Aroma is one of the most important attributes involved in wine quality. Current trend in winemaking consists of producing wines with different aroma nuances to offer variety of wines to a developing market. Several studies have demonstrated that low temperature fermentations favours aroma synthesis and retention. In this background, new wine yeasts able to perform fermentation at low temperatures improving wine aroma while maintaining good fermentation rates are necessary. This doctoral thesis explores the oenological traits of different Saccharomyces species and hybrids relevant for present-day wine industry, especially regarding aroma production, as well as the molecular bases underneath. This exploration has been possible using different biochemical, analytical chemistry and molecular techniques to perform enzymatic activity detection, aroma profile determination and transcriptome analysis in wine fermentations. Through this doctoral thesis the abilities of different Saccharomyces species and hybrids regarding primary aroma release and secondary aroma production, especially at low temperatures, has been elucidated in order to know the different possibilities that these yeasts offer to create new wines with different aromatic nuances. One of the general conclusions of this doctoral thesis is that production and release of aromas in winemaking depends on the strain carrying out the fermentation process. Nevertheless, sometimes there was a species tendency. On the other hand, the fact that fermentation temperature affects aroma synthesis but not always in the direction to aroma increase has been demonstrated. / Gamero Lluna, A. (2011). Study of the production and release of aromas during winemaking carried out by different Saccharomyces species and hybrids [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10741

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2015. / ENGLISH ABSTRACT: During fermentation, nitrogenous compounds serve as nutrients for the yeasts, which enable their growth, functioning and maintenance of the yeasts cells. From a winemaking perspective, a certain amount of nitrogen is required for the yeasts in order to avoid sluggish or stuck fermentation. Moreover, nitrogen metabolism leads to the production of aroma compounds such as higher alcohols, fatty acids and esters which contribute positively to overall sensory characteristics of wine. Nitrogen metabolism (uptake of ammonium and amino acids) have been extensively studied in Saccharomyces cerevisiae. Nonetheless, the fairly great variances observed between strains in terms of preference for certain nitrogen sources and metabolism thereof are not so well understood. Additionally, these mechanisms nitrogen metabolism of non- Saccharomyces yeasts are even vaguer and simply assumed to be globally similar to those of S. cerevisiae. This study aimed to investigate the uptake of nitrogen compounds (ammonium and individual amino acids) by selected non-Saccharomyces yeasts (Lachancea thermotolerans IWBT Y1240, Torulaspora delbrueckii Biodiva TD291, Pichia kluyveri FrootZen, Metschnikowia pulcherrima IWBT Y1123 and Metschnikowia pulcherrima Flavia) to assess the impact of fermentation kinetics and the production of aroma compounds during sequential fermentations with S. cerevisiae under different initial YAN concentrations, with 300 mg/L, 150 mg/L and 75 mg/L, respectively). Fermentations were performed in a synthetic grape juice medium with pure and sequential fermentations. The data showed that the assimilation of nitrogen compounds were species specific. For example, L. thermotolerans preferred alpha amino nitrogen above ammonia, where the opposite hold true for T. delbrueckii. Notable differences could also be identified for the uptake of certain single amino acids. Irrespective of the initial YAN concentrations during sequential fermentations, the yeasts only assimilated about half of the initial YAN. The non-Saccharomyces yeasts did not influence fermentation performance during sequential fermentations. However, a low initial YAN (75 mg/L) had a strong influence on the fermentation kinetics and aroma compound production. The higher uptake (compare to S. cerevisiae) of specific single amino acids by non-Saccharomyces yeasts (especially L. thermotolerans), can be tentatively correlated with certain aroma compounds produced at the end of fermentation. The results also revealed that agitation could impact overall fermentation performance and aroma compound production. This study contributes to an improved understanding of how different initial nitrogen concentrations affect growth, fermentation performances and aroma compound production of wine-related yeasts under fermentative conditions. Moreover, the uptake of single amino acids by selected non-Saccharomyces yeasts had also been identified, which is a good starting point to better understand non- Saccharomyces yeasts nitrogen requirements which may be used for the optimization of nitrogen source addition, during alcoholic fermentation, when used in mixed fermentations in order to ensure a complete alcoholic fermentation. To the best of our knowledge, the uptake of single amino acids and YAN consumption by selected non-Saccharomyces yeasts under fermentation conditions tested, have never been studied before. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Tydens wynfermentasies dien talle stikstof komponente as voedingstowwe vir wyngis wat hul groei, funksie en onderhoud bevorder. Van `n wynmaak perspektief word daar `n sekere hoeveelheid stikstof benodig deur die wyngis om te verhoed dat slepende of onvolledige fermentasies plaasvind. Verder lei stikstofmetabolisme na die produksie van aroma verbindings, soos hoër alkohole, vlugtige vetsure en esters wat positief bydra tot die sensoriese karaktereienskappe van wyn. Die stikstofmetabolisme (opneem ammonium en aminosure) is deeglik nagevors in die wyngis Saccharomyces cerevisiae, maar die klein variasies waargeneem tussen die gisras in terme van die voorkeur van sekere stikstof komponente is egter nog onduidelik. Daarbenewens is die stikstofmetabolisme nog meer onbekend in nie- Saccharomyces wyngis en word dit oor die algemeen aanvaar dat die werking van die stikstofmetabolisme dieselfde is as in S. cerevisiae. Hierdie studie het gestreef om die opneem van stikstof komponente (ammonium en aminosure) te ondersoek van uitverkiesde nie-Saccharomyes gis (Lachancea thermotolerans IWBT Y1240, Torulaspora delbrueckii Biodiva TD291, Pichia kluyveri FrootZen, Metschnikowia pulcherrima IWBT Y1123 and Metschnikowia pulcherrima Flavia) deur te bepaal wat die impak is op die groei-kinetika en op die produksie van aroma komponente gedurende gemengde kultuur fermentasies met S. cerevisae onder verskillende aanvangs assimileerbare stikstof (300 mg/L, 150 mg/L en 75 mg/L). Fermentasies is in sintetiese druiwemos uitgevoer vir beide enkel en gemengde kultuur fermentasies. Die resultate demonstreer dat die assimilasie van stikstof ras spesifiek was. Byvoorbeeld, L. thermotolerans verkies alfa amino stikstof bo ammonium waar die teenoorgestelde waar is vir T. delbrueckii. Beduidende verskille is ook waargeneem vir die opneem van sekere individuele aminosure. Die wyngis het steeds net die helfte van die assimileerbare stikstof opgeneem gedurende gemengde kultuur fermentasies ongeag die aanvangsstikstof konsentrasies. Die nie-Saccharomyces gis het nie die fermentasie kinetika beïnvloed tydens gemengde kultuur fermentasies nie. Daar was egter ook waargeneem dat `n lae assimileerbare stikstof (75 mg/L) `n negatiewe invloed op die fermentasie kinetika sowel as aroma produksie gehad het. Die hoër opname (vergelyking met S. cerevisiae) van sekere aminosure deur nie-Saccharomyces gis, kan tydelik gekoppel word aan die produksie van spesifieke aroma verbindings aan die einde van fermentasies. Die resultate het ook gewys dat die toepassing van skud `n impak het op die fermentasie kinetika sowel as die produksie van aroma komponente. Die studie dra by om beter te verstaan van hoe verskillende aanvangsstikstof die groei, fermentasie kinetika en aroma produksie beïnvloed onder fermentasie kondisies. Die opneem van sekere aminosure deur nie-Saccharomyces gis word ook beskryf, wat `n goeie beginpunt is om beter te vertaan wat die stikstof vereistes vir die geselekteerde wyngis is, wat gebruik kan word vir die optimisering van stikstofaanvullings, sodat die risiko van probleemfermentasies verlaag sal word. So ver as wat ons kennis strek is die opneem van aminosure en die gebruik van assimileerbare stikstof deur nie-Saccharomyces wyngis onder fermentasie kondisies nog nie ondersoek nie.

A espécie Dekkera bruxellensis tem sido detectada como a principal levedura contaminante em diversos processos fermentativos, dentre eles o de produção de etanol combustível, apresentando uma surpreendente capacidade de crescimento e adaptação naqueles substratos. No entanto, pouco se conhece sobre suas características de crescimento em condições de estresse e comportamento fermentativo. Desta forma, este trabalho objetivou avaliar a tolerância ao estresse e as características fermentativas exibidas por três linhagens de D. bruxellensis isoladas da fermentação alcoólica, além do efeito da contaminação em mosto de caldo de cana sobre os parâmetros fermentativos, buscando informações que possam contribuir para o manejo da fermentação alcoólica quando contaminada com esta levedura. Foram realizados testes de caracterização em meio YEPD sólido e líquido em condições estressantes para as três linhagens de D. bruxellensis e uma linhagem de S. cerevisiae (PE-02). O efeito do tratamento ácido associado ao etanol sobre a viabilidade das quatro linhagens em situação de agitação e sem agitação foi também avaliado. Em seguida, testes fermentativos em meio sintético (sem reciclo celular) e em meio de caldo de cana (com reciclo celular e utilizando-se ou não tratamento ácido) foram conduzidos para verificar as características fermentativas das linhagens de D. bruxellensis em comparação com S. cerevisiae, simulando-se uma contaminação por 103 células/mL da linhagem CCA155 em meio de caldo de cana. As três linhagens de D. bruxellensis apresentaram crescimento invasivo em meio YEPD sólido, possivelmente um mecanismo de sobrevivência da levedura em condições estressantes. Observou-se uma variação na resposta das linhagens às situações de estresse (baixo pH e alta concentração de etanol). Em condições não estressantes, a linhagem PE-02 apresentou melhor desenvolvimento, no entanto, em situações de estresse de pH, concentrações de açúcar e etanol, as linhagens de D. bruxellensis desenvolveram-se melhor. O controle eficiente do crescimento destas leveduras poderia ser obtido com um tratamento combinado de baixo pH (1,5) e etanol (9%), porém houve também prejuízo significativo à levedura S. cerevisiae, embora em menor extensão. Em sistema de batelada sem reciclo celular em meio sintético, verificou-se que a agitação influenciou significativamente a produção de etanol e ácidos por D. bruxellensis. O teor alcoólico foi maior quando se utilizou glicose como fonte de carbono ao invés de sacarose. Em sistema de batelada com reciclo celular em meio de caldo de cana, foram obtidos melhores resultados quanto à produção de etanol, menor teor de açúcar redutor total residual e maior eficiência fermentativa quando se utilizou o tratamento ácido do fermento (pH 1,5), assim como melhor controle do crescimento da linhagem CCA155 quando em cultura mista com S. cerevisiae (PE-02). O tratamento ácido utilizado teve efeito não só sobre o crescimento da levedura contaminante, mas também beneficiou a levedura do processo, resultando assim na minimização do efeito da contaminante sobre a fermentação conduzida em meio de caldo de cana sob dez ciclos fermentativos de 12 horas. / The species Dekkera bruxellensis has been considered as the main contaminant yeast in several fermentative processes, including the fuel alcohol production, showing a surprising growth capacity and adaptation in those substrates. However, a little is known about their growth characteristics in stressing conditions and fermentative profile. In this context, this work aimed to evaluate the stress tolerance and fermentative characteristics exhibited by three strains of D. bruxellensis isolated from the alcoholic fermentation, besides the effect of the contamination in sugar cane juice over the fermentative parameters, searching for information that could contribute to the management of the alcoholic fermentation when the medium is contaminated with this yeast. Characterization tests in YEPD medium (solid and liquid) under stressing conditions for the D. bruxellensis and S. cerevisiae (PE-02) strains were carried out. The effect of the acid treatment associated with ethanol over the cell viability of the four strains in shaken and non-shaken flasks was also evaluated. Following, fermentative tests in synthetic medium (without cell recycle) and in sugar cane juice (with cell recycle and with/without acid treatment) were carried out to verify the fermentative characteristics of the strains of D. bruxellensis comparing to S. cerevisiae, simulating a contamination by 103 cells/mL of the strain CCA155 in sugar cane juice. All the strains of D. bruxellensis showed invasiveness in YEPD agar medium, probably a survival mechanism in stressful conditions. A variation in the response of the strains to the stressing conditions (low pH and high ethanol concentration) was observed. In nonstressing situations, the strain PE-02 showed better growth; however, in stressing conditions of pH, ethanol and sugar concentrations, the strains of D. bruxellensis had better growth performance. The effective control of their growth could be obtained with a combined treatment of low pH (1.5) and ethanol (9%), however, a significant harmful effect to the S. cerevisiae strain was also verified, but in a lower extension. In batch system without cell recycle in synthetic medium, it was verified the influence of agitation over the ethanol and acid production by D. bruxellensis. The alcohol content was significantly higher when glucose was utilized instead of sucrose. In batch system with cell recycle in sugar cane juice, the best results for ethanol production, lower residual total reducing sugar and higher fermentative efficiency were obtained with the acid treatment of the ferment at pH 1.5, as well as a better growth control of the strain CCA155, in mixed culture with S. cerevisiae (PE-02). The acid treatment utilized in this work had effect not only over the growth of the contaminant yeast, but also benefited the yeast S. cerevisiae, resulting in the minimization of the effect of the contaminant over the fermentation developed in sugar cane juice medium in 12-hour ten fermentative cycles.

No presente trabalho, primeiramente avaliou-se o desempenho fermentativo de 10 cepas de leveduras isoladas de frutas, de mel centrifugado e de resíduo do processamento de mel após a etapa de sedimentação (borra do mel), em tubo de ensaio contendo mosto constituído de Mel 15 °Brix suplementado, individualmente, com diferentes nutrientes, a saber: extrato de levedura comercial (10,0 g/L), farelo de arroz (20,0 g/L), mistura (1,0 g/L) constituída de farelos de milho, arroz e soja na proporção 5:2:5 e nutriente comercial (D&R) (0,15 g/L). Os parâmetros avaliados coexistiram da determinação do número de células em câmara de Neubauer e das concentrações de açúcares e etanol por HPLC, o que permitiu a determinação dos parâmetros rendimento, eficiência de fermentação e produtividade. Estes resultados sustentaram a seleção do mosto suplementado com extrato de levedura comercial e da melhor cepa de levedura que foram posteriormente avaliados em escala piloto. A cepa selecionada foi a levedura isolada a partir da borra de mel, a qual foi posteriormente identificada como Saccharomyces cerevisiae e nomeada Saccharomyces cerevisiae EEL 2009. A avaliação da produção de aguardente de mel em escala piloto foi realizada nas instalações do Alambique da Associação Rural de Canas, Canas-SP e o destilado obtido armazenado em tonel de carvalho de 200 L por 6 meses. Amostras foram coletadas a cada 30 dias para caracterização físico-química em conformidade com os parâmetros estabelecidos na Legislação Brasileira para aguardente de frutas. Em paralelo, as respectivas amostras foram devidamente avaliadas sensorialmente por 120 provadores não treinados, por meio de testes de aceitação, em escala hedônica, considerando os quesitos aparência, aroma, sabor, corpo e impressão global, além da atitude de compra. Estes resultados foram analisados estatisticamente por ANOVA e teste de Tukey, sendo os resultados de aceitação em relação à impressão global, analisados por meio da análise multivariada o que permitiu traçar o Mapa de Preferência Interno - MDPREF. Os resultados referentes à caracterização físico-química das respectivas amostras demonstraram que todas apresentaram os parâmetros de avaliação em conformidade com os padrões estabelecidos pela legislação. Os resultados da análise sensorial revelaram que o tempo de armazenamento de 180 dias em tonel de carvalho não foi suficiente para a ocorrência de reações desejadas, o que influenciaria nas características sensoriais da bebida, tornado-a mais agradável e suave. No entanto, apesar do pouco tempo de armazenamento, a aguardente de mel apresentou uma boa aceitação por parte dos provadores, cuja maioria manifestou sua aceitação em termos de \"gostei ligeiramente\" e \"não gostei, nem desgostei\". No tocante ao MDPREF, este revelou que a amostra referente a 180 dias de armazenamento foi preferida por um maior número de provadores. Em relação à atitude de compra, as amostras armazenadas por 60 (79,17%) e 180 dias (75,83%) apresentaram os melhores resultados. Diante do exposto, conclui-se que o mel se apresenta como uma alternativa viável para a formulação de mosto para produção de aguardente no período de entre safra de cana-de-açúcar, contribuindo para melhor aproveitamento das instalações e como fonte alternativa de renda para o produtor rural. / In this work, first it was evaluated the fermentation performance of 10 yeast strains isolated from fruits, centrifuged honey and residue of honey processing after the sedimentation (sludge honey) step. This experiment was carried out in test tube containing wort made from honey 15 °Brix supplemented individually with different nutrients, namely: commercial yeast extract (10.0 g/L), rice bran (20.0 g/L), mixture (1.0 g/L) consisting of bran corn, rice and soy in the ratio 5:2:5 and commercial nutrient (D&R) (0.15 g/L). The parameters evaluated included the cell number determination in Neubauer chamber, and sugars and ethanol concentrations by HPLC, which allowed to determine the fermentation parameters as yield, fermentation efficiency and productivity. These results supported the selection of the wort supplemented with commercial yeast extract and the best yeast strain, which were subsequently evaluated in a pilot scale. The selected strain was the yeast isolated from the sludge honey, which was later identified as Saccharomyces cerevisiae and named Saccharomyces cerevisiae EEL 2009. The production evaluation of honey spirit on a pilot scale was conducted at the Canas Rural Association Pilot Plant for cachaça production - Canas-SP and distillate was stored in oak barrel of 200 liters per 6 months. Samples were collected every 30 days for physic-chemical characterization in accordance with the guidelines established in the Brazilian Legislation for fruit spirit. Beyond that, the respective samples were properly sensory evaluated by 120 untrained consumers regarding to acceptance testing employing a hedonic scale, considering characteristics as appearance, aroma, flavor, and overall impression, and the attitude of purchase, as well. These results were statistically analyzes by ANOVA and Tukey`s test and the results of acceptance regarding to the overall impression, were analyzed by multivariate analysis which allowed tracing the Internal Preference Map - MDPREF. The results concerning the physic-chemical characterization of the respective samples showed that all presented the evaluation parameters in accordance with standards established by the legislation. The results of sensory analysis revealed that the storage time of 180 days in oak barrel was not enough for the occurrence of desired reactions, which influence the sensory characteristics of the beverage, making it nicer and smoother. However, despite short time storage, honey spirit showed good acceptance by the consumers. Most of them expressed acceptance in terms of \"liked slightly\" and \"not liked nor disliked\". Regarding the MDPREF results, these proved that the sample relating to 180 days of storage was preferred by majority of consumers. Regarding the attitude of purchase, the samples stored for 60 days (79.17%) and 180 days (75.83%) showed the best results. Therefore, we conclude that honey can be considered as a viable alternative for wort formulation for the production of spirit, mainly in the period between harvests of sugar cane, contributing to better utilization of the facilities and as alternative source of income for farmers.

