A tecnologia da microencapsulação apresenta várias aplicações na indústria de alimentos. Sabendo-se que diferentes fatores intrínsecos e extrínsecos dos alimentos podem influenciar a produção e atividade antimicrobiana das bacteriocinas produzidas pelas bactérias láticas, este estudo teve como principal objetivo avaliar a funcionalidade da encapsulação de bactérias láticas (BAL) bacteriocinogênicas em alginato de cálcio no controle de Listeria monocytogenes em salame experimentalmente contaminado. Para atingir este objetivo, foram isoladas novas cepas de BAL a partir de salame, que foram identificadas e caracterizadas quanto às propriedades das bacteriocinas produzidas, avaliando-se a influência do processo de encapsulação na produção de bacteriocinas. Foram isoladas quatro cepas produtoras de bacteriocinas, identificadas como Lactobacillus sakei (uma cepa), Lactobacillus curvatus (duas cepas) e Lactobacillus plantarum (uma cepa), nomeadas MBSa1, MBSa2, MBSa3 e MBSa4, respectivamente. As bacteriocinas produzidas pelas quatro cepas foram termoestáveis e com exceção da cepa MBSa2, sensíveis a pH acima de 8. Todas inibiram todas as cepas de Listeria monocytogenes testadas e várias espécies de BAL, mas foram inativas contra bactérias Gram negativas. As bacteriocinas foram purificadas por cromatografia de troca iônica seguida de cromatografia de interação hidrofóbica sequencial e cromatografia de fase reversa, observando-se que L. sakei MBSa1 produz um peptídeo de 4303 Da, com uma sequência parcial de aminoacidos idêntica à sequência presente em sakacina A. As cepas MBSa2 e MBSa3 produzem dois peptídeos ativos cada, idênticos nas duas cepas, um de 4457 Da e outro de 4360 Da, que apresentam sequências parciais idênticas às presentes na sakacina P e na sakacina X, respectivamente. Aparentemente, a cepa L. plantarum MBSa4 produz uma bacteriocina composta por duas sub-unidades. O DNA genômico da cepa L. sakei MBSa1 contém os genes da sakacina A e curvacina A, enquanto o DNA da cepa L. plantarum MBSa4 foi positivo para o gene da plantaricina W. A cepa L. curvatus MBSa2 foi encapsulada em alginato de cálcio e testada quanto à produção de bacteriocinas in vitro, observando-se que o processo de encapsulação não influenciou a produção de bacteriocina. Quando testada in situ, ou seja, no salame experimentalmente contaminado com Listeria monocytogenes, não foi observada ação anti-Listeria por L. curvatus MBSa2 encapsulado e não encapsulado, durante o 30 dias de fabricação do salame. / The microencapsulation technology has several applications in the food industry. Knowing that different intrinsic and extrinsic factors can influence production and antimicrobial activity of bacteriocins produced by lactic acid bacteria in foods, this study aimed at evaluating the functionality of the encapsulation of bacteriocinogenic lactic acid bacteria (LAB) in calcium alginate in the control of Listeria monocytogenes in experimentally contaminated salami. To achieve this goal, new strains of LAB were isolated from salami, identified and characterized for the properties of the produced bacteriocins, evaluating the influence of the encapsulation process in the bacteriocins production. Four bacteriocin producing strains were isolated and identified as Lactobacillus sakei (one strain), Lactobacillus curvatus (two strains) and Lactobacillus plantarum (one strain), named MBSa1, MBSa2, MBSa3 and MBSa4 respectively. The bacteriocins produced by the four strains were thermostable and with the exception of strain MBSa2, sensitive to pH above 8. All inhibited all tested Listeria monocytogenes strains and various species of LAB but were inactive against Gram-negative bacteria. The bacteriocins were purified by cation-exchange followed by sequential hydrophobic-interaction and reversed-phase chromatography, indicating that L. sakei MBSa1 produces a peptide of 4303 Da, with a partial amino acid sequence identical to the sequence present in sakacin A. L. curvatus MBSa2 and MBSa3 produce two active peptides, identical in the two strains, one of 4457 Da and the other of 4360 Da, with partial aminoacid sequences identical to those present in sakacin X and sakacin P, respectively. Apparently, L. plantarum MBSa4 produces a bacteriocin composed of two subunits. Genomic DNA of L. sakei MBSa1indicated that this strain contains genes for sakacin A and curvacin A, while the DNA of L. plantarum MBSa4 was positive for the plantaricin W gene. The strain L. curvatus MBSa2 was encapsulated in calcium alginate and tested for bacteriocin production in vitro, observing that the encapsulation process did not affect the production of bacteriocin. When tested in situ, i.e. in the salami experimentally contaminated with L. monocytogenes was not observed anti-Listeria<i/> action by L. curvatus MBSa2 encapsulated and non-encapsulated during the 30 day manufacture of salami.

