As características do processo industrial brasileiro para a produção do bioetanol tornam as destilarias susceptíveis a presença de microrganismos contaminantes que ocasionam na queda de rendimento de produção. Dentre as etapas do processo, tem-se a fermentação alcoólica, que consiste na metabolização de açúcares pela cepa de levedura selecionada da espécie Saccharomyces cerevisiae produzindo o etanol. Nesta etapa ocorre a contaminação por leveduras do gênero Saccharomyces, leveduras não Saccharomyces e bactérias. As bactérias mais encontradas são as pertencentes ao grupo das bactérias láticas (LAB), que por utilizarem diferentes vias para metabolizar os açúcares, são classificadas em heterofermentativa obrigatória, homofermentativa obrigatória e heterofermentativa facultativa. Entre os gêneros deste grupo, os Lactobacillus são os mais comuns devido à sua habilidade em tolerar altas concentrações de etanol e açúcares, altas temperaturas e baixo pH. As espécies L. fermentum e L. plantarum foram relatadas em diversos trabalhos como entre as espécies mais encontradas contaminando esse ambiente. Os Lactobacillus contaminantes estão em constante interação com a cepa de levedura que por consequência, tem sua eficiência fermentativa reduzida. Este trabalho teve por objetivo analisar os metabólitos produzidos durante a fermentação alcoólica industrial e que podem ser utilizados pelas bactérias contaminantes, obtendo assim, condições para serem competitivas e persistentes no processo. Para isso, foram utilizadas duas linhagens, isoladas de destilaria e identificadas como L. fermentum (I3a) com metabolismo heterofermentativo obrigatório e L. plantarum (I4a) com metabolismo heterofermentativo facultativo, apresentando nas condições estudadas um metabolismo homofermentativo. Ambas as linhagens foram submetidas ao crescimento na presença do glicerol, malato e piruvato, que são metabólitos produzidos e excretados pela levedura e o manitol produzido e excretado pela bactéria heterofermentativa obrigatória. Foi observado que o metabólito manitol é uma eficiente fonte de carbono para ambas as linhagens proporcionando crescimento mesmo sem a presença de açúcares. Além disso, a combinação entre glicose, frutose, manitol e malato foi capaz de aumentar o crescimento das linhagens. Já a presença do piruvato, apresentou estímulo de crescimento para a linhagem heterofermentativa. Em relação ao consumo, as linhagens foram capazes de metabolizar o manitol, malato e piruvato, entretanto, não apresentaram consumo do glicerol. Com isso, ambas as linhagens são beneficiadas pelo metabolismo da levedura e ainda a heterofermentativa é capaz de reabsorver o manitol quando os açúcares fermentescíveis são esgotados e de disponibilizar o metabólito para uso da homofermentativa. / The characteristics of the Brazilian industrial process to produce bioethanol make the distilleries susceptible to the presence of contaminating microorganisms that cause in the fall of production yield. Among the stages of the process, we have the alcoholic fermentation, which consists in the metabolization of sugars by the yeast strain selected from the Saccharomyces cerevisiae species producing the ethanol. At this stage contamination occurs by yeasts of the genus Saccharomyces, yeasts not Saccharomyces and bacteria. The most commonly found bacteria are those belonging to the group of lactic bacteria (LAB), which, because they use different routes to metabolize sugars, are classified as obligate heterofermentative, obligate homofermentative and facultative heterofermentative. Among the genera of this group, Lactobacillus are the most common because of their ability to tolerate high concentrations of ethanol and sugars, high temperatures and low pH. The species L. fermentum and L. plantarum have been reported in several studies as among the most frequent species contaminating this environment. Lactobacillus contaminants are in constant interaction with the yeast strain which consequently has its fermentative efficiency reduced. This work aimed to analyze the metabolites produced during industrial alcoholic fermentation and that can be used by the contaminating bacteria, thus obtaining conditions to be competitive and persistent in the process. For this, two strains were used, isolated from distillery and identified as L. fermentum (I3a) with obligate heterofermentative metabolism and L. plantarum (I4a) with facultative heterofermentative metabolism, presenting a homofermentative metabolism under the conditions studied. Both strains were submitted to growth in the presence of glycerol, malate and pyruvate, which are metabolites produced and excreted by yeast and mannitol produced and excreted by the obligate heterofermentative bacterium. It was observed that the metabolite mannitol is an efficient source of carbon for both strains providing growth even without the presence of sugars. In addition, the combination of glucose, fructose, mannitol and malate was able to increase strains growth. However, the presence of pyruvate presented growth stimulus for the heterofermentative strain. In relation to consumption, the strains were able to metabolize mannitol, malate and pyruvate, however, they did not present glycerol consumption. Thus, both strains are benefited by yeast metabolism and the heterofermentative can reabsorb mannitol when the fermentable sugars are depleted and to make the metabolite available for homofermentative use.

Dentre as leveduras selvagens mais comumente encontradas na fermentação alcoólica, destaca-se o gênero Saccharomyces apresentando colônias rugosas com células dispostas em cachos (pseudohifas). Este biótipo de levedura tem sempre sido associado com problemas na indústria, ocasionando queda no rendimento fermentativo. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivo realizar a caracterização genética, morfo-fisiológica e da resistência ao estresse de linhagens de Saccharomyces cerevisiae que apresentam colônias rugosas e mucosas, buscando alternativas que possam contribuir para o manejo dessas leveduras selvagens (rugosas) na fermentação alcoólica. Foram realizados testes de caracterização para crescimento invasivo, atividade killer, temperatura, pH, concentração de etanol e açúcar, presença de actidione, floculação e capacidade fermentativa, utilizando-se 22 linhagens de leveduras (11 rugosas e 11 mucosas) selecionadas previamente por seqüenciamento da região ITS do DNA ribossomal. O efeito do tratamento ácido em diferentes valores de pH sobre o crescimento de duas linhagens (52 rugosa e PE-02 mucosa) foi também avaliado, seguido do monitoramento do crescimento em meio de caldo de cana após tratamento ácido. Em seguida, testes fermentativos em meio de caldo de cana foram conduzidos em culturas puras e mista dessas linhagens. Os testes de caracterização morfofisiológica mostraram que a invasividade em meio YEPD Agar ocorreu em baixa freqüência dentre as 22 leveduras testadas; dez dentre onze leveduras rugosas apresentaram taxa de floculação expressiva, e entre as mucosas a floculação foi praticamente inexistente; nenhuma das linhagens apresentou produção de toxina killer; as linhagens com colônias rugosas apresentaram capacidade fermentativa significativamente inferior às linhagens com colônias mucosas, em sistema de batelada com ciclo único de 48 horas em meio de caldo de cana, demonstrando velocidade mais lenta de fermentação. Quanto à resistência ao estresse por temperatura, pH, etanol e concentração de açúcar, as linhagens mucosas tiveram maior resistência à acidez do meio, enquanto as linhagens rugosas foram mais resistentes às concentrações elevadas de etanol e açúcar. Nenhuma levedura foi resistente ao actidione. A análise genética, através dos loci microssatélites, revelou a presença de dois grupos principais relacionados geneticamente, sendo o primeiro ramo constituído principalmente de colônias rugosas (67%), contendo, no entanto, a linhagem PE-02, apresentando linhagens com alta taxa de floculação e tolerância às altas concentrações de açúcar e etanol; o outro grupo (com três subgrupos) compreendeu principalmente colônias mucosas, apresentando pouca resistência às situações estressantes aqui estudadas. A levedura com colônia rugosa (linhagem 52) foi bastante afetada pelo tratamento ácido em valores de pH 1,0 e 1,5, ao contrário da levedura com colônia mucosa (PE-02). A fermentação em sistema de batelada com reciclo celular e tratamento ácido conduzido em pH 1,5 teve efeito sobre o crescimento da levedura rugosa quando em cultura mista com a levedura mucosa, não resultando em prejuízo à eficiência fermentativa, quando comparada com a cultura pura da PE-02. Em cultura pura da levedura rugosa, constatou-se eficiência fermentativa por volta de 60%, confirmando o baixo desempenho destas leveduras. O conhecimento das respostas das leveduras rugosas 12 às situações estressantes pode ajudar a manejar a fermentação alcoólica para minimizar o efeito da levedura contaminante. / Among the wild yeasts more commonly found in the alcoholic fermentation, wrinkled colonies with pseudohyphal morphology belonging to Saccharomyces genus are highlighted. This yeast biotype has been associated with industrial problems, resulting in the decrease of the fermentative yield. In this context, this work aimed to perform the genetic, morphological/physiological characterization and stress tolerance of Saccharomyces cerevisiae strains which exhibited wrinkled and mucous colonies, searching for alternatives that could contribute to the management of these wild yeasts (wrinkled colonies) in the alcoholic fermentation. Characterization tests for invasiveness in Agar medium, killer activity, temperature, pH, ethanol and sugar concentration, actidione, flocculation and fermentative capacity were carried out with 22 strains (11 wrinkled and 11 mucous colonies), which were screened previously by the sequencing of the ITS region of the ribosomal DNA. The effect of the acid treatment using different pH values over the growth of two strains (52 wrinked and PE-02 mucous) was also evaluated, following the growth monitoring in sugar cane juice after acid treatment. Fermentative tests in sugar cane juice were carried out with pure and mixed cultures of these strains. The morphological/physiological tests showed that the invasiveness in YEPD Agar medium occurred in low frequency among the 22 strains tested; ten out of eleven wrinked yeasts exhibited expressive flocculation, and among the mucous, the flocculation was near zero; none of the strains showed killer activity; the wrinkled colonies presented lower fermentative capacity comparing to mucous colonies, in a 48- hour cycle in batch system using sugar cane juice, with slower fermentation rate. Concerning the resistance to temperature, pH, ethanol and sugar concentration, the mucous colonies were more resistant to low pH, while the wrinkled colonies were more resistant to the elevated ethanol and sugar concentrations. None of the yeasts were resistant to actidione. The genetic analysis by microsatellite loci revealed the presence of two main genetic related groups, the first branch comprised mainly of wrinkled colonies (67%), containing however the PE-02 strain, showing strains with high flocculation rate and tolerance to high concentration of sugar and ethanol; the other group (with three subgroups) comprised mainly mucous colonies, showing lower resistance to the stressing conditions here studied. The yeast with wrinkled colony (strain 52) was severely affected by the acid treatment in pH values of 1.0 and 1.5, but the same did not occur with the mucous colony (PE-02). The batch fermentation with cell recycle and acid treatment in pH 1.5 had effect over the wrinkled yeast growth when in mixed culture with the mucous yeast, and did not impair the fermentative efficiency comparing to the pure culture of PE-02. In pure culture with the wrinkled colony, a fermentative efficiency as low as 60% was observed, confirming the low performance of these yeasts. The knowledge of the response to stressful conditions exhibited by the yeasts with wrinkled colonies can help to manage the alcoholic fermentation in order to minimize the effect of the contaminant yeast.

A contaminação de dornas por leveduras selvagens pode prejudicar o rendimento e a produtividade da produção industrial de etanol, inexistindo métodos eficientes para o controle deste tipo de contaminação. Facilidade, rapidez e o baixo custo seriam características desejáveis para o controle de leveduras que eventualmente contaminam o processo de fermentação. Com este objetivo, TAVARES (1989) desenvolveu um processo de produção de etanol com o controle de leveduras contaminantes, que utiliza um híbrido M606 de Saccharomyces cerevisiae de alta produtividade e resistente a nistatina, um antifúngico de amplo espectro que pode ser usado para garantir a pureza genética do inóculo industrial. Para facilitar a identificação de leveduras GOMES et al. (2000), utilizaram a propriedade de fluorescência expressada pelo gene GFP \"Green Fluorescent Protein\" sob o controle do promotor da da ADH2 em baixas concentrações de glicose. Associar estas duas propriedades em uma levedura industrial permitiria manter a pureza do inóculo e facilitaria a sua identificação. Com este objetivo, foram efetuados experimentos de transformação genética do híbrido M606 com o plasmídio pYGFP3 construído por Gomes et al (2000), sem obter o sucesso desejado. Por isto, como passo inicial para obtenção de ambas propriedades em híbrido altamente produtivo, optou-se pela metodologia de cruzamentos entre uma linhagem segregante haplóide resistente a nistatina M606-2c(n) e a linhagem X2904- GFP3 portadora do plasmídio pYGFP3. Alguns híbridos deste cruzamento natural foram selecionados, para posterior avaliação do nível de resistência à nistatina, da estabilidade do plasmídio pYGFP3 e da capacidade fermentativa. Verificou-se que os híbridos selecionados (P16, P34 e P42) foram capazes de crescer numa concentração de 10mg.L-1 de nistatina. Contudo, detectou-se instabilidade do plasmídio pYGFP3 em todos os híbridos selecionados. Os híbridos P34 e P42 demonstraram uma capacidade fermentativa inferior às linhagens controle, o que pode ser explicado pela fragilidade do sistema de membranas decorrente da natureza da resistência à nistatina. O híbrido P16 não apresentou diferenças na capacidade de fermentação em relação as linhagens controle. Apesar de obter híbridos resistentes a nistatina expressando o gene GFP3, verifica-se que há necessidade de modificar o plasmídio pYGFP3 tornando-o integrativo no genoma da levedura, para permitir a estabilidade do gene GFP3. / Vats contamination by wild yeasts can harm the efficiency and the productivity of ethanol industrial production and there are not efficient methods to control this type of contamination. Easiness, speed and the low cost would be desirable characteristics for the control of yeasts that eventually contaminate the fermentation process. With this aim, TAVARES (1989) developed an ethanol production process with the control of spoilage yeasts contaminants, that uses a Saccharomyces cerevisiae hybrid M606, of high productivity and resistant to the nystatin. It´s a wide spectrum antifungal that can be used to guarantee the genetic purity of the industrial inoculum. To facilitate the yeasts identification, GOMES et al. (2000) used the fluorescence property expressed by the GFP gene \"Green Fluorescent Protein\", that is controlled by the promoter of ADH2 in a low glucose concentrations. The association of these two properties in an industrial yeast strain would allow to maintain the purity of the inoculum and it would facilitate its identification. With this aim, an assay of genetic transformation of hybrid M606 with pYGFP3 plasmid built by Gomes et al (2000) was made, but it had not success. Therefore, as initial step for obtaining of both properties in hybrid highly productive, It was opted for the methodology of crossings between a nystatin resistant haploid segregant strain M606-2c(n) and the strain X2904-GFP3(n) harboring of the plasmid pYGFP3. Some hybrids were selected of this natural crossing, with subsequent evaluation of nystatin resistance level, stability of the pYGFP3 plasmid and fermentative capacity. The selected hybrids (P16, P34 and P42) were capable to grow in a concentration of 10mg.nystatin L-1. However, plasmidial instability of the pYGFP3 was detected in all the selected hybrids. The hybrids P34 and P42 showed a smaller fermentative capacity than control strain, which can be explained by the fragility of the membranes system due to the nature of the resistance to the nystatin. The hybrid P16 did not showed difference in the fermentative capacity to the strain control. In spite of obtaining resistant hybrid to the nystatin expressing the GFP3 gene, there is a need to modify the pYGFP3 plasmid, turning it integrative in the yeast genome to allow the gene stability GFP3.

A monitoração do processo de fermentação alcoólica para a obtenção de etanol é um tema de grande interesse pelo fato deste ser utilizado como fonte sustentavel de energia na indústria. Os processo de monitoração convencionalmente utilizados na indústria são dispendiosos, baseados em medições supervisionadas de densidade e estimativas de parâmetros químicos mediante procedimentos offline. O uso de técnicas de monitoração não invasivas baseadas em ultra-som vem sendo desenvolvidas para esse fim, fazendo uso de estimativas de parâmetros clássicos como a velocidade de propagação acústica e a atenuação. No entanto, a evolução do processo fermentativo não é bem descrita por esses parâmetros. Devido a isso, o presente trabalho propõe um sistema híbrido de processamento de sinais de ultra-som que utiliza um conglomerado de parâmetros para uma caracterização mais eficiente do processo fermentativo. O sistema incorpora procedimentos computacionais para a detecção, caracterização e classificação das fases do mosto em fermentação, visto como uma suspensão sólido-líquido (fase dispersa e contínua). Esses procedimentos foram baseadas em estimativas de estacionariedade dos sinais de retroespalhamento de ultra-som ( teste de hipotese não paramétrico - Teste de Run), ajuste de curvas sobre a largura de banda espectral (técnica de curve fitting), assim como a extração de atributos espectrais tais como : frequência central, largura de banda e valores de amplitude da componente fundamental, entre outros, além de parâmetros ultra-sônicos como o coeficiente de atenuação (slope) e o coeficiente integrado de retro-espalhamento (IBC). Para a classificação foi utilizado o algoritmo K-means. Os resultados obtidos mostraram a viabilidade na caracterização multiparamétrica não invasiva do fluido em fermentação, permitindo a identificação das principais fases do processo fermentativo. O trabalho contribui com uma metodología alternativa para a avaliação da cinética do crescimento microbiano como indicador da evolução da fermentação alcoólica. / Monitoring of alcoholic fermentation process for the ethanol production is a topic of great interest because it can be used as a sustainable energy source in the industry. The monitoring process conventionally used in industry are expensive, based on supervised measurements of density and parameter estimates by chemical offline procedures. The use of noninvasive monitoring techniques based on ultrasound are being developed for this purpose, using estimates of classical parameters as the acoustic propagation velocity and attenuation. However, the time evolution of the fermentation process is not well described by these parameters. For this reason, this study proposes a hybrid system of ultrasound signal processing that uses a conglomerate of parameters aiming a more efficient characterization about the fermentation process. The system incorporates computational procedures for the detection, characterization and classification of the fermentation must phases, seen as a solid-liquid suspension (dispersed and continuous phases). These procedures were based on estimates of stationarity for ultrasound backscattered signals (non-parametric statistical test - Run Test), curve fitting on the spectral bandwidth, as well as spectral attributes extraction such as center frequency, bandwidth and energy values of the fundamental frequency and so on, plus ultrasonic parameters as the attenuation coefficient (slope) and the integrated back-scattering coefficient (IBC). For classification we used the k-means algorithm. The results showed the feasibility for the multiparametric noninvasive characterization of fluid in fermentation, identifying the main stages of the fermentation process. This work contributes with an alternative methodology to evaluate the kinetics of microbial growth as an indicator of the alcoholic fermentation evolution.

Durante o crescimento da levedura Saccharomyces cerevisiae em meios contendo sacarose, a enzima invertase hidrolisa a sacarose no ambiente extracelular em glicose e frutose, as quais são posteriormente captadas pelas células por difusão facilitada. Num trabalho prévio, a localização da enzima invertase foi modificada nesta levedura, eliminando-se a forma extracelular e superexpressando-se a forma intracelular da enzima (Stambuk et al., 2009). Como resultado, a captação de sacarose por esta linhagem modificada (iSUC2) é realizada pelo co-transporte ativo com íons H+, implicando no gasto de 1 mol de ATP para cada mol de H+ extrudado pelas células para manutenção do pH intracelular. Como forma de compensar este gasto energético, espera-se que a linhagem iSUC2 desvie uma maior parte do fluxo de carbono para a geração de energia e, consequentemente, para a formação de etanol, em relação a uma linhagem selvagem. No presente trabalho, uma avaliação fisiológica quantitativa de uma linhagem com esta modificação genética foi realizada tanto em quimiostatos limitados por sacarose, como em cultivos descontínuos com sacarose como única fonte de carbono. Os dados obtidos em quimiostatos anaeróbios demonstram que na linhagem iSUC2 a enzima invertase ficou retida no ambiente intracelular e apresentou atividade absoluta total cerca de duas vezes maior que na linhagem-referência (SUC2). Além disto, verificou-se um aumento de 4% no fator de conversão de sacarose a etanol (Y ETH/S), em relação à linhagem SUC2. No entanto, como foi observado que cerca de 8 % da sacarose não foi consumida pelas células da linhagem iSUC2 durante o estado-estacionário dos quimiostatos anaeróbios, decidiu-se melhorar a capacidade do transporte ativo deste dissacarídeo nesta linhagem através de uma estratégia de engenharia evolutiva caracterizada pelo cultivo destas células em quimiostatos longos limitados por sacarose, em anaerobiose. Obteve-se assim, após cerca de 60 gerações, uma linhagem mutante (iSUC2 evoluída) com atividade de transporte de sacarose 20 vezes superior à linhagem iSUC2, sendo capaz de consumir toda a sacarose do meio de cultivo. Esta linhagem apresentou um aumento de 11% no YETH/S e uma diminuição de 27% no fator de conversão de sacarose a células (YX/S), quando comparada à linhagem-referência. A análise do transcriptoma revelou o aumento da expressão de vários genes codificadores de transportadores de hexoses, bem como genes relacionados ao metabolismo de maltose, incluindo o gene do transportador de alta-afinidade para alfa-glicosídeos AGT1, quando a linhagem iSUC2 evoluída foi comparada à linhagem iSUC2. Detectou-se que a evolução em quimiostato resultou na duplicação do gene AGT1, sem que houvesse mutação neste gene. Através da superexpressão do gene AGT1 na linhagem iSUC2, conseguiu-se gerar uma linhagem que apresentou YETH/S muito próximo ao da linhagem iSUC2 evoluída. No entanto, outros parâmetros fisiológicos, foram diferentes nestas duas linhagens, indicando que a duplicação do gene AGT1 não foi a única mutação que ocorreu durante o processo de evolução em quimiostato. Este trabalho ilustra o potencial da combinação entre engenharia metabólica e engenharia evolutiva para a obtenção de linhagens de levedura melhoradas, para aplicação na produção industrial de etanol combustível a partir de meios contendo sacarose. / When growing on sucrose-containing substrates, Saccharomyces cerevisiae secretes invertase that hydrolyses sucrose into glucose and fructose, which are subsequently assimilated by facilitated diffusion. In a previous work, the cellular location of invertase in yeast was modified, by eliminating the extracellular form of the enzyme and over-expressing