CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho, a enzima β-galactosidase, que catalisa a hidrÃlise da lactose em glicose e galactose, foi produzida pelo cultivo do micro-organismo Kluyveromyces lactis NRRL Y1564 em soro de leite suplementado com extrato de levedura. A enzima à um metabÃlito intracelular, sendo a liberaÃÃo da enzima para o meio uma condiÃÃo essencial, por isso estudaram-se diferentes mÃtodos quÃmicos e mecÃnicos de extraÃÃo como, agitaÃÃo com pÃrolas de vidro, ruptura em ultrassom com pÃrolas de vidro, adiÃÃo de etanol e tolueno, observando tambÃm, seus efeitos na atividade enzimÃtica. Posteriormente, realizaram-se ensaios para estudar a influÃncia da temperatura (30, 34, 37 e 40 ÂC) na produÃÃo da enzima a partir do soro de queijo. Na extraÃÃo da enzima, o uso de esferas de vidro em vÃrtex foi o mÃtodo mais eficiente quando comparado com os outros avaliados. A enzima, nÃo sofreu inibiÃÃo ou desnaturaÃÃo quando incubadas com etanol, tolueno ou etanol-tolueno. A temperatura Ãtima de produÃÃo da enzima por K. lactis NRRL Y1564 foi 30 ÂC, com atividade enzimÃtica de 4418,37 U/g de cÃlulas em 12 h de fermentaÃÃo. A enzima produzida foi imobilizada em quitosana 2,0% m/v. Diferentes protocolos de ativaÃÃo usando glutaraldeÃdo, epicloridrina ou glicidol foram avaliados. Estudou-se tambÃm, o tempo de contato enzima-suporte (3, 5 e 10 horas) a fim de se obter um biocatalisador que apresentasse alto rendimento, atividade recuperada e tempo de meia-vida, visando a hidrÃlise da lactose em reator batelada e leito fixo. A influÃncia da temperatura e do pH na hidrÃlise da lactose foi avaliada, usando como substrato uma soluÃÃo sintÃtica (lactose 5,0% (m/v) e leite desnatado, contendo 4,3% m/v de lactose. O suporte que apresentou melhores resultados nos parÃmetros de imobilizaÃÃo foi a quitosana 2% reticulada com glutaraldeÃdo no tempo de imobilizaÃÃo de 5 horas. O biocatalisador produzido nesse estudo apresentou um fator de estabilidade de 17,37 vezes maior que a enzima solÃvel, com uma estabilidade de armazenamento de 100% quando armazenada a 4 ÂC por 90 dias. A temperatura Ãtima de hidrÃlise da lactose foi de 40 ÂC e o pH Ãtimo foi 7,0 . A conversÃo da lactose a 40 ÂC para este derivado (3,0 U/g) foi em mÃdia 53% em 10 ciclos (bateladas consecutivas). Em reator batelada, a conversÃo em glicose a partir da hidrÃlise da lactose, usando soluÃÃo sintÃtica, foi aproximadamente 86 % para a enzima solÃvel (3,8 U/mL) e 83 % para a enzima imobilizada (3,8 U/g). A conversÃo obtida na hidrÃlise do leite desnatado foi de 17 % para a enzima solÃvel e 20 % para a enzima imobilizada. / In this work, the enzyme β-galactosidase which catalyzes the hydrolysis of lactose to glucose and galactose, was produced by cultivating the micro-organism Kluyveromyces lactis NRRL Y1564 in whey supplemented with yeast extract. The enzyme is an intracellular metabolite, the release enzyme is very important, therefore were studied various chemical and mechanical methods of extraction and stirring with glass beads, sonication, addition of ethanol and toluene, noting also their effects on enzymatic activity. Subsequently, trials were carried out to study the influence of temperature (30, 34, 37 and 40  C) in the production of the enzyme from the cheese whey. In the enzyme extraction, using glass beads by a vÃrtex was more efficient method compared to others evaluated. The enzyme not presented inhibited or denatured when incubated with ethanol, toluene or ethanol-toluene. The optimum temperature for enzyme production by K. lactis NRRL Y1564 was 30 ÂC with enzymatic activity of 4418.37 U/g of cells at 12 h of fermentation. The enzyme produced was immobilized on chitosan 2.0% w/v. Different activation protocols using glutaraldehyde, epichlorohydrin or glycidol were evaluated. Was also studied, the contact time the enzyme-carrier (3, 5, and 10 hours) to obtain a biocatalyst to produce high yield, recovered activity and half-life in order to hydrolysis of lactose in batch reactor and fixed bed. The influence of temperature and pH on the hydrolysis of lactose was evaluated using as substrate a synthetic solution (lactose 5.0% (w/v) in potassium phosphate buffer 100 mM with 0.1 mM MnCl2) and skimmed milk containing 4.3% w/v lactose. The support shows better results in the parameters of immobilization was chitosan 2% actived with glutaraldehyde and contact time of 5 hours. The biocatalyst produced in this study showed a stability factor of 17.37 and a storage stability of 100% when stored at 4 ÂC for 90 days. Temperature optimum hydrolysis of lactose was 40 ÂC and the optimal pH 7.0. The conversion of lactose to 40 ÂC for this derivative (3.0 U/g) was on average 53% in 10 cycles (consecutive batches). In batch reactor, the conversion to glucose by the hydrolysis of lactose using synthetic solution was approximately 86% for the soluble enzyme (3.8 U/mL) and 83% of the immobilized enzyme (3.8 U/g). The conversion obtained in the hydrolysis of skim milk was 17% for the soluble enzyme and 20% for the immobilized enzyme.

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2010. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-19T20:33:18Z No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-09-24T23:15:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-24T23:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) Previous issue date: 2010 / Este trabalho teve como objetivo principal investigar a imobilização da enzima β- galactosidase comercial de Kluyveromyces lactis (Lactozym®), bem como caracterizar a enzima livre e imobilizada visando sua aplicação na reação de hidrólise da lactose. Foram feitos testes preliminares com três suportes diferentes para a imobilização (alginato, quitosana e Eupergit® C), sendo que os valores de recuperação da atividade enzimática foram, respectivamente, 2,43%, 6,27% e 41,86%, selecionando-se o suporte Eupergit® C como o mais promissor. Um planejamento Plackett-Burman, correspondente a 12 ensaios mais 3 réplicas no ponto central, foi proposto a fim de verificar os efeitos das variáveis temperatura, pH, força iônica, tempo de imobilização, concentração de galactose, concentração de íons Mg2+ e volume de enzima na imobilização de β-galactosidase em Eupergit® C. A força iônica e o pH foram as variáveis que apresentaram efeito significativo (p<0,1) na imobilização, sendo que o aumento da força iônica de 0,1 M para 1,5 M e o aumento do pH de 6,6 para 7,4 representaram aumento de 30,0% e redução de 17,3% na recuperação da atividade enzimática, respectivamente. À temperatura de 25°C, pH 6,6, concentração salina de 1,5 M, tempo de imobilização de 8 h, concentração de Mg2+ de 1 mM e 0,4 mL de enzima adicionada, atingiu-se 85% de recuperação da atividade enzimática. As enzimas livre e imobilizada, nas melhores condições em Eupergit® C, foram caracterizadas quanto aos perfis de pH e temperatura, estabilidade térmica, parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Quanto aos perfis de pH e temperatura, foram obtidos, para ambas, valores máximos de atividade enzimática em pH 6,6 e 45°C. Houve um ganho de estabilidade térmica com a imobilização enzimática, tendo-se observado um aumento de cerca de 4 vezes no tempo de meia-vida da enzima imobilizada a 45oC, em relação à livre, o que pode representar vantagens na utilização da enzima imobilizada em escala comercial. Os valores de energia de ativação para as enzimas livre e imobilizada foram, respectivamente, iguais a 35,28 kJ.mol-1 e 29,46kJ.mol-1; e os valores de energia de ativação da reação de desnaturação para as enzimas livre e imobilizada foram iguais, respectivamente, a 266,12 kJ.mol-1 e 198,77 kJ.mol-1. Foram determinados os parâmetros cinéticos para as enzimas livre e imobilizada, sendo que os valores de Km, 30,33 mM e 104,00 mM, respectivamente, representaram uma diminuição da afinidade da enzima pelo substrato com a imobilização, possivelmente devido a fatores estéricos e conformacionais. Parâmetros termodinâmicos foram calculados, evidenciando novamente a maior estabilidade térmica da enzima imobilizada e indicando que a perda de estabilidade de ambas as enzimas, livre e imobilizada, parece não estar associada a alterações relevantes na estrutura terciária. / Immobilization of b-galactosidase (Lactozym®) on Eupergit® C and its characterization This study aimed to investigate the immobilization of commercial β-galactosidase from Kluyveromyces lactis (Lactozym®) and characterize the free and immobilized enzymes for their application in lactose hydrolysis. Three preliminaries tests were carried out with three different supports for immobilization (alginate, chitosan and Eupergit® C), and the values for recovery of enzyme activity were, respectively, 2.43%, 6.27% e 41.86%, selecting Eupergit® C as the most promising. A Plackett-Burman design, composed of 12 assays over 3 central points was proposed in order to verify the effects of temperature, pH, ionic strength, reaction time, galactose concentration, Mg2+ concentration and enzyme volume on β-galactosidase immobilization using Eupergit® C support. The ionic strength and pH were the variables that presented significant effect (p<0.1) on immobilization. The increase in the ionic strength from 0.1 to 1.5 M and the decrease in pH from 6.6 to 7.4 represented an increase of 30.0% and a reduction of 17.3% in the recovery of enzyme activity, respectively. At 25°C, pH 6.6, salt concentration of 1.5 M, immobilization for 8 h, 1 mM Mg2+ and 0.4 mL of enzyme added, reached 85% recovery of enzymatic activity. The free and immobilized enzyme on Eupergit® C were characterized,determining pH and temperature profiles, thermal stability, kinetic and thermodynamic parameters. pH and temperature profiles showed maximum activity at pH 6.6 and 45°C. There was a gain in thermal stability with the enzyme immobilization and there was an increase of about 4 times in the half-life of immobilized enzyme at 45°C, which may represent advantages when using in a commercial scale. The values of activation energy for free and immobilized enzymes were, respectively, equal to 35.28 kJ.mol-1 and 29.46 kJ.mol-1, and the values of activation energy of denaturation reaction for free and immobilized enzymes were equal, respectively, to 266.12kJ.mol-1 and 198.77 kJ.mol-1. Kinetic parameters were determined for the immobilized and free enzyme. Km values of 30.33 mM and 104.00 mM, respectively, represented a decrease of the affinity of the enzyme by the substrate with immobilization, possibly due to steric and conformational factors. Thermodynamic parameters were calculated, showing the higher thermal stability of the immobilized enzyme and indicating that the loss of stability of both enzymes, immobilized and free, does not seem to be associated with significant changes in tertiary structure.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2008. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-09-24T17:54:51Z No. of bitstreams: 1 dissertao de mestrado cristiane.pdf: 830083 bytes, checksum: 8a0fe102af2eaf27474ab995424a5309 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-12-01T16:25:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao de mestrado cristiane.pdf: 830083 bytes, checksum: 8a0fe102af2eaf27474ab995424a5309 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-01T16:25:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao de mestrado cristiane.pdf: 830083 bytes, checksum: 8a0fe102af2eaf27474ab995424a5309 (MD5) Previous issue date: 2008 / Os galactooligossacarídeos (GOS) vêm sendo considerados como novos ingredientes funcionais dos alimentos, apresentando um grande potencial para melhorar a qualidade dos mesmos, sendo denominados como prebióticos, devido às suas características fisiológicas e tecnológicas. Podem ser produzidos a partir de lactose, principal açúcar presente no soro de leite, através de uma reação enzimática com o uso da enzima β-galactosidase, que possui atividade de transgalactosilação. Este trabalho tem como objetivo principal estudar a obtenção de galactooligosacarídeos por via enzimática. Foi utilizada b-galactosidase de Kluyveromyces lactis Lactozym® 3000L (Novozymes) e, como substratos, a lactose e o soro de leite. Um planejamento experimental 23 totalizando 11 ensaios foi proposto para cada um dos substratos, verificando-se a influência da temperatura (30 a 40°C), concentração de lactose (20 a 40%) e concentração da enzima (5 a 10 U.mL-1), obtendo-se como respostas a concentração de GOS máxima, o rendimento de GOS máximo, a produtividade de GOS máxima e conversão de lactose máxima. Os ensaios foram conduzidos a 180 rpm de agitação, em meio aquoso e pH 7,0 (tampão fosfato de sódio 0,1M), retirandose alíquotas ao longo do tempo, sendo os açúcares presentes em cada amostra quantificados através de um sistema de cromatografia líquida de alta eficiência HPLCPAD (Dionex). A enzima Lactozym® 3000L apresentou atividade de transgalactosilação na presença dos dois substratos. Utilizando como substrato lactose o rendimento atingiu 43,8% e a concentração de GOS foi de 175,3 g/L no sistema reacional composto por 40% de lactose e 10 U.mL-1 de enzima a 30°C. No entanto a produtividade máxima alcançada, de 41,1 g.L-1.h-1, bem como a máxima conversão de lactose (80,5%), foram obtidas em condições de síntese distintas. Utilizando como substrato soro de leite, os valores máximos obtidos para as respostas concentração de GOS (119,8 g.L-1) e rendimento (29,95%) em 4 h de processo foram obtidos no sistema reacional composto por 40% de lactose e 10 U.mL-1 de enzima a 40°C. Nestas condições a produtividade máxima alcançada foi de 64,4 g.L-1.h-1. O máximo valor alcançado para conversão de lactose (87,8%) foi obtido nas mesmas condições de temperatura e concentração de enzima, mas com 20% de lactose. / Galactooligosaccharides (GOS) have been considered as new functional food ingredients, presenting a great potential to improve its quality. They are denominated as prebiotics, due to their physiological and technological characteristics. They can be produced from lactose, the main sugar of the whey, through an enzymatic reaction with the use of the enzyme β-galactosidase, with transgalactosylation activity. The main goal of this work was to study the enzymatic production of galactooligosaccharides. It was used β-galactosidase from Kluyveromyces lactis Lactozym® 3000L (Novozymes) and, as substrates, lactose and whey. A 23 experimental design (11 assays) was proposed for each substrate, verifying the effect of the temperature (30 to 40°C), lactose concentration (20 to 40%) and concentration of the enzyme (5 to 10 U.mL-1). The responses were maximum GOS concentration, maximum GOS yield, maximum productivity and maximum lactose conversion. Assays were carried out at 180 rpm in aqueous medium and pH 7.0 (0.1 M sodium phosphate buffer). Samples were collected and sugars were quantified by high performance liquid chromatography (HPLC-PAD system, Dionex). For lactose the yield reached 43.8% and GOS concentration was 175.3 g.L-1, in the system composed by 40% of lactose and 10 U.mL-1 of enzyme at 30°C. However, maximum productivity (41.1 g.L-1.h-1) as well as maximum lactose conversion (80.5%) were obtained in different conditions. For whey, the maximum values for the responses GOS concentration (119.8 g.L-1) and yield (29.95%) in 4 h of process were obtained in the system composed by 40% of lactose and 10 U.mL-1 of enzyme at 40°C. In these conditions, maximum productivity was 64.4 g.L-1.h-1. The maximum value for lactose conversion (87.8%) was obtained in the same temperature and enzyme concentration, but with 20% of lactose.