Foram utilizados neste experimento quatro garrotes Jersey (J) e quatro Gir (G), providos de cânula ruminal. Dois meses antes da indução da acidose láctica ruminal (ALR), os animais foram alimentados com dieta padronizada a base de feno e concentrado. A ALR foi induzida experimentalmente por meio da administração de sacarose intraruminal, correspondente ao peso metabólico corrigido, segundo técnica descrita por ORTOLANI (l995). Colheitas de sangue, suco de rúmen, urina, fezes e exames clínicos foram realizados nos seguintes momentos após a indução: zero, 14, 16, 18, 20, 22 e 24 horas. O pH e as concentrações de ácido láctico total, D e L e de seus sais foram determinados em todos os materiais biológicos colhidos. No sangue foram avaliados o hematócrito, os exames gasométricos e a concentração de creatinina; esta última substância também foi determinada na urina. Após a última colheita, todo o conteúdo ruminal foi completamente retirado para a determinaçãodo seu volume. Os bovinos de ambas as raças apresentaram marcante e idêntica acidose ruminal, não ocorrendo diferença no pH e na concentração de ácido láctico total, L e D no suco de rúmen. A acidose metabólica sistêmica foi moderada em ambas as raças, porém esta foi mais intensa nos bovinos J, confirmada pelas menores concentrações médias de bicarbonato e TCO2 (P < 0,00001) e pelo menor pH sangüíneo, (p < 0,025). Os garrotes J absorveram maiores quantidades de ácido láctico total e do isômero D; este último apresentou correlação negativa com o pH sangüíneo nesta raça (r = -O,78). Os garrotes G apresentaram maior capacidade homeostática de manutenção de pH sangüíneo no final da indução, provavelmente pela maior metabolização do lactato-L. Entretanto, os mesmos animais tiveram maior grau de desidratação, evidenciado pelas maiores porcentagens de hematócrito e de déficit de volume plasmático (p < 0,00001). Nessa raça ocorreu uma menor filtração glomerular, demonstrada pela maior concentração sérica de creatinina (p < 0,00001), menor depuração deste catabólito (p < 0,003) e menor volume urinário estimado (p < 0,05). Não ocorreram diferenças significativas no pH fecal entre as raças estudadas. Houve correlação negativa entre a concentração de lactato total fecal e o correspondente pH (r = - 0,65). / Four Jersey (J) and four Gir (G) rumen-cannulated steers were used. The steers were fed, for two months before the beginning of the rumen lactic acidosis (RLA) induction, a standard diet of hay and concentrates. The RLA was induced experimentally through the administration of sucrose into the rumen, according to the corrected metabolic weight, after ORTOLANI (1995). Blood, rumen fluid, urine, and fecal samples were collected and clinical examination carried out in the following times after the induction: zero, 14, 16, 18, 20, 22 and 24 hours. The pH, the total lactic acid and its L and D isomers were determined in all samples. The hematocrit, acid-base variables and the creatinine concentration were determined in the blood samples; creatinine was also determined in the urine samples. All the rumen content was evacuated in order to evaluate its volume at the 24th h. A intense rumen acidosis was reached; no differences in the rumen fluid pH and in the concentration of the total lactic acid and its isomers were found in both studied breeds. A moderate level of systemic metabolic acidosis was reached in both breeds, but lower overall mean of bicarbonate and TCO2 (p < 0.0001) as well as blood pH (p < 0.025) were found in the J steers. These steers absorbed higher amounts of total lactic and its D isomer than the G animals; the higher the blood D-lactate concentration, the lower the blood pH (r = - O.78) in the former breed. Better blood pH homeostasis were kept, at the end of induction, by the G steers, probably by their higher efficiency to metabolize L-lactate. However, the G steers exhibited a higher level of dehydration as seen by the greater hematocrit and plasma volume deficit (p < 0.00001). They also presented a lower glomerular filtration as evidenced by the higher creatinine serum levels (p < 0.00001), its lower urinary clearance (p < 0.003) and the lower estimated urinary volume (p < 0.05). There were no differences in the fecal pH values presented by both breeds. There was a negative correlation between the fecal total lactate concentration and the fecal pH (r = - 0.65).

Além do aspecto nutricional de suma importância, é notória a contribuição do leite humano para o processo de desenvolvimento da microbiota intestinal do recémnascido, um importante mecanismo de defesa do organismo contra doenças infecciosas. O papel do leite humano como fonte de bactérias probióticas, principais constituintes da microbiota intestinal, tem sido tópico de pesquisas recentes. Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de determinar e comparar a composição da microbiota de oito amostras de leite humano e verificar o potencial de utilização desse produto como fonte de bactérias probióticas. Para tanto, utilizaram-se cinco meios de cultivos seletivos para contagem presuntiva de gêneros normalmente encontrados em leite humano: lactococos, enterococos, bifidobactérias e propionibactérias. A análise quantitativa da microbiota demonstrou tendência de diminuição da contagem em função do aumento do tempo de lactação. A análise qualitativa confirmou a presença de distintos gêneros de bactérias lácticas potencialmente probióticas com algumas variações entre as amostras de leite humano. Na segunda etapa 800 colônias isoladas a partir dos cinco meios de cultivos e caracterizadas como bactérias lácticas foram selecionadas quanto às suas propriedades probióticas (produção de bacteriocina, tolerância à acidez e a sais biliares, resistência à antibióticos, capacidade de adesão a chapas de aço inoxidável) e tecnológicas (capacidade de crescimento e sobrevivência em leite). Verificou-se que apenas 15 (1,9%) linhagens produziram bacteriocinas com atividade contra Listeria innocua L11 e Micrococcus luteus ATCC®4698, linhagens utilizadas como indicadoras, por meio do método de antagonismo simultâneo em poços, usando ágar MRS. Treze dessas linhagens também apresentaram atividade contra Bacillus cereus CTC 011, Listeria monocytogenes ATCC®7644, Lactococcus lactis subsp. lactis CTC 204 e Lactobacillus helveticus ATCC®15009. As duas linhagens remanescentes demonstraram atividade principalmente contra Listeria monocytogenes ATCC®7644. Nenhuma das quinze culturas produtoras de bacteriocinas apresentou atividade contra as bactérias Gram-negativas Escherichia coli ATCC® 2074 e Salmonella thyphimuirim ATCC® 2364. Por outro lado, Staphylococcus aureus ATCC® 1602 foi resistente as quinze bacteriocinas selecionadas neste trabalho. Seis linhagens de bactérias lácticas (BALs) foram selecionadas para avaliação das demais propriedades probióticas. Observou-se que uma dessas linhagens diferenciou-se por apresentar sobrevivência a pH 2,0 e a pH 3,0, enquanto as demais mostraram tolerância apenas a pH 3,0. Todas as linhagens selecionadas apresentaram a capacidade de tolerância a 0,3% de sais biliares, de se aderir à superfície de aço inoxidável e de resistência à clindamicina, eritromicina e gentamicina. Quanto às propriedades tecnológicas, todas as seis linhagens apresentaram capacidade de crescimento em leite e não produziram odor desagradável ou pós-acidificação do leite fermentado durante a estocagem a 4ºC por 28 dias. Notou-se, entretanto, diminuição, de, aproximadamente, 2,0 Log UFC.mL-1, na contagem de células viáveis ao final do período de estocagem. Finalmente, por meio da avaliação dos perfis de fermentação de carboidratos e de outras reações bioquímicas, duas das linhagens isoladas de leite humano foram identificadas como Enterococcus durans e quatro como Enterococcus avium. Os 12 resultados permitem concluir que o leite humano é fonte potencial de bactérias com potencial probiótico para aplicação industrial. / In addition to the nutritional aspect of paramount importance, it is clear the contribution of human milk for the development process of the intestinal tract of the newborn, an important mechanism of defense against infectious diseases. The role of human milk as a source of probiotic bacteria, major constituents of the intestinal microbiota, has been the topic of recent research. This work was carried out to determine and compare the composition of the microbiota of eight human milk samples and verify the potential use of this product as a source of probiotic bacteria. For this purpose, we used five selective culture media for counts of presumptive genera commonly found in human milk: lactococcal, enterococci, bifidobacteria and propionibactérias. The quantitative analysis of microbes showed a trend of decreasing counts as a function of time increased lactation. The qualitative analysis confirmed the presence of different kinds of potentially probiotic lactic acid bacteria with some variations between samples of human milk. In the second stage 800 colonies isolated from the five culture media and characterized as lactic acid bacteria were selected for their probiotic properties (bacteriocin production, tolerance to acid and bile salts, antibiotic resistance, adhesion to stainless steel plates) and technology (ability to grow and survive in milk). It was found that only 15 (1.9%) produced bacteriocin strains with activity against Listeria innocua L11 and Micrococcus luteus ATCC 4698®, strains used as an indicator, by the method of antagonism wells simultaneously, using MRS agar. Thirteen of these strains also showed activity against Bacillus cereus CTC 011, Listeria monocytogenes ATCC® 7644, Lactococcus lactis subsp. CTC 204 lactis and Lactobacillus helveticus ATCC 15009®. The two remaining strains showed activity mainly against Listeria monocytogenes ATCC 7644®. None of the fifteen cultures producing bacteriocins active against Gram-negative Escherichia coli ATCC 2074® and Salmonella thyphimuirim ATCC 2364®. Moreover, Staphylococcus aureus ATCC 1602® was resistant the fifteen bacteriocins selected in this work. Six strains of lactic acid bacteria (BALs) were selected for analysis of other probiotic properties. It was observed that one of these strains distinguished by presenting survival at pH 2.0 and pH 3.0 while the other showed only tolerance to pH 3.0. All strains were selected for the ability tolerance of 0.3% bile salts, of adhering to stainless steel surface and resistance to clindamycin, erythromycin and gentamycin. The technological properties, all six strains were capable of growth in milk and produced no unpleasant odor or post-acidification of the fermented milk during storage at 4°C for 28 days. It was noted, however, decreased from approximately 2,0 Log UFC.mL-1 in the viable cell count at the end of storage period. Finally, by evaluating the profiles of fermentation of carbohydrates and other biochemical reactions, two of the strains isolated from human milk have been identified as Enterococcus durans and Enterococcus avium as four. The results indicate that human milk is a potential source of probiotic bacteria with potential for industrial application.