Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2008. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-09-24T18:12:59Z No. of bitstreams: 1 dissertao ana priscila centeno da rosa.pdf: 832074 bytes, checksum: f714a15c9e2b09a517b32f01fb11ef36 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-12-01T01:10:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao ana priscila centeno da rosa.pdf: 832074 bytes, checksum: f714a15c9e2b09a517b32f01fb11ef36 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-01T01:10:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao ana priscila centeno da rosa.pdf: 832074 bytes, checksum: f714a15c9e2b09a517b32f01fb11ef36 (MD5) Previous issue date: 2008 / Spirulina (Arthrospira) é uma microalga fotossintética, encontrada em ambientes alcalinos e é uma das mais produzidas no mundo. Sua biomassa possui alto valor nutricional e agregado. Apresenta alto teor protéico e é rica em compostos bioativos, como aminoácidos essenciais, ácidos graxos, pigmentos e vitaminas. Um sistema de produção de biomassa microalgal depende de muitos fatores, entre eles, o desenvolvimento de um meio de cultivo economicamente viável. O objetivo do presente trabalho foi estudar a influência da concentração de nutrientes no meio de cultivo para a produção da microalga Arthrospira em biorreatores tipo “raceway” e modo semicontínuo. Para os cultivos foi utilizado meio Zarrouk que teve as fontes de carbono, nitrogênio e fósforo mantidas nas concentrações padrões e os demais nutrientes (solução B) foram variados em 25% (Z-B25), 50% (Z-B50), 75% (Z-B75) e 100% (Z-100). Foram realizados ensaios com diferentes volumes do meio de cultura, 5L e 2 500 L. Nos ensaios realizados em biorreatores com volume de meio de 5 L a velocidade específica máxima de crescimento e a produtividade foram reduzidas com o consumo dos nutrientes pela microalga. Os máximos valores de velocidade específica de crescimento (0,184 d-1) e produtividade (48,03 mg.L-1.d-1) foram observados no ensaio Z-B50. Os ensaios Z-B50 e Z-B75 apresentaram velocidade específica máxima de crescimento e produtividade sem diferença significativa (p>0,15) a partir do terceiro ciclo de crescimento. No inicio do terceiro ciclo as concentrações de nitrogênio e fósforo apresentaram reduções de 21,2 e 15,7% (Z-B50) e 29,9 e 12,9% (Z-B75), respectivamente. Para cada ensaio foram realizadas análises de composição química da biomassa a cada ciclo de crescimento do cultivo. O maior teor protéico (48,8±4,1%) foi encontrado na biomassa de Arthrospira no ensaio Z-100. O ensaio ZB50 apresentou biomassa contendo 46,10±2,59% de proteína por um período de, aproximadamente, 50 d. Os cultivos em biorreatores com volume de meio de 2 500 L foram realizados em condições ambientais não controlas e foi utilizado água da Lagoa Mangueira para diluição do meio Zarrouk. A temperatura e a iluminância variaram de 16 a 42ºC e 26,3 a 105,2 klux, respectivamente. As máximas velocidades específicas de crescimento e produtividades, respectivamente, 0,276 d-1 e 148,36 mg.L-1.d-1 (ZB50) e 0,368 d-1 e 95,60 mg.L-1.d-1 (Z-100), foram encontradas no período com maior média de temperatura,. Para estes ensaios, a concentração de proteína na biomassa não apresentou diferença significativa (p>0,05). A concentração de lipídios na biomassa, ao final dos ensaios, apresentou redução em relação a concentração inicial de 22 e 52% para os ensaios Z-B50 e Z-100, respectivamente. / Spirulina (Arthrospira) is a photosynthetic microalgae found in alkaline environmental and it is one of the most produced in the world. The chemical composition of Spirulina’s biomass indicates that it has high nutritional value due its composed of a wide range of biologically active compounds, such as vitamins, pigments, fatty acids and essential amino acids. A production system of microalgae biomass depends on several factors, such as, the development of economic culture medium. The objective of this work was studied the influence of nutrients concentration on culture medium for the production Arthrospira microalgae in open raceway ponds and semicontinuous process. For the experiments, was used Zarrouk’s medium, where carbon, nitrogen and phosphorous sources were used at standard concentration and the concentration of the others nutrients (B-solution) were varied to 25% (Z-B25), 50% (Z-B50), 75% (Z-B75) and 100% (Z-100). Two experiments were performed with different culture medium volume, 5 L and 2 500 L. In an experiment performed with medium volume of 5 L, was observed a reduction on maximum specific growth rate and productivity according the nutrients consumed by microalgae. The maximum values of specific growth rate (0.184 d-1) and productivity (48.03 mg.L-1.d-1) were observed an experiment Z-B50. After the third growth cycle, the maximum specific growth rate and productivity didn’t show significant difference (p>0.15) for experiments Z-B50 and Z-B75. In the beginning of the third cycle, nitrogen and phosphorous concentrations showed a reduction of 21.1 and 15.7% for Z-B50 medium, 29.9 and 12.9% for Z-B75, respectively. For each cycle growth, analyses of chemical composition were performed from the biomass of each experiment. The highest protein content (48.8±4.1%) was found out in the Arthrospira biomass at Z-100 test. In the essay Z-B50, the biomass protein content was 46.10±2.59% for a period of 50 days, approximately. The process on bioreactor that used 2 500 L of medium volume, was carried out in environmental conditions and was utilized Mangueira Lagoon water for dilution Zarrouk’s medium. The temperature and illumination were varied between 16 to 42ºC and 26.3 to 105.2 klux, respectively. The maximum specific growth rate and productivity were, 0.276 d-1 and 148.36 mg.L-1.d-1 (ZB50) and 0.368 d-1 and 95.60 mg.L-1.d-1 (Z-100), respectively, found out in a period that presented the highest average temperature. For these experiments, the protein concentration of biomass did not show significant difference (p>0.05), already, the lipid concentration showed a reduction when compared an initial concentration of 22 and 52% for Z-B50 and Z-100 experiments, respectively.

Dissertação(mestrado)- Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2010. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-30T16:18:53Z No. of bitstreams: 1 dissertao adriano arruda henrard.pdf: 1485086 bytes, checksum: f5665b2804865ca150fc4f99a546ffe6 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-09-03T19:18:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao adriano arruda henrard.pdf: 1485086 bytes, checksum: f5665b2804865ca150fc4f99a546ffe6 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-03T19:18:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao adriano arruda henrard.pdf: 1485086 bytes, checksum: f5665b2804865ca150fc4f99a546ffe6 (MD5) Previous issue date: 2009 / As microalgas se destacam por apresentarem diversas potencialidades, como fonte de alimento, obtenção de bioprodutos, produção de biocombustíveis e também podem contribuir na redução do efeito estufa, fixando CO2. As microalgas apresentam em sua composição alto teor de proteínas, ácidos graxos, minerais e pigmentos e, além disso, a microalga Chlorella possui certificado GRAS (Generally Recognized As Safe), podendo ser utilizada como alimento sem oferecer risco à saúde humana. Industrialmente, o cultivo semicontínuo de microalgas é muito empregado, pois com esse tipo de cultivo é possível a manutenção da cultura em crescimento por períodos mais prolongados, procedendo-se apenas a alimentação periódica do meio novo. O objetivo deste trabalho foi estudar o crescimento das microalgas Cyanobium sp. e Chlorella sp. cultivadas em modo semicontínuo e diferentes condições nutricionais e de processo. Assim, este trabalho foi dividido em 3 etapas: na primeira, objetivou-se estudar os cultivos das microalgas Cyanobium sp. e Chlorella sp. em diferentes condições nutricionais e de processo; na segunda etapa, avaliou-se o cultivo semicontínuo da microalga Cyanobium sp. em fotobiorreator tubular vertical de 2 L e na terceira, estudou-se o cultivo da microalga Chlorella sp. em modo semicontínuo em fotobiorreator aberto tipo raceway de 6 L. Para avaliar o melhor meio nutriente e agitação, os cultivos foram realizados em fotobiorreatores tipo erlenmeyer e raceway de 0,5 L e 6 L, respectivamente. Os cultivos foram realizados em condições controladas, estufa climatizada a 30ºC, 3200 Lux e fotoperíodo 12 h claro/escuro. O melhor meio de cultivo para as microalgas Cyanobium sp. e Chlorella sp. foi o meio BG11 com adição de bicarbonato de sódio, onde foram obtidas as maiores concentrações celulares (0,56 e 0,66 g.L-1), velocidades específicas de crescimento (0,303 e 0,166 d-1) e produtividades (0,120 e 0,089 g.L-1.d-1), respectivamente. Quando cultivadas sob diferentes agitações, as melhores respostas foram obtidas nos ensaios realizados com agitação por 2 bombas submersas, com concentrações máximas de biomassa 1,21 e 0,93 g.L-1 para Cyanobium sp. e Chlorella sp, respectivamente. Para o cultivo em modo semicontínuo da microalga Cyanobium sp., a máxima velocidade específica de crescimento foi 0,127 d-1 quando o cultivo foi realizado com concentração de corte 1,0 g.L-1, taxa de renovação 50% e concentração de bicarbonato de sódio 1,0 g L-1. Os máximos valores de produtividade (0,071 g.L-1.d-1) e número de ciclo (10) foram observados em concentração de corte 1,0 g.L-1, taxa de renovação 30% e concentração de bicarbonato 1,0 g.L-1. No cultivo semicontínuo com Chlorella sp., a maior velocidade específica de crescimento (0,149 d-1) foi obtida quando cultivada com 1,6 g.L-1 de bicarbonato de sódio e concentração de corte 0,6 g.L-1. A maior produtividade (0,091 g.L-1.d-1) foi obtida quando utilizado no cultivo concentração de corte 0,8 g.L-1, taxa de renovação de meio 40% e concentração de bicarbonato de sódio 1,6 g.L-1. Os resultados mostraram que o cultivo em modo semicontínuo é uma alternativa para maximizar a produção de microalgas, além disso, o sistema de cultivo deve ser escolhido não apenas pela maior produtividade, mas também de acordo com as características desejadas do produto. / Microalgae had gain attention for presenting diverse potentialities, as source of food, attainment of bioproducts, produce biofuels and also can contribute in the greenhouse effect reduction, fixing CO2. Microalgae presents in its composition high contents of protein, fatty acids, minerals and pigments, moreover, microalgae Chlorella possess the GRAS (Generally Recognized As Safe) certificate, being able to be used as food without offering any risk to the human health. The semicontinuous microalgae cultivation is very used, because of the long period cells maintenance, being necessary the periodic feeding of new cultivation medium. The objective of this work was to study the growth of the microalgae Cyanobium sp. and Chlorella sp. cultivated in semicontinuous mode and different nutritional and process conditions. This work was divided in three stages: in the first, the aim was to study the cultivation of the microalgae Cyanobium sp. and Chlorella sp. in different nutritional and process conditions; in the second stage, the semicontinuous cultivation of the microalgae Cyanobium sp. in vertical tubular photobioreactor of 2 L was evaluated; in the third, the culture of the microalgae Chlorella sp. was studied in semicontinuous mode in open photobioreactor type raceway of 6 L. To evaluate the best medium nutrient and agitation conditions, cultures were carried out under in photobioreactors type erlenmeyer and raceway of 0,5 L and 6 L, respectively. Cultures were carried out under controlled conditions, climatized greenhouse at 30ºC, 3200 Lux and 12 h photoperiod light/dark. The best culture medium for the microalgae Cyanobium sp. and Chlorella sp. was the BG11 medium with sodium bicarbonate addition, where were obtained the highest cell concentrations (0,56 and 0,66 g.L-1), specific growth rate (0,303 and 0,166 d-1) and productivity (0,120 and 0,089 g.L- 1.d-1), respectively. When cultivated under different agitation conditions, the best answers were obtained with agitation given by 2 submerged pumps, with maximum biomass concentrations 1,21 g.L-1 for Cyanobium sp. and 0,93 g.L-1 for Chlorella sp. For the culture in semicontinuous mode of the microalga Cyanobium sp., the maximum specific growth rate was 0,127 d-1 in the culture with cell concentration 1,0 g.L-1, renewal rate 50% and sodium bicarbonate concentration 1,0 g.L-1. The maximum productivity values (0.071 g.L-1.d-1) and cycle number (10) had been observed in cell concentration 1,0 g.L-1, renewal rate 30% and 1,0 g.L-1 bicarbonate concentration. In the semicontinuous culture with Chlorella sp., the highest specific growth rate (0,149 d-1) was gotten when cultivated with 1,6 g.L-1.d-1 of sodium bicarbonate and cell concentration 0,6 g.L-1). The highest productivity (0,091 g.L-1.d-1) was gotten when cell concentration 0,8 g.L-1, medium renewal rate 40% and sodium bicarbonate concentration 1,6 g.L-1 were used in the culture. Results had shown that semicontinuous mode culture is an alternative to maximize the microalgae production, moreover, the culture system must not only be chosen by the highest productivity, but also in accordance with the desired characteristics of the product.

O aumento das preocupações ambientais tem proporcionado a busca crescente por alternativas para reduzir os impactos decorrentes de resíduos perigosos oriundos de processos industriais. Dentre estes resíduos, pode-se destacar o fenol, por sua alta toxicidade e dificuldade de tratamento. O fenol é um dos principais poluentes encontrado em efluentes de indústrias de resinas fenólicas, automotivas, farmacêuticas e refinarias de petróleo. Compostos fenólicos são absorvidos facilmente por animais e seres humanos através da pele e são extremamente tóxicos para a vida aquática. Nesta busca por formas de tratamento de resíduos, a absorção é considerada uma das mais importantes técnicas de uso industrial utilizada na purificação de emissões gasosas, além de diversas aplicações em processos industriais. O princípio desta operação baseia-se no transporte de massa de pelo menos um componente de uma mistura gasosa para uma fase líquida, através da interface entre ambas. Este trabalho é parte integrante de um projeto global intitulado \"Estudo da Recuperação de Poluentes Prioritários de Soluções Aquosas por Extração Liquido-Liquido com Tratamento Simultâneo de Gases Ácidos\". Na primeira etapa há a remoção do fenol de soluções aquosas, que simulam o efluente industrial, por extração líquido-líquido utilizando metil isobutil cetona. Na segunda etapa, há a remoção do fenol do solvente através de reação com uma solução de NaOH formando o fenolato de sódio. Assim, esta terceira etapa consiste na recuperação do fenol através de reação de gases ácidos com os fenolatos formados na segunda etapa em processo semicontínuo, visando a utilização de tanques agitados, bombas e tubulações existentes em indústrias Químico-Farmacêuticas nos períodos vagos entre etapas de produção. Além da recuperação do fenol do efluente e sua reutilização, há a redução das emissões dos gases ácidos, que são os principais responsáveis pelo efeito estufa. / The increase of the environmental concerns has been providing the growing search for alternatives to reduce the current impacts of dangerous wastes originating from industrial processes. Among these wastes, it can stand out the phenol, for its high toxicity and treatment difficulty. The phenol is one of the main pollutants found in effluents of industries producing phenolic resins, pharmaceuticals and petroleum refineries. Phenolic compounds are absorbed easily by animals and human beings through the skin and several phenols are considered extremely toxic for the aquatic life. In this search for new processes for the treatment of wastes, the absorption is considered one of the most important techniques of industrial use in the purification of gaseous emissions, besides several applications in industrial processes. The principle of this technique is based on the mass transfer of at least one component of a gaseous mixture to a liquid phase through the interface between them. This work is part of a project entitled \"Recovery of Priority Pollutants from Aqueous Solutions through Liquid-liquid Extraction with Simultaneous Treatment of Acid Gases\". That study comprises three stages. In the first stage phenol is removed from aqueous solutions, simulating the industrial effluent, through liquid-liquid extraction with methyl isobutyl ketone. In the second stage, phenol is removed from the solution of methyl isobutyl ketone through the reaction with NaOH dissolved in water forming sodium phenolate. In the third stage, the object of this study, phenol is recovered from the sodium phenolate aqueous solution through the reaction with acid gases in a semi continuous process. The industrial application of this process is promising if one considers that agitated tanks, pumps and pipes necessary to this process are usual equipments in chemical and chemical-pharmaceutical industries and could be used in periods between batch productions. This process promotes the reduction of acid gas emissions, in particular the Carbon Dioxide, one of the gases responsible for the greenhouse effect.

O aumento das preocupações ambientais tem proporcionado a busca crescente por alternativas para reduzir os impactos decorrentes de resíduos perigosos oriundos de processos industriais. Dentre estes resíduos, pode-se destacar o fenol, por sua alta toxicidade e dificuldade de tratamento. O fenol é um dos principais poluentes encontrado em efluentes de indústrias de resinas fenólicas, automotivas, farmacêuticas e refinarias de petróleo. Compostos fenólicos são absorvidos facilmente por animais e seres humanos através da pele e são extremamente tóxicos para a vida aquática. Nesta busca por formas de tratamento de resíduos, a absorção é considerada uma das mais importantes técnicas de uso industrial utilizada na purificação de emissões gasosas, além de diversas aplicações em processos industriais. O princípio desta operação baseia-se no transporte de massa de pelo menos um componente de uma mistura gasosa para uma fase líquida, através da interface entre ambas. Este trabalho é parte integrante de um projeto global intitulado \"Estudo da Recuperação de Poluentes Prioritários de Soluções Aquosas por Extração Liquido-Liquido com Tratamento Simultâneo de Gases Ácidos\". Na primeira etapa há a remoção do fenol de soluções aquosas, que simulam o efluente industrial, por extração líquido-líquido utilizando metil isobutil cetona. Na segunda etapa, há a remoção do fenol do solvente através de reação com uma solução de NaOH formando o fenolato de sódio. Assim, esta terceira etapa consiste na recuperação do fenol através de reação de gases ácidos com os fenolatos formados na segunda etapa em processo semicontínuo, visando a utilização de tanques agitados, bombas e tubulações existentes em indústrias Químico-Farmacêuticas nos períodos vagos entre etapas de produção. Além da recuperação do fenol do efluente e sua reutilização, há a redução das emissões dos gases ácidos, que são os principais responsáveis pelo efeito estufa. / The increase of the environmental concerns has been providing the growing search for alternatives to reduce the current impacts of dangerous wastes originating from industrial processes. Among these wastes, it can stand out the phenol, for its high toxicity and treatment difficulty. The phenol is one of the main pollutants found in effluents of industries producing phenolic resins, pharmaceuticals and petroleum refineries. Phenolic compounds are absorbed easily by animals and human beings through the skin and several phenols are considered extremely toxic for the aquatic life. In this search for new processes for the treatment of wastes, the absorption is considered one of the most important techniques of industrial use in the purification of gaseous emissions, besides several applications in industrial processes. The principle of this technique is based on the mass transfer of at least one component of a gaseous mixture to a liquid phase through the interface between them. This work is part of a project entitled \"Recovery of Priority Pollutants from Aqueous Solutions through Liquid-liquid Extraction with Simultaneous Treatment of Acid Gases\". That study comprises three stages. In the first stage phenol is removed from aqueous solutions, simulating the industrial effluent, through liquid-liquid extraction with methyl isobutyl ketone. In the second stage, phenol is removed from the solution of methyl isobutyl ketone through the reaction with NaOH dissolved in water forming sodium phenolate. In the third stage, the object of this study, phenol is recovered from the sodium phenolate aqueous solution through the reaction with acid gases in a semi continuous process. The industrial application of this process is promising if one considers that agitated tanks, pumps and pipes necessary to this process are usual equipments in chemical and chemical-pharmaceutical industries and could be used in periods between batch productions. This process promotes the reduction of acid gas emissions, in particular the Carbon Dioxide, one of the gases responsible for the greenhouse effect.

Orientadores: Miriam Dupas Hubinger, Rosiane Lopes da Cunha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:44:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SanjinezArgandona_ElianaJanet_D.pdf: 1300468 bytes, checksum: c20ca032f56d49e321e696c01f4057ad (MD5) Previous issue date: 2005 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-10T16:31:37Z No. of bitstreams: 1 LUCIANO DOS SANTOS FERREIRA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2006..pdf: 536780 bytes, checksum: 06d259307302cbc1065d7863b2b8a96b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-10T16:31:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCIANO DOS SANTOS FERREIRA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2006..pdf: 536780 bytes, checksum: 06d259307302cbc1065d7863b2b8a96b (MD5) Previous issue date: 2006-04 / CNPq / Neste trabalho, mostramos a existência de solução para o problema conhecido como um problema de Dirichlet não-linear. As principais ferramentas são os Teoremas de Deformação, Passo da Montanha e os Métodos de Mínimização. / n this work, we show the existence of solutions for the problem known how the nonlinear Dirichlet of problem. The main tools used are the Deformation, Mountain Pass Theorems and the Minimization of Methods.

Microalgae, photosynthetic microorganisms, are rich in lipids, polyunsaturated fatty acids, carbohydrates, proteins, vitamins, as well as carotenoids, which are antioxidants that may protect human body from various diseases including obesity, cardiovascular disease, vision-related diseases such as macular degeneration and certain types of cancer. These natural pigments have applications in the pharmaceutical (nutraceutical), food (coloring, functional food, and supplements), and cosmetics industries (e.g. sunscreen), as well as in aquaculture (animal feed). The Dunaliella salina microalga can synthesize 10% of dry weight in &#946;-carotene (orange pigment, pro-vitamin A activity) under high light intensity and nitrogen and phosphorus limitation, among other stress conditions. The first chapter of this thesis presents a review focused on microalgae carotenoids: culture systems, mode of operation, and applications. In this bibliographic survey, the advantages of microalgae cultivation in relation to traditional sources (higher plants) were discussed, as well as a discussion of the main cultivation systems and their importance in cell growth. This review presented a critical analysis of the different operational regimes like batch, fed-batch, semi-continuous and continuous. Relevant information on the most important world producers of microalgae carotenoids were presented. Chapter II presents the development of a modified method of dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME) for rapid extraction of &#946;-carotene from Dunaliella salina cultivated in tubular photobioreactor, with subsequent development of a rapid chromatographic screening method using a C4 column for separation of geometric isomer of &#946;-carotene. The use of benzene as extraction solvent and water with 50% acetone as dispersant provided the best condition for the extraction of this carotenoid. In HPLC (High Performance Liquid Chromatography), employing mobile phase composed of methanol and water (95:5, v/v), it was possible to detect/quantify &#946;-carotene at 14 min (retention time). Besides the short analysis time (<20 min), by the miniaturized extraction (< 10 mL organic waste) this method abide by green chemistry analytical principles. It is known that nitrogen, phosphorus, as well as carbon and vitamins are vital elements for the growth of microalgae, also determining the biochemical composition of biomass. In this sense, Chapter III presents the study of the influence of different amounts of sodium nitrate (1N = 75 mg L-1; 1.5N = 112.5 mg L-1, and 3N = 225 mg L-1) and phosphate monobasic dehydrate (1P = 5.65 mg L-1, 1.5P = 8.47 mg L-1, and 3P = 16.95 mg L-1) in seawater-based f/2 medium on the growth of Dunaliella salina and &#946;-carotene biosynthesis, by continuous process with different replenishment proportions (R = 20% and 80%). Best results of cell productivity were obtained by semicontinuous process (mean values of Px up to 6.7 x 104 cells mL-1 d-1 with medium 1N:1P; R =20%) in comparison with batch process cultivation. Maximum cell density (Xm) obtained in this work was not dependent of R, but the best results were obtained when using medium 1.5N:1.5P (mean values up to 5.6 x 105 cells mL-1 with R =80%) instead of 1N:1P. The content of &#946;-carotene in the cells, in general, was higher in cells grown in medium 1N:1P (mean yield values up to 57.5 mg g-1 with R =80%) in comparison with medium 1.5N:1.5P. The cultivation of D. salina with media 3N:3P led to a long lag phase, followed by decrease in cell density and cell lysis. The use of a tubular photobioreactor contributed to successfully cultivate this microalga without contamination by protozoa. The cultivation of Dunaliella salina in tubular photobioreactor with the use of 12:12 photoperiod was appropriate, as well as to induce carotenogenesis, in the second stage, by increasing the light intensity and absence of pH control / As microalgas, micro-organismos fotossintetizantes, são ricas em lipídios, ácidos graxos poli-insaturados, carboidratos, proteínas, vitaminas, além de carotenoides que são antioxidantes com potencial de proteger o organismo humano de várias doenças incluindo a obesidade, doenças cardiovasculares, doenças relacionadas à visão como a degeneração macular e certos tipos de câncer, entre outras. Esses pigmentos naturais têm aplicações em indústrias farmacêuticas (nutracêuticos), alimentícias (colorantes, alimentos funcionais e suplementos) e de cosméticos (exemplo: filtro solar) e na aquacultura (ração animal). A microalga Dunaliella salina é capaz de sintetizar, sob alta intensidade luminosa e limitação de nutrientes como fontes de fósforo e nitrogênio, dentre outras condições de estresse, 10 % do peso seco em &#946;-caroteno (pigmento laranja com atividade pró-vitamina A). Assim, neste trabalho, numa primeira etapa, foi feita uma revisão da literatura abordando a produção de carotenoides por microalgas, bem como sua aplicação. Nesse levantamento bibliográfico abordou-se, dentre outros assuntos, as vantagens do cultivo de microalgas em relação as fontes tradicionais (plantas superiores), assim como uma discussão dos diferentes sistemas de cultivos e sua importância no crescimento celular. Esse review apresentou uma análise crítica dos principais regimes operacionais como batch, fed-batch, semicontínuo e contínuo. Apresentou-se também informações relevantes sobre os mais importantes produtores mundiais de carotenoides de microalgas. Numa segunda etapa, foi desenvolvido um método modificado de microextração líquido-líquido dispersivo modificado (DLLME) para a rápida extração de &#946;-caroteno de Dunaliella salina cultivada em fotobiorreatores tubulares, com subsequente desenvolvimento de método cromatográfico em uma coluna C4 para a separação do isômero geométrico de &#946;-caroteno. A extração ótima de &#946;-caroteno foi obtida com benzeno como solvente extrator e água com 50% de acetona como dispersante. Empregando uma fase móvel composta por metanol e água (95:5, v/v) em HPLC, foi possível a detecção/quantificação de &#946;-caroteno com 14 minutos de tempo de retenção. Além dos tempos curtos de análises (<20 min), pela extração em volume reduzido (< 10 mL resíduos orgânicos) este método obedece aos princípios da química verde. Sabe-se que nitrogênio, fósforo, assim como carbono e vitaminas são elementos vitais para o crescimento das microalgas e também exercem influência na composição bioquímica da biomassa. Assim, na terceira etapa deste trabalho, estudou-se a influência das quantidades de nitrato de sódio (75 mg L-1, denominado 1N; 112,5 mg L-1, denominado 1,5N; 225 mg L-1, denominado 3N) e de fosfato monobásico dihidratado (5,65 mg L-1, denominado 1P; 8,47 mg L-1, denominado 1,5P; 16,95 mg L-1, denominado 3P) em meio f/2, que tem como base a água do mar, no crescimento e na síntese de &#946;-caroteno da Dunaliella salina por processo semicontínuo, com uso de frações de corte (R) de 20% e 80%. Foram obtidas produtividades celulares mais elevadas em processos semicontínuos do que em processo descontínuo, com produtividades médias de até 6,7 x 104 células mL-1 d-1 (meio 1N:1P; R =20%). A máxima concentração celular (Xm) obtida neste trabalho não foi dependente de R. Os melhores resultados de Xm foram obtidos quando se usou meio 1,5N:1,5P em vez de meio, com 1N:1P, com valores médios de até 5,6 x 105 células m L-1 (R =80%). O conteúdo de &#946;-caroteno nas células, de maneira geral, foi maior nas células cultivadas em meio 1N:1P do que no meio 1,5N:1,5P, com valores até 57,5 mg g-1 (R =80%). O cultivo de D. salina com o meio 3N:3P levou a uma longa fase lag, seguida por uma diminuição na concentração celular e sua lise. O cultivo de células em um fotobiorreator tubular contribuiu para um crescimento celular sem contaminação por protozoários. O cultivo de Dunaliella salina em fotobiorreator tubular com o uso de fotoperíodo 12:12 foi apropriado, assim como induzir a carotenogênese, no segundo estágio, por meio do aumento da intensidade luminosa e ausência de controle de pH.

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-09-21T13:52:44Z No. of bitstreams: 1 DissVBF.pdf: 4418595 bytes, checksum: aaae3efb173c8760a1039251a31ea973 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:23:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissVBF.pdf: 4418595 bytes, checksum: aaae3efb173c8760a1039251a31ea973 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:24:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissVBF.pdf: 4418595 bytes, checksum: aaae3efb173c8760a1039251a31ea973 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-23T18:24:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissVBF.pdf: 4418595 bytes, checksum: aaae3efb173c8760a1039251a31ea973 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Não recebi financiamento / The continuous demand growth for liquid fuels, alongside with the decrease of fossil oil reserves, unavoidable in the long term, induces investigations for new energy sources. A possible alternative is the use of bioethanol, produced by renewable resources such as sugarcane bagasse. Two thirds of the cultivated sugarcane biomass are sugarcane bagasse and leaves, not fermentable when the current, first-generation (1G) process is used. A great interest has been given to techniques capable of utilizing the carbohydrates from this material. Among them, production of second generation (2G) ethanol is a possible alternative. 2G ethanol requires two additional operations: a pretreatment and a hydrolysis stage. Regarding the hydrolysis, the dominant technical solution has been based on the use of enzymatic complexes to hydrolyze the lignocellulosic substrate. To ensure the feasibility of the process, a high final concentration of glucose after the enzymatic hydrolysis is desirable. To achieve this objective, a high solid consistency in the reactor is necessary. However, a high load of solids generates a series of operational difficulties within the reactor. This is a crucial bottleneck of the 2G process. A possible solution is using a fed-batch process, with feeding profiles of enzymes and substrate that enhance in the process yield and productivity. The main objective of this work was to implement and test a system to infer online concentrations of fermentable carbohydrates in the reactive system, and to optimize the feeding strategy of substrate and/or enzymatic complex, according to a model-based control strategy. Batch and fed-batch experiments were conducted in order to test the adherence of four simplified kinetic models. The model with best adherence to the experimental data (a modified Michaelis-Mentem model with inhibition by the product) was used to train an Artificial Neural Network (ANN) as a softsensor to predict glucose concentrations. Further, this ANN may be used in a closedloop control strategy. A feeding profile optimizer was implemented, based on the optimal control approach. The ANN was capable of inferring the product concentration from the available data with good adherence (Determination Coefficient of 0.972). The optimization algorithm generated profiles that increased a process performance index while maintaining operational levels within the reactor, reaching glucose concentrations close to those utilized in current first generation technology a (ranging between 156.0 g.L⁻¹ and 168.3 g.L⁻¹). However rough estimates for scaling up the reactor to industrial dimensions indicate that this conventional reactor design must be replaced by a two-stage reactor, to minimize the volume of liquid to be stirred. / A crescente demanda por combustíveis líquidos, bem como a diminuição das reservas de petróleo, inevitáveis a longo prazo, induzem pesquisas por novas fontes de energia. Uma possível solução é o uso do bioetanol, produzido de resíduos, como o bagaço de cana-deaçúcar. Dois terços da biomassa cultivada são bagaço e folhas. Estas frações não são fermentescíveis quando se usa a tecnologia de primeira geração atual (1G). Um grande interesse vem sendo prestado a técnicas capazes de utilizar os carboidratos deste material. Dentre elas, a produção de etanol de segunda geração (2G) é uma possível alternativa. Etanol 2G requer duas operações adicionais: etapas de pré-tratamento e hidrólise. Considerando a hidrólise, a técnica dominante tem sido a utilização de complexos enzimáticos para hidrolisar o substrato lignocelulósico. Para assegurar a viabilidade do processo, uma alta concentração final de glicose é necessária ao final do processo. Para atingir esse objetivo, uma alta concentração de sólidos no reator é necessária. No entanto, uma carga grande de sólidos gera uma série de dificuldades operacionais para o processo. Este é um gargalo crucial do processo 2G. Uma possível solução é utilizar um processo de batelada alimentada, com perfis de alimentação de enzima e substrato para aumentar produtividade e rendimento. O principal objetivo deste trabalho é implementar e testar um sistema para inferir concentração de carboidratos fermentescíveis automaticamente e otimizar a política de substrato e/ou enzima em tempo real, de acordo com uma estratégia de controle baseada em modelo cinético. Experimentos de batelada e batelada alimentada foram realizados a fim de testar a aderência de 4 modelos cinéticos simplificados. O modelo com melhor aderência aos dados experimentais (um modelo de Michaelis-Mentem modificado com inibição por produto) foi utilizado para gerar dados a fim de treinar uma rede neural artificial para predizer concentrações de glicose automaticamente. Em estudos futuros, esta rede pode ser utilizada para compor o fechamento da malha de controle. Um otimizador de perfil de alimentação foi implementado, este foi baseado em uma abordagem de controle ótimo. A rede neural foi capaz de predizer a concentração de produto com os dados disponíveis de maneira satisfatória (Coeficiente de Determinação de 0.972). O algoritmo de otimização gerou perfis que aumentaram a performance do processo enquanto manteve as condições da hidrólise dentro de níveis operacionais, e gerou concentrações de glicose próximas as obtidas pelo caldo de cana-de-açúcar da primeira geração (valores entre 156.0 g.L ¹ e 168.3 g.L ¹). No entanto, estimativas iniciais de ⁻ ⁻ aumento de escala do processo demonstraram que para atingir dimensões industriais o projeto do reator utilizado deve ser analisado, substituindo o mesmo por um processo em dois estágios para diminuir o volume do reator e energia para agitação.