Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 511649 bytes, checksum: bafb6e1f723d31526306e1605d68727b (MD5) Previous issue date: 2008-07-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The production of biossurfactants on an industrial scale is usually limited by the high cost of the media components for the microorganisms cultivation. The use of agroindustrial substrates as the basic culture mean for the production of these compounds has been suggested as an alternative to making the process. The objective was to study the production and the tensoatives properties of biossurfactants in culture medias based on manipueira and molasses by bacterial isolates previously identified as biossurfactants producer. The low values of surface tension and the high values of Critical Micellar Dilution (CMD) showed that three isolates, Pseudomonas aeruginosa LBBMA 88A, Bacillus subtilis LBBMA 155 and B. subtilis subsp. spizizenii LBBMA 283, stood out as the best among the ten selected for the study. The culture medias for each of the selected bacterial isolates and mixed cultures containing these same isolates was optimized using the Response Surface Methodology (RSM) through the Central Composite Rotational Design (CCRD). P. aeruginosa LBBMA 88A and the mixed culture composed by the three selected isolates were potentially the greater interest to the production of biossurfactant, since they were the only which the biossurfactants production was influenced only by the concentration of molasses and the only who reached values of DMC at least 10 times. The surfactant produced by P .aeruginosa LBBMA 88A formed emulsions considered stable with kerosene. Temperatures over 70°C and pH values of 4.0 reduced the viscosity of culture media destabilizing the emulsions formed between aqueous solutions of biossurfactants and kerosene. NaCl concentrations above 10 g L-1 altered the tensoative activity because of estabilization of the present.surfactant micelles. The media based on molasses and manipueira achieved satisfactory results for the production of surfactant by the tested isolates with desirable characteristics for environmental applications, particularly the stability in wide ranges of salinity, temperature and pH. / A produção de biossurfactantes em escala industrial é usualmente limitada pelo alto custo dos componentes do meio para o cultivo dos microrganismos. A utilização de substratos agroindustriais como meio de cultura básico para a produção desses compostos tem sido sugerida como alternativa para viabilizar o processo. O objetivo deste trabalho foi o de estudar a produção e as propriedades tensoativas de biossurfactantes em meios de cultura à base de manipueira e melaço por isolados de bactérias previamente identificadas como produtoras de biossurfactantes. Os baixos valores de tensão superficial e os altos valores de Diluição Micelar Crítica (DMC) demonstraram que três isolados, Pseudomonas aeruginosa LBBMA 88A, Bacillus subtilis LBBMA 155 e B. subtilis subsp. spizizenii LBBMA 283, destacaram-se como os melhores entre os dez selecionados para o estudo. Os meios de cultura para cada um dos isolados bacterianos selecionados e para culturas mistas contendo esses mesmos isolados foi otimizado usando-se a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) por meio do Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). P. aeruginosa LBBMA 88A e a cultura mista composta pelos três isolados selecionados foram potencialmente os de maior interesse para a produção de biossurfactante, uma vez que foram os únicos cuja produção de biossurfactantes foi influenciada apenas pela concentração de melaço e que alcançaram valores de DMC de pelo menos 10 vezes. O surfactante produzido por P.aeruginosa LBBMA 88A formou emulsões consideradas estáveis com querosene. Temperaturas acima de 70°C e valores de pH 4,0 reduziram a viscosidade do meio de cultura desestabilizando as emulsões formadas entre soluções aquosas dos biossurfactantes e o querosene. Concentrações de NaCl acima de 10 g L-1 alteraram a atividade tensoativa em razão da desestabilização das micelas presentes. O meio a base de melaço e manipueira alcançou resultados satisfatórios para a produção de surfactante pelos isolados testados com características desejáveis a aplicações ambientais, em especial a estabilidade em amplas faixas de salinidade, temperatura e pH.