O presente estudo investigou a aplicação de dois tipos de AnSBBR (reatores anaeróbio com biofilme e operados em batelada e batelada alimentada sequenciais: com recirculação da fase líquida e com agitação) para produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética (a base de soro de leite e lactose, respectivamente). O AnSBBR com recirculação da fase líquida, que foi o estudo principal do presente trabalho, apresentou problemas na produção de hidrogênio utilizando soro de leite como substrato. Algumas alternativas, como adaptação da biomassa com substratos puros de degradação mais fácil, controle do pH em valores muito baixos e diferentes formas de inoculação foram testadas, entretanto, sem obtenção de sucesso. A solução do problema foi obtida ao refrigerar o meio de alimentação a 4ºC para evitar a fermentação no frasco de armazenamento, retirar a ureia e a suplementação de nutrientes, e realizar lavagens periódicas do material suporte para retirada de parte da biomassa. Dessa forma eliminaram-se indícios de produção de H2S por possível ação de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e atingiu-se uma produção estável de hidrogênio sem, entretanto, eliminar completamento o metano, que foi produzido em baixas concentrações. Depois de atingida a estabilidade, investigou-se a influência da concentração afluente de substrato, do tempo de enchimento e da temperatura na produção de biohidrogênio no AnSBBR com recirculação da fase líquida tratando soro de leite. O estudo da concentração afluente apresentou um ponto ótimo para a concentração de 5400 mgDQO.L-1, atingindo valores de 0,80 mol H2.mol-1 lactose e de 660 mL H2.L-1.d-1. O estudo do tempo de enchimento apresentou resultados similares para as condições analisadas. Com relação à temperatura, os melhores resultados foram obtidos com a temperatura mais baixa testada de 15ºC (1,12 mol H2.mol lactose-1 e 1080 mL H2.L-1.d-1), sendo que na temperatura mais alta testada (45&#176;C) não ocorreu produção de hidrogênio. Para o AnSBBR com agitação mecânica, que foi um estudado complementar realizado pelo fato da lactose ser o principal complemento do soro de leite, o desempenho do biorreator foi avaliado de acordo com influência conjunta do tempo de ciclo (tC &#8211; 2, 3 e 4 h), da concentração afluente (CSTA &#8211; 3600-5400 mgDQO.L-1) e da carga orgânica volumétrica aplicada (COAV &#8211; 9,3, 12,3, 13,9, 18,5 e 27,8 mgDQO.L-1.d-1). Foram obtidos excelentes resultados: consumos de carboidratos (lactose), com valores médios sempre acima de 90&#37; e uma produção estável de biohidrogênio em todas as condições estudadas, com metano em baixas concentrações apenas na condição de maior COAV. A diminuição do tC apresentou tendência clara de melhora sobre o RMCRC,n (rendimento molar entre hidrogênio produzido e carboidrato removido) apenas para as condições com menor concentração CSTA, havendo uma relação direta entre CSTA, e RMCRC,n em todos os valores de tC, exceto para o tempo de ciclo de 3 h, exatamente onde ocorreu produção de metano. O melhor valor de RMCRC,n obtido na operação com lactose (1,65 mol H2.mol Carboidrato-1) foi superior aos obtidos em outros trabalhos utilizando a mesma configuração de reator e sacarose como substrato. As análises filogenéticas mostraram que a maioria dos clones analisados foi semelhante à Clostridium. Além destes, clones filogeneticamente semelhantes com a Família Lactobacilaceae, especificamente Lactobacillus rhamnosus foram observados em menor porcentagem no reator, assim como clones com sequências semelhantes a Acetobacter indonesiensis. / The present study investigated the application of two types of AnSBBR (anaerobic reactors with biofilm and operated in batch and fed-batch sequences: with recirculation of the liquid phase and with agitation) for biohydrogen production treating synthetic wastewater (cheese whey and lactose-based, respectively). The AnSBBR with recirculation of the liquid phase, which was the main study of this work, presented problems in the hydrogen production using cheese whey as substrate. Some alternatives, such as adaptation of the biomass with pure substrates of easier degradation, pH control at very low values and different forms of inoculation were tested but without achieving success. The solution of the problem was obtained by cooling the feed medium at 4ºC to prevent fermentation in the storage flasks, removing the urea and the nutrient supplementation, and performing periodic washing of the support material for the removal of part of the biomass. Thus, H2S production evidences by possible action of sulphate-reducing bacteria (SRB) were eliminated, reaching a stable production of hydrogen without eliminate the presence of methane completely, which was produced in low concentrations. After reaching the stability, it was investigated the influence of the influent concentration of the substrate, the influence of the filling time and the influence of the temperature on the production of biohydrogen in an AnSBBR with recirculation of the liquid phase treating cheese whey. The study of the influent concentration showed an optimum point for the concentration of 5400 mgDQO.L-1, reaching values of 0.80 mol H2.mol-1lactose and 660 mL H2.L-1.d-1. The study of the filling time showed similar results for the analyzed