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A viabilidade da produção em escala industrial de produtos biotecnológicos de interesse comercial e terapêutico, como os fármacos, depende significativamente das técnicas de separação e purificação utilizadas. A aplicação do sistema de duas fases aquosas (SDFA) é proposta como alternativa para a purificação, pois permite a separação e análise de biomoléculas, de modo que estas não percam sua atividade ou propriedades desejadas. Esta técnica é interessante para a purificação em larga escala, pois permite partição seletiva, com potencial de obtenção de altos rendimentos, além de apresentar boa relação custo-benefício. O presente trabalho estudou a purificação por extração líquido-líquido do ácido clavulânico em SDFA utilizando um novo sistema polimérico aquoso, formado pelos polímeros polietileno glicol (PEG) e ácido poliacrílico (APA). Foram estudadas diferentes composições do sistema polimérico aquoso PEG/APA, empregando diferentes massas molares e concentrações para o PEG e utilizando a massa molar 8000g/mol para o APA. Com base nas informações obtidas o melhor ponto de extração para o ácido clavulânico na presença de Na2SO4 foi definido como MPEG=400 g/mol, CPEG=17,5% (m/m) e CNaPA=22,5% (m/m) com K= 19,14, ηT=91,21%, BM=101,69 e R=0,45. Enquanto que na presença de NaCl, o melhor ponto encontrado foi: MPEG=400 g/mol, CPEG=35% (m/m) e CNaPA=10% (m/m) com K=11,96 ηT=80,04%, BM=90,18 e R=0,66. No trabalho será avaliada, também, a influência da temperatura, pH e força iônica nesse sistema. Estabeleceram-se os melhores parâmetros de separação do ácido clavulânico presente em meio fermentado produzido por Streptomyces clavuligerus utilizando a metodologia de fermentação extrativa com SDFA PEG/APA. O efeito do ácido clavulânico no diagrama de fases do sistema PEG-APA, bem como sua partição na forma pura e na presença de homogeneizado celular, foi estudado principalmente através da determinação do coeficiente de partição e recuperação do respectivo fármaco. / The viability of industrial scale production of commercial and therapeutical biotechnological products, such as drugs, is significantly dependent on the separation and purification techniques applied. The use of two-aqueous phase systems (ATPS) is proposed as an alternative to purification because it allows the separation and analysis of biomolecules, so that they do not lose their activities or desired properties. This technique is interesting for large scale purification because it allows selective partition with high potential yield and good cost/benefit ratio. The present work studied the purification of clavulanic acid (CA) by liquid-liquid extraction in ATPS applying a new aqueous polymeric system composed of two polymers, namely polyethylene-glicol (PEG) and sodium polyacrylate (NaPA). Different compositions of the aqueous polymeric system (PEG/PAA) were utilized, employing different PEG molar masses (MPEG) and concentrations (CPEG) and a molar mass of PAA of 8000 g/mol. In the light of the results obtained, the best conditions for clavulanic acid extraction, in the presence of Na2SO4, were MPEG = 400 g/mol, CPEG = 17.5% (m/m) and CNaPA = 22.5% (m/m), which allowed obtaining a partition coefficient (K) of 19.14, a yield in the top phase (ηT) of 91.21%, a mass balance (MB) of 101.69 and a volume ratio (R) of 0.45. On the other hand, in the presence of NaCl, the best results (K = 11.96, ηT = 80.04%, MB = 90.18 and R = 0.66) were found at: MPEG = 400 g/mol, CPEG = 35% m/m and CNaPA = 10% m/m. The effect of clavulanic acid in the PEG-PAA system phase diagram and its partition either in its pure form or in the cell homogenate were studied mainly through both the determination of the partition coefficient and the recovery of the drug selected for this study.

A viabilidade da produção em escala industrial de produtos biotecnológicos de interesse comercial e terapêutico, como os fármacos, depende significativamente das técnicas de separação e purificação utilizadas. A aplicação do sistema de duas fases aquosas (SDFA) é proposta como alternativa para a purificação, pois permite a separação e análise de biomoléculas, de modo que estas não percam sua atividade ou propriedades desejadas. Esta técnica é interessante para a purificação em larga escala, pois permite partição seletiva, com potencial de obtenção de altos rendimentos, além de apresentar boa relação custo-benefício. O presente trabalho estudou a purificação por extração líquido-líquido do ácido clavulânico em SDFA utilizando um novo sistema polimérico aquoso, formado pelos polímeros polietileno glicol (PEG) e ácido poliacrílico (APA). Foram estudadas diferentes composições do sistema polimérico aquoso PEG/APA, empregando diferentes massas molares e concentrações para o PEG e utilizando a massa molar 8000g/mol para o APA. Com base nas informações obtidas o melhor ponto de extração para o ácido clavulânico na presença de Na2SO4 foi definido como MPEG=400 g/mol, CPEG=17,5% (m/m) e CNaPA=22,5% (m/m) com K= 19,14, ηT=91,21%, BM=101,69 e R=0,45. Enquanto que na presença de NaCl, o melhor ponto encontrado foi: MPEG=400 g/mol, CPEG=35% (m/m) e CNaPA=10% (m/m) com K=11,96 ηT=80,04%, BM=90,18 e R=0,66. No trabalho será avaliada, também, a influência da temperatura, pH e força iônica nesse sistema. Estabeleceram-se os melhores parâmetros de separação do ácido clavulânico presente em meio fermentado produzido por Streptomyces clavuligerus utilizando a metodologia de fermentação extrativa com SDFA PEG/APA. O efeito do ácido clavulânico no diagrama de fases do sistema PEG-APA, bem como sua partição na forma pura e na presença de homogeneizado celular, foi estudado principalmente através da determinação do coeficiente de partição e recuperação do respectivo fármaco. / The viability of industrial scale production of commercial and therapeutical biotechnological products, such as drugs, is significantly dependent on the separation and purification techniques applied. The use of two-aqueous phase systems (ATPS) is proposed as an alternative to purification because it allows the separation and analysis of biomolecules, so that they do not lose their activities or desired properties. This technique is interesting for large scale purification because it allows selective partition with high potential yield and good cost/benefit ratio. The present work studied the purification of clavulanic acid (CA) by liquid-liquid extraction in ATPS applying a new aqueous polymeric system composed of two polymers, namely polyethylene-glicol (PEG) and sodium polyacrylate (NaPA). Different compositions of the aqueous polymeric system (PEG/PAA) were utilized, employing different PEG molar masses (MPEG) and concentrations (CPEG) and a molar mass of PAA of 8000 g/mol. In the light of the results obtained, the best conditions for clavulanic acid extraction, in the presence of Na2SO4, were MPEG = 400 g/mol, CPEG = 17.5% (m/m) and CNaPA = 22.5% (m/m), which allowed obtaining a partition coefficient (K) of 19.14, a yield in the top phase (ηT) of 91.21%, a mass balance (MB) of 101.69 and a volume ratio (R) of 0.45. On the other hand, in the presence of NaCl, the best results (K = 11.96, ηT = 80.04%, MB = 90.18 and R = 0.66) were found at: MPEG = 400 g/mol, CPEG = 35% m/m and CNaPA = 10% m/m. The effect of clavulanic acid in the PEG-PAA system phase diagram and its partition either in its pure form or in the cell homogenate were studied mainly through both the determination of the partition coefficient and the recovery of the drug selected for this study.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-05-23T13:07:09Z No. of bitstreams: 1 Anna Carolina da Silva.pdf: 1738062 bytes, checksum: 8a7486e43be42611cf895a1cc7556737 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-23T13:07:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anna Carolina da Silva.pdf: 1738062 bytes, checksum: 8a7486e43be42611cf895a1cc7556737 (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The xylanases randomly hydrolyzes β-1,4-glycosidic bonds of xylan, producing xylooligomers of different sizes, therefore, these enzymes can be used in the diet of monogastric animals to hydrolyze the non-starch polysaccharides like β-glucans and arabinoxylans found in cereals, improving feed conversion and weight gain by decreasing the anti-nutritional effects caused by xylan. All sources of xylanase, filamentous fungi are interesting from the industrial viewpoint, because they have a high enzyme production when compared to other micro-organisms in fermentation processes. The production cost of the enzyme is concentrated mainly in the post-fermentation processes in an attempt to obtain pure enzyme. The application of extractive fermentation decreases cost by the reduction in purification steps of the molecule. The objective of this work by producing xylanase in ATPS extractive fermentation by Aspergillus tamarii URM 4634, scale production in bioreactors, the enzyme partially characterize and evaluate the influence of their activity in monogastric digestion. The xylanase had a better performance at acidic pH (3.6) and 90 ° C, proving to be stable to pH and temperature, maintaining its activity above 40 and 50% respectively, for 180 minute test. Most ions and inhibitors tested did not significantly alter its activity. The xylanase has great potential to be applied in the feed industry for its features and especially for having behaved positively in simulated gastric digestion. / As xilanases hidrolisam aleatoriamente ligações β-1,4-glicosídicas da xilana, produzindo xilooligomêros de diferentes tamanhos; por esta razão, essas enzimas podem ser utilizadas na dieta de animais monogástricos para hidrolisar os polissacarídeos não-amiláceos como β-glucanos e arabinoxilanos encontrados em cereais, melhorando a conversão alimentar e o ganho de peso, por diminuírem o efeito anti-nutricional causado pela xilana. De todas as fontes de xilanases, os fungos filamentosos são interessantes do ponto de vista industrial, pelo fato de terem alta produção de enzimas quando comparados a outros micro-organismos em processos fermentativos. O custo de produção da enzima concentra-se, principalmente, nos processos pós-fermentativos na tentativa de se obter a enzima pura. A fermentação extrativa diminui o custo pela redução nas etapas de purificação da molécula. Objetivou-se com este trabalho produzir xilanase por fermentação extrativa em sistemas de duas fases aquosas (SDFA) por Aspergillus tamarii URM 4634, escalonar a produção em biorreatores, caracterizar parcialmente a enzima e avaliar a influência da sua atividade na digestão monogástrica. A xilanase produzida teve melhor desempenho em pH ácido (3,6) e a 90 °C, demonstrando ser estável ao pH e à temperatura, mantendo sua atividade acima dos 40 e 50%, respectivamente, nos 180 minutos de ensaio. A maioria dos íons e substâncias inibidoras testadas não alterou significativamente sua atividade. A xilanase tem grande potencial para ser aplicada na indústria de rações por suas características e principalmente por ter comportado positivamente na simulação da digestão gástrica.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:22:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CohenPaternina_LiaMargarita_M.pdf: 3628516 bytes, checksum: 16200d398e141c7876209c1a40dd5580 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O álcool etílico, também conhecido como bioetanol, apresenta características positivas para ser utilizado como combustível em larga escala, como custo relativamente baixo, ser menos poluente quando comparado com os combustíveis de origem fóssil e poder ser produzido a partir de uma matriz renovável por meio da fermentação de produtos de origem vegetal. O processo de fermentação alcoólica convencional é caracteristicamente inibitório, porque o álcool etílico produzido inibe o crescimento das células de leveduras, diminuindo o rendimento do processo. Portanto, o estudo do processo de produção de bioetanol, visando o aumento da eficiência de cada uma das etapas do processo é essencial. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a simulação de um processo de produção de bioetanol baseado no conceito de fermentação extrativa a vácuo, na qual o etanol é retirado do meio fermentativo ao mesmo tempo em que é produzido, permitindo assim, que sua concentração no reator permaneça em níveis baixos durante o processo. Além disso, foi acoplada uma unidade de absorção para recuperação do etanol arrastado pela corrente de gases de fermentação. Este estudo foi realizado no simulador comercial ASPEN PLUS®. Para o cálculo das propriedades termodinâmicas no simulador, utilizou-se o modelo de equilíbrio termodinâmico NRTL-HOC (Non-Random Two-Liquid - Hayden-O'Connell), já que este descreveu adequadamente o comportamento da maioria dos sistemas binários presentes no processo. Através das análises de sensibilidade realizadas em estado estacionário, determinou-se as faixas de operação ótimas de cada unidade de processo (flash, coluna de absorção, entre outras.). Assim, foi determinando, que o processo de fermentação extrativa a vácuo apresentou maiores rendimentos (97,23%) frente ao processo convencional (96,59%) quando calculados com uma porcentagem de conversão de 93%. Para obter resultados mais reais na simulação do processo, foi programada uma unidade de fermentação baseada na modelagem matemática da fermentação alcoólica encontrada na literatura, a qual inclui parâmetros cinéticos estimados a partir de dados experimentais. Finalmente, esta unidade programada no modulo ASPEN CUSTOM MODELER foi exportada e acoplada à simulação do processo executada em ASPEN PLUS®. Com isso, foi possível simular um processo mais eficiente devido à diminuição da inibição celular causada pelo produto, além de recuperar o etanol arrastado pelos gases de fermentação / Abstract: The ethanol, also known as bioethanol, shows positive characteristics for being used as a large scale fuel, mainly because of the relatively low cost, low pollutant impact compared to fossil fuels and its feasibility of being produced from a renewable matrix through fermentation of vegetable origin products. The conventional fermentation process is typically inhibitory since the produced ethanol inhibits the yeast cells growth, reducing the yield of process. Therefore, improving the efficiency of bioethanol production is essential for reducing the production costs and it is necessary the study of each process step especially the fermentation one. In this context, this study aims the simulation of a bioethanol production process based on the concept of vacuum extractive fermentation in which the production and removal of ethanol occurs simultaneously, allowing low concentration levels into the during the process. In addition, it was coupled an absorption unit to recover the ethanol carried by the fermentation gases. This study was conducted in the commercial simulator ASPEN PLUS®. It was used the thermodynamic equilibrium model NRTL-HOC (Non Random Two Liquid- Hayden-O'Connell)for the estimation of thermodynamic properties in the simulator since it adequately describes the behavior of most binary systems present in the process. Through the sensitivity analysis performed in steady state, it was determined the optimum operating ranges of each process unit (flash, absorption column, among others.). Therefore, it was determined that the vacuum extractive fermentation process had higher yields (97.23%) compared to the conventional process (96.59%) when calculated with a conversion percentage of 93%. It was programmed, for obtaining the most accurate process simulation results, a fermentation unit based on a fermentation mathematical modeling found in the literature, which includes the kinetic parameters estimated from experimental data. Finally, this unit programmed into ASPEN CUSTOM MODELER module was exported and coupled to the simulation process executed in ASPEN PLUS®. As a result, it was possible to simulate a more efficient process due to the decreased in the cell inhibition caused by the product and it was recovered the ethanol dragged by the fermentation gases / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Processos fermentativos que visam um salto tecnológico na produção de etanol, que potencialize o processo fermentativo, destaca-se a fermentação extrativa a vácuo. Assim buscou-se selecionar linhagens tolerantes à alta pressão osmótica para serem empregadas em processo de fermentação extrativa. Foram realizadas seleções a partir de 444 cepas de leveduras oriundas da biodiversidade das Usinas Brasileiras, que fazem parte do banco de leveduras do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC), tendo como base o meio formulado com melaço e vinhaça para simular a fermentação extrativa. A seleção se baseou em submeter as linhagens às fermentações em condições crescentes de estresse osmótico, buscando destacar linhagens com a tolerância desejada. Para tal, as linhagens em mistura foram submetidas à propagação durante 93 gerações em meios com crescentes quantidades de melaço e vinhaça. Em etapa seguinte, 90 cepas foram isoladas e avaliadas mediante o crescimento (μmax e biomassa) em condição de estresse osmótico e genotipadas. O método usado na genotipagem foi o PCR - microssatélite, o qual permitiu verificar se as cepas resultantes da seleção eram cepas industriais (BG-1, CAT-1, PE-2 e SA-1) ou cepas selvagens e/ou predominantes. Foram utilizados 5 pares de primers representando 5 diferentes loci. A genotipagem e a avaliação do crescimento em condições de estresse osmótico, baseado em características genéticas e fisiológicas, permitiu identificar 24 linhagens com potencial de tolerância a pressão osmótica. As cepas com desempenho superior foram submetidas à avaliação de crescimento em placa e as sete mais tolerantes à pressão osmótica foram selecionadas e utilizadas em reciclos fermentativos empregando-se mosto constituído de melaço e vinhaça. A linhagem com as melhores características para a fermentação com alta pressão osmótica foi avaliada em condições de fermentação extrativa à vácuo. A linhagem selecionada, denominada de F1-5, mostrou-se com grande potencial para a fermentação extrativa quando comparada com a referência CAT-1. / Fermentative processes that aim for technology innovations in the ethanol production, which improve the fermentative process, emphasizing the in vacuum extractive fermentation. So we have selected strains tolerant for high osmotic pressure to be in extractive fermentation process for ethanol production. We 444 yeast strains from Brazilian Mills biodiversity, which Sugarcane Technology Center\'s (CTC) yeast bank, based on a medium formulated with molasses and vinasse, to simulate the extractive fermentation. The selection was based on submiting strains to the fermentation in in high osmotic stress condition, trying to feature strains with desired tolerance, so, the mixed strains were submitted to propagation for 93 generations in medium with increasing amounts of molasses and vinasse. In the following step, 90 strains were isolated and evaluated by growth (μmax and biomass) in osmotic stress condition and genotyped. The method used in genotyping was the PCR - microsatellite, which enable to estimate if resulting selection strains were from industrial strains (BG-1, CAT-1, PE-2 and SA-1) or wild strains and / or prevalent. 5 pairs of primers were used representing 5 different loci. The genotyping and the growth evaluation in osmotic stress conditions allowed identify strains based on genetic and physiological characteristics, making possible to identify 24 strains with a potential tolerance to osmotic pressure. The strains with better performance were submitted to evaluation growth on boards and the 7 most tolerant to osmotic pressure were selected and used in fermentative recycles using medium containing molasses and vinasse. The strain with the best features in the fermentation in high osmotic pressure was evaluated in vacuum extractive fermentation conditions. The selected strain, named F1-5, proved to have a great potential for extractive fermentation when compared to the reference CAT-1.

Processos fermentativos que visam um salto tecnológico na produção de etanol, que potencialize o processo fermentativo, destaca-se a fermentação extrativa a vácuo. Assim buscou-se selecionar linhagens tolerantes à alta pressão osmótica para serem empregadas em processo de fermentação extrativa. Foram realizadas seleções a partir de 444 cepas de leveduras oriundas da biodiversidade das Usinas Brasileiras, que fazem parte do banco de leveduras do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC), tendo como base o meio formulado com melaço e vinhaça para simular a fermentação extrativa. A seleção se baseou em submeter as linhagens às fermentações em condições crescentes de estresse osmótico, buscando destacar linhagens com a tolerância desejada. Para tal, as linhagens em mistura foram submetidas à propagação durante 93 gerações em meios com crescentes quantidades de melaço e vinhaça. Em etapa seguinte, 90 cepas foram isoladas e avaliadas mediante o crescimento (μmax e biomassa) em condição de estresse osmótico e genotipadas. O método usado na genotipagem foi o PCR - microssatélite, o qual permitiu verificar se as cepas resultantes da seleção eram cepas industriais (BG-1, CAT-1, PE-2 e SA-1) ou cepas selvagens e/ou predominantes. Foram utilizados 5 pares de primers representando 5 diferentes loci. A genotipagem e a avaliação do crescimento em condições de estresse osmótico, baseado em características genéticas e fisiológicas, permitiu identificar 24 linhagens com potencial de tolerância a pressão osmótica. As cepas com desempenho superior foram submetidas à avaliação de crescimento em placa e as sete mais tolerantes à pressão osmótica foram selecionadas e utilizadas em reciclos fermentativos empregando-se mosto constituído de melaço e vinhaça. A linhagem com as melhores características para a fermentação com alta pressão osmótica foi avaliada em condições de fermentação extrativa à vácuo. A linhagem selecionada, denominada de F1-5, mostrou-se com grande potencial para a fermentação extrativa quando comparada com a referência CAT-1. / Fermentative processes that aim for technology innovations in the ethanol production, which improve the fermentative process, emphasizing the in vacuum extractive fermentation. So we have selected strains tolerant for high osmotic pressure to be in extractive fermentation process for ethanol production. We 444 yeast strains from Brazilian Mills biodiversity, which Sugarcane Technology Center\'s (CTC) yeast bank, based on a medium formulated with molasses and vinasse, to simulate the extractive fermentation. The selection was based on submiting strains to the fermentation in in high osmotic stress condition, trying to feature strains with desired tolerance, so, the mixed strains were submitted to propagation for 93 generations in medium with increasing amounts of molasses and vinasse. In the following step, 90 strains were isolated and evaluated by growth (μmax and biomass) in osmotic stress condition and genotyped. The method used in genotyping was the PCR - microsatellite, which enable to estimate if resulting selection strains were from industrial strains (BG-1, CAT-1, PE-2 and SA-1) or wild strains and / or prevalent. 5 pairs of primers were used representing 5 different loci. The genotyping and the growth evaluation in osmotic stress conditions allowed identify strains based on genetic and physiological characteristics, making possible to identify 24 strains with a potential tolerance to osmotic pressure. The strains with better performance were submitted to evaluation growth on boards and the 7 most tolerant to osmotic pressure were selected and used in fermentative recycles using medium containing molasses and vinasse. The strain with the best features in the fermentation in high osmotic pressure was evaluated in vacuum extractive fermentation conditions. The selected strain, named F1-5, proved to have a great potential for extractive fermentation when compared to the reference CAT-1.

O ácido clavulânico (AC) é um potente inibidor de β-lactamases utilizado na área médica. Métodos alternativos, econômicos e simples para sua purificação são de grande interesse. Este trabalho objetivou produzir e extrair AC de Streptomyces spp. por fermentação extrativa utilizando sistema de duas fases aquosas (SDFA) - polietileno glicol (PEG)/sais fosfato. Foi selecionado o melhor produtor de AC entre sete linhagens de Streptomyces spp. Avaliou-se a influência de cinco fatores no cultivo do melhor produtor em frascos agitados (pH, temperatura, velocidade de agitação, concentrações das fontes de nitrogênio e de carbono), utilizando planejamento experimental estatístico. Definidas as melhores condições de cultivo, foram estudadas a produção e a extração do AC em fermentação extrativa utilizando SDFA em frascos agitados e em sistema descontínuo utilizando biorreator. Em biorreator também foram realizados o estudo termodinâmico do processo de fermentação nas condições ótimas obtidas nas etapas anteriores e a determinação do coeficiente volumétrico de transferência de massa (kLa), comparando os sistemas de fermentação no meio de cultivo simples (SF) e fermentação extrativa utilizando sistema SDFA PEG/sais fosfato (SFE) sem e com crescimento microbiano. A linhagem de Streptomyces selecionada como a melhor produtora de AC foi a DAUFPE 3060, a qual apresentou a maior produção desse inibidor, 494 mg/L em 48h, em frascos agitados nas condições: pH 6,0, 32°C, 150 rpm, 5 g/L de glicerol e 20 g/L de farinha de soja. Após a etapa de otimização realizada para o estudo da temperatura e da concentração de farinha de soja, variáveis mais significativas no estudo de seleção, a temperatura e a concentração de farinha de soja ótimas, foram 32°C e 40 g/L, respectivamente, com produção de 629 mg/L de AC em 48h. O estudo termodinâmico confirmou que a temperatura de 32°C é a máxima de produção do AC; após esse valor, inicia-se, gradualmente, a degradação do AC. No estudo da determinação do coeficiente de transferência de massa, kLa, sem crescimento microbiano, observaram-se valores maiores de kLa para o SF, devido à viscosidade do PEG utilizado no SFE. A massa molar do PEG e a velocidade de agitação foram as variáveis que mais influenciaram na extração de AC no SFE em frascos agitados, apresentando comportamento semelhante em biorreator. E, finalmente, o estudo da transferência de oxigênio do SFE utilizando SDFA com crescimento microbiano foi avaliado para otimizar a produção e a extração de AC. Os resultados obtidos demonstraram que existe uma faixa ideal de velocidade de agitação e de aeração para evitar o rompimento celular e aumentar a recuperação de AC. / Clavulanic acid (CA) is a potent inhibitor of β-lactamases used in the medical field. Alternative methods, economic and simple purification are of great interest. This PhD project aims to produce and extract clavulanic acid of Streptomyces spp. By extractive fermentation using aqueous two-phase system (ATPS) - Polyethylene glycol (PEG)/phosphate salts. The best producer of clavulanic acid among seven strains of Streptomyces spp was selected. The influence of five factors in the cultivation of the best producer in flasks (pH, temperature, agitation velocity, concentrations of nitrogen and carbon sources) using statistical experimental design was evaluated. Defined the best cultivation conditions, the production and extraction of clavulanic acid by extractive fermentation using ATPS in flasks and in a batch system using a bioreactor was analyzed. In batch system using a bioreactor were also carried out the thermodynamic study of the fermentation process in optimum conditions determined in previous steps and also determined the volumetric mass transfer coefficient (kLa) comparing the fermentation systems in simple culture medium (SF) and in a extractive fermentation using aqueous two-phase system (ATPS) PEG/phosphate salts (SEF) medium with and without microbial growth. A strain of Streptomyces spp. selected as the best producer of AC was DAUFPE 3060, which showed the highest production of this inhibitor, 494 mg/L at 48h, in flasks under the conditions of pH 6.0, 32 °C, 150 rpm, 5 g/L of glycerol and 20 g/L of soybean flour. After the optimization step, the most significant variables in the study selection, temperature and concentration of soybean flour, were studied. The optimal values were 32 °C and 40 g/L of temperature and soybean flour concentration, respectively, with production of 629 mg/L of CA after 48h of cultivation. The thermodynamic study confirmed that 32 °C is the maximum temperature production of CA, after this value, starts gradually, the degradation of CA. In the study of volumetric mass transfer coefficient, kLa, without microbial growth, showed higher values of kLa for the SF, because the high viscosity of the PEG used in the SFE. The PEG molar mas and agitation velocity were the variables that most influenced the extraction of CA in flasks using a SFE, with similar behavior in a bioreactor. Finally, the study of oxygen transfer rate in SFE using ATPS with microbial growth was evaluated to optimize the production and extraction of CA. The results showed that there is an ideal range of agitation and aeration to prevent cell disruption and increase the CA recovery.

O ácido clavulânico (AC) é um potente inibidor de β-lactamases utilizado na área médica. Métodos alternativos, econômicos e simples para sua purificação são de grande interesse. Este trabalho objetivou produzir e extrair AC de Streptomyces spp. por fermentação extrativa utilizando sistema de duas fases aquosas (SDFA) - polietileno glicol (PEG)/sais fosfato. Foi selecionado o melhor produtor de AC entre sete linhagens de Streptomyces spp. Avaliou-se a influência de cinco fatores no cultivo do melhor produtor em frascos agitados (pH, temperatura, velocidade de agitação, concentrações das fontes de nitrogênio e de carbono), utilizando planejamento experimental estatístico. Definidas as melhores condições de cultivo, foram estudadas a produção e a extração do AC em fermentação extrativa utilizando SDFA em frascos agitados e em sistema descontínuo utilizando biorreator. Em biorreator também foram realizados o estudo termodinâmico do processo de fermentação nas condições ótimas obtidas nas etapas anteriores e a determinação do coeficiente volumétrico de transferência de massa (kLa), comparando os sistemas de fermentação no meio de cultivo simples (SF) e fermentação extrativa utilizando sistema SDFA PEG/sais fosfato (SFE) sem e com crescimento microbiano. A linhagem de Streptomyces selecionada como a melhor produtora de AC foi a DAUFPE 3060, a qual apresentou a maior produção desse inibidor, 494 mg/L em 48h, em frascos agitados nas condições: pH 6,0, 32°C, 150 rpm, 5 g/L de glicerol e 20 g/L de farinha de soja. Após a etapa de otimização realizada para o estudo da temperatura e da concentração de farinha de soja, variáveis mais significativas no estudo de seleção, a temperatura e a concentração de farinha de soja ótimas, foram 32°C e 40 g/L, respectivamente, com produção de 629 mg/L de AC em 48h. O estudo termodinâmico confirmou que a temperatura de 32°C é a máxima de produção do AC; após esse valor, inicia-se, gradualmente, a degradação do AC. No estudo da determinação do coeficiente de transferência de massa, kLa, sem crescimento microbiano, observaram-se valores maiores de kLa para o SF, devido à viscosidade do PEG utilizado no SFE. A massa molar do PEG e a velocidade de agitação foram as variáveis que mais influenciaram na extração de AC no SFE em frascos agitados, apresentando comportamento semelhante em biorreator. E, finalmente, o estudo da transferência de oxigênio do SFE utilizando SDFA com crescimento microbiano foi avaliado para otimizar a produção e a extração de AC. Os resultados obtidos demonstraram que existe uma faixa ideal de velocidade de agitação e de aeração para evitar o rompimento celular e aumentar a recuperação de AC. / Clavulanic acid (CA) is a potent inhibitor of β-lactamases used in the medical field. Alternative methods, economic and simple purification are of great interest. This PhD project aims to produce and extract clavulanic acid of Streptomyces spp. By extractive fermentation using aqueous two-phase system (ATPS) - Polyethylene glycol (PEG)/phosphate salts. The best producer of clavulanic acid among seven strains of Streptomyces spp was selected. The influence of five factors in the cultivation of the best producer in flasks (pH, temperature, agitation velocity, concentrations of nitrogen and carbon sources) using statistical experimental design was evaluated. Defined the best cultivation conditions, the production and extraction of clavulanic acid by extractive fermentation using ATPS in flasks and in a batch system using a bioreactor was analyzed. In batch system using a bioreactor were also carried out the thermodynamic study of the fermentation process in optimum conditions determined in previous steps and also determined the volumetric mass transfer coefficient (kLa) comparing the fermentation systems in simple culture medium (SF) and in a extractive fermentation using aqueous two-phase system (ATPS) PEG/phosphate salts (SEF) medium with and without microbial growth. A strain of Streptomyces spp. selected as the best producer of AC was DAUFPE 3060, which showed the highest production of this inhibitor, 494 mg/L at 48h, in flasks under the conditions of pH 6.0, 32 °C, 150 rpm, 5 g/L of glycerol and 20 g/L of soybean flour. After the optimization step, the most significant variables in the study selection, temperature and concentration of soybean flour, were studied. The optimal values were 32 °C and 40 g/L of temperature and soybean flour concentration, respectively, with production of 629 mg/L of CA after 48h of cultivation. The thermodynamic study confirmed that 32 °C is the maximum temperature production of CA, after this value, starts gradually, the degradation of CA. In the study of volumetric mass transfer coefficient, kLa, without microbial growth, showed higher values of kLa for the SF, because the high viscosity of the PEG used in the SFE. The PEG molar mas and agitation velocity were the variables that most influenced the extraction of CA in flasks using a SFE, with similar behavior in a bioreactor. Finally, the study of oxygen transfer rate in SFE using ATPS with microbial growth was evaluated to optimize the production and extraction of CA. The results showed that there is an ideal range of agitation and aeration to prevent cell disruption and increase the CA recovery.