Orientador: Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Burkert_JanainaFernandesdeMedeiros_D.pdf: 9150119 bytes, checksum: 05d911513e3637048890ed7ef1eb3867 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O interesse na produção de lipases microbianas tem aumentado significativamente nas últimas décadas, devido ao seu amplo potencial de aplicações industriais, seja na indústria de alimentos como aditivos (modificação de aromas), química fina (síntese de ésteres), detergentes (hidrólise de gorduras), tratamento de efluentes (decomposição e remoção de substâncias oleosas), couro (remoção de lipídios das peles dos animais), farmacêutica e na área médica (remédios, digestivos e enzimas para diagnósticos). A produção de lipase pode ser influenciada por diferentes variáveis, como o microrganismo produtor da enzima, as fontes de carbono, nitrogênio e lipídio, as condições de aeração e agitação, o tipo do impulsor, e até mesmo a geometria do reator. Na primeira etapa deste trabalho foram realizados testes com diferentes indutores (óleo de soja, óleo de milho, óleo de girassol, óleo de canola e óleo de oliva) para produção de lipase utilizando o microrganismo Geotrichum candidum NRRL- Y552, obtendo como melhor indutor o óleo de soja. Em seguida, um estudo para padronização do inóculo foi realizado possibilitando o início da otimização do meio de cultura, em frascos agitados, obtendo como meio otimizado 3,58% de peptona e 0,64% de óleo de soja, com pH inicial de 7,0 a 30°C e 250 rpm, alcançando 16 U/mL em 48 horas de fermentação. Utilizando as condições de produção otimizadas, a enzima foi caracterizada quanto a pH ótimo, temperatura ótima e de estabilidade, a influência de sais minerais na atividade enzimática e a determinação dos parâmetros cinéticos KM e Vmáx. Seqüencialmente, com o meio de cultura otimizado, foi verificada a influência dos impulsores turbina de Rushton, hélice naval e pás inclinadas na produção da lipase em fermentadores de bancada, atingindo em tomo de 25 g/L de biomassa para todos os impulsores e 19 U/mL em 30 horas, 12 U/roL em 30 horas e 22 U/mL em 54 horas, respectivamente, de atividade lipolítica. Utilizando o agitador tipo pás inclinadas foi investigado o efeito clã agitação e aeração no processo fermentativo, sendo obtida as condições de 300 rpm e 1 vvm a 30°C como ótimas para produção da lipase, alcançando aproximadamente 22 U/mL em 54 horas de processo. Ainda foi investigado o efeito de diferentes taxas de aeração em um reator não convencional "air lift" que permitiu obter cerca de 20 U/mL de atividade lipolítica em 30 horas de fermentação, possibilitando nesta geometria de reator uma produtividade 40% maior em relação aos reatores convencionais. Estes resultados para o processo de produção da lipase foram superiores em relação aos relatados na literatura para o mesmo microrganismo / Abstract: The interest in microbial lipase production increased significantly in the last decades, because of the large potential in industrials applications such as: additives in foods (flavor modification), fine chemicals (synthesis of esters), detergents (hydrolysis of fats), waste water treatment (decomposition and removal of oily substances), leather (removal of lipids of animal skins), pharmaceutical and medical areas (remedies, digestives and enzymes for diagnostics). The lipase production can be influenced by different variables such as the microorganism, the carbon sources, nitrogen and lipid, the aeration and agitation conditions, the impeller type, and also including the geometry of the reactor. In the first stage of this work tests was carried out with different inductors (soy oil, com oil, sunflower oil, canola oil and olive oil) for lipase production by Geotrichum candidum NRRL- Y552, getting as the best inductor the soy oil. After that, a study for standardization of inoculum was carried out, making possible the beginning of the optimization of the culture medium, in shaker-flasks, getting as half optimized 3.58% of peptona and 0.64% of soy oil, with initial pH of 7,0, 30°C and 250 rpm that conditions allow reaching 16 U/mL in 48 hours of fermentation. Using the optimized conditions of production, the enzyme was characterized concerning to optimum pH, optimum temperature and stability temperature, the influence of salts in the enzymatic activity and the determination the kinetic parameters KM and Vmáx, Sequentially, with the optimized medium culture, the influence of the impellers it was verified for Rushton turbine, helix naval and pitched blade up in the production of lipase in fermenter, reaching around 25 g/L of biomass for all impellers and 19 U/mL in 30 hours, 12 U/mlL in 30 hours and 22 U/mlL in 54 hours, respectively. Using the impeller type pitched blade up the effect of the agitation and aeration in the of lipase production was investigated, being the optimum conditions 300 rpm and 1 vvm at 30°C for enzyme production, reaching approximately 21 U/mL in 54 hours of fermentation. The effect of different aeration rates in a not conventional reactor air lift was also investigated, resulting in about 20 U/mL of lipolytic activity ín 30 hours of fermentation, making possible to obtain with this geometry of reactor a larger productivity (40% greater ín comparison to the conventional reactors). These results for the process of lipase production are larger than the reported ones in the literature for the same microorganism / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Vivaldo Silveira Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:14:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_AlexandreConsul_M.pdf: 28710433 bytes, checksum: dd88ab66a072eb5070a05416b953f5c6 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O trabalho a seguir apresenta as principais ferramentas necessárias para o controle do processo de extrusão baseado na densidade e umidade do produto extrusado úmido. Para facilitar a compreensão da aplicação do controle avançado, revisa-se alguns conceitos básicos da teoria clássica de controle. Devido à complexidade deste processo, orientado pela transformação bio-polimérica da matéria-prima