Histamine is an organic base that develops an important physiological and metabolic function in live organisms. It is formed in normal metabolic processes and through microorganisms enzymatic activity during the fermentation or deterioration. This substance may cause problems when ingested in large amounts, when the eliminating mechanism is inefficient or when potentializers are present. The level of histamine in food varies a lot and it depends on the nature, origin, processing stages and microorganisms present. In wine, histamine has its origin in the grape itself or can be formed by the wine elaborating process, during the alcoholic and/or malolatic fermentation. The objective of this paper was to accompany the histamine level increase since the last maturation month of the grape until the wine storage period for three months. Microvinifications were done with inoculation of selected yeast (Saccharomyce cerevisiae variety bayanus and Saccharomyces cerevisiae) and without inoculation of selected yeast. In the end of the alcoholic fermentation the three treatments were divided in two groups: one was inoculated with a lactic bacteria Leuconostoc oenos and the other was not inoculated with a lactic bacteria. After the malolatic fermentation ending the wine was bottled and maintained for three months in environment temperature. The histamine after chemical derivatization with orthophthaldehyde was quantificated by High Performance Liquid Chromatography with fluorescence detection in grapes harvested during the maturation, after the grapes squashing, in the end of the alcoholic fermentation, after the malolatic fermentation and three months after the bottling. During the grape maturation, the histamine concentration increased in a higher proportion close to the harvest date. In the alcohol fermentation ending there was a reduction on the histamine level in all the three treatments. In the end of the malolatic fermentation it was noticed that the histamine concentration increased in all treatments in spite of fermentation been occurred spontaneously or by induction except to the must that realized both fermentations without the inoculation of selected organisms. In the samples collected three months after the bottling the histamine concentration found in the wine did not present a significant difference in relation to the final concentration of malolatic fermentation except to the wine that realized both fermentations without pure culture where a significant increase in the histamine concentration was found (p<0,05). It was not observed a strong correlation between the histamine levels and the chemical characteristics of pH, total acidity, volatile acidity, alcohol content and free SO2. / A histamina é uma base orgânica que desempenha importante função fisiológica e metabólica nos organismos vivos. É formada durante processos metabólicos normais e através de atividade enzimática de microorganismos durante fermentação ou deterioração. A ingestão desta substância pode causar problemas quando for em grande quantidade, quando o mecanismo de eliminação for deficiente ou ainda quando potencializadores estiverem presentes. A quantidade de histamina em alimentos varia bastante, sendo dependente da natureza, origem, etapas do processamento e microorganismos presentes. Em vinhos, a histamina pode ter sua origem na própria uva ou então ser formada durante o processo de fabricação do vinho, durante a fermentação alcoólica e/ou malolática. O objetivo deste trabalho foi acompanhar a evolução dos níveis de histamina desde o último mês de maturação da uva até um período de estocagem do vinho por três meses. Foram realizadas microvinificações com inoculação de leveduras selecionadas (Saccharomyce cerevisiae variedade bayanus e Saccharomyces cerevisiae) e sem inoculação de levedura selecionada. Ao final da fermentação alcoólica, os três tratamentos foram divididos em dois grupos: em um deles houve inoculação de bactéria lática Leuconostoc oenos e no outro não foi inoculada a bactéria lática. Após o término da fermentação malolática, os vinhos foram engarrafados e mantidos por três meses em temperatura ambiente. A histamina após derivatização química com orto-ftaldeído foi quantificada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detecção por Fluorescência em uvas colhidas durante a maturação, após o esmagamento das uvas, no final da fermentação alcoólica, após a fermentação malolática e três meses após o engarrafamento. Durante a maturação da uva houve um aumento mais pronunciado na concentração de histamina próximo à data da colheita. Ao final da fermentação alcoólica houve uma redução dos níveis de histamina nos três tratamentos. Ao término da fermentação malolática observou-se que a concentração de histamina aumentou em todos os tratamentos independente de a fermentação ter ocorrido espontaneamente ou por indução, exceto para o mosto que realizou as duas fermentações sem inoculação de microorganismos selecionados. Em amostras coletadas três meses após o engarrafamento, a concentração de histamina encontrada nos vinhos não apresentou diferença significativa em relação à concentração ao final da fermentação malolática, exceto para o vinho que realizou as duas fermentações sem inoculação de cultura pura, onde houve um aumento significativo na concentração de histamina (p 0,05). Não foi observada uma correlação forte entre os níveis de histamina e as características químicas de pH, acidez total, acidez volátil, teor alcoólico e SO2 livre.

Com o objetivo de avaliar o antagonismo entre leveduras e bactérias contaminantes do processo de produção de etanol com metabolismos distintos (homo e heterofermentativo) em diferentes condições, foi analisado o desempenho fermentativo de linhagens de Saccharomyces cerevisiae empregadas na fermentação industrial (BG- 1, CAT-1, PE-2 e Fleischmann) em co-cultivo com linhagens de Lactobacillus com diferentes metabolismos, sendo uma delas homofermentativa (L. plantarum - FT025B) e duas linhagens heterofermentativas (L. fermentum - FT230B e L. fructosus - FT432B). Foram avaliados o crescimento dos dois grupos de microrganismos com relação à densidade de células no meio e sua viabilidade e também através de suas atividades metabólicas, acessadas pela formação de metabólitos específicos (ácidos lático, succínico e acético, manitol e etanol). Os experimentos foram conduzidos em duas modalidades: I) em condições de laboratório, inoculando-se uma linhagem bacteriana com uma única linhagem de levedura na mesma proporção em meio sintético e sendo incubadas a 32 C por 24h e II) simulando as condições industriais de fermentação, com alimentação utilizando-se mosto misto durante 5 reciclos fermentativos. No Experimento I, a viabilidade da linhagem FT025B mostrou-se reduzida em relação à linhagem FT230. Observou-se também que no meio contendo a bactéria FT025B a viabilidade das 4 linhagens de levedura foi menor do que no meio controle e no meio inoculado com a bactéria FT230B. Os níveis de ácido lático foram mais elevados na presença da bactéria FT025B, enquanto os teores de ácido acético e de glicerol foram maiores nos meios com a linhagem FT230B. A produção de etanol foi reduzida na presença de ambas as bactérias. No Experimento II a presença das bactérias praticamente não afetou a viabilidade das leveduras industriais durante os reciclos. No entanto, ao contrário do que foi observado no Experimento I, as linhagens bacterianas heterofermentativas apresentaram melhor crescimento e maior viabilidade em co-cultivo com as leveduras do que a homofermentativa. Também na presença de ambas as linhagens heterofermentativas observou-se uma significativa redução no rendimento alcoólico. A produção de lactato por tais linhagens foi muito próxima e em alguns ciclos até maior que a produção pela linhagem homofermentativa. No entanto, como no Experimento I, nos tratamentos com a bactéria FT025B a produção de glicerol foi menor até mesmo que no tratamento controle, tratando-se do primeiro registro de menor produção de glicerol por leveduras que se encontram na presença de contaminação bacteriana. Sugere-se que o ácido lático e o acético, juntamente com o etanol, podem ter agido sinergisticamente no metabolismo e crescimento das leveduras, resultando principalmente em uma diminuição do rendimento alcoólico. É também provável que as linhagens bacterianas heterofermentativas foram capazes de resistir melhor aos elevados teores de etanol excretados pelas leveduras e encontrados no processo industrial, uma vez que também são capazes de produzir tal composto. / This study aimed to evaluate the antagonism between yeasts and contaminating bacteria of the ethanol production process with different metabolisms (homo- and heterofermentative) in different conditions. Thus, the fermentation performance of Saccharomyces cerevisiae strains used in industrial fermentation (BG-1, CAT-1, PE-2 and Fleischmann) was analyzed in co-cultivation with Lactobacillus strains with different metabolisms, one of them homofermentative (L . plantarum - FT025B) and two heterofermentatives strains (L. fermentum - FT230B and L. fructosus - FT432B). It was evaluated the growth of two microrganisms groups with respect to the cells density in the medium and their viability and also through their metabolic activities, accessed by specific metabolites production (lactic, acetic and succinic acid, mannitol and ethanol). The experiments were conducted in two ways: I) in laboratory conditions, inoculating a bacterial strain with a single yeast strain in the same synthetic medium incubated at 32°C for 24h and II) simulating the industrial fermentation conditions, with fed by using mixed must for 5 fermentative recycle. In Experiment I, the viability of FT025B strain proved to be small in relation to FT230 strain. It was also observed that in the medium containing the bacteria FT025B the viability of the 4 yeast strains was lower than the control and the treatment with FT230B strain. The levels of lactic acid were higher in the presence of bacteria FT025B, while the levels of acetic acid and glycerol were higher in treatments with FT230B strain. The production of ethanol was reduced in the presence of both bacteria. In Experiment II, the presence of bacteria did not affect the viability of industrial yeasts during recycling. However, contrary to what was observed in Experiment I, the heterofermentatives bacterial strains showed higher growth and higher viability in co-cultivation with the yeasts than homofermentative. Also in the presence of both strains heterofermentatives there was a significant reduction in the alcoholic yield. The lactate production by these strains was very close and, in some cycles, higher than the production by the homofermentative strain. However, as in Experiment I,in the treatments with FT025B strain the production of glycerol was lower even than in the control treatment, this is the first record of lower production of glycerol by yeasts that are in the presence of bacterial contamination. It is suggested that the lactic acid and acetic acid along with ethanol, may have acted synergistically in yeasts metabolism and growth, resulting in reduced alcoholic yields. It is also likely that the bacterial strains heterofermentatives were better able to resist the high ethanol levels excreted by yeasts and found in industrial process, since they are also able to produce this compound.

Com o objetivo de avaliar o antagonismo entre leveduras e bactérias contaminantes do processo de produção de etanol com metabolismos distintos (homo e heterofermentativo) em diferentes condições, foi analisado o desempenho fermentativo de linhagens de Saccharomyces cerevisiae empregadas na fermentação industrial (BG- 1, CAT-1, PE-2 e Fleischmann) em co-cultivo com linhagens de Lactobacillus com diferentes metabolismos, sendo uma delas homofermentativa (L. plantarum - FT025B) e duas linhagens heterofermentativas (L. fermentum - FT230B e L. fructosus - FT432B). Foram avaliados o crescimento dos dois grupos de microrganismos com relação à densidade de células no meio e sua viabilidade e também através de suas atividades metabólicas, acessadas pela formação de metabólitos específicos (ácidos lático, succínico e acético, manitol e etanol). Os experimentos foram conduzidos em duas modalidades: I) em condições de laboratório, inoculando-se uma linhagem bacteriana com uma única linhagem de levedura na mesma proporção em meio sintético e sendo incubadas a 32 C por 24h e II) simulando as condições industriais de fermentação, com alimentação utilizando-se mosto misto durante 5 reciclos fermentativos. No Experimento I, a viabilidade da linhagem FT025B mostrou-se reduzida em relação à linhagem FT230. Observou-se também que no meio contendo a bactéria FT025B a viabilidade das 4 linhagens de levedura foi menor do que no meio controle e no meio inoculado com a bactéria FT230B. Os níveis de ácido lático foram mais elevados na presença da bactéria FT025B, enquanto os teores de ácido acético e de glicerol foram maiores nos meios com a linhagem FT230B. A produção de etanol foi reduzida na presença de ambas as bactérias. No Experimento II a presença das bactérias praticamente não afetou a viabilidade das leveduras industriais durante os reciclos. No entanto, ao contrário do que foi observado no Experimento I, as linhagens bacterianas heterofermentativas apresentaram melhor crescimento e maior viabilidade em co-cultivo com as leveduras do que a homofermentativa. Também na presença de ambas as linhagens heterofermentativas observou-se uma significativa redução no rendimento alcoólico. A produção de lactato por tais linhagens foi muito próxima e em alguns ciclos até maior que a produção pela linhagem homofermentativa. No entanto, como no Experimento I, nos tratamentos com a bactéria FT025B a produção de glicerol foi menor até mesmo que no tratamento controle, tratando-se do primeiro registro de menor produção de glicerol por leveduras que se encontram na presença de contaminação bacteriana. Sugere-se que o ácido lático e o acético, juntamente com o etanol, podem ter agido sinergisticamente no metabolismo e crescimento das leveduras, resultando principalmente em uma diminuição do rendimento alcoólico. É também provável que as linhagens bacterianas heterofermentativas foram capazes de resistir melhor aos elevados teores de etanol excretados pelas leveduras e encontrados no processo industrial, uma vez que também são capazes de produzir tal composto. / This study aimed to evaluate the antagonism between yeasts and contaminating bacteria of the ethanol production process with different metabolisms (homo- and heterofermentative) in different conditions. Thus, the fermentation performance of Saccharomyces cerevisiae strains used in industrial fermentation (BG-1, CAT-1, PE-2 and Fleischmann) was analyzed in co-cultivation with Lactobacillus strains with different metabolisms, one of them homofermentative (L . plantarum - FT025B) and two heterofermentatives strains (L. fermentum - FT230B and L. fructosus - FT432B). It was evaluated the growth of two microrganisms groups with respect to the cells density in the medium and their viability and also through their metabolic activities, accessed by specific metabolites production (lactic, acetic and succinic acid, mannitol and ethanol). The experiments were conducted in two ways: I) in laboratory conditions, inoculating a bacterial strain with a single yeast strain in the same synthetic medium incubated at 32°C for 24h and II) simulating the industrial fermentation conditions, with fed by using mixed must for 5 fermentative recycle. In Experiment I, the viability of FT025B strain proved to be small in relation to FT230 strain. It was also observed that in the medium containing the bacteria FT025B the viability of the 4 yeast strains was lower than the control and the treatment with FT230B strain. The levels of lactic acid were higher in the presence of bacteria FT025B, while the levels of acetic acid and glycerol were higher in treatments with FT230B strain. The production of ethanol was reduced in the presence of both bacteria. In Experiment II, the presence of bacteria did not affect the viability of industrial yeasts during recycling. However, contrary to what was observed in Experiment I, the heterofermentatives bacterial strains showed higher growth and higher viability in co-cultivation with the yeasts than homofermentative. Also in the presence of both strains heterofermentatives there was a significant reduction in the alcoholic yield. The lactate production by these strains was very close and, in some cycles, higher than the production by the homofermentative strain. However, as in Experiment I,in the treatments with FT025B strain the production of glycerol was lower even than in the control treatment, this is the first record of lower production of glycerol by yeasts that are in the presence of bacterial contamination. It is suggested that the lactic acid and acetic acid along with ethanol, may have acted synergistically in yeasts metabolism and growth, resulting in reduced alcoholic yields. It is also likely that the bacterial strains heterofermentatives were better able to resist the high ethanol levels excreted by yeasts and found in industrial process, since they are also able to produce this compound.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de metabolização de açúcares por linhagens de S. cerevisiae amplamente utilizadas no setor sucroalcoleiro (CAT-1 e BG-1) e uma linhagem geneticamente modificada (HCJ 003) com o propósito de sobreexpressar invertase intracelular e ainda contém transportadores de sacarose de alta afinidade. Para tal estudo foi realizado 1 ensaio de fermentação simulando as condições industriais de produção de etanol com reciclos de células e mosto misto constituído de melaço e caldo de cana (50% de cada fonte) a 19% de ART. O ensaio de fermentação foi constituído por 4 ciclos sendo os 3 primeiros ciclos destinados a avaliação das cepas CAT -1 e HCJ 003 a qual é diplóide e sobre-expressa somente a invertase intracelular quanto aos diversos parâmetros do processo de fermentação. O 4° ciclo fermentativo foi destinado ao estudo do perfil de metabolização dos açúcares, onde analisou-se os teores de sacarose, glicose e frutose, bem como a formação de glicerol e o teor de trealose na biomassa das linhagens CAT -1, HCJ 003 e BG-1 (ambas com atividades de invertase distintas). No estudo comparativo dos parâmetros fermentativos a cepa HCJ 003 produziu de forma consistente, menos biomassa e mais etanol do que a cepa CAT-1. O rendimento fermentativo em etanol foi maior para a cepa HCJ 003. O fato de transportar a sacarose para o interior da célula faz com que seja gerado apenas 3 moles de ATP (em vez de 4 ATP). Portanto, para repor o ATP que deixa de ser gerado, há um maior direcionamento do metabolismo para as vias fermentativas e conseqüentemente mais etanol é produzido aumentando-se o rendimento da fermentação. No estudo do perfil de metabolização dos açúcares para as cepas CAT -1, HCJ 003 e BG-1 mostrou que a cepa BG -1 hidrolisou mais rapidamente a sacarose devido à alta atividade de invertase e também apresentou quantidades superiores de glicerol em resposta ao aumento da pressão osmótica do meio de fermentação. Já a CAT -1 apresentou maiores níveis de trealose o que pode ser um indicativo da sua maior dominância durante o processo industrial brasileiro. Assim este trabalho resultou no perfil de metabolização de cepas com diferente atividade de invertase e mostrou que a cepa HCJ 003 embora seja uma derivada de uma linhagem laboratorial manteve-se adaptada às condições do processo obtendo-se rendimento superior à CAT-1. / The aim of tis work was to evaluate the metabolic profile of sugars using Saccharomyces cerevisiae strains widely used in industry of sugars and ethanol (CAT-1 e BG-1) and a genetically modified strain in purpose to over-express intracellular invertase and also contains sucrose transporters with high afinity. For this study, 1 test were performed simulating industrial fermentation for ethanol production using cell recycle and mixed must with molasses and sugar cane (50% of each compound) for 19% TRS. The fermentation experiment were composed of 4 recycles and in first 3 cycles were intended for the evaluation of the strains CAT-1 and HCJ 003 wich is diploid and overexpres just the intracellular invertase on the various parameters of the fermentation process. The 4th recycle was designed to study the profile of metabolism of sugars, where were analysed the levels of sucrose, glucose and frutose, as well as the formation of glycerol and trehalose content in biomass of the strains CAT -1, HCJ 003 and BG -1 (all of them with different invertase activity). In the evaluation of the strains on the various parameters of the fermentation process, the strain HCJ 003 produced consistently less biomass and more ethanol than CAT-1. The yield of ethanol fermentation was higher for the strain HCJ 003. The fact that this strain transport sucrose into the cells makes it generated only 3 moles of ATP (instead 4 ATP). So to restore the ATP that is no generated, there is an increase targeting of the metabolism to fermentative pathways and therefore more ethanol is produced increasing the efficiency of fermentation. In the profile of metabolism of sugars to the strains CAT -1 HCJ 003 and BG-1 showed that the strain BG -1 hydrolyzed more rapidly the sucrose due to high invertase activity and also showed higher amounts of glycerol in response to increased osmotic pressure of the fermentation medium. Already CAT -1 showed higher levels of trehalose, which may be indicative of its most dominant during the Brazilian industry. So this work resulted in the profile of metabolism of different strains with invertase activity and showed that strain 003 Hcj although a derivative of a laboratory strain remained adapted to the conditions of the process resulting in higher yield to CAT-1.

Este trabalho iniciou-se com o objetivo de superexpressar proteínas com atividade ATPase, como tentativa de alterar a conservação de energia livre na levedura S. cerevisiae, de maneira a aumentar o rendimento da fermentação alcoólica. Para isso, duas ATPases nativas de S. cerevisiae, as chaperonas codificadas pelos genes HSP104 e CDC48, foram superexpressas, individualmente, sob o controle de quatro promotores de diferentes forças, provocando diferentes gastos energéticos na levedura. Entretanto, não foi possível obter aumento no rendimento em etanol. Em seguida, foi feito um estudo que visou comparar essas linhagens em situação de estresse térmico, ácido ou osmótico, tipicamente encontrados no processo brasileiro de produção de etanol. A 40 °C, uma linhagem superexpressando CDC48 apresentou velocidade específica máxima de crescimento 17 % maior que a linhagem de referência, indicando maior tolerância ao estresse térmico. Finalmente, avaliou-se Hsp104 e Cdc48 em um contexto fisiológico no qual as atividades dessas proteínas pudessem ser mais requeridas. Como as chaperonas moleculares são conhecidas por agirem como primeira linha de defesa contra a formação de proteínas incorretamente enoveladas e agregados proteicos, estudaram-se a morfologia e a fisiologia da superexpressão de HSP104 e CDC48 em linhagens com desarranjo no controle de qualidade de proteínas intracelulares, causado por mutações no proteassomo 20S. A superexpressão de CDC48 ou HSP104 reverteu em parte a morfologia alterada de alguns desses mutantes de proteassomo. / The initial goal of this work was to overexpress proteins with ATPase activity in Saccharomyces cerevisiae, as an attempt to alter the conservation of free energy in this yeast, in order to increase alcoholic fermentation yield. Therefore, two native S. cerevisiae ATPases, the chaperones encoded by HSP104 and CDC48, were individually overexpressed under the control of four promoters with different strengths, in order to provoke different levels of energy expenditure. Increments in the ethanol yield could not be observed in any of the constructed strains. Subsequently, a study was carried out to compare these mutant strains with reference strains under heat, acid or osmotic stress, which are typically found in the industrial fuel ethanol production in Brazil. At 40 oC a strain overexpressing CDC48 displayed a maximum specific growth rate 17 % higher than that of the reference strain, indicating a greater tolerance to heat stress. Finally, Hsp104 and Cdc48 were evaluated in a physiological context in which the activity of these proteins would be required in a higher level. Since molecular chaperones are known to act as the first defense line against the formation of misfolded proteins and aggregates, the physiological and morphological effects of HSP104 or CDC48 overexpression were analyzed in strains with protein quality control disarrangements caused by mutations in proteasome 20S. The overexpression of either CDC48 or HSP104 partially reversed the altered morphology of some of these proteasome mutants.

Foram estudados os processos descohtínuo e descontínuo alimentado de fermentação alcoólica, utilizando-se mosto de melaço de cana de açúcar e Saccharomyces cerevisiae na forma de fermento prensado. Foram analisados a influência da vazão de alimentação exponencialmente decrescente, do tempo de enchimento e do nível de inóculo no comportamento do sistema, considerando os seguintes parâmetros: - produtividades em etanol e em células - rendimento em etanol - fator de conversão de substrato em células. Para o processo descontínuo alimentado, o valor máximo atingido para a produtividade em etanol foi de 16,9 g/L.h. Os resultados obtidos de rendimentos e produtividades em etanol foram semelhantes para os processos descontínuo e descontínuo alimentado (com tempo de enchimento de 3 h e constante de tempo de 1,6 h-1). / The batch and fed-batch fermentations of sugar -cane blackstrap molasses by the action of Saccharomyces cerevisiae(pressed yeast) were studied. The influence of exponentially decreasing feeding rates, fermentar filling-up time and levei of inocullum on the behavior was analysed considering the following parameters: - ethanol and cell productivities - ethanol yield - yield yeast. At fed-batch fermentation, the maximum ethanol productivity obtained was 16.9 g/L.h. The results of ethanol productivities and yield achieved for batch and fedbatch (with fermentar filling-up time of 3 h and time constant of 1.6 h-1</SUP).

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de metabolização de açúcares por linhagens de S. cerevisiae amplamente utilizadas no setor sucroalcoleiro (CAT-1 e BG-1) e uma linhagem geneticamente modificada (HCJ 003) com o propósito de sobreexpressar invertase intracelular e ainda contém transportadores de sacarose de alta afinidade. Para tal estudo foi realizado 1 ensaio de fermentação simulando as condições industriais de produção de etanol com reciclos de células e mosto misto constituído de melaço e caldo de cana (50% de cada fonte) a 19% de ART. O ensaio de fermentação foi constituído por 4 ciclos sendo os 3 primeiros ciclos destinados a avaliação das cepas CAT -1 e HCJ 003 a qual é diplóide e sobre-expressa somente a invertase intracelular quanto aos diversos parâmetros do processo de fermentação. O 4° ciclo fermentativo foi destinado ao estudo do perfil de metabolização dos açúcares, onde analisou-se os teores de sacarose, glicose e frutose, bem como a formação de glicerol e o teor de trealose na biomassa das linhagens CAT -1, HCJ 003 e BG-1 (ambas com atividades de invertase distintas). No estudo comparativo dos parâmetros fermentativos a cepa HCJ 003 produziu de forma consistente, menos biomassa e mais etanol do que a cepa CAT-1. O rendimento fermentativo em etanol foi maior para a cepa HCJ 003. O fato de transportar a sacarose para o interior da célula faz com que seja gerado apenas 3 moles de ATP (em vez de 4 ATP). Portanto, para repor o ATP que deixa de ser gerado, há um maior direcionamento do metabolismo para as vias fermentativas e conseqüentemente mais etanol é produzido aumentando-se o rendimento da fermentação. No estudo do perfil de metabolização dos açúcares para as cepas CAT -1, HCJ 003 e BG-1 mostrou que a cepa BG -1 hidrolisou mais rapidamente a sacarose devido à alta atividade de invertase e também apresentou quantidades superiores de glicerol em resposta ao aumento da pressão osmótica do meio de fermentação. Já a CAT -1 apresentou maiores níveis de trealose o que pode ser um indicativo da sua maior dominância durante o processo industrial brasileiro. Assim este trabalho resultou no perfil de metabolização de cepas com diferente atividade de invertase e mostrou que a cepa HCJ 003 embora seja uma derivada de uma linhagem laboratorial manteve-se adaptada às condições do processo obtendo-se rendimento superior à CAT-1. / The aim of tis work was to evaluate the metabolic profile of sugars using Saccharomyces cerevisiae strains widely used in industry of sugars and ethanol (CAT-1 e BG-1) and a genetically modified strain in purpose to over-express intracellular invertase and also contains sucrose transporters with high afinity. For this study, 1 test were performed simulating industrial fermentation for ethanol production using cell recycle and mixed must with molasses and sugar cane (50% of each compound) for 19% TRS. The fermentation experiment were composed of 4 recycles and in first 3 cycles were intended for the evaluation of the strains CAT-1 and HCJ 003 wich is diploid and overexpres just the intracellular invertase on the various parameters of the fermentation process. The 4th recycle was designed to study the profile of metabolism of sugars, where were analysed the levels of sucrose, glucose and frutose, as well as the formation of glycerol and trehalose content in biomass of the strains CAT -1, HCJ 003 and BG -1 (all of them with different invertase activity). In the evaluation of the strains on the various parameters of the fermentation process, the strain HCJ 003 produced consistently less biomass and more ethanol than CAT-1. The yield of ethanol fermentation was higher for the strain HCJ 003. The fact that this strain transport sucrose into the cells makes it generated only 3 moles of ATP (instead 4 ATP). So to restore the ATP that is no generated, there is an increase targeting of the metabolism to fermentative pathways and therefore more ethanol is produced increasing the efficiency of fermentation. In the profile of metabolism of sugars to the strains CAT -1 HCJ 003 and BG-1 showed that the strain BG -1 hydrolyzed more rapidly the sucrose due to high invertase activity and also showed higher amounts of glycerol in response to increased osmotic pressure of the fermentation medium. Already CAT -1 showed higher levels of trehalose, which may be indicative of its most dominant during the Brazilian industry. So this work resulted in the profile of metabolism of different strains with invertase activity and showed that strain 003 Hcj although a derivative of a laboratory strain remained adapted to the conditions of the process resulting in higher yield to CAT-1.

A cianobactéria fotossintetizante Arthrospira platensis é conhecida por apresentar em sua biomassa altos teores protéicos (50-70%), presença do ácido graxo essencial &#947;-linolênico e diversas outras substâncias importantes para a alimentação humana e animal. Esses micro-organismos são capazes de converter o CO2 em biomassa de grande potencial na área de alimentos. Durante a fermentação alcoólica, a produção de CO2 é da mesma ordem de grandeza da produção de etanol e, considerando a crescente demanda interna e externa por esse combustível, seria importante que houvesse um processo que fixasse esse CO2, transformando-o em um produto que poderia ser útil para a nossa população. Adicionalmente, o uso de uma fonte de nitrogênio de baixo custo (uréia) em reatores tubulares contribuiria para a redução do custo de produção da A. platensis. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros cinéticos e bioenergéticos, bem como a composição centesimal da A. platensis cultivadas em biorreator tubular, alimentados com CO2 proveniente de fermentação alcoólica ou com utilização de CO2 puro, para o controle do pH, sob diferentes intensidades luminosas (I) e fontes de nitrogênio (N) adicionadas por meio de processo descontínuo alimentado. Os resultados mostraram que maiores valores de I proporcionaram maiores valores de concentração celular máxima (Xm) e produtividade em células (Px), mas não influenciaram nos valores do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). As diferentes fontes de CO2 não influenciaram nos valores de Xm, Px, YX/N. O uso da uréia aumentou os valores de YX/N em relação aos cultivos com NO3-. Na composição centesimal, pode-se observar que I influenciou nos teores de clorofila, proteínas e lipídios, mas não influenciou nos teores de cinzas e carboidratos na biomassa final. Em relação aos parâmetros bioenergéticos dos cultivos com CO2 puro, observou-se que os maiores valores de dissipação de energia de Gibbs foram obtidos em tempos mais curtos a 120-240 &#181;mol de fótons m-2 s-1, independentemente do N selecionado, enquanto que o número de moles de fótons absorvidos pelas células para produzir um C-mol de biomassa foi maior nas culturas com NO3-, independentemente do I. As frações da energia direcionada para a síntese de ATP e fixada pela célula foram superiores em culturas com uréia quando comparadas com as culturas com NO3-, que se revelou uma fonte de nitrogênio capaz de sustentar o crescimento energicamente da A. platensis. / Photosynthetic cyanobacterium A. platensis contains in its biomass high protein content (50-70%), &#947;-linolenic acid and many other substances important for health human. These microorganisms are capable of converting CO2 into biomass of great potential in the food industry. During the alcoholic fermentation, the production of CO2 has the same magnitude of the production of ethanol. Considering the increasingly global demand for this fuel, a process to fix this CO2 is of utmost importance. Furthermore, the use of low cost nitrogen source (urea) in tubular reactors would contribute to reducing the production cost of A. platensis. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the kinetic and bioenergetics parameters, as well as the chemical composition of biomass obtained in A. platensis cultures in tubular bioreactor using CO2 from alcoholic fermentation or pure CO2 to control the pH under different light intensity (I) and nitrogen sources (N). The results showed that higher I induced higher maximum cell concentration (Xm) and cell productivity (Px) values, but it did not exert any influence on the nitrogen-cell conversion factor (YX/N). Urea increased the YX/N values compared to use of NO3-. In the centesimal composition of biomass, it can be observed that I influenced the chlorophyll, protein, and lipid contents, but not influenced the carbohydrate and ash contents. For bioenergetics parameters, it was observed that the highest Gibbs energy dissipation values for cell growth and maintenance were obtained in shorter time at 120-240 mol photons m-2 s-1 in both nitrogen sources, while the moles of photons absorbed by the system to produce one C-mol biomass was higher in cultures with NO3-. The highest values of the molar production of O2 and consumption of H+ were obtained at the highest I values, using NO3-. The estimated percentages of the energy absorbed by the cell showed that, compared with nitrate, the use of urea as nitrogen source allowed the system to address higher fractions to ATP production and light fixation by the photosynthetic apparatus, as well as a lower fraction released as heat. Thanks to this better bioenergetic situation, urea appears to be a quite promising low-cost, alternative nitrogen source for A. platensis cultures in photobioreactors.

O aumento da participação dos biocombustíveis na matriz energética mundial pode ajudar a prolongar a existência das reservas de petróleo, mitigar as ameaças representadas pela mudança climática e permitir melhor segurança do fornecimento de energia em uma escala global. Neste cenário, o processo brasileiro da produção de etanol a partir da cana-de-açúcar tem ganhado papel de destaque, pelo alto rendimento e baixo custo da produção. Linhagens de S. cerevisiae são amplamente empregadas nas fermentações industriais e, embora sejam consideradas mais tolerantes em relação a outras, o processo brasileiro impõe uma variedade de fatores estressantes sob a mesma, afetando o seu metabolismo e crescimento. A fermentação com alto teor alcoólico, realizada a partir da utilização de mostos contendo altas concentrações de açúcares, é uma das maneiras mais eficientes de se obter elevados níveis de etanol. No entanto, tal tecnologia procede ocasionando efeitos deletérios adicionais à levedura. Neste contexto, aumentar a tolerância da levedura é de fundamental importância para alcançar um desempenho fermentativo satisfatório. Neste estudo foram avaliadas linhagens de S. cerevisiae, isogênicas a linhagem industrial CAT-1, com a sobre-expressão dos genes TRP1 e MSN2, envolvidos na biossíntese de triptofano e na resposta geral ao estresse, respectivamente. Tais linhagens foram avaliadas quanto ao seu potencial para realizar fermentações com alto teor alcoólico, simulando as condições industriais brasileiras. Os resultados revelaram que o gene MSN2, na versão truncada, favoreceu a linhagem principalmente com relação ao estresse osmótico, aumentando a velocidade de fermentação e o consumo de açúcares. O gene TRP1 promoveu maior crescimento da linhagem em meio YEPD com 8% de etanol, contudo, tornou a linhagem menos viável em concentrações acima deste nível. No presente trabalho também foi avaliado o efeito da suplementação de aminoácidos na fisiologia da linhagem CAT-1 em meio YNB e em mostos de melaço e xarope de cana-de-açúcar. A suplementação com histidida promoveu maior crescimento e viabilidade celular nos diferentes meios testados. Além de histidina, os aminoácidos lisina e alanina aumentaram o crescimento da CAT-1 em mosto de melaço. A suplementação de triptofano e asparagina também promoveu aumento da viabilidade celular em mosto de xarope. Por outro lado, nos testes em microplacas a suplementação com cisteína depreciou o crescimento da linhagem em meio YNB com 10 e 12% de etanol e em mosto de melaço com 20% de ART. Os resultados obtidos indicam que tanto a engenharia genética, quanto a suplementação de aminoácidos podem ser alternativas viáveis para aumentar a tolerância de S. cerevisiae, para suportar condições de múltiplo estresse, encontradas em destilarias brasileiras. / The expansion biofuels participation in the world energy matrix would help to extend the existence of fossil fuel reservoirs, mitigate the threats of climate change, and enable a better security of energy supply. The Brazilian process of ethanol production from sugarcane has gained an important role in the global energy scenario, for the high yield and low production cost. S. cerevisiae species is widely used in industrial fermentations for being resistant, but the Brazilian process imposes a variety of stressing factors to the yeast, affecting its metabolism and growth. The Very High Gravity Fermentation is performed by the utilization of musts with high sugar concentration and is one of the most efficient ways for obtaining high ethanol levels. However, this technology causes additional deleterious effects to the yeast. In this context, increasing yeast tolerance is of fundamental importance for a satisfactory fermentative performance. In this study we assessed S. cerevisiae strains - isogenic to the industrial strain CAT-1 - with over expression of TRP1 and MSN2 genes involved to tryptophan biosynthesis and in general stress response, respectively. These strains were evaluated for their potential to perform fermentations with high ethanol content, simulating the conditions of Brazilian distilleries. The results showed that the MSN2 gene in the truncated version improved strain mainly to respond to the osmotic stress, increasing in fermentation velocity and the consumption of sugars. The TRP1 gene overexpression promoted higher growth in YEPD medium with 8% ethanol, however, decreased viability at concentrations above this level. The present work also evaluated the effect of amino acid supplementation on the physiology of the CAT-1 strain in YNB medium and in molasses and syrup of sugarcane. Histidide supplementation increased the growth and cell viability in the different media tested. In addition to histidine, the amino acids lysine and alanine increased the growth of CAT-1 in molasses. Supplementation of tryptophan and asparagine also promoted increased cell viability in sugarcane syrup. On the other hand, in microplate assays, cysteine supplementation decreased growth in YNB medium with 10 and 12% ethanol, and in molasses with 20% ART. The results indicate that both genetic engineering and amino acid supplementation may be viable alternatives to increase tolerance of S. cerevisiae to supporting multiple stress conditions typical in Brazilian distilleries.