O ácido y-poliglutâmico (y-PGA) é um biopolímero solúvel em água, aniônico, atóxico, biodegradável e biocompatível, produzido por Bacillus e que possui aplicações nas áreas química, médica, ambiental e de alimentos. Este trabalho tem como objetivo estudar o processo de produção do y-PGA a partir do cultivo de uma nova linhagem de Bacillus isolada de ambiente amazônico, o Bacillus subtilis BL53. Este estudo inclui a seleção de culturas, a otimização de condições de cultivo e a prospecção de substratos de produção alternativos. A habilidade de produção de y-PGA por linhagens de Bacillus isoladas na região amazônica foi investigada. A linhagem BL53 foi a linhagem selecionada, sendo identificada como Bacillus subtilis, através da análise da seqüência do gene 16S DNAr e de suas características bioquímicas. A avaliação das condições de cultivo submerso foi conduzida em agitador orbital mediante delineamento composto central rotacional (DCCR) que apontou como ponto ótimo de produção de y-PGA, a temperatura de 37 oC, o pH inicial de 6,9 e a concentração de 1,22 mM de Zn2+ suplementada ao Caldo E. Nas condições otimizadas, a produção de y-PGA foi igual a 10,4 g/L, cerca de três vezes maior que a obtida em condições convencionais de cultivo em Caldo E, utilizando a mesma linhagem. A influência da disponibilidade de oxigênio sobre a produção de y-PGA por B. subtilis BL53 foi avaliada em biorreator agitado de 5 L, com o emprego das velocidades de agitação de 500, 750 e 1000 rpm, sendo mantida fixa a taxa de aeração de 2 vvm. A produção de y-PGA mostrou-se altamente dependente da transferência de oxigênio, sendo que o teor de oxigênio dissolvido decaiu rapidamente nas primeiras 15 horas de cultivo, como resultado da elevada demanda de oxigênio pelas bactérias. O aumento na velocidade de agitação no biorreator possibilitou uma maior transferência de oxigênio e induziu o aumento na taxa de consumo de oxigênio pelas bactérias, conduzindo a maior produção e maior produtividade de y-PGA. A intensificação da agitação também influenciou os parâmetros cinéticos de crescimento do Bacillus subtilis BL53, provocando um aumento na velocidade específica de crescimento na fase logarítmica (max) sem provocar a perda da viabilidade celular. Com a utilização da velocidade de agitação de 1000 rpm em biorreator, o tempo de cultivo pode ser reduzido para menos de 48 h, cerca de 50% do tempo necessário para operação a 500 rpm. A investigação de substratos alternativos para produção de y-PGA mostrou o glicerol residual de biodiesel e o resíduo fibroso de soja como substratos promissores, apontando para a possibilidade de investigação em trabalhos futuros. / The poly-gamma-glutamic acid (y-PGA) is a water-soluble biopolymer, anionic, non toxic, biodegradable and biocompatible, it is produced by Bacillus and it has applications in chemical, medical, environmental and food industries. This work aims to study the process of production of y-PGA through cultivation of a new strain of Bacillus isolated from the Amazonian environment, Bacillus subtilis BL53. This study includes the screening of strains, the optimization of culture conditions and the investigation of alternative substrates. The ability of y-PGA production by Bacillus strains isolated from Amazonian environment was investigated. The BL53 strain was selected and identified as Bacillus subtilis, through analysis of 16S rDNA gene sequence and its biochemical characteristics. Evaluation of culture conditions in submerged cultivation was conducted in shaker using central composite design (CCD), which showed the temperature of 37 oC, the initial pH 6.9 and concentration of 1.22 mM Zn2+ in Medium E as the optimal conditions to y-PGA production. Under optimized conditions, the production of y-PGA was 10.4 g/L, about threefold what was obtained using this strain under conventional cultivation in Medium E. The influence of oxygen availability on the production of y-PGA by B. subitlis BL53 was evaluated in a 5 l stirred bioreactor with the use of stirring rates of 500, 750 and 1000 rpm, using a fixed aeration rate of 2 vvm. Production of y-PGA was highly dependent on oxygen transfer, and the dissolved oxygen content decreased rapidly in the first 15 hours of culture as a result of high oxygen demand by bacteria. The increase in stirring rate in the bioreactor allowed a better oxygen transfer and induced a rise in the oxygen uptake rate by bacteria, leading to higher production and higher productivity of y-PGA. The intensification of the stirring also influenced the kinetics growth parameters of Bacillus subtilis BL53, producing an increase in specific growth rate in the logarithmic phase (max) without causing reduction of cell viability. Using the stirring rate of 1000 rpm in a bioreactor, the cultivation time can be reduced to less than 48 h, about 50% of the time required for operation at 500 rpm. The investigation of alternative substrates for the production of y-PGA showed crude glycerol from biodiesel and soybean industrial fibrous residue as promising ones, pointing to research possibilities in future work.

