Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-05T14:15:45Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mayara Vieira Santos - 2017.pdf: 4242091 bytes, checksum: e1114c1030f1c4a78d59b8f716e90e79 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-05T14:16:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mayara Vieira Santos - 2017.pdf: 4242091 bytes, checksum: e1114c1030f1c4a78d59b8f716e90e79 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-05T14:16:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mayara Vieira Santos - 2017.pdf: 4242091 bytes, checksum: e1114c1030f1c4a78d59b8f716e90e79 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Usually the inoculum used during the beginning of the harvest of ethanol production is constituted by the combination of two or more yeasts strains and in the end the most adapted one will predominate, either inoculated yeast or indigenous wild yeast. The proportion used in these industries are established empirically, of which little is known about the kinetic parameters and the influence that each yeast has on the production of ethanol and on the other metabolites. An experimental design from the blending design with Saccharomyces cerevisiae ATCC7754, S. cerevisiae CAT-1, S. cerevisiae PEDRA-2, S. cerevisiae MONASTRELL strains was proposed to understand how the interaction among the different blends occurs comparing with the ethanol, biomass, acetic acid, glycerol and biomass consumption. This study showed that the inherent characteristics to each yeast can influence the behavior of the kinetics parameters of the culture with two yeasts. It was verified that the combination among three yeasts presented similar metabolic behavior. From the blending design it was possible to elaborate mathematical models that predicts the ethanol, biomass, glycerol, acetic acid and residual sucrose amount in all four yeasts mixtures. It was also possible to identify that the mixture of CAT-1 and PEDRA-2 presented higher ethanol production when cultivated in a 1: 1 ratio, and also in the cultivation with the two yeasts (CAT-1 and PEDRA-2) to CAT-1 was higher in yeast. This research also presents the synthetic cane juice composition and the detail of growth kinetics, substrates consume and production of MONASTRELL yeast products that had not been studied until now. / Normalmente o inóculo utilizado durante o início da safra da produção de etanol é constituído da combinação de duas ou mais linhagem de leveduras e no final prevalece aquela que mais se adaptar, seja as leveduras inoculadas ou leveduras selvagens autóctones. Quanto as proporções utilizadas nas industrias essas são estabelecidas de forma empírica, dos quais sabe-se pouco sobre os parâmetros cinéticos e a influência que cada levedura acarreta sobre a produção do etanol e sobre os outros metabólitos. Um planejamento experimental a partir do delineamento de mistura com as cepas de Saccharomycescerevisiae ATCC7754, S. cerevisiae CAT-1, S. cerevisiae PEDRA-2, S. cerevisiae MONASTRELL foi proposto para entender como ocorre a interação entre as diferentes misturas comparando com os cultivos puros diante das respostas etanol, biomassa, ácido acético, glicerol e consumo de biomassa. Neste estudo mostrou que as características inerentes a cada levedura podem influenciar no comportamento dos parâmetros cinéticos do cultivo com duas leveduras. Verificou-se que a maioria das combinações entre três leveduras apresentam comportamento metabólico semelhante. A partir do delineamento de mistura pôde elaborar modelos matemáticos que predizem a quantidade de etanol, biomassa, glicerol, ácido acético e sacarose residual nas misturas das quatro leveduras. Conseguiu-se também identificar que o ensaio com a mistura de CAT-1 e PEDRA-2 apresentou maior produção de etanol na proporções de 1:1 da concentração de inóculo, e ainda neste cultivo a CAT-1 se sobressaiu em quantidade de leveduras. Esta pesquisa ainda apresenta a composição de caldo de cana-de-açúcar sintético e o detalhamento da cinética de crescimento, consumo de substrato e produção de produtos da levedura MONASTRELL que até então não tinham sido estudada.

A linhagem Pedra 2 (PE-2) de Saccharomyces cerevisiae destaca-se por ser o organismo mais comumente utilizado no processo industrial de produção de biocombustíveis. Com a descoberta das linhagens selvagens, alcançou-se uma maior tolerância ao etanol permitindo o desenvolvimento de uma nova tecnologia: a fermentação com alto teor alcoólico. Desta forma, foi possível aumentar tanto a concentração de açúcares totais do mosto quanto o volume final de etanol purificado. No entanto, esse novo processo de fermentação tem causado um agravamento nos diversos estresses aplicados à levedura. No presente trabalho, é apresentado o perfil transcricional da linhagem PE-2 sob condições de alto etanol em fermentadores industriais através da tecnologia de microarranjo de DNA. Com a utilização desta, analisou-se o perfil global da expressão da levedura, identificando grupos de genes de interesse e vias metabólicas correguladas no processo de adaptação e sobrevivência às diferentes condições de estresses impostas a levedura pela fermentação industrial. Mais especificamente, 5860 genes foram estudados nesse trabalho e tiveram as suas variações de expressão quantificadas ao longo dos tempos 0, 6, 12 e 18 horas do ciclo fermentativo industrial. Em particular, algumas vias metabólicas associadas a compostos-chave no processo fermentativo tiveram seus genes diferenciamente expressos mapeados. Além disso, identificou-se vários grupos de genes altamente correlacionados a diferentes processos biológicos em S. cerevisiae, como por exemplo, a atividade de biossíntese de etanol. Por fim, espera-se que estes resultados forneçam bases para a realização de estudos mais direcionados no intuito de obter uma maior eficiência fermentativa e adaptação a estresses gerados durante durante o processo industrial. / The Pedra-2 (PE-2) strain of Saccharomyces cerevisiae is commonly used in the industrial process for biofuel production. In studies of wild type strains of S. cerevisiae, a wider tolerance to ethanol was achieved, which allowed for the development of a new technology of high alcohol percentage fermentation. This process made possible the increase of total sugar concentration in the mixture, and the volume of purified ethanol, although the new process has caused increase in the stresses applied to the yeast. In this study, the transcriptional profile of the PE-2 strain in high ethanol conditions is presented using DNA microarray. The global expression profile was used to identify groups of genes of interest and to analyze metabolic pathways that became co-regulated in adaptation to stress conditions imposed to the yeast by the industrial fermentation. In particular, 5860 genes were studied in this work and were detailed according to their expression profiles belong the fermentation cicle (0, 6, 12 and 18 hours). Moreover, metabolic pathways associated to key compounds in the fermentative process were described in terms of the composition of the differentially expressed genes. In addition, groups of genes highly correlated to different biological process in S. cerevisiae were identified. Finally, it is expected that this work could provide new directions in the study of fermentative efficiency and induced stress adaptation during the industrial fermentative process.

A linhagem Pedra 2 (PE-2) de Saccharomyces cerevisiae destaca-se por ser o organismo mais comumente utilizado no processo industrial de produção de biocombustíveis. Com a descoberta das linhagens selvagens, alcançou-se uma maior tolerância ao etanol permitindo o desenvolvimento de uma nova tecnologia: a fermentação com alto teor alcoólico. Desta forma, foi possível aumentar tanto a concentração de açúcares totais do mosto quanto o volume final de etanol purificado. No entanto, esse novo processo de fermentação tem causado um agravamento nos diversos estresses aplicados à levedura. No presente trabalho, é apresentado o perfil transcricional da linhagem PE-2 sob condições de alto etanol em fermentadores industriais através da tecnologia de microarranjo de DNA. Com a utilização desta, analisou-se o perfil global da expressão da levedura, identificando grupos de genes de interesse e vias metabólicas correguladas no processo de adaptação e sobrevivência às diferentes condições de estresses impostas a levedura pela fermentação industrial. Mais especificamente, 5860 genes foram estudados nesse trabalho e tiveram as suas variações de expressão quantificadas ao longo dos tempos 0, 6, 12 e 18 horas do ciclo fermentativo industrial. Em particular, algumas vias metabólicas associadas a compostos-chave no processo fermentativo tiveram seus genes diferenciamente expressos mapeados. Além disso, identificou-se vários grupos de genes altamente correlacionados a diferentes processos biológicos em S. cerevisiae, como por exemplo, a atividade de biossíntese de etanol. Por fim, espera-se que estes resultados forneçam bases para a realização de estudos mais direcionados no intuito de obter uma maior eficiência fermentativa e adaptação a estresses gerados durante durante o processo industrial. / The Pedra-2 (PE-2) strain of Saccharomyces cerevisiae is commonly used in the industrial process for biofuel production. In studies of wild type strains of S. cerevisiae, a wider tolerance to ethanol was achieved, which allowed for the development of a new technology of high alcohol percentage fermentation. This process made possible the increase of total sugar concentration in the mixture, and the volume of purified ethanol, although the new process has caused increase in the stresses applied to the yeast. In this study, the transcriptional profile of the PE-2 strain in high ethanol conditions is presented using DNA microarray. The global expression profile was used to identify groups of genes of interest and to analyze metabolic pathways that became co-regulated in adaptation to stress conditions imposed to the yeast by the industrial fermentation. In particular, 5860 genes were studied in this work and were detailed according to their expression profiles belong the fermentation cicle (0, 6, 12 and 18 hours). Moreover, metabolic pathways associated to key compounds in the fermentative process were described in terms of the composition of the differentially expressed genes. In addition, groups of genes highly correlated to different biological process in S. cerevisiae were identified. Finally, it is expected that this work could provide new directions in the study of fermentative efficiency and induced stress adaptation during the industrial fermentative process.