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.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o perfil metabólico da utilização dos açúcares por diferentes leveduras (BG-1, CAT-1, FLEISCHMANN, PE-2, 1403-7A e LCM001) em diferentes meios de crescimento e também analisar o comportamento e a atividade de invertase destas leveduras durante um processo fermentativo com reciclos de células, semelhantemente ao processo industrial, levando em consideração os parâmetros: produção de etanol, formação de biomassa, produção de trealose, glicogênio, glicerol, rendimento e eficiência fermentativa. Os experimentos foram divididos em três partes: a 1a foi a quantificação da atividade de invertase das diferentes leveduras, em mosto de fermentação à base de mel e água (13% ART), a 2a analisouse o perfil de metabolização em diferentes meios de crescimento à base de YEP com 2% de açúcares (glicose, sacarose, ou glicose + sacarose), e a 3a foi a realização de uma fermentação alcoólica com 4 reciclos de células, com mosto de mel (13% ART), sendo os três primeiros utilizados para a avaliação do rendimento fermentativo, bem como seus indicadores (trealose, glicogênio, viabilidade, entre outros) e o último, destinado ao perfil de metabolização de açúcares em condições de fermentação. Os resultados mostram que as leveduras possuem diferentes atividades de invertase (BG-1 = 7,34; FLEISCHMANN = 5,75; CAT-1 = 3,76; PE-2 = 2,39 gART.h-1.gbiomassa; 1403-7A e LCM001, não possuem atividade), apresentam diferentes velocidades de hidrólise da sacarose, tanto em meios de crescimento como mostos (BG-1 e FLEISCHMANN = 2 h; CAT-1 = 3h; PE-2 = 4h; 1403-7A = 24 h e LCM001 = >24 h), assim como a velocidade de metabolização dos açúcares presentes nestes. Conclui-se que a atividade de invertase é dependente da linhagem de levedura, assim como a velocidade de metabolização dos açúcares em meios de crescimento e mosto. A análise do perfil de metabolização de açúcares não permite identificar a presença de transportador de sacarose. No geral, as leveduras selecionadas apresentam melhor desempenho fermentativo. Por outro lado, verificou-se que as linhagens com transportador de sacarose apesar da menor produção de álcool, apresentaram uma boa eficiência fermentativa. O maior problema por parte destas últimas, é o alto tempo de fermentação e a baixa taxa de multiplicação, com conseqüente queda na viabilidade celular. / The aim of this work was to evaluate the metabolic profile in the utilization of sugars, using different yeast strains (BG-1, CAT-1, FLEISHMANN, PE-2, 1403-7A and LCM001) with different growth medium and also to analyze behavior and the invertase activities of these yeast strains during fermentative process with recycling, similar to the industrial process. The following parameters were used: ethanol production, biomass formation, trealose production, glycogen, glycerol, ethanol yield and fermentation efficiency. The trials were divided into three parts: First was activity quantification of invertase using different yeast strains, with a mix of molasses and water (13% ART), the second was analyzed the metabolization profile with different growth medium using YEP added 2% of sugars (glucose, sucrose, or glucose + sucrose), and the third it was the alcoholic fermentation with 4 yeast cell recycles, using wort of molasses and juice ( 13 % ART), The first three were utilized to evaluate the fermentation yield and also theirs indicatives (trealose, glycogen, viability within others) and, the last one was performed to study the profile of sugars metabolization in fermentation conditions. The results showed that those yeasts produced different invertase activities (BG-1 = 7,34; FLEISCHMANN = 5,75; CAT-1 = 3,76; PE-2 = 2,39 gART.h-1.gbiomass; 1403-7A and LCM001 did not have invertase activity), different velocity of sucrose hydrolysis, as much as medium growth as worts (BG-1 and FLEISCHANN = 2 h; CAT-1 = 3h; PE-2 = 4h; 1403-7A = 24 h and LCM001 = >24 h), also as the velocity of sugars metabolization present on this medium. It can be concluded that the invertase activity is dependent of yeast strain, as the velocity of sugars metabolization in growth medium and wort. The profile analysis of metabolization of sugars did not allow to identify the presence of sucrose transporter. In general, the selected yeasts present the best fermentation performance. On the other hand, it was observed the strains with sucrose transportation did not show stress. The major problem of these yeasts were the high fermentation time and low propagation rate, and a decrease of the viability.

