Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T14:05:27Z No. of bitstreams: 2 TESE Flávia Gonçalves Domingues.pdf: 1926448 bytes, checksum: 2b318582500f7f05a9fc66b2fff717c8 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T14:05:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Flávia Gonçalves Domingues.pdf: 1926448 bytes, checksum: 2b318582500f7f05a9fc66b2fff717c8 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / FACEPE; CNPq; BNB / A indústria biotecnológica futura deverá ser responsável pela produção de muitos dos bens de consumo que hoje são derivados do petróleo, como plásticos e combustíveis. Atualmente, obtido por síntese química a partir de derivados do petróleo, o 1,3- propanodiol (1,3-PDO) é uma substância que tem despertado crescente interesse das indústrias químicas. Devido às suas inerentes propriedades, pode ser utilizado como monômero para o desenvolvimento de novos polímeros, como o poli(tereftalato de trimetileno) - PTT. Este um termoplástico com propriedades físico-químicas semelhantes ao poli(etileno tereftalato) (PET) sendo este o fator que mais tem contribuído para o interesse da indústria na obtenção do 1,3-PDO de forma abundante, mais econômica e sustentável. Embora o 1,3-PDO já seja produzido industrialmente por um processo fermentativo, a partir da glicose, a matéria-prima utilizada neste trabalho é diferente e inovadora, o glicerol, que se tem disponível em grande quantidade e baixo custo no país, o que modifica todo entendimento das vias metabólicas, assim como, dos parâmetros envolvidos no processo. Este é gerado em grande quantidade durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, como o 1,3-PDO. Além disso, o micro-organismo a ser utilizado também é importante, pois direcionará os controles mais fundamentais do processo e os subprodutos que são formados. O presente trabalho teve como objetivo a produção de 1,3-propanodiol por via biotecnológica a partir da fermentação do glicerol e a síntese do PTT. A primeira parte do trabalho visou avaliar a produção do 1,3-PDO por quatro cepas: Clostridium acetobutylicum ATCC 824, Clostridium acetobutylicum ATCC 10132, Clostridium acetobutylicum ATCC 4259, Clostridium butyricum DSMZ 10702. Três linhagens mostraram-se capazes de produzir 1,3-PDO. O Clostridium butyricum DSMZ 10702 apresentou maior rendimento no produto de interesse. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett-Burman (PB) avaliando a produção de 1,3-PDO. As melhores condições de fermentação foram pH (6,5-7,0), temperatura (35,0±0,5oC) e concentração de glicerol (10 g.L-1). A partir da definição das melhores condições de cultivo, os ensaios foram repetidos utilizando glicerol residual. Foi avaliada a cinética de crescimento do Clostridium acetobutylicum ATCC 4259 por ser o micro-organismo que apresentou bons resultados quanto ao aumento de biomassa e produção do 1,3-PDO durante a fermentação. Em outra etapa foi realizada a polimerização do PTT em regime de batelada utilizando-se o 1,3-propanodiol comercial e caracterizado por FTIR e DSC. Na análise de FTIR os comprimentos de onda dos grupos funcionais característicos do poliéster foram identificados, como carbonila, aromático e éster. Já com a análise de DSC o comportamento térmico do PTT foi caracterizado, apresentando temperatura de fusão de 195,25±9,92oC e a parir desse resultado determinou-se sua cristalinidade, em torno de 60%.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vanderleia.pdf: 906737 bytes, checksum: 213629aa00849fbaa6d109c60133bf7f (MD5) Previous issue date: 2012-02-02 / The bean (Phaseolus vulgaris L) is a typical leguminous in Brazil. Its consumption should be encouraged due to the benefits of its quantity of protein, fiber, folic acid and minerals such as iron and potassium. However, its long cooking process consequently makes many consumers often avoid eating this product, which results in a decrease of production and demand. The possibility of offering a product previously processed, as well as keeping its technological characteristics with a short time of preparation, is an option for consumers who look for convenience and quality. Techniques as soaking and bleaching beans are presented as options for grains preprocessing. Thus, this study aim was investigating the effects of grains preprocessing with blanching and soaking applied under salt solutions according to the carioca bean quality parameters in order to obtain a dry product with a short cooking time. The maintenance of technological quality characteristics of in natura grain through the use of experimental design techniques was also considered. A Plackett and Burman experimental design was applied to evaluate the effects of nine factors in preprocessing: soaking time, soaking in sodium chloride concentration, soaking in sodium bicarbonate concentration, soaking temperature, blanching temperature, blanching time, concentration of sodium chloride under soaking, concentration of sodium bicarbonate under soaking and drying temperature based on responses as cooking time, splitting percentage and color difference (Δe*) of preprocessed grains related to control. In the optimization, a DCCR 23 plan was used only with factors of the maceration step which mainly contributed to reduce cooking time. The increased concentration of sodium bicarbonate used in the soaking of beans significantly reduced the cooking time, but it increased the damage level in the product and darkened the bean integument. This contributed to greater differences in color of preprocessed grains when compared to the control treatment. The factors that most influenced the studied answers were soaking time, concentration of sodium bicarbonate under soaking and drying temperature. The desirability technique allowed the answers simultaneous evaluation and the definition of optimal conditions for this process. This process presented overall desirability of 56.53%, thus the factors levels were defined according to the following conditions: soaking time of 13.1 hours, concentration of NaHCO3 under soaking solution of 2.3% and drying temperature of 50 °C. Under these conditions, it is possible to reduce the cooking time by 58% with an index of damaged grains near 9.13% and color difference of 8.39. The obtained results may contribute to future researches that aim at developing bean preprocessing quality in a shorter cooking time. / O feijão (Phaseolus vulgaris L) é uma leguminosa típica para o brasileiro. O consumo do grão deve ser incentivado devido aos benefícios relativos ao seu conteúdo de proteínas, fibras, ácido fólico e minerais, como o ferro e o potássio. Porém, o tempo necessário para o processo de cozimento dos grãos de feijão, faz que muitos consumidores deixem de utilizar frequentemente o produto, implicando diminuição do consumo e da demanda por produção. A possibilidade de oferecer um produto previamente processado, mantendo-se as características tecnológicas com o tempo de preparo reduzido é uma opção para consumidores que buscam conveniência e qualidade. Técnicas como a maceração e o branqueamento do feijão, apresentam-se como opções para pré-processamento dos grãos. O objetivo deste trabalho foi verificar os efeitos do pré-processamento dos grãos com as operações de branqueamento e maceração em soluções salinas nos parâmetros de qualidade do feijão carioca, visando obter um produto seco com tempo de cozimento reduzido e manutenção das características de qualidade tecnológica do grão in natura, utilizando técnicas de planejamento experimental. Foi utilizado um planejamento tipo Plackett e Burman que avaliou os efeitos de nove fatores no pré-processamento: tempo de maceração, concentração de cloreto de sódio na maceração, concentração de bicarbonato de sódio na maceração, temperatura da solução de maceração, temperatura de branqueamento, tempo de branqueamento, concentração de cloreto de sódio no branqueamento, concentração de bicarbonato de sódio no branqueamento e temperatura de secagem, sob as respostas tempo de cozimento, porcentagem de grãos danificados e diferença de cor (Δe*) dos grãos pré-processados em relação ao controle. Na otimização foi utilizado um planejamento DCCR 23, apenas com os fatores da etapa de maceração e que contribuíram principalmente para redução do tempo de cozimento dos grãos. O aumento da concentração de bicarbonato de sódio utilizado na maceração do feijão reduziu consideravelmente o tempo de cozimento, porém, aumentou o nível de dano no produto e escureceu o tegumento do feijão contribuindo para maiores diferenças de cor dos grãos pré-processados em relação ao controle. Os fatores que mais influenciaram nas respostas avaliadas foram o tempo de maceração, a concentração de bicarbonato de sódio na maceração e a temperatura de secagem. A técnica de desejabilidade permitiu a avaliação simultânea das respostas e as condições ótimas para o processo foram definidas. O processo apresentou desejabilidade global de 56,53%, sendo os níveis dos fatores definidos na seguinte condição: tempo de maceração de 13,1 horas, concentração de NaHCO3 na solução de maceração igual a 2,3% e temperatura de secagem igual a 50 ºC. Nestas condições é possível reduzir o tempo de cozimento em aproximadamente 58%, com índice de grãos danificados próximo de 9,13% e diferença de cor de 8,39. Os resultados obtidos poderão contribuir para pesquisas que visem o desenvolvimento de tecnologias de pré-processamento do feijão com tempo de cozimento reduzido.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vanderleia.pdf: 906737 bytes, checksum: 213629aa00849fbaa6d109c60133bf7f (MD5) Previous issue date: 2012-02-02 / The bean (Phaseolus vulgaris L) is a typical leguminous in Brazil. Its consumption should be encouraged due to the benefits of its quantity of protein, fiber, folic acid and minerals such as iron and potassium. However, its long cooking process consequently makes many consumers often avoid eating this product, which results in a decrease of production and demand. The possibility of offering a product previously processed, as well as keeping its technological characteristics with a short time of preparation, is an option for consumers who look for convenience and quality. Techniques as soaking and bleaching beans are presented as options for grains preprocessing. Thus, this study aim was investigating the effects of grains preprocessing with blanching and soaking applied under salt solutions according to the carioca bean quality parameters in order to obtain a dry product with a short cooking time. The maintenance of technological quality characteristics of in natura grain through the use of experimental design techniques was also considered. A Plackett and Burman experimental design was applied to evaluate the effects of nine factors in preprocessing: soaking time, soaking in sodium chloride concentration, soaking in sodium bicarbonate concentration, soaking temperature, blanching temperature, blanching time, concentration of sodium chloride under soaking, concentration of sodium bicarbonate under soaking and drying temperature based on responses as cooking time, splitting percentage and color difference (Δe*) of preprocessed grains related to control. In the optimization, a DCCR 23 plan was used only with factors of the maceration step which mainly contributed to reduce cooking time. The increased concentration of sodium bicarbonate used in the soaking of beans significantly reduced the cooking time, but it increased the damage level in the product and darkened the bean integument. This contributed to greater differences in color of preprocessed grains when compared to the control treatment. The factors that most influenced the studied answers were soaking time, concentration of sodium bicarbonate under soaking and drying temperature. The desirability technique allowed the answers simultaneous evaluation and the definition of optimal conditions for this process. This process presented overall desirability of 56.53%, thus the factors levels were defined according to the following conditions: soaking time of 13.1 hours, concentration of NaHCO3 under soaking solution of 2.3% and drying temperature of 50 °C. Under these conditions, it is possible to reduce the cooking time by 58% with an index of damaged grains near 9.13% and color difference of 8.39. The obtained results may contribute to future researches that aim at developing bean preprocessing quality in a shorter cooking time. / O feijão (Phaseolus vulgaris L) é uma leguminosa típica para o brasileiro. O consumo do grão deve ser incentivado devido aos benefícios relativos ao seu conteúdo de proteínas, fibras, ácido fólico e minerais, como o ferro e o potássio. Porém, o tempo necessário para o processo de cozimento dos grãos de feijão, faz que muitos consumidores deixem de utilizar frequentemente o produto, implicando diminuição do consumo e da demanda por produção. A possibilidade de oferecer um produto previamente processado, mantendo-se as características tecnológicas com o tempo de preparo reduzido é uma opção para consumidores que buscam conveniência e qualidade. Técnicas como a maceração e o branqueamento do feijão, apresentam-se como opções para pré-processamento dos grãos. O objetivo deste trabalho foi verificar os efeitos do pré-processamento dos grãos com as operações de branqueamento e maceração em soluções salinas nos parâmetros de qualidade do feijão carioca, visando obter um produto seco com tempo de cozimento reduzido e manutenção das características de qualidade tecnológica do grão in natura, utilizando técnicas de planejamento experimental. Foi utilizado um planejamento tipo Plackett e Burman que avaliou os efeitos de nove fatores no pré-processamento: tempo de maceração, concentração de cloreto de sódio na maceração, concentração de bicarbonato de sódio na maceração, temperatura da solução de maceração, temperatura de branqueamento, tempo de branqueamento, concentração de cloreto de sódio no branqueamento, concentração de bicarbonato de sódio no branqueamento e temperatura de secagem, sob as respostas tempo de cozimento, porcentagem de grãos danificados e diferença de cor (Δe*) dos grãos pré-processados em relação ao controle. Na otimização foi utilizado um planejamento DCCR 23, apenas com os fatores da etapa de maceração e que contribuíram principalmente para redução do tempo de cozimento dos grãos. O aumento da concentração de bicarbonato de sódio utilizado na maceração do feijão reduziu consideravelmente o tempo de cozimento, porém, aumentou o nível de dano no produto e escureceu o tegumento do feijão contribuindo para maiores diferenças de cor dos grãos pré-processados em relação ao controle. Os fatores que mais influenciaram nas respostas avaliadas foram o tempo de maceração, a concentração de bicarbonato de sódio na maceração e a temperatura de secagem. A técnica de desejabilidade permitiu a avaliação simultânea das respostas e as condições ótimas para o processo foram definidas. O processo apresentou desejabilidade global de 56,53%, sendo os níveis dos fatores definidos na seguinte condição: tempo de maceração de 13,1 horas, concentração de NaHCO3 na solução de maceração igual a 2,3% e temperatura de secagem igual a 50 ºC. Nestas condições é possível reduzir o tempo de cozimento em aproximadamente 58%, com índice de grãos danificados próximo de 9,13% e diferença de cor de 8,39. Os resultados obtidos poderão contribuir para pesquisas que visem o desenvolvimento de tecnologias de pré-processamento do feijão com tempo de cozimento reduzido.

Plackett-Burman designs and three quarter fractional factorial designs are both well established in the statistical literature yet have never been combined and studied. Plackett-Burman designs are often non-regular and are thus subject to complex aliasing. However, Plackett-Burman designs have the advantage of run-size efficiency (over the usual 2^(k) factorials) and taking three quarters of a Plackett-Burman design further improves this benefit. By considering projections of these designs, we constructed a catalog of designs of resolution V and ranked by D-efficiency.

As enzimas têm papel fundamental em diversos segmentos como, por exemplo, nas indústrias de detergentes, fármacos, têxtil e alimentícia. A identificação de novas fontes microbianas para a produção de enzimas é de grande interesse industrial, bem como a otimização do meio de cultivo para sua produção. A aplicação de abordagens estatísticas envolvendo as metodologias de Plackett-Burman e superfície de resposta são ferramentas úteis para compreensão e otimização das interações entre os diversos parâmetros envolvidos na produção de determinada enzima. Este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial, como produtoras enzimáticas, de linhagens de leveduras isoladas a partir de cocos de babaçu (Orbignya sp.), buriti (Mauritia flexuosa), tucum (Bactris inundata), inajá (Attalea maripa) e macaúba (Acrocomia aculeata), frutas típicas do Cerrado tocantinense. Foram testadas 142 leveduras quanto a capacidade de produção das enzimas lipase, amilase, protease e pectinase em meios sólidos específicos com tempo de incubação de 21 dias e temperatura de 35 °C. Um total de 61 linhagens apresentaram resultados positivos para lipase, das quais 28 (45,9%) tinham índice enzimático (IE) ≥ 2. Apenas uma levedura apresentou halo indicador de produção de amilase (IE = 1,57), e não houve resultados positivos para pectinase e protease. Posteriormente, a levedura codificada com número 13, que obteve a melhor atividade lipolítica em meio sólido, foi submetida ao cultivo em meio submerso de acordo com um planejamento experimental Plackett-Burman seguido por um delineamento composto central rotacional para otimizar as condições de produção da enzima. A melhor condição encontrada, com atividade lipolítica de 41,45 U.mL-1, foi: 10 g.L-1 de extrato de levedura, 10 g.L-1 de peptona, 30 g.L-1 de (NH4)2SO4, 1 g.L-1 de Tween 20, 1,5 g.L-1 de MgSO4.7H2O, 0,7 g.L-1 de KH2PO4 e 10 g.L-1 de óleo de oliva. Quando comparado com os óleos de buriti e babaçu, o óleo de oliva se mostrou o melhor indutor para a produção de lipase. / Enzymes have an essential role in various segments, for example, in detergents, pharmaceuticals, textile and food industries. The identification of new microbial sources for production of enzymes is of great industrial interest, as well as the optimization of culture medium for production. The application of statistical approaches involving the Plackett- Burman and response surface methodologies are useful tools for understanding and optimizing interactions between the various parameters involved in the production of a particular enzyme. This study aimed to evaluate the enzymatic production potential of yeasts strains from babassu coconuts (Orbignya sp.), buriti palm (Mauritia flexuosa), tucumán (Bactris inundata), inajá (Attalea maripa) and macaúba (Acrocomia aculeata), typical fruits of the Cerrado in Tocantins. A total of 142 yeasts were tested for their ability to produce lipase, amylase, protease and pectinase in specific solid media at incubation time of 21 days at 35 °C. A total of 61 strains were positive for lipase, of which 28 (45.9%) had an enzymatic index (EI) ≥ 2. Only one yeast presented halo indicator of amylase production (EI = 1.57), and there were no positive results for pectinase and protease. Subsequently, the yeast coded with number 13, which obtained the best lipolytic activity on solid medium, was subjected to cultivation in liquid medium according to a Plackett-Burman experimental design followed by a rotational central composite design to optimize the enzyme production conditions. The best condition, with lipase activity of 41.45 U.mL-1, was found to be 10 g.L-1 of yeast extract, 10 g.L-1 peptone, 30 g.L-1 (NH4) 2SO4, 1 g.L-1 Tween 20, 1.5 g.L-1 MgSO4.7H2O, 0.7 g.L-1 KH2PO4 and 10 g.L-1of olive oil. When compared with buriti and babassu oils, the olive oil was the best inducer for the lipase production.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, tais como 1,3-Propanodiol (1,3-PD), etanol, hidrogênio e outros. O presente trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio, 1,3-PD e etanol utilizando glicerol residual obtido da síntese do biodiesel. A primeira parte do trabalho visou à produção de hidrogênio utilizando glicerol residual. Nesta etapa, o consórcio microbiano ambiental foi submetido a diferentes tratamentos (ácido, básico, choque térmico, congelamento e descongelamento e dessecação). Os resultados mostraram que a maior produção de hidrogênio ocorreu com o consórcio tratado com dessecação e choque térmico, com produções de 34,2 % mol e 27,3 % mol, respectivamente. A otimização da produção de hidrogênio foi realizada utilizando planejamento experimental e alcançou uma produção máxima de 45 % mol. A próxima etapa do projeto foi isolar as bactérias presentes no consórcio microbiano ambiental. Experimentos em biorreatores foram realizados utilizando glicerol puro e glicerol residual e os resultados mostraram que houve a completa degradação do glicerol pelas bactérias do consórcio e também a produção de 1,3-PD, hidrogênio e ácidos. Nesta etapa, 32 bactérias foram isoladas e testadas para a produção de bioprodutos em experimentos em aerobiose e anaerobiose. Quatro bactérias foram selecionadas e o seqüenciamento do gene foi identificado por 16S rRNA identificou três dos isolados como Klebsiella pneumoniae e um isolado como Pantoea agglomerans. Dentre as quatro bactérias, uma cepa, nomeada como K. pneumoniae BLh-1, foi selecionada para os trabalhos posteriores. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B) avaliando a produção de 1,3-PD. Sete variáveis foram estatisticamente significativas e um novo planejamento fracionário 27-3 foi realizado com a finalidade de otimizar o meio de produção. Experimentos em biorreatores mostraram que a produção em bioreator com pH controlado com o meio otimizado no planejamento alcançou uma produção máxima de 23,80 g/L de 1,3-PD com produção de 12,30 g/L de etanol. Os ensaios com alimentação de glicerol residual mostraram que altas taxas de alimentação causam acúmulo de glicerol e diminuem a produtividade de 1,3-PD e etanol. Os estudos utilizando fluorescência 2D e modelo quimiométrico foram aplicados para avaliar as mudanças metabólicas nos cultivos aeróbios e anaeróbios. Os resultados mostraram que houve diferença nas regiões de NADH e riboflavinas ambas associadas ao metabolismo do microorganismo. / Glycerol is generated in large amounts during biodiesel production and it is becoming a potentially attractive substrate for bacterial production for value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, hydrogen, among others. This work aimed at studying the production of hydrogen, 1,3-PD and ethanol using the raw glycerol obtained by biodiesel synthesis. The first steps were to produce hydrogen using raw glycerol. At this step, the environmental microbial consortium was submitted to different pretreatments (acid, base, heat shock, dry heat and desiccation, freezing and thawing). The results showed that dry heat and desiccation had the higher hydrogen production followed by heat shock with production of 34.2 % mol and 27.3 % mol, respectively.The optimization of hydrogen production was performed using experimental design and had a maximum hydrogen production of 45 % mol. The next spet of this project was to isolate the bacteria present in an environmental microbial consortium. Experiments in bioreactors with the microbial consortium using raw and pure glycerol were carried out and the results showed that there was a complete glycerol degradation by microbial bacteria with productions of 1,3-PD, hydrogen and acids. In this step, 32 bacteria were isolated and tested separately for by-products production under aerobic and anaerobic conditions. Four bacteria were selected and sequence gene realized by 16 S rRNA, three of them were identified as Klebsiella pneumoniae and one isolate identified as Pantoea agglomerans. Among the four bacteria, the strain K. pneumoniae BLh-1 were selected for further experiments. Plackett Burman (P-B) experimental procedure was used for assessing the production of 1,3-PD. Seven variables were statistically significant and a new 27-3 fractional design was conducted with the aim of optimizing culture conditions. Bioreactors experiments using the optimized culture conditions showed that production in bioreactor with controlled pH reached a maximal 1,3-PD production of 23.80 g/L with 12.30 g/L of ethanol. The fed-batch experiments showed that high feeding rates caused glycerol to accumulated in the medium and the1,3-PD and ethanol productivity decreased. The 2D fluorescence metodology was applied in order to study the anaerobic-aerobic changes on K. pneumoniae metabolism. The results showed a significant difference on NADH and riboflavin fluorescence that are fluorescence regions associated to metabolism.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, tais como 1,3-Propanodiol (1,3-PD), etanol, hidrogênio e outros. O presente trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio, 1,3-PD e etanol utilizando glicerol residual obtido da síntese do biodiesel. A primeira parte do trabalho visou à produção de hidrogênio utilizando glicerol residual. Nesta etapa, o consórcio microbiano ambiental foi submetido a diferentes tratamentos (ácido, básico, choque térmico, congelamento e descongelamento e dessecação). Os resultados mostraram que a maior produção de hidrogênio ocorreu com o consórcio tratado com dessecação e choque térmico, com produções de 34,2 % mol e 27,3 % mol, respectivamente. A otimização da produção de hidrogênio foi realizada utilizando planejamento experimental e alcançou uma produção máxima de 45 % mol. A próxima etapa do projeto foi isolar as bactérias presentes no consórcio microbiano ambiental. Experimentos em biorreatores foram realizados utilizando glicerol puro e glicerol residual e os resultados mostraram que houve a completa degradação do glicerol pelas bactérias do consórcio e também a produção de 1,3-PD, hidrogênio e ácidos. Nesta etapa, 32 bactérias foram isoladas e testadas para a produção de bioprodutos em experimentos em aerobiose e anaerobiose. Quatro bactérias foram selecionadas e o seqüenciamento do gene foi identificado por 16S rRNA identificou três dos isolados como Klebsiella pneumoniae e um isolado como Pantoea agglomerans. Dentre as quatro bactérias, uma cepa, nomeada como K. pneumoniae BLh-1, foi selecionada para os trabalhos posteriores. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B) avaliando a produção de 1,3-PD. Sete variáveis foram estatisticamente significativas e um novo planejamento fracionário 27-3 foi realizado com a finalidade de otimizar o meio de produção. Experimentos em biorreatores mostraram que a produção em bioreator com pH controlado com o meio otimizado no planejamento alcançou uma produção máxima de 23,80 g/L de 1,3-PD com produção de 12,30 g/L de etanol. Os ensaios com alimentação de glicerol residual mostraram que altas taxas de alimentação causam acúmulo de glicerol e diminuem a produtividade de 1,3-PD e etanol. Os estudos utilizando fluorescência 2D e modelo quimiométrico foram aplicados para avaliar as mudanças metabólicas nos cultivos aeróbios e anaeróbios. Os resultados mostraram que houve diferença nas regiões de NADH e riboflavinas ambas associadas ao metabolismo do microorganismo. / Glycerol is generated in large amounts during biodiesel production and it is becoming a potentially attractive substrate for bacterial production for value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, hydrogen, among others. This work aimed at studying the production of hydrogen, 1,3-PD and ethanol using the raw glycerol obtained by biodiesel synthesis. The first steps were to produce hydrogen using raw glycerol. At this step, the environmental microbial consortium was submitted to different pretreatments (acid, base, heat shock, dry heat and desiccation, freezing and thawing). The results showed that dry heat and desiccation had the higher hydrogen production followed by heat shock with production of 34.2 % mol and 27.3 % mol, respectively.The optimization of hydrogen production was performed using experimental design and had a maximum hydrogen production of 45 % mol. The next spet of this project was to isolate the bacteria present in an environmental microbial consortium. Experiments in bioreactors with the microbial consortium using raw and pure glycerol were carried out and the results showed that there was a complete glycerol degradation by microbial bacteria with productions of 1,3-PD, hydrogen and acids. In this step, 32 bacteria were isolated and tested separately for by-products production under aerobic and anaerobic conditions. Four bacteria were selected and sequence gene realized by 16 S rRNA, three of them were identified as Klebsiella pneumoniae and one isolate identified as Pantoea agglomerans. Among the four bacteria, the strain K. pneumoniae BLh-1 were selected for further experiments. Plackett Burman (P-B) experimental procedure was used for assessing the production of 1,3-PD. Seven variables were statistically significant and a new 27-3 fractional design was conducted with the aim of optimizing culture conditions. Bioreactors experiments using the optimized culture conditions showed that production in bioreactor with controlled pH reached a maximal 1,3-PD production of 23.80 g/L with 12.30 g/L of ethanol. The fed-batch experiments showed that high feeding rates caused glycerol to accumulated in the medium and the1,3-PD and ethanol productivity decreased. The 2D fluorescence metodology was applied in order to study the anaerobic-aerobic changes on K. pneumoniae metabolism. The results showed a significant difference on NADH and riboflavin fluorescence that are fluorescence regions associated to metabolism.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, tais como 1,3-Propanodiol (1,3-PD), etanol, hidrogênio e outros. O presente trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio, 1,3-PD e etanol utilizando glicerol residual obtido da síntese do biodiesel. A primeira parte do trabalho visou à produção de hidrogênio utilizando glicerol residual. Nesta etapa, o consórcio microbiano ambiental foi submetido a diferentes tratamentos (ácido, básico, choque térmico, congelamento e descongelamento e dessecação). Os resultados mostraram que a maior produção de hidrogênio ocorreu com o consórcio tratado com dessecação e choque térmico, com produções de 34,2 % mol e 27,3 % mol, respectivamente. A otimização da produção de hidrogênio foi realizada utilizando planejamento experimental e alcançou uma produção máxima de 45 % mol. A próxima etapa do projeto foi isolar as bactérias presentes no consórcio microbiano ambiental. Experimentos em biorreatores foram realizados utilizando glicerol puro e glicerol residual e os resultados mostraram que houve a completa degradação do glicerol pelas bactérias do consórcio e também a produção de 1,3-PD, hidrogênio e ácidos. Nesta etapa, 32 bactérias foram isoladas e testadas para a produção de bioprodutos em experimentos em aerobiose e anaerobiose. Quatro bactérias foram selecionadas e o seqüenciamento do gene foi identificado por 16S rRNA identificou três dos isolados como Klebsiella pneumoniae e um isolado como Pantoea agglomerans. Dentre as quatro bactérias, uma cepa, nomeada como K. pneumoniae BLh-1, foi selecionada para os trabalhos posteriores. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B) avaliando a produção de 1,3-PD. Sete variáveis foram estatisticamente significativas e um novo planejamento fracionário 27-3 foi realizado com a finalidade de otimizar o meio de produção. Experimentos em biorreatores mostraram que a produção em bioreator com pH controlado com o meio otimizado no planejamento alcançou uma produção máxima de 23,80 g/L de 1,3-PD com produção de 12,30 g/L de etanol. Os ensaios com alimentação de glicerol residual mostraram que altas taxas de alimentação causam acúmulo de glicerol e diminuem a produtividade de 1,3-PD e etanol. Os estudos utilizando fluorescência 2D e modelo quimiométrico foram aplicados para avaliar as mudanças metabólicas nos cultivos aeróbios e anaeróbios. Os resultados mostraram que houve diferença nas regiões de NADH e riboflavinas ambas associadas ao metabolismo do microorganismo. / Glycerol is generated in large amounts during biodiesel production and it is becoming a potentially attractive substrate for bacterial production for value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, hydrogen, among others. This work aimed at studying the production of hydrogen, 1,3-PD and ethanol using the raw glycerol obtained by biodiesel synthesis. The first steps were to produce hydrogen using raw glycerol. At this step, the environmental microbial consortium was submitted to different pretreatments (acid, base, heat shock, dry heat and desiccation, freezing and thawing). The results showed that dry heat and desiccation had the higher hydrogen production followed by heat shock with production of 34.2 % mol and 27.3 % mol, respectively.The optimization of hydrogen production was performed using experimental design and had a maximum hydrogen production of 45 % mol. The next spet of this project was to isolate the bacteria present in an environmental microbial consortium. Experiments in bioreactors with the microbial consortium using raw and pure glycerol were carried out and the results showed that there was a complete glycerol degradation by microbial bacteria with productions of 1,3-PD, hydrogen and acids. In this step, 32 bacteria were isolated and tested separately for by-products production under aerobic and anaerobic conditions. Four bacteria were selected and sequence gene realized by 16 S rRNA, three of them were identified as Klebsiella pneumoniae and one isolate identified as Pantoea agglomerans. Among the four bacteria, the strain K. pneumoniae BLh-1 were selected for further experiments. Plackett Burman (P-B) experimental procedure was used for assessing the production of 1,3-PD. Seven variables were statistically significant and a new 27-3 fractional design was conducted with the aim of optimizing culture conditions. Bioreactors experiments using the optimized culture conditions showed that production in bioreactor with controlled pH reached a maximal 1,3-PD production of 23.80 g/L with 12.30 g/L of ethanol. The fed-batch experiments showed that high feeding rates caused glycerol to accumulated in the medium and the1,3-PD and ethanol productivity decreased. The 2D fluorescence metodology was applied in order to study the anaerobic-aerobic changes on K. pneumoniae metabolism. The results showed a significant difference on NADH and riboflavin fluorescence that are fluorescence regions associated to metabolism.

When approaching a new research problem, we often use screening designs to determine which factors are worth exploring in more detail. Before exploring a problem, we don't know which factors are important. When examining a large number of factors, it is likely that only a handful are significant and that even fewer two-factor interactions will be significant. If there are important interactions, it is likely that they are connected with the handful of significant main effects. Since we don't know beforehand which factors are significant, we want to choose a design that gives us the highest probability a priori of being able to estimate all significant main effects with their associated two-factor interactions. This project examines the methodology of finding designs that do not rely on an assumed model. We propose a method of modifying the D-Optimality criteria that averages over models with a common set of main effects and varying subsets of two-factor interations. We also calculate the proportion of the subsets that produce estimable designs. We use these results to find the best models for given run size and number of main effects.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Nyessia versao finalissima 15-04-2015.pdf: 1194358 bytes, checksum: 0a6089c54d46aca60776ce97f1474515 (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / The aim of this study was to optimize the production of xylanase by Penicillium crustosum using Plackett-Burman the Design (BDP) and Central Composite Rotational Design (CCRD), and its application in the bleaching process of kraft pulp. The PBD-12 was carried out to screening the significant variables of the compounds of the culture medium: NaNO3; KH2PO4; MgSO4 7H2O; KCl; Fe2(SO4)3, yeast extract, corn stover and initial pH under liquid static culture at 28 °C for 6 days. The variables corn stover, KH2PO4, and pH were significant at p <0.10 by DPB. Statistical analysis of the results obtained with CCRD exhibited the three variables (KH2PO4 0.15%, corn stover 2% and initial pH 6.0) that showed significant effects at p <0.05, and the maximum production of xylanase was 50 U/mL, 14 times higher compared to enzyme activity before optimization. The treatment of the kraft pulp with P. crustosum xylanase showed a significant reduction in kappa number (5.27 Kappa points and efficiency (35.04%). Thus, there is evidence of the potential application of xylanase produced by P. crustosum in the bleaching process of kraft pulp in paper industry / As xilanases são complexos enzimáticos pertencentes ao grupo das glicosidases, e são capazes de atuar em vários sítios da cadeia do xilano e degradá-lo em xilooligossacarídeos, xilotrioses, xilobioses e xiloses. As xilanases são utilizadas nos diversos setores industriais, como biobranqueamento de celulose, na melhoria da textura e do volume do pão, clareamento de sucos e vinho, melhoria do valor nutricional de ração de animais monogástricos. Este trabalho teve como objetivo otimizar a produção de xilanase pelo Penicillium crustosum utilizando o Delineamento Plackett-Burman (DPB) e Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), bem como aplicação da xilanase otimizada no processo de branqueamento da polpa de celulose. A seleção dos componentes de meio de cultivo: NaNO3; KH2PO4; MgSO4·7H2O; KCl; Fe2(SO4)3, extrato de levedura, palha de milho e pH inicial foi realizada utilizando DPB-12 em condições de cultivo líquido estacionário a 28ºC por 6 dias. As variáveis palha de milho, KH2PO4, e pH apresentaram efeitos significativos em p<0,10 por DPB. A análise estatística dos resultados obtidos com DCCR exibiram as três variáveis (KH2PO4 0,15 %, palha de milho 2% e pH inicial 6,0) que mostraram efeitos significativos em p<0,05, e a produção máxima de xilanase foi de 50 U/mL, 14 vezes superior em comparação à atividade enzimática antes da otimização. O tratamento da polpa celulósica com a xilanase de P. crustosum mostrou uma redução significativa do número kappa em 5,27 pontos e eficiência Kappa de 35,04%. Dessa forma, evidencia-se o potencial de aplicação da xilanase produzida por P. crustosum no processo de branqueamento da polpa kraft de Eucaliptos para indústria de papel e celulose