Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 402071 bytes, checksum: f514861e3699db83508ed828b9260676 (MD5) Previous issue date: 2009-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The fermentative metabolism of lactose in Kluyveromyces marxianus UFV-3 was compared to the Kluyveromyces lactis JA6 under aerobic and hypoxia through the analysis of kinetics of growth, consumption of substrate, production of ethanol and formation of biomass, depending on the concentration of lactose. It was determinated the gene expression and activity of key enzymes of metabolism of lactose under aerobic and hypoxia. In fermentations carried out under aerobic and hypoxia in lactose concentrations of 0.25 to 64 mM, K. marxianus UFV-3 showed higher specific growth rate and higher concentration of biomass after 24 hours of cultivation, for K. lactis JA6. In fermentations with 64 mM lactose under aerobic and hypoxia K. marxianus UFV-3 showed higher yield to ethanol by K. lactis JA6, demonstrating that high concentrations of substrate metabolism favors fermentation in K. marxianus UFV-3. Under aerobic K. marxianus UFV-3 has more activity of pyruvate dehydrogenase that K. lactis JA6, justifying the formation of higher biomass and higher growth rate observed in K. marxianus UFV-3. Under hypoxia the highest activities of pyruvate decarboxylase and β- galactosidase of K. marxianus UFV-3 in relation to K. lactis JA6 seem to be the factors that contribute to the increased formation of ethanol in K. marxianus UFV-3 when compared to K. lactis JA6. In hypoxia K. marxianus showed higher expression of genes that encode enzymes β-galactosidase, pyruvate decarboxylase and the Leilor pathway for when compared to aerobic. Indicating that these genes are important for the metabolism of lactose in hypoxia. Already in K. lactis JA6 none of these genes showed increased expression in hypoxia. It appears the higher expression of genes encoding key enzymes of metabolism of lactose as the major enzymatic activity is responsible for fermentation potential of K. marxianus UFV-3. / O metabolismo fermentativo de lactose em Kluyveromyces marxianus UFV-3 foi comparado ao de Kluyveromyces lactis JA6 em aerobiose e hipoxia por meio da análise de cinéticas de crescimento, consumo de substrato, produção de etanol e formação de biomassa, em função da concentração de lactose. Determinou-se ainda a expressão gênica e atividade de enzimas-chave do metabolismo de lactose em aerobiose e hipoxia. Nas fermentações conduzidas em aerobiose e hipoxia em concentrações de lactose de 0,25 a 64 mM, K. marxianus UFV-3 apresentou maior velocidade específica de crescimento e maior concentração de biomassa após 24 horas de cultivo, em relação a K. lactis JA6. Nas fermentações com 64 mM de lactose em aerobiose e hipoxia K. marxianus UFV-3 mostrou maior rendimento de etanol por lactose que K. lactis JA6, demonstrando que alta concentração de substrato favorece metabolismo fermentativo em K. marxianus UFV-3. Sob aerobiose K. marxianus UFV-3 possui maior atividade de piruvato desidrogenase que K. lactis JA6, justificando a maior formação de biomassa e maior velocidade de crescimento verificada em K. marxianus UFV-3 em aerobiose. Sob hipoxia as maiores atividades de β-galactosidase e de piruvato descarboxilase de K. marxianus UFV-3 em relação à K. lactis JA6 parecem ser os fatores que contribuem para a maior formação de etanol de K. marxianus UFV-3 quando comparado a K. lactis JA6. Em hipoxia K. marxianus apresentou maior expressão de genes que codificam enzimas para a via de Leilor, para a enzima β-gal e piruvato descarboxilase quando comparado à aerobiose. Indicando que estes genes são importantes para o metabolismo de lactose em hipoxia. Já em K. lactis JA6 nenhum destes genes apresentou expressão aumentada em hipoxia. Tanto a maior expressão de genes que codificam enzimas chaves do metabolismo de lactose quanto à maior atividade enzimática parecem ser os responsáveis pela capacidade fermentativa de K. marxianus UFV-3.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 609136 bytes, checksum: bfac4beb809c8b3d58b49895dc0cc2d1 (MD5) Previous issue date: 2007-03-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The high affinity interaction streptavidin-biotin provides an excellent system for industrial enzyme separation or immobilization involving a fused streptavidin-enzyme and a biotinylated support. In order to produce proteins with affinity to biotin, we have modified the commercial K. lactis system, pKLAC1 (New England Biolabs), a LAC4 promoter-driven integration vector for protein expression, with the gene coding streptavidin. The codifying sequence for biotin binding domain of streptavidin (cStp) was amplified by PCR from pSTP4, purified and subcloned to the pCR2.1TOPO (Invitrogen). The fragment has revealed 100% identity with streptavidin gene according to Gene Bank and it was inserted into Xho I / Bgl II pKLAC1 in frame with mating-α-factor signal peptide. The pKLAC1/cStp cut by Ahd I enzyme was used to transform the strains K. lactis MW 98.8C and CB S2359. The transformants selected in Yeast Carbon Base (YCB) containing 5 mM acetamide and confirmed by PCR were mitotically stable. A high cell biomass (OD 600 = 18), obtained in shake-flask 50 mL YPD medium, was centrifuged and transferred to an induction medium, containing 2% of lactose. The cell free medium was qualitatively analyzed for streptavidin and proteins by SDS PAGE. The samples were collected in each 24 hours during 6 days of bath culture. The biotin binding activity of streptavidin in the culture supernatant was determined by HABA test. The medium YPL and YNB with 0,5% of yeast extract have exhibited the best yields for streptavidin extracellular protein production. / A forte interação da proteína estreptavidina pela molécula de biotina constitui um excelente sistema para a separação e/ou imobilização de proteínas e de enzimas de interesse industrial. Com a intenção de produzir proteínas com propriedades de adsorção biosseletiva, nós temos modificado a seqüência do plasmídeo pKLAC1 pela inserção do domínio de afinidade da estreptavidina pela biotina. Utilizando a técnica da Reação da Polimerase em cadeia (PCR), a seqüência de cerca de 355pb foi amplificada a partir do vetor pSTP4 que contém toda seqüência de nucleotídeos referente à proteína estreptavidina. O Fragmento amplificado apresentou 100% de identidade com a seqüência de nucleotídeos da proteína estreptavidina depositada no Gene Bank. O fragmento foi inserido no vetor pKLAC1 nos sítios Xho I e Bgl II em fase com a seqüência do peptídeo sinal do mating-α-factor. O plasmídeo pKLAC1/cStp foi linearizado com enzima Ahd I e foi utilizado para a transformação das linhagens de K. lactis MW 98.8C e CBS 2359. Os transformantes selecionados em meio YCB (Yeast Carbon Base) contendo 5 mM de acetamida como única fonte de nitrogênio e confirmados por PCR foram mitoticamente estáveis. A alta biomassa celular (DO600 = 18) obtida em erlenmeyer de 250 mL contendo 50 mL de meio YPD foi centrifugada e transferida para meio de indução contendo 2% (p/v) de lactose. O sobrenadante das culturas foi analisado qualitativamente para estreptavidina pela técnica de SDS PAGE. As proteínas totais foram determinadas pelo método de BRADFORD utilizando BSA (Albumina Bovina Sérica) como padrão. As amostras foram coletadas a cada 24 horas durante 6 horas de cultivo sob regime de batelada. A atividade da proteína estreptavidina presente no sobrenadante das culturas recombinantes foi determinada pelo teste do reagente HABA. Os meios YPL e YNB contendo 0,5% de extrato de levedura exibiram os melhores resultados quanto à produção extracelular de estreptavidina ativa e de proteínas totais.

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.

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-05T19:04:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ogrodowski_Rodenei_D.pdf: 1087647 bytes, checksum: 05b46b0950dd59d53fe5d62523de3047 (MD5) Previous issue date: 2006 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial de linhagens termotolerantes da espécie Kluyveromyces marxianus para produção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz. Foi também objetivo deste trabalho estabelecer condições de tratamento alcalino diluído (desacetilação) previamente ao processo de hidrólise ácida da palha de arroz com vistas à obtenção de um hidrolisado com menor toxicidade. Numa primeira etapa do trabalho, foram avaliadas 4 cepas de K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y- 265 e Y-8287) quanto a produção de xilitol em meio semidefinido variando a temperatura de 30 a 40 °C. Com base nos resultados obtidos, foi selecionada a linhagem Y-6373, que apresentou os maiores valores de conversão de xilose em xilitol (YP/S = 0,70 g/g) e produtividade volumétrica (QP = 0,60 g/L.h) na temperatura de 40 °C. Esta linhagem foi então utilizada nos ensaios fermentativos a partir dos hidrolisados obtidos. Para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, a palha de arroz foi primeiramente submetida a um tratamento alcalino, em escala de frascos Erlenmeyer, onde se avaliou o efeito da temperatura (50 - 70 °C) e da carga de NaOH (20 - 80 mg/g de biomassa) sobre a remoção de grupos acetil. De acordo com o modelo obtido, a máxima remoção de acetil (97,2 ± 3,4%) pôde ser alcançada empregando 70 °C; 80 mg de NaOH /g de palha por 45 min. Nestas condições do processo, o modelo previu remoções de lignina e de cinzas de 41,3 ± 4,3 e 62,3 ± 5,3%, respectivamente, sem perda significativa das frações açucaradas. Em maior escala (reator de 50L), o tratamento alcalino mostrou resultados de remoção de acetil próximos aos previstos pelo modelo. Com a palha desacetilada, foram então realizados ensaios de hidrólise ácida variando a concentração de H2SO4 (0,5 - 1,5% m/v) e tempo de residência (30 - 90 min) visando estabelecer as condições que maximizem a eficiência de hidrólise da hemicelulose (EHH). Nas condições otimizadas, (H2SO4 1,0% m/v e 85 minutos) foi alcançada uma EHH de 75% em frascos e de 76% em reator. Os resultados referentes à fermentabilidade do hidrolisado empregando a K. marxinuas Y-6373 demonstraram que independentemente da suplementação nutricional, a conversão de xilose em xilitol foi elevada ~ 0,87 g/g e superior a obtida em meio semidefinido contendo apenas xilose como fonte de carbono, porém os valores de produtividade volumétrica foram cerca de 6,5 vezes inferiores ~ 0,13 g/L.h, devido a baixa eficiência de utilização da xilose (XC) ~ 20%, após 72 h de cultivo. A fermentabilidade dos hidrolisados foi melhorada após o procedimento de destoxificação e os resultados variaram com o método empregado. Os melhores resultados foram obtidos em hidrolisado tratado com CaO (YP/S= 0,74 g/g; QP = 0,32 g/L.h e XC =92%). Neste trabalho, foi também demonstrado o efeito repressivo da glicose sobre a assimilação e conversão da xilose em xilitol por K. marxianus, uma vez que em meio semidefinido simulando as concentrações de xilose e glicose presentes no hidrolisado, os valores de XC e YP/S foram reduzidos em torno de 40%. De uma forma geral, conclui-se que a linhagem de K. marxianus selecionada neste estudo, apresenta grande potencial para a produção de xilitol em elevadas temperaturas, porém