Este projeto estudou a influência do substrato na dinâmica do processo de formação do biofilme em espuma de poliuretano, em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo diferenciais, alimentados com extrato de carne, glicose, amido, lipídeos e esgoto sanitário sintético. O estudo constitui em acompanhar a colonização das matrizes de espuma, ao longo do tempo, em relação a quantidade de biomassa aculumada, polímero extracelular produzido e características morfológicas das células presentes nos suportes retirados dos reatores diferenciais. O uso dessas técnicas permitiu o melhor entendimento do processo de aderência, além da verificação da composição morfológica e a estrutura do biofilme aderido ao suporte, possibilitando correlacionar a ocorrência de determinadas morfologias com cada etapa da colonização observada. A influência do substrato na dinâmica de aderência foi verificada devido aos diferentes padrões de colonização encontrados. Foi observada uma grande variabilidade morfológica em relação ao substrato utilizado. Todavia, uma grande ocorrência de organismos semelhantes a Methanosaeta sp foi verificada em todos os ciclos, principalmente em relação a Methanosarcina sp. O fenômeno de excreção de polímeros pareceu ser de fundamental importância no processo de colonização de matrizes de poliuretano, estando vinculado provavelmente à fixação das células aos suportes. A produção de polímeros, na etapa de aderência inicial, apresentou comportamento diferenciado para cada substrato utilizado. De acordo com os modelos propostos e as análises de microscopia eletrônica de varredura, verificou-se que os polímeros extracelulares podem estar ligados ao entupimento de reatores de leito fixo, permanecendo no interior dos suportes e nos interstícios do leito, causando problemas operacionais. As rápidas partidas observadas em trabalhos utilizando reatores de leito fixo e espuma de poliuretano como suporte podem estar vinculadas à rápida aderência dos organismos em todos os ciclos estudados. / This work focused on the influence of the type of substrate on the process of biofilm formation onto polyurethane foam matrices, in differential horizontal anaerobic immobilized sludge reactors, fed with meat extract (protein), glucose, starch, lipid and synthetic domestic wastewater. It consisted of accompanying the colonization of foam matrices with time, regarding to biomass amount, extracellular polymers produced and the morphological characteristics of the cells present on the supports packed in the differential reactors. These techniques permitted a better understanding of the adhesion process, besides a verification of the morphological composition and the structure of the biofilm attached to the support, making possible a correlation of the particular morphologies occurrences with each colonization step. The influence of the substrate was verified due to the different colonization patterns found. It was observed considerable morphological variety depending on the substrate utilized. However, the presence of Methanosaeta sp.- like organisms was often verified in all cycles, specially Methanosarcina sp. The excretion of polymers seemed to be crucial in the colonization process of the polyurethane matrices, being probably related to the cell fixation on the support. The polymeric production, in the inital adhesion step, showed a particular behavior for each substrate employed. According to the proposed models and the scanning electronic microscopy analysis, it was verified that the extracellular polymers can be related to the clogging of the fixed-bed reactors, as it keeps into the supports and the bed interstices, causing operational problems. The fast start-ups observed in works using fixed-bed reactors and polyurethane foam as support can be related to the fast cell adhesion during all cycles studied.

Orientador: Juliana Campos Junqueira / Coorientadora: Patrícia Pimentel de Barros / Banca: Silvana Soléo Ferreira dos Santos / Banca: Alessandra Bühler Borges / Resumo: O uso de probióticos como método de prevenção para a cárie dental tem sido amplamente investigado com resultados promissores. Portanto, torna-se necessário o desenvolvimento de formulações, para aplicação na cavidade bucal, que contenham cepas probióticas com atividade contra Streptococcus mutans. Assim, o objetivo desse projeto foi avaliar os efeitos antimicrobianos de formulações probióticas de Lactobacillus paracasei 28.4 sobre a atividade antibacteriana em crescimento planctônico, produção de polissacarídeos e formação de biofilmes de S. mutans. Inicialmente, a atividade antibacteriana de 3 diferentes formulações probióticas (concentrações de 0,5, 0,75 e 1% p/v de gellan gum em CaCl2) foram testadas em culturas planctônicas sobre cepas de S. mutans (cepa padrão UA 159 e 5 cepas clínicas). Os resultados demonstraram inibição total do crescimento das cepas de S. mutans quando tratadas com todas as formulações probióticas testadas. Nos estudos subsequentes, foram avaliados os efeitos profiláticos da formulação probiótica na concentração de 1% p/v nos biofilmes de 4 e 24 horas de S. mutans, utilizando-se a cepa UA 159 e 2 cepas clínicas. Por meio do método sulfúrico-antrona, foi observado que a aplicação da formulação probiótica reduziu a capacidade de produção de polissacarídeos extracelulares pelas cepas de S. mutans em aproximadamente 80% nos dois tempos dos biofilmes testados. A formulação probiótica também foi capaz de reduzir significativamente a biomassa total dos biof... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Este projeto estudou a influência do substrato na dinâmica do processo de formação do biofilme em espuma de poliuretano, em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo diferenciais, alimentados com extrato de carne, glicose, amido, lipídeos e esgoto sanitário sintético. O estudo constitui em acompanhar a colonização das matrizes de espuma, ao longo do tempo, em relação a quantidade de biomassa aculumada, polímero extracelular produzido e características morfológicas das células presentes nos suportes retirados dos reatores diferenciais. O uso dessas técnicas permitiu o melhor entendimento do processo de aderência, além da verificação da composição morfológica e a estrutura do biofilme aderido ao suporte, possibilitando correlacionar a ocorrência de determinadas morfologias com cada etapa da colonização observada. A influência do substrato na dinâmica de aderência foi verificada devido aos diferentes padrões de colonização encontrados. Foi observada uma grande variabilidade morfológica em relação ao substrato utilizado. Todavia, uma grande ocorrência de organismos semelhantes a Methanosaeta sp foi verificada em todos os ciclos, principalmente em relação a Methanosarcina sp. O fenômeno de excreção de polímeros pareceu ser de fundamental importância no processo de colonização de matrizes de poliuretano, estando vinculado provavelmente à fixação das células aos suportes. A produção de polímeros, na etapa de aderência inicial, apresentou comportamento diferenciado para cada substrato utilizado. De acordo com os modelos propostos e as análises de microscopia eletrônica de varredura, verificou-se que os polímeros extracelulares podem estar ligados ao entupimento de reatores de leito fixo, permanecendo no interior dos suportes e nos interstícios do leito, causando problemas operacionais. As rápidas partidas observadas em trabalhos utilizando reatores de leito fixo e espuma de poliuretano como suporte podem estar vinculadas à rápida aderência dos organismos em todos os ciclos estudados. / This work focused on the influence of the type of substrate on the process of biofilm formation onto polyurethane foam matrices, in differential horizontal anaerobic immobilized sludge reactors, fed with meat extract (protein), glucose, starch, lipid and synthetic domestic wastewater. It consisted of accompanying the colonization of foam matrices with time, regarding to biomass amount, extracellular polymers produced and the morphological characteristics of the cells present on the supports packed in the differential reactors. These techniques permitted a better understanding of the adhesion process, besides a verification of the morphological composition and the structure of the biofilm attached to the support, making possible a correlation of the particular morphologies occurrences with each colonization step. The influence of the substrate was verified due to the different colonization patterns found. It was observed considerable morphological variety depending on the substrate utilized. However, the presence of Methanosaeta sp.- like organisms was often verified in all cycles, specially Methanosarcina sp. The excretion of polymers seemed to be crucial in the colonization process of the polyurethane matrices, being probably related to the cell fixation on the support. The polymeric production, in the inital adhesion step, showed a particular behavior for each substrate employed. According to the proposed models and the scanning electronic microscopy analysis, it was verified that the extracellular polymers can be related to the clogging of the fixed-bed reactors, as it keeps into the supports and the bed interstices, causing operational problems. The fast start-ups observed in works using fixed-bed reactors and polyurethane foam as support can be related to the fast cell adhesion during all cycles studied.

Os objetivos deste trabalho foram avaliar o desempenho do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial quando submetido ao aumento progressivo da concentração de glicose e estimar os parâmetros cinéticos da degradação da glicose. Inicialmente o reator foi operado com ciclos de 8 horas, tratando glicose nas concentrações, aproximadas, de 500, 1000 e 2000 mg/L. Não foi detectada glicose no efluente nas três condições. O reator operou de maneira estável, tratando aproximadamente 500 mg/L de glicose, com eficiência na remoção da DQO filtrada entre 93% e 97%. Na operação com concentrações de glicose no afluente próximas de 1000 mg/L e 2000 mg/L, observou-se instabilidade operacional, principalmente devido à produção de polímeros extracelulares (EPS) que comprometeram a hidrodinâmica e a transferência de massa no sistema. Os valores médios da concentrações de ácidos voláteis no efluente foram de 159 ± 72 mg/L e 374 ± 92 mg/L, respectivamente. Aos perfis de concentração de glicose foi ajustado modelo de primeira ordem, enquanto que um modelo modificado, contemplando concentração residual de matéria orgânica, foi ajustado aos perfis temporais de DQO. Para verificar a formação do EPS, operou-se o reator com 3 horas de ciclo nas concentrações, aproximadas, de 500 e 1000 mg/L. Esta fase teve como objetivo verificar a hipótese, segundo a qual, a produção de EPS seria resultado da exposição da biomassa a baixas concentrações de matéria orgânica por longo período. Dessa forma, reduzindo o tempo de ciclo, a exposição a baixas concentrações também seria reduzida. No entanto, embora o reator tenha operado com relativa estabilidade, verificou-se formação de grande quantidade de EPS logo na primeira condição operacional, com aproximadamente, 500 mg/L de glicose no afluente, indicando que a hipótese não estava correta. / The main objectives of this study were to evaluate the performance of the anaerobic sequencing batch reactor when subjected to a progressive increasing of the influent glucose concentration and estimate the kinetic parameters of glucoses degradation. Initially the reactor was operated with 8-hour cycles, treating glucose at concentrations of 500, 1000 and 2000 mg/L. Glucose was not detected in the effluent in all these three conditions. The reactor showed operating stability treating glucose concentration of approximately 500mg/L, with efficiencies between 93% to 97% in the filtrated COD removal. In the operation with glucose concentrations of 1000 mg/L and 2000 mg/L, approximately, it could be noticed an operational instability, caused mainly by a production of extracellular polymers (EPS) leading to hydrodynamic and mass transfer problems in the reactor. The mean values of volatile acids concentration in the effluent were about 159 ± 72mg/L and 374 ± 92mg/L, respectively. A first order model was adjusted to glucose concentration profiles, and a modified model, including a residual concentration of substrate, was adjusted to COD temporal profiles. To verify the EPS formation, the reactor was operated with 3-hour cycle in the concentrations of 500 and 1000 mg/L This stage had the objective of verifying if the EPS production would result from the exposure of the biomass to low concentration of substrate for a long period of time. Thus, reducing the time cycle, the exposure to low concentrations would also be reduced. Nevertheless, even with the reactor operating with relative stability, the hypotheses could not be verified due the formation of a large amounts of EPS right in the first operational condition with approximately to 500 mg/L of glucose in the influent, showing that the hypothesis was not right.

Os objetivos deste trabalho foram avaliar o desempenho do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial quando submetido ao aumento progressivo da concentração de glicose e estimar os parâmetros cinéticos da degradação da glicose. Inicialmente o reator foi operado com ciclos de 8 horas, tratando glicose nas concentrações, aproximadas, de 500, 1000 e 2000 mg/L. Não foi detectada glicose no efluente nas três condições. O reator operou de maneira estável, tratando aproximadamente 500 mg/L de glicose, com eficiência na remoção da DQO filtrada entre 93% e 97%. Na operação com concentrações de glicose no afluente próximas de 1000 mg/L e 2000 mg/L, observou-se instabilidade operacional, principalmente devido à produção de polímeros extracelulares (EPS) que comprometeram a hidrodinâmica e a transferência de massa no sistema. Os valores médios da concentrações de ácidos voláteis no efluente foram de 159 ± 72 mg/L e 374 ± 92 mg/L, respectivamente. Aos perfis de concentração de glicose foi ajustado modelo de primeira ordem, enquanto que um modelo modificado, contemplando concentração residual de matéria orgânica, foi ajustado aos perfis temporais de DQO. Para verificar a formação do EPS, operou-se o reator com 3 horas de ciclo nas concentrações, aproximadas, de 500 e 1000 mg/L. Esta fase teve como objetivo verificar a hipótese, segundo a qual, a produção de EPS seria resultado da exposição da biomassa a baixas concentrações de matéria orgânica por longo período. Dessa forma, reduzindo o tempo de ciclo, a exposição a baixas concentrações também seria reduzida. No entanto, embora o reator tenha operado com relativa estabilidade, verificou-se formação de grande quantidade de EPS logo na primeira condição operacional, com aproximadamente, 500 mg/L de glicose no afluente, indicando que a hipótese não estava correta. / The main objectives of this study were to evaluate the performance of the anaerobic sequencing batch reactor when subjected to a progressive increasing of the influent glucose concentration and estimate the kinetic parameters of glucoses degradation. Initially the reactor was operated with 8-hour cycles, treating glucose at concentrations of 500, 1000 and 2000 mg/L. Glucose was not detected in the effluent in all these three conditions. The reactor showed operating stability treating glucose concentration of approximately 500mg/L, with efficiencies between 93% to 97% in the filtrated COD removal. In the operation with glucose concentrations of 1000 mg/L and 2000 mg/L, approximately, it could be noticed an operational instability, caused mainly by a production of extracellular polymers (EPS) leading to hydrodynamic and mass transfer problems in the reactor. The mean values of volatile acids concentration in the effluent were about 159 ± 72mg/L and 374 ± 92mg/L, respectively. A first order model was adjusted to glucose concentration profiles, and a modified model, including a residual concentration of substrate, was adjusted to COD temporal profiles. To verify the EPS formation, the reactor was operated with 3-hour cycle in the concentrations of 500 and 1000 mg/L This stage had the objective of verifying if the EPS production would result from the exposure of the biomass to low concentration of substrate for a long period of time. Thus, reducing the time cycle, the exposure to low concentrations would also be reduced. Nevertheless, even with the reactor operating with relative stability, the hypotheses could not be verified due the formation of a large amounts of EPS right in the first operational condition with approximately to 500 mg/L of glucose in the influent, showing that the hypothesis was not right.