Nisina, um antimicrobiano produzido por cepas de Lactococcus lactis subsp. Lactis, pode ser utilizada como preservante em alimentos e, possivelmente, como agente antimicrobiano. Para aumentar sua produção por Lactococcus lactis ATCC 11454 em meio MRS (pH = 6,5) realizamos ensaios em agitador rotativo (100 rpm/ 30 °C/ 36h) a partir de 3 grupos de ensaios, designados por desenho fatorial de dois níveis (2 (4-1) no grupo 01) e 2(3) nos grupos 2 e 3. As concentrações de sacarose (2,2 a 15 g/L), asparagina (7,5 a 75 g/L), fosfato de potássio (6 a 18 g/L) e Tween 80 (1,0 a 6,6 g/L) foram adicionadas ao meio MRS (pH = 6,5). A produção de nisina foi acompanhada a partir do método de difusão em ágar a partir de utilização de Lactobacillus sake ATCC 9924 como microorganismo sensível. Os melhores níveis de nisina atingidos foram de 1,6 x 104 AU/mL (grupo 2) a 1,8 x 104 AU/mL (grupo 1) e obtidos para os níveis máximos de sacarose e asparagina. Dependendo das proporções entre as concentrações dos outros nutrientes, quando a concentração final de sacarose variou entre 0,33 g/L a 3,64 g/L, o pH oscilou entre 5,10 to 6,01, o acido lático produzido variou de 1,19 g/L a 4,44 g/L e a concentração celular variou de 0,99 a 4,184 mg/L. produção de nisina mostrou-se independente das velocidades de crescimento, as quais variaram de 0,0070 h-1 a 0,0401 h-1. A analise de regressão mostrou se adequar a um modelo polinomial quadrático: Log AU/mL = 1,98905 - 0,213558 x2 + 1,80028 x3 - 1,40776 x4 + 0,23436 x1 x2 + 0,35936 x1 x3 +1,47217 x3 x4 (equação principal). Onde os índices representam as concentrações de sacarose; asparagina; fosfato e tween 80 respectivamente. A análise de variância foi realizada para os parâmetros fixados para demonstrar a adequação do modelo proposto. (x são os índices dos nutrientes adicionados). / Nisin, an antimicrobial substance tha is produced by Lactococcus lactis, can be utilized as a preservative and therapeutic agent. To improve its production by Lactococcus lactis ATCC 11454 in MRS broth (pH =6.5), in rotatory shaker (100 rpm/ 30 °C/ 36h), three groups of assays, set up by a fractional factorial design of two-levels (2 (4-1) in group 01), and 2(3) in groups 2 and 3 were carried out. The minimum and maximum concentrations of sucrose (5 to 12.5 g/L), asparagine (7.5 to 75 g/L), potassium phosphate (6 to 18 g/L) and Tween 80 (1.0 to 6.6 g/L) were added to the MRS broth (pH = 6.5). The nisin production was accompanied through the agar diffusion assay using Lactobacillus sake ATCC 9924 as a sensitive microorganism. The best nisin activities ranged from 1.67 x 104 AU/mL (group 2) to 1.84 x 104 AU/mL (group 1) and were obtained for maximum levels of sucrose and asparagine, dependending of the proportions of the other nutrients concentrations, when the final sucrose content varied from 0.33 g/L to 3.64 g/L, the pH value oscillated beTween 5.10 to 6.01, the produced lactic acid was ranged from 1.19 g/L to 4.44 g/L and the dry-cell content was about 0.99 to 4,184 mg (DCW)/L. Nisin production was shown to be independent of growth rates, which ranged from 0.0070 h-1 to 0.0401 h-1. The regression analysis attained a quadratic polynomial model: Log AU/mL = 1.98905 - 0.213558 x2 + 1.80028 x3 - 1.40776 x4 + 0.23436 x1 x2 + 0.35936 x1 x3 +1.47217 x3 x4 (main equation). The analysis of variance performed to the fitted parameters of the independent variables was performed for checking model fitting results adequacy. (x are the index for the nutrients added).

Nisina, um antimicrobiano produzido por cepas de Lactococcus lactis subsp. Lactis, pode ser utilizada como preservante em alimentos e, possivelmente, como agente antimicrobiano. Para aumentar sua produção por Lactococcus lactis ATCC 11454 em meio MRS (pH = 6,5) realizamos ensaios em agitador rotativo (100 rpm/ 30 °C/ 36h) a partir de 3 grupos de ensaios, designados por desenho fatorial de dois níveis (2 (4-1) no grupo 01) e 2(3) nos grupos 2 e 3. As concentrações de sacarose (2,2 a 15 g/L), asparagina (7,5 a 75 g/L), fosfato de potássio (6 a 18 g/L) e Tween 80 (1,0 a 6,6 g/L) foram adicionadas ao meio MRS (pH = 6,5). A produção de nisina foi acompanhada a partir do método de difusão em ágar a partir de utilização de Lactobacillus sake ATCC 9924 como microorganismo sensível. Os melhores níveis de nisina atingidos foram de 1,6 x 104 AU/mL (grupo 2) a 1,8 x 104 AU/mL (grupo 1) e obtidos para os níveis máximos de sacarose e asparagina. Dependendo das proporções entre as concentrações dos outros nutrientes, quando a concentração final de sacarose variou entre 0,33 g/L a 3,64 g/L, o pH oscilou entre 5,10 to 6,01, o acido lático produzido variou de 1,19 g/L a 4,44 g/L e a concentração celular variou de 0,99 a 4,184 mg/L. produção de nisina mostrou-se independente das velocidades de crescimento, as quais variaram de 0,0070 h-1 a 0,0401 h-1. A analise de regressão mostrou se adequar a um modelo polinomial quadrático: Log AU/mL = 1,98905 - 0,213558 x2 + 1,80028 x3 - 1,40776 x4 + 0,23436 x1 x2 + 0,35936 x1 x3 +1,47217 x3 x4 (equação principal). Onde os índices representam as concentrações de sacarose; asparagina; fosfato e tween 80 respectivamente. A análise de variância foi realizada para os parâmetros fixados para demonstrar a adequação do modelo proposto. (x são os índices dos nutrientes adicionados). / Nisin, an antimicrobial substance tha is produced by Lactococcus lactis, can be utilized as a preservative and therapeutic agent. To improve its production by Lactococcus lactis ATCC 11454 in MRS broth (pH =6.5), in rotatory shaker (100 rpm/ 30 °C/ 36h), three groups of assays, set up by a fractional factorial design of two-levels (2 (4-1) in group 01), and 2(3) in groups 2 and 3 were carried out. The minimum and maximum concentrations of sucrose (5 to 12.5 g/L), asparagine (7.5 to 75 g/L), potassium phosphate (6 to 18 g/L) and Tween 80 (1.0 to 6.6 g/L) were added to the MRS broth (pH = 6.5). The nisin production was accompanied through the agar diffusion assay using Lactobacillus sake ATCC 9924 as a sensitive microorganism. The best nisin activities ranged from 1.67 x 104 AU/mL (group 2) to 1.84 x 104 AU/mL (group 1) and were obtained for maximum levels of sucrose and asparagine, dependending of the proportions of the other nutrients concentrations, when the final sucrose content varied from 0.33 g/L to 3.64 g/L, the pH value oscillated beTween 5.10 to 6.01, the produced lactic acid was ranged from 1.19 g/L to 4.44 g/L and the dry-cell content was about 0.99 to 4,184 mg (DCW)/L. Nisin production was shown to be independent of growth rates, which ranged from 0.0070 h-1 to 0.0401 h-1. The regression analysis attained a quadratic polynomial model: Log AU/mL = 1.98905 - 0.213558 x2 + 1.80028 x3 - 1.40776 x4 + 0.23436 x1 x2 + 0.35936 x1 x3 +1.47217 x3 x4 (main equation). The analysis of variance performed to the fitted parameters of the independent variables was performed for checking model fitting results adequacy. (x are the index for the nutrients added).

As bactérias ácido-láticas (BAL) são micro-organismos que auxiliam nas características organolépticas, funcionais e de bioconservação de produtos fermentados. A utilização do soro de leite como meio de cultivo natural enaltece o conceito da produção de biomoléculas de alto valor agregado, como bacteriocinas, já que é um subproduto gerado por indústrias de laticínios e considerado um agente poluidor. A inulina é um ingrediente prebiótico que promove seletivamente o crescimento de culturas probióticas. Nesse âmbito, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da composição da cultura de Lactococcus lactis (LL) em cocultura com Streptococcus thermophilus (ST) e da suplementação da base de soro de leite com inulina: (i) nos parâmetros cinéticos de acidificacão, (ii) no crescimento celular, (iii) na viscosidade do produto e (iv) na atividade antimicrobiana da nisina. A fermentação do soro de leite com Lactococcus lactis em cocultura com Streptococcus thermophilus proporcionou a maior taxa de acidificação (Vmax=7,93x10-3 upH/min), assim como apresentou o menor tempo para atingir a velocidade máxima de acidificação (Tvmax=1,13 h). A adição de 2% de inulina ao soro de leite fermentado pela cocultura binária fez com que o tempo para completar o cultivo fosse o mais curto (TpH4,5=4,43 h) quando comparado aos demais ensaios. Quanto ao crescimento celular, pode-se observar que a inulina não afetou significativamente a contagem microbiológica, quando as cepas ST e LL foram utilizadas separadamente no processo fermentativo. Em particular, a adição de 4% de inulina reduziu em 1,2 LogUFC/mL e 0,92 LogUFC/mL a contagem de ST e LL (em monocultura), respectivamente. Por outro lado, em coculturas binárias (ST-LL), percebeu-se ganho na contagem microbiológica nos ensaios que receberam suplementação do ingrediente prebiótico, ou seja, quando adicionados 2% e 4% de inulina, houve aumento de 1 LogUFC/mL e de 1,34 LogUFC/mL na contagem de ST, respectivamente. No caso da cepa LL em cocultura com ST, a suplementação de 2% e 4% do prebiótico aumentou em 0,31 LogUFC/mL e 0,75 LogUFC/mL, respectivamente. A concentração de ácido lático também foi mais elevada nos cultivos realizados com a cocultura binária, sendo 4,56 g/L (na ausência de inulina), 5,28 g/L (com adição de 2% de inulina) e 5,71 g/L (com suplementação de 4% de inulina). A viscosidade foi influenciada tanto pela adição de inulina como pelo efeito sinérgico da cocultura, sendo que o maior valor (7,38 mPas) foi obtido pela cocultura ST-LL e pela adição de 4% do ingrediente prebiótico. Quanto à produção de nisina, observou-se que, no cultivo em cocultura (ST-LL), a concentração de 2% de inulina aumentou em 102% a atividade antimicrobiana quando comparada com a cultura pura LL. Vale ressaltar que ambas as cepas satisfizeram os requisitos tecnológicos relativos à produção de laticínios funcionais. / Lactic acid bacteria (LAB) are microorganisms that help in the organoleptic and functional characteristics and in the biopreservation of fermented products. The use of milk whey as a culture medium extols the concept of the production of high value-added biomolecules, such as bacteriocins, since it is a by-product generated by the dairy industry and considered a pollutant. Inulin is a prebiotic ingredient that promotes selectively the growth of probiotic cultures. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of culture composition Lactococcus lactis (LL) in co-culture with Streptococcus thermophilus (ST) and the supplementation of milk whey with inulin on: (i) the acidification kinetic parameters, (ii) the cell growth, (iii) the product viscosity, and (iv) the antimicrobial activity of nisin. The fermentation of milk whey by Lactococcus lactis in coculture with Streptococcus thermophilus provided the highest acidification rate (Vmax = 7.93x10-3 upH/min) and the shortest time to reach the maximum acidification rate ( TVmax = 1.13 h). The addition of 2% inulin in the binary coculture binary led to the shorter time to complete the fermentation (TpH4,5 = 4.43) compared to the other tests. With regard to cell growth, it can be observed that the addition of inulin did not affect the microbiological count of pure cultures of ST and LL strains in the fermentation process. In particular, the addition of 4% inulin reduced by 1.2 Log CFU/mL and 0.92 Log CFU/mL the counts of ST and LL (monoculture), respectively. In the other hand, the binary co-cultures cultivations (ST-LL) with the addition of 2% and 4% inulin increased by 1 LogCFU/mL and 1.34 Log CFU/mL in the case of the ST counts and 0.31 log CFU/mL and 0.75 log CFU/mL the counts of LL, respectively. Lactic acid concentration was higher in cultivations carried out by binary cocultures, thus being 4.56 g/L (in the absence of inulin), 5.28 g/L (with addition of 2% inulin) and 5.71g/L (supplemented with 4% inulin). The viscosity was influenced by the addition of prebiotic ingredient and by the synergistic effect of binary coculture, being the highest value (7.38 mPas) obtained by the addition of 4% inulin. Finally, as regards the production of nisin noted that in the binary coculture cultivations (ST-LL), the concentration of 2% inulin increased at 102% the antimicrobial activity when compared to the pure culture LL. It is worth mentioning that both strains met the technological requirements as regards the production of functional dairy products.

Pediocinas são moléculas catiônicas, pequenas, organizadas em porção N-terminal hidrofílica- YGNGV e porção C-terminal anfifílica variável. A termoestabilidade e ação antimicrobiana agregam características importantes a essas bacteriocinas da classe IIa. Por meio da biopreservação alimentar, a atividade anti-listeria tornou-se uma particularidade dessas biomoléculas. Dentre as bactérias ácido láticas (BALs) encontram-se diferentes cepas bioprodutoras de pediocinas com importantes propriedades biotecnológicas. O gênero de Pediococcus spp.define-se por cocos rearranjados em tétrades, catalase negativa e anaeróbios facultativos. Pediococcus pentosaceus e Pediococcus acidilactici são as principais espécies empregadas na otimização da biosíntese de pediocinas. Alguns estudos desenvolvem-se com isolados bacterianos provenientes de múltiplos nichos biológicos e promovem sistemas heterogênios para conduzir os processos fermentativos. O atual estudo reune as informações significantes a respeito de cultivo, modo de ação, variedade de micro-organismos produtores do gênero Pediococcus spp. e aplicações biotecnológicas, ênfase nas alimentares para melhor compreensão do tema proposto. / Pediocins are cationic molecules, small, arranged in a hydrophilic N-terminal portion - YGNGV - and an amphiphilic C-terminal variable portion. The thermal stability and antimicrobial effect add important features to these bacteriocins of class IIa. Through food biopreservation, anti-listeria activity became a peculiarity of these biomolecules. Among the lactic-acid bacteria (LAB), are different pediocin bioproducer strains with important biotechnological properties. Pediococcus spp. are characterized by coccus shaped bacteria arranged in tetrads, Gram-positive, non-motile, non-spore forming, catalase negative and facultative anaerobes. Pediococcus pentosaceus and Pediococcus acidilactici are the main species used in the optimization of the pediocins biosynthesis. Some studies have been developed with bacteria isolates from multiple biological niches and promote heterogeneous systems to conduct fermentation processes. This review joins the most significant information about cultivation, mode of action, variability of bacteriocin producer microorganisms from Pediococcus spp. and the biotechnological application of these bacteriocins, with emphasis on food products.

Pediocinas são moléculas catiônicas, pequenas, organizadas em porção N-terminal hidrofílica- YGNGV e porção C-terminal anfifílica variável. A termoestabilidade e ação antimicrobiana agregam características importantes a essas bacteriocinas da classe IIa. Por meio da biopreservação alimentar, a atividade anti-listeria tornou-se uma particularidade dessas biomoléculas. Dentre as bactérias ácido láticas (BALs) encontram-se diferentes cepas bioprodutoras de pediocinas com importantes propriedades biotecnológicas. O gênero de Pediococcus spp.define-se por cocos rearranjados em tétrades, catalase negativa e anaeróbios facultativos. Pediococcus pentosaceus e Pediococcus acidilactici são as principais espécies empregadas na otimização da biosíntese de pediocinas. Alguns estudos desenvolvem-se com isolados bacterianos provenientes de múltiplos nichos biológicos e promovem sistemas heterogênios para conduzir os processos fermentativos. O atual estudo reune as informações significantes a respeito de cultivo, modo de ação, variedade de micro-organismos produtores do gênero Pediococcus spp. e aplicações biotecnológicas, ênfase nas alimentares para melhor compreensão do tema proposto. / Pediocins are cationic molecules, small, arranged in a hydrophilic N-terminal portion - YGNGV - and an amphiphilic C-terminal variable portion. The thermal stability and antimicrobial effect add important features to these bacteriocins of class IIa. Through food biopreservation, anti-listeria activity became a peculiarity of these biomolecules. Among the lactic-acid bacteria (LAB), are different pediocin bioproducer strains with important biotechnological properties. Pediococcus spp. are characterized by coccus shaped bacteria arranged in tetrads, Gram-positive, non-motile, non-spore forming, catalase negative and facultative anaerobes. Pediococcus pentosaceus and Pediococcus acidilactici are the main species used in the optimization of the pediocins biosynthesis. Some studies have been developed with bacteria isolates from multiple biological niches and promote heterogeneous systems to conduct fermentation processes. This review joins the most significant information about cultivation, mode of action, variability of bacteriocin producer microorganisms from Pediococcus spp. and the biotechnological application of these bacteriocins, with emphasis on food products.

As bactérias ácido-láticas (BAL) são micro-organismos que auxiliam nas características organolépticas, funcionais e de bioconservação de produtos fermentados. A utilização do soro de leite como meio de cultivo natural enaltece o conceito da produção de biomoléculas de alto valor agregado, como bacteriocinas, já que é um subproduto gerado por indústrias de laticínios e considerado um agente poluidor. A inulina é um ingrediente prebiótico que promove seletivamente o crescimento de culturas probióticas. Nesse âmbito, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da composição da cultura de Lactococcus lactis (LL) em cocultura com Streptococcus thermophilus (ST) e da suplementação da base de soro de leite com inulina: (i) nos parâmetros cinéticos de acidificacão, (ii) no crescimento celular, (iii) na viscosidade do produto e (iv) na atividade antimicrobiana da nisina. A fermentação do soro de leite com Lactococcus lactis em cocultura com Streptococcus thermophilus proporcionou a maior taxa de acidificação (Vmax=7,93x10-3 upH/min), assim como apresentou o menor tempo para atingir a velocidade máxima de acidificação (Tvmax=1,13 h). A adição de 2% de inulina ao soro de leite fermentado pela cocultura binária fez com que o tempo para completar o cultivo fosse o mais curto (TpH4,5=4,43 h) quando comparado aos demais ensaios. Quanto ao crescimento celular, pode-se observar que a inulina não afetou significativamente a contagem microbiológica, quando as cepas ST e LL foram utilizadas separadamente no processo fermentativo. Em particular, a adição de 4% de inulina reduziu em 1,2 LogUFC/mL e 0,92 LogUFC/mL a contagem de ST e LL (em monocultura), respectivamente. Por outro lado, em coculturas binárias (ST-LL), percebeu-se ganho na contagem microbiológica nos ensaios que receberam suplementação do ingrediente prebiótico, ou seja, quando adicionados 2% e 4% de inulina, houve aumento de 1 LogUFC/mL e de 1,34 LogUFC/mL na contagem de ST, respectivamente. No caso da cepa LL em cocultura com ST, a suplementação de 2% e 4% do prebiótico aumentou em 0,31 LogUFC/mL e 0,75 LogUFC/mL, respectivamente. A concentração de ácido lático também foi mais elevada nos cultivos realizados com a cocultura binária, sendo 4,56 g/L (na ausência de inulina), 5,28 g/L (com adição de 2% de inulina) e 5,71 g/L (com suplementação de 4% de inulina). A viscosidade foi influenciada tanto pela adição de inulina como pelo efeito sinérgico da cocultura, sendo que o maior valor (7,38 mPas) foi obtido pela cocultura ST-LL e pela adição de 4% do ingrediente prebiótico. Quanto à produção de nisina, observou-se que, no cultivo em cocultura (ST-LL), a concentração de 2% de inulina aumentou em 102% a atividade antimicrobiana quando comparada com a cultura pura LL. Vale ressaltar que ambas as cepas satisfizeram os requisitos tecnológicos relativos à produção de laticínios funcionais. / Lactic acid bacteria (LAB) are microorganisms that help in the organoleptic and functional characteristics and in the biopreservation of fermented products. The use of milk whey as a culture medium extols the concept of the production of high value-added biomolecules, such as bacteriocins, since it is a by-product generated by the dairy industry and considered a pollutant. Inulin is a prebiotic ingredient that promotes selectively the growth of probiotic cultures. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of culture composition Lactococcus lactis (LL) in co-culture with Streptococcus thermophilus (ST) and the supplementation of milk whey with inulin on: (i) the acidification kinetic parameters, (ii) the cell growth, (iii) the product viscosity, and (iv) the antimicrobial activity of nisin. The fermentation of milk whey by Lactococcus lactis in coculture with Streptococcus thermophilus provided the highest acidification rate (Vmax = 7.93x10-3 upH/min) and the shortest time to reach the maximum acidification rate ( TVmax = 1.13 h). The addition of 2% inulin in the binary coculture binary led to the shorter time to complete the fermentation (TpH4,5 = 4.43) compared to the other tests. With regard to cell growth, it can be observed that the addition of inulin did not affect the microbiological count of pure cultures of ST and LL strains in the fermentation process. In particular, the addition of 4% inulin reduced by 1.2 Log CFU/mL and 0.92 Log CFU/mL the counts of ST and LL (monoculture), respectively. In the other hand, the binary co-cultures cultivations (ST-LL) with the addition of 2% and 4% inulin increased by 1 LogCFU/mL and 1.34 Log CFU/mL in the case of the ST counts and 0.31 log CFU/mL and 0.75 log CFU/mL the counts of LL, respectively. Lactic acid concentration was higher in cultivations carried out by binary cocultures, thus being 4.56 g/L (in the absence of inulin), 5.28 g/L (with addition of 2% inulin) and 5.71g/L (supplemented with 4% inulin). The viscosity was influenced by the addition of prebiotic ingredient and by the synergistic effect of binary coculture, being the highest value (7.38 mPas) obtained by the addition of 4% inulin. Finally, as regards the production of nisin noted that in the binary coculture cultivations (ST-LL), the concentration of 2% inulin increased at 102% the antimicrobial activity when compared to the pure culture LL. It is worth mentioning that both strains met the technological requirements as regards the production of functional dairy products.

O peptídeo antimicrobiano retratado neste trabalho é a nisina, produzido pela bactéria Lactococcus lactis subsp. lactis, um peptídeo estruturalmente composto por 34 aminoácidos, mostra um vasto espectro de atividade inibitória em microrganismos Gram-positivos, Gram-negatios e esporo formadores. O objetivo deste trabalho foi produzir a nisina a partir de células de Lactococcus lactis utilizando soro de leite e leite desnatado como meio de cultivo. Para tanto as células de L. lactis foram desenvolvidas em agitador rotacional (30°C/36 h/100 rpm) e a atividade de nisina, os parâmetros de crescimento e os componentes do meio de cultivo foram analisados. Em leite desnatado, contendo 2,27 9 de sólidos totais, a atividade de nisina foi 20077,05 AU.mL-1 sendo 3 vezes maior em relação ao leite desnatado com 4,54 9 sólidos totais, 8739,77 AU.mL-1 ; e foi 73 vezes maior em relação ao leite desnatado com 1,14 9 sólidos totais, 273,21 AU.mL-1. Osoro de leite utilizado foi doado por uma indústria de lacticínios, em laboratório parte do soro foi tratada de duas formas: (i) filtrado e (ii) esterilizado, e ambos foram utilizados para cultivo das células produtoras de nisina em agitador rotacional 30°C/36 h/100 rpm. Os resultados mostraram que o meio de cultivo composto por soro de leite não filtrado forneceu uma adaptação ao L. lactis, sendo a concentração de nisina obtida 1628 vezes maior que do soro de leite filtrado, 11120,13 e 6,83 mg.L-1 respectivamente. Em relação à atividade de nisina contra Gram-negativos, aumentou-se o efeito bactericida quando adicionada ao EDTA. O comportamento da nisina no sistema micelar de duas fases aquosas foi investigado experimentalmente, demonstrando que a biomolécula alvo pode ser extraída tanto do meio fermentado complexo quanto daslmpurezas presentes na nisina comercial. Nos testes com o sistema micelar de duas fases aquosas, a nisina particionou, preferencialmente, para a fase rica em micelas (coeficiente de partição (KNis) maior que 1,5), ocorrendo um aumento de 1 ciclo logaritimo na concentração inicial de nisina comercial (105 AU, no sistema). Este trabalho reúne os estudos desenvolvidos onde o principal objetivo foi a obtenção da nisina através de meios- de cultivo alternativos, além de sua aplicação e purificação. / Nisin is a natural antimicrobial peptide used as food preservative produced by Lactococcus lactis, that inhibits the outgrowth of spores, the growth of a variety of Gram-positive and Gram-negative bacteria. Applications of this bacteriocin include dental care products pharmaceutical products such as stomach ulcers and colon infection treatment and potencial birth control. This study aims to evaluate growth conditions for L. lactis as well as the effect in nisin production when utilizing milk whey and skimmed milk. Lactococcus lactis ATCC 11454 was developed in a rotatory shaker (30°C/36 h/100 rpm) in diluted skimmed milk and nisin expression, growth parameters and media components were also studied. Nisin expression in skimmed milk 2.27 9 total solids (20077.05 AU.mL-1) was up to 3-fold higher than transfers in skimmed milk 4.54 9 total solids (8739.77 AU.mL-1) and was up to 85-fold higher than transfers in skimmed milk 1.14 9 total solids (273.21 AU.mL-1). Milk whey, abyproduct from dairy industries, was utilized in two different ways (i) without filtration, autoclaved at 121°C for 30 min and (ii) filtrated (1.20 µm and 0.22 µm membrane filter), L. lactis was developed in a rotary shaker (30°C/36 h/100 rpm) and these cultures were transferred five times using 5 mL aliquots of broth culture for each new volume of the respective media. The results showed that culture media composed by milk whey without filtration was better for L. lactis in its adaptation than milk whey without filtration. Nisin titers, in milk whey without filtration, was 11120.13 mg.L-1 in 2nd transfer, and Up to 1628-fold higher than the filtrated milk whey, 6.83 mg.L-1 in 1st transfer. Nisin activity was assayed by the agar diffusion method using Lactobacillus sakei ATCC 15521 and a recombinant Escherichia coli DH5α expressing the recombinant green fluorescent protein (GFPuv) as the nisin-susceptible test organisms. Combining EDTA with nisin increased the bactericidal effect of nisin upon the bacteria examined. A potentially scalable and cost-effective way to purify commercial and biosynthesized in bioreactor nisin, including simultaneously removal of impurities and contaminants, increasing nisin activity, was studied (two phase micellar system). Results indicated that nisin partitions preferentially to the micelle richphase, despite the surfactant concentration tested, and its antimicrobial activity increases. Biological processing of byproducts (milk whey) can be considered one profitable alternative, generating highvalued bioproducts.

O peptídeo antimicrobiano retratado neste trabalho é a nisina, produzido pela bactéria Lactococcus lactis subsp. lactis, um peptídeo estruturalmente composto por 34 aminoácidos, mostra um vasto espectro de atividade inibitória em microrganismos Gram-positivos, Gram-negatios e esporo formadores. O objetivo deste trabalho foi produzir a nisina a partir de células de Lactococcus lactis utilizando soro de leite e leite desnatado como meio de cultivo. Para tanto as células de L. lactis foram desenvolvidas em agitador rotacional (30°C/36 h/100 rpm) e a atividade de nisina, os parâmetros de crescimento e os componentes do meio de cultivo foram analisados. Em leite desnatado, contendo 2,27 9 de sólidos totais, a atividade de nisina foi 20077,05 AU.mL-1 sendo 3 vezes maior em relação ao leite desnatado com 4,54 9 sólidos totais, 8739,77 AU.mL-1 ; e foi 73 vezes maior em relação ao leite desnatado com 1,14 9 sólidos totais, 273,21 AU.mL-1. Osoro de leite utilizado foi doado por uma indústria de lacticínios, em laboratório parte do soro foi tratada de duas formas: (i) filtrado e (ii) esterilizado, e ambos foram utilizados para cultivo das células produtoras de nisina em agitador rotacional 30°C/36 h/100 rpm. Os resultados mostraram que o meio de cultivo composto por soro de leite não filtrado forneceu uma adaptação ao L. lactis, sendo a concentração de nisina obtida 1628 vezes maior que do soro de leite filtrado, 11120,13 e 6,83 mg.L-1 respectivamente. Em relação à atividade de nisina contra Gram-negativos, aumentou-se o efeito bactericida quando adicionada ao EDTA. O comportamento da nisina no sistema micelar de duas fases aquosas foi investigado experimentalmente, demonstrando que a biomolécula alvo pode ser extraída tanto do meio fermentado complexo quanto daslmpurezas presentes na nisina comercial. Nos testes com o sistema micelar de duas fases aquosas, a nisina particionou, preferencialmente, para a fase rica em micelas (coeficiente de partição (KNis) maior que 1,5), ocorrendo um aumento de 1 ciclo logaritimo na concentração inicial de nisina comercial (105 AU, no sistema). Este trabalho reúne os estudos desenvolvidos onde o principal objetivo foi a obtenção da nisina através de meios- de cultivo alternativos, além de sua aplicação e purificação. / Nisin is a natural antimicrobial peptide used as food preservative produced by Lactococcus lactis, that inhibits the outgrowth of spores, the growth of a variety of Gram-positive and Gram-negative bacteria. Applications of this bacteriocin include dental care products pharmaceutical products such as stomach ulcers and colon infection treatment and potencial birth control. This study aims to evaluate growth conditions for L. lactis as well as the effect in nisin production when utilizing milk whey and skimmed milk. Lactococcus lactis ATCC 11454 was developed in a rotatory shaker (30°C/36 h/100 rpm) in diluted skimmed milk and nisin expression, growth parameters and media components were also studied. Nisin expression in skimmed milk 2.27 9 total solids (20077.05 AU.mL-1) was up to 3-fold higher than transfers in skimmed milk 4.54 9 total solids (8739.77 AU.mL-1) and was up to 85-fold higher than transfers in skimmed milk 1.14 9 total solids (273.21 AU.mL-1). Milk whey, abyproduct from dairy industries, was utilized in two different ways (i) without filtration, autoclaved at 121°C for 30 min and (ii) filtrated (1.20 µm and 0.22 µm membrane filter), L. lactis was developed in a rotary shaker (30°C/36 h/100 rpm) and these cultures were transferred five times using 5 mL aliquots of broth culture for each new volume of the respective media. The results showed that culture media composed by milk whey without filtration was better for L. lactis in its adaptation than milk whey without filtration. Nisin titers, in milk whey without filtration, was 11120.13 mg.L-1 in 2nd transfer, and Up to 1628-fold higher than the filtrated milk whey, 6.83 mg.L-1 