A cachaça é uma bebida típica brasileira produzida a partir da destilação do caldo de canade- açúcar fermentado principalmente por Saccharomyces cerevisiae. Grande parte da produção nacional é artesanal, e não há uma preocupação por parte dos produtores quanto ao controle microbiológico da fermentação. Este trabalho objetivou caracterizar a comunidade bacteriana contaminante do fermento utilizado na produção de cachaça. Foram coletadas quatro amostras em um alambique artesanal. A primeira (NA) foi coletada um ano anterior às outras três e utilizada como controle. As restantes foram coletadas ao final do primeiro dia de fermentação (NP), após quinze (NS) e trinta dias (NT) utilizando o mesmo fermento. Um total de 587 seqüências de 16S rDNA foram analisadas, sendo 81 da amostra NA, 177 da amostra NP, 159 da amostra NS e 170 da amostra NT. As análises das seqüências revelaram a presença de 17 gêneros e 27 espécies, além de 27 bactérias não conhecidas. Cento e setenta unidades taxonômicas operacionais (UTOs) foram identificadas utilizando o software DOTUR com uma distância evolucionária de 0.03. Quarenta e três UTOs foram identificadas na amostra controle (NA), 38 na NP, 57 na amostra NS e 38 na terceira amostra (NT). Das 170 UTOs identificadas, apenas dezessete foram identificadas duas vezes em diferentes amostras e somente uma, identificada como Lactobacillus hilgardii, foi identificada três vezes, evidenciando uma grande dinâmica populacional bacteriana durante o processo fermentativo. Análises estatísticas utilizando o software S-LIBSHUFF indicaram diferenças significativas na composição bacteriana entre amostras. Foram encontradas espécies/gêneros ainda não descritas na literatura em fermentos de cachaça, como Weissella cibaria, Leuconostoc citreum e algumas espécies de Lactobacillus. Além destas, várias bactérias não conhecidas também foram identificadas. Os resultados revelaram que a comunidade de bactérias contaminantes do processo fermentativo é muito mais complexa do que se conhecia, com características heterofermentativas e produção de congêneres que provavelmente refletem na qualidade da bebida. Este é o primeiro relato da utilização do método de seqüenciamento do gene 16S rDNA para determinar contaminantes bacterianos em fermentados de cana-de-açúcar para produção de cachaça. / Cachaça is a typical Brazilian spirit made from sugar cane fermented mainly by Saccharomyces cerevisiae. The production is mostly artisanal, and there is no microbiological control during the fermentation process. The objective of this study was to assess the bacterial community associated with the ferment used in the production of cachaça. Four ferment samples were collected from an artisanal still. The first one (NA), was collected one year previously to the other three and constituted a control reference. The remaining three samples were collected at the end of the first day of fermentation (NP), and fifteen (NS) and thirty days (NT) after using this same ferment. A total of 587 16S rDNA sequences were analyzed, being 81 sequences from the NA sample, 177 from NP, 159 from NS, and 170 from the NT sample. Sequence analyses revealed the presence of 17 genus and 27 species plus 27 unknown species. One hundred and seventy operational taxonomic units (OTUs) were identified using the DOTUR software using a cut-off evolutionary distance of 0.03. Forty three were identified in the control (NA) sample, 38 in the NP, 57 in NS, and 38 in the third (NT) sample. Of the 170 OTUs, only seventeen were detected twice in different samples and only one, identified as Lactobacillus hilgardii, was identified thrice, indicating a dynamic nature of the bacterial community during the fermentation process. Statistical analysis using the software S-LIBSHUFF indicated significant differences in the bacterial composition among samples. Our analyses also allowed to identify several bacteria not yet described as contaminants of the cachaça ferment, such as Weissella cibaria, Leuconostoc citreum and some Lactobacillus species. In addition, several unknown bacteria were also detected. The results revealed a much larger bacterial contaminant community present in the fermentative process of cachaça than previously reported with heterofermentative ability to produce secondary compounds which probably influence the quality of the final beverage. This is the first report on the utilization of the 16S rDNA sequencing method to assess the bacterial diversity of sugar cane fermentation for the production of cachaça.

Parte do malte pode ser substituído por adjuntos, que podem ser à base de cereais, ou de carboidratos de origem vegetal. A cana de açúcar constitui-se de uma matéria prima favorável à fermentação alcoólica por ser rica em carboidratos e micronutrientes, e pode ser utilizada como um adjunto do malte. Estudos de fermentação do mosto com este adjunto, na forma de caldo e de melado de cana, foram realizados na Planta Piloto de Bebidas da EEL-USP, e a partir daí, foram feitas análises físico-química, microbiológicas e sensoriais da cerveja obtida, com diferentes proporções de adjunto. As fermentações foram realizadas inicialmente em escala de bancada (1 L), utilizando mostos preparados com caldo ou melado de cana com ou sem diferentes tratamentos de clarificação, em duas concentrações diferentes (25% e 50% de caldo ou melado), além do mosto puro malte. Análises de concentração e viabilidade celular, pH, consumo de extrato e formação de etanol foram realizadas ao longo das fermentações e, também foi efetuado o cálculo de produtividade e rendimento. Os ensaios sem tratamento do caldo ou melado foram escolhidos para uma produção em uma escala de 5 L, para que análises físico-químicas e sensorial fossem realizadas. A cerveja elaborada com 25% de melado de cana sem tratamento foi a cerveja mais aceita e foi escolhida para a produção em escala piloto (200 L). Análises físico-químicas e de envelhecimento foram realizadas, e essa cerveja também foi avaliada sensorialmente juntamente com duas cervejas de mercado, onde novamente foi declarada como a mais aceita, mostrando que o melado de cana é um adjunto adequado na fabricação de cervejas, mostrando ser um potencial no mercado de bebidas. Finalmente, cervejas com melado de cana foram elaboradas na forma ale e lager em uma infra-estrutura bem equipada em um laboratório em uma universidade belga. / Part of malted barley can be replaced by adjuncts, which can be from cereals, or carbohydrates of vegetable origin. Sugarcane is a raw material favorable to the alcoholic fermentation to be rich in carbohydrates and micronutrients, and can be used as a adjunct. The wort fermentation studies with this adjunct in the form of sugarcane juice and sugarcane syrup, were performed in the Beverage Pilot Plant EEL-USP, and from there, it were made physical-chemical, microbiological and sensorial analysis with beers with different proportion of adjuncts. The fermentations were initially carried out in laboratory scale (1 L) prepared with sugarcane juice or sugarcane syrup in different treatments and in two different concentrations (25% and 50%), and also 100% of malt wort. Analysis of cell concentration and viability, pH, extract consumption and ethanol formation were held throughout the fermentations and also calculation of the productivity and yield. Assays with sugarcane juice and syrup without treatment were selected for production on a slightly larger scale (5L) and physico-chemical and sensorial analyzes were performed. Beer made with 25% of sugarcane syrup without treatment was a beer more accepted and it was chosen for the production on a pilot scale (200 L). Physico-chemical and aging analyzes were performed, and that beer was also evaluated by sensory analyzis compared with two beer market, where again it was declared as the most accepted, showing that the sugarcane syrup is a very interesting adjunct in the manufacture of beer, showing a potential in the beverage market. Finally, beers with sugarcane syrupo were prepared in ale and lager form in a well-equipped infrastructure in a laboratory in a Belgian university.

Atualmente, as cepas de S. cerevisiae utilizadas na produção industrial de álcool combustível no Brasil são leveduras diplóides que metabolizam a sacarose através da sua hidrolise extracelular pela invertase periplasmática, seguida pelo transporte para o interior da célula das moléculas de glicose e frutose formadas, e posterior metabolização pela glicólise. Neste trabalho, utilizando técnicas de engenharia genética e posteriores cruzamentos, foram desenvolvidas cepas diplóides de S. cerevisiae capazes de consumir este açúcar por meio da sua captação direta pelo transportador codificado pelo gene AGT1, e hidrólise intracelular pela invertase citoplasmática codificada por uma versão modificada do gene SUC2. Estas modificações permitiram alcançar um rendimento 10% maior na produção de etanol, além de aumentar a velocidade de consumo da sacarose e diminuir a quantidade de açúcares residuais ao final do processo. Estes resultados abrem novos horizontes para tornar a produção de etanol no Brasil mais eficiente. / Currently, the S. cerevisiae strains used in industrial production of fuel alcohol in Brazil are diploid yeasts that of metabolize sucrose through its extracellular hydrolysis by the periplasmic invertase, followed by the transport of the formed glucose and fructose into the cells, and further metabolism through glycolysis. In this study, utilizing genetic engineering techniques and further crosses, diploid strains of S. cerevisiae were developed that are able to consume this sugar through its direct uptake by the transporter encoded by the AGT1 gene, and intracellular hydrolysis by the cytoplasmic invertase encoded by a modified version of the SUC2 gene. These modifications allowed achieving a 10% higher yield in the production of ethanol, besides increasing the sucrose consumption rate and decreasing the amount of residual sugars at the end of the process. These results open new horizons to turn ethanol production in Brazil more efficient.

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.

Submitted by MILENA HELOISA POZENATTO BICUDO TOGNETE null (mibicudo28@gmail.com) on 2017-03-28T20:38:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao versao final.pdf: 1702848 bytes, checksum: c8c7d8d8e47d1bf45f97875ac83a2798 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-30T17:07:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tognete_mhpb_me_sjrp.pdf: 1702848 bytes, checksum: c8c7d8d8e47d1bf45f97875ac83a2798 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-30T17:07:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tognete_mhpb_me_sjrp.pdf: 1702848 bytes, checksum: c8c7d8d8e47d1bf45f97875ac83a2798 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Este estudo tem como objetivo avaliar a matéria-prima e sua influência isolada no desempenho do rendimento fermentativo de uma linhagem padrão da levedura CAT-1 testada em 31 meios de cultivos provenientes do processo de fermentação alcoólica da Usina Virgolino de Oliveira – Unidade Catanduva. Os meios foram amostrados e compostos a cada quinzena durante toda as safras 2012 e 2013. O trabalho também tem como finalidade identificar a dinâmica populacional das leveduras do mesmo processo fermentativo, através da diferenciação das linhagens por cariotipagem. As cepas isoladas foram testadas em um meio de cultivo padrão para obtenção das características tecnológicas industriais através da metodologia da Capacidade Fermentativa. Os experimentos de fermentação foram realizados nos laboratórios da Usina Virgolino de Oliveira - Unidade Catanduva em escala reduzida sempre acompanhados de um ensaio padrão utilizando meio de cultivo sintético. O primeiro ponto de estudo consistiu na caracterização da matéria-prima, mosto, e sua capacidade isolada de perturbar o Rendimento Fermentativo. Enquanto que no segundo, onde onze diferentes cepas de levedura foram identificadas ao longo das duas safras, testadas em um mesmo meio de cultivo padrão para obtenção de parâmetros industriais tecnológicos como rendimento em produto (Yp/s), rendimento em célula (Yx/s), Velocidade de consumo do substrato (Vcs), Produtividade (PROD) e Conversão (CONV) e estudada a influência no Rendimento Fermentativo. O terceiro ponto de estudo foi a comparação entre os rendimentos fermentativos obtidos experimentalmente e os rendimentos fermentativos industriais da Planta. O impacto da presença das cepas com maior rendimento em etanol foi estudado em relação aos valores de rendimento fermentativo industrial. Os resultados mostraram diferenças de desempenho da Cepa Padrão na maioria das quinzenas testadas, o que significa que há variação da matéria-prima ao longo da safra e entre as safras capazes de afetar rendimento fermentativo. Diferenças de rendimento também foram observadas entre as onze cepas nativas testadas, porém com oscilações menores e menos consideráveis do que com a matéria-prima. Os resultados obtidos em escala reduzida com base nos balanços de massa se apresentaram valores semelhantes em relação aos números de referência o que sugere que a metodologia usada para avaliar a capacidade fermentativa das cepas e a qualidade da matéria-prima foi adequada. Apesar da forte influência dos fatores estudados, não foi possível afirmar, através destes experimentos, qual deles teve papel determinante no impacto do Rendimento Fermentativo. Isso sugere que outros fatores não estudados neste trabalho estão diretamente relacionados que são capazes de influenciar o Rendimento Fermentativo. / The purpose of this study is to evaluate the sucrose mash and its influence isolated on the performance of the Fermentative Yeld of a standard strain from CAT-1 yeast tested in 31 different culture medium formulation from the Virgolino de Oliveira Plant – Catanduva Unit alcoholic fermentation process. The culture medium formulation were sampled and composed every fortnight during the whole 2012 and 2013 harvest. The work also has as purpose to evaluate the yeasts population dynamics of the same fermentative process, through the differentiation of the strains by karyotyping. The isolated strains were tested in a standard culture medium to obtain the industrial technological characteristics through the Fermentative Capacity methodology. Fermentation experiments were carried out in mill’s laboratories on a reduced scale always accompanied by a standard assay using synthetic culture medium formulation. The first point of study consisted in the characterization of the raw material, sucrose mash, and its isolated capacity to disturb Fermentative Yield. In the second, eleven different strains of yeast identified during the two harvests, they were tested in the same culture medium to obtain industrial technological parameters as Yield in product (Yp/s), Yield in cell (Yx/s), Substrate consumption velocity (Vcs), Productivity (PROD) and Conversion (CONV) and studied their influence on the Fermentative Yield. The third point of study was the comparison between the fermentative yields obtained experimentally and the industrial fermentative yields of the Plant. The impact of the presence of strains with higher Yp/s was studied in relation to industrial fermentation yield values. The results showed differences in performance of the Standard Strain in most of the fortnight tested, which means that there is variation of the raw material during the harvest and between the crops capable of affecting fermentative yield. There were also Yeld difference observed among the eleven native strains tested, but with smaller and less considerable oscillations than with the raw material. The results obtained on a reduced scale based on the mass balances were within the range expected in relation to the reference values, which suggests that the methodology used to evaluate the fermentative capacity of the strains and the quality of the raw material was adequate. Despite the strong influence of the studied factors, it was not possible to prove, through these experiments, which one had a determinant role in the Fermentative Yield impact. This suggests that other factors not studied in this work are directly related that are able to influence Fermentative Yield.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o perfil metabólico da utilização dos açúcares por diferentes leveduras (BG-1, CAT-1, FLEISCHMANN, PE-2, 1403-7A e LCM001) em diferentes meios de crescimento e também analisar o comportamento e a atividade de invertase destas leveduras durante um processo fermentativo com reciclos de células, semelhantemente ao processo industrial, levando em consideração os parâmetros: produção de etanol, formação de biomassa, produção de trealose, glicogênio, glicerol, rendimento e eficiência fermentativa. Os experimentos foram divididos em três partes: a 1a foi a quantificação da atividade de invertase das diferentes leveduras, em mosto de fermentação à base de mel e água (13% ART), a 2a analisouse o perfil de metabolização em diferentes meios de crescimento à base de YEP com 2% de açúcares (glicose, sacarose, ou glicose + sacarose), e a 3a foi a realização de uma fermentação alcoólica com 4 reciclos de células, com mosto de mel (13% ART), sendo os três primeiros utilizados para a avaliação do rendimento fermentativo, bem como seus indicadores (trealose, glicogênio, viabilidade, entre outros) e o último, destinado ao perfil de metabolização de açúcares em condições de fermentação. Os resultados mostram que as leveduras possuem diferentes atividades de invertase (BG-1 = 7,34; FLEISCHMANN = 5,75; CAT-1 = 3,76; PE-2 = 2,39 gART.h-1.gbiomassa; 1403-7A e LCM001, não possuem atividade), apresentam diferentes velocidades de hidrólise da sacarose, tanto em meios de crescimento como mostos (BG-1 e FLEISCHMANN = 2 h; CAT-1 = 3h; PE-2 = 4h; 1403-7A = 24 h e LCM001 = >24 h), assim como a velocidade de metabolização dos açúcares presentes nestes. Conclui-se que a atividade de invertase é dependente da linhagem de levedura, assim como a velocidade de metabolização dos açúcares em meios de crescimento e mosto. A análise do perfil de metabolização de açúcares não permite identificar a presença de transportador de sacarose. No geral, as leveduras selecionadas apresentam melhor desempenho fermentativo. Por outro lado, verificou-se que as linhagens com transportador de sacarose apesar da menor produção de álcool, apresentaram uma boa eficiência fermentativa. O maior problema por parte destas últimas, é o alto tempo de fermentação e a baixa taxa de multiplicação, com conseqüente queda na viabilidade celular. / The aim of this work was to evaluate the metabolic profile in the utilization of sugars, using different yeast strains (BG-1, CAT-1, FLEISHMANN, PE-2, 1403-7A and LCM001) with different growth medium and also to analyze behavior and the invertase activities of these yeast strains during fermentative process with recycling, similar to the industrial process. The following parameters were used: ethanol production, biomass formation, trealose production, glycogen, glycerol, ethanol yield and fermentation efficiency. The trials were divided into three parts: First was activity quantification of invertase using different yeast strains, with a mix of molasses and water (13% ART), the second was analyzed the metabolization profile with different growth medium using YEP added 2% of sugars (glucose, sucrose, or glucose + sucrose), and the third it was the alcoholic fermentation with 4 yeast cell recycles, using wort of molasses and juice ( 13 % ART), The first three were utilized to evaluate the fermentation yield and also theirs indicatives (trealose, glycogen, viability within others) and, the last one was performed to study the profile of sugars metabolization in fermentation conditions. The results showed that those yeasts produced different invertase activities (BG-1 = 7,34; FLEISCHMANN = 5,75; CAT-1 = 3,76; PE-2 = 2,39 gART.h-1.gbiomass; 1403-7A and LCM001 did not have invertase activity), different velocity of sucrose hydrolysis, as much as medium growth as worts (BG-1 and FLEISCHANN = 2 h; CAT-1 = 3h; PE-2 = 4h; 1403-7A = 24 h and LCM001 = >24 h), also as the velocity of sugars metabolization present on this medium. It can be concluded that the invertase activity is dependent of yeast strain, as the velocity of sugars metabolization in growth medium and wort. The profile analysis of metabolization of sugars did not allow to identify the presence of sucrose transporter. In general, the selected yeasts present the best fermentation performance. On the other hand, it was observed the strains with sucrose transportation did not show stress. The major problem of these yeasts were the high fermentation time and low propagation rate, and a decrease of the viability.

Historicamente o Brasil tem marcado importante presença no setor sucroalcoleiro devido a fatos como o Programa Nacional do Álcool (Pró-álcool) e mais recentemente a tecnologia dos carros flex. Esses fatos somados aos problemas da utilização de uma matriz energética não renovável, cara e muito poluente como o petróleo, trazem a importância de aperfeiçoar a atividade no país. No entanto, diversos fatores afetam a fermentação e reduzem o rendimento fermentativo, como a entrada de contaminantes no processo e a pemanência deles, através de problemas como a qualidade da matéria prima e práticas como o processo de \"Melle-Boinot, respectivamente. Estudos anteriores revelam que grande parte desses contaminantes são do grupo chamado de bactérias láticas e que essas apresentam duas maneiras distintas de metabolizar os açúcares (homofermentativas e heterofermentativa), sendo que o tipo presente influencia em outros fatores importantes como a produção de glicerol por parte das leveduras. Além disso, acredita-se que as heterofermentativas sejam favorecidas pelas condições impostas na dorna fermentativa. Nesse contexto, o presente trabalho objetiva fazer um levantamento do tipo metabólico predominante das bactérias láticas contaminantes de destilarias brasileiras, além de entender melhor as relações existentes entre esses microrganismos e as leveduras. Para isso, foram isoladas 221 bactérias de destilarias e testadas quanto ao tipo metabólico. Adicionalmente, 2 bactérias foram escolhidas (I8 e I9), identificadas e testadas em ensaios de fermentação em conjunto com as leveduras PE-2 e Mauri, sob condições que simulam o processo industrial. Foram testados cinco tratamentos (PE-2; PE-2+I8; PE-2+I9; Mauri; Mauri+I8 e Mauri+I9), com 3 repetições cada e um total de 5 reciclos fermentativos. Ao final de cada reciclo fermentativo, amostras foram retiradas para análises químicas e microbiológicas. Os resultados revelam que, embora as hetero sejam mais agressivas e predominem em relação às homo quando simulamos o processo industrial dentro do laboratório, diferentemente do que se pensava, não ocorre essa predominância dentro da destilaria, já que 51,3% dos isolados eram homo e 48,69% eram hetero. Além disso os resultados também mostraram que todas as bactérias homo identificadas pertenciam à espécie Lactobacillus plantarum, enquanto as hetero à espécie L. fermentum, o que de acordo com dados anteriores da literatura sugerem que possa haver uma divisão de tipos metabólicos por espécie. Ao analisarmos os metabólitos de ambos os microrganismos vemos que houve menor produção de glicerol por parte das leveduras quando elas estavam em cultivo conjunto com as bactérias homofermentativas, mesmo em comparação com o controle (sem contaminação) o que pode ser explicado pelo fato de ter havido produção de succinato exclusivamente nos tratamentos com a I8 (homo). Ou seja, como as bactérias homo produzem quantidades muito superiores de ácido lático se compararmos com as heterofermentativas, as leveduras foram estimuladas a excretarem mais ácido succínico, desviando o metabolismo da produção massiva de glicerol. / Brazil has been historically very present in ethanol industry because some facts as National Alcohol Program (\"Pro-Alcohol\") and more recently the flex fuel car technology. These facts, added to the problems of using petroleum that is a non-renewable energy source, very expensive and polluting, bring the importance of improving brazilian activity. However, several factors affect the fermentation and reduce alcoholic yields, as the entry of contaminants into the process and their permanency because, for example, the quality of raw materials and everyday practices as \"Melle-Boinot\" process, respectively. Previous studies have shown that many of these contaminants are called lactic acid bacteria, which have two distinct ways to metabolize sugars (homofermentative and heterofermentative), and the type present could influence important factors such as glycerol production by yeasts. Additionally, it is believed that the hetero bacteria are favored by the fermentative industrial conditions. In this context, this work aims to survey the predominant metabolic type of lactic acid bacteria contaminants in brazilian distilleries, and understand the relationship between this microorganisms and yeasts. For that, we isolated 221 bacteria from distilleries and tested their metabolic type. In addition, two strains were chosen (I8 and I9), identified and tested with PE- 2 and Mauri yeasts under industrial process simulating conditions. By this mean, we have 6 treatments (PE-2; PE-2+I8; PE-2+I9; Mauri; Mauri+I8 and Mauri+I9) with 3 replicates each one and a total of 5 cell recycling fermentation. At the end of each recycle, samples were taken for chemical and microbiological analysis. The results showed that, although the heterofermentative are more aggressive and dominant in relation to homo when we simulate the industrial process in the laboratory, unlike previously thought, we can not find this predominance in distilleries, since 51,3% of the isolates were homo and 48,69% were hetero. In addition, the results also showed that all the homo bacteria identify was a Lactobacillus plantarum, while all the hetero identify was a L. fermentum, which according to previous literature, suggests that should exist a division of metabolic types by species. When analyzing the metabolites of both microorganisms we see that there was less glycerol production by the yeast when they were growing together with homofermentative bacteria, even in comparison with the control (without contamination) which might be explained by the fact that there was only succinate production in treatments with homo (I8). In other words, homofermentative bacteria produce much higher amounts of lactic acid when compared with hetero, so yeast cells were stimulated to excrete more succinic acid and take the metabolism away from glycerol mass production.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T16:38:21Z No. of bitstreams: 1 SHÂMIA BORBOREMA CABRAL - TESE PPGEP 2014..pdf: 2568406 bytes, checksum: 49c874b9a297e3b182edc28e1539bc52 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T16:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SHÂMIA BORBOREMA CABRAL - TESE PPGEP 2014..pdf: 2568406 bytes, checksum: 49c874b9a297e3b182edc28e1539bc52 (MD5) Previous issue date: 2014-07-07 / Capes / Atualmente, a matriz energética brasileira centraliza toda a sua produção de bioetanol a partir da cana-de-açúcar, no entanto, tendo em vista a vasta biodiversidade encontrada em seu território, o Brasil dispõe de uma grande variedade de resíduos agrícolas e agroindustriais cujo bioprocessamento para a produção de bioetanol desperta um grande interesse econômico e social. Nesse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo estudar o aproveitamento de sementes de jaca (resíduo) como fonte de amido para a produção de bioetanol. Visando à máxima remoção do amido presente nas sementes de jaca, as mesmas foram submetidas a etapas de extração e purificação. Parâmetros físico-químicos foram determinados tanto para as sementes quanto para o amido extraído das sementes de jaca. O material amiláceo obtido foi, então, submetido a tratamentos hidrolíticos, empregando os ácidos sulfúrico e fosfórico como catalisadores, seguindo um planejamento fatorial completo 23 com três pontos centrais. Foram definidas como variáveis independentes, a temperatura (80, 100 e 120 °C), o tempo de reação (30, 60 e 90 min.) e a concentração do ácido (1, 3 e 5%), e como variáveis dependentes, as concentrações de glicose e hidroximetilfurfural (g.L1 ) presentes nos licores hidrolisados. A fim de observar e avaliar o efeito dos tratamentos ácidos, realizados nas condições otimizadas de operação, sobre a superfície dos grânulos do amido extraído de sementes de jaca, a técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi empregada. Os licores hidrolisados pelos ácidos sulfúrico e fosfórico, obtidos nas condições otimizadas de operação, foram submetidos a ensaios fermentativos em uma câmara incubadora com agitação orbital a 160 rpm, sob temperatura controlada de 32 ºC, empregando como microrganismo, a levedura industrial Saccharomyces cerevisiae Y904, e como nutrientes, o composto nutricional industrial Nitrofós. O material amiláceo extraído das sementes de jaca apresentou elevado teor de amido (85,5%). Maiores concentrações de glicose, 32,98 e 31,23 g.L-1 para os tratamentos hidrolíticos com os ácidos sulfúrico e fosfórico, respectivamente, concomitantemente, com concentrações de hidroximetilfurfural (HMF) que não inibissem o processo fermentativo, 0,53 e 0,08 g.L-1 para os tratamentos com os ácidos sulfúrico e fosfórico, respectivamente, foram encontradas no ensaio executado nas condições mais severas estabelecidas para a matriz de planejamento, sendo elas: 120 °C, concentração do ácido a 5% e 90 min. de reação. O tratamento hidrolítico do amido conduzido com o ácido sulfúrico apresentou maior eficiência de hidrólise (70,13%) quando comparada a eficiência alcançada pelo tratamento empregando-se o ácido fosfórico (66,41%). As micrografias revelaram os aspectos morfológicos característicos dos grânulos de amido de sementes de jaca, constatando-se formatos, predominantemente, elipsoides e hemisféricos, e tamanhos variando de 4 a 9 μm, bem como suas modificações estruturais causadas pela ação dos ácidos durante os tratamentos hidrolíticos. Os ensaios fermentativos realizados com os licores hidrolisados pelos ácidos sulfúrico e fosfórico apresentaram eficiências de fermentação de 97,85 e 95,89%, respectivamente, indicando, portanto, que a levedura foi capaz de metabolizar, praticamente, todo o substrato limitante (glicose) presente nos licores em etanol. Considerando os resultados obtidos em todas as etapas realizadas durante a presente pesquisa, conclui-se que o amido extraído de sementes de jaca apresentou-se como uma matéria-prima promissora para a produção de bioetanol. / Currently, the Brazilian energy matrix centralizes all their production of bioethanol from sugar cane, however, in view of the vast biodiversity found in its territory, Brazil has a wide variety of agricultural and agro-industrial waste whose bioprocessing for bioethanol production arouses a great economic and social interest. In this context, the present research was to study the use of jackfruit seeds (residue) as a source of starch for the production of bioethanol. For ultimate removal of this starch in jackfruit seeds, they were subjected to extraction and purification steps. Physical and chemical parameters were determined for both the seeds and the starch extracted from jackfruit seeds. The starch material obtained was then subjected to hydrolytic treatments using sulfuric and phosphoric acids as catalysts, following a full 23 factorial design with three central points. We defined as independent variables the temperature (80, 100, 120 °C), the reaction time (30, 60 and 90 min.) and the concentration of the acid (1, 3 and 5%), the dependent variables were the glucose concentrations and hydroxymethylfurfural (g.L-1) present in the hydrolyzed liquor. In order to observe and evaluate the effect of acid treatments, based on the optimized operating conditions on the surface of starch granules extracted from jackfruit seeds, scanning electron microscopy technique (SEM) was used. The liquors hydrolyzed by sulfuric and phosphoric acids, obtained in the optimized operating conditions, underwent fermentation trials in a dry incubator with orbital shaking at 160 rpm, under controlled temperature of 32 °C, using industrial yeast Saccharomyces cerevisiae Y904 as microorganism, and the industrial nutritional compound Nitrophós as nutrients. The starch material extracted from jackfruit seeds showed high starch content (85.5%). We found higher concentrations of glucose, 32.98 and 31.23 g.L-1 to hydrolytic treatment with sulfuric and phosphoric acids respectively, concurrently, with concentrations of hydroxymethylfurfural (HMF) which would not inhibit the fermentative process, 0.53 and 0, 08 g.L-1 for treatment with sulfuric and phosphoric acids, respectively. These were found in the test run under the most severe conditions attached to the planning matrix, namely, 120 °C, 5% acid concentration and 90 min. reaction. The hydrolytic treatment of starch conducted with sulfuric acid hydrolysis showed higher efficiency (70.13%) compared to treatment efficiency achieved by employing phosphoric acid (66.41%). The micrographs revealed the characteristic morphology of jackfruit seed starch granules, confirming hemisphere and ellipsoid formats, and sizes ranging from 4 to 9 μm, as well as its structural modifications caused by the action of acid during the hydrolytic treatment . The fermentation trials with liquors hydrolyzed by sulfuric and phosphoric acids showed fermentation efficiencies of 97.85 and 95.89%, respectively, thus indicating that the yeast was capable of metabolizing substantially all the limiting substrate (glucose) present in liquors from ethanol. Considering the results obtained in all steps undertaken during this research, it is concluded that the extracted starch jackfruit seeds appeared as a promising raw material for the production of bioethanol.