O ácido ƴ-poliglutâmico (ƴ-PGA) é uma homopoliamida aniônica, biodegradável, comestível e atóxica, sintetizada por bactérias do gênero Bacillus, podendo ser utilizado nas indústrias alimentícia e de cosméticos, na medicina e no tratamento de águas residuais. Este trabalho teve como objetivo caracterizar e identificar potenciais aplicações para o ƴ-PGA obtido através do cultivo submerso de Bacillus subtilis BL53, conduzido sob condições otimizadas em trabalhos anteriores. Além disso, foi avaliado o efeito de diferentes inóculos e da adição de precursores da rota metabólica na produção do biopolímero. A melhor condição obtida foi testada em biorreatores com adição de polidimetilsiloxano (PDMS) como carreador de oxigênio, com o objetivo de aumentar a produtividade do biopolímrero. A massa molar média (Mw), obtida através de espalhamento de luz estático, na ordem de 106 g mol-1 não apresentou diferenças significativas para o biopolímero obtido após 48 e 96 h de cultivo. As análises reológicas conduzidas em viscosímetro rotacional indicaram que os polímeros obtidos após 48 e 96 horas apresentaram comportamento Newtoniano, sendo que após 96 horas a viscosidade absoluta foi maior. As análises térmicas (calorimetria diferencial exploratória e análise termogravimétrica) indicaram a temperatura de fusão (Tm) de 134 ºC e 128 ºC e o intervalo de degradação (Td) entre 120 ºC - 190 ºC e 120 ºC - 215 ºC, para os biopolímeros obtidos após 48 e 96 horas de cultivo respectivamente. O caldo LB apresentou-se como o melhor inóculo para a produção de ƴ-PGA. A adição dos precursores L-glutamina e ácido -cetoglutárico aumentou em 20 % a produção do biopolímero. A adição de 10 % de PDMS nos cultivos em biorreatores aumentou o coeficiente volumétrico de transferência de massa (KLa) e a produção e produtividade do ƴ-PGA, sendo produzidos 23.5 g L-1 do biopolímero em 24 horas de cultivo, uma produtividade aproximadamente 40 % superior às obtidas por outros autores utilizando o mesmo microrganismo. / Poly-ƴ-glutamicacid (ƴ-PGA) is an anionic, biodegradable, non-toxic and edible homopolyamide, synthesized by bacteria of the genus Bacillus, being used in food, cosmetics, medicine and waste water treatment. The aim of this study is to characterize and indentify potencial applicatiions for the ƴ-PGA obtained by submerged cultivation of Bacillus subtilis BL53, conducted under optimized conditions in previous studies. We also evaluated the effect of different inoculants and addition of precursors in the metabolic pathway of production of the biopolymer. The best condition obtained yet been tested in bioreactors with addition of polydimethylsiloxane (PDMS) as a carrier of oxygen in order to further increase the productivity of biopolymer. The average molecular weight (Mw) obtained by static light scattering, on the order of 106 g mol-1, showed no significant differences for biopolymer obtained after 48 and 96 h of cultivation. Analyses conducted in rotational viscometer indicated that biopolymers after 48 and 96 h have a Newtonian behavior, and the 96 hours had higher absolute viscosity. The thermal analysis (differential scanning calorimetry and thermo gravimetric analysis) indicated the melting temperature (Tm) as 134 ºC and 128 ºC and degradation temperature range (Td) of 120 ºC - 190 ºC and 120 ºC - 215 ºC, after 48 and 96 hours respectively. It was found that the best inoculum medium for biopolymer production was the LB broth. The addition of the precursors L-glutamine and -ketoglutaric acid increased in 20% the ƴ-PGA production. The addition of 10% of PDMS in bioreactors cultures increased the mass transfer volumetric coefficient (KLa) and the production and productivity of ƴ-PGA, being produced 23.5 g l-1 of the biopolymer in 24 hours of cultivation, a productivity about 40 % higher than those obtained by other authors using the same microorganism.

Orientador: Marcelo Cristianini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T13:52:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavalcante_DanielAugusto_M.pdf: 768554 bytes, checksum: 806781e209c7df41d14d5cfcb03e7401 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A etapa de sanitização é critica e de suma importância para a qualidade microbiológica de vegetais. ÿ importante que o sanitizante seja além de eficaz, seguro do ponto de vista toxicológico. O uso do ozÃ'nio durante o processamento de vegetais prolonga a vida de prateleira, preserva os atributos sensoriais e não produz resíduos tóxicos. O objetivo deste trabalho foi estudar a eficiência o ozÃ'nio como sanitizante em hortaliças folhosas. Em um primeiro momento foi verificada a ação do sanitizante in vitro em Escherichia coli O157:H7 e Bacillus subtilis. O ozÃ'nio foi utilizado nas concentrações de 0,6, 0,8 e 1,0 mg L-1 nos tempos de 1, 3 e 5 minutos para cada concentração. Na seqüência observou-se a ação de água ozonizada durante um minuto na sanitização de alface americana inoculada com E. coli O157:H7 na concentração de 1,0 mgL-1 e, para completar o estudo, foi verificado o comportamento da hortaliça durante dez dias de armazenamento a 2ºC, sob ação de 1,0 mg L-1 de água ozonizada nos tempos de 1, 2 e 3 minutos. No estudo in vitro a E. coli O157:H7 e o Bacillus subtilis, no tempo de 3 minutos de exposição a 1,0 mg L-1 de água ozonizada, apresentaram uma redução de 6,6 e 6,3 ciclos logarítmicos, respectivamente. A atuação de 1,0 mgL-1 de água ozonizada aplicada durante 1,0 minuto em alface americana inoculada intencionalmente com E. coli O157:H7 apresentou uma redução média de 3,2 ciclos logarítmicos. No trabalho de vida de prateleira a alface permaneceu com menos de 3 NMP g-1 de Coliformes termotolerantes durante os 10 dias de tempo de estocagem nos tempos de 1, 2 e 3 minutos, após ser sanitizada com água ozonizada na concentração de 1,0 mgL-1, enquanto que as alfaces tratadas apenas com água corrente apresentaram, no último dia de estocagem, uma população de 1,1x104 NMP g-1 do mesmo microorganismo. Os resultados demonstram que o ozÃ'nio na concentração de 1,0 mgL-1 no tempo de 1 minuto é capaz de manter a qualidade microbiológica de alface americana dentro dos padrões higiênicos vigentes / Abstract: The sanitization is a critical stage for the microbiological quality of vegetables. Itâ?