são ainda necessários estudos para otimizar as condições de produção de xilitol a partir de hidrolisados hemicelulósicos. / In this work the potential of thermotolerant strains of Kluyveromyces marxianus to produce xylitol from rice straw hemicellulosic hydrolyzed was evaluated. In addition, were also established conditions of diluted alkaline treatment (deacetylation) previously to the process of rice straw acid hydrolysis, aiming to decrease the toxicity of the hydrolysate . Initially, four yeast strains of K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y-2265 e Y-8287) were evaluated regarding to the xylitol production in a semi-defined medium, varying the temperature from 30 to 40 ºC. From these results, the strain Y-6373 was selected, due to high values of xylose conversion into xylitol (YP/S = 0.70 g/g) and volumetric productivity (QP = 0.60 g/L.h) at 40ºC. This strain was thus used in the fermentative tests employing the hemicellulosic hydrolysate obtained. The hemicellulosic hydrolysate of rice straw was prepared in two steps; firstly the rice straw was submitted to the alkaline treatment, which was carried out in Erlenmeyer flasks scale. In these experiments, the effects of temperature from 50 to 70 °C and NaOH load from 20 to 80 mg/g biomass on the removal of acetyl groups were evaluated. According to the model obtained, the maximum acetyl removal (97.2 ±3.4%) could be achieved by employing 70 ºC; 80 mg of NaOH/g of straw during 45 minutes. Under these conditions, the model predicted lignin and ashes removals of 41.3±4.3 and 62.3±5.3%, respectively, without significant loss of sugars. On a large scale (reactor of 50L), the alkaline treatment showed outcomes of acetyl removal near the ones predicted by the model. After, the deacetylating straw was submitted to acid hydrolysis process, varying the H2SO4 concentration from 0.5 to 1.5% w/v, and the residence time from 30 to 90 minutes, aiming to stablish the conditions that maximize the efficiency of hemicellulose hydrolysis (EHH). Under optimized conditions, (H2SO4 1.0% w/v and 85 minutes) 75% EHH was achieved in Erlenmeyers flasks and 76% in reactor. As regarding the hydrolysate fermentability employing K. marxinuas Y-6373, the results showed that, regardless of the nutritional supplementation, the conversion of xylose into xylitol was high ~ 0.87 g/g and superior in relation to the one obtained at a semidefined medium containing only xylose as a carbon source. Nevertheless, the values ofvolumetric productivity were approximately 6.5 times inferior ~ 0.13 g/L.h, due to the lowefficiency of xylose consumption (XC) ~ 20%, after 72h of cultivation. The hydrolysate fermentability was improved after detoxification and the results varied with the method employed. The best results were obtained on hydrolysate treated with CaO (YP/S= 0.74 g/g; QP = 0.32 g/L.h and XC = 92%). The glucose effect was further examined in semi-defined medium. The results showed that xylose assimilation and xylitol production by K. marxianus was repressed by glucose, since in a semi-defined media simulating the concentrations of xylose/glucose found in the hydrolyzed, the values of XC e YP/S were reduced in approximately 40%. Based on the results, was concluded that the strain of K. marxianus selected on this study, presents a great potential to produce xylitol at elevated temperatures. However, studies are still necessary to optimize the conditions of this bioconversion from the hemicellulosic hydrolysate.

Orientador: Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:07:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Treichel_Helen_D.pdf: 2336096 bytes, checksum: bb4f87554ce5aa94a9f62d576648ac87 (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

The impact of yeasts on food production, quality and safety is closely linked with their ecology and biological activities. Recently, as a consequence of the relationship between diet and health, yeasts are becoming relevant as new probiotics or for the production of bioactive compounds. In dairy products, yeasts play a key role in proteolysis, lipolysis and lactose fermentation during cheese ripening, promoting the development of sensory properties, particularly aroma. This thesis focuses on the yeast diversity in artisanal cheeses produced in the Natural Park Serra d¿Espadà (Castelló) from ewes¿ and goats¿ raw milk. Different molecular techniques have been employed in order to characterize yeast isolates. Moreover, the succession of species along the cheese ripening process was studied. The intraspecific variability of the most abundant identified species Debaryomyces hansenii and Kluyveromyces lactis was also assessed. Additionally, the potential of Kluyveromyces marxianus and K. lactis ß-galactosidases to synthetize prebiotic oligosaccharides from lactose and lactulose was tested. Finally, Kluyveromyces and Debaryomyces isolates were investigated for the production of cheese aromatic compounds. / Padilla López, B. (2014). Yeast diversity in artisanal cheeses: biotechnological applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36065

Submitted by FERNANDA DA SILVA VON PORSTER (fdsvporster@univates.br) on 2014-09-22T17:50:15Z No. of bitstreams: 3 license_text: 22228 bytes, checksum: 65eccae6ba48e4ed6b2a75cb6a5f37bb (MD5) license_rdf: 21686 bytes, checksum: f60c8e7b7ea9f3ba141b21b00747aece (MD5) 2014ElvioLeandroBurlani.pdf: 2196003 bytes, checksum: d505b809756057eda4fc0e9260181cf5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2014-09-29T13:14:40Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_text: 22228 bytes, checksum: 65eccae6ba48e4ed6b2a75cb6a5f37bb (MD5) license_rdf: 21686 bytes, checksum: f60c8e7b7ea9f3ba141b21b00747aece (MD5) 2014ElvioLeandroBurlani.pdf: 2196003 bytes, checksum: d505b809756057eda4fc0e9260181cf5 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-29T13:14:40Z (GMT). No. of bitstreams: 3 license_text: 22228 bytes, checksum: 65eccae6ba48e4ed6b2a75cb6a5f37bb (MD5) license_rdf: 21686 bytes, checksum: f60c8e7b7ea9f3ba141b21b00747aece (MD5) 2014ElvioLeandroBurlani.pdf: 2196003 bytes, checksum: d505b809756057eda4fc0e9260181cf5 (MD5) / No setor industrial muitos resíduos gerados são tratados e posteriormente descartados nos cursos hídricos. Na indústria láctea para produção de um quilo de queijo são gerados nove litros de soro de queijo, resíduo de elevada carga orgânica, rico em aminoácidos essenciais e vitaminas de importância nutricional. Algumas formas de aproveitamento do soro de queijo são a produção de ricota e de concentrado proteico de soro. Porém esses processos geram outros dois resíduos, respectivamente, o soro de ricota e o permeado de soro de queijo, que são importantes contaminantes ambientais devido à sua elevada carga orgânica. O principal constituinte desses resíduos é a lactose, açúcar que pode ser transformado através de processos fermentativos com auxílio de leveduras, em etanol. Este trabalho teve como objetivo utilizar o soro de ricota e o permeado de soro de queijo para a produção de bioetanol, através do emprego de diferentes cepas da levedura Kluyveromyces spp. Inicialmente foi selecionada entre cinco cepas de leveduras, quatro Kluyveromyces marxianus e uma Kluyveromyces lactis, a que apresentava maior produção de etanol a partir do soro de ricota e permeado de soro de queijo. Nessa etapa foi avaliado também o emprego dos subprodutos, soro de ricota e permeado de soro, nas formas autoclavado e não autoclavado. Posteriormente, empregando a cepa selecionada e a metodologia de planejamento experimental, foram estudados os efeitos do pH inicial, temperatura de incubação e concentração inicial de lactose sobre a produção de etanol, tanto para o soro de ricota e permeado de soro de queijo. Após, avaliou-se em biorreator de 3 L a conversão da lactose em etanol pela cepa selecionada para ambos os subprodutos. Como última etapa do trabalho realizou-se a estimativa de investimento em uma estação de tratamento de efluentes (ETE) e em uma usina de biotransformação de soro de ricota e permeado de soro de queijo. A melhor produção de etanol foi com soro de ricota e permeado de soro de queijo autoclavados utilizando a cepa da levedura Kluyveromyces marxianus ATCC 46537, que produziu 15,75 e 10,40 g/L de etanol, respectivamente. No planejamento experimental foi observada que a fermentação da lactose presente no soro de ricota e permeado de soro de queijo foi mais eficiente com temperaturas entre 35 e 45º C e pHs entre 4 e 5. Com esse estudo foi possível estimar que o investimento de uma usina pode ser viável ao longo de 10 anos, mesmo com um custo elevado de investimento. Além disso, a usina gera lucro, já na ETE o investimento para a instalação é alto e não gera lucro. Os resultados obtidos indicam que é possível obter etanol a partir da lactose presente no soro de ricota e no permeado de soro de queijo empregando a levedura Kluyveromyces marxianus ATCC 46537.

