COD analysis and analysis of the final concentration of ethanol. The best condition for the hydrolysis was obtained using [enzyme] 0.125% , T 35.35 °C and pH 7,7. For the production of biomass without added oxygen, the best values achieved for all yeasts were from 150 g L-1 and permeate temperature of 30 °C, the results were: 14.22 g L-1 of S. cerevisiae at pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0.5 g L-1 [MgSO4], and 4 g L-1 [KH2PO4 ]; 22.85 g L-1 of S. boulardii at pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1.2 g L-1 [MgSO4] and 9 g L-1 [KH2PO4]; and 16.90 g L-1 of K. marxianus at pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2.5 g L-1 [MgSO4] and 1 g L-1 [KH2PO4]. The results of cell biomass obtained in these process conditions and with the addition of oxygen to the fermentation medium were 16.54 g L-1 of S. cerevisiae, 30.58 g L-1 of S. boulardii and 21.12 g L-1 K. marxianus. The ethanol concentration at the end of the process for each yeast was 28.8 g L-1 of ethanol from S. cerevisiae; 27 g L-1 of ethanol from S. boulardii and 52.1 g L-1 of ethanol from K. marxianus. And the reduction in BOD and COD parameters was 69.31% in COD and 97.19% in BOD using S. cerevisiae; 97.67 % in COD and 99.53 % in BOD using S. boulardii; and 83.53 % in COD and 93.14 % in BOD using K. marxianus. Thus, the study demonstrated that permeate cheese whey is a residue with a potential application in the production of yeast biomass, which allow the end of the fermentation process reduced the initial organic load of the waste being one of the bound parameters to reduce the environmental impact as well as the decreasing cost of the wastewater treatment processes. / O soro de queijo é um efluente da indústria láctea. Devido ao seu alto teor nutricional, é utilizado na produção de concentrado proteico de soro por ultrafiltração. Esse processo gera outro resíduo, o permeado de soro de queijo que também contém elevado teor nutricional, pois é rico em lactose, além de alguns sais minerais (P, K, Mg, Na e Ca). Pode ser reutilizado em processos fermentativos como fonte de nutrientes. Um destes processos é a produção de biomassa celular proveniente do crescimento de leveduras, para uso em alimentos para consumo humano e animal. As leveduras utilizadas devem obter o GRAS (generally regarded as safe), ou seja, ser consideradas seguras para o uso em alimentos. Algumas são: S. cerevisiae, utilizada como micro-organismo padrão por ter suas características bem definidas; S. boulardii, utilizada na medicina como probiótico e comercializada como medicamento, não havendo relatos da sua produção a partir de resíduos; K. marxianus com potencial de metabolizar a lactose presente no permeado. Este trabalho tem por objetivo estudar o crescimento das três leveduras utilizando como meio de cultivo o resíduo permeado de soro de queijo, para a produção de biomassa. Dois planejamento experimentais foram realizados para a hidrólise enzimática visando obter a melhor condição para esse processo, e um planejamento experimental foi realizado para as fermentações com o intuito de avaliar quais as variáveis são significativas no processo de produção de biomassa de leveduras. As análises realizadas durante o processo foram: absorbância, açúcares redutores, massa seca indireta e direta e pH. Foi realizada uma fermentação com adição de oxigênio, objetivando um aumento na produção de biomassa celular, análises de DBO e DQO e análise da concentração final de etanol. A melhor condição obtida para a hidrólise foi utilizando [enzima] 0,125%, T 35,35ºC e pH 7,7. Para a produção de biomassa sem adição de oxigênio, os melhores valores alcançados para todas as leveduras foram a partir de 150 g L-1 de permeado e a temperatura de 30 ºC, cujos resultados foram respectivamente: 14,22 g L-1 de S. cerevisiae em pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0,5 g L-1 [MgSO4] e 4 g L-1 [KH2PO4]; 22,85 g L-1 de S. boulardii em pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1,2 g L-1 [MgSO4] e 9 g L-1 [KH2PO4]; 16,90 g L-1 de K. marxianus em pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2,5 g L-1, [MgSO4] e 1 g L-1 [KH2PO4]. Os resultados de biomassa celular obtidos nessas condições de processo e com a adição de oxigênio ao meio fermentativo foram 16,54 g L-1 de S. cerevisiae, 30,58 g L-1 de S. boulardii e 21,12 g L-1 de K. marxianus. A concentração de etanol ao final do processo para cada levedura foi de 28,8 g L-1 de etanol a partir de S. cerevisiae; 27,0 g L-1 de etanol a partir de S. boulardii e 52,1 g L-1 de etanol a partir de K. marxianus. E a redução nos parâmetros DBO e DQO foi de 69,31% na DQO e 97,19% na DBO utilizando S. cerevisiae; 97,67% na DQO e 99,53% na DBO utilizando S. boulardii; e 83,53% na DQO e 93,14% na DBO utilizando K. marxianus. Desta forma, o estudo demonstrou que o permeado de soro de queijo é um resíduo com grande potencial de aplicação na produção de biomassa de leveduras, as quais possibilitam ao final do processo fermentativo uma redução da carga orgânica inicial do resíduo sendo esse um dos parâmetros vinculados à redução do impacto ambiental, bem como à diminuição dos custos de processos de tratamento do efluente.