¿s important that the sanitizer has effectiveness, and most be safe of the toxicological point of view. The use of ozone during the process of vegetables contributes to extend their shelf life, to preserve their sensorial attributes without producing toxic residues. The objective of this work was to study the potential of ozone as sanitizer in vegetables. In a first moment, the action of the sanitizer in vitro was verified in Escherichia coli O157:H7 and Bacillus subtlis. The ozone was used at concentrations of 0,6, 0,8 and 1,0 mg L-1 in times of 1, 3 and 5 minutes for each concentration. In the sequence the action of 1,0 mg L-1 of ozone water was observed during one minute in the sanitization of iceberg lettuce inoculated with E. coli O157:H7 and, to complete, the behavior of the vegetable was verified during ten days of storage at 2ºC, by the action of 1,0 mg L-1 of ozone water in times of 1, 2 and 3 minutes. In the study in vitro, the E. coli O157:H7 and the Bacillus subtilis, exposed for 3 minutes to 1,0 mg L-1 of ozone water, presented a reduction of 6,6 and 6,3 logarithmic cycles, respectively. The performance of 1,0 mg L-1 of ozone water applied for 1,0 minutes in Iceberg lettuce inoculated intentionally with E. coli O157:H7 presented a medium reduction of 3,2 logarithmic cycles. Concerning to shelf life the lettuce stayed with less than 3 MPN g-1 of Coliforms thermtolerants during the 10 days of storage in the times, after being sanitized with ozone water 1, 2 and 3 minutes in the concentration of 1,0mg L-1. On the other hand, the lettuce treated only with current water presented, in the last day of storage, a population of 1,1x104 MPN g-1 of the same microorganism. The results demonstrate that the ozone in the concentration of 1,0 mg L-1 in the time of 1 minute is capable to maintain the microbiological quality of iceberg lettuce inside of the effective hygienic patterns / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Larissa_ Kummer.pdf: 3836984 bytes, checksum: 1746a7b3c060c75c722565a4bf452739 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / High concentrations of heavy metals in the soil can affect the sustainability of ecosystems and the health of humans and animals. The metal availability in the environment is related to the characteristics of each element, historical and source of contamination, as well as the properties of each soil. The presence of more than one element is common in contaminated areas and their interaction can affect their behavior in the environment. Researches have been developed to study the behavior of metals in different types of soils and thus help in cases of remediation. In recent years, the soil washing with biosurfactant has been presented as a promising method of remediation with little or no effect on the physico-chemical and microbiological characteristics of the soil, but the costs of obtaining this biosurfactant are still high, because most manufacturers use artificial means for production. Thus, this study had the objective of evaluating the remediation potential of the biosurfactant obtained from the fermentation of cassava water through the action of the bacteria Bacillus subtilis. This biosurfactant was characterized as surfactin, an anionic lipopeptide. Soils of different origins were used, one of them typical of the southwestern state of Paraná and the other from the northwest. The soils were first evaluated according to their potential for adsorption of the elements copper, zinc and lead in monometallic and multimetalic conditions, representing non-competitive and competitive conditions respectively. This evaluation was carried out by tests of adsorption and application of the matematical models of Langmuir and Freündlich. Soils were characterized chemically, physically and mineralogically. After that, it was performed the process of artificial contamination of these soils for application in the experiments of soil washing with biosurfactant in different conditions, having pH and concentration of biosurfactant solution as the main variables. Furthermore, it was also assessed the adsorption s capacity for metals by biosurfactant in liquid medium. The results showed that metals have different behaviors related to the adsorption and desorption to soil and to the biosurfactant. The soil type is also very important for the efficiency of metal removal. The clay soil showed higher adsorption capacity and therefore lower capacity of metal removal when compared to the sandy soil. In general, the soils showed the following sequence of adsorption capacity: Pb > Cu > Zn. The Pb was the element that less desorved by the washing process. It can also be concluded that, when soils are contaminated by more than one element at the same time, its ability to leach is greater than when the element is alone in the medium. This situation occurs because of differences between the competitive processes that take place in the active sites. The washing experiments showed that the biosurfactant was not able to improve the efficiency of removal of metals. The results obtained by the control treatments (only pure water) had very similar values to those that contained biosurfactant. When the wash solution containing the biosurfactant was in high concentrations, decrease in removel efficiency was found in some of the samples. Analysis of high performance liquid chromatography showed that the biosurfactant was adsorbed to soil samples, which is the consequence of not observing the effectiveness of the extractor in the removal of metals. It is notable, however, that the surfactin obtained has the potential to bind to metals, since the tests of adsorption to metals was confirmed by experiments. According to the results obtained, it can be inferred that the surfactin has greater potential for metal removal in liquid media than in solid medium, because of the lower possibility of adsorption. In soil, the results indicated potential use of this biosurfactant as stabilizing of metals in methods of remediation "in situ". / Concentrações elevadas de metais pesados no solo podem afetar a sustentabilidade dos ecossistemas e também a saúde dos seres humanos e animais. A disponibilidade do metal no ambiente está relacionada às características de cada elemento, histórico e fonte de contaminação, bem como às propriedades de cada solo. A presença de mais de um elemento em áreas contaminadas é comum e a interação entre eles pode afetar o seu comportamento no ambiente. Diante do problema, pesquisas vêm sendo realizadas a fim de estudar o comportamento dos metais em diferentes tipos de solos e assim auxiliar nos procesos de remediação. Nos últimos anos, a lavagem do solo com biossurfactante tem sido apresentada como um método promissor de remediação com pequeno ou nenhum efeito sobre as características físico-químicas e microbiológicas do solo, porém os custos de obtenção deste biossurfactante ainda são altos, pois a maioria dos fabricantes utiliza meios artificiais para sua produção. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo geral avaliar o potencial de remediação do biossurfactante obtido a partir do bioprocessamento da manipueira pela ação de bactérias Bacillus subtilis. Este biossurfactante foi caracterizado como surfactina, um lipopeptídeo aniônico. Foram utilizados solos de origens distintas, sendo um deles típico da região sudoeste do estado do Paraná e outro da região noroeste. Os solos utilizados foram primeiramente avaliados de acordo com o seu potencial de adsorção dos elementos cobre, zinco e chumbo em condições monometálicas e multimetálicas, representando condições não-competitivas e competitivas, respectivamente. Esta avaliação foi feita por meio de testes de adsorção e aplicação de modelos matemáticos de Langmuir e Freündlich. Os solos foram caracterizados química, física e mineralogicamente. A partir de então realizou-se o processo de contaminação artificial destes solos para posterior aplicação dos experimentos de lavagem com o biossurfactante em diferentes condições, sendo as variáveis pH e concentração da solução de biossurfactante como as principais. Além disso, também foi avaliada a capacidade de adsorção dos metais pelo próprio biossurfactante, em meio líquido. Os resultados mostraram que os metais apresentam comportamentos distintos quanto a adsorção e dessorção ao solo e ao biossurfactante. O tipo de solo também é muito importante para a avaliação da eficiência de remoção de metais. O solo argiloso apresentou maior capacidade de adsorção e consequentemente menor capacidade de remoção dos metais quando comparado ao solo arenoso. De modo geral, os solos apresentaram a seguinte sequência de capacidade de adsorção: Pb > Cu > Zn. O Pb foi o elemento que menos dessorveu pelos processos de lavagem. Foi possível também concluir que quando os solos estão contaminados por mais de um elemento ao mesmo tempo, a capacidade de lixiviar-se é maior do que quando o elemento está sozinho no meio. Esta situação ocorre em virtude dos processos competitivos existentes entre os sítios ativos. Os experimentos de lavagem mostraram que o biossurfactante não foi capaz de melhorar a eficiência de remoção dos metais. Os resultados obtidos pelos tratamentos controle (somente água pura) tiveram valores muito semelhantes aos que continham biossurfactante. Quando a solução de lavagem continha o biossurfactante em altas concentrações, foi encontrada, em algumas amostras, queda na eficiência de remoção. Análises de cromatografia líquida permitiram concluir que o biossurfactante foi adsorvido às amostras de solo, sendo esta a consequência da não observação da eficácia do extrator na remoção dos metais. Cabe ressaltar, entretanto, que a surfactina obtida apresenta potencial de ligar-se aos metais, uma vez que os testes de adsorção desta aos metais foi confirmado pelos experimentos realizados. De acordo com os resultados encontrados, pode-se inferir que a surfactina tem maior potencial de remoção de metais em meio líquido do que em meio sólido, devido a menor possibilidade de adsorção na matriz sólida. Em solo, os resultados indicaram potencial de utilização deste biossurfactante como agente de estabilização dos metais em métodos de remediação in situ .

The grapevine is a fruit that has significant importance in the world economic sector and several factors may compromise its development and especially productivity, including pathogen attack. The disease known as downy mildew is caused by Plasmopara viticola and may cause serious damage to the crop if not controlled. Thus, the major way of controling the disease is associated with the use of fungicides, which causes risks to the environment and human health. The aim of this study was to evaluate the potential of biological agents and chitosan on controlling downy mildew throughthe induced resistance mechanism in grapevine cv. Cabernet Sauvignon. It was hypothesized that the biological agents Trichoderma spp. and Bacillus subtilis, as well as chitosan have the ability to affect directly the viability of P. viticola sporangia and to elicit defense responses in leaf cells of grapevine. Germination of sporangia was measured in vitro andexperiments in greenhouse were conducted, aimed at monitoring the progress of downy mildew on plants exposed to the products studied and, two days later, inoculated with P. viticola. In another experiment, in the absence of the pathogen, leaf tissue of grapevine plants exposed to the same products was collected for conducting biochemical and biological analysis, aiming to characterize the induction of resistance (IR) in plant cells. The activity of pathogenesis related proteins (PRPs) such as guaicol peroxidases, chitinases , β-1,3-glucanases , and polyphenoloxidases in leaves exposed to the products was determined, as well as the levels of total soluble phenols and lignin. Chitosan, but not the biological control agents, reduced the viability of sporangia of P. viticola. All products promoted protection, although not significant when compared to control plants. All studied products produced alterations in the production of PRPs and total phenols. Despite the sharp increase, but not significant, in the lignin content of leaves, small reduction in the area under the mildew progress curve was observed that can be attributed to mechanisms of resistance induction activated by the products studied through elicitor action. / A videira é uma frutífera que possui relevante importância no setor econômico mundial, sendo que vários fatores podem comprometer seu desenvolvimento e consequente rendimento, incluindo o ataque de patógenos. A doença conhecida como míldio da videira, causada pelo pseudofungo Plasmopara viticola, causa sérios danos à cultura quando não controlada. Dessa maneira, a principal forma de controle da doença está associada à utilização de químicos, os quais causam riscos ao ambiente e à saúde do homem. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de agentes biológicos e quitosana, na viabilidade de esporângios de míldio, o efeito no progresso da doença e os mecanismos de indução de resistência vegetal, em plantas de videira cv. Cabernet Sauvignon. Hipotetizou-se que os agentes biológicos Trichoderma spp. e Bacillus subtilis, bem como quitosana têm a capacidade de afetar diretamente a viabilidade de esporângios de P. viticola, assim como atrasar ou evitar o progresso de míldio e elicitar respostas de defesa em células foliares de videira. Para tanto, a viabilidade de esporângios de P. viticola foi analisada in vitro e experimentos em casa de vegetação foram conduzidos, afim de, acompanhar o progresso de míldio em plantas de videira expostas aos produtos estudados. Em outro experimento, na ausência do patógeno, tecido foliar de plantas de videira, submetidas aos mesmos produtos, foi coletado para realização de análises bioquímicas e metabólicas, visando à caracterização da indução de resistência (IR) celular vegetal. Foram determinadas atividades de proteínas relacionadas à patogênese (PRPs) como peroxidases de guaicol, quitinases, β-1,3-glucanases e polifenoloxidases em folhas expostas aos produtos, bem como os teores de fenóis solúveis totais e lignina. A quitosana, mas não os agentes biológicos, reduziram a viabilidade dos esporângios. Todos os produtos estudados geraram alterações na produção de PRPs e fenóis totais. Os teores de lignina embora não significativos em relação à testemunha demonstraram aumento, e isso pode estar associado com a porcentagem de proteção que os produtos conferiram às plantas de videira na área abaixo da curva de progresso da doença, induzindo a produção de compostos envolvidos na síntese de lignina.

En réponse à un stress nutritif, les espèces du genre Bacillus sont susceptibles de former desspores métaboliquement dormantes résistantes à d’autres formes de stress. Ces spores peuventse retrouver à forte concentration dans beaucoup d’aliments secs, ce qui peut provoquer desintoxications alimentaires ou dégrader les aliments lorsqu’ils sont réhydratés. Comme leurdestruction est très difficile, la plupart des méthodes couramment utilisées pour décontaminerles aliments secs sont peu efficaces. L’objectif de ce travail est de comprendre l’influence del’hydratation de la spore sur l’inactivation des spores sèches de B. subtilis. Une étudefondamentale a été menée en soumettant les spores placées dans les capsules d’AnalyseEnthalpique Différentielle à différent traitements thermiques et en associant simultanémentles thermogrammes obtenus à la viabilité des spores traitées. Les résultats montrent lapersistance d’une teneur en eau relativement élevée dans le protoplaste des spores équilibréesà faible aw (0,13). De plus, une relation forte a été mise en évidence entre la teneur en eau duprotoplaste de la spore et sa sensibilité thermique. La spectroscopie IR à transformée deFourier a montré que cette sensibilité est fortement reliée à la dénaturation/agrégation desprotéines et à la libération de l’acide dipicolinique. Ces résultats ont finalement permis dedévelopper un procédé d’inactivation thermique sous pression (entre 2 et 7 bar) des sporessèches. Le maintien d’une pression d’azote dans le réacteur chauffé permet d’empêcherl’évaporation de l’eau du protoplaste des spores et donc de favoriser leur inactivation. A termeet après développement, ce procédé peut être un moyen original de décontaminationd’aliments secs. / In response to starvation, species from the genre Bacillus are able to form metabolicallydormant spores which are very resistant to multiple forms of stress. They are found in quitehigh concentrations in some dried foods which, upon rehydration, may lead to food deterioration or food-borne diseases. Moreover, their destruction is rather difficult and mostof the techniques commonly used to treat dry foods result in a very low spore inactivation.The aim of this work is to better understand the role spore hydration in the inactivation ofdried Bacillus subtilis spores. A fundamental study was conducted using DifferentialScanning Calorimetry pans as reactors to perform a heat treatment in dried spores andsimultaneously relate the thermograms to spore viability. Results show the persistence of arelatively high water concentration in the core of extremely dry spores. Besides, a strongrelation between this core water concentration and spore thermal sensitivity wasdemonstrated. This destruction was found to be highly related to proteindenaturation/aggregation and dipicolinic acid release through Fourier Transform InfraredSpectroscopy analysis. From this fundamental study, a procedure for the inactivation of driedspores using low pressures (2-7 bar) and high temperature was developed. The systemconsisted of a heated reactor in which gaseous nitrogen was compressed to prevent theevaporation of water from the spores and so favor spore inactivation (> 5 log10). This methodof inactivation could be an interesting new way to optimize the decontamination of driedfoods.

La spore bactérienne est une forme microbienne multicouche extrêmement résistante aux perturbations environnementales. Cette résistance est notamment liée à sa structure unique qui est particulièrement peu perméable et compacte. Ce travail de thèse a pour but d’identifier et de caractériser les structures sporales impliquées dans ces propriétés. Des méthodes d’investigations globales comme la RMN ou l’anisotropie de fluorescence ont permis de montrer que le cortex des spores de Bacillus subtilis est modifié par la température, pour des valeurs proches de celle de l’activation de la germination. Ceci aura pour conséquence de modifier l’accès à la membrane interne. Un outil d’étude à l’échelle de la spore, l’imagerie en temps de vie de fluorescence (FLIM) couplé à l’utilisation d’un rotor moléculaire, a également été mis au point. Cet outil a permis de mettre en évidence que la membrane interne de B. subtilis possède une très forte viscosité, environ deux fois plus importante que celle de la membrane d’une cellule végétative. Cette viscosité n’est modifiée par la température qu’au-delà de 65 °C, correspondant également à l’activation de la germination. Une perturbation connue pour modifier l’intégrité de la structure de la spore a également été étudiée : l’éthanol couplé à une température importante (65 ou 70°C). Ce traitement est responsable d’une perméabilisation et d’une inactivation des spores. L’éthanol conduit notamment à l’altération de la membrane interne, dont la viscosité et la perméabilité sont modifiées. Ces résultats apportent de nouvelles données pour la compréhension des mécanismes responsables de l’inactivation des spores. Ils permettent d’envisager des applications, pour lesquelles une maitrise des modifications structurales est nécessaire, comme la microencapsulation. / The bacterial spore is a multilayer microbial form which is extremely resistant to environmental perturbations. This resistance is especially due to its unique structure which is particularly compact and weakly permeable. This work aims to identify and characterize the spore structures involved in these properties. Overall investigation methods, such as NMR and fluorescence anisotropy, have shown that the cortex of Bacillus subtilis spores is modified by temperature for level similar to that of the activation of germination. This will result in changes to the access to the inner membrane. A tool at the spore’s scale, the fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) in conjunction with the use of a molecular rotor, has been set up. This tool allowed demonstrating that inner membrane of B. subtilis has a very high viscosity, about two times greater than that of the membrane of a vegetative cell. This viscosity is changed by temperature near 65 °C, which corresponds to activation of germination. A stress known to modify the structural integrity of the spore has also been studied: ethanol combined with significant temperature (65 ou 70 °C). This treatment is responsible for inactivation of spores in parallel with their permeabilization. Ethanol especially leads to alteration of the inner membrane for which the viscosity and permeability are changed. These results provide new understanding of mechanisms implicated in spores’ destruction. They allow considering some new applications, for which it is necessary to control structural changing, for example microencapsulation.

Les probiotiques sont des « microorganismes vivants qui, lorsqu’ils sont ingérés en quantité suffisante, exercent un effet positif sur la santé de l’hôte ». Ils agissent en modulant le système immunitaire, en empêchant l’adhésion et/ou la croissance des bactéries pathogènes, en renforçant la barrière intestinale et en stabilisant sa microflore. Cependant, les mécanismes d’action de ces bactéries restent encore peu connus.Ce travail de thèse propose d’élucider les modes d’action de deux souches de Bacillus probiotiques humains : Bacillus clausii O/C et de Bacillus subtilis CU1.L’adhésion des probiotiques aux surfaces intestinales est un facteur important pour leur persistance dans l’organisme, l’immunomodulation et la compétition envers les agents pathogènes. B. clausii et B. subtilis présentent de fortes capacités d’adhésion sous forme de spores grâce à leurs protéines de surface préférentiellement impliquées dans les interactions avec l’hôte. En effet, celles-ci jouent un rôle prépondérant dans la stimulation de l’expression des gènes codant les cytokines dans les cellules Caco-2 et la production de cytokines par les cellules immunitaires, induite par les souches probiotiques, via la liaison avec des récepteurs de l’hôte. Des protéines S-layers, protéines ribosomales et protéases ont été identifiées à la surface de ces souches, ainsi qu’une grande quantité de flagelline à la surface de B. subtilis.Par ailleurs, les composés sécrétés par les souches stimulent également la production de cytokines chimiotactiques et anti-inflammatoires. B. clausii sécrète une protéase capable de neutraliser plusieurs types de toxines dont celles sécrétées par C. difficile et B. cereus. B. subtilis n’a montré aucune propension pour l’inhibition de l’adhésion des agents pathogènes testés, mais un essai clinique a démontré sa capacité à moduler le système immunitaire et la composition du microbiote intestinal. / Probiotic are ”live microorganisms, which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host”. They act by modulating the immune system, preventing the adhesion and / or growth of pathogenic bacteria, reinforcing the intestinal barrier and stabilizing the microbiota.However, the mechanisms of action of these bacteria are still poorly understood.This thesis proposes to elucidate the mode of action of two human probiotic strains of Bacillus : Bacillus clausii O / C and Bacillus subtilis CU1.The adhesion of probiotics to intestinal surfaces is an important factor for their persistence in the host, immunomodulation and competition with pathogens. B. clausii and B. subtilis have strong abilities to adhere as spores, through their surface-associated proteins which are preferentially involved in interactions with the host. Indeed, they play a key role in the up-regulation of gene expression encoding cytokines in Caco-2 cells and in the stimulation of cytokine production by immune cells, induced by probiotic strains, through binding with host receptors. Some S-layers proteins, ribosomal proteins and proteases have been identified on the surface of these strains, and a large quantity of flagellin on the surface of B. subtilis.In addition, secreted compounds of these probiotics also stimulate the production of chemotactic and anti-inflammatory cytokines. B. clausii secretes a protease able to neutralize several types of toxins, including those secreted by C. difficile and B. cereus. B. subtilis has not predisposition to compete with the adhesion of pathogens tested, but a clinical trial has demonstrated its ability to modulate the immune system and the composition of the intestinal microbiota.