Το τυρόγαλα είναι το βασικό απόβλητο των γαλακτοβιομηχανιών με σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, λόγω του υψηλού οργανικού του φορτίου, κυρίως της λακτόζης (4,8-5% w/v) που περιέχει. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε ο ζυμομύκητας Kluyveromyces marxianus για τη ζύμωση του τυρογάλακτος προς παραγωγή αιθανόλης και προσδιορίσθηκαν οι βέλτιστες φυσικοχημικές συνθήκες (pH και θερμοκρασία) για τη διεργασία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε pH 5,5 και 30oC επιτυγχάνεται μέγιστη ταχύτητα ζύμωσης και συγκέντρωση αιθανόλης. Στις ίδιες συνθήκες, μέτρηση του ρυθμού πρόσληψης λακτόζης επισημασμένης με 14C από το μικροοργανισμό έδειξε ότι αυτός σχετίζεται άμεσα με την κινητική της ζύμωσης. / Cheese whey is the main waste of dairy industries with significant environmental impacts due to the high organic load, mainly lactose (4,8-5% w / v) containing. In this work we used the yeast Kluyveromyces marxianus for whey fermentation to produce ethanol and determined the optimal physico-chemical conditions (pH and temperature) for the process. The results showed that at pH 5,5 and 30oC achieve maximum speed of fermentation and ethanol concentration. Under the same conditions, measuring the rate of uptake of 14C-labeled lactose by the microorganism showed that this is directly related to the kinetics of fermentation.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-04-07T16:46:59Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7523105 bytes, checksum: a1b40bb2fc7f6707988b2c59b1367cc4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-07T16:46:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7523105 bytes, checksum: a1b40bb2fc7f6707988b2c59b1367cc4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foi construída uma biblioteca metagenômica a partir de um consórcio microbiano termofílico com aproximadamente 135.000 clones, abrigando cerca de 3,5 Gpb de DNA metagenômico. Essa biblioteca foi construída com o objetivo de identificar genes que codificam enzimas lignocelulolíticas para serem expressos na levedura Kluyveromyces marxianus CCT 7735 (UFV-3). De 6.720 clones analisados (5 % do total), foram obtidos 182 hits positivos para atividades de celulases, xilanases e β-glicosidases, com seleção e sequenciamento de 30 fosmídeos que deram origem à identificação de 34 ORFs codificando para enzimas glicosil hidrolases, relacionadas com a hidrólise de celulose e hemicelulose. Paralelo à construção da biblioteca, foi obtido uma linhagem de K. marxianus CCT 7735 (UFV- 3) mutante (ura3 ̄ ). Pela primeira vez nesta levedura a deleção deste gene foi realizada utilizando-se a técnica split-marker, com seleção dos mutantes primeiramente em placas contendo geneticina e, posteriormente, associados à seleção em placas contendo ácido 5-fluorótico (5-FOA). Os resultados apresentados mostram que esta técnica de deleção pode ser eficientemente empregada para K. marxianus CCT 7735 (UFV-3), mesmo levando-se em conta a diploidia desta linhagem. A partir da obtenção do mutante ura3 ̄ , deu-se a construção do vetor pKmLPG para ser usado como sistema de expressão para essa levedura, uma vez que a marca de seleção contida neste vetor é o gene URA3. A característica diferencial e promissora deste sistema de expressão é o uso da sequência do promotor do gene que codifica a enzima endo-polygalacturonase endógena de K. marxianus CCT 7735 (UFV-3). A confirmação do vetor pKmLPG será realizada por sequenciamento. Sem essa confirmação, utilizou-se então o vetor de expressão pKMCL para clonagem de três genes de β-glicosidase isolados a partir da biblioteca fosmidial na levedura K. marxianus CCT 7735 (UFV-3). O vetor pKMCL é derivado do vetor de expressão pKLAC2 de K. lactis e utiliza a marca de seleção que confere resistência ao antibiótico geneticina. Por realização de teste enzimático dos transformantes em meio sólido, observou-se a presença de atividade extracelular de β-glicosidase endógena de K. marxianus CCT 7735 (UFV- 3). Com o genoma desta levedura anotado, foi possível identificar o gene, e juntamente com os demais genes de β-glicosidase (P3Gli, P8Gli e P9Gli), foram preditas as estruturas tri-dimensionais dessas proteínas. A confirmação dos transformantes para os genes P3Gli, P8Gli e P9Gli foi realizada por PCR, e atividade de β-glicosidase foi detectada tanto no sobrenadante extracelular quanto na região do periplasma em oito das nove cepas transformantes analisadas. Os resultados de expressão heteróloga de β-glicosidades em K. marxianus CCT 7735 (UFV-3) mostram que esta linhagem pode ser usada como hospedeira na expressão de diferentes genes lignocelulolíticos, com expectativa de uso das linhagens recombinantes capazes de secretar celulases visando a produção de etanol celulósico. / A metagenomic library harboring around 3,5 Gpb was constructed from a thermophilic microbial consortium. The aim of this library was to identify genes coding lignocellulolytic enzymes that could be expressed in the yeast Kluyveromyces marxianus CCT 7735 (UFV-3). In total, 6,720 clones (5% of all clones) were analysed and 182 positive hits were found for cellulases, xylanases and β-glucosidases. The sequencing of 30 selected fosmids resulted in the identification of 34 putative open reading frames (ORFs) coding glycoside hydrolases involved with cellulose and hemicellulose degradation. Simultaneously, a defective mutant strain of K. marxianus CCT 7735 (UFV-3) for gene ura3 was obtained. The gene was deleted by using, for the first time in this yeast, the split- marker technique that consisted in a first selection of mutants in solid medium with the antibiotic geneticin followed by a second selection in the presence of 5- Fluoroorotic Acid. The results presented here demonstrated the efficiency of the split-marker technique in K. marxianus CCT 7735 (UFV-3), even though this is a diploid strain. Once the ura3 - was obtained, the vector pKmLPG was constructed using the URA3 as a marker gene in order to have an expression system for the ura3 - mutant strain. The differential and promising feature of this vector lies in the presence of the promoter sequence of the gene coding an endo-polygalacturonase enzyme from K. marxianus CCT 7735 (UFV-3). The confirmation of the correct vector construction will be performed by sequencing. In order to express genes isolated from the metagenomic library in the yeast K. marxianus CCT 7735 (UFV-3) three genes coding β-glucosidase were cloned onto the vector pKMCL. This vector is derived from pKLAC2 of Kluyveromyces lactis and it uses the resistance gene for the antibiotic geneticin as a marker. Extracellular activity of endogenous β- glucosidase from K. marxianus CCT 7735 (UFV-3) was detected by enzymatic assay in solid medium during the analyses of transformants, and based in the annotated genome of this yeast, was possible to identify the β-glucosidase gene. The three dimensional structure of the endogenous protein as well from those codified by the β-glucosidase genes (P3Gli, P8Gli and P9Gli) were predicted. The confirmation of transformants for the cloned genes P3Gli, P8Gli and P9Gli was done by PCR, and the β-glucosidase activity was detected in both extracelllular supernatant and periplasm region in eight of nine transformants analysed. Results of heterologous expression of β-glucosidase in K. marxianus CCT 7735 (UFV-3) demonstrated that this strain can be used as a host for expression of various lignocellulolytic genes, with the expectation to use recombinant yeast strains capable to secret celulases targeting the production of cellulosic etanol. / Tese liberada do Sigilo pelo departamento em 04-04-2017, ver arquivo