conditions. With respect to the temperature, the best results were obtained with the lowest temperature tested of 15ºC (1.12 mol H2.mol-1lactose and 1080 mL H2.L-1.d-1), while the highest temperature tested (45ºC) didn\'t produce hydrogen. For the AnSBBR with mechanical stirring (which was an additional study that was performed by the fact that the lactose is the main component of the cheese whey) the performance of the bioreactor was evaluated in accordance with the joint influence og the cycle time (tC - 2, 3 and 4 h ), the influent concentration (CSTA - 3600-5400 mgDQO.L-1) and the applied volumetric organic load (COAV - 9.3, 12.3, 13.9, 18.5 and 27.8 mgDQO.L-1.d-1). Excellent results were obtained: consumption of carbohydrates (lactose) always above 90% and a stable production of biohydrogen in all conditions studied, with low methane concentrations just in the condition with the biggest COAV. The decrease in the tC showed a clear trend of improvement of the RMCRC,n (molar yield between the hydrogen produced and removed carbohydrate) only for the conditions with the low influent concentration (CSTA). There was a direct relationship between CSTA and RMCRC,n in all values of tC, except for the cycle time of 3 hours, exactly in which there was methane production. The best value of RMCRC,n obtained in the operation with lactose (1.65 mol H2.mol-1Lactose) was superior to those obtained in other studies using the same reactor configuration and sucrose as substrate. Phylogenetic analysis showed that the majority of the analyzed clones was similar to Clostridium. In addition, clones phylogenetically similar to Lactobacilaceae family, specifically Lactobacillus rhamnosus, were observed in a small proportion in the reactor, as well as clones with similar sequences of Acetobacter indonesiensis.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-01-09T12:41:15Z No. of bitstreams: 1 aureliafariaramos.pdf: 1343348 bytes, checksum: 10354004212bacea826a47dfb80c392c (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2017-01-31T11:23:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 aureliafariaramos.pdf: 1343348 bytes, checksum: 10354004212bacea826a47dfb80c392c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T11:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 aureliafariaramos.pdf: 1343348 bytes, checksum: 10354004212bacea826a47dfb80c392c (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / O presente trabalho teve como objetivo elaborar um sorvete gourmet à base de leite com teor reduzido de lactose. Foram fabricados, um sorvete tradicional de chocolate e outro sorvete de mesmo sabor com lactose hidrolisada. A quantidade de enzima lactase utilizada foi de 0,07% (m/m) sobre o volume da calda preparada. A hidrólise foi realizada a 45 ºC/três horas nas três repetições experimentais. O binômio tempo e temperatura utilizados foram suficientes para a completa hidrólise da lactose na calda para elaboração do sorvete, o que foi comprovado pela análise do perfil de carboidratos empregando cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) e que permite ao intolerante à lactose, seu consumo mantendo em sua alimentação as propriedades nutritivas do leite sem prejuízos à saúde. As análises físico-químicas e sensorial foram realizadas após a fabricação dos sorvetes. A análise reológica, determinação de pH e acidez titulável foram realizados após a fabricação e aos 20 e 40 dias de armazenamento dos sorvetes com e sem lactose. A hidrólise da lactose não influenciou os teores de gordura, proteína, cinzas, overrun e viscosidade (p>0,05), quando comparado aqueles com lactose. Diferenças significativas (p<0,05) para os teores de açúcar redutor, expresso como lactose, e não redutor, expresso como sacarose, entre os dois tratamentos foram identificadas. Os resultados ainda demonstraram aumento de acidez titulável (p<0,05) durante armazenamento em ambos tratamentos. Para o sorvete sem lactose houve uma elevação da acidez no produto recémfabricado até o 20º dia. O pH alterou significativamente (p<0,05) no tempo, mas não entre os tratamentos. O sorvete sem lactose apresentou maior taxa de derretimento que o sorvete com lactose (p<0,05). Dos atributos sensoriais avaliados, o sabor, gosto doce e aparência apresentaram-se com maior aceitação (p<0,05) no sorvete com lactose, além da maior intenção de compra, porém, a textura e cremosidade tiveram iguais aceitação (p>0,05) nos produtos com e sem lactose. Para a análise de perfil de TPA, dureza e elasticidade se comportaram de forma semelhante (p>0,05) para em ambos os sorvetes. Para a gomosidade e adesividade, somente no sorvete sem lactose houve redução durante armazenamento (p<0,05), sendo que logo após a fabricação somente a gomosidade foi maior no produto com lactose hidrolisada. A coesividade comportou-se de forma similar nos dois tratamentos, não alterando-se entre eles (p>0,05) e aumentando em ambos, e posteriormente estabilizando (p<0,05). / This study aimed to prepare a gourmet ice cream from milk with reduced lactose content. They were made, a traditional chocolate ice cream and other ice cream of the same flavor with hydrolyzed lactose. The amount of lactase enzyme used was 0.07% (m/m) over the volume of the prepared syrup. The Hydrolysis was performed at 45°C/three hours for