A caracterização morfológica para a compreensão de padrões sobre o perfil comportamental e de relações entre determinados parâmetros proporciona um maior entendimento sobre sistemas naturais. Neste sentido, o processamento e análise digital de imagens (PADI) é ferramenta útil e adequada para avaliação dos aspectos morfológicos e morfométricos de seres vivos. Este projeto teve como finalidade o desenvolvimento de técnicas de PADI para a caracterização do perfil de crescimento, propagação e produção de pigmentos do fungo filamentoso Monacus ruber, fornecendo informações importantes para identificação e conhecimento do comportamento deste fungo a partir da variação da concentração das fontes de carbono (glicose) e de nitrogênio (glutamato monossódico - GMS) e do pH do meio. Foram elaborados e identificados parâmetros para a caracterização da fermentação em estado semissólido a partir do PADI, sendo eles área micelial, crescimento radial pigmentar e micelial, espessura, variação da intensidade pigmentar, desvio padrão pigmentar e fator forma ao longo do tempo. Foram realizados experimentos conforme delineamento composto central rotacional (DCCR) 23 com triplicata no ponto central para avaliação de condições ótimas de produção de pigmentos amarelo, laranja e vermelho. As variáveis resposta empregadas foram produção de pigmentos amarelo, laranja, vermelho, área micelial, velocidade micelial, velocidade pigmentar e variação da intensidade pigmentar extracelular. Modelos empíricos foram ajustados e utilizados para maximização da produção de pigmentos. Os resultados mostraram que elevadas concentrações de glicose e GMS e baixo pH favoreceram a produção de pigmentos. As condições otimizadas foram: concentração de glicose de 51,37 g.L-1, concentração de GMS de 8,19 g.L-1 e pH 2,31. Nestas condições, produziram-se 123,05 UA.g-1, 95,98 UA.g-1 e 99,48 UA.g-1 de pigmentos amarelo, laranja e vermelho, respectivamente. A partir dos resultados pôde-se determinar que os parâmetros elaborados para caracterizar os padrões do crescimento e as relações morfológicas com outras variáveis utilizando de técnicas do PADI são ferramentas poderosas para o acompanhamento e rastreabilidade deste bioprocesso. Os resultados obtidos também favorecerão futuros estudos empregando inteligência artificial, como aprendizado de máquina e redes neurais artificiais, para elaboração de modelos e estratégicas de automação e acompanhamento on-line do padrão de crescimento do microrganismo e as relações entre variáveis de processo. / The morphological characterization for the understanding of patterns of the behavioral profile and relations between certain parameters provides a greater understanding about natural systems. In this sense, digital image processing and analysis (DIPA) is a useful and adequate tool for the evaluation of the morphological and morphometric aspects of living beings. This project aimed at the development of DIPA techniques for the characterization of the growth profile, propagation and production of pigments of the filamentous fungus Monacus ruber, providing important information to identify and know the behavior of this fungus from the variation of the concentration of the carbon source (glucose) and the nitrogen source (monosodium glutamate - MSG) and from the variation of the pH of the medium. Parameters for the characterization of the fermentation in semi-solid state were elaborated and identified using DIPA, which were mycelial area, pigmentary and mycelial radial growth, thickness, variation of pigment intensity, pigmentary standard deviation and form factor over time. Experiments were carried out in accordance with the delineation of the central rotational compound (DCRC) 23 with triplicate at the central point to evaluate optimal conditions of production of yellow, orange and red pigments. The response variables employed were yellow, orange, red pigment, mycelial area, mycelial velocity, pigment velocity and extracellular pigment intensity. Empirical models were fitted and used to maximize pigment production. The results showed that high concentrations of glucose and MSG and low pH favored the production of pigments. Optimized conditions were: glucose concentration of 51.37 g.L-1, MSG concentration of 8.19 g.L-1 and pH 2.31. Under these conditions were produced 123.05 AU.g-1, 95.98 AU.g-1 and 99.48 AU.g-1 of yellow, orange and red pigments, respectively. From the results it was possible to determine that the parameters elaborated to characterize growth patterns and morphological relationships with other variables using DIPA techniques are powerful tools for monitoring and traceability of this bioprocess. The results obtained will also favor future studies using artificial intelligence, such as machine learning and artificial neural networks, for the elaboration of automation strategies and online monitoring of the growth pattern of the microorganism and the relations between process variables.

