Master of Science / Department of Animal Sciences and Industry / James S. Drouillard / Three studies were conducted to assess effects of mineral supplementation on growing cattle performance, mineral status, and in vitro fermentation. Exp. 1 was a 3-part study that measured effects of Cu source and concentration on in vitro fermentation by mixed ruminal microbes. An initial in vitro experiment was performed to identify a Cu concentration (0, 100, 200, 300, 400, or 500 mg Cu/kg substrate DM) that would yield a 50% decrease in gas production. This concentration (100 mg Cu/kg substrate) was then used to evaluate varying Cu sources in the 3rd part of Exp.1. Titration of Cu (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, and 70 mg Cu/kg DM substrate) linearly decreased (P < 0.01) in vitro gas production, acetate, and propionate production. Inhibition of ruminal fermentation by Cu sources (CuSO₄, CuCl₂, CuCO₃, CuO, and tribasic copper chloride) also was evaluated using an in vitro fermentation system. Sources were incorporated into cultures at 100 mg Cu/kg substrate DM, a concentration great enough to elicit an inhibitory response. Copper sulfate and CuCl₂ were more inhibitory to in vitro fermentation, as indicated by decreases in gas production, VFA, and IVDMD, and increases in pH (P < 0.01). In Exp. 2, heifers were fed 3 different free-choice minerals: salt (S), a dry mineral basemix with salt (M), and a cooked molasses block (B); M and utilized the identical basemix. Mineral source had no effect on DMI, G:F, or concentrations of plasma P and Zn (P > 0.10). Average daily gain was greatest for M (P = 0.03), and not different between S and B (P = 0.98). Liver Cu concentrations were different among treatments (P < 0.01), with M having the greatest, B intermediate, and S having the least. Total dietary mineral intake also was different among treatments (P < 0.01), and was greatest for M, intermediate for B, and the least for S (P < 0.01). Experiment 3 × 4 factorial design and evaluated minerals added as different supplement types and trace mineral concentrations (0, 1, 5, or 10×) in an in vitro batch culture fermentation. Cooked molasses mineral blocks were compared to a dry mineral premix, and a dry mineral premix + molasses block added separately. In vitro fermentation was not different between the two molasses block treatments (P > 0.01); however, addition of molasses blocks increased fermentation to a greater extent than dry mineral alone (P < 0.01). Increasing trace mineral concentration decreased fermentation linearly (P < 0.01). In conclusion, excesses of trace elements can adversely affect fermentation by ruminal microbes. Mineral status in growing cattle was reflective of mineral intake; however, block supplements may be a method to control mineral intake to minimize overconsumption.

Orientador: Sandra Imaculada Maintinguer / Coorientador: Lorena Oliveira Pires / Banca: Denise Bevilaqua / Banca: Maria Bernadete Amâncio Varesche / Resumo: O glicerol bruto é um coproduto formado em volumes elevados na produção do biodiesel pela rota de transesterificação (cerca de 10% do volume total). Quando utilizado na forma bruta (baixo grau de pureza) é uma matéria-prima barata e renovável, podendo ser utilizada na produção de energia limpa, como na geração de H2. Entretanto, esse resíduo geralmente apresenta concentrações elevadas de sabões e metanol advindos do processo de obtenção do biodiesel. Devido a isto, o glicerol bruto foi codigerido com esgoto sanitário doméstico como estratégia para melhorar o rendimento de H2, fornecer nutrientes e diluir compostos potencialmente inibitórios. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi avaliar a geração de H2, Ácidos Graxos Voláteis (AGV's) e álcoois em reatores anaeróbios em batelada utilizando glicerol bruto, sem a aplicação de meio de cultivo sintético. Foram utilizados consórcios de bactérias geradoras de H2 provenientes de sistemas biológicos de tratamento de resíduo de avícola. O glicerol utilizado nos experimentos foi obtido a partir de transesterificação do óleo de cozinha doméstico reciclado, e, devido a isto, suas características físico-químicas representaram um grande desafio, uma vez que possuía contaminantes em concentrações elevadas, incluindo sabões e metanol. Previamente foi realizada a caracterização do glicerol. Os reatores foram alimentados com glicerol bruto diluído em esgoto sanitário nas seguintes concentrações (g DQO L-1): 20, 40, 60, 80, 160, 240 e 320... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Raw glycerol is a co-product formed at high volumes in biodiesel production by the transesterification route (about 10% of the total volume). When used in crude form (low purity) is a cheap and renewable raw material, and can be used in the production of clean energy, as in H2 generation. However, this residue usually presents high concentrations of soaps and methanol coming from the process of obtaining the biodiesel. Because of this, crude glycerol was co-digested with household sanitary sewage as a strategy to improve H2 yield, provide nutrients and dilute potentially inhibitory compounds. In this sense, the objective of this work was to evaluate the generation of H2, Volatile Fatty Acids (VFA) and alcohols in anaerobic reactors in batch using crude glycerol, without the application of synthetic culture medium. Consortia of H2-generating bacteria from biological systems of treatment of poultry residue were used. The glycerol used in the experiments was obtained from transesterification of recycled cooking oil, and due to this, its physico-chemical characteristics presented a great challenge, since it had contaminants in high concentrations, including soaps and methanol. The characterization of glycerol was previously performed. The reactors were operated with crude glycerol diluted in sanitary sewage in the following concentrations (g COD L-1): 20, 40, 60, 80, 160, 240 and 320. The removal of the Chemical Oxygen Demand (COD) and the consumption of glycerol were evaluated, ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-05-27Bitstream added on 2014-06-13T20:35:50Z : No. of bitstreams: 1 lopes_ar_me_rcla.pdf: 332770 bytes, checksum: e334997359c17b4bd92d43aaad7eeb65 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O ácido lático é produzido preferencialmente durante o metabolismo fermentativo de carboidratos por bactérias láticas (BAL). Esse processo metabólico anaeróbio gera 2 moles de ácido lático partindo-se de 1 mol de glicose. Procurando-se obtenção de ácido em meios de cultivo de baixo custo, foram avaliados 3 meios de cultivo: CSN a base de caldo de canade- açúcar, MRS modificado (2% de glicose) e o meio Padrão (4% sacarose). Para cada meio utilizou-se 4 Erlenmeyer’s de 250 mL sendo 1 deles o controle e os demais contendo as bactérias. Empregou-se após seleção prévia Lactobacillus delbrueckii 103.10.2 e linhagem selvagem não identificada na condição estática (30 ± 2°C) e agitada (150 rpm, temperatura de 30 ± 2°C) por 72 h. Os meios foram enriquecidos com extrato de tomate em diferentes concentrações (0; 0,5 ; 2 e 4%). O ácido lático produzido foi quantificado enzimaticamente pelo Accutrend Lactate® e a acidez total por titulometria. Acompanhou-se o consumo da glicose pelo método do ADNS. Verificou-se que 34,35gL-1 de ácido lático foram obtidos em 72 h de fermentação agitada pela linhagem selvagem não identificada, no meio CSN 12 brix acrescido de 4% de extrato de tomate, sendo consumidos 16,1 gL-1 de glicose. A linhagem Lactobacillus delbrueckii 103.10.2 produziu 27,90gL-1 de ácido lático em meio Padrão, contendo 0,5% de extrato de tomate, durante as 72h de cultivo. / The lactic acid is produced preferably during fermentative metabolism of carbohydrate for lactic acid bacteria (BAL). In this anaerobic metabolic process, two lactic acid molecules are produced from each molecule of glucose. In this study Lactobacillus delbrueckii 103.10.2 and unidentified wild strain was assayed in three different culture media: modified MRS medium (2% glucose), CSN (sugar-cane juice supplemented with nutrients) and a standard medium (4% sucrose) with agitation or under stationary conditions, enriched with tomato extract (0; 0,5 ; 2 and 4%). The lactic acid produced was measured with the Accutrend Lactate® as well as titration method (verification of acidity); and glucose concentration was determined by ADNS method. The best strain for lactic acid production was unidentified wild strain, presenting 34,35 gL-1 of lactic acid in the CSN 12 brix medium enriched with 4% of tomato extract; 16,1 gL-1 of glucose was consumed, at 30 ± 2°C for 72h, under agitation at 150 rpm.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-06-20Bitstream added on 2014-06-13T18:31:34Z : No. of bitstreams: 1 pedro_crl_me_rcla.pdf: 330187 bytes, checksum: fd53ab83cccca926710965b6e97ac83c (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / O crescente interesse mundial no aumento da produção do etanol como combustível alternativo bem como seu uso na indústria alcoolquímica através de processos de fermentação, tem proporcionado o desenvolvimento de novas tecnologias que auxiliem no aumento de sua produtividade e rendimento. Este estudo, portanto relata a influência das ondas ultra-sônicas durante processo fermentativo quando aplicada radiação em mosto contendo Saccharomyces cerevisiae. Dessa forma objetivou-se verificar se a aplicação do ultra-som no processo fermentativo induz alguma alteração quanto à produção de etanol. As ondas ultra-sônicas foram geradas com sonda vibratória de 19 KHz, a potência de 80 W com duração de 30 segundos a cada aplicação efetuada. Foram realizados quatro experimentos fermentativos empregando-se Saccharomyces cerevisiae na forma de fermento fresco prensado Fleischmann Royal ®. Celular Todos os experimentos foram elaborados com 5 repetições e as amostras para as análises dos experimentos I, III e IV, foram coletadas tempos 3; 6 e 9 horas de fermentação, exceto no experimento II que as amostragens foram nos tempos 1,5; 3 e 4,5 horas. As amostras para as análises destes, foram coletadas antes e após o procedimento de irradiação. Em todos os experimentos houve a coleta de amostras controle. Analisou-se nos mostos fermentados do experimento I: pH, acidez sulfúrica, número de células,viabilidade celular, produção de etanol, açúcar residual total e rendimentos fermentativos (prático, teórico, real e real do prático). Nos experimentos II, III e IV analisou-se somente a produção de etanol. No experimento IV foi realizado reciclo de células onde as células foram submetidas a 3 fermentações sucessivas. Os dados comparativos indicaram que a irradiação com ultra-som, diminui o pH e aumenta a acidez sulfúrica, quando comparado ao controle, supondo-se como... / The growing international interest in ethanol as an alternative to fossil fuels, as well as its industrial use by means of fermentative processes, has led to the development of new technologies aiming to increase ethanol productivity. This study therefore reports the influence of ultrasonic wave irradiation applied to sugar cane yeast containing Saccharomyces cerevisiae. Anyway the objective was to analyze the effects of ultrasound on the production of ethanol. The ultrasonic waves were generated with a vibratory frequency of 19 KHz, potency of 80 W, with 30 seconds duration during each treatment. A series of four fermentative experiments were performed using Saccharomyces cerevisiae contained in the fresh yeast Fleischmann Royal ®. All experiments were performed with 5 repetitions. For experiments I, III, and IV, samples were analyzed at 3, 6, and 9 hours after starting the fermentation process; whereas in the experiment II sampling was performed at 1.5, 3, and 4.5 hours of fermentation. Sample collection was performed before and after the irradiation procedure. In all experiments control samples were collected. The pH, sulphuric acidity, cell viability, number of cells, ethanol production, total residual sugar, fermentative output (practical, theoretical, real, and practical of real) were determined in the yeast of experiment I. For experiments II, III, and IV, only ethanol production was determined. During experiment IV cells were recycled for 3 successive fermentations. The comparative data showed that ultrasound irradiation reduced the pH and increased sulphuric acidity when compared to the control; these effects were possibly caused by an increase in organic acids and in CO2 production...(Complete abstract click electronic access below)

Glicerol é um álcool gerado na produção de biodiesel, que corresponde 10% em relação ao biocombustível. Devido à crescente produção de biodiesel, pode ser utilizado como substrato para a obtenção de outros compostos, como o 2,3-butanodiol, através de vias fermentativas. Esta substância, que tem potencial de aplicação industrial e como combustível, pode ser obtida pela fermentação de glicerol pela bactéria anaeróbia facultativa Klebsiella oxytoca. Neste trabalho foram avaliados parâmetros e condições operacionais para o cultivo de K. oxytoca ATCC 8724, visando à obtenção de 2,3- butanodiol a partir de glicerol. Em razão do equilíbrio observado entre 2,3-butanodiol e acetoína, em proporção significativamente maior para o primeiro, no metabolismo fermentativo de K. oxytoca, a discussão dos resultados deste trabalho levam em conta a soma das concentrações destes compostos. Os resultados indicaram que este microrganismo metaboliza eficientemente o glicerol, visto que a velocidade média de crescimento celular neste substrato, em 8 horas de cultivo em frascos sob agitação, foi de 0,44 g/L/h, superior à obtida com glicose (0,38 g/L/h) nas mesmas condições. Observou-se que para substratos sacaríneos, que o metabolismo microbiano pode ser dividido em duas fases: na primeira fase, sem limitação de oxigênio, ocorre acentuado crescimento celular, em razão da prevalência da respiração, que resulta em substancial ganho energético para o microrganismo, enquanto na segunda fase, com limitação de oxigênio dissolvido, o fluxo de carbono é cada vez mais dirigido à formação de produtos de fermentação. Assim, em ensaios em regime descontínuo conduzidos em biorreator de bancada, o uso de uma velocidade característica de transferência de oxigênio (OTR) intermediária, da ordem de 17 mmol/L/h, proporcionou resultados superiores em termos de produção de 2,3-butanodiol, com conversão de 60 g/L de glicerol em 17,3 g/L do produto. Em regime descontínuo, a mais alta conversão de glicerol em produto foi alcançada com concentração inicial de substrato de 129 g/L, sendo produzidos, em 48 horas, 53,6 g/L de 2,3-butanodiol, o que significa um rendimento superior a 83% em relação ao máximo teórico. Com concentrações iniciais de glicerol de até 60 g/L, não foi constatado efeito inibitório sobre o crescimento celular. Por outro lado, o uso de 160 g/L de glicerol inicial levou a uma drástica redução do rendimento do processo (apenas 56,3%) e a uma concentração residual de substrato de 98 g/L, após 72 de cultivo. Com a condução do processo em regime descontínuo alimentado, como alternativa para contornar os efeitos de inibição pelo substrato, resultados expressivos foram alcançados com a massa de glicerol equivalente à que seria necessária para ter-se 202 g/L em regime descontínuo. Nestas condições, 92,1 g/L de 2,3-butanodiol e rendimento de 92,6%, foram alcançados, em 84 horas de fermentação. Os resultados revelam, o grande potencial de uso de glicerol como substrato para a produção de 2,3-butanodiol em escala industrial. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-02-24T17:53:50Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago Romio.pdf: 1717457 bytes, checksum: 861ff4780512e09b8f504992b102d1ec (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-24T17:53:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago Romio.pdf: 1717457 bytes, checksum: 861ff4780512e09b8f504992b102d1ec (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Glycerol is a by-product of biodiesel production, which accounts for approximately 10% of the biofuel. Since a large volume of it is formed in industry, glycerol could be used as a substrate to obtain other compounds, such as 2,3-butanediol, through fermentative routes. This substance, which has potential for application in industry and as fuel, can be obtained by glycerol fermentation with the facultative anaerobe bacterium Klebsiella oxytoca. In this work, parameters and operational conditions for the cultivation of K. oxytoca ATCC 8724, envisaging 2,3-butanediol production from glycerol, were assessed. Due to the equilibrium between 2,3-butanediol and acetoin, in a significantly higher proportion for the first product, in the fermentative metabolism of K. oxytoca, the discussion of this work takes in account the sum of concentrations of these compounds. The results have shown that the microorganism is able to efficiently metabolize glycerol once cell growth rate on this substrate, after 8 hours of cultivation in shake flasks, was 0.44 g/L/h, higher than that obtained with glucose (0.38 g/L/h) under the same conditions. As previously described for saccharides, it was observed that the microbial metabolism can be divided into two phases: in the first phase, without limitation of oxygen, an intense cell growth occurs due to the prevalence of respiration, that results in a substantial gain of energy for the microorganism, whereas in the second phase, under oxygen limitation, most of carbon flux is driven to the formation of fermentation products. Thus, in batch runs carried out in a bench bioreactor, the use of an intermediate characteristic oxygen transfer rate (OTR) of about 17 mmol/L/h, led to superior results in terms of 2,3-butanediol production, with conversion of 60 g/L of glycerol to 17.3 g/L of product. In batch mode, the highest conversion of glycerol to product was achieved with 129 g/L of initial substrate concentration, with the production of 53.6 g/L 2,3-butanediol, in 48 hours, which means a yield of 83% in relation to the theoretical maximum. With initial glycerol concentrations up to 60 g/L, no inhibitory effect on cell growth was observed. On the other hand, the use of 160 g/L of glycerol led to a drastic decrease in the process yield to 56.3% and to a residual concentration of substrate of 98 g/L after 72 h of cultivation. By carrying out the process in fed-batch mode, as an alternative to overcome the substrate inhibitory effects, remarkable results have been attained with the mass of glycerol that would be needed to have an initial concentration of 202 g/L in batch mode. Under these conditions, a final concentration of 92.1 g/L of 2,3-butanediol, corresponding to a yield of 92.6%, was achieved after 84 hours of fermentation. The results show clearly the high potential of the use of glycerol as a substrate for 2,3- butanediol production in industrial scale.

Orientador: Dejanira de Franceschi de Angelis / Coorientador: Alexandre Nunes Ponezi / Banca: Clóvis Parazzi / Banca: Jonas Contiero / Banca: Jorge Hori / Banca: Luciana Fontes Coelho / Resumo: Neste trabalho avaliou-se a produção de ácido lático por bactérias isoladas de alimentos deteriorados e da agroindústria. As cepas foram isoladas e purificadas pela técnica de diluição seriada e plaqueamento por superfície, utilizando solução salina e meio MRS sólido com adição de actidiona 0,5% e CaCO3 0,3%, respectivamente. As fermentações foram conduzidas em frascos do tipo Schott, em meios MRS e MRS modificado com 40% de glicose, com e sem ajuste do pH, a temperatura de 35°C ± 2°C por 96h. O inoculo foi padronizado a O.D. de 0,08 a 0,1, 625nm. Durante as fermentações foram avaliados o consumo da glicose (g.L-1), o crescimento microbiano (UFC.mL-1), a produção de ácido lático (g.L-1), o rendimento (YP/S) % e a produtividade (g/L.h-1). As análises de quantificação do ácido lático foram realizadas por Lactímetro® e por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A maior produção de ácido lático (15,60 g.L-1) foi obtida pela Cepa 22 em MRS modificado com um rendimento (YP/S) de 39,0 % e produtividade de 0,41 g/L.h-1. Nas fermentações em biorreator a maior produção de ácido lático (18,23 g.L-1) foi obtida pela Cepa 16 em MRS com um rendimento (YP/S) de 91,13 % e produtividade de 3,31 g/L.h-1. As cepas 16 e 22 foram identificadas como gênero Enterococcus / Abstract: This work evaluated lactic acid production by isolated bacteria from spoiled food and agroindustry. Strains were isolated and purificated by serial dilution in sterile saline solution and platings in MRS agar with 0.5% actidione and 0.3% of CaCO3. Fermentations were performed in MRS media and MRS modified media with glucose 40%, with and without pH adjustment at temperature 35°C ± 2°C for 96h. The inoculum was standardized OD 0.08 to 0.1 at 625nm. The consumption of glucose (g.L-1), microbial growth (CFU. mL-1), lactic acid production (g.L-1), yield (YP/S)% and productivity (g/L.h-1) were determined during fermentations. Lactic acid quantification were performed by Lactimeter® and high performance liquid chromatography (HPLC). The higher lactic acid content observed was (15.60 g.L-1) strain 22 in MRS modified media with a yield (YP/S) of 39.0 % and productivity of 0.41 g/L.h-1. In fermentations by bioreactor the higher lactic acid content observed was (18.23 g.L-1) strain 16 in MRS media with a yield (YP/S) of 91.13% and productivity of 3.31 g/L.h-1. The strains 16 and 22 were identified like genus Enterococcus / Doutor

Orientador: Sâmia Maria Tauk-Tornisielo / Coorientador: Sandra Regina Ceccato Antonini / Banca: Eleni Gomes / Banca: Dejanira de Franceschi de Angelis / Banca: Antonio Sampaio Baptista / Banca: / Resumo: A procura por novas espécies de leveduras capazes de fermentar pentoses é um dos desafios frente às dificuldades na tecnologia da produção de etanol de segunda geração. Além disso, a utilização de resíduos lignocelulósicos para tal fim requer uma etapa de hidrólise para a despolimerização da fração hemicelulósica. O emprego de ácidos tem sido utilizado frequentemente devido ao baixo custo e alta eficiência. Inibidores, no entanto podem também ser liberados juntamente com os açúcares, ocasionando inibição da atividade fermentativa das leveduras. Neste contexto, este estudo teve por objetivo realizar o isolamento de linhagens de leveduras de fontes naturais (caldo, bagaço e rizosfera de cana-de-açúcar, e palha de milho), a avaliação presuntiva da capacidade de fermentação de pentoses (Dxilose e L-arabinose) e a identificação da linhagem selecionada, a qual foi avaliada quanto à habilidade de crescimento e fermentação de pentoses utilizando meio sintéticos em diferentes condições ambientais assim como hidrolisados ácidos de bagaço de cana-de-açúcar. Dentre 350 isolados, 39 apresentaram atividade fermentativa de arabinose (56,4%) ou xilose (38,5%) ou ambas (5,1%). Uma das linhagens que apresentou fermentação tanto de arabinose quanto de xilose (código 311), isolada de caldo de cana-de-açúcar, foi identificada por meio da amplificação da região D1/D2 do gene 26S e da região ITS do DNA ribossomal como sendo da espécie Meyerozyma guilliermondii. Esta linhagem foi avaliada quanto à influência da fonte de carbono (glicose, xilose ou arabinose), pH (3,5; 4,5; 5,5) e temperatura (30 oC, 35 oC, 40 oC) sobre o crescimento, e à influência do pH (4,5; 5,5) e temperatura (30 oC, 35 oC) sobre a fermentação de xilose em concentrações variando de 40 g/L a 100 g/L em meios sintéticos. A variação nos valores de pH e temperatura não resultou em diferenças na velocidade específica de crescimento de... / Abstract: The search for new yeast species able to ferment pentoses is one of the challenges towards the difficulties involving the technology on the production of second generation ethanol. Besides, the usage of lignocelulosic residues demands a step of hydrolysis for the depolymerization of the hemicelulosic fraction. Acids have been used frequently due to the low cost and high efficiency. However, inhibitors may also be released along with the sugars, inhibiting the fermentative activity of the yeasts. In this context, this study aimed to isolate yeast strains from natural sources (sugar cane juice, bagasse and rhizosphere, and corn straw), the presumptive evaluation of the pentose fermentation ability and the identification of the selected strain, which was evaluated regarding the ability to grow and ferment pentose by using synthetic media under different environmental conditions as well as acid hydrolysates obtained from sugar cane bagasse. Among 350 isolates, 39 displayed fermentative activity of arabinose (56.4%) or xylose (38.5%) or both (5.1%). One of the yeast strains that showed both arabinose and xylose fermentation (number 311), isolated from sugar cane juice, was identified by the amplification of D1/D2 region of the 26S gene and ITS region from the ribosomal DNA as Meyerozyma guilliermondii. This strain was evaluated regarding the influence of the carbon source (glucose, xylose or arabinose), pH (3.5; 4.5; 5.5) and temperature (30 oC, 35 oC, 40 oC) upon the growth, and the influence of pH (4.5; 5.5) and temperature (30 oC, 35 oC) upon the fermentation of xylose in concentrations ranging from 40 g/L to 100 g/L in synthetic media. Varying initial pH values and temperatures of incubation did not result in differences in the specific growth rate of M. guilliermondii when growing in 20 g/L arabinose, xylose or glucose. In fermentation assays, the increase in the xylose concentration did not bring about a higher alcohol production. A... / Doutor

Orientador: Jonas Contiero / Coorientador: Luciana Fontes Coelho / Banca: Sandra Helena da Cruz / Banca: Ranulfo Monte Alegre / Resumo: O ácido lático é um ácido orgânico amplamente utilizado em vários setores da indústria mas atualmente tem recebido grande atração uma vez que pode ser usado na produção de plásticos renováveis e biodegradáveis a partir do ácido polilático (PLA). Além disso, por serem biorreabsorvíveis, os biopolímeros de PLA podem ser empregados na medicina, na regeneração de tecidos, suturas, fixações de fraturas, reposição óssea, reparo de cartilagem, fixação de ligamentos e implantes. Neste trabalho foram analisadas três fontes de carbono (sacarose PA, caldo de cana e soro de queijo) e quatro fontes de nitrogênio (água de maceração de milho - AMM, autolisado de levedura, extrato de levedura e farinha de algodão - Pro-floo®) para a produção de L(+)-ácido lático utilizando-se o micro-organismo Lactobacillus casei Ke11. Para isto foi utilizado delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3x4, com quatro repetições. Os dados obtidos foram então submetidos à análise de variância pelo teste F e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Quando a sacarose foi suplementada com extrato de levedura foram obtidos ótimos valores para produção de L(+)-ácido lático e rendimento (87,09 g/L e 88%, respectivamente). O Planejamento de Plackett-Burman foi realizado com as variáveis sacarose, extrato de levedura, porcentagem de inóculo, fosfato de potássio, sulfato de magnésio, sulfato de manganês, acetato de sódio, citrato e Tween 80. As variáveis que tiveram efeito significativo na produção de L(+)-ácido lático foram o extrato de levedura, a porcentagem de inoculo e o Tween 80. Um delineamento composto central rotacional (DCCR) foi realizado, utilizando essas três variáveis significativas e a sacarose, com a qual foi possível concluir, pelas análises das superfícies de resposta, que para a obtenção de maior concentração de L(+)-ácido lático e menor concentração... / Abstract: The lactic acid is a organic acid widely used in various industry sectors but currenty has received great interest since it can be used in the production of renewable and biodegradable plastics made from polylactic (PLA). Moreover, it can be bioresorbable, PLA biopolymers can be used in medicine, tissue regeneration, sutures, fixation of fractures, bone replacement, repair cartilage, ligament fixation and implants. In this paper three carbon sources (sucrose PA, sugarcane juice and cheese whey) and four nitrogen sources (corn steep liquor - CSL, yeast autolyzade, yeast extract and cottonseed meal -Pro-floo®) were analyzed for the L(+)- lactic acid production by Lactobacillus casei Ke11. A completely randomized design was used in 3x4 factorial with four replications. The results were then subjected to analysis of variance by F test and the means were compared by Tukey test at 5% probability. When the sucrose and yeast extract were used great results of L(+)-lactic acid production and yield were obtained (87,09 g/L and 88%, respectively). The Plackett-Burman planning was performed with the variables sucrose, yeast extract, percentage of inoculum, potassium phosphate, magnesium sulfate, manganese sulfate, sodium acetate, citrate and Tween 80. Tha variables that increase the L(+)-lactic acid production were the yeast extract, percentage of inoculum and Tween 80. A rotational central composite experimental design (DCCR) was made by using these three significant variables and sucrose, then is possible to conclude by observing the response surfaces that to obtain a greater amount of L(+)-lactic acid production and a smaller amount of residual sucrose the parameters of sucrose, yeast extract and percentage of inoculum should be 120 g/L, 40 g/L and 10%, respectively. The validation of the optimized medium was carried out in a shaker fermentation and the values obtained were: 112, g/L of L(+)-lactic acid production, 4,76 g/L/h of productivity and... / Mestre

Orientador: Jonas Contiero / Coorientador: Luciana Fontes Coelho / Banca: Edwil Aparecida de Lucca Gattas / Banca: Sandra Helena da Cruz / Resumo: O presente trabalho apresenta um estudo sobre a produção de L(+) ácido lático por Lactobacillus rhamnosus B 103 utilizando diversas estratégias fermentativas com o objetivo de aumentar a produção. Foram também realizados estudos sobre o processo de purificação do ácido em questão. Foi utilizado o meio otimizado, essencialmente composto por resíduos da agroindústria: 60,00 g/L de lactose de soro de queijo (90,00 g/L de açúcares redutores totais), 45,00 mL/L de água de maceração de milho, 1,00 mL/L de Tween 80 e 0,075 g/L de sulfato de manganês. Foram realizados 4 tipos de fermentações em batelada: batelada simples, batelada alimentada por fluxo constante, batelada alimentada por pulso e batelada alimentada por pH-stat. Foram estudados os parâmetros cinéticos, de produção e produtividade. A fermentação com melhores resultados foi a batelada alimentada por pH stat, quando o meio de alimentação foi composto exclusivamente por resíduos da agroindústria (soro de queijo e água de maceração de milho). A produção foi de 143,70 g/L e a produtividade, para ácido lático, em 24, 48 e 96 horas foram 2,70; 2,25 e 1,49 g/L/h respectivamente. Para a fermentação em batelada a produção foi de 57,00 g/L, para a batelada alimentada por pulso foi de 98,90 g/L e para a batelada alimentada com fluxo constante foi de 80,45 g/L. Para a extração e purificação do ácido lático foram realizados estudos utilizando carvão ativado, troca iônica, nanofiltração e filtração à vácuo utilizando carvão ativado e celite. A dupla filtração à vácuo utilizando carvão ativado e celite apresentou melhor recuperação de ácido lático (71%), relação açúcares redutores/ácido lático de 0,5% e 100% de remoção de proteínas / Abstract: This work presents study of production of L(+) lactic acid by Lactobacillus rhamnosus B 103 using different fermentative strategies with the aim of increase the production by fed batch fermentation. The study about the purification process of the lactic acid was also made. Optimized medium used was essentially composed of agribusiness residues: 60,00 g/L of lactose from whey (90,00 g/L of total reducing sugars), 45,00 mL/L of corn steep liquor, 1,00 mL/L of Tween 80 and 0,075 g/L of manganese sulfate. Four different kinds of batch fermentation were made: simple batch, constant feed rate fedbatch, pulse fed-batch and pH stat. The kinetic parameters of production and productivity were investigated during this study too. The best fermentation was the pH stat with feed medium containing only whey and corn steep liquor. The production was 143,70 g/L and the productivity for lactic acid in 24, 48 and 96 hours were 2,70; 2,25 and 1,49 g/L/h respectively. For the batch process the production was 57,00 g/L, for pulse fed-batch was 98,90 g/L and for constant feed fed-batch was 80,45 g/L. For extraction and purification of lactic acid different process were studied too: activated carbon, ion exchange, ultrafiltration, nanofiltration and vacuum filtration using activated carbon and celite. The double vacuum filtration using activated carbon and celite was the best process with recovery of lactic acid of 71%, lactic acid and reducing sugars relation of 0,5% and 100% of protein remotion / Mestre

Thesis (MTech (Electrical Engineering))--Peninsula Technikon, Cape Town, 2002 / Fermentation is the process that results in the formation of alcohol or organic acids on the basis of growth of bacteria, moulds or fungi on different nutritional media (Ahmed et al., 1982). Fermentation process have three modes of operation i.e. batch, fed-batch and continuous mode ofoperation. The process that interests a lot of control engineers is the fed-batch fe=entation process (Johnson, 1989). The Fed-batch process for the production ofyeast is considered in the study. The considered yeast in the study is the Saccharomyces cerevisiae. It grows in both aerobic and anaerobic environmental conditions with maximum product in the aerobic conditions, also at high concentration of glucose (Njodzi, 2001). Complexity of fedbatch fe=entation process, non-linearity, time varying characteristics, application of conventional analogue controllers provides poor control due to problems in tuning individual loops and the process characteristics. The problem for control of the fedbatch process for the production of yeast is further complicated by the lack of on-line sensors, lack of adequate models as a result of poorly understood dynamics. The lack of on-line sensors results in the impossibility of tuning the analogue controllers in real time. The process for propagation of yeast in aerobic conditions is considered in the dissertation. The experiments are conducted at the University of Cape Town (VCT), Department of Chemical Engineering with a bioreactor and bio-controller are combined in a Biostat ® C lab scale plant (B. Braun Biotech International, 1996). The bio-controller has built in PID controller loops for control variables, with the ability to adjust the controller parameters i.e. P, D and I through the serial interface (Seidler, 1996).