the three experimental replicates. The binomial time and temperature used temperature were sufficient to complete hydrolysis of lactose in the syrup to prepare the ice cream, which was confirmed by analyzing the carbohydrate profile using liquid chromatography high performance (HPLC), which allows the lactose intolerant, consumption keeping in their diet the nutritional properties of milk without damage to health. The physicochemical and sensory analyzes were performed after the manufacture of ice cream. The rheological analysis, determination of pH and titratable acidity were carried out after manufacture and after 20 and 40 days of storage of ice cream with and without lactose. The hydrolysis of lactose did not affect the levels of fat, protein, ash, overrun and viscosity (p>0.05) when compared to those with lactose. Significant differences (p<0.05) for the reducing sugars content, expressed as lactose, non-reducing and expressed as sucrose, between the two treatments were identified. The results also demonstrated increased acidity (p<0.05) during storage in both treatments. For the lactosefree ice cream there was a rise in acidity newly manufactured product until the 20th day. The pH significantly changed (p<0.05) in time, but not between treatments. The lactose-free cream showed higher melting rate of the ice cream with lactose (p<0.05). The assessed sensory attributes, flavor, sweet taste and appearance were presented with greater acceptance (p<0.05) in ice cream with lactose, and the higher purchase intent, but the texture and creaminess have equal acceptance (p>0,05) with products and lactose. To profile analysis TPA, hardness and elasticity behaved similarly (p>0.05) in both ice creams. For the tackiness and adhesiveness only on lactose cream during storage was reduced (p<0.05), that after manufacturing only tackiness was higher in the product with hydrolyzed lactose. The cohesiveness behaved similarly in the two treatments is not changing between them (p>0.05) increase in both, and then stabilizing (p <0.05).

Orientador: Gláucia Maria Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:32:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fai_AnaElizabethCavalcante_D.pdf: 2054300 bytes, checksum: 82245332b8fef2de5e0f8a67509b102a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Galactooligossacarídeos (GOS) são prebióticos sintetizados via transgalactosilação enzimática da lactose e existem vários modos de se obter os produtos sintetizados nesta reação. Com o objetivo de se produzir GOS e hidrolisar lactose, ß-galactosidase de Aspergillus oryzae (Sigma®) foi covalentemente imobilizada em celite e em quitosana em pó ativada com glutaraldeído, sendo as propriedades destas avaliadas e comparadas em relação à enzima livre. Uma coluna de leito empacotado foi utilizada para a produção de GOS e hidrólise da lactose nos sistemas imobilizados. Os oligossacarídeos foram obtidos com um máximo de produtividade de 14,42 e 3,50 g/L.h, partindo de uma solução de lactose 40% (p/v), na coluna de leito empacotado com quitosana e celite, respectivamente. A hidrólise da lactose foi de 50,00 e 84,74% após 24 horas utilizando quitosana e celite como suportes enzimáticos, respectivamente. A fim de verificar a habilidade de síntese de GOS por Pichia kluyveri e Pseudozyma tsukubaensis, isoladas de pêssego (Prunus persica) e nectarina (Prunus persica var. nucipersica), respectivamente, utilizou-se células íntegras e viáveis para fermentar um meio de lactose a 40% (p/v). Rendimento máximo de 14,01 e 15,71% (p/p) de GOS foi obtido desta fermentação em 24 horas por P. kluyveri e P. tsukubaensis, respectivamente. Uma estratégia sequecial de dois planejamentos experimentais foi utilizada para otimização de rendimento de GOS e, sob as condições validadas, a atividade de transgalactosilação de P. tsukubaensis resultou em 28,35% (p/p) de rendimento de GOS em 24 horas, com uma produção de 73,71 g/L e aproximadamente 50% de hidrólise de lactose, a partir de uma concentração inicial de lactose de 26% (p/v). Foi proposto, ainda, um processo associado de biossurfactante/biomassa para síntese de GOS a partir da lactose. O biossurfactante sintetizado por P. tsukubaensis em manipueira foi otimizado utilizando planejamento experimental e análise de superfície de resposta, considerando como resposta a tensão superficial e a concentração de biomassa. A mínima tensão superficial e a máxima concentração de biomassa observada foram de 26,87 mN/m e 10,50 g/L, respectivamente. A atividade de trasgalactosilação da biomassa de P. tsukubaensis, nas condições otimizadas do processo, resultou em uma produção de 73,12 g/L e em rendimento de 18,28% (p/p) em 24 horas, a partir de 40% (p/v) de lactose / Abstract: Galactooligosaccharides (GOS) are prebiotics synthesized by enzymatic lactose transgalactosylation and there are many modes in which GOS producing reactions can be performed. In order to produce GOS and to hidrolise lactose Aspergillus oryzae ß-galactosidase (Sigma®) was covalently immobilized on celite and on glutaraldehyde-treated chitosan powder and its properties were evaluated and compared with those of free enzyme. A packed bed column with lactose recycle was employed for production of GOS and lactose hydrolysis by immobilized systems. Oligosaccharides were