Monascus é um fungo ascomiceto tradicionalmente utilizado na China. Os povos orientais utilizam o produto de sua fermentação em arroz não aglutinado, ao qual dão o nome de \"Ang-kak\", e no inglês, \"Red yeast rice\". Sabe-se que este extrato contém substâncias hipocolesterolêmicas, como a Monacolina K, inibidor competitivo da enzima HMG-CoA. Este trabalho se insere neste contexto uma vez que consiste na otimização da fermentação e secagem do extrato de Monascus ruber. Embora já existam estudos sobre a atividade biológica deste extrato, os quais comprovam seus benefícios, não há muitos estudos que visam otimizar a sua fermentação em meio submerso e a secagem do extrato. Para tanto, foram avaliados diversos parâmetros na fermentação através de dois planejamentos fatoriais. No primeiro planejamento, as variáveis estudadas foram o meio de cultura (meio arrozina-glicose e meio sólido de arroz) e agitação (0 rpm e 10 rpm). A agitação promoveu um leve aumento na produção de monacolina-K, já o meio líquido foi mais eficiente na produção desta substância do que o meio sólido de arroz. Baseado neste experimento escolheu-se o meio fermentativo para os demais estudos. No segundo experimento as variáveis estudadas foram a adição no meio arrozina-glicose de zinco, amônio e glutamato. Neste experimento pôde-se verificar que o a produção de monacolina K e de pigmentos foi maior no meio com concentrações intermediárias de zinco e de glutamato e com concentrações maiores de amônio. No estudo da secagem, realizou-se um planejamento Box Benkhin, a fim de se avaliar a influência da proporção do adjuvante: fármaco, do tempo de incorporação do excipiente e da temperatura sobre características do extrato seco como: densidade aparente, densidade de compactação, fator de Hausner, umidade residual, atividade de água, atividade antioxidante e teor de monacolina K. Em relação à proporção do adjuvante: droga pode-se afirmar que a menor produz pós com menor atividade de água e teor de umidade, porém todos os pós obtidos tiveram seu teor de umidade e atividade de água dentro do ideal e a análise estatística mostrou que a proporção do adjuvante: droga não influenciou de forma significativa a atividade de água e o teor de umidade; a proporção 7,5:1 produz melhor rendimento e pós com melhores propriedades de fluxo, por possuírem menores valores de índice de compressibilidade e fator de hausner, já com a proporção 10:1 fornece pós com maior teor de monacolina e maior atividade antioxidante. Em relação à temperatura pode-se afirmar que utilizando-se 50°C obteve-se pós com melhores propriedades de fluxo, ou seja, menor índice de compressibilidade e menor e fator de hausner. Utilizando temperatura de 80°C obteve-se menor atividade antioxidante, maior rendimento e maior teor de monacolina K. Contudo, a análise estatística mostrou que a temperatura não influenciou de forma significativa o teor de monacolina K. Com uma temperatura maior, 110°C obteve-se menor teor de umidade e maior teor de pigmentos vermelhos. Em relação ao tempo de mistura do adjuvante pode-se afirmar que com 1 minuto obteve-se maior teor de pigmentos e pós com melhores propriedades de fluxo, com 5 minutos obteve-se menor teor de pigmentos, maior rendimento, maior teor de monacolina K e menor atividade de água, já com 10 minutos obteve-se menor teor de umidade e maior porcentagem de inibição. A análise estatística demonstrou que o tempo de mistura não influencia de forma significativa a atividade antioxidante. / Monascus ruber is an ascomycete fungus traditionally used in China. Eastern peoples use the product of its fermentation in rice non-agglutinated, which they call Ang-kak (red yeast rice, in English). It is known that this extract contains hypocholesterolemic substances such as the Monacoline K, a competitive inhibitor of the HMG-CoA enzyme. This work comes into this context since it consists in the optimization of the fermentative and drying processes of the Monascus rubers extract. Despite the existence of studies on the biological activity of this extract, which support its benefits, not many aimed at optimizing the fermentative process in submerged conditions and the drying of the extract. This work aimed at optimizing the fermentative process and the drying of the Monascus rubers extract. In order to do such, several parameters of the fermentative process were evaluated through two factorial plannings. In the first one, the variables studied were the modes of culture (liquid culture and solid-state culture) and agitation (0 rpm and 10 rpm). Agitation led to a slight increase in the production of Monacoline-K, and the liquid culture was more efficient in the production of this substance than the solid-state culture. Based on these findings, the fermentative substrate for the following experiments was chosen. In the second experiment, the variables studied were the addition of zinc, ammonium and glutamate in the liquid culture. It was observed that the production of monacoline-k and pigments was increased in the substrates with intermediary concentrations of zinc and glutamate and higher concentration of ammonium. In the drying study, a Box-Benkhin planning was adopted in order to assess the influence of the adjuvant: drug proportion, excipient incorporation time and temperature over the characteristics of the dried extract, such as: apparent density, compactation density, Hausner factor, residual humidity, water activity, antioxidant activity and monacoline-K levels. Regarding the adjuvant: drug proportion, it can be stated that the 5:1 proportion produces powders with smaller water activity and humidity levels, however, all the powders obtained presented humidity levels and water activity within the ideal and, besides that, the statistical analysis showed that the adjuvant: drug proportion had no significant influence on water activity or humidity levels; the proportion of 7,5:1 produces greater quantities and powders with better flow properties, since they have lower values of IC and FH; and with the proportion of 10:1, powders with higher levels of monacoline-K and greater antioxidant activity can be obtained. Concerning temperature, it was observed that powders with better flow properties (lower IC and FH) were obtained at 50°C. At 80°C, lower antioxidant activity, greater quantities and higher levels of monacoline-K were observed, however, the statistical analysis showed that the temperature had no significant effect on the levels of monacoline-K. With a higher temperature (110°C), lower humidity levels and higher red pigment levels were obtained. Concerning the mix time adjuvant: drug proportion, it can be stated that with 1 minute higher levels of pigment and powders with better flow properties were obtained; lower levels of pigment, greater quantities, higher levels of monacoline-K and lower water activity were obtained with 5 minutes and; lower humidity level and greater percentage of inhibition were observed with 10 minutes, however, the statistical analysis showed that the mix time has no significant influence on the antioxidant activity.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-10-05T10:47:19Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2110632 bytes, checksum: 4bac3585ac28b41ab8e74293c80c0767 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-05T10:47:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2110632 bytes, checksum: 4bac3585ac28b41ab8e74293c80c0767 (MD5) Previous issue date: 2002-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Produtos fermentados por fungos, em especial o “ang-kak” (arroz fermentado por fungos do gênero Monascus) são tradicionalmente usados na culinária asiática como corantes e condimentos. Estes fungos produzem uma substância denominada mevinolina, utilizada na redução da concentração do colesterol sérico. Essa substância inibe a enzima hidroximetilglutaril coenzima A redutase (HMG-CoA redutase), enzima chave na biossíntese do colesterol. Foi realizada a caracterização do arroz fermentado analisando as concentrações de proteínas, lipídios, carboidratos, cinzas e umidade. Posteriormente, foram realizados dois ensaios biológicos com o objetivo de avaliar os efeitos hipolipidêmicos e toxicológicos do arroz fermentado pelo fungo Monascus ruber. Utilizaram-se 36 coelhos machos da raça Nova Zelândia Branco, com hiperlipidemia induzida por colesterol 1% administrado na ração juntamente com o arroz fermentado que foi seco e triturado e adicionado nas concentrações de 1, 5 e 10%. Da análise do arroz fermentado verificou-se que houve um aumento nas concentrações de proteínas, lipídios e redução na concentração de carboidratos. O arroz fermentado na concentração de 10% foi mais eficaz no controle da hiperlipidemia, promovendo redução de colesterol total (37,14%), LDL-c (37,73%), VLDL-c (51,44%), triacilgliceróis (51,44%). O arroz fermentado a 10% promoveu aumento da lipoproteína HDL em 33,85% . O segundo ensaio foi realizado com a finalidade de avaliar a toxicologia aguda deste produto. Foram dosados as concentrações de creatinina, proteínas totais, albumina, bilirrubina total, bilirrubina direta, ácido úrico, fosfato, ferro, cloro, cálcio, e as atividades de gama glutamil-transferase (gama-GT), transaminase glutâmico- pirúvica (TGP), transaminase glutâmico-oxaloacética (TGO) e fosfatase alcalina no 1 o , 15 o , 30 o dias do experimento. No estudo toxicológico não foi observada variação significativa nos parâmetros bioquímicos analisados. No estudo histopatológico constatou-se que a adição de arroz fermentado na dieta dos animais não alterou a morfologia das células do coração. Quando adicionou-se o arroz fermentado juntamente com o colesterol, verificou-se que esse arroz impediu a formação de áreas extensas de lesões decorrentes da adição de colesterol. Quanto ao fígado, devido às características inerentes desse órgão em coelhos, o efeito da adição do arroz fermentado na dieta dos animais não levou a resultados conclusivos. O arroz fermentado por Monascus ruber se mostrou, promissor na modulação dietética de lipídios sanguíneos, embora estudos em outros modelos animais e humanos sejam necessários para resultados mais conclusivos. / Products fermented by fungus, especially the “ang-kak” (fermented rice by fungus of gender Monascus) are used traditionally in the Asian cookery as colorings and condiments. These fungus produce a substance denominated mevinoline, used in the reduction of the concentration of blood cholesterol. That substance inhibits the enzyme 3-hidroxy – 3- metilglutaryl coenzime A reductase (HMG-CoA reductase), the principal enzyme in the biosynthesis of cholesterol. The characterization of the fermented rice was accomplished investigating concentrations of proteins, fat, carbohydrates, ash and moisture. Biological assays were carried out with the objective of evaluating the hypolipidemic and toxicological effects of fermented rice by fungus Monascus ruber. Thirty six male rabbits of New Zealand White strain were used, with hyperlipidemia induced by 1% cholesterol administered in the animals feed, together with the fermented rice that was dryed and triturated and added in the concentrations of 1, 5 and 10%. It was verified an increase in the concentrations of proteins, fat and reduction in the carbohydrates concentration. The rice fermented in the concentration of 10% was more effective in the control of the hyperlipidemia, lowering total cholesterol by 37,14%, LDL-c 37,73%, VLDL-c 51,44% and triglycerides 51,44%. The 10% fermented rice promoted an increase of 33,85% on the level of HDL-c. The second assay was accomplished with the purpose of evaluating the sharp toxicological of this product on the levels of creatinine, total proteins, albumin, total bilirubin, direct bilirubin, uric acid, phosphate, iron, chlorine, calcium, glutamil gamma transferase (gama-GT), alanine aminotransferase (GPT), aspartate aminotransferase (GOT) and alkaline fosfatase in the 1 st , 15 th and 30 th days of the experiment. For the constituents any significant variation was not observed. Heart histopathology showed that the addition of fermented rice in the diet of the animals didn't alter the morphology of the its cells. When the rice was added fermented together with the cholesterol, it was verified that that rice reduced the lesions promoted by cholesterol addition. In relation to the liver, due to the inherent characteristics of that organ of the rabbits, the effect of the addition of the fermented rice in the diet of the animals was not conclusive. The fermented rice with Monascus ruber was shown in that study to be an alternative choice in the dietary modulation of blood lipids / Dissertação copiada do Alexandria

Monascus é um fungo ascomiceto tradicionalmente utilizado na China. Os povos orientais utilizam o produto de sua fermentação em arroz não aglutinado, ao qual dão o nome de \"Ang-kak\", e no inglês, \"Red yeast rice\". Sabe-se que este extrato contém substâncias hipocolesterolêmicas, como a Monacolina K, inibidor competitivo da enzima HMG-CoA. Este trabalho se insere neste contexto uma vez que consiste na otimização da fermentação e secagem do extrato de Monascus ruber. Embora já existam estudos sobre a atividade biológica deste extrato, os quais comprovam seus benefícios, não há muitos estudos que visam otimizar a sua fermentação em meio submerso e a secagem do extrato. Para tanto, foram avaliados diversos parâmetros na fermentação através de dois planejamentos fatoriais. No primeiro planejamento, as variáveis estudadas foram o meio de cultura (meio arrozina-glicose e meio sólido de arroz) e agitação (0 rpm e 10 rpm). A agitação promoveu um leve aumento na produção de monacolina-K, já o meio líquido foi mais eficiente na produção desta substância do que o meio sólido de arroz. Baseado neste experimento escolheu-se o meio fermentativo para os demais estudos. No segundo experimento as variáveis estudadas foram a adição no meio arrozina-glicose de zinco, amônio e glutamato. Neste experimento pôde-se verificar que o a produção de monacolina K e de pigmentos foi maior no meio com concentrações intermediárias de zinco e de glutamato e com concentrações maiores de amônio. No estudo da secagem, realizou-se um planejamento Box Benkhin, a fim de se avaliar a influência da proporção do adjuvante: fármaco, do tempo de incorporação do excipiente e da temperatura sobre características do extrato seco como: densidade aparente, densidade de compactação, fator de Hausner, umidade residual, atividade de água, atividade antioxidante e teor de monacolina K. Em relação à proporção do adjuvante: droga pode-se afirmar que a menor produz pós com menor atividade de água e teor de umidade, porém todos os pós obtidos tiveram seu teor de umidade e atividade de água dentro do ideal e a análise estatística mostrou que a proporção do adjuvante: droga não influenciou de forma significativa a atividade de água e o teor de umidade; a proporção 7,5:1 produz melhor rendimento e pós com melhores propriedades de fluxo, por possuírem menores valores de índice de compressibilidade e fator de hausner, já com a proporção 10:1 fornece pós com maior teor de monacolina e maior atividade antioxidante. Em relação à temperatura pode-se afirmar que utilizando-se 50°C obteve-se pós com melhores propriedades de fluxo, ou seja, menor índice de compressibilidade e menor e fator de hausner. Utilizando temperatura de 80°C obteve-se menor atividade antioxidante, maior rendimento e maior teor de monacolina K. Contudo, a análise estatística mostrou que a temperatura não influenciou de forma significativa o teor de monacolina K. Com uma temperatura maior, 110°C obteve-se menor teor de umidade e maior teor de pigmentos vermelhos. Em relação ao tempo de mistura do adjuvante pode-se afirmar que com 1 minuto obteve-se maior teor de pigmentos e pós com melhores propriedades de fluxo, com 5 minutos obteve-se menor teor de pigmentos, maior rendimento, maior teor de monacolina K e menor atividade de água, já com 10 minutos obteve-se menor teor de umidade e maior porcentagem de inibição. A análise estatística demonstrou que o tempo de mistura não influencia de forma significativa a atividade antioxidante. / Monascus ruber is an ascomycete fungus traditionally used in China. Eastern peoples use the product of its fermentation in rice non-agglutinated, which they call Ang-kak (red yeast rice, in English). It is known that this extract contains hypocholesterolemic substances such as the Monacoline K, a competitive inhibitor of the HMG-CoA enzyme. This work comes into this context since it consists in the optimization of the fermentative and drying processes of the Monascus rubers extract. Despite the existence of studies on the biological activity of this extract, which support its benefits, not many aimed at optimizing the fermentative process in submerged conditions and the drying of the extract. This work aimed at optimizing the fermentative process and the drying of the Monascus rubers extract. In order to do such, several parameters of the fermentative process were evaluated through two factorial plannings. In the first one, the variables studied were the modes of culture (liquid culture and solid-state culture) and agitation (0 rpm and 10 rpm). Agitation led to a slight increase in the production of Monacoline-K, and the liquid culture was more efficient in the production of this substance than the solid-state culture. Based on these findings, the fermentative substrate for the following experiments was chosen. In the second experiment, the variables studied were the addition of zinc, ammonium and glutamate in the liquid culture. It was observed that the production of monacoline-k and pigments was increased in the substrates with intermediary concentrations of zinc and glutamate and higher concentration of ammonium. In the drying study, a Box-Benkhin planning was adopted in order to assess the influence of the adjuvant: drug proportion, excipient incorporation time and temperature over the characteristics of the dried extract, such as: apparent density, compactation density, Hausner factor, residual humidity, water activity, antioxidant activity and monacoline-K levels. Regarding the adjuvant: drug proportion, it can be stated that the 5:1 proportion produces powders with smaller water activity and humidity levels, however, all the powders obtained presented humidity levels and water activity within the ideal and, besides that, the statistical analysis showed that the adjuvant: drug proportion had no significant influence on water activity or humidity levels; the proportion of 7,5:1 produces greater quantities and powders with better flow properties, since they have lower values of IC and FH; and with the proportion of 10:1, powders with higher levels of monacoline-K and greater antioxidant activity can be obtained. Concerning temperature, it was observed that powders with better flow properties (lower IC and FH) were obtained at 50°C. At 80°C, lower antioxidant activity, greater quantities and higher levels of monacoline-K were observed, however, the statistical analysis showed that the temperature had no significant effect on the levels of monacoline-K. With a higher temperature (110°C), lower humidity levels and higher red pigment levels were obtained. Concerning the mix time adjuvant: drug proportion, it can be stated that with 1 minute higher levels of pigment and powders with better flow properties were obtained; lower levels of pigment, greater quantities, higher levels of monacoline-K and lower water activity were obtained with 5 minutes and; lower humidity level and greater percentage of inhibition were observed with 10 minutes, however, the statistical analysis showed that the mix time has no significant influence on the antioxidant activity.