Made available in DSpace on 2017-06-01T18:20:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_joao_caitano_alves_neto.pdf: 777326 bytes, checksum: 2e15b6afc4e315a3f94d61e55ec5b9ce (MD5) Previous issue date: 2012-09-04 / The reuse of agro-industrial waste as sources of carbon and nitrogen has been investigated in biotechnology for the production of enzymes by microorganisms. Among the microbial enzymes imported into Brazil, the proteases are applied in technological processes in the fields of detergents, pharmaceuticals, cosmetics, food, among others. The aim of this work was to produce proteases by submerged cultivation in the presence of agro-industrial waste. The determination of proteolytic activity was in the presence of 0.2 % azocasein. Submerged cultivation of Bacillus sp. strains isolated were carried out in Erlermeyer flasks. The maximum protease activity was determined in the presence of corn steep liquor. The concentration of the liquid metabolic by ultrafiltration of the metabolic liquid with proteolytic activity retained 80% of the activity. A factorial experimental design was carried out to investigate the stability of the metabolic liquid. The maximum proteolitic activity of the liquid metabolic cell-free (196 U/mL) was determined in the presence of 0.5 % sodium sorbate, 0.5 % calcium chloride, and 7.5 % of glycerol and polyethyleneglycol-200. The enzyme extract formulated retained 68 % of the proteolytic activity after 10 days at storage at room temperature (28 ˚C). The retentate with proteolytic activity showed optimum pH 9 and 11 and retention 90 - 100 % of the activity for 90 min at optimum pH; the optimum temperature was 50 ˚C e the maximum thermal stability was at 40 ˚C for 30 min at pH 11. The formulation of metabolic liquid concentrate with proteolytic activity which has thermal stability at alkaline pH is a bioproduct which can be used as an additive in detergents. / O reaproveitamento de resíduos agroindustriais como fontes de carbono e de nitrogênio tem sido investigado na área de biotecnologia para produção de enzimas por micro-organismos. Dentre as enzimas microbianas importadas no Brasil, as proteases são aplicadas no processamento tecnológico de detergentes, fármacos, cosméticos, alimentos, dentre outros. O objetivo deste trabalho foi produzir proteases por cultivo submerso utilizando resíduos agroindustriais. A determinação da atividade proteolítica ocorreu na presença de azocaseína a 0,2 %. Cultivos submersos de culturas isoladas de Bacillus sp. foram realizados em frascos de Erlermeyer. A atividade máxima de proteases foi determinada na presença de milhocina. A concentração do líquido metabólico com atividade proteolítica por ultrafiltração reteve cerca de 80 % da atividade inicial. Um planejamento experimental fatorial foi realizado para investigar a estabilidade do líquido metabólico. A maior atividade proteolítica média do líquido metabólico livre de células (196 U/mL) foi determinada na presença de sorbato de sódio a 0,5 %, cloreto de cálcio a 0,5 %, glicerol a 7,5 % e polietilenoglicol-200 a 0,5 %. O extrato enzimático formulado reteve 68 % da atividade proteolítica com 10 dias de armazenamento à temperatura ambiente (28 ˚C). O retentado com atividade proteolítica apresentou pH ótimo 9 e 11 e retenção de 90 - 100 % da atividade durante 90 min em pH ótimo; a temperatura ótima foi 50 ˚C e a estabilidade térmica máxima a 40 ˚C durante 30 min a pH 11. A formulação de líquido metabólico concentrado com atividade proteolítica que apresenta estabilidade térmica em pH alcalino é um bioproduto que pode ser utilizado como aditivo em detergentes.