obtained with a maximum productivity of 14.42 and 3.50 g/L.h, from 40% (w/v) lactose solution, in packed bed column with enzyme on chitosan and celite, respectively. Lactose was 50.00 and 84.74% hydrolyzed after 24 hours using chitosan and celite as enzyme support, respectively. In order to verify the ability to synthesize GOS from Pichia kluyveri, isolated from peach (Prunus persica), and Pseudozyma tsukubaensis, isolated from nectarine (Prunus persica var. Nucipersica), living whole cells were used to ferment 40% (w/v) lactose solution. A maximum yield of 14.01 and 15.71% (w/w) GOS was obtained from the fermentation in 24 hours by P. kluyveri and P. tsukubaensis, respectively. A sequential strategy of two experimental designs was used to optimize GOS yield and under the validated conditions the transgalactosylation activity of P. tsukubaensis resulted in 28.35% (w/w) of GOS yield at 24h, with a production of 73.71 g/L and approximately 50% of lactose hydrolysis, from 26% (w/v) initial lactose concentration. An associated process for biosurfactant/biomass for GOS synthesis from lactose was subsequently proposed. Biosurfactant synthesis by P. tsukubaensis on cassava wastewater was optimized using experimental design on the response of surface tension and biomass concentration. The minimum surface tension and maximum biomass concentration predicted and experimentally confirmed were 26.87 mN/m and 10.50 g/L, respectively. The transgalactosylation activity of P. tsukubaensis biomass at optimized conditions from 40% (w/v) lactose resulted in a GOS production of 73.12 g/L and a yield of 18.28% (w/w) in 24 hours / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

More than 50% of the world population presents conditions of lactase deficiency, in Brazil, 58 million people undergo such genetic disorder. The goal of the present work was to produce probiotic yogurt with reduced contend of lactose added flaxseed oil and to study the viability of lactic and bifid bacteria compared to the flaxseed oil and different contends of lactose. Three out of the seven developed treatments were added with 0,2; 0,5 and 0,8g of lactase enzyme per liter of milk respectively. Microbiological and physic-chemical analysis were carried out in the yogurts. The yogurts with reduced lactose presented a decrease in pH and an increase in the acidity less strong than the other yogurts during twenty-eight days of storage. The contends of lactose found in the yogurts which were added with lactase are considered low, within the patterns and regulations of the for special dietary uses legislation. The ratio found between Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus was 2:1, which favors the decrease of postacidification. The number of viable cells of Bifidobacterium sp. and Lactobacillus acidophilus as well as the lactic bacteria stood until the end of the storage period according to the recommendations of the legislation. The fat contends were higher in yogurts added with flaxseed oil and rice flour concomitantly. Only one of the yogurts fit the legislation concerning protein contend, probably due to the substitution of powder milk by the rice flour in the yogurts. Considering the results it is possible to infer that the enzyme lactase used in the experiment efficiently hydrolyzed the lactose of the yogurts and did not compromised the viability of microorganisms of the traditional culture as the probiotic culture. / Mais de 50% da população mundial apresenta condições de deficiência de lactase, sendo que no Brasil, 58 milhões de pessoas sofrem de tal desordem genética. O objetivo deste trabalho foi o de produzir iogurte probiótico com teor reduzido de lactose e adicionado de óleo de linhaça e estudar a viabilidade das bactérias lácticas e bífidas frente ao óleo de linhaça e diferentes teores de lactose. Três dos sete tratamentos desenvolvidos foram adicionados de 0,2; 0,5 e 0,8g de enzima lactase por litro de leite respectivamente. Foram realizadas análises microbiológicas e físico-químicas nos iogurtes. Os iogurtes com reduzidos teores de lactose apresentaram queda de pH e aumento de acidez menos acentuada que os demais iogurtes em vinte e oito dias de armazenamento. Os teores de lactose encontrados nos iogurtes com adição de lactase são considerados baixos, dentro dos padrões regulamentados pela legislação de alimentos para fins especiais. A relação encontrada entre Streptococcus salivarius ssp. thermophilus e Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus foi de 2:1 favorecendo a diminuição da pós-acidificação. O número de células viáveis de Bifidobacterium sp. e Lactobacillus acidophilus assim como o de bactérias lácticas se mantiveram até o final da estocagem conforme preconizado na legislação brasileira. Os teores de gordura foram maiores para os iogurtes adicionados de óleo de linhaça e farinha de arroz concomitantemente. Apenas um dos iogurtes apresentou-se de acordo com a legislação quanto ao teor de proteínas, provavelmente pela substituição do leite em pó pela farinha de arroz na formulação dos iogurtes. Considerando os resultados obtidos pode-se inferir que a enzima lactase utilizada hidrolisou eficientemente a lactose dos iogurtes e não comprometeu a viabilidade dos microrganismos da cultura tradicional como da cultura probiótica.