the intracellular one (Stambuk et al., 2009). As a result, sucrose uptake by this modified strain (iSUC2) occurs by an active H+-sucrose symport system, in which 1 ATP needs to be used by the cells to extrude the proton co-transported. In order to compensate for this, it is expected that these cells will deviate a higher proportion of the carbon flow towards energy generation, and consequently to ethanol formation, in comparison with the wild-type phenotype (SUC2). In the present work, a quantitative physiological evaluation of the iSUC2 strain was performed in both batch and chemostat cultures. Cells from the iSUC2 strain harvested from steady-state anaerobic sucrose-limited chemostats retained all invertase intracellularly and showed a 2-fold higher total invertase activity, when compared to the SUC2 strain grown under identical conditions. Besides this, the ethanol yield on sucrose in the former cells was 4% higher than in the latter case. However, due to the high levels of residual sucrose during these cultivations with the iSUC2 strain, we attempted to improve the transport capacity in the iSUC2 strain by evolutionary engineering. After 60 generations of cultivation in an anaerobic sucrose-limited chemostat, an evolved strain was selected, which presented a 20-fold increase in the sucrose transport capacity, when compared with the parental strain (iSUC2), leading to almost no residual sucrose. During growth of this evolved strain in anaerobic sucrose-limited chemostats, the ethanol yield on sucrose was 11% higher and the biomass yield on sucrose was 27% lower, when compared with the SUC2 strain. Transcriptome analysis revealed an increase in the expression level of several hexose transporters, as well as many MAL-related genes, including the gene for the high-affinity permease AGT1. Indeed, it was verified that this gene was duplicated during the evolution experiment, but no point mutation was detected. By over-expressing the AGT1 gene in the iSUC2 strain, it was possible to attain a similar ethanol yield on sucrose, when compared to the evolved iSUC2 strain. However, several other physiological parameters were different in both strains, indicating that the AGT1 gene duplication was not the only mutation that occurred during evolution in the chemostat. To conclude, this work illustrates that the combination of metabolic and evolutionary engineering is a powerful strategy to obtain improved sucrose-fermenting yeast strains.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito do alumínio sobre a fermentação alcoólica utilizando diferentes linhagens industriais de leveduras (CAT-1, BG-1, PE-2, Fleischmann e colônias de leveduras selvagens isoladas do processo de produção de álcool combustível denominadas C1, C5, C6, C8, C10 e C11) em diferentes concentrações de alumínio e também analisar o acúmulo do metal nessas leveduras durante o processo fermentativo com reciclos de células, semelhante ao processo industrial, para tal, foram avaliados parâmetros como: produção de etanol, rendimento fermentativo, formação de biomassa, produção de glicerol, utilização da trealose, eficiência fermentativa e acúmulo de Al pelas leveduras. Os experimentos foram divididos em três partes: 1a avaliar a ação tóxica do alumínio frente às leveduras industriais BG-1, CAT-1, Fleischmann e PE-2 na fermentação de mosto de caldo de cana (19% ART) com 130 ppm Al; 2a avaliar a ação tóxica do alumínio frente à levedura industrial CAT-1 e as colônias de leveduras C1, C5, e C6 isoladas de uma destilaria produtora de álcool combustível fermentando mosto de caldo de cana (19% ART) com 54 ppm Al com 5 reciclos de células e a 3a foi avaliar a ação tóxica do alumínio frente à levedura industrial CAT-1 e as colônias de leveduras C8, C10, e C11 isoladas de uma destilaria produtora de álcool combustível fermentando mosto de caldo de cana (19% ART) com 54 ppm Al com 5 reciclos de células. Os resultados mostram que no primeiro experimento, a ação tóxica do alumínio em mosto de caldo acarreta efeitos estressantes diferenciados dependendo da linhagem de levedura avaliada. As linhagens CAT-1 e BG-1 são as mais tolerantes ao alumínio, quando comparadas com a PE-2 e Fleischmann, sendo esta última a mais vulnerável em relação a todos os parâmetros estudados. No segundo experimento os resultados obtidos nos permitem concluir que nível tóxico de alumínio em mosto de caldo exerce uma ação diferenciada em relação às leveduras industriais. Inferindo que a CAT-1 foi a mais tolerante ao metal mesmo acumulando mais alumínio, o rendimento foi o maior e os teores de trealose também foram menores. No entanto, de uma forma geral se pode inferir que as leveduras C6 e CAT-1 são mais tolerantes ao alumínio do que a levedura C1 e C5. No terceiro ensaio, concluiu-se que a CAT-1 foi a mais tolerante ao metal Al comparada com as linhagens selvagens C8, C10 e C11, tendo como principal efeito na diminuição da viabilidade e aumento do tempo fermentativo. No geral a linhagem de levedura CAT- 1 apresentou melhor desempenho fermentativo frente a ação tóxica do alumínio. / This study aimed to assess the effect of aluminium on the alcoholic fermentation using different strains of industrial yeasts (CAT-1, BG-1, PE-2, Fleischmann and wild yeast colonies isolated from production of alcohol fuel called C1, C5 , C6, C8, C10 and C11) in different concentrations of aluminium and also examine the accumulation of metal in yeast during fermentation with reused of cells, similar to industrial process, for such parameters have been assessed as: production of ethanol, fermentation rate, formation of biomass, glycerol production, use of trehalose, fermentative efficiency and accumulation of Al by yeasts. The experiments were divided into three parts: 1st available the toxic action of the aluminum front of industrial yeasts BG-1, CAT-1, Fleischmann and PE-2 in the fermentation of grape juice from cane (19% TS) with 130 ppm Al. 2nd available the toxic action of the aluminium front of the yeast industrial CAT-1 and the colonies of yeast C1, C5 and C6 isolated from a distillery producing alcohol fuel molasses fermenting of sugar cane juice (19% TS) with 54 ppm Al with 5 recyclation of cells and the 3rd was to evaluate the toxic action of the aluminium front of the industrial CAT-1 yeast and yeast colonies of C8, C10 and C11 isolated from a distillery producing alcohol fuel molasses fermenting of sugar cane juice (19% TS) with 54 ppm Al with 5 recyclation of cell. The results showed that in the first experiment, the toxic action of aluminium in the broth must involve stressful effects depending on different strain of yeast evaluated. The strain CAT-1 and BG-1 are the most tolerant to aluminium, compared with PE-2 and Fleischmann, the latter being the most vulnerable regarding all parameters studied. In the second the results allow us to conclude that toxic levels of aluminum in the broth must exercise a differentiated action in relation to industrial yeast. Deducing that the CAT-1 was the most tolerant even the metal accumulated more aluminum, the yield was the highest levels and levels of trehalose were also lower. However, in general it can be inferred that the yeast C6 and CAT-1 are more tolerant to aluminum than the yeast C1 and C5. In the third test, it was concluded that the CAT-1 was the most tolerant to the metal Al compared with the wild strains C8, C10 and C11, with the main effect in reducing the viability and growth of fermentation time. Overall the strain of yeast CAT-1 showed better performance fermentation front of toxic action of aluminium.

O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento de três linhagens de leveduras, sendo duas da espécie S. cerevisiae, (Y-904 e CAT) e uma da espécie S. bayanus, (EC) em duas temperaturas de fermentação 20 e 32 °C, usando dois meios, YEPD (meio controle) e caldo de cana-de-açúcar clarificado. As fermentações foram realizadas em câmara de BOD, estático, em frascos de erlenmeyer, com 200 mL de meio e 1 g de fermento seco. A concentração de açúcar foi padronizada para 150,0 g L-1 de ART (açúcares redutores totais) e 15,2 °brix, nos ensaios que se utilizou o caldo de cana como substrato. As fermentações que se utilizou apenas o caldo de cana foram realizadas em balões de cinco litros, em ambas as temperaturas, nas quais as três linhagens de levedura foram avaliadas, através da análise cromatográfica do destilado. Para a obtenção dos destilados foi montado em laboratório um destilador feito totalmente de vidro. Nos ensaios que se utilizou o meio controle e o caldo de cana nas duas temperaturas de fermentação, as leveduras foram avaliadas quanto ao crescimento celular, o açúcar residual e o teor alcoólico. As amostras dos destilados provenientes das fermentações que utilizaram apenas o caldo de cana como mosto, foram avaliadas quanto: ésteres, aldeídos, acidez volátil, álcoois superiores, álcool metílico, furfural, carbamato de etila, acroleína e cobre. As três linhagens ensaiadas apresentaram diferenças estatísticas entre si e entre os meios utilizados. O objetivo não foi a comparação entre as duas temperaturas e sim avaliar o comportamento das linhagens e verificar a possibilidade de se efetuar fermentações a 20 e a 32 °C. Pela análise cromatográfica alguns componentes voláteis como ésteres, aldeídos, acidez volátil, álcoois superiores e álcool metílico, apresentaram diferenças estatísticas, isto é, a formação desses compostos foi influenciada pela temperatura e pelas linhagens utilizadas. O teor de ésteres aumentou com o decréscimo da temperatura para S. bayanus. A acidez volátil aumentou com o acréscimo da temperatura, assim como ocorreu com a formação de álcoois superiores e de álcool metílico que foi mais elevada a 32 °C do que a 20 °C. Enquanto que outros componentes como: furfural, carbamato de etila, acroleína e cobre não apresentaram diferenças em relação a variação da temperatura ou pelas leveduras utilizadas. / The present work had the aim of studying the behavior of three yeast strains, considering two from Saccharomyces cerevisiae species (Y-904 and CAT) and one from Saccharomyces bayanus species (EC), in two fermentation temperatures, 20 and 32 C, utilizing two mediums, YEPD (control medium) and clarified sugarcane juice. The fermentations were carried out in stable BOD chambers, in bottles of Erlenmeyer, with 200 mL of each medium and 1 g of dried yeast. The sugarcane concentration was standardized to 150g/L of ART (total reductor sugar) and to 15,2 °brix in the essay that was used the sugarcane juice as medium. The fermentations that were used only the sugarcane juice were carried out into 5 liters balloons capacity, in both temperatures, where the three yeasts strains were evaluated through chromatography analysis of the distillates. In order to obtain the distillates, it was built a all-glass distillation apparatus. The yeasts were analyzed as the cell growth, the residual sugar and the alcoholic concentration at the essays which were used the control medium and the sugar cane juice in both temperatures. It was evaluated esters, aldehydes, acidity, higher alcohols, methyl alcohol, furfural, acrolein and copper in the distillates samples which came from the fermentations that used only the sugarcane juice as wort. The three yeast strains showed differences between each other and between the mediums. The aim of this study was not to compare the results between the temperatures, but it was to evaluate the behavior of the strains and find out the possibility of making fermentations at 20 and 32°C. The chromatography analysis showed statistical differences from volatile compounds as: esters, aldehydes, acidity, higher alcohols and methyl alcohol. These results show that the formation of these compounds was influenced by temperature and by the yeats strains used. The content of esters increased when temperature decreased for S. bayanus. The acidity increased when the temperature also increased, the same occurred with higher alcohol formation and methyl alcohol formation. The methyl alcohol formation was higher at 32 C than 20 °C. The others compounds as: furfural, ethyl carbamate, acrolein and copper did not show differences related to the temperature variation and the yeasts strains used.

A atual demanda mundial para redução nas emissões de dióxido de carbono vem aumentando e o uso de etanol como combustível tem sido considerado como uma boa alternativa. Entretanto as condições de cultivo da levedura obrigam o micro-organismo a lidar com diferentes estressores, sendo as altas temperaturas e elevadas concentrações de etanol exemplos dos mais limitantes durante o processo produtivo. Assim, o presente estudo teve como objetivo encontrar mutantes de Saccharomyces cerevisiae que apresentassem maior resistência a altas concentrações de etanol e altas temperaturas concomitantemente. Para isso, utilizamos como modelo a coleção YKO (Invitrogen®), que contém 4,828 linhagens mutantes para genes não essenciais na levedura. Primeiramente, estabelecemos as condições de estresse (concentração de etanol e temperatura) as quais se mostrassem limitantes para o crescimento da linhagem isogênica selvagem (BY4741). Foram estabelecidas as condições de estresse em 10% de etanol em conjunto com aumento de temperatura para 37ºC, que foram então utilizadas para testar a tolerância das linhagens mutantes agrupadas em 53 pools. Foram identificadas as linhagens mutantes para as ORFs UBP15, THI12, CLA4, DIT1 e MTC7 que suportaram tais condições, se mostrando possíveis candidatos para melhora genética em linhagens industriais como PE2 e CAT1. / The current world demand for reduced emissions of carbon dioxide is increasing the use of ethanol as a fuel has been considered as a good alternative. However culture conditions requiring the yeast micro-organism to cope with different stressors, as the high temperatures and high concentrations of ethanol the most lititant examples during the production process. Thus, the present study aimed to find Saccharomyces cerevisiae mutants that having greater resistance to high ethanol concentrations and high temperatures concurrently. For this, we use a model collection YKO (Invitrogen®) which contains 4.828 mutant strains for non-essential genes in yeast. First, we establish the stress conditions (ethanol concentration and temperature) which would prove limiting to the growth of the isogenic wild type (BY4741). Were established stress conditions in 10% ethanol together with temperature rise to 37ºC, which were then used to test the tolerance of mutant strains grouped into 53 pools. The mutant lines were identified for UBP15, THI12, CLA4, DIT1 and MTC7 ORFs who endured such conditions are showing possible candidates for genetic improvement in industrial strains as PE2 and CAT1.

O presente estudo relata a avaliação da metodologia de microplaqueamento em gotas como uma forma alternativa para contagem da bactéria Lactobacillus fermentum CCT 1407 em cultura isolada, ou em cultura mista com Saccharomyces cerevisiae, utilizando o meio de cultivo MRS e actidiona como inibidor da levedura. A análise dos resultados revelou que a metodologia de microplaqueamento em gotas foi equivalente ao plaqueamento em profundidade, o qual é a metodologia rotineiramente utilizada. Este trabalho também relata o comportamento das linhagens Fleischmann, PE-2 e M-26 quando em cultivo misto com a bactéria L. fermentum CCT 1407 durante seis reciclos fermentativos realizados com mosto composto de 30% de melaço e 70% caldo de cana, incubados à temperatura de 32 o C. Foi utilizada a análise de variância para analisar as variáveis e análise sob o esquema parcelas subdivididas no tempo em delineamento blocos ao acaso. Os resultados obtidos mostram que ocorreram reduções de viabilidade nos tratamentos realizados com a linhagem Fleischmann promovendo um estímulo à multiplicação bacteriana, porém, os tratamentos com a linhagem PE-2 apresentaram menores reduções de viabilidade e o estímulo à multiplicação bacteriana foi menor. Ao comparar a o comportamento das linhagens M-26 e PE-2 durante a fermentação em cultivo misto com L. fermentum CCT 1407 não houve diferença estatística significativa, através do teste F, para os seguintes parâmetros: viabilidade celular, rendimento fermentativo, teor alcoólico, massa microbiana e glicerol, sendo detectada diferença significativa para os parâmetros contaminação bacteriana e pH do vinho delevurado. Para o início do experimento comparativo entre as linhagens M-26 e PE-2 foi inoculada a bactéria (1,5.10 6 UFC.mL -1 ) e ao final do sexto ciclo as contaminações foram 3,3.10 7 UFC.mL -1 e 6,0.10 7 UFC.mL -1 nos tratamentos realizados com as linhagens M-26 e PE-2, respectivamente. O aumento da contaminação bacteriana estimulou a formação de glicerol. O teor de trealose apresentou relação positiva com a viabilidade sendo considerado um indicador das condições fisiológicas da levedura, independentemente da linhagem avaliada. / The present study reports the evaluation of pour plate method in drops as an alternative to count the bacteria L. fermentum CCT 1407 in isolated culture, or in mixed culture with Saccharomyces cerevisiae, using the means of cultivation MRS and actidiona as inhibitor of yeast. The analysis of the results revealed that the pour plate method was equivalent to the in depth plate method, which is the methodology most commonly used. This study also presents the behavior of the strain Fleischmann, PE-2 and M-26 when in mixed culture with the bacteria L. fermentum CCT 1407 for six fermentative re cycles accomplished with composed must of 30% of molasses and 70% cane broth, incubated to the temperature of 32 o C. The variance analysis was used to analyze the variables. The obtained results show viability reductions in the treatments accomplished with the strain Fleischmann promoting bacterial multiplication, even so, the treatments with the strain PE-2 presented smaller viability reductions and the incentive to the bacterial multiplication was also smaller. When comparing the behavior of the both strains, M-26 and PE-2, during the fermentation in mixed cultivation with L. fermentum CCT 1407 there was no significant statistical difference, according to the results of the test F, for the following parameters: cellular viability, fermentative output, alcohol content, microbial mass, and glycerol. Significant difference was just detected for the parameters of bacterial contamination and pH of the wine. For the beginning of the first fermentative cycle it was inoculated 1,5.10 6 UFC.mL -1 and at the end of the sixth cycle the contamination was 3,3.10 7 UFC.mL -1 and 6,0.10 7 UFC.mL -1 in the treatments accomplished with the strains M-26 and PE-2, respectively. The increase of bacterial contamination stimulated the glycerol formation and the trehalose content-presented positive relationship with the viability being considered an indicator of the physiologic conditions of the yeast, regardless the appraised yeast strains.

O objetivo deste trabalho foi estudar a influência de bactérias dos gêneros Bacillus e Lactobacillus, bem como de seus produtos metabólicos, na redução da viabilidade celular Saccharomyces cerevisiae, quando em cultura mista de levedura e bactérias ativas e tratadas. Também foi avaliado um meio alternativo de cultivo de bactérias e leveduras, constituído de caldo de cana diluído a 5o brix e suplementado com extrato de levedura e peptona. As bactérias Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Lactobacillus fermentum e Lactobacillus plantarum foram cultivadas em associação com Saccharomyces cerevisiae (cepa Y-904) por 72 h a 32oC, sob agitação. A viabilidade celular, a taxa de brotamento e a população de células da levedura, a acidez total, a acidez volátil e o pH do meio foram determinados às 0, 24, 48 e 72 h do cultivo misto. Também foi determinada a população inicial e final dos microrganismos através de plaqueamento em profundidade, em meio de cultivo tradicional (PCA para os Bacillus, MRS-agar para os Lactobacillus e YEPD-agar para S. cerevisiae) e no meio constituído de caldo de cana. As culturas de bactéria foram tratadas através do calor (esterilização em autoclave a 120oC por 20 minutos), de agente antimicrobiano (Kamoran HJ na concentração de 3,0 ppm) ou da irradiação (radiação gama, com doses de 5,0 kGy para os Lactobacillus e 15,0 kGy para os Bacillus). Os resultados mostraram que apenas os meios de cultivo mais acidificados (com maiores concentrações de acidez total e volátil, e menores valores de pH), contaminados com as bactérias ativas L. fermentum e B. subtilis, provocaram diminuição da viabilidade celular da levedura. Excetuando a bactéria B. subtilis inativada por radiação, as demais bactérias tratadas pelos diferentes processos (calor, radiação e antimicrobiano) não causaram diminuição da viabilidade celular e da população das leveduras, indicando que a presença isolada dos metabólitos celulares dessas bactérias não foi suficiente para reduzir a porcentagem de células vivas e a densidade populacional da levedura. Para todos os microrganismos, as contagens obtidas com o cultivo em meio à base de caldo de cana foram semelhantes às obtidas nos meios tradicionais, provavelmente porque o meio alternativo simula a composição do mosto de caldo de cana-de-açúcar, do qual as bactérias foram isoladas do processo industrial de produção de etanol. Sendo assim, o meio de cultivo à base de caldo de cana-de-açúcar pôde substituir os meios tradicionais de cultivo da levedura e das bactérias testadas neste trabalho. / The aim of this work was to study the influence of the bacteria Bacillus and Lactobacillus, as well as their metabolic products, in reduction of cellular viability of Saccharomyces cerevisiae, when in mixed culture of yeast and active and treated bacteria. Also was to evaluated an alternative medium (MCC) for the cultivation of bacteria and yeast, constituted of sugarcane juice diluted to 5o Brix and supplemented with yeast extract and peptone. The bacteria Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Lactobacillus fermentum and Lactobacillus plantarum were cultivated in association with yeast Saccharomyces cerevisiae (strain Y-904) for 72 h on 32oC, under agitation. The cellular viability, budding rate and population of S. cerevisiae, the total acidity, volatile acidity and pH of culture were determined from 0, 24, 48 e 72 h of mixed culture. Also were determined the initial and final of microorganism population across the pour plate method, in traditional culture medium (PCA for Bacillus, MRS-agar for Lactobacillus and YEPD-agar for yeast S. cerevisiae) and in medium constituted of sugarcane juice. The bacteria cultures were treated by heat sterilization (120oC for 20 minutes), antibacterial agent (Kamoran HJ in concentration 3,0 ppm) or irradiation (radiation gama, with doses of 5,0 kGy for Lactobacillus and 15,0 kGy for Bacillus). The results of the present research showed that just the culture mediums more acids (with higher concentrations of total and volatile acidity, and smaller values of pH), contaminated with active bacteria L. fermentum and B. subtilis, caused reduction on yeast cellular viability. Except the bacteria B. subtilis treated with radiation, the others bacteria treated by different procedures (heat, radiation e antibacterial) did not cause reduction on yeast cellular viability and population, indicating that the isolated presence of the cellular metabolic of theses bacteria was not enough to reduce the percentage of the yeast live cells and a density population. For all microorganisms, the counts obtained with the cultivation medium constituted of sugarcane juice were similar obtained in traditional mediums, probably because the alternative medium simulate the composition of sugarcane must, that the bacteria were isolated in industrial process of ethanol yield. However, the culture medium constituted of sugarcane juice could be replacing traditional culture mediums of yeast and bacteria tested in this work.