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_MilenaSavioli_D.pdf: 3945173 bytes, checksum: acae59a0572d443eb01b61664f7b95cd (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Atualmente, o conceito de sustentabilidade vem ganhando cada vez mais espaço e com ele os desafios de melhorar os processos industriais. O uso dos microrreatores surge como uma opção atraente e com potencial para atender às diversas e crescentes exigências ambientais e econômicas. Por outro lado, o mau funcionamento ou a perda de funções totais ou parciais de um órgão ou tecido resultante de doenças ou traumas, é um dos mais importantes e preocupantes problemas de saúde pública, atingindo um número significativo de pessoas em todo o mundo. Dessa forma, o principal objetivo dessa tese foi o desenvolvimento, fabricação e avaliação de microrreator capaz de realizar a síntese de polimerização do poli (L-ácido láctico) (PLLA) utilizado como implantes biomédicos. Para o cumprimento desse objetivo, foi necessário avaliar separadamente as condições de síntese e as rotas de obtenção do PLLA. O rota escolhida de polimerização para ser desenvolvida em microrreator foi a policondensação direta. Os produtos foram gerados e caracterizados por diferentes técnicas de análise. Os resultados mostraram semelhança entre os dois produtos e sua avaliação citotóxica permitiu confirmar sua aplicação com biomaterial. Pode-se concluir que o microrreator proposto apresentou-se com grande potencial na realização da polimerização do PLLA por policondensação direta do ácido láctico / Abstract: Currently, the concept of sustainability has been gaining more space and with it the challenges of improving industrial processes. The use of microreactors emerges as an attractive and potential option to meet the diverse and growing environmental and economic requirements. Furthermore, the malfunction or loss of total or partial functions of an organ or tissue resulting from disease or trauma is a major concern and public health problems, achieving a significant number of people worldwide. Thus, the main objective of this thesis was the development, manufacture and evaluation of microreactor capable of performing the synthesis of polymerization of poly (L-lactic acid) (PLLA) used as biomedical implants. To fulfill this objective, it was necessary to separately evaluate the conditions of synthesis and routes of obtaining the PLLA. The route chosen for polymerization with microreactor to be developed was in direct polycondensation. The products were generated and characterized by different analysis techniques. The results showed similarity between the two products and their cytotoxic evaluation confirmed their application with biomaterial. It can be concluded that the idea of microreactor proposed has been presented with great potential in fulfilment of the polymerization of the PLLA by direct polycondensation of lactic acid / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T17:27:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BermudezJaimes_JohnHervin_M.pdf: 3572961 bytes, checksum: 92daf8d40cc8f811247948545b00f432 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Na presente dissertação, descreve-se a síntese do ácido acrílico por método semi-sintético. Na primeira etapa, produz-se ácido láctico por fermentação de melaço de cana-de-açúcar, em biorreator BioFlo 415, usando as bactérias Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum e Leuconostoc mesenteroides, com estudo prévio, em Shaker, da temperatura, concentração de sacarose e concentração de extrato de levedura usadas com cada bactéria. Na fermentação com Lactobacillus delbrueckii, obteve-se o ácido láctico de concentração de 50,21 g/L e produtividade final de 1,26 g/L.h. Com Leuconostoc mesenteroides se produz uma concentração máxima de ácido láctico de 14,57 g/L com produtividade final de 0,41 g/L.h; e usando Lactobacillus plantarum se obteve uma concentração de ácido láctico de 50,59 g/L com produtividade final de 1.09 g/L.h. Na segunda etapa, sintetizou-se ácido acrílico por desidratação catalítica do ácido láctico comercial e do ácido láctico obtido da fermentação com Lactobacillus plantarum em reator tubular, a 300 °C e fluxo contínuo de CO2. Para isso, foram preparados, caraterizados e testados catalisadores suportados em zeólita básica do tipo NaY (KBr/NaY, KI/NaY e Ca3(Po4)2/NaY). Como resultado, quando o ácido láctico comercial foi usado, a maior seletividade obtida foi de 25,66 % com uso de KBr/NaY; já com o ácido láctico obtido por fermentação, a maior seletividade obtida foi de 16,65 % com uso de KI/NaY. Durante o presente projeto, os produtos tanto das fermentações como das desidratações foram caraterizados por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) / Abstract: The present work deals whit the synthesis of acrylic acid by semi-synthetic method. In the first step, lactic acid was produced by fermentation of sugarcane molasses, in bioreactor BioFlo 415, using the bacteria Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum and Leuconostoc mesenteroides with a previous study, in Shaker, of the temperature, sucrose and yeast extract concentration used to each bacterium. In the fermentation with Lactobacillus delbrueckii, it was produced lactic acid with concentration of 50.21 g/L and final productivity of 1.26 g/L.h; with the Leuconostoc mesenteroides, it was produced lactic acid with concentration of 14.57 g/L and final productivity of 0.41 g/L.h; and using Lactobacillus plantarum, it was obtained a concentration of lactic acid of 50.59 g/L with final productivity of 1.09 g/L.h. In the second stage, acrylic acid was synthesized by catalytic dehydration of commercial and fermented lactic acid in a tubular reactor at 300 °C and continuous flow of CO2. For this, the catalyst support on NaY Zeolite basic (KBr/NaY, KI/NaY and Ca3(PO4)2/NaY) were prepared, characterized and tested. As results, when the commercial lactic acid was used, the largest selectivity was of 25.66% with use of KBr/NaY; whereas with lactic acid obtained by fermentation, the largest selectivity was of 16.65% using KI/NaY. In this design, all products were characterized by high performance liquid chromatography (HPLC) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:04:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_BrunaTorresda_M.pdf: 1645900 bytes, checksum: cb35ae2b39e57ae64320dc4a3efe7b0b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O presente trabalho descreve o estudo realizado para avaliar a viabilidade da produção de dois ácidos por uma metodologia nova e livre de sínteses químicas. Para a produção do ácido láctico, analisou-se o comportamento de três cepas bacterianas diferentes na fermentação do melaço de cana-de-açúcar: Lactobacillus delbrueckii, Leuconostoc mesenteroides e Lactobacillus plantarum. Foram realizados estudos em shaker, para simular o comportamento desses microrganismos frente a diferentes condições de temperatura (de acordo com cada bactéria), de concentrações de sacarose (15 g/L, 25 g/L e 35 g/L, aproximadamente) e de extrato de levedura (2 g/L, 4g/L e 6 g/L). Posteriormente, as melhores condições obtidas para cada bactéria foram reproduzidas em fermentador de grande volume, com controle de pH para avaliar a viabilidade do processo. A segunda etapa consistiu na aplicação do ácido láctico, obtido via fermentação, como substrato para a produção do ácido propiônico pela bactéria Propionibacterium acidipropionici. A manutenção da cepa e a preparação do pré-inóculo foram constituídos de lactato de sódio, em concentrações progressivas, até que a mesma estivesse pronta para ser inserida no meio de fermentação. Por ser um microrganismo anaeróbio, foi utilizada a alimentação de N2 ao reator, previamente ao início do processo, para manutenção da vida da cepa durante o processo, que contou com controle de pH, agitação e, consequentemente, taxa de formação de O2 durante o processo. Todas as amostras retiradas durante os processos foram quantificadas com relação aos açúcares e aos ácidos em cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). / Abstract: This paper describes the study conducted to evaluate the feasibility of production of two acids by a new methodology free of chemical syntheses. For the production of lactic acid, the behavior of three different bacterial strains in the fermentation of sugar cane molasses were analyzed: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum and Leuconostoc mesenteroides. Shaker studies were performed to simulate the behavior of these micro-organisms to different temperature conditions (in accordance with each bacterium), and concentrations of sucrose (15 g/L 25 g/L and 35 g/L, approximately), and yeast extract (2 g/L, 4g/L and 6 g/L). Subsequently, the best conditions obtained for each bacterium were reproduced in large volume fermenter with pH control to assess the viability of the process. The second step consisted of the application of lactic acid obtained through fermentation, as a substrate for the production of propionic acid by the bacterium Propionibacterium acidipropionici. The maintenance of strains and the preparation of the pre-inoculum consisted of sodium lactate at progressive concentrations until it was ready to be inserted into the fermentation medium. Being an anaerobic microorganism, it was used to feed the reactor N2, prior to the start of the process, to maintain the life of the strain during the process, which had control of pH, agitation and the consequent rate of formation of O2 during the process. All samples taken during the process were quantified with respect to sugars and acids in high performance liquid chromatography (HPLC). / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_JulianadeFaria_M.pdf: 1753771 bytes, checksum: 3b8feb2d517bd09db69f780a2292e100 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os avanços na medicina moderna, odontologia e engenharia aliados ao aumento da expectativa de vida, permitiram o desenvolvimento de técnicas de biomanufatura e biomateriais que geram uma melhor qualidade de vida. Essas técnicas devem permitir a imitação de estruturas vivas, tanto em forma como em função, tornando possível substituir tecidos defeituosos ou faltantes. Nesse contexto, o estudo e aplicação de poliésteres bioreabsorvíveis como suporte de crescimento celular (ou scaffolds) na engenharia tecidual tem se mostrado uma área muito promissora de pesquisa. Dentre os poliésteres bioreabsorvíveis comumente utilizados, o poli(ácido láctico) (PLA) ocupa posição de destaque devido a sua excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. O PLA é um termoplástico de alta resistência e é degradado no corpo por simples hidrólise do éster em uma taxa que pode ser controlada. A forma mais comum de se obter PLA de alta massa molecular é via polimerização por abertura de anel do dímero cíclico do ácido láctico, também conhecido como lactide, e o catalisador mais utilizado atualmente é o octoato de estanho ou Sn(Oct)2. Porém, a fim de possibilitar a síntese de um material isento de metais, a utilização de enzimas como catalisadores tem despertado o interesse de estudiosos. Além de serem consideradas atóxicas, as enzimas viabilizam a polimerização sob condições brandas em relação à pressão, temperatura e pH. O objetivo desse trabalho foi fazer um estudo prospectivo sobre as técnicas existentes para a síntese do PLA e sintetizálo a partir de uma rota química, utilizando Sn(Oct)2 como catalisador, e outra enzimática utilizando o biocatalisador Lipase B para futuramente obter biodispositivos para utilização na engenharia tecidual. A massa molecular do polímero foi obtida por GPC e sua estrutura química foi confirmada por FTIR. As propriedades térmicas foram estudadas por DSC e TGA. O PLA obtido a partir da rota química atingiu massa molecular equivalente a 8353 g/mol após 7h de reação a 160°C com 0,1% de Sn(Oct)2. Para a rota enzimática, foi constatado que a policondensação foi mais eficaz em relação à técnica de abertura de anel do lactide e um polímero com massa molecular igual a 1719 g/mol foi obtido depois de 77h de reação a 70°C com 0,5% de Lipase B. Em um comparativo de custos de fabricação, a rota química se mostrou mais atrativa em um primeiro momento, porém foi comprovado que com a reutilização da Lipase B, a polimerização enzimática pode ser viabilizada economicamente / Abstract: The advances in modern medicine, dentistry and engineering, combined with the increase of life expectancy, have allowed the development of techniques for biomanufacturing and biomaterials that create a better life quality. These techniques should enable the mimicking of living structures, both in form and function, making it possible to replace defective or missing tissues. In this context the study and application of bioresorbable polyesters as scaffolds in tissue engineering has shown a very promising area of research. Poly(lactic acid), PLA, stands out among the commonly used bioresorbable polyesters due to its excellent biocompatibility and mechanical properties. PLA is a thermoplastic, high strength and is degraded in the body by simple hydrolysis of the ester at a rate that can be controlled. The most common way to obtain high molecular mass PLA is by ring-opening polymerization of the lactic acid cyclic dymer, lactide, and currently the widely used catalyst for biomedical purposes is Stannous Octoate or Sn(Oct)2. However, in order to enable the synthesis of a metal-free material, the use of enzymes as catalysts has attracted the interest of researchers. In addition to being considered non-toxic, the enzyme enables the polymerization under mild conditions with regard to pressure, temperature and pH. The aim of this work was to make a prospective study on the existing techniques for the synthesis of PLA and synthesize it from a chemical route, using Sn(Oct)2 as catalyst, and from a enzymatic route using the biocatalyst Lipase B for future development of biodevices to be used in tissue engineering. The polymer molecular mass was obtained by GPC and its chemical structure was confirmed by FTIR. Thermal properties were studied by DSC and TGA. PLA obtained from the chemical route reached molecular mass equivalent to 8353g.mol-1 after 7 hours of reaction at 160°C with 0,1% Sn(Oct)2. For the enzymatic route, it was found that the polycondensation was more effective compared to the technique of ring opening of lactide and polymer with a molecular mass of 1719g.mol-1 was obtained after 77 hours reaction time at 70°C with 0,5% of Lipase B. Comparing manufacturing costs, chemical route were more attractive at first, but it was proven that with Lipase reuse enzymatic polymerization can be economically viable / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Telma Teixeira Franco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:20:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_GiselledeArruda_D.pdf: 30208000 bytes, checksum: b1ed6a1c43dab6cee435816103c4f562 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção de comppostos químicos a partir de resíduos lignocelulósicos tem atraído bastante a atenção da sociedade atual. A busca por alternativas produtivas não dependentes de combustíveis fósseis, o uso de fontes renováveis e a sustentabilidade são os principais motivos. Neste trabalho, a produção do ácido lático por fermentação dos açúcares obtidos dos bagaço da cana de açúcar, essencialmente glicose e xilose, foi estudada. Partindo de várias cepas de bactérias ácido láticas e utilizando-se metodologia qualitativa, 26 linhagens foram selecionadas para testes em frascos agitados e em biorreator. Os melhores resultados foram obtidos em fermentações utilizando-se B. coagulans 162, alcançando rendimento de 0,95 e produtividade volumétrica de 2,13 g L-1 h-1 em regime de batelada simples e meio de cultivo contendo glicose, xilose e arabinose. Em alimentação contínua, o meio de cultivo alcançou 105 g de ácido lático por litro de meio fermentado. Os efeitos dos tratamentos de hidrólise térmica e explosão a vapor do bagaço da cana de açúcar também foram estudados. Verificou-se a formação de ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural (HMF) e liberação dos açúcares glicose, xilose e arabinose. As fibras do bagaço foram fotografadas utilizando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV), antes e após tratamentos térmicos, para observação das modificações no arranjo da estrutura original. O bagaço in natura, contendo aproximadamente 43% de celulose, 28% de hemicelulose e 14% de lignina, foi submetido a tratamento hidrotérmico (220°C/5min) seguido de hidrólise pelas enzimas Celulase, Celobiase e Xilanase. O hidrolisado obtido pela degradação das frações celulósica e hemicelulósica continha basicamente glicose e xilose, e foi utilizado como fonte de carbono no meio de cultivo. Na fermentação foi obtido rendimento de 0,96 e produtividade volumétrica igual a 4,11 g L-1. Hidrolisado obtido do bagaço explodido a vapor também foi testado. Constituído basicamente pela fração hemicelulósica, o hidrolisado continha essencialmente xilose. Nesta fermentação alcançou-se rendimento de 0,90 e produtividade volumétrica igual a 0,225 g L-1 h-1. Posteriores estudos mostraram que a adaptação da cepa a meios de cultivo contendo apenas pentoses (xilose e arabinose) reduzem a fase lag tendo como consequência o aumento da produtividade. Estudos de inibição em meio sintético permitiram avaliar o efeito que cada composto causou individualmente na multiplicação celular e na produção do ácido lático. O ácido acético foi o componente que mostrou maior efeito inibitório. Dentro da faixa estudada, furfural e HMF provocaram comportamentos semelhantes, tornando-se inibitórios em concentrações acima de 1,5 g L-1 na produção de biomassa, mas não na produção de ácido lático. Inibição por xilose também foi investigada. Rendimento máximo igual a 0,95 foi obtido quando 140 g L-1 de açúcar inicial foram utilizados. Concentrações acima de 150 g L-1 mostram-se inibitórias ao crescimento microbiano. Foi possível observar que o bagaço da cana de açúcar é um substrato promissor para produção biotecnológica de ácido lático, um produto químico com alto valor agregado e com versatilidade em aplicações. O microrganismo selecionado, a bactéria Bacillus coagulans 162, mostrou-se uma cepa robusta, com relativa tolerância a inibidores e capaz de converter homofermentativamente as pentoses presentes no meio de cultura, característica desejável do ponto de vista produtivo e econômico / Abstract: Production of chemical compounds from lignocellulose residues has attracted attention of actual world society. The search for productive alternatives fossil fuels non-dependent, the use of renewable resources and sustainability are the main reasons. In this work, lactic acid production by fermentation of sugars obtained from sugarcane bagasse, essentially glucose and xylose, was studied. From several strains of lactic acid bactéria and using a qualitative methodology, 26 microorganisms were selected for shaking flasks and bioreactor tests. The best results were obtained in fermentations using B. coagulans 162, reaching yield of 0,95 and volumetric productivity of 2,13 g L-1 h-1 in simple batch and medium containing glucose, xylose and arabinose. In continuous feeding, the cultivation medium reached 105 g of lactic acid per liter. The treatment effects of hydrotermal hydrolysis and steam explosion of sugarcane bagasse were also studied. It was verified acetic acid, furfural and hydroxymethylfurfural (HMF) formation and glucose, xylose and arabinose release. Bagasse fibers were photographed using Scanning Electron Microscopy (SEM), before and after termal treatment for visualization of modification in the arrangement of the original structure. Bagasse in natura, containing approximately 43% of