Many consumers are unable to enjoy the benefits of milk, due to lactose-intolerance. Lactose-free milk is available, but at about 2 times the cost of regular milk or greater, it may be difficult for consumers to afford. The high cost of lactose-free milk is in part due to the added cost of the lactose hydrolysis process. Hydrolysis at refrigerated temperatures, possibly in the bulk tank or package, could increase the flexibility of the process, and potentially reduce the cost. A rapid β-galactosidase assay was used to determine the relative activity of commercially available lactase samples at different temperatures. Four enzymes exhibited low-temperature activity and were added to refrigerated raw and pasteurized milk at various concentrations and allowed to react for various lengths of time. The degree of lactose hydrolysis by each of the enzymes as a function of time and enzyme concentration was determined by HPLC. The two most active enzymes, as determined by the β-galactosidase assay, hydrolyzed over 98% of the lactose in 24 hours at 2°C using the supplier recommended dosage. The other two enzymes hydrolyzed over 95% of the lactose in 24 hours at two times the supplier recommended dosage at 2°C. Results were consistent in all milk types tested. The results show that it is feasible to hydrolyze lactose during refrigerated storage of milk using currently available enzymes.

Introdução: A má digestão de lactose detectada por testes respiratórios é bastante comum em pacientes com síndrome do intestino irritável (SII), e alguns pacientes com SII referem exacerbar seus sintomas após a ingestão de leite e produtos lácteos. A fim de uma melhor percepção sobre este tema, este trabalho investigou os efeitos da dieta isenta de lactose em pacientes com SII e teste respiratório de hidrogênio para avaliação da digestão de lactose normal ou anormal. Objetivo: Avaliar os efeitos de uma dieta isenta de lactose em pacientes de SII com ou sem teste positivo para má digestão de lactose (teste respiratório). Métodos: 80 pacientes atendidos no Ambulatório de Doenças Funcionais Intestinais do Serviço de Gastroenterologia Clínica do HCFMUSP foram recrutados para o estudo prospectivo. Os pacientes preencheram os critérios de Roma III para SII. Durante o ensaio do teste respiratório de hidrogênio todos os sintomas desencadeados pela ingestão de lactose foram anotados. Ambos os grupos de pacientes com e sem má digestão de lactose, foram submetidos a uma dieta isenta de lactose durante 4 semanas. A história prévia de intolerância ao leite e derivados também foi documentada. No final de cada semana, os pacientes foram solicitados a informar a respeito dos seus sintomas, e os resultados, foram devidamente marcados de acordo com a sua intensidade (Escore Global). Além disso, foi também obtida a Avaliação Global do Paciente no final do tratamento (AFG). Resultados: 33/80 (41,25%) pacientes com SII tiveram um teste respiratório anormal para a má digestão de lactose, e 47/80 dos pacientes (58,75%) com SII tiveram um teste respiratório normal (ns). Não houve diferença significativa na freqüência de queixas de intolerância prévia ao leite e derivados em ambos os grupos. No entanto, mais pacientes no grupo com má digestão de lactose referiram sintomas durante o teste respiratório com 25 g de lactose do que o grupo com digestão normal a lactose (p <0,001). Ambos os grupos igualmente melhoraram após uma dieta isenta de lactose, quando avaliados pelo escore geral e pelo AFG. Conclusões: Ambos os grupos de pacientes com SII, com e sem má digestão de lactose, melhoraram após 4 semanas de dieta isenta de lactose. Os nossos resultados sugerem que outros mecanismos, além da intolerância à lactose, devem ser levados em conta para explicar a melhora com uma dieta isenta de lactose em pacientes com SII / Introduction: Lactose intolerance detected by respiratory tests is rather common in patients with irritable bowel syndrome(IBS); also, some IBS patients refer their symptoms exacerbate after ingestion of milk and dairy products. In order to gain some insight into this topic we investigated the effects of a lactose-free diet in IBS patients with and without lactose intolerance diagnosed by means of the hydrogen respiratory test. Objective: To evaluate the effects of a lactose-free diet in IBS patients with and without lactose intolerance. Methodos: 80 patients who attended the outpatient clinic at the University of São Paulo School of Medicine Hospital, Brazil, were recruited for this prospective study. Patient met the Rome III criteria for IBS. During the hydrogen respiratory test all the symptoms triggered by lactose ingestion were taken down. Both groups of patients, with and without lactose intolerance, were submitted to a lactose-free diet for 4 weeks. Previous history of milk/dairy products intolerance was documented. At the end of each week, patients were asked to inform about their symptoms and the results were duly scored according to their intensity (Global Score). Also, the Patient Final Global Evaluation of the Treatment (PFGET) was obtained as well. Results: 33/80 (41.25%) IBS patients had an abnormal respiratory test for lactose intolerance; 47/80 (58.75%) IBS patients had a normal respiratory test (n.s.). There was no significant difference in the frequency of previous complaints after milk/dairy products ingestion in both groups. However, more patients in the lactose intolerant group referred symptoms during the respiratory test with 25 g of lactose than the lactose tolerant group (p<0,001). Both groups similarly improved after a lactose-free diet when evaluated by both the Global Score and the PFGET. Conclusions: Both groups of IBS patients, with and without lactose intolerance, improved after a 4-week lactose-free diet. Our results suggest that other mechanisms, in addition to lactose intolerance, should be taken into account to explain why IBS patients improve with a lactose-free diet