Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Raul Jorge Hernan Castro Gomez / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Resumo: A levana é um exopolissacarídeo constituído por unidades de frutose, unidas através de ligações (2 6), sintetizado por vários microrganismos durante a fermentação de um meio de cultura à base de sacarose, extrato de levedura e sais minerais. Este biopolímero possui diversas aplicações tanto na área de alimentos (fixador de cores e sabores, espessante e estabilizante de vários alimentos) como também na farmacêutica (substituto de plasma sanguíneo, imunomodulador, anticarcinogênico e hipocolesterolêmico). Este trabalho teve como objetivo principal estudar o processo de produção de levana através do cultivo das bactérias Bacillus subtilis e duas linhagens de Zymomonas mobilis (CP4 e CCT 4494). Durante a otimização de sua produção, foi analisado o efeito da variação de: fontes de carbono em diferentes concentrações, temperatura (25; 30 e 35°C), concentração de extrato de levedura (1,0 a 10,0%) e pH (6,0; 7,0 e 8,0). As fontes de carbono testadas foram frutose e glicose (1,0; 2,0; 3,0; 4,0 e 5,0%) e sacarose (1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 10,0; 15,0 e 20,0%), as quais foram adicionadas em três meios de cultura sintéticos denominados como meios 1, 2 e 3. Além destes meios, também foi testado o caldo de cana-de-açúcar, em diferentes concentrações de sólidos solúveis (10,0; 15,0 e 20,0%), como meio de cultura alternativo para obtenção de levana. Após o término do processo fermentativo, foi realizada a determinação do pH diretamente do caldo fermentado. A seguir, o caldo foi centrifugado a 8000 rpm durante 15 minutos e a biomassa foi estimada como peso seco... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Levan is an exopolysaccharide constituted by fructose units, ß (2.6) linked, synthesized by several microorganisms during fermentation of a culture medium containing sucrose, yeast extract and mineral salts. This biopolymer has various applications as much in food area (colors and flavors fixer, thickener and stabilizer of several foods) as in pharmaceutical one (blood plasma replacement, immunomodulator, anticarcinogenic and hypocholesterolemic). The principal objective of this work was to study the levan production process by cultivation of Bacillus subtilis bacteria and two strains of Zymomonas mobilis (CP4 and CCT 4494). During the optimization of its production it was analyzed the variation effect of: different concentrations of carbon sources, temperature (22; 30 and 35°C), yeast extract concentration (1.0 to 10.0%) and pH (6.0; 7.0 and 8.0). The tested carbon sources were fructose and glucose (1.0; 2.0; 3.0; 4.0 and 5.0%) and sucrose (1.0; 2.0; 3.0; 4.0; 5.0; 10.0; 15.0 and 20.0%) which were added to three synthetic culture media coded as 1, 2 and 3. Besides these media, the sugar cane broth was also tested at different concentrations of soluble solids (10.0; 15.0 and 20.0%) as alternative culture medium for levan obtainment. After the fermentative process finished the fermentation broth pH was measured. Afterwards, the broth was centrifuged at 8000 rpm for 15 minutes and the biomass was estimated as dried weight. After the analysis of the RS (reducing sugars) and TRS (total reducing sugars) in the supernatant, this was precipitated with three volumes of ethanol, driedand ground to determine the levan concentration and the ash content. After analysis of the results obtained with the different media used, it was verified that the bacteria grew at pH in a range from 4.0 to 7.5 and that levan wasn’t produced at pH lower than 3.5. The results... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Eleni Gomes / Banca: Ranulfo Monte Alegre / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Hamilton Cabral / Resumo: O principal produto da fermentação de açúcares por Zymomonas mobilis é o etanol quando glicose e frutose são utilizadas como fontes de carbono. Entretanto, quando sacarose é empregada na fermentação, o rendimento do etanol diminui devido à formação de subprodutos como levana, sorbitol, acetaldeído, ácido acético, pequenas quantidades de alguns álcoois superiores e fenol. A utilização de produtos agroindustriais, como o caldo e melaço de cana-deaçúcar, é uma alternativa para reduzir o custo final dos produtos de fermentação devido à disponibilidade de aquisição e composição química desses substratos. Este trabalho teve como objetivo utilizar substratos alternativos e otimizar as condições de fermentação para a produção de etanol, levana e sorbitol por Zymomonas mobilis CCT 4494. Também foi considerado o efeito da variação do substrato e de sais minerais adicionados nos meios de produção (sintético, caldo e melaços de cana-de-açúcar). Para a obtenção dos produtos de fermentação, foi aplicada a metodologia de superfície de resposta, seguindo um planejamento fatorial do tipo 27-2, de acordo com o modelo proposto por Box e Hunter, onde as variáveis independentes estudadas foram: pH inicial do meio de cultivo, temperatura de incubação, concentração do substrato e efeito da adição de KCl, K2SO4, MgSO4, CaCl2. Durante a realização das fermentações foi observado que a bactéria Zymomonas mobilis CCT 4494 se adaptou nos meios de fermentação contendo altas concentrações de sacarose e suportou a variação do pH e da temperatura de fermentação. O aumento da concentração da fonte de carbono favoreceu a formação dos produtos levana e etanol, entretanto, não houve produção de sorbitol. O meio sintético proporcionou maior rendimento de levana e etanol, enquanto que, os meios alternativos caldo e melaços de cana-de-açúcar... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main product from fermentation of sugars by Zymomonas mobilis is ethanol when glucose and fructose are used as carbon sources. However, when sucrose is used in the fermentation medium, ethanol yield decreases due to the formation of by-products such as levan, sorbitol, acetaldehyde, acetic acid, small amounts of some superior alcohols and phenol. The use of agro industrial by products, such as sugarcane juice and molasses, is an alternative to reduce the final cost of fermentation products due to the constant availability and to the chemical composition of these by substrates. This study had the aim of using alternative substrates and of optimizing fermentation conditions for the production of ethanol, levan and sorbitol by Zymomonas mobilis CCT 4494. The effect of variation of substrate and mineral salts added to the production media (synthetic, sugarcane juice and molasses) was also considered. To obtain the fermentation products, response surface methodology was employed, following a 27-2 factorial planning, according to the model proposed by Box and Hunter, where the independent variables studied were: initial medium pH, incubation temperature, substrate concentration and effect of the addition of KCl, K2SO4, MgSO4, CaCl2. During the fermentations, it was noted that the bacteria Zymomonas mobilis CCT 4494 well adapted in the media containing high concentrations of sucrose and tolerated pH and temperature variations. The increase of carbon source concentration favored the formation of levan and ethanol, however, there was no sorbitol production. The synthetic medium offered higher levan and ethanol yield, whereas alternative media sugarcane juice and molasses, favored cellular growth. Among the independent variables analyzed with the best medium (synthetic) for biosynthesis of the biopolymer and ethanol, the ones that significantly (p<0.05) affected were KCl, K2SO4, CaCl2... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor