Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-26T11:04:25Z No. of bitstreams: 1 ANA REGINA NASCIMENTO CAMPOS - TESE (PPGEP) 2008.pdf: 2186103 bytes, checksum: 9499c78236c0c7500a8f85ac9096a5ff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-26T11:04:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANA REGINA NASCIMENTO CAMPOS - TESE (PPGEP) 2008.pdf: 2186103 bytes, checksum: 9499c78236c0c7500a8f85ac9096a5ff (MD5) Previous issue date: 2008-05-08 / CNPq / As condições da região semi-árida do Nordeste brasileiro têm levado os criadores a utilizarem a palma forrageira (Opuntia ficus-indica Mill) como alimento básico para os seus rebanhos, uma vez que a sua utilização é possível durante todo o ano, principalmente na ocorrência de estiagens prolongadas. No entanto, a palma apresenta baixo teor protéico e matéria seca quando comparado a outras forragens utilizadas, o que traz conseqüências desfavoráveis ao rebanho, quando se faz uso exclusivo dessa forragem. Através de pesquisas, em escala de bancada, realizadas no LEB, UAEQ/CCT/UFCG, o processo fermentativo semi-sólido mostrou-se tecnicamente viável para o enriquecimento protéico da palma. A partir dos resultados alcançados por estas pesquisas, verificou-se que existe a possibilidade de realização de sua ampliação de escala experimental, utilizando metodologias simples e de fácil aplicação no campo. Este trabalho foi realizado com o objetivo de estudar a ampliação de escala experimental do processo de enriquecimento nutricional (protéico, mineral e energético) da palma forrageira com a levedura Saccharomyces cerevisiae, através da fermentação semisólida, visando à produção de um suplemento nutricional para ração animal. Estudou-se também a influência da adição de uréia associada à adição da levedura sobre o teor de proteína bruta (PB) e aumento protéico (AP), com o uso de biorreatores bandeja e tambor rotativo. Os resultados dos testes preliminares sugeriram que a temperatura de fermentação foi uma variável que não apresentou influências estatísticas sobre as respostas estudadas e, que o maior AP foi encontrado após 24 h de fermentação. Com as análises dos dados experimentais de estudos posteriores verificou-se que tanto com a utilização de bandejas como do tambor rotativo as condições em que foram alcançadas os maiores percentuais de PB e de AP foram as mesmas, sendo: concentração de leveduras de 3% e concentração de uréia de 5%. Nessas condições as fermentações realizadas nos dois biorreatores alcançaram em média 45% de PB, o que representa um AP em torno de 6 vezes, tendo como base o teor de proteína bruta da palma in natura. Com relação ao tempo, nas fermentações realizadas em bandejas o tempo ótimo foi de 8 h e no tambor rotativo esse tempo foi reduzido para 4 h. A palma enriquecida poderá ser utilizada como suplemento nutricional para alimentação animal, pois obedece às normas estabelecidas pela NRC (1989) e pode substituir parcialmente as rações convencionais tormando-se uma alternativa de barateamento dos custos aos produtores. Para o armazenamento da palma enriquecida é necessário que a faixa ideal de atividade de água esteja compreendida entre 0,25-0,35, que corresponde a uma umidade (b.s.) menor que 0,03, eliminando, desta forma, qualquer crescimento de microrganismos. / Conditions in the semi-arid region of northeastern Brazil has made farmers use cactus pear (Opuntia ficus-indica Mill) as a basic feed for their herds, since its use is possible all year round, mainly during long periods of drought. However, this cactus has a low protein and dry matter content when compared to other fodders used, and this brings unfavorable consequences to the herds, when used exclusively. Through research, in laboratory scale, performed at LEB/UAEQ/CCT/UFCG, the solid state fermentation process showed itself technically viable for the protein enrichment of the cactus. From the results obtained from these researches, it was verified that there is the possibility of performing its expansion to an experimental scale up, using simple methodologies that are of easy usage in the field. The objective of this research was to study the enlargement of the experimental scale up of the nutritional (protein, mineral, and energy) enrichment process of the fodder cactus pear with yeast Saccharomyces cerevisiae, through solid state fermentation, aiming at producing a nutritional supplement for animal feed. The influence of adding urea associated to the addition of the yeast over the crude protein (PC) content and the protein increase (PI) were also studied, as well as the use of tray bioreactors and rotating drums. The results of the preliminary tests suggest that the temperature of fermentation was a variable that didn’t present statistical influences over the answers studied, and that the greatest PI was found after 24 h of fermentation. With the analysis of the experimental data of posterior studies, it was verified that both with the usage of trays and with rotating drums, the conditions in which greater percentages of PC and PI were reached were the same, being: yeast concentration 3% and urea concentration 5%. In these conditions the fermentations performed in the two bioreactors reached an average of 45% of PC, which represents a PI around 6 times, having as base the content of crude protein of the natural cactus. In relation to time, in the fermentations performed in trays, the best time was 8 h and in the rotating drums this time was reduced to 4 h. The enriched cactus may be used as a nutritional supplement for animal feed, for it obeys the norms established by the NRC (1989) and can partially substitute conventional feed, becoming an alternative for decreasing the farmers’ costs. To store enriched cactus it is necessary that the ideal range of water activity be between 0.25–0.35, which corresponds to a moisture content (d.b.) less than 0.03, thus eliminating, any growth of microorganisms.

Na produção do etanol 2G, as celulases representam um componente importante do custo. Com base em informações da literatura e resultados obtidos no Laboratório de Engenharia Bioquímica da Escola Politécnica da USP, foi feito um estudo do custo de produção das celulases via fermentação em estado sólido (FES) em escala industrial. Foram consideradas as seguintes variáveis no processo de produção das celulases, denominadas cenários de produção: concentração das celulases no meio de cultura de 1 a 150 FPU/gms; produtividade em celulases em 0,11 e 0,45FPU/gms.h; atividade de celulase na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar entre 7 e 30 FPU/g de substrato seco; massa de bagaço de cana a ser hidrolisada entre 5 e 30% do bagaço gerado numa usina sucroalcooleira de referência (1.000.000 ton. de cana-de-açúcar /ano); custo dos substratos para a FES variando entre US$6,00 a US$12,00 por tonelada para o bagaço de cana-de-açúcar (80% da massa do meio) e US$80,00 a US$110,00 por tonelada para o farelo de trigo (20% da massa do meio); capacidade volumétrica dos reatores de FES variando entre 5 e 50 m3. Os impactos das variáveis consideradas foram: concentração de celulases no meio de cultura, acima de 45FPU/gms causam reduções menores que 5% no custo de produção; produtividades iguais em celulases (0,45FPU/gms.h), apresenta um processo 11% menos custoso para aquela com maior produção de enzimas, em relação ao tempo de fermentação; destinação de até 10% do bagaço gerado pela usina, reduz em 7% o custo de produção das celulases e a dosagem de celulase não causa redução significativa nos custos de produção, assim como o custo das matérias-primas; o aumento da capacidade dos reatores de FES causam redução de até 47% no custo de produção das celulases. A análise de regressão linear das variáveis apresentadas indica qual o impacto percentual dobre o custo de produção das celulases: quantidade de bagaço de cana-de-açúcar destinado à hidrólise (0,6%), atividade enzimática para a reação de hidrólise (0,3%), produção de celulase (73,4%), volume dos reatores de inóculo (0,5%), volume dos reatores de FES (2,7%), tempo de crescimento do inóculo (0,1%), tempo de fermentação (3,7%), custo do bagaço de cana-de-açúcar (0,9%), custo do farelo de trigo (0,6%) e outras variáveis não analisadas (17,2%). Conclui-se que, com os dados atuais sobre FES, a probabilidade de se obter um processo em escala industrial com custo de produção de celulase menor que US$0,50/100.000FPU é de 15%. Desenvolvimento de culturas microbianas mais produtivas em celulases e tecnologias mais avançadas de reatores de grande escala, são necessárias à viabilidade da produção das celulases via FES para aplicação na hidrólise de celulose. / In ethanol 2G production, cellulases are an important component of the cost. Based on information from literature and results obtained in the Labotatório de Engenharia Bioquímica da Escola Politécnica da USP, a study was made of the production cost of cellulases via solid state fermentation (SSF) on industrial scale. The following variables were considered in the production of cellulases, called \"production scenarios\": the concentration of cellulase in the culture medium from 1 to 150 FPU / gms; productivity cellulases in 0.11 and 0.45 FPU / gms.h; cellulase activity in the hydrolysis of bagasse from sugar cane between 7 and 30 FPU / g substrate dry mass; cane bagasse hydrolyzed to be between 5 and 30% of sugarcane bagasse generated in a reference plant (1,000,000 ton of cane sugar per year) and the cost of substrates for SSF ranging from $ 6.00 to $ 12.00 per ton for the sugarcane bagasse (80% by weight of medium) and $ 80, 00 to $ 110.00 per ton for wheat bran (20% of the mass medium); volumetric capacity of the reactors of FES ranged between 5 and 50 m3. The impacts of the variables considered were: concentration of cellulase in the culture medium above 45FPU/gms cause reductions of less than 5% of the cost of production; for equal productivities of cellulose (0.45 FPU / gms.h) shows a process 11% less costly when the production of enzymes is higher in relation to fermentation time; using up to 10% of sugarcane bagasse generated by the reference plant, reduces by 7% the cost of production of cellulases and cellulase dosage does not cause significant reduction in production costs as well as the cost of raw materials; increasing the capacity of the reactors of FES cause a reduction of up to 47% on cost of production of cellulases. The linear regression analysis of the variables presented indicates what percentage impact the production cost of cellulases: The amount of bagasse cane sugar for the hydrolysis (0.6%), enzymatic activity for the hydrolysis reaction (0, 3%), production of cellulase (73.4%), the reactor volume of inoculum (0.5%), volume of the reactors of FES (2.7%), time of growth of the inoculum (0.1%) fermentation time (3.7%), cost of sugarcane bagasse (0.9%), cost of wheat bran (0.6%) and other variables not analyzed (17.2%). It was concluded that with current data on FES, the probability of obtaining a process on an industrial scale with production cost of cellulase less than $ 0.50/100.000FPU is 15%. Development of microbial cultures more productive in cellulases and more advanced technologies for large-scale reactors are necessary for the viability of the production of cellulases for FES for application in the hydrolysis of cellulose.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O bagaÃo de cana-de-aÃÃcar à um resÃduo lignocelulÃsico obtido a partir do esmagamento e moagem da cana-de-aÃÃcar para extraÃÃo do seu caldo. Esta biomassa à abundante no Brasil pois, o paÃs à o maior produtor mundial de aÃÃcar e etanol. O emprego deste resÃduo como substrato, em processos fermentativos, para a produÃÃo de enzimas microbianas, como as celulases à uma opÃÃo viÃvel e interessante, uma vez que o custo destas enzimas ainda à alto, o que tem limitado sua utilizaÃÃo industrial. O potencial produtor de celulases de diversos micro-organismos tem sido extensivamente estudado, a fim de desenvolver novos bioprocessos menos onerosos na produÃÃo de enzimas celulolÃticas. No presente trabalho foram avaliadas a capacidade de produÃÃo de celulases, pelos micro-organismos Mucor circinelloides e Melanoporia sp., a partir da fermentaÃÃo em estado sÃlido do bagaÃo de cana-de-aÃÃcar e a influÃncia de alguns parÃmetros na produÃÃo da enzima. Foram investigados os seguintes parÃmetros fÃsico-quÃmicos, relacionados com o crescimento do micro-organismo e produÃÃo da enzima: pH inicial do meio de crescimento, tempo e temperatura de produÃÃo da enzima. Quanto aos parÃmetros nutricionais, o efeito do Tween 80 e de diferentes fontes de sais minerais e nitrogÃnio orgÃnico foram estudados. AlÃm disto, foram realizados ensaios no intuito de definir a melhor combinaÃÃo de pH e temperatura para a determinaÃÃo da atividade enzimÃtica. Para M. circinelloides, a atividade enzimÃtica mÃxima (15,87 FPU/g) foi obtida utilizando-se 3 g de bagaÃo, com adiÃÃo de 2,0 mL de uma soluÃÃo contendo 0,1 g/L de CuSO4, 9,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4 e Tween 80 a 0,8% (v/v) em pH 5,48. A temperatura e o tempo que resultaram na maior produÃÃo da enzima foram 34,4 ÂC e 48 horas, respectivamente. A maior atividade enzimÃtica foi quantificada em pH 6,5 e 60 ÂC. Em relaÃÃo ao Melanoporia sp., a atividade enzimÃtica mÃxima alcanÃada foi 14,21 FPU/g como resultado da produÃÃo utilizando 3 g de bagaÃo, com adiÃÃo de 2,0 mL de uma soluÃÃo contendo 9,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4 e Tween 80 a 0,2% (v/v) em pH 6,28. A produÃÃo mÃxima da enzima foi observada apÃs 48 horas de fermentaÃÃo a 30 ÂC. A maior atividade enzimÃtica foi quantificada em pH 7,0 e 60 ÂC. Os resultados demonstraram o elevado potencial produtor de celulases pelas duas cepas fÃngicas num curto perÃodo de tempo, apresentando maior atividade enzimÃtica em pH prÃximo da neutralidade, consistindo num diferencial atrativo do ponto de vista industrial. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue obtained from sugarcane mechanical pressing for juice extraction. This biomass is abundant in Brazil because the country is the worldâs largest manufacturer of sugar and ethanol. The use of sugarcane waste as substrate for enzymes production, such as cellulases, is an interesting and viable option since the production costs of these enzymes are high, which limits its industrial use. In this context, potential cellulase-producing strains have been extensively studied in order to develop less costly cellulolytic enzymes complexes. In this study, the production of cellulases by Mucor circinelloides. and Melanoporia sp through solid state fermentation of sugarcane bagasse and the effects of selected parameters for enzyme production were evaluated. The investigated physicochemical parameters associated with the growth of the microorganisms and enzyme production were: initial pH of the growth medium, temperature and time of enzyme production. Regarding nutritional parameters, the effect of Tween 80 and different sources of mineral salts and organic nitrogen and were studied. In addition, tests were performed in order to define the best combination of pH and temperature for the determination of enzyme activity. For M. circinelloides, the maximal enzyme activity (15.87 FPU / g) was achieved with a fermentation medium composed of 3g of sugarcane bagasse, 2mL of saline solution containing 0.1 g/L of CuSO4, 9.0 g/L of (NH4)2SO4 e 1.0 g/ L of KH2PO4 and 0.8% Tween 80 (v/v) at pH 5.48 incubated at 34.4 ÂC for 48 hours. The optimum combination of pH and temperature was at pH 6.5 and 60 ÂC. For Melanoporia sp. the higher enzymatic activity obtained was 14.21 FPU / g as a result of using 3g of sugarcane bagasse with the addition of 2mL of saline solution containing 9.0 g/L of (NH4)2SO4, 1.0 g/ L of KH2PO4 and 0.2% Tween 80 (v/v) at pH 6.28 and incubated at 30ÂC for 48 hours. The optimized conditions of pH and temperature for enzymatic activity determination were pH 7.0 and 60ÂC. The results demonstrated the high potential of the two strains under investigation, which presented the higher enzyme activity at pH in the neutral range. This result represents a technical advantage from the industrial viewpoint.

Orientador: Gabriela Alves Macedo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:54:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fraga_LairaPriscila_M.pdf: 554432 bytes, checksum: 56119a190bf37124ca4c590d3059597c (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Cutinases são enzimas amplamente encontradas na natureza, podendo ser obtidas de fontes vegetais ou microorganismos. Trata-se de uma esterase que atua tanto como esterase quanto como lipase, capaz de hidrolisar uma ampla variedade de ésteres sintéticos e triglicerídeos. Este perfil de atividade oferece-lhe um número de aplicações importantes nas indústrias como detergentes de roupas e louças, alimentos, fármacos, agroquímicos e cosméticos. Utilizando a fermentação em estado sólido (FES) é possível a produção de uma enzima com características interessantes de catálise, com baixo custo de produção e bom rendimento, e que possa ser empregada na indústria de modo geral. Este trabalho utilizou FES para produção de cutinase por Fusarium oxysporum utilizando sub-produtos agrícolas visando à seleção dos melhores meios e indutores para produção da enzima (utilizando fontes de carbono e minerais), otimização das condições de cultivo (avaliando os parâmetros temperatura e quantidade de água do meio além do estudo do inóculo), produção de cutinases utilizando diferentes substratos (farelo de trigo, casca de soja, farelo de arroz e produzida por meio líquido) e comparação entre eles, além da aplicação das enzimas em reações de esterificação para separação enantiomérica de substâncias racêmicas como o 2-octanol e o Ibuprofeno. De um modo geral o trabalho mostrou a produção de enzima de grande interesse comercial usando substratos diferentes e seu comportamento frente a reações de esterificação. Três meios sólidos foram selecionados (farelo de trigo, casca de soja e farelo de arroz) e suas condições de cultivo otimizadas (temperatura 28ºC e quantidade de água do meio 100%). Nos testes de aplicação das cutinases, para resolução enantiomérica do 2-octanol todas as cutinases tiveram bons valores de esterificação e enantioseletividade com destaque para farelo de trigo (76,4% de esterificação após 200 horas) e casca de soja (71,9% de esterificação após 200 horas). Para resolução do fármaco racêmico Ibuprofeno as cutinases mais efetivas foram as produzidas por farelo de arroz (5,1% de conversão após 200 horas) e meio líquido (2,9% de conversão após 200 horas). Esses resultados mostraram a diferença entre o comportamento de cutinases, do mesmo microorganismo, produzidas em diferentes meios, e a grande possibilidade de utilização de cutinases para processos de interesse industrial / Abstract: Cutinases enzymes are often found in nature and may be obtained from plant sources or microorganisms. This is an enzyme that acts both as esterases and as lipases, capable of hydrolyzed a several variety of synthetic esters and triglycerides. This activity profile gives a number of important applications in industries such detergents, clothes and dishes, foods, drugs, chemicals and cosmetics. Using solid state fermentation SSF it is possible production of an enzyme interesting of catalysis with low production cost and good yields, and it can be employed in the industries. This work used SSF for the cutinase production by Fusarium oxysporum using agro-industrial sub-products to find selection of the best media and inducer to enzyme production (using sources of carbon and minerals), optimization of fermentation conditions (modifying the parameters temperature and water amount and after the inoculum study), cutinases production using different substrates (wheat bran, soy rind, rice bran and produced by liquid medium), comparison among them and enzymes application in esterification reactions to enantiomeric separation of racemic substances such 2-octanol and drug Ibuprofen. In general the work showed enzyme production of great commercial interest using various substrates and their behavior in esterification reactions. Three solid media were selected (wheat bran, soy rind, and rice bran) and their fermentation conditions optimized (temperature 28ºC and water amount 100%). In tests of cutinases application for enantiomeric resolution of 2-octanol all cutinases had good values to esterification and enantioselectivity and the best results was using wheat bran (76.4% of esterification after 200 hours) and soy rind (71.9% of esterification after 200 hours). The test using racemic drug Ibuprofen the more effective resolution was found with cutinase produced by rice bran (5.1% of esterification after 200 hours) and liquid medium (2.9% of esterification after 200 hours). These results showed the difference among behavior of cutinases using same strain, produced by different media, and the great possibility of cutinases with interesting catalysis characteristics and it can be employed in the industry / Mestrado / Mestre em Ciência de Alimentos

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2007. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-09-25T18:56:16Z No. of bitstreams: 1 produo de biossurfactante e lipase por aspergillus fumigatus cultivado em estado slido e avaliao da biorremediao em derrames de leos e derivados.pdf: 999408 bytes, checksum: b510002262da45fc59e138e475cca986 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-19T17:01:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 produo de biossurfactante e lipase por aspergillus fumigatus cultivado em estado slido e avaliao da biorremediao em derrames de leos e derivados.pdf: 999408 bytes, checksum: b510002262da45fc59e138e475cca986 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-19T17:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 produo de biossurfactante e lipase por aspergillus fumigatus cultivado em estado slido e avaliao da biorremediao em derrames de leos e derivados.pdf: 999408 bytes, checksum: b510002262da45fc59e138e475cca986 (MD5) Previous issue date: 2007 / Os biossurfactantes são compostos de superfície ativa sintetizados por diversos microrganismos e que têm recebido crescente interesse pelas vantagens que possuem sobre os surfactantes químicos, tais como biodegradabilidade, baixa toxicidade e produção a partir de fontes renováveis. Estes compostos apresentam propriedades emulsificante, solubilizante e dispersante, podendo ser aplicados em diversos processos, em especial, na biorremediação. O presente trabalho teve por objetivo estudar a produção de biossurfactante e lipase a partir do fungo filamentoso Aspergillus fumigatus através de fermentação em estado sólido, avaliar a estabilidade do biossurfactante em diferentes condições físico-químicas e estudar a biorremediação em derrames de compostos de origem animal (óleo de pescado) e mineral (tolueno) ocasionados em solos utilizando o biosurfactante produzido. Para o estudo da produção de biossurfactante e lipase foram testados dois meios fermentativos (farelo de arroz e farelo de trigo), dois níveis de aeração (60 e 100 mL.g-1.h-1) e três fontes adicionais de carbono (óleo de soja degomado, óleo de pescado bruto e tolueno). Os experimentos foram realizados em biorreatores de coluna com leito fixo durante 144 h. Foram avaliados a cada 24 h, os teores de umidade, pH, atividade emulsificante água em óleo (AEw/o) e óleo em água (AEo/w), atividade lipolítica, tensão superficial e interfacial. Para o estudo da estabilidade, foi utilizado um planejamento experimental fatorial 23 com três pontos centrais, em que foram testados pH 5,0, 7,0 e 9,0, salinidades 3,0, 16,5 e 30,0, e temperaturas de 10, 20 e 30°C. Os experimentos de biorremediação foram realizados durante 90 dias, sendo avaliado a influência da adição de biossurfactante ou dispersante químico e adição de fertilizantes (uréia e superfosfato triplo) na proporção C:N:P de 100:15:3 nos solos contaminados. Durante o processo foram realizadas análises de concentração do contaminante, teor de fósforo e nitrogênio total nos solos e contagem microbiológica. Os resultados mostraram que a máxima atividade emulsificante água em óleo (25,49 UE.g-1) e atividade emulsificante óleo em água (58,51 UE.g-1) foram obtidas quando se utilizou tolueno, farelo de trigo e aeração de 60 mL.g-1.h-1. A maior redução na tensão superficial (36,2 mN.m-1) e interfacial foi obtida quando se utilizou óleo de soja degomado, farelo de trigo e aeração de 60 mL.g-1.h-1. O surfactante produzido mostrou ser estável em diferentes níveis de temperatura, pH e salinidade, apresentando maior estabilidade quando mantido em pH 7,0, salinidade 16,5 e 20°C. A máxima atividade lipolítica (112,46 U.g-1) foi obtida quando se utilizou farelo de trigo, aeração de 100 mL.g-1.h-1 e tolueno como fonte adicional de carbono. Os ensaios de biorremediação em solos mostraram que a maior taxa de remoção do contaminante óleo de pescado foi 59,47% obtido no experimento contendo biossurfactante e bioestimulante em 90 dias de processo. A maior taxa de remoção do contaminante tolueno (100%) foi obtido em 14 dias para os experimentos contendo biossurfactante, dispersante químico e biossurfactante com bioestimulação. Os resultados demonstraram a possibilidade de produzir biossurfactantes e enzimas a partir de Aspergillus fumigatus utilizando resíduos agroindustriais e menores taxas de aeração, contribuindo para a minimização de custos de processos e impactos ambientais. O biosurfactante foi eficaz no processo de descontaminação de solos, favorecendo a remoção do poluente quando utilizado juntamente com bioestimulante. A utilização de fertilizantes mostrou favorecer o crescimento microbiano e o emprego de biossurfactante mostrou aumentar a biodisponibilidade do contaminante, acelerando o processo de degradação dos compostos. / Biosurfactants are compounds of active surface synthesized by several microorganisms which have been increasingly receiving attention due to the advantages they show over chemical surfactants, such as biodegradability, low toxicity, and yield from renewable sources. Such compounds show emulsifying, solubilizing, and spreading features, being able to be applied to several processes, especially in bioremediation. This paper aimed at studying the production of biosurfactant and lipase from the filamentous fungus Aspergillus fumigatus through in the solid state fermentation, evaluating biosurfactant stability under different physical-chemical conditions, and studying the bioremediation in animal (fish oil) and mineral (toluene) origin compounds shedding that occur in soils using the biosurfactant produced. For studying the production of both biosurfactant and lipase two fermentation media have been tested (rice and wheat bran), two aeration levels (60 and 100 mL.g-1.h-1), and three additional carbon sources (degummed soybeans oil, raw fish oil, and toluene). The experiments have been performed in column, fix bed bioreactors for 144h. Moisture contents, pH, emulsifying activity water-in-oil (AEw/o) and oil-in-water (AEo/w), lipolytic activity, superficial and interfacial tension have been evaluated at 24h intervals. For studying stability a 2³ factorial experimental desing has been used with three central points in which pH 5.0, 7.0, and 9.0, salt contents 3.0, 16.5, and 30.0, and temperatures at 10, 20, and 30°C. Bioremediation experiments have been performed for 90 days, being evaluated the influence of adding biosurfactant or chemical spreading and adding fertilizers (urea and triple super phosphate) in the ratio C:N:P 100:15:3 on contaminated soils. During the process analyses have been performed on contaminant content, phosphorus content, and total nitrogen in the soils and microbiological count. The results have shown that the maximum emulsifying activity water-in-oil (25.49 UE.g-1) and emulsifying activity oil-in-water (58.51 UE.g-1) have been achieved when toluene, wheat bran and aeration 60 mL.g-1.h-1 have been used. The highest superficial and interfacial tension reduction (36.2 mN.m-1) has been achieved when degummed soybeans oil, wheat bran and aeration 60 mL.g-1.h-1 have been used. The surfactant produced has shown to be stable at different temperature, pH, and salt levels, presenting higher stability when maintained under pH 7.0, salt content 16.5, and at 20°C. The maximum lipolytic activity (112.46 U.g-1) has been obtained when wheat bran, aeration 100 mL.g-1.h-1 and toluene as carbon additional source were used. The bioremediation assays in soils have shown that the highest rate of fish oil contaminant removal was 59.47% obtained in the experiments containing biosurfactant and biostimulate in 90 days of process. The highest rate of toluene contaminant removal (100%) has been achieved in 14 days for experiments containing biosurfactant, chemical spreading, and biosurfactant with biostimulation. The results have shown the possibility of producing biosurfactants and enzymes from Aspergillus fumigatus by using agroindustrial residues and lower aeration rates, contributing to minimizing processes costs and environmental impacts. The biosurfactant has shown efficacy in the process of decontaminating soils, favoring the polluting removal when used along with a biostimulate. The use of fertilizers has shown to favor microbial growth and the use of biosurfactant has shown to increase contaminant bioavailability, accelering the process of degrading compounds.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Célia Maria Araujo Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazRodriguez_OscarMauricio_M.pdf: 9406412 bytes, checksum: 058e7e7265334c352367c3bfe1533910 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi otimizar a produção de celulases, a partir de substratos alternativos, entre eles o bagaço de cana de açúcar, no processo de fermentação em estado sólido, utilizando o microrganismo Aspergillus niger. Na primeira etapa do trabalho foi realizada a identificação dos componentes do meio de cultura que mais favorecem o aumento da produtividade das celulases, entre eles foram avaliados: substrato (bagaço de cana in natura ou pré-tratado por explosão a vapor); fonte de carbono (lactose e extrato de soja) e a fonte de nitrogênio (peptona e extrato de levedura). Na segunda etapa do trabalho, a partir destas variáveis foi realizada a otimização da produção de celulases de acordo com um delineamento composto central rotacional (DCCR). Para isso foi utilizado um planejamento fatorial completo 2 , incluindo 6 pontos axiais e 4 repetições no ponto central. Finalmente, utilizando a técnica de regressão linear múltipla foi realizada a modelagem matemática para produção de celulases. A produção de celulases foi determinada baseada na atividade enzimática do complexo produzido nos ensaios: celulase total (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. Os resultados mostraram que a máxima produção de celulaces, para um período de fermentação de 4 dias foi: 0,774 UI/g.s.s de FPAse; 14,41 UI/g.s.s de CMCase e 26,37 UI/g.s.s de p-glucosidase. As condições nas quais a máxima produção foi atingida foram: concentração de extrato de soja de 11 g/L; concentração de extrato de levedura de 1,5 g/L e porcentagem de umidade 80%. Esses resultados são bastante promissores levando em conta a identificação do extrato de soja como indutor da produção de celulases e do extrato de levedura, componentes que seriam de fácil e baixo custo de disponibilização no Brasil, que impactariam na redução global do custo de produção de celulases / Abstract: The objective of this work was the optimization of cellulases production, from alternatives substrates, such as sugarcane bagasse, in a process of solid state fermentation by Aspergillus niger. In the first project stage was identified the main components of culture medium: substrate (sugarcane bagasse in natura or pretreated by steam explosion); carbon source (lactose and soybean extract) and the source of nitrogen (peptone and yeast extract). In the second stage of the work, from that variables was optimized cellulases production, according to a central composite rotational design (DCCR). It used a full factorial 2 , including six axial points and 4 replications at the central point. Finally, it using the multiple linear regression was carried out the mathematical models for cellulases production. Thus, we evaluated the influence of selected variables on the production of cellulases quantified as three types of enzymatic activity: total cellulase (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. The maximum production of cellulases was: 0,774 IU/g.d.s of FPAse; 14,41 IU/g.d.s of CMCase and 26,37 IU/g.d.s of p- glucosidase, for a period of 4 days of fermentation. And, the conditions in which maximum production was reached were: concentration of soybean extract 11 g/L, yeast extract concentration of 1,5 g/L and 80% moisture content. These results are very promising, considering the identification of the soybean extract as a inductor of cellulases production, and the least extract, these items are purchased at a low cost in Brazil, that impact in the reduction of global cost of cellulases production / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Solid state fermentation (SSF) refers to the microbial fermentation, which takes place in the absence or near absence of free water, thus being close to the natural environment to which the selected microorganisms, especially fungi, are naturally adapted. The current status of SSF research globally was discussed in terms of articles publication. This was followed by discussion of the advantages of SSF and the reason for interest in SSF as a notable bioprocessing technology to be investigated and compared to submerged fermentation (SmF) for the production of various added-value products. SSF also proved to be a potential technology to treat solid waste produced from food and agricultural industry and to provide environmental benefits with solid waste treatment. A summary was made of the attempts at using modern SSF technology for future biorefineries for the production of chemicals. Many works were carried out in the Satake Centre for Grain Process Engineering (SCGPE), University of Manchester, to prove the strategy of using SSF for the production of hydrolysate rich in nutrients for sequel microbial fermentation with or without adding any commercial nutrients. The research findings presented in this thesis are based on a series of SSF experiments carried out on systems varying in complexity from simple petri dishes to our own design of bioreactor systems. They were conducted to assess a solution for biomass estimation, enzymes production, and successful mass and heat transfer. A proper technique for inoculum transfer prior to the start of the fermentation process was developed. In SSF, estimation of biomass presents difficulties as generally the fungal mycelium penetrates deep and remains attached with the solid substrate particles. Although many promising methods are available, the evaluation of microbial growth in SSF may sometimes become laborious, impractical and inaccurate. Essentially, this remains another critical issue for monitoring growth. In these studies, measurement of colour changes during SSF are presented as one of the potential techniques that can be used to describe growth, complementary to monitoring metabolic activity measurement, such as CER, OUR and heat evolution, which is directly related to growth. For the growth of Aspergillus awamori and Aspergillus oryzae on wheat bran, soybean hulls and rapeseed meal, it was confirmed that colour production was directly proportional to fungal growth. This colourimetric technique was also proved to be a feasible approach for fungal biomass estimation in SmF. This new approach is an important complementation to the existing techniques especially for basic studies. The key finding is that the colourimetric technique demonstrated and provided information of higher quality than that obtained by visual observation or spores counting. The effect of aeration arrangements on moisture content, oxygen (O2), mass and heat transfer during SSF was investigated. A. awamori and A. oryzae were cultivated on wheat bran in newly designed four tray solid state bioreactor (SSB) systems. The new tray SSB systems were: (1) single circular tray SSB, (2) multi-stacked circular tray SSB, (3) Single rectangular tray SSB and (4) multi-square tray SSB. The purpose was to study the effect, on heat and water transfer, of operating variables, fermentation on the perforated base tray and internal moist air circulation under natural and forced aeration. Temperature, O2 and carbon dioxide were measured continuously on-line. Enzyme activity, moisture content and biomass were also measured. The results suggest that the air arrangements examined have a remarkable effect on the quantity of biomass produced using measurement of spores and enzymes production. The strategy presented in these studies allowed quantitative evaluation of the effect of forced internal moist air circulation on the removal of metabolic heat. With the proposed strategy, it was possible to maintain the bed temperatures at the optimum level for growth. However, the effect on moisture content was very different for the two fungi. It was found that the ability of A. oryzae to retain moisture was much higher than that of A. awamori. This is possibly due to the higher levels of chitin in A. oryzae. Greater spores and enzymes (glucoamylase, xylanase and cellulase) production was observed for A. awamori in multi-stacked circular tray and multi-square tray SSB systems compared to the conventional petri dishes and the other two systems. A. oryzae was excellent in producing protease in the same bioreactors. A direct technique of establishing a correlation between fungal growth and CER, OUR, heat evolved was proven successful in this work. The information obtained from CER and OUR led to the estimation of respiratory quotient (RQ). RQ describes the state of the fungal population in the tray SSB and gives an indication of fungal metabolic behaviour. RQ values < 1 were obtained from 38 experiments using four tray SSB systems for the two fungi. A kinetic model based on CO2 evolution instead of biomass concentration was examined in order to simplify the required experiments for kinetic model development. A Gompertz model was used to fit the integrated CO2 data and predict the quantity of CO2 evolution in all experiments. A correlation was found between the heat evolution and CER. The performances of tray SSB systems can be improved by constructing them as multi-trays. The multi-tray systems improved the mass transfer considerably compared with single tray systems. In addition, the multi-tray systems allowed precise measurement of the gradients of CO2, enzymes, spores and fungal biomass. In addition, the air arrangements using moistened air were successful in maintaining moisture content, adequate O2 supply and control of temperature, and hence, increased the productivity of both fungi. Overall A. awamori and A. oryzae have their own ability and performance to degrade and utilise the complex compositions contained in the solid substrate and fermentation conditions may lead to possible comparisons. In addition, multi-stacked circular tray and multi-square tray SSB systems demonstrated an excellent system for further investigations of mass transfer and possibly for large scale operation, though considerable optimisation work remains to be done, for example the height/diameter ratio and total number of trays should be optimised.