cellulose, 28% of hemicellulose and 14% of lignina, was submitted to hydroythermal treatment (220°C/5min) followed by hydrolysis with the enzymes Cellulase, Cellobiase and Xylanase. The obtained hydrolysate of cellulose and hemicellulose fractions contained mainly glucose and xylose, and was used as Catbon source in the cultivation medium. In the fermentation was obtained yield of 0,96 and volumetric productivity equal to 4,11 g L-1. The hydrolysate obtained from steam exploded bagasse was tested. Constituted basically by hemicellulose fraction, the hydrolysate contained mainly xylose. It was reached yield of 0,90 and volumetric productivity equal to 0,225 g L-1 h-1. Later studies have showed that strains adaptation in cultivation medium containing only pentose (xylose and arabinose) reduces the lag phase resulting in increase of productivity. Inhibition studies on synthetic medium allowed to evaluate the effect that each compound caused individually on cell replication and on lactic acid production. Acetic acid was the compound that showed the higher inhibitory effect. In the studied range, furfural and HMF showed similar behaviour becoming inhibitory in concentrations above 1,5 g L-1 on biomass production. The same effect was not observed on lactic acid production. Inhibition by xylose was also investigated. Maximum yield, equal to 0,95, was obtained when 140 g L-1 of initial sugar were used. Concentrations above 150 g L-1 showed to be inhibitory to the microbial growth. Sugarcane bagasse showed to be a promissor substrate to biotechnologic production of lactic acid, a chemical with high added value and versatile applications. The selected microorganism, the bacteria Bacillus coagulans 162, showed to be a robust strain, with relative tolerance against inhibitors and able to convert homofermentatively the pentose present in hemicellulose hydrolysate, desirable feature in productive and economic terms / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Lactic acid is widely existing in human bodies, animals and microorganisms. Recently, using biosensor to detect the concentration of lactic acid and diagnose disease have attracted great research and development interests. Nanocomposites is one of the best material used for biosensor because their wonderful conductivity, optical and electrochemical properties. In the study, MoS2 and polypyrrole (PPY) are used for the composite material electrode. To determine whether lactate oxidase (LOD) was helpful for the biosensor’s detective properties, both PPY-MoS2 film with LOD and PPY-MoS2 film without LOD are being tested. The fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopic techniques have been used to understand the chemical bonds in the nanocomposite film. The X-ray diffraction (XRD) technique has been performed to understand the crystallographic structure of the MoS2 -PPY film. The morphologies were confirmed by scanning electron microscopy (SEM). The UV-vis spectroscopy has been used to determine the band structure of composite film. Cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to analyze in different concentration of solution, under different scan rate to obtain stability and work efficiency. These results were compared with PPY-MoS2 film with and without lactate oxidase conditions. The chronoamperometric technique has been used to detect the concentration of lactic acid.

Pollination necessary for the agricultural crop production affects the functions of the ecosystems on earth. In landscapes where wild pollinators are decreasing, honey bees promote the maintenance of plant species, therefore honey bee losses are of great concern. Current honey bee colony losses (Apis mellifera) worldwide are caused by Colony collapse disorder, the mite Varroa destructor and pesticides. This results in the honey bees weakened immune defenses making them susceptible to different diseases. Studies show that long-term natural selection for coexistence, or resistance to Varroa mites by honey bees is possible, but further developments are needed for this application in managed beekeeping. Furthermore, lactic acid bacteria found in honey bees can play a crucial role by improving its immune response. At places where apicultural practices have led to decreased amounts of lactic acid bacteria in the bees, supplementary feeding is a possible treatment solution. The beekeepers' observations of mite reproduction dynamics and the overwintering of strong and healthy honey bees are needed to decrease Varroa treatment with synthetic chemicals. Based on this knowledge, a small survey of beekeepers in Örebro County, Sweden, was conducted in an attempt to determine the status of their bees during the last 5 years. The largest colony loss over the past 5 winters was predominantly in 2012-2013. Varroa mite infestations with disease symptoms were primarily found in the central region. Since the survey was small and time was limited it was only possible to make general conclusions. Deeper understanding of lactic acid bacteria in honey bee societies and their inhibition of different diseases are important for future research.