farino-lipídico-protéica a certa umidade ao longo da extrusora, são retomados alguns conceitos de estatística, a fim de compor um modelo experimental para as principais variáveis independentes e de processo na extrusão. Estudou-se a relação estatística significativa entre as variáveis independentes: vazão de farinha, vazão de vapor, vazão de água e rotação de helicóide do extrusor e as variáveis de processo: densidade e umidade do produto extrusado úmido, temperatura de saída e pressão de saída da extrusora. Para o completo entendimentos destas relações, são correlacionados as variações dos teores de umidade, lipídios, proteínas e carboidratos da farinha a ser extrusada. Ainda como importante parâmetro industrial é realizado o balanço de energia para o processo em questão através da energia mecânica específica ('SME') e energia térmica específica ('STE'). Devido à aplicação industrial deste trabalho, o controle da densidade e umidade do produto extrusado úmido é na verdade baseado no controle da relação empírica entre a temperatura e pressão na saída da extrusora. Dessa forma, o custo de instalação e precisão, enfatizando a necessidade de repetibilidade na medida de temperatura e pressão de saída, se tomam muito mais viáveis quando os mesmos são comparados com a medida de densidade e umidade para o produto extrusado na saída da extrusora. Equipamentos para a medida precisa de densidade para produtos sólidos-úmidos aplicam princípio nuclear e para a medida de umidade são empregados instrumentos com sofisticados espectros de infravermelho associados a sistemas óticos internos. A fim de estudar-se a viabilidade deste modelo, foi realizado um planejamento composto central (4 variáveis independentes), com pontos axiais e a inclusão de alguns pontos aleatórios de interesse prático, a fim de obter-se um modelo mais robusto. Para tanto foram avaliadas três receitas típicas na indústria de rações de animais, a fim de representar-se a maioria dos produtos comerciais recomendados para cachorros e gatos. Através do conhecimento profundo das variáveis de processo, utilizou-se alguns experimentos para o entendimento do processo quanto à natureza da resposta, como a linearidade e a variação da resposta com o tempo. Estes experimentos informaram sobre o comportamento das curvas de reação para as variáveis independentes isoladamente. Atendendo a necessidade para a aplicação de estratégias de controle não lineares e/ou neurais o processo demonstrou-se com resposta em um único sentido com a perturbação, não linear e variante com o tempo. Este estudo foi comprovado pela aplicação da teoria de controle para processos lineares com perturbações lineares isoladas. Finalmente, é utilizado o conhecimento adquirido no estudo do processo de extrusão e da avaliação da curva resposta experimental das perturbações isoladas para o projeto de um algorítimo de controle baseado na estratégia de controle MIMO 2 x 2. Este controle foi testado através do controlador neuro-adaptativo 'Model Free Adaptive' (MFA), demonstrando resultados preliminares satisfatórios para o controle simultâneo da temperatura e pressão de saída de um extrusor de eixo simples, empregando como variáveis manipulativas a proporção de vapor / água e a vazão de farinha de alimentação respectivamente para as variáveis de processo citadas / Abstract: The present study informs about the main features of extrusion control processes, based on product-wet density and moisture. To comprehend the study, some background of the classic control theory is provided. The process complexity, provided by formation of a bio-polymer from carbohydrate-lipid-protein raw materials, requires analysis using statistical concepts to build an experimental model for the principal extrusion process variables. Significant statistical relationships were evaluated between the following independent variables: meal feed rate, steam feed rate, water feed rate and extruder screw speed; and dependent variables: wet product density and moisture, extruder die temperature and die pressure. The process energy and mass balance were described using the Specific Mechanical Energy ('SME') and Specific Thermal Energy ('STE') concepts. To facilitate the industrial application of this study, the wet density and moisture control is evaluated by an experimental empirical relationship between die temperature and die pressure. Die temperature and die pressure measurements are more feasible when compared with wet product density and moisture measurements due to ease of installation and measurement precision. Suitable equipment for the wet-solid product density measurements apply the nuclear principle, where safety is a concern; and moisture measurements use sophisticated devices with any combination of infrared and optical systems. In order to evaluate the model application, a box experimental design was used with four independent variables, star points and some random points resulting from extrusion operation experience. Three typical dry recipes used in the pet food industry were tested, representing the majority of retail products for dogs and cats. Applying the knowledge of extrusion process variables, several experiments were run to understand the process responses, such as linearity and control parameters. These experiments showed the influence of isolated independent variables to the dependent variables. The process was characterized by presenting a one way, non-linearity and time varying response, suitable for non-linear and neural controllers. Classic control theory was applied to evaluate each perturbation. The knowledge gained from an extrusion process and experimental response curve analysis from isolated perturbation was applied to build a control algorithm based on MIMO 2 X 2 control strategy. This model was tested by the neural-adaptive ' Model Free Adaptive' (MFA) controller. Initial satisfactory results were observed from the simultaneous control of die temperature and die pressure on a single screw extruder, using as manipulative variables the ratio of steam / water and the meal feed rate respectively / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos