O glicerol pode ser aproveitado em processos biotecnológico como substrato, para a obtenção de diversos produtos, dentre eles os óleos microbianos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a obtenção de lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis a partir de glicerol. Na etapa inicial deste estudo foram realizados ensaios em frascos agitados de 250 mL, contendo 50 mL de meio, segundo um planejamento experimental 24, com face centrada e repetições no ponto central, no qual foram avaliadas as influências das variáveis concentração de substrato (40 a 200 g/L), da razão carbono/nitrogênio (20:1 a 100:1), pH (5 a 7) e concentração de inóculo (1 a 5 g/L), sobre a produção de lipídeos. Verificou-se nesta etapa que, dentro da região avaliada, a concentração de substrato, o pH e a razão carbono/nitrogênio (C/N), apresentaram efeitos estatisticamente significativos sobre a produção de lipídeos. Dentre estas variáveis, a concentração de substrato e o pH apresentaram comportamento quadrático, com pontos de máximo acúmulo de lipídeos próximos a 140 g/L e pH 6,5, respectivamente. Quanto a razão C/N, esta variável mostrou um efeito positivo sobre o acúmulo de lipídeos, ou seja, dentro a região avaliada, o aumento da razão C/N levou a um aumento do acúmulo de lipídeos pela levedura. Nos cultivos realizados nas condições determinadas pelo modelo para maximizar o acúmulo de lipídeos foram alcançadas concentrações de células de 30 ± 1 g/L e lipídios de 15 ± 3 g/L, em 200 h de cultivo. Na segunda etapa deste estudo foi avaliada a ampliação de escala dos cultivos da levedura de frascos agitados para biorreatores de agitação pneumática do tipo coluna de bolhas (CB) e airlift (AL), com volumes de 0,5 e 1,8 L. Os cultivos em biorreatores foram realizados empregando-se as condições otimizadas na etapa anterior deste trabalho. De modo geral, os cultivos realizados em biorreatores de bancada aprestaram concentração de células (15 a 21 g/L) e de lipídeos (5 a 9 g/L), inferiores aos observados em frascos agitados (30 g/L de células e 15 g/L de lipídeos). Tal resultado pode estar relacionado a condição de disponibilidade de oxigênio uma vez que o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) para os cultivos em frascos agitados (kLa 49 h-1) foi superior ao alcançado em biorreatores (kLa ente 20 e 30 h-1). Nesta etapa, verificou-se ainda que, os biorreatores do tipo CB possibilitaram alcançar uma concentração de lipídeos (8 a 9 g/L) superior à obtida nos reatores AL (5 a 7 g/L), além de proporcionar uma condição de mistura mais eficiente. Quanto a composição do óleo microbiano (OM) extraído da biomassa celular ao fim do cultivo, verificou-se elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais corresponderam a cerca de 95% de sua composição. A proporção de ácidos graxos de dezesseis e dezoito carbonos do óleo microbiano assemelha-se a encontrada no óleo de soja (cerca de 94% de C16 e C18), o que possibilita o emprego deste óleo para finalidades semelhantes às do óleo de soja, como por exemplo, produção de biodiesel. / Glycerol can be used in biotechnological processes as a substrate to obtain various products, among them microbial oils. In this way, the present study aims to evaluate the lipids production by the yeast Rhodotorula glutinis from glycerol. In the initial stage of this study, experiments were performed in 250 mL shaken flasks, containing 50 mL of medium, according to an experimental design 24, face centered and repetitions at the central point, in which the substrate concentration (40 to 200 g/L), carbon/nitrogen ratio (20:1 to 100:1), pH (5 to 7) and inoculum concentration (1 to 5 g/L) effects on lipid production were evaluated. It was verified that, within the evaluated region, the substrate concentration, pH and carbon/nitrogen ratio (C/N) had statistically significant effects on lipid production. Among these variables, the substrate concentration and pH presented a quadratic behavior, with maximum lipids accumulation points close to 140 g/L and pH 6.5, respectively. The C/N ratio presented a positive effect on the lipid accumulation, that is, within the region evaluated, the increase in the C/N ratio led to an increase in the lipid accumulation by yeast. Cultures performed under conditions determined by the model to maximize lipid accumulation reached cell concentrations of 30 ± 1 g/L and lipids of 15 ± 3 g/L in 200 h of culture. In the second stage of this study, the scale-up of the yeast shake flasks cultures for bubble column (CB) and airlift (AL) pneumatic agitation bioreactors, with volumes of 0.5 and 1.8 L, were evaluated. Cultures in bioreactors were performed using the optimized conditions in the previous stage of this work. In general, cultures in bioreactors presented cells concentrations (15 to 21 g / L) and lipids (5 to 9 g/L) lower than those observed in shaker flasks (30 g/L of cells and 15 g/L of lipid). This result may be related to the oxygen availability condition since the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) for cultures in shaker flasks (kLa 49 h-1) was higher than in bioreactors (kLa 20 and 30 h-1). In this stage, it was also verified that CB-type bioreactors achieve a lipid concentration (8 to 9 g/L) higher than that obtained in AL reactors (5 to 7 g/L), besides providing more efficient mixing conditions. About the composition of the microbial oil (MO), extracted from the cell biomass at the end of the cultivation, presented high levels of palmitic (C16: 0), stearic (C18: 0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which corresponded to about 95% of its composition. The proportion of microbial oil fatty acids of sixteen and eighteen carbons resembles that found in soybean oil (about 94% C16 and C18), which makes it possible to use this oil for similar purposes as soybean oil, such as biodiesel production, for example.

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T21:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HartwigDuarte_Susan_M.pdf: 674129 bytes, checksum: c92dfd6d6a83ac8b06c49fff054a942a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os biocombustíveis, como o biodiesel, representam uma alternativa renovável e ambientalmente segura aos combustíveis fósseis. Sua produção encontra-se em crescimento acelerado, gerando como conseqüência, grande quantidade de glicerol, principal co-produto do processo. A utilização do glicerol proveniente da fabricação do biodiesel como substrato para obtenção de produtos biotecnológicos é uma alternativa de disposição adequada deste co-produto. Lipídeos microbianos podem ser empregados como substitutos de fontes oleaginosas utilizadas como matéria-prima para a produção do biodiesel, reduzindo seu custo de produção e tornando o processo sustentável. Tendo em vista o estudo de leveduras silvestres isoladas de biomas brasileiros, o objetivo deste trabalho foi aproveitar o glicerol residual do biodiesel como fonte de carbono no cultivo desses micro-organismos para a produção de lipídeo microbiano. Cinco leveduras foram pré-selecionadas, pela técnica de coloração com Sudan Black B, como potenciais produtoras de lipídeos: LEB-M3, LEB-AAN1, LEB-AQ5, LEB-AAI4 e LEB-AJ10. Essas leveduras foram cultivadas em glicerol puro e glicerol bruto acompanhando o crescimento celular e consumo de glicerol ao longo do cultivo e ao final os lipídeos. A levedura LEBM3, isolada do Pantanal, atingiu em 192 horas de cultivo 11,86 ± 0,08 e 16,12 ± 0,91 g/L de biomassa e rendimentos de lipídeo de 7,57 ± 0,19 e 33,67 ± 4,67% para o glicerol puro e glicerol bruto, respectivamente. Apresentou um conteúdo de lipídeos de 56,58 ± 5,62% em relação a massa celular (base seca) para o cultivo em glicerol do biodiesel destacando-se entre as demais, tendo sido selecionada através de teste de Tukey, e genéticamente identificada como Candida sp. O perfil lipídico mostrou o predomínio do ácido oléico (C18:1) para o cultivo em glicerol puro, 57,35% e ácido linoléico (C18:2) para o cultivo em glicerol bruto com 46,0%. A influência das condições do meio de cultivo da levedura LEB-M3 na produção de lipídeos foi investigada através de um delineamento Plackett-Burman, destacando-se a temperatura como uma das variáveis mais relevantes. Assim, foi feito o estudo da influência da temperatura na produção de lipídeos e perfil de ácidos graxos. A concentração de lipídeos para a temperatura de 23°C foi significativamente maior, e no perfil de ácidos graxos houve o predomínio de C18:2, assim como para as demais temperaturas, com quantidade significativa de ácido gama linolênico (C18:3) / Abstract: Biofuels such as biodiesel, are a renewable and environmentally safe alternative to fossil fuels. Their production is growing rapidly, leading as a consequence, to large amounts of glycerol, the main co-product generated during the process. The use of glycerol from the manufacture of biodiesel as a substrate for biotechnology products is an alternative to proper disposal of this co-product. Microbial lipids can be used as substitutes for oil sources used as raw material for biodiesel production, reducing their cost of production and making the process sustainable. Considering the study of wild yeasts isolated from different Brazilian biomes, the objective was to utilize the residual glycerol from biodiesel as a carbon source in the cultivation of these microorganisms for the production of microbial lipids. Five yeast strains were pre-selected by the Sudan Black B staining method as potential producers of lipids: LEB-M3, LEB-AAN1, LEB-AQ5, LEB-AAI4 and LEB-AJ10. These yeasts were grown in pure glycerol and crude glycerol accompanying cell growth and glycerol consumption during the cultivation and lipids at the end of fermentation. The strain LEB-M3, isolated from the Pantanal, reached in 192 hours of culture 11,86 ± 0,08 g/L and 16,12 ± 0,91 g/L of biomass and lipid yields 7,57 ± 0,19 e 33,67 ± 4,67% for pure glycerol and crude glycerol, respectively. The lipid content of the cells was 56,58 ± 5,62% (dry weigh basis) for the cultivation on biodiesel glycerol selected among the others, according to the Tukey test, and genetically identified by Candida sp. The lipid profile showed a predominance of oleic acid (C18:1) for grows in pure glycerol, 57,03% and linoleic acid (C18:2) for cultivation in crude glycerol, 44,62%. The influence of environmental conditions for cultivation of LEB-M3 yeast in the production of lipids was investigated using a Plackett-Burman factorial design where it was shown the temperature as one of the most important variables. Therefore a experimental set was carried out in order to study the influence of temperature on the production of lipids and fatty acid profile. The concentration of lipids in a temperature of 23°C was significantly higher and fatty acid profile was more distributed, with a predominance of C18:2 as well as for the other temperatures, with substantial amounts of gamma linolenic acid (C18:3) / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Telma Teixeira Franco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T00:32:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anschau_Andreia_D.pdf: 2032545 bytes, checksum: 8d4ec316020e160cada0e585617e1659 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando o estabelecimento de um processo de produção de lipídeos microbianos a partir de fontes renováveis, particularmente xilose, carboidrato derivado do processo de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar. Foi utilizada a levedura oleaginosa Lipomyces starkeyi DSM 70296, previamente selecionada no Laboratório de Engenharia Bioquímica, Biorefino e Produtos de Origem Renovável (LEBBPOR). A partir dos resultados preliminares em frascos agitados, partiu-se para estudos de batelada alimentada em biorreator (1,3 a 3L). Foram estudadas diferentes estratégias de alimentação, sendo que em batelada alimentada repetida, foram encontradas as maiores concentrações de células (85,4 g/L) e de lipídeos (41,8 g/L). Posteriormente foram estudados modos de operação em processos contínuos em meio sintético e meio contento o hidrolisado hemicelulósico (H-H). As maiores produtividades de células (0,443 g/g) e de lipídeos (0,236 g/g) foram encontradas em cultivo contínuo a 0,03h-1. Na vazão específica de alimentação de 0,06 h-1 foram obtidas as maiores produtividades de células (0,600 g/L.h) e de lipídeos (0.288 g/L.h). Análises de cromatografia em fase gasosa dos diferentes cultivos feitos revelaram que os principais constituintes deste complexo são os ácidos graxos de cadeia longa, como o ácido palmítico (C16:0), ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1) e ácido linoleico. Foi estimado o número de cetano em torno de 61, muito próximo do biodiesel de palma. Também foram feitos estudos de balanço de massa e de energia em cultivo batelada alimentada utilizando somente xilose como fonte de carbono. O valor de calor de combustão (Qc) de 25,7 kJ/g obtido após 142 h de cultivo representa aproximadamente 56% do conteúdo energético do óleo diesel (45,4 kJ/g), indicando o potencial da L. starkeyi para biodiesel. Cultivos contínuos subsequentes foram feitos para a compreensão do processo de acúmulo de lipídeos, utilizando a ferramenta estatística de reconciliação de dados para melhorar os dados experimentais obtidos em quimiostato, reduzindo os erros experimentais para posterior cálculo de análise de fluxos metabólicos (MFA). Nesse sentido, os lipídeos produzidos por L. starkeyi apresentam relevante importância do ponto de vista acadêmico e industrial, podendo ser utilizados como matéria-prima para biodiesel e indústria oleoquímica / Abstract: Studies attempting the establishment of a microbial lipid production process from renewable resources, mainly xylose, were developed. This pentose, obtained from sugar cane bagasse hydrolysis. The oleaginous yeast Lipomyces starkeyi DSM 70296, previously selected at the Laboratory of Biochemical Engineering, Biorefining and Products from Renewable Sources (LEBBPOR), was used throughout this thesis. After preliminary studies in shake flasks, we started fed-batch studies in fermentor (1.3 to 3L). Among the strategies studied, the highest cell mass and lipid concentrations reached up to 85.4 and 41.8 g/L, respectively, when repeated fed?batch strategy was applied. Subsequently, continuous processes were studied in synthetic medium and media containing hemicellulosic hydrolysate (H-H). The highest overall cell mass (0.443 g/g) and lipid yields (0.236 g/g) were achieved at dilution rate of 0.03 h-1. At dilution rate of 0.06 h-1, were obtained the highest productivities of cell mass (0.600 g/L.h) and lipids (0.288 g/L.h). Gas chromatography of esterified lipids revealed that the major constituents of this complex are long-chain fatty acids, such as palmitic acid (C16:0), stearic acid (C18:0), oleic acid (C18:1), and linoleic acid (C18:2) with an estimated cetane (around 61) very close to the palm biodiesel. Also have been studies of mass and energy balances from fed-batch cultivation using xylose as sole carbon source. The combustion heat (Qc) value 25.7 (kJ/g) obtained after 142 h of fed-batch cultivation, represents approximately 56% of the energy content of diesel oil (45.4 kJ/g), indicating the potential of L. starkeyi for biodiesel. Continuous cultures were made subsequently to understanding the process of lipid accumulation using a statistical tool for data reconciliation was used to improve the experimental data obtained in chemostat culture reducing the experimental errors for subsequent calculation of metabolic flux analysis (MFA). In this sense, lipids produced by L. starkeyi have relevant importance of academic and industrial point of view, as feedstock for biodiesel and oleochemical industry applications / Doutorado / Processos em Tecnologia Química / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-27T13:11:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HartwigDuarte_Susan_D.pdf: 24431149 bytes, checksum: c5a52419e7e78c24bfe96084aaeaa744 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A constante busca por fontes alternativas de energia tem estimulado o mercado mundial de combustíveis limpos. Tendo em vista este cenário, o objetivo desta tese foi estudar a produção de lipídeos, pela levedura oleaginosa 'Candida sp'. LEB-M3 cultivada em glicerol bruto e o processo de recuperação lipídica para aplicação na síntese enzimática de biodiesel. Durante os cultivos em glicerol bruto e diferentes fontes de nitrogênio, a levedura apresentou conteúdo lipídico 30,8% (m/m) e concentração lipídica de 3,09 g/L, em relação carbono/nitrogênio de 90. As condições de menor agitação e aeração em biorreator (200 rpm e 0,5 vvm) favoreceram a formação de ácidos graxos que conferem melhores parâmetros de qualidade do biodiesel. Entre as técnicas de ruptura estudadas, a abrasão por cisalhamento com pérolas de vidro apresentou alta recuperação lipídica (125%), quando comparada à técnica padrão estudada. A extração com CO2 supercrítico indicou ser um método de extração de lipídeos microbianos promissor, porém é mais seletivo aos compostos apolares e por isso apresentou rendimento global máximo de 6,17%. A reação de síntese de biodiesel com lipídeo microbiano e metanol em meio reacional com n-hexano e lipase recombinante de 'Rhizopus oryzae' (rROL) imobilizada como catalisador da reação, apresentou rendimento de metil ésteres de ácidos graxos (FAMEs) de 40,6%. Além disso, foram realizadas 5 reutilizações da enzima, com perda máxima de 30% no rendimento de FAMEs. O estudo da produção e recuperação lipídica da levedura' Candida sp'. LEB-M3 possibilitou a síntese enzimática de biodiesel, contribuindo assim para o desenvolvimento sustentável da cadeia produtiva do biodiesel / Abstract: The constant search for alternative energy sources has stimulated the global market of clean fuels. In view of this scenario, the goal of this thesis was to study the production of lipids by oleaginous yeast 'Candida sp'. LEB-M3 grown in crude glycerol and the lipid recovery process for use in biodiesel enzymatic synthesis. During the cultivation in crude glycerol and different nitrogen sources, the lipid content of the yeast showed 30.8% (w/w) and lipid concentration of 3.09 g/L, for carbon/nitrogen ratiof of 90. The conditions of less agitation and aeration in the bioreactor (200 rpm and 0.5 vvm) favored the formation of fatty acids that give best biodiesel quality parameters. Among the cell disruption techniques studied, abrasion by shearing with glass beads showed higher lipid recovery (125%) compared to the standard technique studied. The extraction with supercritical CO2 showed to be a promising method of microbial lipid extraction, but is more selective to non-polar compounds and therefore presented the maximum overall yield of 6.17%. The biodiesel synthesis reaction with the microbial lipid and methanol in the reaction medium with n-hexane and recombinant 'Rhizopus oryzae' (rROL) immobilized catalyst of the reaction, showed a yield of 40.6% of fatty acid methyl esters (FAMEs). In addition, there were 5 reuses of enzyme, with a maximum loss of 30% FAMEs yield. The study of lipid production and lipid recovery of the yeast 'Candida sp'. LEB-M3 enabled the enzymatic synthesis of biodiesel, thus contributing to the sustainable development of the biodiesel production chain / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos