Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2018-01-30T18:32:34Z No. of bitstreams: 1 DissMASC.pdf: 1647073 bytes, checksum: fb2402ada85ef6137035f37295790158 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-31T12:58:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMASC.pdf: 1647073 bytes, checksum: fb2402ada85ef6137035f37295790158 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-31T12:58:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMASC.pdf: 1647073 bytes, checksum: fb2402ada85ef6137035f37295790158 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-31T13:02:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMASC.pdf: 1647073 bytes, checksum: fb2402ada85ef6137035f37295790158 (MD5) Previous issue date: 2017-04-10 / Não recebi financiamento / The fermentation is one of the most critical steps of the fuel ethanol production. Some factors directly influence the fermentation efficiency, such as the fermentation system, the selected yeast and the bacterial contamination, especially from the genus Lactobacillus. For the control of the contamination, the industries apply antibiotics and biocides, however, these products can result in increased cost and environmental problems for the industry. The use of the acid treatment (sulphuric acid solution, pH 2.0) of the cells between the cycles of fermentation is not always effective to combat the bacterial contamination. In this context, the present study aimed to evaluate the effect of fermentation system – simple batch and fed batch – on the contamination of the sugarcane juice with Lactobacillus sp, in a cell-recycled fermentation with the selected yeast strain of S. cerevisiae PE-2. Following, the effect of ethanol addition to the acid treatment was evaluated to control the bacterial growth in fed-batch system with cell recycle. In the fed-batch system, a higher ethanol production and efficiency was verified, as well as a higher logarithmic variation of the yeast growth. The bacterium L. fermentum was more harmful to the fermentation than L. plantarum, resulting in more sugar left in the fermented must and lower fermentative efficiency, in both systems. The effect of contaminations in the single batch system was higher than in the fed-batch system especially since the substrate feeding allowed a better yeast development, which could be more competitive with the contaminant bacterium. Regarding the modification in the acid treatment performed between the fermentative cycles, only with the acid treatment, the population of L. fermentum reduced almost 3 log cycles at the end of the sixth fermentative cycle, however, when 5% of ethanol was added to the acid solution, the bacterium lost completely the cell viability right after the first fermentative cycle. There was no alteration in the ethanol production in the fermentation contaminated with L. fermentum, comparing the cell treatments with and without the addition of 5% ethanol. The acid treatment + 5% ethanol was able to reduce the population of L. fermentum without impact to the fermentative efficiency and with a low residual sugar concentration in the fermentative must (around 4 g/100 mL), at the end of six ninehour fermentative cycles, in fed-batch system. / A fermentação é uma das etapas mais críticas do processo de produção de etanol combustível. Alguns fatores influenciam diretamente na eficiência fermentativa, como por exemplo, o sistema de fermentação utilizado, a linhagem selecionada empregada e a contaminação por bactérias, especialmente as do gênero Lactobacillus. Para controle das bactérias, as indústrias aplicam antibióticos e biocidas, porém, esses produtos podem acarretar aumento de custo e problemas ambientais para a indústria. O tratamento ácido (solução de ácido sulfúrico, pH 2,0) do fermento empregado entre os ciclos fermentativos nem sempre é eficaz para combater a contaminação bacteriana. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivos inicialmente avaliar o efeito do sistema de fermentação -batelada simples e batelada alimentada - sobre a contaminação do mosto de caldo de cana com as bactérias Lactobacillus, em fermentação com seis reciclos celulares conduzida pela levedura industrial Saccharomyces cerevisiae PE-2. Em seguida avaliou-se o efeito da adição de etanol ao tratamento ácido para o controle do crescimento de L. fermentum, em fermentação em batelada alimentada com reciclo celular. Em sistema de batelada alimentada, verificou-se maior produção de etanol, maior eficiência fermentativa e maior variação logarítmica de crescimento da levedura. A bactéria L. fermentum foi mais prejudicial à fermentação do que L. plantarum, resultando em maior sobra de açúcar no meio fermentado e menor eficiência fermentativa, nos dois sistemas. O efeito das contaminações no sistema de batelada simples foi maior do que no sistema de batelada com alimentação especialmente pelo fato de a alimentação permitir um maior desenvolvimento da levedura, que pode assim competir em melhor condição com a bactéria contaminante. Em relação à modificação do tratamento das células entre os ciclos fermentativos, só com o tratamento ácido, a população de L. fermentum reduziu quase 3 ciclos log ao final do sexto ciclo fermentativo, no entanto, quando se adicionou 5% de etanol à solução ácida, a bactéria perdeu completamente a viabilidade celular já ao final do primeiro ciclo fermentativo com o tratamento. Não houve alteração na produção de etanol na fermentação contaminada com L. fermentum, comparando-se os tratamentos celulares com e sem adição de 5% de etanol. O tratamento ácido + 5% de etanol foi capaz de reduzir a população de L. fermentum sem causar impacto à eficiência fermentativa, e com uma concentração de ART residual baixa (cerca de 4 g/100 mL), ao final de 6 ciclos fermentativos de 9 horas, em sistema de batelada alimentada.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2001-09-27Bitstream added on 2014-06-13T19:08:56Z : No. of bitstreams: 1 steil_l_me_araiq.pdf: 799428 bytes, checksum: ea2cd9b8adbc44bdd76ac6b53c7d3a09 (MD5) / Investigou-se a influência da utilização de inóculos sobre a digestão anaeróbia de resíduos de aves de postura, frangos de corte e suínos em biodigestores modelo batelada com volume útil de 60 L operados à temperatura ambiente, por meio da caracterização do potencial e distribuição da produção de biogás ao longo do tempo, o estudo da redução de sólidos, a análise das características dos efluentes quanto à concentração de ácidos graxos voláteis e por meio da determinação do número mais provável (NMP) de coliformes fecais e totais nos afluentes e efluentes. Avaliou-se também a atividade metanogênica nos biodigestores com 10 % de inóculo. Foram testadas três concentrações de inóculo: 0, 10 e 15 %. Os resultados mostraram que os resíduos de aves de postura, frangos de corte e suínos são bons substratos para o processo de digestão anaeróbia, apresentando potenciais médios que variaram de 0,3828 a 0,4403 m3, de 0,3495 a 0, 3915 m3, e de 0,1949 a 0,4466 m3 de biogás por kg de ST adicionados, respectivamente para resíduos de aves de postura, frangos de corte e suínos. Com base em todos os parâmetros estudados, as concentrações de inóculo que promoveram melhores resultados foram 10 % para resíduos de aves de postura e frangos de corte, e 15 % para resíduos de suínos. O tratamento anaeróbio revelou-se eficiente na remoção de coliformes totais e fecais independente da concentração de inóculo, alcançando porcentagens médias de redução de NMP que variaram de 99,71 % de 1,09 x 102 a 100 %. A atividade metanogênica específica foi mais elevada nas amostras provenientes dos biodigestores operados com resíduos de aves de postura (0,0340 mmol CH4 g-1 SV h-1), seguida pelos resíduos de frangos de corte (0,0188 mmol CH4 g-1 SV h-1) e suínos (0,0029 mmol CH4 g-1 SV h-1). Estes resultados parecem estar mais associados aos teores... / This study was carried out in 60 L volume batch digesters at ambient temperature and investigated the inoculums concentration effects on anaerobic digestion of laying hens, poultry and piggery wastes through evaluation of potential and distribution of biogas production along the time, solids removal, analyze of volatile fatty acids efluent concentration and by monitoring the most probable number (MNP) of total and faecal coliforms in the inffluents and effluents. Specific methanogenic activity (SMA) into the 10 % inoculum digesters was also measured. Three inoculum concentrations (0, 10 and 15 %) were tested. Results showed that laying hens, poultry litter and piggery wastes are good substrats to anaerobic digestion. The potential biogas production varied from 0.03828 to 0.4403 m3, 0.3495 to 0.3915 m3 and 0.1949 to 0.4466 m3 of biogas kg-1 of total solids added, respectively for laying hens, poultry and piggery wastes. The best results for inoculum concentration were 10 % for laying hens and poultry wastes, and 15 % for piggery wastes. Anaerobic digestion was efficient for reduction of the most probable mean number of total and faecal coliforms. Reduction of MNP mean varied from 99.71 of 1,09 x 102 to 100 %. SMA test showed the best activity was from laying hens wastes (0,03400 mmol CH4 g-1 SV h-1), followed by poultry wastes (0,01877 mmol CH4 g-1 SV h- 1) and by piggery wastes (0,00293 mmol CH4 g-1 SV h-1). Results of SMA test appear to be most affected by volatile solids content of the samples than the best ability of the microrganisms to convert substrate. The best organic load rate for activity test were 0,25 g DQO g-1 SV.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMPAR.pdf: 5068377 bytes, checksum: 767cce78099d3010d32f9d63d3c82e23 (MD5) Previous issue date: 2007-03-05 / Universidade Federal de Minas Gerais / Nowadays, industrial production of semi-synthetic penicillins requires low temperatures, organochloride solvents and yields a great amount of non-recyclable wastes. During the last decades, concerns about environmental impacts have increased, as well as the environmental legislation restrictions. Thus, the pursuit of cleaner routes has been encouraged. Enzymatic synthesis of these antibiotics, using penicillin G acylase (PGA) as biocatalyst, may be carried out at mild temperatures and pH, and is an environmentalfriendly route, alternative to the chemical synthesis. However, the low yields of the enzymatic process are still a drawback for their industrial implementation. An enzymatic semi-batch reactor using aqueous-precipitated medium is a promising approach to improve process efficiency. Yet, finding the optimal operation condition of the reactor is still a challenge, in order to make the enzymatic route economically competitive. This thesis addresses this issue, focusing on several aspects of the enzymatic synthesis of ampicillin. The comprehension of the reaction mechanism, still not a consensus in the literature, was improved especially with respect to the role of the beta-lactam nucleus during the formation of the acyl-enzyme intermediate, which has important consequences on the reactor operation. Diffusion in the biocatalyst pores and its influence on the pH profile within this micro-environment were assessed through computer simulations. Results indicate considerable diffusion resistances within the biocatalyst, yielding important pH profiles. The process complexity leaded to the use of simplified mechanistic or empirical kinetic models. Applying dynamic optimization (optimal control) techniques, feed profiles for the reactants were obtained. A simplified model for the integrated semi-batch reactor for enzymatic synthesis of ampicillin with product crystallization was used for this purpose. Different techniques of dynamic optimization provided qualitatively the same optimum heuristics for the process operation. Since simplified models were used in optimal open-loop control algorithms, theoretical feed policies may diverge from those that would be needed to maintain the track of the concentration profiles of the optimized reactor. Moreover, disturbances in the input variables might lead the system to a different course. Thus, on-line monitoring is essential in pilot plants or industrial reactors. Multivariate calibration using UV spectra was the basis for the development of a system of analysis via flow injection (FIA), with good results. Ampicillin synthesis assays using an industrial biocatalyst (Recordatti, Italy) were run in order to improve some simplified kinetic models. The re-estimated models were inserted in optimization algorithms, providing trajectories in accordance with the same heuristics previously obtained. Experimental results obtained after two runs in the integrated semi-continuous reactor put into evidence a mismatch between model responses and the real process. This difference may be explained by the extrapolation of the kinetic model with respect to the enzymatic reactor load. On the other side, using a biocatalyst wrapped with a secondary inert matrix might alter the microenvironment of the enzyme, especially with respect to pH. Using a model that takes into account the effect of pH on the kinetics seems to be important to allow the fine-tuning of the industrial reactor selectivity and productivity. / A produção industrial de penicilinas semi-sintéticas é conduzida sob condições extremas de temperatura, demanda solventes organoclorados em seu processo e gera uma grande quantidade de resíduos não recicláveis. As crescentes preocupações governamentais em relação ao meio ambiente e a criação de leis de proteção ambiental nas últimas décadas vêm colocando esses processos sobre críticas e incentivando a busca de rotas alternativas mais limpas . A síntese enzimática desses antibióticos, usando penicilina G acilase (PGA) como biocatalisador, pode ser efetuada em condições amenas de temperatura e pH e vem sendo estudada como alternativa à rota atualmente empregada, mas o maior obstáculo para a substituição da rota química pela enzimática ainda é o baixo rendimento desta última. O uso de um reator enzimático semi-contínuo com um meio aquoso-precipitado é uma abordagem promissora em termos de eficiência. Contudo, ainda é necessário otimizar sua operação para que a rota enzimática seja economicamente competitiva. Esta tese enfoca vários aspectos da síntese enzimática de ampicilina. Avançouse na compreensão do mecanismo de reação, em pontos ainda não consensuais na literatura em especial com respeito ao papel do núcleo beta-lactâmico durante a etapa de formação do intermediário acil-enzima, com importantes conseqüências para a operação industrial do reator. A difusão nos poros do biocatalisador e sua influência sobre o perfil de pH nesse micro-ambiente foram avaliadas por meio de simulações computacionais. Os resultados indicam resistências difusivas apreciáveis no interior do biocatalisador, suficientes para gerar perfis significativos de pH. A complexidade desse processo como um todo levou a que se utilizassem modelos cinéticos mecanísticos simplificados ou empíricos. Por meio de técnicas de otimização dinâmica (controle ótimo), perfis de alimentação de reagentes foram obtidos. Para isso, um modelo simplificado do reator enzimático semi-contínuo integrado, com cristalização dos produtos (desejado e indesejado), foi utilizado. Respostas obtidas usando técnicas diferentes de otimização dinâmica resultaram, qualitativamente, em uma mesma heurística ótima para a operação do reator. Com a utilização de modelos simplificados, funções de alimentação obtidas teoricamente com algoritmos de controle ótimo em malha aberta poderão desviar-se das funções reais necessárias para manter os perfis de concentração no reator otimizado. Além disso, perturbações nas variáveis de entrada poderão levar o sistema a percorrer trajetórias diferentes. Assim, o monitoramento da reação em tempo real é imprescindível em um reator piloto ou industrial. Neste contexto, foi desenvolvido um procedimento de análise em fluxo incorporando técnicas de multicalibração. O procedimento proposto apresentou bons resultados na quantificação dos componentes de interesse, mostrando-se como método adequado para o monitoramento em tempo real do reator, principalmente, quando feita a reconciliação dos dados obtidos a partir dos balanços de massa. Ensaios de síntese de ampicilina, utilizando biocatalisador imobilizado (Recordatti, Itália) foram realizados com o objetivo de melhorar alguns modelos cinéticos simplificados. Os modelos re-estimados foram inseridos em algoritmos de otimização, resultando em trajetórias que seguem a mesma heurística obtida anteriormente. Entretanto, duas corridas de validação da estratégia ótima, realizadas em reator semi-contínuo integrado, evidenciaram um distanciamento entre o modelo utilizado e o processo real. Esses desvios podem ser explicados pela extrapolação do modelo em termos da carga enzimática utilizada no reator. Um modelo que leve em conta o efeito do pH sobre a cinética parece ser importante para permitir o ajuste fino da seletividade e produtividade do reator industrial.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1771.pdf: 1457129 bytes, checksum: 013319207cf51a783696430206a0ceed (MD5) Previous issue date: 2008-03-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / The clavulanic acid (CA) is a powerful inhibitor of β-lactamases, enzymes that clives the β- lactam ring of penicillins and cephalosporins, inactivating these compounds. CA is traditionally produced by Streptomyces clavuligerus in batch and fed-batch cultivations. Considering that the products of the catabolism of easily assimilable carbon source repress the biosynthesis of secondary metabolites, including CA, its production in fed-batch mode is preferable because the control of nutrient level can be performed. In the present work the influence of glycerol and ornithine feeding on the clavulanic acid (CA) production by S. clavuligerus in batch and fed-batch cultivations was studied. Batch and fed-batch cultivations were performed at 800 rpm, 0.5 vvm and pH at 6.8. In batch experiments under different concentrations of ornithine, the maximum concentration of CA was within of a closed range between 0.46 and 0.56 g.L-1. Nevertheless, the maximum value of volumetric productivity in CA (Ppmax=13.7 mg.L-1.h-1) was obtained in the experiment with ornithine at concentration of 0.66 g.L-1, a value that is 40% higher than the Ppmax obtained in run control without ornithine. In fed-batch experiments in 5 L bioreactor, with different ornithine feeding conditions, the maximum concentration of CA varied within the limited range of 1.254 and 1.405 g.L-1. Therefore, under these experimental conditions, it can be concluded that the presence of ornithine increases the Ppmax in CA but not its maximum concentration, contradicting literature. The kinetic model considering non-associated production with CA degradation was fitted to the experimental results of the batch and fed-batch cultivations. The experimental results showed that the rate of production of CA and glycerol consumption, were directly related, condition not predicted by model, besides, its negative effect on the AC production after the feeding indicate a possible inhibition/repression effect of glycerol. With the model, it was possible to simulate conditions that the cultivations should be performed with the intention of obtaining larger production of AC. With respect to the influence of glycerol in fed-batch experiments, in the presence of ornithine at the concentration of 3.7 g.L−1 in feeding medium, the maximum CA concentration of 1.506 g.L-1 was obtained in the run BA7 showing a positive effect of the combination ornithine/glycerol in the biosynthesis of CA. In fed-batch experiments in 10-L bioreactor, with different ornithine feeding conditions, the maximum concentrations of CA were near of 1.6 g.L-1, validating the results obtained in 5-L bioreactor. / O ácido clavulânico (AC) é um potente inibidor de enzimas β-lactamases que clivam o anel β- lactâmico de antibióticos como penicilinas e cefalosporinas, tornando esses compostos inativos. O AC é tradicionalmente produzido por Streptomyces clavuligerus em cultivos operados em batelada (B) e em batelada alimentada (BA). Pelo fato dos produtos do catabolismo de fontes de carbono facilmente assimiláveis acabarem por reprimir as enzimas responsáveis pela biossíntese de metabólitos secundários, entre os quais se inclui o AC, a produção em BA é preferível, uma vez que torna possível controlar os níveis de nutrientes no caldo. No presente trabalho foi estudado a influência da alimentação de glicerol e ornitina na produção de ácido clavulânico (AC) por S. clavuligerus em cultivos em batelada e batelada alimentada operados a 800 rpm, 0,5 vvm e pH 6,8. Nos experimentos em batelada com diferentes concentrações de ornitina, as concentrações máximas de AC obtidas variaram na estreita faixa entre 0,46 e 0,56 g.L-1. Contudo, o valor máximo da produtividade volumétrica em AC (Ppmax=13,7 mg.L-1.h-1) obtida no experimento com concentração de ornitina de 0,66 g.L-1, foi 40% superior que o valor de Ppmax obtido no cultivo padrão sem adição de ornitina. Nos experimentos em batelada alimentada operados em biorreator de 5L, com diferentes concentrações de ornitina na alimentação, a concentração de AC variou entre 1,254 e 1,405 g.L-1. Portanto, sob as condições experimentais utilizadas, pode-se concluir que a presença de ornitina proporciona aumentos na Ppmax em CA, mas não sua produção máxima, contrariando trabalhos publicados recentemente na literatura. Um modelo cinético para produto não associado ao crescimento considerando degradação do AC foi ajustado aos resultados experimentais dos cultivos em batelada e batelada alimentada, a partir do qual foi possível simular condições que se deveria conduzir os cultivos em batelada alimentada com o intuito de se obter maior produção de AC. Com respeito à influência do glicerol na presença de ornitina no meio de alimentação numa concentração de 3,7 g.L−1, a concentração máxima de AC de 1,506 g.L-1 foi obtida no cultivo BA7 mostrando o efeito positivo da combinação ornitina/glicerol na biossíntese de AC. Nos experimentos em BA em biorreator de 10 L, com diferentes alimentações de ornitina, as produções máximas de AC foram próximas, em torno de 1,6 g.L-1, validando os resultados obtidos em escala de 5 L. Como principal conclusão, a presença de ornitina aumentou a produtividade volumétrica máxima em AC (Ppmax), mas não sua produção máxima, contrariando resultados anteriores publicados em literatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5647.pdf: 2822412 bytes, checksum: 769ca8edf54438ee75a0a4df886371c3 (MD5) Previous issue date: 2013-09-17 / Universidade Federal de Minas Gerais / Penicillin G acilase (PGA) is a key enzyme in the industrial production of β-lactamic antibiotics. In this work, it was studied the production of PGA from Escherichia coli by recombinant E. coli and from Bacillus megaterium by recombinant B. megaterium. In E. coli, the enzyme accumulates in the periplasmic cell space, B. megaterium secretes PGA, what may reduce downstream costs. With E.coli, the study has begun at the expression step. Using a donated recombinant microorganism, it was studied, in shake flasks cultures, the influence of temperature (ranging from 18 to 28°C) during induction phase in the PGA production. High level expression of PGA E. coli was detected at 20°C, which was 4-fold superior than the volumetric enzymatic activity reached at 28°C. Fed-batch cultures were conducted with glycerol as carbon source, using both defined and complex media as well as IPTG and lactose as inducers. Final biomass concentrations of 100 gDCW/L and 120 gDCW/L and enzymatic activity 210000 and 80000 IU/L were achieved, for complex and defined media, respectively. The study with B. megaterium was initiated isolating the pac gene, encoding for PGA from B. megaterium ATCC14945, which was after cloned into the pLipAhp expression plasmid, together with the promoter gene and a gene codifying antibiotic resistance. This construct (pga-pLipAhp) was used to transform three different B. megaterium strain protoplasts, aiming studies to determine the best expression host in terms of PGA production. The tested strains, B. megaterium PV361, QM B1551 and ATCC 14945, have respectively shown about 95%, 95% and 10% plasmidial stability, after eight consecutive growths. The best PGA production was detected in PV361. Study of thermal and pH stability with the purified enzyme showed that PGA has a half-life of 5 min at 60° C, 20 min at 50° C, keeping 100% of activity for 1h at pH 10.0 and up to 8 h at pH 5.0. The values of temperature and pH for maximum PGA activity are 37° C and 8.0, respectively. The enzyme was stable at least for 5 hours in these conditions, with Michaelis-Menten estimated as Km=8.8 μM. A systematic study was developed to search the best condition to obtain the highest level of B.megaterium PGA production by recombinant B.megaterium. Media compositions for biomass and PGA production were evaluated using a genetic algorithm. The screening was carried out in 96 microtiter deep well plates, starting as a minimal medium and studying the concentration of 12 defined components. In 7 generations, 240 different kinds of media were tested for production and secretion and a 10-fold increase in PGA production and 5-fold increase in biomass compared to the previously used minimal medium could be achieved. It was scaled-up to shaker flasks obtaining 3-fold in PGA production and 1.8-fold in biomass. Later, it was scaled-up to bioreactors obtaining 3-fold in biomass and 8-fold in PGA production. Using glycerol as carbon source, it was tested different complex amino acids sources, using flask cultures. The best medium was scale-up in a 5 L bioreactor, in a batch culture with pulses. The highest production of PGA of recombinant B. megaterium achieved was 105600 IU/L and 36 gDCW/L. / Penicilina G Acilase (PGA) é enzima chave na produção industrial de antibióticos β- lactâmicos. Neste trabalho, foram estudadas as produções de PGA de Escherichia coli produzida por E.coli recombinante e de Bacillus megaterium produzida por B. megaterium recombinante. No primeiro, esta é acumulada no espaço periplasmático, o segundo secreta a enzima, o que pode reduzir grandemente custos de recuperação da enzima, pois não requer rompimento celular. Para E.coli, o estudo foi iniciado na etapa de expressão. Utilizando E.coli recombinante doada, foi realizado um estudo em frascos agitados da influência da temperatura (entre 18 e 28°C), durante a fase de indução, na expressão de PGA, que mostrou haver altos níveis de expressão de enzima a 20°C, com atividade volumétrica 4 vezes superior à obtida a 28°C. Foram realizados então cultivos a 20°C, em biorreator, em batelada alimentada, com glicerol como fonte de carbono, usando meio definido ou complexo, com IPTG ou lactose como indutores. Foram atingidas concentrações de biomassa finais de 100 gms/L e 120 gms/L, e atividades enzimáticas de 210000 e 80000 UI/L para meios complexo e definido, respectivamente. Para B. megaterium, o gene pac, que codifica PGA de B. megaterium ATCC14945 foi isolado e clonado no plasmídeo pLipAhp, juntamente com um gene promotor e outro codificando resistência a antibiótico (para seleção da linhagem clonada). Essa construção (pga-pLipAhp) foi usada para transformar três linhagens de protoplastos de B. megaterium, com o objetivo de determinar o melhor hospedeiro para a expressão de PGA recombinante. Foram testadas as linhagens: B. megaterium PV 361, QM B1551 e ATCC 14945, obtendo-se 95%, 95% e 10%, respectivamente, de estabilidade plasmidial, após 8 cultivos consecutivos. A melhor produção de PGA foi detectada em PV 361. Estudo de estabilidade térmica e de pH com a enzima purificada mostrou que PGA possui um tempo de meia vida de 5 min a 60°C, 20 min a 50°C, mantém 100% de atividade por 1 h, a pH 10 e por 8 horas, a pH 5. A temperatura e pH de atividade máxima é 37°C e 8,0, respectivamente, com Km=8.8 μM, com manutenção de 100% de atividade, no mínimo por 5 horas, nessas condições. Um estudo sistemático foi desenvolvido para obter um alto rendimento na produção de PGA de B. megaterium por B.megaterium recombinante. Busca da melhor composição de meio para biomassa e produção de PGA foi feita usando o algoritmo genético. A busca foi desenvolvida em placas de 96 poços, iniciando com um meio mínimo, com 12 componentes definidos. Em 7 gerações, 240 tipos de meio foram testados para a produção e secreção, conseguindo-se um incremento de 10 vezes na produção de PGA e de 5 vezes na produção de biomassa, comparando-se com o meio mínimo controle. Escalonamento para frascos agitados permitiu aumento de 3 vezes na produção de PGA e de 1.8 vezes na produção de biomassa. Escolhendo-se glicerol como fonte de carbono, foram testadas diferentes fontes complexas de aminoácidos. O meio que conduziu ao melhor resultado foi usado em cultivos em biorreator em batelada, 5L, onde se obteve como máxima produção de PGA recombinante de B. megaterium 105600 UI/L, com 36 gms/L de massa celular.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-08T13:46:51Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5905396 bytes, checksum: 605c9d9efeaaf20f387b4d0509e96460 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T13:46:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5905396 bytes, checksum: 605c9d9efeaaf20f387b4d0509e96460 (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The scarcity of chemilumescent (CL) methods based on digital image and flow analyzers is motivation for novel studies, especially when it is not found in literature any paper involving CL titration with digital image. In this work, it is developed the study of a novel methodology for digital image-based quimiluminescent (DIB-CL) titration whose analytical potential is evaluated in determination of Fe2+ in ferrous sulfate syrupe using a flow-batch automatic analyzer. Termed DIB-CL titration, this method employs the own analyte (Fe2+) as catalyst of the oxidation reaction of luminol/H2O2 in alkaline medium and presence of bromide enhancement. After a increment of titrant (KMnO4) to be added to sample in acid medium, a part of Fe2+ is oxidized to Fe3+ and ramaining contributes to generate the CL signal that decreases linearly with the Fe2+ concentration. When the oxidation of Fe2+ is completed, the endpoint of titration is attained and the CL signal remained constant at the level of background radiation with the addition of titrant in excess. Images acquisition is performed by using a webcam coupled to the mixing chamber of flow-batch system. From image obtained before and after each addition of titrant were extracted the R, G, and B values used in order to calculate the analytical reponse, which is defined by vector norm in RGB tri-dimentional space. This norm values are linearly related to the analyte concentration, being employed for building of titration curve where the end point is found by intersection of the two extrapolated straight segments. By applying the paired t-test, titration results of ten samples of syrupe were compared with those obtained by a espectrophotometric method based on analytical curve. No systematic statistic difference has been observed between the both results at the 95% confidence level. DIB-CL system presented a analytical frequency of 18 titrations h-1 and consumes 0.2 mL of luminol and 2.4 mL of sample per titration or analysis. Thus, its performance can be improved by implementing a optimization. / digital e analisadores em fluxo é uma motivação para novos estudos, especialmente quando não é encontrado na literatura nenhum artigo envolvendo titulação QL com imagem digital. Neste trabalho, desenvolveu-se o estudo de uma nova metodologia para titulação quimiluminescente baseada em imagem digital (QL-BID) cujo potencial analítico foi avaliado na determinação de Fe2+ em xarope de sulfato ferroso usando um analisador automático em fluxo-batelada. Denominada titulação QL-BID, esse método utiliza o próprio analito (Fe2+) como catalisador na reação de oxidação do luminol/H2O2 em meio básico na presença do intensificador brometo. Após a adição de cada incremento do titulante (KMnO4) à amostra em meio ácido, parte do Fe2+ é convertido para Fe3+ e o remanescente contribui para o sinal QL que decresce linearmente com a concentração do Fe2+. Quando todo Fe2+ for convertido para Fe3+, o ponto final da titulação é atingido e o sinal QL permanece constante ao nível da radiação de fundo com a adição do titulante em excesso. A aquisição das imagens foi realizada por uma webcam acoplada sobre a câmara de mistura do sistema fluxobatelada. Da imagem obtida antes e após cada adição do titulante foram extraídos os valores de R, G e B usados para calcular a resposta analítica, a qual é definida pela norma de um vetor no espaço tridimensional RGB. O valor da norma varia linearmente com a concentração do analito, sendo utilizada na construção da curva de titulação em que o ponto final é obtido pela extrapolação e interseção dos dois segmentos de reta. Os resultados das titulações de 10 (dez) amostras de xarope foram comparados com os obtidos pelo método espectrofotométrico baseado em curva analítica. Aplicando-se o teste-t emparelhado, não se observa nenhuma diferença sistemática, estatisticamente significativa, entre ambos os resultados ao nível de 95% de confiança. O sistema QL-BID apresentou uma frequência analítica de 18 titulações por hora e consumiu 0,2 mL de luminol e 2,4 mL de amostra por titulação ou análise. Assim, seu desempenho pode ser melhorado quando implementada uma otimização.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:17:19Z : No. of bitstreams: 1 silva_laf_me_araiq.pdf: 881872 bytes, checksum: 1ed668293818af00e17546ddfe67a5f2 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os resultados descritos neste trabalho para a produção de etanol utilizando-se a levedura IQ-AR/45-1, forneceram informações sobre os melhores suplementos nutricionais e melhor tamanho de inóculo para a fermentação em batelada alimentada. Dadas as variações na composição do melaço e o uso de uma nova levedura, faz-se necessário o estudo de suas exigências nutricionais em processos fermentativos. Experimentos preliminares em batelada simples mostraram que a adição de DAP diminuiu o tempo de fermentação, estimulou o acúmulo da biomassa e produção de etanol enquanto o ZnSO4.7H2O diminuiu o tempo da fermentação, e aumentou o acúmulo de etanol elevando a produtividade. A adição de MgSO4.7H2O produziu mais etanol, melhorou o rendimento alcoólico e a produtividade. Estes resultados obtidos em batelada simples foram transferidos para o sistema em batelada alimentada. A melhor vazão do melaço 20 % em ART foi de 0,40 mL.min-1 para um volume final de trabalho de 100,0 mL. O aumento da temperatura de fermentação de 34 ºC para 37 ºC em meio suplementado com DAP e ZnSO4.7H2O ou DAP e MgSO4.7H2O diminuiu o tempo da fermentação e a biomassa produzida, porém, com menor rendimento e maior produtividade de etanol. O tamanho do inóculo foi estudado com meio suplementado a 34ºC. As melhores condições foram obtidas no processo em batelada alimentada a 34ºC no qual foi utilizado melaço clarificado com ácido sulfúrico e uma quantidade de inóculo de (23,7±0,1) g.L-1 que levou a um tempo de fermentação de 5 horas. Nestas condições, o rendimento alcoólico foi de (79,1±0,7) % e a produtividade de (16,17±0,56) g.L-1 .h-1 / The results of the fermentative processes for ethanol production using the yeast IQ-AR/45-1, provided information about the best nutritional supplementation and inoculum size for the batch fermentation. Due to the differences in the sugarcane molasses and the use of a new yeast strain, it was necessary to study the nutritional requirements of the new yeast. Previous experiments in batch fermentation showed that the DAP addition reduced the fermentation time, enhanced the biomass and ethanol production while the ZnSO4.7H2O reduced the fermentation time and increased both the ethanol production and productivity. The addiction of MgSO4.7H2O to the molasses increased the ethanol yield and enhanced the productivity. These results obtained in batch cultures were assayed in fed-batch fermentation. Using 20 % molasses (TRS), the best flow was 0.40 mL.min-1 for a final working volume of 100.0 mL. When molasses supplemented with DAP and ZnSO4.7H2O or DAP and MgSO4.7H2O was used in the fed-batch experiments, the raise in the temperature from 34 ºC to 37 ºC led to decreases in the fermentation time, production of biomass, and ethanol yield followed by increases in ethanol productivity. The best inoculum size to the ethanol fermentation was (23.7±0.1) g.L-1 which led to a yield of (79.1±0.7) % and productivity of (16.17±0.56) g.L-1 .h-1

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio pelas microalgas Ankistrodesmus sp. e Golenkinia sp. livres e pellets de alginato de cálcio, com e sem as microalgas imobilizadas, a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em regime batelada e em coluna de leito fixo. Modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e de segunda ordem e isotermas de equilíbrio de Langmuir e de Freundlich foram utilizados para a descrição quantitativa e a previsão do comportamento de adsorção do metal pelas biomassas livres e imobilizadas no sistema descontínuo. Os dados foram mais bem ajustados pelo modelo cinético de segunda ordem, com coeficientes de determinação (r2) maiores que 0,98. Foram obtidos tempos de equilibrio muito curtos, na faixa de 1-30 minutos. A isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajustou aos dados experimentais, com valores de r2 maiores que 0,94. Foram observados valores de qmáx, isto é, a quantidade máxima de metal captado pelo biossorvente, entre 0,96 e 10,43 mmol/g. As células livres mostraram-se mais eficientes do que os pellets caracterizados com e sem os micro-organismos. Os pellets mostraram melhor potencial quando contendo microalgas imobilizadas, em comparação com eles puros. No estudo dinâmico, 12 L de solução contendo uma concentração de La (III) de 150 mmol/L ascenderam pela coluna contendo Ankistrodesmus sp. e Golenkinia sp. imobilizadas e pellets de alginato de cálcio puros durante 8 horas. No último minuto, os três biossorventes ainda apresentaram cerca de 80% de eficiência de remoção. Desta forma, o ponto de satuação não foi atingido. A rápida e alta capacidade de adsorção das microalgas revelou que sua aplicação em escala superior é possível em ambos os processos estudados, uma vez que a imobilização desses biomateriais não mudou a sua capacidade de sorção e nem o rápido contato entre o adsorvente e o soluto no processo de biossorção de lantânio / This study aimed to describe the potential of lanthanum biosorption by microalgal Ankistrodesmus sp. and Golenkinia sp. free and calcium alginate pellets with and without immobilized microalgae from aqueous solutions. To study this system in batch and fixed bed column were performed. Kinetic models of pseudo first-order and second order and equilibrium isotherms of Langmuir and Freundlich were used for the quantitative description and prediction of the behavior of metal adsorption by free and immobilized biomass in a batch system. The data were best fitted by a second-order kinetic model, with coefficients of determination (r2) values greater than 0.98. Very short equilibrium times were obtained in the range of 1-30 minutes. The Langmuir isotherm was the best fit to the experimental data, with r2 values greater than 0.94. qmax, that is, the maximum amount of metal captured by the biosorbent, values between 0.96 and 10.43 mmol/g were observed. The free cells were more efficient than with pellets characterized with and without the microorganisms. The pellets showed good potential when containing immobilized microalgae compared to pure them. In the dynamic study, 12 L of solution containing a concentration of La (III) 150 mmol/L reached by the column containing Ankistrodemsus sp. and Golenkinia sp. immobilized and pure calcium alginate pellets for 8 hours. At the end of the run, the three biosorbents still showed about 80% removal efficiency. Thus, the saturation point was not reached. The rapid and high adsorption capacity of microalgae revealed that its application in a higher scale is possible in both cases studied, since the immobilization of these biomaterials has not changed its sorption capacity or the rapid contact between the adsorbent and the solute in the process biosorption of lanthanum

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3333692 bytes, checksum: e71b4d85905df1c6c6682ec93607bd12 (MD5) Previous issue date: 2011-11-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work was developed a luminometer for analysis by chemiluminescence, coupled to a flow-batch analysis automatic system. The performance of the developed instrument was evaluated by means of the determination of vitamin B12 in pharmaceutical formulations. The chemical principle is based on the catalytic effect of cobalt (II) ion over luminol oxidation by hydrogen peroxide in alkaline medium whose reaction product emits electromagnetic radiation in visible region (more precisely at 425 nm). The detection system of the developed instrument consisted of a silicon photodiode and a module for amplification of analytical signals. The univariate calibration model was validated by means of Analysis of Variance (ANOVA) and used later in the quantification of vitamin B12 in real samples. The limits of detection and quantification obtained were 0.11 and 0.36 μg L-1 of vitamin B12. The analytical frequency was estimated in 90 samples h-1. The accuracy of the proposed instrument was attested by means of recovery tests whose obtained recovery rates were between 98 and 102%. The proposed instrument yielded results with satisfactory precision, as revealed by low value of overall standard deviation. Such results demonstrated that is possible to quantify vitamin B12 employing a simple, economic and robust method which generate low amount of waste to the environment. / Neste trabalho foi desenvolvido um luminômetro para análise por quimiluminescência, acoplado a um sistema automático de análise em fluxo-batelada. O desempenho do instrumento desenvolvido foi avaliado por meio da determinação de vitamina B12 em medicamentos. O princípio químico do sistema baseia-se no efeito catalítico do íon cobalto (II) sobre a oxidação do luminol pelo peróxido de hidrogênio em meio alcalino cujo produto da reação emite radiação eletromagnética na região visível (mais precisamente em 425 nm). O sistema de detecção do instrumento desenvolvido consiste de um fotodiodo de silício e de um módulo para amplificação dos sinais analíticos. O modelo de calibração univariado foi validado por meio da Análise de Variância (ANOVA) e usado posteriormente na quantificação de vitamina B12 em amostras reais. Os limites de detecção e quantificação obtidos foram 0,11 e 0,36 μg L-1 de vitamina B12. A frequência analítica foi estimada em 90 amostras h-1. A exatidão do instrumento proposto foi atestada por meio de testes de recuperação cujas taxas obtidas foram entre 98 e 102%. O instrumento proposto forneceu resultados com precisão satisfatória, como revelado pelo baixo valor de desvio padrão conjunto. Tais resultados obtidos demonstram que é possível quantificar vitamina B12 utilizando um método simples, econômico, robusto e que produz baixa quantidade de resíduos para o meio ambiente.

Neste trabalho foi estudadaaproduÃÃo de etanol por processos de SacarificaÃÃo e FermentaÃÃo SimultÃneas (SSF) usando o bagaÃo de caju prÃ-tratado com Ãcido-Ãlcali (CAB-OH) como matÃria-prima. Nos processos de SSF foi utilizada a levedura KluyveromycesmarxianusATCC36907e o complexo enzimÃtico Celluclast 1.5L (30 FPU.gcelulose-1). Os experimentos foram conduzidos em Erlenmeyers de 250 mL com 100 mL de meio SSF (tampÃo citrato de sÃdio 50 mMapH 4,8; suplementado com 1 g/L de extrato de levedura e 1 g/L de sulfato de amÃnio, e a carga de CAB-OH desejada em %m/V), a concentraÃÃo inicial de cÃlulas de 5 g/L, temperatura de 40ÂC e rotaÃÃo de 150 rpm. Primeiramente, um processo em batelada foi realizado para avaliar a necessidade de suplementaÃÃo com a enzima celobiase (NS50010âNovozymes) com atividade de 60 CBU/gcelulose-1. O processo SSF conduzido com a suplementaÃÃo decelobiaseobteveuma maior produÃÃo mÃxima de etanol (30 g/L) e maior eficiÃncia (93%) em relaÃÃo ao nÃo-suplementado, sendo os estudos posteriores conduzidos com as enzimas celulases e celobiases. Em seguida, realizou-se o estudo da avaliaÃÃo da carga de CAB-OH (7,5, 10, 15 e 20 %m/V), em processos sem prÃ-sacarificaÃÃo (SSF) e comprÃ-sacarificaÃÃo(PSSF). A maiorconcentraÃÃo de etanol (58 g/L)ocorreu nos processos SSF com carga de 15%, sendo esse tambÃm o de maior produtividade, e PSSF com carga de 20%, nÃo apresentando diferenÃa significativa na produÃÃo mÃxima de etanol entre os dois processos. No entanto, osprocessos SSF e PSSFusando 10% CAB-OH apresentaram a maioreficiÃncia (98%)e rendimento global em etanol do estudo (40gEtanol/KgCAB).Posteriormente, foram realizadas estratÃgias de alimentaÃÃo, em conjunto com processos SSF, de forma a eliminar efeitos inibitÃrios presentes em processos em batelada com elevadas cargas de sÃlidos. Foram avaliadas estratÃgias de alimentaÃÃo de substrato: duas com carga inicial de 10% e atingindo 20% (uma com duas alimentaÃÃes e outra com quatro) e uma com carga inicial de 15% e final de 25% (quatro alimentaÃÃes). Todos os processos, exceto os de carga de 7,5%, apresentaram %Vetanol/VsoluÃÃo acima de 4% e os processos em batelada alimentada atingiram a maior produÃÃo de etanol do estudo(68g/L). Os processos com carga inicial de 10 % e final de 20 % apresentaram uma maior eficiÃncia (81 %), porÃm o processo que apresentou maior produtividade foi com carga inicial de 15% e final de 25% (2,4 g/L.h), e tambÃm rendimento global em etanol elevado (32 gEtanol/KgCAB), de forma que esse foi o processo com melhores resultados do presente estudo. Com isso, o CAB-OH se mostrou um substrato promissor para a produÃÃo de etanol por processos SSF e PSSF, conduzidosem batelada e batelada alimentada, utilizando elevadas cargas de sÃlidos. / In this work was studied ethanol production from cashew apple bagasse after acid followed by alkali pretreatment (CAB-OH) using theSimultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) processes. In SSF process was utilized the yeast Kluyveromycesmarxianus ATCC36907and the enzymatic complex Celluclast1.5L (30 FPU.gcellulose-1). The assays were conducted in 250mL Erlenmeyer flasks with 100mL of culture medium (sodium citrate buffer 50mM pH 4.8, supplemented with yeast extract 1 g/L and ammonium sulfate 1 g/L and the desired bagasse concentration in %w/v), the initial cells concentration was 5 g/L, the temperature was 40ÂC and 150rpm of rotation. First, a batch process was performed to evaluate the enzymatic supplementation of culture medium with cellobiase (NS50010-Novozymes) with an activity of 60 CBU.gcellulose-1. The supplemented process with cellobiase had the highest ethanol production (30 g/L) and ethanol efficiency (93%) than the non-supplemented and the subsequent studies were performed with supplementation. After, was realized the evaluation of CAB-OH load (7.5, 10, 15 e 20%w/V) in processes with (PSSF) and without pre-saccharification (SSF). The highest ethanol production corresponded to SSF processes with bagasse load of 15%, this being also the highest productivity, and PSSF with bagasse concentration of 20% and these processes were statistic similar within the standard deviation of the samples in relation to ethanol production. However, the SSF and PSSF processes with 10% of dry matter had the highest efficiency (98%) and yield feedstock in ethanol of study (32gEthanol/KgCAB). After, feeding strategies with SSF processes have been made to eliminate inhibitory effects in batch processes with high loadings of solids. There were evaluated feeding strategies: two with initial CAB-OH load of 10% and 20% in the end (a strategy with two feeds and one with four) and another with initial load of 15% and final of 25% (with four feeds). All processes, with the exception of 7.5% load, had %VethanolVsolution-1 above 4% and the fed batch processes reached a similar ethanol production (68 g/L), towering in 17% the ethanol concentration compared to batch process with load of 20%. All processes, with the exception of 7.5 % load, had %Vethanol/Vsolution above 4% and the fed batch processes reached the highest ethanol production of study (68 g/L). The processes with initial load of 10 % and final of 20 % reached a higher efficiency (81 %), but the process that reached the highest productivity was the process with the initial load of 15 % and final of 25 % (2,4 g/L.h), and high ethanol global yield too (32 gEthanol/KgCAB), so this process achieved the best results of present study. Based on the results presented, CAB-OH showed a promising substrate for ethanol production by SSF and PSSF processes, conducted by batch and fed batch method, using high loadings of solids.