No presente trabalho, primeiramente avaliou-se o desempenho fermentativo de 10 cepas de leveduras isoladas de frutas, de mel centrifugado e de resíduo do processamento de mel após a etapa de sedimentação (borra do mel), em tubo de ensaio contendo mosto constituído de Mel 15 °Brix suplementado, individualmente, com diferentes nutrientes, a saber: extrato de levedura comercial (10,0 g/L), farelo de arroz (20,0 g/L), mistura (1,0 g/L) constituída de farelos de milho, arroz e soja na proporção 5:2:5 e nutriente comercial (D&R) (0,15 g/L). Os parâmetros avaliados coexistiram da determinação do número de células em câmara de Neubauer e das concentrações de açúcares e etanol por HPLC, o que permitiu a determinação dos parâmetros rendimento, eficiência de fermentação e produtividade. Estes resultados sustentaram a seleção do mosto suplementado com extrato de levedura comercial e da melhor cepa de levedura que foram posteriormente avaliados em escala piloto. A cepa selecionada foi a levedura isolada a partir da borra de mel, a qual foi posteriormente identificada como Saccharomyces cerevisiae e nomeada Saccharomyces cerevisiae EEL 2009. A avaliação da produção de aguardente de mel em escala piloto foi realizada nas instalações do Alambique da Associação Rural de Canas, Canas-SP e o destilado obtido armazenado em tonel de carvalho de 200 L por 6 meses. Amostras foram coletadas a cada 30 dias para caracterização físico-química em conformidade com os parâmetros estabelecidos na Legislação Brasileira para aguardente de frutas. Em paralelo, as respectivas amostras foram devidamente avaliadas sensorialmente por 120 provadores não treinados, por meio de testes de aceitação, em escala hedônica, considerando os quesitos aparência, aroma, sabor, corpo e impressão global, além da atitude de compra. Estes resultados foram analisados estatisticamente por ANOVA e teste de Tukey, sendo os resultados de aceitação em relação à impressão global, analisados por meio da análise multivariada o que permitiu traçar o Mapa de Preferência Interno - MDPREF. Os resultados referentes à caracterização físico-química das respectivas amostras demonstraram que todas apresentaram os parâmetros de avaliação em conformidade com os padrões estabelecidos pela legislação. Os resultados da análise sensorial revelaram que o tempo de armazenamento de 180 dias em tonel de carvalho não foi suficiente para a ocorrência de reações desejadas, o que influenciaria nas características sensoriais da bebida, tornado-a mais agradável e suave. No entanto, apesar do pouco tempo de armazenamento, a aguardente de mel apresentou uma boa aceitação por parte dos provadores, cuja maioria manifestou sua aceitação em termos de \"gostei ligeiramente\" e \"não gostei, nem desgostei\". No tocante ao MDPREF, este revelou que a amostra referente a 180 dias de armazenamento foi preferida por um maior número de provadores. Em relação à atitude de compra, as amostras armazenadas por 60 (79,17%) e 180 dias (75,83%) apresentaram os melhores resultados. Diante do exposto, conclui-se que o mel se apresenta como uma alternativa viável para a formulação de mosto para produção de aguardente no período de entre safra de cana-de-açúcar, contribuindo para melhor aproveitamento das instalações e como fonte alternativa de renda para o produtor rural. / In this work, first it was evaluated the fermentation performance of 10 yeast strains isolated from fruits, centrifuged honey and residue of honey processing after the sedimentation (sludge honey) step. This experiment was carried out in test tube containing wort made from honey 15 °Brix supplemented individually with different nutrients, namely: commercial yeast extract (10.0 g/L), rice bran (20.0 g/L), mixture (1.0 g/L) consisting of bran corn, rice and soy in the ratio 5:2:5 and commercial nutrient (D&R) (0.15 g/L). The parameters evaluated included the cell number determination in Neubauer chamber, and sugars and ethanol concentrations by HPLC, which allowed to determine the fermentation parameters as yield, fermentation efficiency and productivity. These results supported the selection of the wort supplemented with commercial yeast extract and the best yeast strain, which were subsequently evaluated in a pilot scale. The selected strain was the yeast isolated from the sludge honey, which was later identified as Saccharomyces cerevisiae and named Saccharomyces cerevisiae EEL 2009. The production evaluation of honey spirit on a pilot scale was conducted at the Canas Rural Association Pilot Plant for cachaça production - Canas-SP and distillate was stored in oak barrel of 200 liters per 6 months. Samples were collected every 30 days for physic-chemical characterization in accordance with the guidelines established in the Brazilian Legislation for fruit spirit. Beyond that, the respective samples were properly sensory evaluated by 120 untrained consumers regarding to acceptance testing employing a hedonic scale, considering characteristics as appearance, aroma, flavor, and overall impression, and the attitude of purchase, as well. These results were statistically analyzes by ANOVA and Tukey`s test and the results of acceptance regarding to the overall impression, were analyzed by multivariate analysis which allowed tracing the Internal Preference Map - MDPREF. The results concerning the physic-chemical characterization of the respective samples showed that all presented the evaluation parameters in accordance with standards established by the legislation. The results of sensory analysis revealed that the storage time of 180 days in oak barrel was not enough for the occurrence of desired reactions, which influence the sensory characteristics of the beverage, making it nicer and smoother. However, despite short time storage, honey spirit showed good acceptance by the consumers. Most of them expressed acceptance in terms of \"liked slightly\" and \"not liked nor disliked\". Regarding the MDPREF results, these proved that the sample relating to 180 days of storage was preferred by majority of consumers. Regarding the attitude of purchase, the samples stored for 60 days (79.17%) and 180 days (75.83%) showed the best results. Therefore, we conclude that honey can be considered as a viable alternative for wort formulation for the production of spirit, mainly in the period between harvests of sugar cane, contributing to better utilization of the facilities and as alternative source of income for farmers.

Τα τελευταία 30 χρόνια η βιοτεχνολογία χρησιμοποιεί υλικά που προέρχονται από ανανεώσιμες και φυσικές πηγές και έχει εφαρμογή στη χημεία τροφίμων. Πολλά πειράματα διεξάγονται με στόχο τη βελτίωση των τεχνικών κυτταρικής ακινητοποίησης. Ο νέος τομέας λέγεται "λευκή βιοτεχνολογία". Εκτός από τη γενικότερη εφαρμογή στη χημεία πιο συγκεκριμένα περιλαμβάνει επίσης καινούριες μεθόδους προκειμένου να αυξηθεί ο ρυθμός αλκοολικής ζύμωσης. Χρησιμοποιούνται κύτταρα, ένζυμα και οργανίδια για την κατάλυση μιας χημικής αντίδρασης με αποτέλεσμα να επιταχύνεται. Στην παρούσα εργασία έγινε μελέτη ζυμώσεων σε χαμηλές θερμοκρασίες ( στους 5°C, 15°C και 25°C. Η πειραματική διαδικασία ήταν μια καινοτόμος και τροποποιημένη μέθοδος σύμφωνα με τη οποία χρησιμοποιήθηκε ένας βιοκαταλύτης. Παρασκευάστηκε από θερμικά ξηραμένα και ακινητοποιημένα κύτταρα Saccharomyces secerevisiae ενός αλκοολανθεκτικού και κρυοανθεκτικού στελέχους ( ΑΧΑΖ-1 ) και απο δυο διαφορετικά υποστρώματα. Η πηγή των φυσικών υλικών ήταν το ξύλο (πριονίδι) και το άμυλο κριθαριού σε σκόνη. Μετά από απολιγνοποίηση το κατεργασμένο πριονίδι (18g) προστέθηκε σε προπαρασκευασμένο υπέρκορο διάλυμα αμύλου και αναμίχθηκε μαζί με ποσότητα μικροοργανισμού (10g) και θρεπτικού υλικού (10mL) στους 40°C. Ύστερα αποθηκεύτηκε στους 15°C. Και οι δυο φορείς είναι πολυμερή γλυκόζης. Τα κύτταρα εγκλωβίστηκαν στο gel πολυμερούς και επίσης ακινητοποιήθηκαν με προσρόφηση στο απολιγνοποιημένο κυτταρινούχο υλικό. Το θρεπτικό υλικό είχε 12% αρχική συγκέντρωση σακχάρων ( γλυκόζης/φρουκτόζης) με αποτέλεσμα η πυκνότητα να είναι 12 °Be. Οι ζυμώσεις πραγματοποιήθηκαν σε οικιακό ψυγείο εκτός από εκείνη που έγινε σε θερμοκρασία δωματίου. Η βιομάζα ακινητοποιημένων κυττάρων εκτιμήθηκε έμμεσα με τη μέθοδο Kjeldahl. Η παρατήρηση της μορφολογίας των κυττάρων έγινε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης καθώς οδηγεί σε συμπεράσματα για τη βιωσιμότητα. Η κινητική των ζυμώσεων υπο τη επίδραση της θερμοκρασίας υπολογίστηκε μετα από καταγραφή των μετρήσεων που έγιναν με πυκνόμετρο σε τακτά χρονικά διαστήματα. Η παραγωγικότητα αιθανόλης και η συγκέντρωση μεθανόλης που περιέχονταν στα δείγματα προσδιορίστηκαν με αέρια χρωματογραφία (με ανιχνευτή φλόγας , FID). Τέλος, τα πτητικά παραπροιότα συμπεριλαμβάνομένων των ακεταλδεύδη, οξικού αιθυλεστέρα, 1-προπανόλη, ισοβουτανόλη και αμυλικών αλκοόλών προσδιορίστηκαν με την ίδια αναλυτική μέθοδο, όπως αναφέρεται νωρίτερα. / -

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-06-21T16:50:40Z No. of bitstreams: 1 CLÓVIS GOUVEIA DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEA 2002..pdf: 10036817 bytes, checksum: 7ba47fa9f0ab5993b7de50abc9c704d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T16:50:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CLÓVIS GOUVEIA DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEA 2002..pdf: 10036817 bytes, checksum: 7ba47fa9f0ab5993b7de50abc9c704d3 (MD5) Previous issue date: 2002-08 / Capes / 0 objetivo do presente trabalho foi desenvolver um sistema micro-industrial de processamento da vagem da algaroba, visando à obtenção de uma aguardente bidestilada e outra bidestilada e pré-envelhecida em barris de carvalho. Para atingir este objetivo foi necessário estudar: a) a concentração do mosto entre 10o e 20°Brix, no sentido de obter o Brix ideal para fermentação; b) a fermentação natural e fermentação com o uso de fermento selecionado (Sacharomyces cerevisiae) monitorando-se de hora em hora o °Brix, pH, grau alcoólico e temperatura; c) o processo de destilação monitorando-se o grau alcoólico a temperatura do alambinque e na saída do condensador; d) determinar durante o processo fermentativo as análises físico-químicas do teor de sólidos solúveis (°Brix), Grau alcoólico, açúcares redutores, açúcares totais e pH; e) Determinar o rendimento industrial do processo; f) Após obtenção do produto bidestilado, determinar os parâmetros relacionados com a qualidade do produto (acidez total, ésteres, aldeídos, álcoois superiores, cobre e metanol; g) Análise sensorial do produto bidestilado e bidestilado pré- envelhecido em barris de carvalho. O processo consistiu em executar as etapas: 1) recepção e seleção, 2) pesagem, 3) corte da vagem, 4) trituração da vagem, 5) filtração e prensagem, 6) preparação do mosto, 7) fermentação (fermento industrial e fermento natural), 8) destilação, 9) Bidestilação, 10) envelhecimento e 11) acondicionamento. Os resultados obtidos foram: a) Na fermentação observou-se que o melhor teor de sólidos solúveis médio foi de 19°Brix e um valor residual não fermentável de 2°Brix; b) Para o processo de extração o melhor resultado foi a uma pressão de 50 kgf/cm2 com prensagem manual ou 250 kgf/cm2 com prensa automática a uma diluição 1:2(1 kg de vagem/ 2 kg dágua); c) Para o processo de fermentação natural o rendimento foi de 99,7% na fermentação e um teor alcoólico de 10,5°GL. d) O melhor rendimento industrial foi de 52% obtido no experimento 6, onde os rendimentos da extração, fermentação e destilação foram de 72%, 92% e 80,3%, respectivamente; e) as aguardentes bidestilada e bidestilada pré- envelhecida encontram-se dentro dos padrões recomendados pela legislação; f) Na análise sensorial o sabor não difere significativamente entre as duas aguardentes (bidestilada e bidestilada pré-envelhecida), no entanto existe diferença significativamente em relação ao seu aroma. / The objective of the present work was to develop a personal computer-industrial system of processing of the bean of the algaroba, seeking to the obtaining of a liquor bidestilada and other bidestilada and pré-aged in oak barreis. To reach those objective it was necessary to study: the) The concentration of the must between 10 and 20 °Brix, in the sense of obtaining ideal Brix for fermentation; b) The natural fermentation and the fermentation with use of selected ferment (Sacharomyces cerevisiae) being monitored of hour in hour Brix, pH, alcoholic degree and temperature; c) The distillation process being monitored the alcoholic degree the temperature of the still and in the exit of the condensador; d) To determine during the process fermentativo the physical-chemical analyses of the tenor of soluble solids (°Brix), alcoholic Degree, Sugars reducers, total Sugars and pH; and) To determine the industrial revenue of the process; f) After the obtaining of the product bidestilado, to determine the parameters related with the quality of the product (total acidity, ésteres, aldehydes, superior alcohols, copper and methanol; g) Sensorial analysis of the product bidestilado and pré-aged bidestilado in oak barreis. The process consisted of executing the stages: 1) Reception and Selection; 2) Pesagem; 3) It cuts of the bean; 4) Trituração of the bean; 5) Filtration and prensagem; 6) Preparation of the must; 7) Fermentation (I ferment industrial and I ferment natural); 8) Distillation; 9) Bidestilação; 10) Aging and 11) Acondicionamento. The obtained results were: a) In the fermentation it was observed that the best tenor of soluble solids médium was of 19 "Brix and a value residual non fermentável of 2 °Brix; b) Para the extraction process the best result was the a pressure of 50 kgf/cm with manual prensagem or 250 kgf/cm with automatic press to a dilution of 1:2 (1 kg of vagem/2 kg of water); c) Para the process of natural fermentation the revenue was of 99,7% in the fermentation and an alcoholic tenor of 10,5 °GL; d) THE best industrial revenue was of 52% obtained in the experiment 6, where the revenues of the extraction, fermentation and distillation were of 72%, 92% and 80,3%, respectively; and) The liquors bidestiladas and pré-aged bidestilada are inside of the patterns recommended by the legislation; f) In the sensorial analysis the flavor doesn't differ significantly among the two liquors (bidestilada and pré-aged bidestilada), however significant difference exists in relation to your aroma.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-03-14Bitstream added on 2014-06-13T19:49:44Z : No. of bitstreams: 1 betite_vc_me_araiq.pdf: 916187 bytes, checksum: 9cb368f7aebe1ed6783812c046e8bd98 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O etanol combustível produzido no Brasil apresenta alguns problemas tecnológicos que afetam a sua produção em larga escala, entre estes destacamos a contaminação do processo por microrganismos indesejáveis, e a fermentação de mosto com baixa concentração de açúcares. Neste trabalho estudou-se aspectos relacionados com leveduras contaminantes do processo industrial, e o desempenho fermentativo de linhagens industriais utilizadas em mostos concentrados e suplementados com fontes estruturalmente complexas de nitrogênio. Foram utilizados dois meios básicos, um constituido da base nitrogenada YNB, e outro a base de caldo de cana, no qual foi adicionado diferentes concentrações de sacarose. Estes meios foram suplementados com fonte de nitrogênio que variaram de simples sal inorgânico como sulfato de amônio, e preparações comerciais de hidrolizados enzimáticos (peptona) e ácidos de proteínas (casaminoácidos). Três linhagens industriais foram inoculadas em mosto a base de caldo de cana contendo sacarose 22%, 30% e 35% (p/v), e suplementados com fontes de nitrogênio. A 30°C, em cultivos agitados e não agitados, verificou-se que a utilização completa de sacarose só ocorreu no meios suplementados com uma fonte de nitrogênio. No geral a suplementação com peptona foi a que propiciou fermentação mais eficiente, quando comparada com sulfato de amônio, maior acúmulo de biomassa e manutenção da viabilidade celular. Os estudos mostraram que nas condições de cultivo e com inoculação de baixa densidade celular, é necessária a suplementação para completa utilização da sacarose. No meio com sacarose 35% (p/v), atingiu-se um nível de 14 % (v/v) de etanol no cultivo não agitado e suplementado, sugerindo ser possível a obtenção de vinhos com maior quantidade de etanol, desde que... / The fuel ethanol industry in Brazil has some technological problems that affect its production on a large scale, among those are contamination by undesirable microorganisms, and wine with low ethanol concentration. We study aspects of microbial contamination of industrial processes, and the fermentation performance of industrial strains of concentrated musts supplemented with structurally complex nitrogen sources. We used two basic media, one consisting of a nitrogen base YNB, and another based on sugar cane juice, which was added increasing concentrations of sucrose. These media were supplemented with nitrogen sources varying from simple inorganic salt such as ammonium sulfate, and commercial preparations of enzymatic hydrolysates (peptone) and acidic protein (casaminoacids). Three industrial strains were inoculated into based sugar cane juice containing 22% sucrose, 30% and 35% (w/v) and supplemented with nitrogen sources. At 30°C, in shaken cultures, it was found that the efficient sucrose utilization occurred only in media supplemented with a nitrogen source. In general supplementation with peptone was the one that led to more efficient fermentation compared with ammonium sulfate, with higher biomass accumulation and maintenance of cell viability. Studies have shown that in conditions and with low cell density nitrogen supplementation was required for almost complete sucrose utilization. In sucrose 35% (w/v), it was achieved a level of 14-15% (v/v) ethanol in nitrogen supplemented cultures, suggesting the possibility of producting wines with higher amounts of ethanol in working conditions approaching the limit of yeast alcohol tolerance. The YNB medium was more appropriate to study the demand for nitrogen for different industrial strains. In this medium was also observed that supplementation with... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Silvio Roberto Andrietta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T22:21:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tosetto_GiseleMantei_M.pdf: 2691992 bytes, checksum: b1b5a3dd7ee0d20619c51fbea14c2a2e (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este trabalho teve por objetivo analisar o comportamento cinético da cepa de levedura (Y904-Mauri do Brasil) em nove méis com diferentes níveis de esgotamento, provenientes de unidades produtoras de açúcar e álcool. Foi avaliada a relação entre a velocidade específica de produção de etanol e a velocidade específica de crescimento microbiano. Os ensaios foram conduzidos em reator de bancada dotado de sistema de agitação e temperatura controlada. O inóculo utilizado foi uma cepa de levedura comercial encontrada na forma seca. Foram estudadas as cinéticas de produção de etanol, células e de consumo de substrato, assim como o desempenho da cepa em cada matéria-prima no que diz respeito à produtividade e rendimento em etanol. Os parâmetros avaliados foram: concentração de substrato, etanol e células. Para avaliação cinética, utilizou-se seis modelos do tipo não estruturados considerando apenas uma fonte de substrato (ART), sendo eles o de GHOSE & THY AGI, SEVEL Y et alI, JIN et alI., LEE et alI., LEVENSPIEL, GHOSE modificado e um modelo considerando duas fontes de substratos (glicose e frutose) baseado no modelo de GHOSE modificado. Foi desenvolvida uma rotina de ajuste exclusivamente para a determinação dos parâmetros adequados. Os resultados mostraram diferenças de comportamento cinético da cepa para as diferentes matérias primas testadas, assim como diferenças também nos valores dos rendimentos obtidos. Os modelos de GHOSE modificado e JIN et. all., utilizando um único substrato, foram os que mais se adequaram aos dados experimentais, mostrando que a inibição pelo substrato é significativa. Apesar do bom ajuste destes modelos, foi observado valores muito elevados para o parâmetro (Ks) que, para o modelo de GHOSE modificado, representou uma incoerência por ser este maior que o valor de (KJ). Estas incoerências foram eliminadas quando foi utilizado o modelo de GHOSE modificado que levou em consideração dois substratos (glicose e frutose). Em todos os ensaios realizados, observou-se que a velocidade específica de produção de etanol está vinculada a velocidade específica de crescimento microbiano até determinada fase da fermentação, sendo que após esta, observou-se uma diminuição da velocidade de crescimento microbiano, sem que isto ocorresse com a velocidade específica de produção de etanol mostrando que, nesta fase, as mesmas não estão mais associadas. A cinética de produção de glicerol mostrou-se similar ao do etanol, variando somente nos valores de rendimento, onde o do etanol foi 7 a 8 VEZES maior que o do glicerol / Abstract: The purpose of this work was to analyze the kinetic behavior of the yeast strain (Y904­Mauri do Brasil) using nine molasses with different exhaustion levels coming from sugar and alcohol producing units. The relationship was evaluated between the product production specific rate and the microbial growth specific rate. The essays were made in a bench bioreactor endowed with agitation system and controlled temperature. The used inoculum was a dry commercial yeast strain. The kinetics of ethanol production, cells consumption and substratum consumption, as well as the strain performance with each raw material, were studied in concern to the ethanol productivity and yield. The evaluated parameters were: substratum, ethanol and cell concentration. For kinetic evaluation, six non-structural models considering only one substratum source (ART) were used. The models were the one of GHOSE & THY AGI, SEVEL Y et alI, ]IN et alI, LEE et alI, LEVENSPIEL, the modified GHOSE and another model considering two sources of substratum (glucose and fructose) which is based on the modified GHOSE model. An adjustment routine was developed exclusively to the appropriate parameters determination. The results showed differences in the strain kinetic behavior with the different raw materials tested as well as differences in the obtained yield values. The modified GHOSE and ]IN et alI models using only one substratum have adapted the most to the experimental data, showing that the substratum inhibition is significant. In spite of the good adjustment of these models, it was observed very elevated Ks values that, in the modified GHOSE model, appeared as an incoherence since it was larger than the KI value. These incoherencies were eliminated when the modified GHOSE model was used considering the influence of the two substrata (glucose and fructose). In all the accomplished rehearsals, it was observed that the ethanol production specific rate was linked to the microbial growth specific rate until a certain fermentation phase and, after this, a decrease in the microbial growth rate was observed. This behavior didn't happen to the ethanol production specific rate showing that, at this phase, these rates are not associated anymore. The glycerol production kinetics showed to be similar the ethanol kinetics diverging only in the yield values - the ethanol yield was 7 to 8 times larger than the glycerol yield / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

A espécie Dekkera bruxellensis tem sido detectada como a principal levedura contaminante em diversos processos fermentativos, dentre eles o de produção de etanol combustível, apresentando uma surpreendente capacidade de crescimento e adaptação naqueles substratos. No entanto, pouco se conhece sobre suas características de crescimento em condições de estresse e comportamento fermentativo. Desta forma, este trabalho objetivou avaliar a tolerância ao estresse e as características fermentativas exibidas por três linhagens de D. bruxellensis isoladas da fermentação alcoólica, além do efeito da contaminação em mosto de caldo de cana sobre os parâmetros fermentativos, buscando informações que possam contribuir para o manejo da fermentação alcoólica quando contaminada com esta levedura. Foram realizados testes de caracterização em meio YEPD sólido e líquido em condições estressantes para as três linhagens de D. bruxellensis e uma linhagem de S. cerevisiae (PE-02). O efeito do tratamento ácido associado ao etanol sobre a viabilidade das quatro linhagens em situação de agitação e sem agitação foi também avaliado. Em seguida, testes fermentativos em meio sintético (sem reciclo celular) e em meio de caldo de cana (com reciclo celular e utilizando-se ou não tratamento ácido) foram conduzidos para verificar as características fermentativas das linhagens de D. bruxellensis em comparação com S. cerevisiae, simulando-se uma contaminação por 103 células/mL da linhagem CCA155 em meio de caldo de cana. As três linhagens de D. bruxellensis apresentaram crescimento invasivo em meio YEPD sólido, possivelmente um mecanismo de sobrevivência da levedura em condições estressantes. Observou-se uma variação na resposta das linhagens às situações de estresse (baixo pH e alta concentração de etanol). Em condições não estressantes, a linhagem PE-02 apresentou melhor desenvolvimento, no entanto, em situações de estresse de pH, concentrações de açúcar e etanol, as linhagens de D. bruxellensis desenvolveram-se melhor. O controle eficiente do crescimento destas leveduras poderia ser obtido com um tratamento combinado de baixo pH (1,5) e etanol (9%), porém houve também prejuízo significativo à levedura S. cerevisiae, embora em menor extensão. Em sistema de batelada sem reciclo celular em meio sintético, verificou-se que a agitação influenciou significativamente a produção de etanol e ácidos por D. bruxellensis. O teor alcoólico foi maior quando se utilizou glicose como fonte de carbono ao invés de sacarose. Em sistema de batelada com reciclo celular em meio de caldo de cana, foram obtidos melhores resultados quanto à produção de etanol, menor teor de açúcar redutor total residual e maior eficiência fermentativa quando se utilizou o tratamento ácido do fermento (pH 1,5), assim como melhor controle do crescimento da linhagem CCA155 quando em cultura mista com S. cerevisiae (PE-02). O tratamento ácido utilizado teve efeito não só sobre o crescimento da levedura contaminante, mas também beneficiou a levedura do processo, resultando assim na minimização do efeito da contaminante sobre a fermentação conduzida em meio de caldo de cana sob dez ciclos fermentativos de 12 horas. / The species Dekkera bruxellensis has been considered as the main contaminant yeast in several fermentative processes, including the fuel alcohol production, showing a surprising growth capacity and adaptation in those substrates. However, a little is known about their growth characteristics in stressing conditions and fermentative profile. In this context, this work aimed to evaluate the stress tolerance and fermentative characteristics exhibited by three strains of D. bruxellensis isolated from the alcoholic fermentation, besides the effect of the contamination in sugar cane juice over the fermentative parameters, searching for information that could contribute to the management of the alcoholic fermentation when the medium is contaminated with this yeast. Characterization tests in YEPD medium (solid and liquid) under stressing conditions for the D. bruxellensis and S. cerevisiae (PE-02) strains were carried out. The effect of the acid treatment associated with ethanol over the cell viability of the four strains in shaken and non-shaken flasks was also evaluated. Following, fermentative tests in synthetic medium (without cell recycle) and in sugar cane juice (with cell recycle and with/without acid treatment) were carried out to verify the fermentative characteristics of the strains of D. bruxellensis comparing to S. cerevisiae, simulating a contamination by 103 cells/mL of the strain CCA155 in sugar cane juice. All the strains of D. bruxellensis showed invasiveness in YEPD agar medium, probably a survival mechanism in stressful conditions. A variation in the response of the strains to the stressing conditions (low pH and high ethanol concentration) was observed. In nonstressing situations, the strain PE-02 showed better growth; however, in stressing conditions of pH, ethanol and sugar concentrations, the strains of D. bruxellensis had better growth performance. The effective control of their growth could be obtained with a combined treatment of low pH (1.5) and ethanol (9%), however, a significant harmful effect to the S. cerevisiae strain was also verified, but in a lower extension. In batch system without cell recycle in synthetic medium, it was verified the influence of agitation over the ethanol and acid production by D. bruxellensis. The alcohol content was significantly higher when glucose was utilized instead of sucrose. In batch system with cell recycle in sugar cane juice, the best results for ethanol production, lower residual total reducing sugar and higher fermentative efficiency were obtained with the acid treatment of the ferment at pH 1.5, as well as a better growth control of the strain CCA155, in mixed culture with S. cerevisiae (PE-02). The acid treatment utilized in this work had effect not only over the growth of the contaminant yeast, but also benefited the yeast S. cerevisiae, resulting in the minimization of the effect of the contaminant over the fermentation developed in sugar cane juice medium in 12-hour ten fermentative cycles.