in 1st transfer. Nisin activity was assayed by the agar diffusion method using Lactobacillus sakei ATCC 15521 and a recombinant Escherichia coli DH5α expressing the recombinant green fluorescent protein (GFPuv) as the nisin-susceptible test organisms. Combining EDTA with nisin increased the bactericidal effect of nisin upon the bacteria examined. A potentially scalable and cost-effective way to purify commercial and biosynthesized in bioreactor nisin, including simultaneously removal of impurities and contaminants, increasing nisin activity, was studied (two phase micellar system). Results indicated that nisin partitions preferentially to the micelle richphase, despite the surfactant concentration tested, and its antimicrobial activity increases. Biological processing of byproducts (milk whey) can be considered one profitable alternative, generating highvalued bioproducts.

A Arthrospira (Spirulina) platensis, cianobactéria fotoautotrófica, tem sido cultivada para a produção de biomassa, apresentando em sua constituição proteínas, ácidos graxos poliinsaturados, pigmentos, minerais, vitaminas e aminoácidos. O uso de fontes de nitrogênio de baixo custo, como o sulfato de amônio, pode contribuir para a viabilização da produção de A. platensis. Neste trabalho foram verificados a influência de diferentes intensidades luminosas e protocolos de alimentação utilizando o sulfato de amônio, em cultivos realizados com reatores tubulares por processo descontínuo alimentado. As variáveis dependentes selecionadas foram concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N), bem como teores de proteínas e lipídios da biomassa. Foram obtidos excelentes resultados em cultivos realizados aplicando-se um protocolo de alimentação de sulfato de amônio, considerando biomassa seca de A. platensis com teor de 7 % de nitrogênio, com valor médio de Xm igual a 11414 mg.L-1. Este protocolo de adição de sulfato de amônio com intensidade luminosa de 240 µmol fótons. m-2.s-1 levou à melhor combinação de obtenção de Xm e Px, com valores finais de 12200 mg.L-1 e 1686 mg.L-1.d-1, respectivamente. Adicionalmente, nesse protocolo de adição de sulfato de amônio, os valores de concentração celular máxima foram da mesma ordem de grandeza que aqueles onde se utilizou nitrato de sódio, evidenciando, assim, a possibilidade do uso do sulfato de amônio como uma fonte de nitrogênio alternativa para o cultivo da A. platensis. / Arthrospira (Spirulina) platensis, a photoautotrophic cyanobacterium, has been cultivated for the production of biomass, and it is constituted by proteins, polyunsaturated fatty acids, chlorophyll, minerals, vitamins and amino acids. The use of low cost nitrogen sources, such as ammonium sulphate can contribute to the A. platensis production viability. It was verified in this work the influence of different light intensities and nutrient feeding protocols in fed-batch cultures developed in tubular reactors, where ammonium sulphate was used as a nitrogen source. The dependent variables were the maximum cell concentration (Xm), cell productivity (Px), nitrogen-to-cell conversion factor (YX/N), as well as proteins and lipids contents of the biomass. Excellent results were obtained when ammonium sulphate protocols were studied, considering A. platensis dry-weight with nitrogen levels of 7%, obtaining an average value of Xm corresponding to 11414 mg L-1. It was also obtained with this protocol, with light intensity of 240 µmol photons. m-2.s-1, the best combination to high values of Xm and Px, corresponding to 12200 mg.L-1 e 1686 mg.L-1.d-1, respectively. Moreover, in this protocol of ammonium sulphate addition, it was obtained values of the maximum cell concentration as high as the ones obtained with sodium nitrate as nitrogen source. This fact highlighted the possibility of using this alternative nitrogen source for the A. platensis cultivation.

Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.