Uma tecnologia para o fracionamento de materiais lignocelulósicos, baseada no uso de solventes apropriados, foi proposta para separar os principais componentes (celulose, hemicelulose e lignina). De acordo com a técnica, é adicionado ao material um solvente para celulose (ácido fosfórico concentrado); então, acetona é adicionada para promover a precipitação da celulose na forma amorfa. As etapas subsequentes são as seguintes: uma primeira extração com acetona para remover a lignina; e uma segunda extração com água, para remover a hemicelulose. Estudos aplicando o fracionamento, denominado \"COSLIF\" (\"cellulose solvent and organic solvent based lignocellulose fractionation\"), em diferentes materiais demonstraram altas taxas e rendimentos de hidrólise da celulose em presença de baixas cargas enzimáticas. Neste contexto, o objetivo do trabalho foi definir condições apropriadas para fracionar o bagaço de cana-de-açúcar usando o fracionamento COSLIF, com vistas à produção de etanol de 2ª geração. Para otimização das condições de fracionamento, foi realizado um planejamento fatorial 25, com as seguintes variáveis: concentração de ácido fosfórico (81-85 %), temperatura (40-60 ºC), tempo (30-120 min), volume de acetona (80-120 mL) e volume de água (120-160 mL), determinando, a partir da composição das frações geradas, parâmetros relacionados à recuperação e seletividade do fracionamento. Apesar de grande variabilidade experimental, conseguiu-se definir a condição ótima por meio de análise estatística, para o fracionamento de 1 g de bagaço (massa seca): ácido fosfórico (83,8 %), temperatura (45,8 ºC), tempo (56,1 min), volume de acetona (91,6 mL) e volume de água (131,6 mL). Esta condição, reproduzida em escala ampliada, foi eficaz na amorfização da celulose e na separação da hemicelulose no extrato aquoso. O rendimento global (RG + X (S + L)) obtido foi de 87,1%; o rendimento de recuperação de glucana na fração sólida (RG(S)) foi de 84,6%; e o rendimento de recuperação de xilana na fração líquida (RX(L)) foi de 61,0%. Em relação à seletividade de recuperação de glucana na fração sólida (SG(S)) foi obtido 95,3%; e à seletividade de recuperação de xilana na fração líquida (SX(L)), foi obtido 72,7%. A análise estrutural da fração sólida, por meio de difração de raios-X e termoporometria, demonstrou que a tecnologia consegue romper a estrutura do material, diminuindo a cristalinidade e aumentando a porosidade. O índice de cristalinidade, que no bagaço \"in natura\" era de 44%, foi reduzido para 0; a área superficial cumulativa para moléculas com diâmetros de até 10 nm, que no bagaço \"in natura\", era de 43 m2/g, foi aumentada para 166 m2/g. Aliada à remoção de hemicelulose, tais alterações proporcionaram elevada eficiência de sacarificação da glucana em glicose; 93%, em 24 horas de hidrólise. O hidrolisado enzimático foi fermentado por Scheffersomyces stipitis, com produção de 10,5 g/L de etanol em 48 horas de fermentação; o rendimento de conversão de glicose em etanol (YP/S) foi de 0,36 g/g, com produtividade volumétrica (QP) de 0,22 g/Lh. / A technology for fractionating lignocellulosic materials, based on the use of suitable solvents, was proposed to separate the main components (cellulose, hemicellulose and lignin). According to the technique, a solvent for cellulose (concentrated phosphoric acid) is added to the material, then, acetone is added to promote precipitation of the cellulose in an amorphous form. The subsequent steps are as follows: a first extraction with acetone, to remove lignin, and a second extraction with water, to remove hemicellulose. Studies applying the fractionation, called \"COSLIF\" (\"cellulose solvent and organic solvent based lignocellulose fractionation\"), to different materials demonstrated the high rates and yields of cellulose hydrolysis in the presence of low enzymes loadings. In this context, the objective of the present study was to define appropriate conditions to fractionate the sugarcane bagasse of using the COSLIF procedure, aiming the production of 2nd generation ethanol. To optimize the conditions of fractionation, we performed a 25 factorial design, with the following variables: concentration of phosphoric acid (81-85%), temperature (40-60° C), time (30-120 min), volume of acetone (80-120 mL) and volume of water (120-160 mL), determining, from the composition of the generated fractions, the parameters of recovery and selectivity. Despite of high experimental variability, it was possible to define optimum condition, by means of statistical analysis, for the fractionation of 1 g of bagasse (dry weight): phosphoric acid (83,8%), temperature (45,8° C), time (56,1 min), volume of acetone (91,6 mL) and volume of water (131,6 mL). This condition, reproduced at a larger scale, was effective in the amorphization of cellulose and in the separation of hemicellulose in the aqueous extract. The overall yield (RG + X (S + L)) was 87,1%. The recovery yield of glucan in the solid fraction (GR (S)) was 84,6%, and the recovery yield of xylan in the liquid fraction (RX (L)) was 61,0%. The selectivity of glucan recovery in the solid fraction (SG (S)) was 95,3%, the selectivity of xylan recovery in the liquid fraction (SX (G)) was 72,7%. The structural analysis of the solid fraction, by means of X-ray diffraction and thermoporometry, demonstrated that the technology can disrupt the structure of the material, decreasing the crystallinity and increasing the porosity. The index of crystallinity, which in the \"in natura\" bagasse was 44%, was reduced to 0, the surface area cumulative to molecules with diameters up to 10 nm, which in the \"in natura\" bagasse was 43 m2/g, was increased to 166 m2/g. Coupled with the removal of hemicellulose, such changes provided high efficiency of saccharification of glucan into glucose, 93% in 24 hours of hydrolysis. The enzymatic hydrolyzate was fermented by Scheffersomyces stipitis, producing 10,5 g/L ethanol in 48 hours of fermentation, the conversion efficiency of glucose into ethanol (YP/S) was 0,36 g/g, and the volumetric productivity (QP) was 0,22 g/Lhr.