Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-12T13:43:14Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 590588 bytes, checksum: a548fa2304bed74c693e9ae7f3172102 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-12T13:43:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 590588 bytes, checksum: a548fa2304bed74c693e9ae7f3172102 (MD5) Previous issue date: 2001-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), em escala preparativa ou de processo, tem tido importante papel na produção de substâncias com elevado grau de pureza. Tendo em vista que a CLAE tem custo relativamente elevado e, ao mesmo tempo, é uma etapa de alta resolução e seletividade, um conhecimento abrangente de sua dinâmica é essencial aos propósitos de projeto e de operação de equipamentos. Embora existam muitos estudos sobre o processo de adsorção de proteínas puras em vários adsorventes, poucas pesquisas têm sido feitas para sistemas multicomponentes mais realísticos, como é o caso das proteínas α-lactoalbumina e β-lactoglobulina presentes no soro de queijo. Estas representam mais de 50% das proteínas do soro e 20% das proteínas totais do leite e possuem elevado valor nutricional e propriedades funcionais que permitem o seu uso como ingredientes alimentícios com capacidade para substituir outros mais caros. Neste trabalho foram analisadas, por meio de dados experimentais e de modelagem matemática, as características de transferência de massa no processo de separação de proteínas de soro de queijo em colunas de leito fixo. Inicialmente, foram determinadas as condições ótimas de adsorção, em relação aos parâmetros de pH e força iônica, utilizando a resina Accel Plus QMA®, em que se verificou que o processo de adsorção é mais sensível aos valores de força iônica mais elevados para as duas proteínas. Em seguida, a partir dos dados de cinética de adsorção em tanques agitados, foi calculada a difusividade intra- partícula das duas proteínas. Foram determinadas as isotermas de adsorção no sistema estudado. Os valores dos parâmetros qm e kd foram calculados por meio de regressão não-linear, utilizando o modelo de isoterma não-competitiva de Langmuir. Com base nos dados experimentais de adsorção em colunas, foram determinados os valores de Pe e Nu, por meio de regressão não-linear. O modelo de transferência de massa com dispersão axial (pseudo-homogêneo) descreveu, adequadamente, o processo de adsorção. / Preparative and process-scale high-performance liquid chromatography (HPLC) has had an important role in the production of highly purified substances. Since HPLC is a relatively expensive process, and at the same time it’s a very high resolution and selective step, an adequate understanding of its dynamics is essential to the project and the equipments operation. There are a lot of published studies of pure proteins adsorption to several adsorbents. However, a few studies has been reported using more realistic multicomponent systems, as α-lactoalbumin and β-lactoglobulin proteins present in the cheese whey. These proteins represent over 50% of the proteins of the serum and 20% of the total protein of the milk, and they have a high nutritional value and functional properties that allows its use on food to substitute some other high cost ingredients. In this work the characteristics of mass transfer in the separation process of whey proteins in fixed bed columns were analysed by experimental data and mathematical modelling. Initially, the optimum conditions of adsorption in terms of the pH and ionic force parameters were determined using the Accel Plus QMA® resin where the adsorptive process is more sensitive to higher values of ionic strength for both proteins. Then, the intraparticle difusivity of the two proteins was calculated by the data of adsorption kinetics in agitated tanks. The adsorption isotherms were determined in the studied system. The values of the parameters qm and kd were calculated by non-linear regression, using the non- competitive model of Langmuir isotherm. Based in the experimental data of adsorption in columns, the values of Pe and Nu were adjusted by non-linear regression. The mass transfer model with axial dispersion (pseudo-homogeneous) described, appropriately, the adsorption process.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-13T14:06:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 366653 bytes, checksum: 8a45b52da863a243cba7f8275fc1ef4c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-13T14:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 366653 bytes, checksum: 8a45b52da863a243cba7f8275fc1ef4c (MD5) Previous issue date: 2001-09-05 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A levedura Kluyveromyces marxianus var. lactis (K. lactis) foi cultivada em soro de queijo ultrafiltrado (SUF) em regimes de batelada e contínuo com o objetivo de investigar as condições fisiológicas que levam ao aumento e à queda da atividade de β-galactosidase na entrada da fase de desaceleração do crescimento. As fases fisiológicas do crescimento no cultivo em batelada foram caracterizadas, e observou-se que as concentrações iniciais de células de DO 600 0,1, 0,2 e 0,3 afetam a velocidade de crescimento, porém a delimitação das fases de crescimento é semelhante. A fase estacionária do crescimento foi apenas iniciada em 144 horas, o que permitiu uma longa fase de desaceleração do crescimento. O aumento e a queda na atividade de β-galactosidase foram acompanhados durante os cultivos, assim como a utilização de lactose e a formação e o consumo de etanol, além do perfil eletroforético da β- galactosidase intra e extracelular. Os picos de atividade máxima da enzima foram encontrados no final da fase log e no início da fase de desaceleração nas culturas conduzidas em regime de batelada e no cultivo contínuo na taxa de diluição de 0,09 h^-1. Nessas condições, as concentrações de lactose no meio não se correlacionaram com o máximo de atividade da enzima. Após a queda da atividade máxima, havia ainda lactose no meio e o etanol em concentrações crescentes. Desta forma, a queda na atividade não está relacionada com a exaustão de lactose no meio, nem com o crescimento diáuxico à custa do etanol, embora durante a fase de desaceleração do crescimento tenha sido observada diauxia quando a concentração de lactose era limitante. Outros picos de atividade foram evidenciados antes e após o pico máximo, onde foram obtidos os mesmos resultados. A β-galactosidase das amostras das culturas em batelada e contínua foi analisada em gel de poliacrilamida desnaturante e indicou a inexistência de uma relação direta entre a atividade da enzima e a concentração da proteína, com exceção nos tempos em que a atividade é máxima, quando houve aumento da intensidade da banda protéica no gel. Nas amostras de sobrenadante de ambas as bateladas e da cultura contínua submetidas à análise em gel, não se encontrou β-galactosidase, indicando que o etanol produzido não permeabilizou K. lactis. Cerca de 55 a 69% da lactose em ambos regimes de cultivo, foram convertidos em etanol. E, a variação cíclica da cinética de atividade durante o cultivo em regime de batelada e regime contínuo pode ser explicada pelos eventos de regulação da síntese e da atividade de β-galactosidase. / The yeast Kluyveromyces marxianus var. lactis (K. lactis) was cultivated in ultrafiltered cheese whey (UCW) in batch and continuous culture with the aim to investigate the physiological conditions that lead to the increase and decrease of the activity of β-galactosidase in the beginning of the late log phase of growth. The physiological growth phases were characterized in the batch culture, and it was observed that the initial cell concentration of OD 600 0,1, 0,2 e 0,3 affected the growt h velocity. However, the delimitation of the growth phases is similar. The stationary phase of growth started after 144 hours, which enabled a long late log phase of growth. The increase and the decrease in the β-galactosidase activity were monitored during the cultivation, as well as the use of lactose, the formation and consumption of ethanol as well as the electrophoretical profiles of intra cellular and extra cellular β- galactosidase. The peaks of maximum activity of the enzyme were found in the end of the log phase, and in the beginning of the late log phase in batch culture, and in the continuous culture at the dilution rate of 0,09 h^-1. Under these conditions, the lactose concentrations in the medium did not correlate with the maximum activity of the enzyme. After the maximum activity, there was still lactose in the medium and a rising concentration of ethanol. Therefore, the decrease of activity is not related to the exhaustion of lactose in the medium nor with the diauxic growth due to the ethanol. Albeit, during the late log phase of growth slight diauxic growth was observed when the lactose concentration was limiting. Other peaks of activity were noticed before and after the maximum peak, where the same results were obtained. β- galactosidase of the batch and continuous culture samples was analyzed in denaturing polyacrylamide gel and showed that a direct relationship between the enzyme activity and the protein concentration does not exist, except in the maximum activity times, when there was some increase in intensity in the proteic band of the gel. In the supernatant samples of both batch and continuous culture submitted to gel electrophoresis, β-galactosidase was not found, implying that the ethanol produced did not permeabilize K. lactis. Fifty five to sixty nine percent of the lactose in both cultures was converted to ethanol. And, the cyclical variation in the kinetic of the activity during the cultivation in batch and continuous culture can be explained through the regulation events of the synthesis and the activity.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-05-23T17:25:40Z No. of bitstreams: 1 MAGNO DE SOUZA ARAÚJO - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2013..pdf: 1004737 bytes, checksum: 823c9cd55043f3a527f64a60fca3efbd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T17:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MAGNO DE SOUZA ARAÚJO - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2013..pdf: 1004737 bytes, checksum: 823c9cd55043f3a527f64a60fca3efbd (MD5) Previous issue date: 2013-12-16 / Devido às questões econômicas e ambientais, as perspectivas de aumento do consumo de etanol conduzem a busca por novas matérias-primas, destacando-se o soro de queijo, que é um resíduo de elevada carga orgânica e de difícil biodegradabilidade, proveniente das fábricas artesanais de queijo. Como a cana-deaçúcar é uma cultura sazonal, uma alternativa recomendável é conferir às usinas produtoras de etanol um caráter polivalente capazes de operar com variedades de matérias-primas potencialmente disponíveis na região, já que uma das preocupações do mundo atual é o suprimento de energia nas próximas décadas. Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo a produção do etanol neutro utilizando o soro de queijo “coalho” procedente de queijeira da cidade de Pombal/PB. A primeira etapa deste trabalho consistiu na caracterização da matériaprima e no estudo da fermentação alcoólica utilizando a Saccharomyces cerevisiae através de um planejamento experimental fatorial 22 com três repetições no ponto central para verificar as influências das variáveis de entrada (concentração inicial de sacarose e concentração inicial de inoculo) sobre a resposta produtividade. Na segunda etapa foi realizada a destilação do fermentado e a caracterização do etanol neutro. De acordo com os resultados obtidos, o experimento 4 foi o que apresentou maior produção de etanol, com graduação alcoólica de 9,8°GL. Os efeitos da concentração de levedura, sacarose e da interação entre essas se apresentaram estatisticamente significativos em nível de 95% de confiança, sendo que a concentração de levedura foi à variável de maior influência. O etanol neutro obtido foi analisado quanto ao pH, acidez total, massa específica, condutividade elétrica e teor alcoólico, e atendeu a maioria das especificações técnicas da legislação vigente, com exceção do pH. Os resultados obtidos mostraram que o uso do soro de queijo é visivelmente promissor para a produção de etanol neutro. / Due to economic and environmental issues, the prospects for increased consumption of ethanol leads to search for new raw materials , especially the whey , which is a residue of high organic load and hard biodegradability , from craft factories cheese. As cane sugar is a seasonal crop, a recommendable alternative is to confer on plants producing ethanol polyvalent character capable of operating with varieties of raw materials potentially available in the region, since one of the concerns of the world today is the supply energy in the coming decades. Given the above, this study aimed to the production of neutral ethanol using the whey from cheesemaking founded the city of Pombal / PB "curd". The first step of this work was the characterization of the raw material and the study of alcoholic fermentation using Saccharomyces cerevisiae through a 22 factorial experimental design with three replications at the center point to verify the influences of input variables (initial sucrose concentration and concentration initial inoculum) on the response productivity. In the second stage fermentation and distillation of ethanol neutral characterization was performed. According to the results, the experiment 4 showed the highest ethanol production, with an alcohol content of 9.8 °GL. The effects of concentration of yeast, sucrose and the interaction between these is statistically significant at the 95% level of confidence, whereas the concentration of yeast was the most influential variable. The neutral ethanol obtained was analyzed for pH, total acidity, density, electrical conductivity and alcohol content , and attended most of the technical specifications of the current legislation, except for pH. The results showed that the use of whey is strikingly promising to produce neutral ethanol.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-07-17T12:32:01Z No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 877853 bytes, checksum: 91f4d2df406c6258303678f36175f188 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-17T12:32:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 877853 bytes, checksum: 91f4d2df406c6258303678f36175f188 (MD5) Previous issue date: 2001-08-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Este trabalho apresenta os resultados obtidos na aplicação da técnica de modelagem híbrido-neural da extração líquido-líquido com sistemas aquosos bifásicos em extrator Graesser. Foi estudada a separação das proteínas α - lactoalbumina e β -lactoglobulina do soro de queijo em sistemas aquosos bifásicos compostos por 18 % em peso de polietilenoglicol 1500 e 18 % em peso de fosfato de potássio em pH 7. Foi empregada uma rede neural do tipo feedforward para predizer os parâmetros de transferência de massa Peclet (Pe) e número de unidades de transferência (Nox) em função das variáveis operacionais velocidade de rotação e relação de vazões das fases. Dado a escassez de dados experimentais, dados semi-empíricos foram gerados através de uma técnica alternativa baseada em erros de modelagem (GDS3), para treinamento e validação da rede. A topologia da rede foi determinada utilizando a técnica de superfície de resposta, que forneceu valores ótimos do número de camadas escondidas, do número de nodos nestas camadas e da taxa de aprendizagem. Foi definida uma rede do tipo 2-10-5-3, com uma taxa de aprendizagem de 0,001. Os dados experimentais para estudo de transferência de massa foram obtidos em um extrator do tipo Graesser. As variáveis testadas foram relação de vazão das fases e velocidade de rotação. Tendo sido usados os dados experimentais como parte do conjunto de dados para testar a rede, pode -se notar sua grande performance na predição dos parâmetros Pe e Nox em função das variáveis operacionais do extrator. O modelo da operação de extração foi obtido através do balanço diferencial de massa no extrator Graesser, para ambas as fases, tendo como parâmetros Pe e Nox. A simulação da operação foi realizada após a solução das equações diferenciais pelo método de Gauss-Seidel, sendo os parâmetros de transferência de massa Pe e Nox fornecidos pela rede neural, em função das variáveis operacionais do equipamento. O modelo híbrido-neural correlacionou os dados experimentais com boa acuracidade. Esta abordagem mostrou-se uma alternativa promissora para a modelagem de operações complicadas, como é o caso da extração líquido-líquido em extrator Graesser. / This work presents the results acquired by applying the hybrid neural modeling technique of the liquid-liquid extraction in a Graesser Contactor. The operation of separating the α -lactalbumin and β -lactoglobulin whey’s proteins was studied in a aqueous two-phase system composed by 18% polyethylene glycol (w/w) and potassim phosphate in pH 7 (w/w). A feedforward network was used to predict the Peclet (Pe) mass transfer parameters and the number of transfer unit (NTU) as a function of the operating variables speed agitation and flow ratio. Because of the scarcity of available data, a semi-empirical GDS3 based technique was used to generate the data for training and evaluating the network. Its topology was determined using the response surface technique which provided the optimum value for the number of hidden layers, the number of nodes for these layers and the learning rate. A 2-10-5-3 network was defined with a learning rate of 0,001. Because experimental data was used as part of the data set to test the network, we notice the network great performance in predicting the Pe and NTU parameters as function of the extractor operating variables. The extracting operation model was obtained by the mass differential balance in the Graesser contactor, for both phases, using Pe and NTU as parameters. The simulating was carried out after solving the differential equations using the Gauss-Seidel method with the Pe and NTU mass transfer parameters given by the neural network, and function of the equipme nt operating variables. The hybrid neural model correlated the experimental data with good accuracy. We can notice that this broaching could be a promising alternative for modeling complex operations like the liquid-liquid extraction in the Graesser contactor. / Dissertação importada do Alexandria

O soro e o permeado de soro de queijo, subprodutos da indústria de laticínios, constituem-se substratos alternativos, ricos em nutrientes e de grande potencial para a produção de etanol. Diante da necessidade de melhorias em processos fermentativos, a tecnologia de imobilização celular pode contribuir positivamente para processos mais eficazes e vantajosos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de etanol a partir de soro e permeado de soro de queijo por diferentes leveduras em biorreatores de células imobilizadas operados em regime batelada e em sistema contínuo, bem como representar matematicamente o bioprocesso. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes linhagens de Kluyveromyces marxianus e diferentes meios de cultivo foram testados em agitador rotacional e em biorreator de células imobilizadas, e os efeitos da taxa de diluição (D) e da concentração de substrato (C WP ) foram investigadas em biorreatores contínuos. Altos fatores de conversão (YEtOH/S) e de produtividade volumétrica (QP) foram obtidos pela linhagens K. marxianus CCT 4086 tanto em agitador rotacional quanto em biorreator com células imobilizadas em alginato de cálcio operado em regime batelada (0,47 g L-1 e 2,53 g L-1 h-1). Diante disso, esta linhagem foi escolhida para os testes posteriores. Aumentos consideráveis nos parâmetros de fermentação (YEtOH/S e QP) foram obtidos a partir do planejamento experimental hexagonal em biorreatores operados continuamente (0,51 g g-1 e 6,01 g L-1 h-1). Melhorias no processo ainda foram alcançadas em biorreatores contínuos de dois estágios operados em sequência, em que alta produtividade volumétrica (6,97 g L-1 h-1) e concentração de etanol (70,4 g L-1) foram observadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, linhagens de Saccharomyces cerevisiae foram testadas para a bioconversão de soro e permeado de soro de queijo a etanol. Diferentes leveduras imobilizadas e estratégias de cultivo foram utilizadas para bioconverter meios não concentrados e concentrados, em biorreatores de leito fluidizado. Valores similares dos parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) foram obtidos para o monocultivo das linhagens de S. cerevisiae (CAT-1 e PE-2). O co-cultivo de S. cerevisiae CAT-1 e K. marxianus CCT 4086 aumentou em quatro vezes a produtividade volumétrica em permeado de soro de queijo e em 69 % em soro de queijo, mas não superou os altos valores obtidos pela monocultura de K. marxianus CCT 4086 (0,49 g g-1 e 1, 68 g L-1 h-1). Aumentos na concentração de etanol foram alcançados a partir de meio concentrado (79,1 g L-1), e melhorias na produtividade volumétrica foram obtidas a partir de batelada repetida (2,8 g L-1 h-1). Em uma terceira etapa, foi realizada a modelagem matemática do bioprocesso da produção de etanol por soro de queijo a partir de K. marxianus CCT 4086, linhagem esta que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho. O sistema contínuo A-stat (accelerostat technique) foi utilizado, tanto para cultivos de células livres quanto imobilizadas, onde duas taxas de aceleração foram testadas. Quatro modelos matemáticos não estruturados foram analisados, levando em consideração a limitação pelo substrato e a inibição pelo produto. Os resultados mostraram que as taxas de diluição (D) e de aceleração (a) afetam a fisiologia e o metabolismo celular. O estado estacionário foi alcançado para a menor taxa de aceleração (a = 0,0015 h-2), e um alto fator de conversão foi obtido (0,52 g g-1) nesta condição. A imobilização celular contribuiu para o aumento do fator de conversão em 23 % na condição de maior taxa de aceleração testada (a = 0,00667 h-2). Alto ajuste dos modelos preditivos para biomassa, substrato e produto foi obtido a partir da maior taxa de aceleração, contudo o fenômeno biológico foi melhor representado para a menor taxa de aceleração. Os modelos de Monod e de Levenspiel combinado com Ghose e Tyagi foram os mais apropriados para descrever o bioprocesso. / Whey and whey permeate, by-products of the dairy industry, are alternative substrates, rich in nutrients and with great potential for use in the ethanol production. Considering the need for improvements in fermentation processes, cell immobilization technology can positively contribute to more effective and advantageous bioprocesses. In this context, the aim of this work was to optimize the ethanol production from whey and whey permeate by different yeasts on immobilized batch fluidized bed bioreactors and in continuous systems, and also describe mathematically the bioprocess. In the first step, different strains of K. marxianus and cultivation media were tested in batch mode and the effects of dilution rate (D) and substrate concentration (C WP ) were investigated in continuous bioreactors. High ethanol yield (YEtOH/S) and ethanol productivities (QP) were obtained by K. marxianus CCT 4086, for both in shaker cultivation and in batch fluidized-bed bioreactors with immobilized cells in Ca-alginate (0.47 g L-1 e 2.53 g L-1 h-1). This strain was chosen for subsequent tests. Substantial increases in the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained from the hexagonal experimental design in continuous bioreactors (0.51 g g-1 e 6.01 g L-1 h-1). Process improvements were achieved in two continuous fluidized-bed bioreactors operated in sequence, wherein high ethanol productivities (6.97 g L-1 h-1) and concentrations (70.4 g L-1) were obtained. Then, in a second step of this study, strains of S. cerevisiae were tested to bioconversion of lactose-hydrolysed whey and whey permeate into ethanol. Different immobilized strains in monoculture and coculture were used to the bioconversion of not concentrated or concentrated mediums in batch fluidized bed bioreactors. Similar values of the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained for the strains S. cerevisiae (CAT-1 and PE-2). The co-culture of S. cerevisiae CAT- 1 and K. marxianus CCT 4086 increased four times the ethanol productivity in lactosehydrolyzed whey permeate and 69 % in lactose-hydrolyzed whey, but not attained the high values of K. marxianus CCT 4086 monoculture (0.49 g g-1 e 1.68 g L-1 h-1). Increases in the ethanol concentrations (79.1 g L-1) were obtained from concentrated media, and improvement in ethanol productivities was obtained by repeated batch (2.8 g L-1 h-1). In a third step, the mathematical modeling of the ethanol production from whey was performed, using K. marxianus CCT 4086 as biocatalyst due to the better results attained throughout of this work. The continuous A-stat system (accelerostat technique) was used for both free cell cultures and immobilized, and two acceleration rates were tested. Four unstructured mathematical models were analyzed, taking into account the limiting substrate and product inhibition. The results showed that the dilution rate (D) and the acceleration rate (a) affected cell physiology and metabolism. The steady state was attained for the lower acceleration rate (a = 0.0015 h-2), and in this condition a high ethanol yield was verified (0.52 g g-1). Cell immobilization increased 23 % of the ethanol yield for the highest acceleration rate (a = 0.00667 h-2) tested. High fit of the predictive models of biomass, lactose and ethanol concentrations were obtained from the high acceleration rate, however the biological phenomenon was better described for the lower acceleration rate. Among the set of models evaluated, Monod and Levenspiel combined with Ghose and Tyagi models were found to be more appropriate for describing the bioprocess.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01 - capa_abstract.pdf: 19961 bytes, checksum: e3e176ff7f15c76d6e02eb7f83656fdd (MD5) Previous issue date: 2007-03-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Propionic acid is an organic acid of three carbons that has been mainly used to preserve rations, grains and foods. Alternative strategies for application of propionic acid have been proposed, including their utilization in animal feeds. In this work, 38 bacteria were isolated from the bovine rumen and showed to produce organic acids using lactose from cheese whey. Only six isolates produced propionic acid, and the isolate named 22A showed the highest propionic acid production, and was selected for further study. The isolate 22A was a Gramnegative rod that utilized several carbon sources, including carbohydrates (glucose, lactose, maltose, sacarose, celobiose and mannose ), organic acids (lactate, piruvate, malate, fumarate and succinate) and glycerol. Regardless of the carbon source used, propionic acid was always the major fermentation end-product. Our results indicated that glycerol and succinate were the carbon sources that provided highest product yield and carbon recovery. Biomass production and product yield in mineral media were both affected by yeast extract concentration. When yeast extract (2 g/L) was added to the culture medium, the concentration of biomass and product formation increased about 270 % and 260 % respectively, compared to control treatments without yeast extract. The cultivation of the isolate 22A in diluted cheese whey (14 mM lactose) showed that the carbon source was being completely consumed after 16 hours of incubation and that the propionic acid yield and the acetate:propionato ratio were 2,37 mol/mol and 0,51, respectively. When increasing concentrations of lactose were added to the basal medium without pH contro1, a decrease in propionic acid yield and the appearance of other end-products was observed. Under these conditions, the pH of the culture medium decreased rapidly, reaching values of approximately 4,3 after 24 hours of incubation, for all the lactose concentrations tested. The control of pH in 6,8 using NaOH did not stimulate the production of propionic acid by isolate 22A, but lactose consumption increased to approximately 80 % in concentrations up to 338,70 mM. When isolate 22A was cultivated in basal medium with initial pH of 8,0 the specific growth rate and yield of propionic acid were 0,317 h-1 and 2,01 mol/mol, respectively. These results were better than those obtained at pH 7,0. These results indicated that isolated 22A has potential for propionic acid production in cheese whey. However, further work is needed to improve the cultivation system and to optimize the propionic acid yield. / O ácido propiônico é um ácido orgânico de três carbonos, e sua principal aplicação é como conservante de rações, grãos e alimentos. Estratégias alternativas de aplicação do ácido propiônico têm sido propostas, entre elas sua utilização na alimentação animal. Dentre as principais limitações para a produção fermentativa deste ácido orgânico estão o baixo rendimento e a baixa produtividade. Neste trabalho, foram isoladas 38 bactérias do rúmen bovino capazes de produzir ácidos orgânicos a partir da lactose do soro de queijo. Dentre estas, apenas o isolado 22A produziu ácido propiônico como principal produto da fermentação, sendo este selecionado para os experimentos Posteriores. O isolado 22A apresentou-se como bacilo Gram-negativo, capaz de metabolizar diversos açucares (glicose, lactose, maltose, sacarose, celobiose e manose ), ácidos orgânicos (lactato, piruvato, malato, fumarato e succinato) e glicerol, produzindo ácido propiônico como principal produto final da fermentação. Os resultados indicaram que glicerol e succinato foram às fontes de carbono que propiciaram maior rendimento os produto e recuperação de carbono. A produção de biomassa e o rendimento de produto em meio mineral foram afetados pela concentração de extrato de levedura no meio de cultivo. Quando 2 g/L de extrato de levedura foram utilizadas, a concentração de biomassa e o rendimento de produto aumentaram cerca de 270 % e 260 %, respectivamente, em relação ao controle sem extrato de levedura. O cultivo do isolado 22A em soro de queijo diluído (14 mM de lactose) indicou que a lactose foi completamente consumida após 16 horas de incubação e que o coeficiente de rendimento de produto para o ácido propiônico e a relação acetato/propionato foram 2,37 mol/mol e 0,51, respectivamente. Quando concentrações crescentes de lactose foram adicionadas ao meio basal sem controle de pH, observou-se a redução no rendimento de ácido propiônico e o aparecimento de outros produtos fmais na fermentação. Nestas condições, o pH do meio de cultura decresceu rapidamente, atingindo valores de aproximadamente 4,3 após 24 horas de incubação, para todas as concentrações de lactose testadas. O controle do pH do meio em 6,8 pela adição de NaOH não estimulou a produção de ácido propiônico pelo isolado 22A, mas observou-se consumo de aproximadamente 80% do substrato em concentrações de até 338,70 mM. O isolado 22A cresceu em meio basal com pH inicial de 8,0 e apresentou velocidade específica de crescimento de 0,317 h-1 e rendimento de ácido propiônico de 2,01 mol/mol. Esses resultados foram superiores aos obtidos com o isolado 22A quando cultivado em pH 7,0. Os resultados deste trabalho indicam que o isolado 22A possui potencial para produção de ácido propiônico em soro de queijo. Entretanto, outros estudos deverão ser realizados para a adequação do sistema de cultivo e a otimização do rendimento de produto.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The study of the enzymatic hydrolysis of the lactose has been of great importance, due to absence or lack of the enzyme present lactase in the process digestive human. The enzyme β-galactosidase is very used in the processing of milk products by being of low cost and enough studied all over the world. The use of this enzyme in the dairy products prevents the crystallization of the products and it provides to the intolerant people the lactose better life quality. The objective of this work was accomplish a comparative study of the hydrolysis of the cheese whey usig two different maufactures β-galactosidase Prozyn and Lactozym, respectively, Kluyveromyces lactis and Kluyveromyces fragilis, of origin of yeasts. The tests of hydrolysis of the cheese whey were accomplished in a reactor with agitation control and temperature. The cheese whey concentration was of 60 g/L, temperatures of 43, 45 and 48°C, concentration of the enzyme of 4 g/L, pH 6,0 and 6,5 and agitation 300 rpm. Both enzymes obteined better result to 45 °C, however the enzyme Prozyn converts the lactose in smaller time. An analysis was accomplished to verify the concentration of total sugar of the cheese whey, 75%, to evaluate the hydrolysis, obtaining the glucose concentration in function of the time for each studied condition. The influence of the lactose concentration was verified in the enzyne, using lactose solution in erlenmeyer. The enzymatic activity was growing of the concentration 10 g/L up to 120 g/. The enzyatic stability in relation to the pH presented better result pH 6,5 for both enzymes Prozyn and Lactozym. The thermal stability of the free enzyme was certain for the time of half life. The enzyme Prozyn to temperature of 50°C it presented time of life 4,62 min and to 55°C was 2,77 min and enzyme Lactozym to the 50°C was 6,32 min and to 45°C was 115,52 min. In the determination of the enzymatic activity the method of the initial rates of the reaction of hydrolysis of the cheese whey was used. The obteined enzymatic activity was 75,03.10-3 mol/(genzyme.h) and 44,6.10-3 mol/(genzyme.h) for Prozyn and Lactozym, respectively. / O estudo da hidrólise enzimática da lactose tem sido de grande importância, devido a ausência ou carência da enzima lactase presente no processo digestivo humano. A enzima β-galactosidase é a mais utilizada no processamento de produtos lácteos por ser de baixo custo, eficiente e bastante estudada em todo o mundo. A utilização desta enzima nos laticínios previne a cristalização da lactose dos produtos e proporciona às pessoas intolerantes a lactose melhor qualidade de vida. O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo comparativo da hidrólise da lactose presente no soro de queijo, utilizando β- galactosidase originária das leveduras Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces fragilis adquiridas da Prozyn e Lactozym. Os ensaios de hidrólise do soro de queijo foram realizados em um reator com controle de agitação e temperatura. A concentração de soro foi de 60 g/L, temperaturas de 43, 45, 48 e 53°C, concentração da enzima de 4 g/L, pH 6,0 e 6,5 e agitação 300 e sem agitação mecânica. Ambas as enzimas forneceram melhor resultado à 45 °C, no entanto, a enzima Prozyn converte a lactose em menor tempo. O teor de lactose presente no soro de queijo com concentração 60 g/L foi de 75%. A concentração de glicose em função do tempo determinou a duração da hidrólise, onde a lactose foi quebrada pela enzima e resultou na formação de glicose e galactose em quantidade equimolar. Verificou-se a influência da concentração de lactose na enzima, utilizando solução de lactose na faixa de 10 a 120 g/L em solução tampão láctico pH 6,5 e temperatura 30°C. A atividade enzimática foi crescente da concentração 20 g/L até 100 g/L. A estabilidade enzimática em relação ao pH apresentou melhor resultado em pH 6,0 para a Prozyn e pH 6,5 para a Lactozym. A estabilidade térmica da enzima livre foi determinada pelo tempo de meia vida. A enzima Prozyn à 50°C, apresentou tempo de meia vida de 4,62 min e à 55°C, 2,77 min e a enzima Lactozym à 50°C, 6,30 min e à 45°C, 115,52 min. Na determinação da atividade enzimática utilizou-se o método das taxas iniciais da reação de hidrólise do soro. A atividade enzimática obtida foi 75,03.10-3 mol/(genz..h) e 44,6.10-3 mol/(genz..h) para Prozyn e Lactozym, respectivamente. / Mestre em Engenharia Química

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Crystallization is a unit operation widely used in the chemical and food industries for production of high purity compounds, even in presence of other substances in solution. The aim of this work was to study the operation of isothermal crystallization in den se phase, of alpha-lactose monohydrate in whey, a byproduct of the dairy industry. Initially, to obtain drivers initial parameters were performed a central composite design, using commercial lactose monohydrate for prepare the solutions and seeds, cylindrical-conical vibrated bed crystallizer and operating temperature of 50.0°C. This has enabled a study of significant variables in the operation, construction of prediction models, analysis of response surfaces and selection of an optimal operation point within the experimental range adopted and associated responses, which were the mass percentage increase and Sauter mean diameter. To evaluate the reduction in the average diameter of the crystallization products against seeds, obtained in the first planning, we propose a second, with similar process conditions, but with seeds produced by cooling to 7°C for 24 h, to remove the effect of microparticles adhered on the surface of commercial lactose crystals, which probably influencing the crystallization. The average size of the crystals in the process increased from 5.61 ± 0.050 × 10-6 m (seeds) to 8.06 ± 0.22 × 10-6 m, with average mass percentage increase of 119%. For operation with whey, an initial study was conducted to reduce the amount of fats and proteins. The coagulant used was of organic origin, based on tannin. Using a concentration of 2.0 × 10-3 L Tanfloc.L-1of whey, was obtained a removal of 40.3% of protein and 90% fat. The crystallization of lactose using cheese whey concentrated and purified was performed under similar conditions to the optimization performed in the central composite design with seeds obtained by cooling. The responses indicated growth of seeds added, even in the presence of interferents and possible crystallization inhibitors. The growth rate was also evaluated for the step. Using concentrated and purified whey cheese too, was performed a analysis in situ of crystallization operation, with evaluation of population and crystal habit during the procedure, in conventional agitation and vibration units, where it was found interfering action from the beginning of the crystallization step and intense effect of secondary nucleation in high degrees of agitation, especially in a conventional unit. / A cristalização é uma operação unitária muito utilizada nas indústrias química e alimentícia para produção de componentes com elevada pureza, mesmo na presença de outras substâncias em solução. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a operação de cristalização isotérmica, em fase densa, de alfalactose monoidratada em soro de queijo, subproduto da indústria de laticínios. Inicialmente, para obtenção de parâmetros direcionadores iniciais foi realizado um planejamento composto central, utilizando lactose monoidratada comercial para preparo das soluções e sementes, operando com cristalizador em leito troncocônico vibrado e temperatura de operação de 50,0°C. Isto possibilitou um estudo das variáveis significativas na operação, construção de um modelo de previsão de respostas, análise de superfícies de resposta e seleção de um ponto de operação ótimo dentro da faixa experimental adotada e respostas associadas, que foram: aumento de massa percentual e diâmetro de Sauter. Visando avaliar a diminuição do diâmetro médio nos produtos da cristalização em relação às sementes, obtido no primeiro planejamento, foi proposto um segundo, com condições de processo similares, porém com sementes produzidas por resfriamento a 7°C, durante 24 h, para eliminar o efeito de micropartículas aderidas na superfície dos cristais da lactose comercial, que possivelmente influenciavam na cristalização. O tamanho médio dos cristais no processo aumentou de 5,61 ± 0,050 × 10-6 m (sementes), para 8,06 ± 0,22 × 10-6 m, com aumento mássico de 119%. Para operação com soro de queijo foi realizado um estudo inicial para reduzir a quantidade de gorduras e proteínas presentes. O coagulante utilizado foi de origem orgânica, à base de tanino. Utilizado em concentração de 2,0×10-3 L Tanfloc.L de soro-1 promoveu uma remoção de 40,3% de proteínas e 90% de gorduras. A cristalização de lactose utilizando soro de leite concentrado e purificado foi realizada em condições similares à otimização realizada no planejamento composto central com sementes obtidas por resfriamento. As repostas indicaram crescimento cristalino das sementes adicionadas, mesmo na presença de interferentes residuais e possíveis inibidores da cristalização. A taxa de crescimento também foi avaliada para a etapa. Utilizando também soro de queijo concentrado e purificado, foi realizada a análise in situ da operação de cristalização com avaliação da população e hábito cristalino no decorrer do procedimento, em unidade com agitação convencional e por vibração, na qual foi constatada a ação de interferentes desde o início do da etapa de cristalização e intenso efeito da nucleação secundária em altos graus de agitação, principalmente na unidade convencional. / Doutor em Engenharia Química

O soro e o permeado de soro de queijo, subprodutos da indústria de laticínios, constituem-se substratos alternativos, ricos em nutrientes e de grande potencial para a produção de etanol. Diante da necessidade de melhorias em processos fermentativos, a tecnologia de imobilização celular pode contribuir positivamente para processos mais eficazes e vantajosos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de etanol a partir de soro e permeado de soro de queijo por diferentes leveduras em biorreatores de células imobilizadas operados em regime batelada e em sistema contínuo, bem como representar matematicamente o bioprocesso. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes linhagens de Kluyveromyces marxianus e diferentes meios de cultivo foram testados em agitador rotacional e em biorreator de células imobilizadas, e os efeitos da taxa de diluição (D) e da concentração de substrato (C WP ) foram investigadas em biorreatores contínuos. Altos fatores de conversão (YEtOH/S) e de produtividade volumétrica (QP) foram obtidos pela linhagens K. marxianus CCT 4086 tanto em agitador rotacional quanto em biorreator com células imobilizadas em alginato de cálcio operado em regime batelada (0,47 g L-1 e 2,53 g L-1 h-1). Diante disso, esta linhagem foi escolhida para os testes posteriores. Aumentos consideráveis nos parâmetros de fermentação (YEtOH/S e QP) foram obtidos a partir do planejamento experimental hexagonal em biorreatores operados continuamente (0,51 g g-1 e 6,01 g L-1 h-1). Melhorias no processo ainda foram alcançadas em biorreatores contínuos de dois estágios operados em sequência, em que alta produtividade volumétrica (6,97 g L-1 h-1) e concentração de etanol (70,4 g L-1) foram observadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, linhagens de Saccharomyces cerevisiae foram testadas para a bioconversão de soro e permeado de soro de queijo a etanol. Diferentes leveduras imobilizadas e estratégias de cultivo foram utilizadas para bioconverter meios não concentrados e concentrados, em biorreatores de leito fluidizado. Valores similares dos parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) foram obtidos para o monocultivo das linhagens de S. cerevisiae (CAT-1 e PE-2). O co-cultivo de S. cerevisiae CAT-1 e K. marxianus CCT 4086 aumentou em quatro vezes a produtividade volumétrica em permeado de soro de queijo e em 69 % em soro de queijo, mas não superou os altos valores obtidos pela monocultura de K. marxianus CCT 4086 (0,49 g g-1 e 1, 68 g L-1 h-1). Aumentos na concentração de etanol foram alcançados a partir de meio concentrado (79,1 g L-1), e melhorias na produtividade volumétrica foram obtidas a partir de batelada repetida (2,8 g L-1 h-1). Em uma terceira etapa, foi realizada a modelagem matemática do bioprocesso da produção de etanol por soro de queijo a partir de K. marxianus CCT 4086, linhagem esta que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho. O sistema contínuo A-stat (accelerostat technique) foi utilizado, tanto para cultivos de células livres quanto imobilizadas, onde duas taxas de aceleração foram testadas. Quatro modelos matemáticos não estruturados foram analisados, levando em consideração a limitação pelo substrato e a inibição pelo produto. Os resultados mostraram que as taxas de diluição (D) e de aceleração (a) afetam a fisiologia e o metabolismo celular. O estado estacionário foi alcançado para a menor taxa de aceleração (a = 0,0015 h-2), e um alto fator de conversão foi obtido (0,52 g g-1) nesta condição. A imobilização celular contribuiu para o aumento do fator de conversão em 23 % na condição de maior taxa de aceleração testada (a = 0,00667 h-2). Alto ajuste dos modelos preditivos para biomassa, substrato e produto foi obtido a partir da maior taxa de aceleração, contudo o fenômeno biológico foi melhor representado para a menor taxa de aceleração. Os modelos de Monod e de Levenspiel combinado com Ghose e Tyagi foram os mais apropriados para descrever o bioprocesso. / Whey and whey permeate, by-products of the dairy industry, are alternative substrates, rich in nutrients and with great potential for use in the ethanol production. Considering the need for improvements in fermentation processes, cell immobilization technology can positively contribute to more effective and advantageous bioprocesses. In this context, the aim of this work was to optimize the ethanol production from whey and whey permeate by different yeasts on immobilized batch fluidized bed bioreactors and in continuous systems, and also describe mathematically the bioprocess. In the first step, different strains of K. marxianus and cultivation media were tested in batch mode and the effects of dilution rate (D) and substrate concentration (C WP ) were investigated in continuous bioreactors. High ethanol yield (YEtOH/S) and ethanol productivities (QP) were obtained by K. marxianus CCT 4086, for both in shaker cultivation and in batch fluidized-bed bioreactors with immobilized cells in Ca-alginate (0.47 g L-1 e 2.53 g L-1 h-1). This strain was chosen for subsequent tests. Substantial increases in the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained from the hexagonal experimental design in continuous bioreactors (0.51 g g-1 e 6.01 g L-1 h-1). Process improvements were achieved in two continuous fluidized-bed bioreactors operated in sequence, wherein high ethanol productivities (6.97 g L-1 h-1) and concentrations (70.4 g L-1) were obtained. Then, in a second step of this study, strains of S. cerevisiae were tested to bioconversion of lactose-hydrolysed whey and whey permeate into ethanol. Different immobilized strains in monoculture and coculture were used to the bioconversion of not concentrated or concentrated mediums in batch fluidized bed bioreactors. Similar values of the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained for the strains S. cerevisiae (CAT-1 and PE-2). The co-culture of S. cerevisiae CAT- 1 and K. marxianus CCT 4086 increased four times the ethanol productivity in lactosehydrolyzed whey permeate and 69 % in lactose-hydrolyzed whey, but not attained the high values of K. marxianus CCT 4086 monoculture (0.49 g g-1 e 1.68 g L-1 h-1). Increases in the ethanol concentrations (79.1 g L-1) were obtained from concentrated media, and improvement in ethanol productivities was obtained by repeated batch (2.8 g L-1 h-1). In a third step, the mathematical modeling of the ethanol production from whey was performed, using K. marxianus CCT 4086 as biocatalyst due to the better results attained throughout of this work. The continuous A-stat system (accelerostat technique) was used for both free cell cultures and immobilized, and two acceleration rates were tested. Four unstructured mathematical models were analyzed, taking into account the limiting substrate and product inhibition. The results showed that the dilution rate (D) and the acceleration rate (a) affected cell physiology and metabolism. The steady state was attained for the lower acceleration rate (a = 0.0015 h-2), and in this condition a high ethanol yield was verified (0.52 g g-1). Cell immobilization increased 23 % of the ethanol yield for the highest acceleration rate (a = 0.00667 h-2) tested. High fit of the predictive models of biomass, lactose and ethanol concentrations were obtained from the high acceleration rate, however the biological phenomenon was better described for the lower acceleration rate. Among the set of models evaluated, Monod and Levenspiel combined with Ghose and Tyagi models were found to be more appropriate for describing the bioprocess.

O soro e o permeado de soro de queijo, subprodutos da indústria de laticínios, constituem-se substratos alternativos, ricos em nutrientes e de grande potencial para a produção de etanol. Diante da necessidade de melhorias em processos fermentativos, a tecnologia de imobilização celular pode contribuir positivamente para processos mais eficazes e vantajosos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de etanol a partir de soro e permeado de soro de queijo por diferentes leveduras em biorreatores de células imobilizadas operados em regime batelada e em sistema contínuo, bem como representar matematicamente o bioprocesso. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes linhagens de Kluyveromyces marxianus e diferentes meios de cultivo foram testados em agitador rotacional e em biorreator de células imobilizadas, e os efeitos da taxa de diluição (D) e da concentração de substrato (C WP ) foram investigadas em biorreatores contínuos. Altos fatores de conversão (YEtOH/S) e de produtividade volumétrica (QP) foram obtidos pela linhagens K. marxianus CCT 4086 tanto em agitador rotacional quanto em biorreator com células imobilizadas em alginato de cálcio operado em regime batelada (0,47 g L-1 e 2,53 g L-1 h-1). Diante disso, esta linhagem foi escolhida para os testes posteriores. Aumentos consideráveis nos parâmetros de fermentação (YEtOH/S e QP) foram obtidos a partir do planejamento experimental hexagonal em biorreatores operados continuamente (0,51 g g-1 e 6,01 g L-1 h-1). Melhorias no processo ainda foram alcançadas em biorreatores contínuos de dois estágios operados em sequência, em que alta produtividade volumétrica (6,97 g L-1 h-1) e concentração de etanol (70,4 g L-1) foram observadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, linhagens de Saccharomyces cerevisiae foram testadas para a bioconversão de soro e permeado de soro de queijo a etanol. Diferentes leveduras imobilizadas e estratégias de cultivo foram utilizadas para bioconverter meios não concentrados e concentrados, em biorreatores de leito fluidizado. Valores similares dos parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) foram obtidos para o monocultivo das linhagens de S. cerevisiae (CAT-1 e PE-2). O co-cultivo de S. cerevisiae CAT-1 e K. marxianus CCT 4086 aumentou em quatro vezes a produtividade volumétrica em permeado de soro de queijo e em 69 % em soro de queijo, mas não superou os altos valores obtidos pela monocultura de K. marxianus CCT 4086 (0,49 g g-1 e 1, 68 g L-1 h-1). Aumentos na concentração de etanol foram alcançados a partir de meio concentrado (79,1 g L-1), e melhorias na produtividade volumétrica foram obtidas a partir de batelada repetida (2,8 g L-1 h-1). Em uma terceira etapa, foi realizada a modelagem matemática do bioprocesso da produção de etanol por soro de queijo a partir de K. marxianus CCT 4086, linhagem esta que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho. O sistema contínuo A-stat (accelerostat technique) foi utilizado, tanto para cultivos de células livres quanto imobilizadas, onde duas taxas de aceleração foram testadas. Quatro modelos matemáticos não estruturados foram analisados, levando em consideração a limitação pelo substrato e a inibição pelo produto. Os resultados mostraram que as taxas de diluição (D) e de aceleração (a) afetam a fisiologia e o metabolismo celular. O estado estacionário foi alcançado para a menor taxa de aceleração (a = 0,0015 h-2), e um alto fator de conversão foi obtido (0,52 g g-1) nesta condição. A imobilização celular contribuiu para o aumento do fator de conversão em 23 % na condição de maior taxa de aceleração testada (a = 0,00667 h-2). Alto ajuste dos modelos preditivos para biomassa, substrato e produto foi obtido a partir da maior taxa de aceleração, contudo o fenômeno biológico foi melhor representado para a menor taxa de aceleração. Os modelos de Monod e de Levenspiel combinado com Ghose e Tyagi foram os mais apropriados para descrever o bioprocesso. / Whey and whey permeate, by-products of the dairy industry, are alternative substrates, rich in nutrients and with great potential for use in the ethanol production. Considering the need for improvements in fermentation processes, cell immobilization technology can positively contribute to more effective and advantageous bioprocesses. In this context, the aim of this work was to optimize the ethanol production from whey and whey permeate by different yeasts on immobilized batch fluidized bed bioreactors and in continuous systems, and also describe mathematically the bioprocess. In the first step, different strains of K. marxianus and cultivation media were tested in batch mode and the effects of dilution rate (D) and substrate concentration (C WP ) were investigated in continuous bioreactors. High ethanol yield (YEtOH/S) and ethanol productivities (QP) were obtained by K. marxianus CCT 4086, for both in shaker cultivation and in batch fluidized-bed bioreactors with immobilized cells in Ca-alginate (0.47 g L-1 e 2.53 g L-1 h-1). This strain was chosen for subsequent tests. Substantial increases in the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained from the hexagonal experimental design in continuous bioreactors (0.51 g g-1 e 6.01 g L-1 h-1). Process improvements were achieved in two continuous fluidized-bed bioreactors operated in sequence, wherein high ethanol productivities (6.97 g L-1 h-1) and concentrations (70.4 g L-1) were obtained. Then, in a second step of this study, strains of S. cerevisiae were tested to bioconversion of lactose-hydrolysed whey and whey permeate into ethanol. Different immobilized strains in monoculture and coculture were used to the bioconversion of not concentrated or concentrated mediums in batch fluidized bed bioreactors. Similar values of the fermentation parameters (YEtOH/S e QP) were obtained for the strains S. cerevisiae (CAT-1 and PE-2). The co-culture of S. cerevisiae CAT- 1 and K. marxianus CCT 4086 increased four times the ethanol productivity in lactosehydrolyzed whey permeate and 69 % in lactose-hydrolyzed whey, but not attained the high values of K. marxianus CCT 4086 monoculture (0.49 g g-1 e 1.68 g L-1 h-1). Increases in the ethanol concentrations (79.1 g L-1) were obtained from concentrated media, and improvement in ethanol productivities was obtained by repeated batch (2.8 g L-1 h-1). In a third step, the mathematical modeling of the ethanol production from whey was performed, using K. marxianus CCT 4086 as biocatalyst due to the better results attained throughout of this work. The continuous A-stat system (accelerostat technique) was used for both free cell cultures and immobilized, and two acceleration rates were tested. Four unstructured mathematical models were analyzed, taking into account the limiting substrate and product inhibition. The results showed that the dilution rate (D) and the acceleration rate (a) affected cell physiology and metabolism. The steady state was attained for the lower acceleration rate (a = 0.0015 h-2), and in this condition a high ethanol yield was verified (0.52 g g-1). Cell immobilization increased 23 % of the ethanol yield for the highest acceleration rate (a = 0.00667 h-2) tested. High fit of the predictive models of biomass, lactose and ethanol concentrations were obtained from the high acceleration rate, however the biological phenomenon was better described for the lower acceleration rate. Among the set of models evaluated, Monod and Levenspiel combined with Ghose and Tyagi models were found to be more appropriate for describing the bioprocess.