The study of production of hydrolytic enzymes dealt with the production of cellulase and polygalacturonase by two microbial strains - Aspergillus niger and Aureobasidium pullulans. The enzymes were produced in solid-state fermentation system. The wheat straw and sugar beet pulp were used as a substrate. The substrates were moistened by water, mineral solution or by medium with glucose. The effect of mineral solution and glucose on production of these enzymes were monitored during cultivation. The highest production of polygalacturonase was achieved by Aspergillus niger during cultivation on sugar beet pulp moistened by mineral solution. The highest production of cellulase was achieved by Aspergillus niger during cultivation on wheat straw moistened by medium with glucose.

Study of the employment of waste paper to microbial production of cellulase was carried out using Aspergillus niger cultivation on carbon sources that have been waste office paper and cardboard, humidified by no – carbon medium or distiled water. Cultivation took place in the SSF way in Erlenmeyer flasks and columns. Concentration of extracellular proteins, cellulase and protease activity for selected samples were monitored. It was found that the most advantageous method of cultivation in terms of cellulase activity production is the cultivation in the column washing by no – carbon medium in three day intervals.

Orientador: Eleni Gomes / Resumo: As leveduras são organismos quimiorganotróficos que utilizam principalmente glicose como fonte de energia e carbono. Além da glicose, outros açúcares fermentescíveis se encontram em abundância na natureza e têm sido subaproveitados na indústria, dos quais se destaca a xilose. Para algumas leveduras, como Saccharomyces cerevisiae, a utilização de pentoses é limitada pela carência de transportadores de membrana específicos e enzimas intracelulares para a metabolização deste açúcar. Entretanto, algumas leveduras são capazes de utilizar xilose como fonte de carbono e bioconverte-la em produtos como etanol, ácidos orgânicos ou peptídeos. Isso implica na existência de um sistema de transporte e enzimas intracelulares para metabolizala. Neste contexto, a prospecção de enzimas auxiliares despolimerizantes do material lignocelulósico, tais como β-glicosidases e α-L-arabinofuranosidases, também assume função importante para obtenção de açúcares fermentescíveis. Além disso, poucos estudos estão disponíveis a respeito da produção de peptídeos bioativos por leveduras, quais podem ser fontes promissoras de produção dos mesmos. Sendo assim, o presente trabalho buscou investigar o consumo de xilose, a produção de peptídeos com atividade biológica e a produção de βglicosidases pelas espécies Pichia ofunaensis e Trichosporon multisporon, assim como a produção de α-L-arabinofuranosidases por Aureobasidium pullulans e A. leucospermi. As enzimas foram prospectadas utilizando farelo de trigo como ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Yeasts are chemorganotrophic organisms that mainly use glucose as a source of energy and carbon. In addition to glucose, other fermentable sugars are found in abundance in nature and have been underutilized in the industry, of which xylose stands out. For some yeasts, such as Saccharomyces cerevisiae, the use of pentoses is limited by the lack of specific membrane transporters and intracellular enzymes for the metabolization of this sugar. However, some yeasts are able to use xylose as a carbon source and bioconvert it into products such as etanol, organic acids or peptides. This implies the existence of a transport system and intracellular enzymes to metabolize it. The fermentation of pentoses is an essential step to improve the yield in the production of ethanol and organic acids. In this context, the prospection of depolymerizing auxiliary enzymes of lignocellulosic material, such as β-glycosidases and α-Larabinofuranosidases, also plays an important role in obtaining fermentable sugars. In addition, few studies are available regarding the production of bioactive peptides by yeasts, which can be promising sources of their production. Thus, the present work sought to investigate the consumption of xylose, the production of peptides with biological activity and the production of β-glycosidases by the species Pichia ofunaensis and Trichosporon multisporon, as well as the production of α-L-arabinofuranosidases by Aureobasidium pullulans and A. leucospermi. The enzymes were pro... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre