Sorbitol e ácido glucônico são obtidos equimolarmente em reação catalisada por glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glucono-δ-lactonase (GL), enzimas periplasmáticas de Zymomonas mobilis. Visto que a demanda comercial do sorbitol é muito superior à do ácido glucônico, este trabalho objetivou aprofundar o conhecimento sobre a capacidade do complexo GFOR/GL de oxidar outras aldoses a seus respectivos ácidos orgânicos. O cultivo de Z. mobilis foi analisado visando a obtenção de biomassa, GFOR/GL e etanol. Em cultivo descontínuo em meio com 7,5 a 10,0 g/L de extrato de levedura bruto, obtiveramse cerca de 24 unidades de GFOR/GL por grama de células secas (U/g). Em regime descontínuo alimentado, atividade de 27 U/g e rendimento em etanol de 95% foram atingidos. A ação de GFOR/GL sobre diferentes pares frutose/aldoses foi avaliada com células permeabilizadas livres ou imobilizadas em alginato de cálcio. Com 0,7 mol/L de frutose/glicose, em sistema imobilizado, as mais altas atividades foram medidas entre 47 e 50°C com pH de 7,8 a 8,2, constatando-se que um valor de pH mais alto no meio permite a ocorrência de um pH próximo ao ideal (6,4) no interior das esferas de alginato. Conforme os substratos são consumidos, com conseqüente redução da velocidade reacional, pHs mais baixos no meio externo são exigidos. Entre as aldoses testadas, a maior afinidade enzima / substrato foi observada com maltose e a menor com lactose. Devido às aplicações comerciais do seu produto de oxidação - ácido lactobiônico - lactose foi estudada em detalhes. Com 0,7 mol/L de lactose/frutose, a máxima velocidade específica de formação de ácido lactobiônico foi, em média, de 4,0 mmol/g/h, com células livres, a 39°C e pH 6,4, e de 2,0 mmol/g/h, com o sistema imobilizado, a 47ºC e pH 6,4. Os resultados indicam a viabilidade da produção de ácido lactobiônico por este processo, já que conversões superiores a 85 % são obtidas. / Sorbitol and gluconic acid can be obtained, in equimolar basis, by reaction catalysed by the periplasmic enzymes glucose-fructose oxidoreductase (GFOR) and glucono-δ-lactonase (GL) of Zymomonas mobilis. Since the commercial demand for sorbitol is much larger than that for gluconic acid, the aim of this work was to achieve a deeper knowledge on the capacity of GFOR/GL complex in oxidising other aldoses to their respective organic acids. Z. mobilis cultivation was analysed with respect to growth and GFOR/GL and ethanol production. In batch cultivation in medium with 7.5 and 10.0 g/L of non-purified yeast extract, ca. of 24 GFOR/GL units per gram of dry cells (U/g) were obtained. In fed-batch mode, an activity of 27 U/g and an ethanol yield over 95% were achieved. The action of GFOR/GL on different fructose/aldose pairs was assessed with permeabilised cells, either free or immobilised in calcium alginate. With 0.7 mol/L of fructose/aldose, in immobilised system, the highest activities were measured between 47 and 50°C at pH 7.8-8.2, observing that higher pH values in the reaction medium led to the occurrence of pH values close to the optimum (6.4) in the inner space of alginate beads. As substrates were consumed, and as a consequence the reaction rate decreased, lower pH values in the external medium were needed. Among the aldoses tested, the highest enzyme - substrate affinity was observed for maltose and the lowest for lactose. Due to the commercial uses of its oxidation product - lactobionic acid - lactose was studied in details. With 0.7 mol/L of lactose/fructose, the maximum lactobionic acid specific production rate was in average 4.0 mmol/g/h with free cells, at 39ºC and pH 6.4, and 2.0 mmol/g/h with immobilised system, at 47ºC and pH 6.4. The results indicate the feasibility of producing lactobionic acid by this process, since conversion over 85% are obtained.

O ácido lactobiônico e seus sais (lactobionatos), compostos que apresentam aplicações na área farmacêutica, foram obtidos via ação do complexo enzimático glicose-frutose oxidorredutase (GFOR)/gliconolactonase (GL) - presente no periplasma de células da bactéria Zymomonas mobilis - imobilizado em alginato de cálcio. Nas reações catalisadas por este sistema enzimático, o pH do meio deve ser controlado em valores ligeiramente ácidos. Para este fim, foram empregados NaOH, KOH ou Ca(OH)2 e, como consequência, os respectivos sais foram formados. O estudo da cinética de formação dos lactobionatos de sódio, potássio e cálcio e do próprio ácido lactobiônico foi seguido das etapas de purificação, caracterização e avaliação da estabilidade físico-química, visando à potencial utilização destes compostos na área farmacêutica. Em ensaios de bioprodução dos lactobionatos de sódio, potássio e cálcio, foram obtidos rendimentos de 74, 77 e 84%, respectivamente. Em bateladas sucessivas de bioconversão, totalizando 96 h de uso do biocatalisador, rendimentos de 80 e 56 % em lactobionatos de cálcio e de potássio foram atingidos. Na etapa de purificação dos sais, foram alcançados teores de pureza de aproximadamente 95%, sendo então procedida a caracterização dos compostos por cromatografia líquida de alta eficiência, espectrometria de massas e RMN de 13C. Nos estudos de estabilidade acelerada, de longa duração e degradação forçada, os lactobionatos de sódio, potássio e cálcio obtidos nos ensaios de bioconversão conduzidos em maior volume reacional, foram inicialmente purificados e, então, comparados frente ao ácido lactobiônico, obtido por troca iônica a partir do lactobionato de sódio, e com o ácido lactobiônico comercial (Sigma-Aldrich). Nos testes de estabilidade acelerada e de longa duração, foi constatada a estabilidade de todos os compostos por até seis meses quando expostos a 30 e 40oC e 75% de umidade relativa. Por outro lado, a presença da lactobionolactona foi identificada nas amostras dos compostos na forma ácida. Com relação aos testes de degradação forçada, os lactobionatos de sódio, potássio, e cálcio e o ácido lactobiônico se mostraram estáveis frente à exposição a soluções ácidas e alcalinas e às temperaturas avaliadas. Contudo, observou-se degradação no tratamento com solução oxidativa, com cinética de degradação de ordem zero para os sais e de segunda ordem para o ácido lactobiônico. Elevadas concentrações de produtos - lactobionatos de sódio, potássio e cálcio - foram atingidas com a utilização do sistema GFOR/GL imobilizado em alginato de cálcio. Considerando o conjunto de informações obtido, quanto à caracterização físico-química dos compostos produzidos, foi demonstrada a estabilidade frente aos diferentes parâmetros avaliados atendendo aos requisitos mínimos legais para sua aplicação na área farmacêutica. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-03-09T14:08:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Maria Gabriele Delagustin.pdf: 3945297 bytes, checksum: e76bd0d7370a803326a4ebd56fb7e6b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-09T14:08:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Maria Gabriele Delagustin.pdf: 3945297 bytes, checksum: e76bd0d7370a803326a4ebd56fb7e6b1 (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / Lactobionic acid and its salts (lactobionate) are substances that have several applications in pharmaceutical area. These products were obtained by enzymatic complex glucose-fructose-oxidoreductase (GFOR)/gluconolactonase (GL) present in the periplasm of Zymomonas mobilis cells that were immobilized in calcium alginate. In the reactions catalyzed by this enzyme system, the medium pH must be controlled at slightly acid values. For this purpose, NaOH, KOH, or Ca(OH)2 were used and as a result the respective salts were formed. The kinetic study on the formation of sodium, potassium and calcium lactobionate and lactobionic acid itself was followed by the steps of purification, characterization and evaluation of the physicochemical stability, aiming the potential use of these compounds in the pharmaceutical area. In the assays for the bioproduction of sodium, potassium or calcium lactobionates, yields of 74, 77 and 84% were obtained, respectively. In repeated bioconversion batches, totalizing 96 hours of use of the biocatalyst, yields of 80 and 56% were attained for calcium and potassium lactobionate. In the salts purification step, purity levels of approximately 95% were achieved, and subsequently these compounds were characterized by high performance liquid chromatography, mass spectrometry, and C13 NMR. In the studies of accelerated, long term and forced degradation stability, the production of sodium, potassium and calcium lactobionate was carried out at higher reaction volume. The products were purified and then evaluated together with lactobionic acid that was obtained by ion-exchange from sodium lactobionate, and with a commercial lactobionic acid (Sigma-Aldrich). In the accelerated and long term stability tests, it was demonstrated the stability of all compounds when exposed to 30 and 40oC and of 75%of relative humidity for up to six months. On the other hand, the presence of lactobionolactone was identified in samples of compounds in the acid form. With respect to the forced degradation tests, sodium, potassium and calcium lactobionates and lactobionic acid have shown to be stable after exposing to both acidic and alkaline solutions and the temperatures evaluated. However, degradation was observed in the treatment with oxidative solution, with a zero-order degradation kinetics for the salts forms and second-order for lactobionic acid. High concentrations of products - sodium, potassium and calcium lactobionate - were achieved by using the Ca-alginate immobilized GFOR/GL complex. Considering the set of information obtained in regarding to physicochemical characterization, it was demonstrated the high stability of these compounds in front of different parameters evaluated, endorsing the legal minimum requirements for their application in the pharmaceutical area.

Orientador: Crispin Humberto Garcia Cruz / Banca: Mário Antonio Alves da Cunha / Banca: Pedro Oliva Neto / Banca: Ozair Souza / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Resumo: A bactéria Zymomonas mobilis é considerada um microrganismo com alto potencial biotecnológico para a produção de etanol e levana, por apresentar baixa produção de biomassa e alta tolerância a elevadas concentrações de etanol. Apesar disso, sua eficiência pode ser prejudicada, devido a exposição das células livres a condições desfavoráveis durante os processos fermentativos convencionais. A utilização de células imobilizadas é uma alternativa para solucionar tais problemas, pois oferece inúmeras vantagens como maior concentração celular, maior estabilidade e conseqüentemente maior produção. Diante disso, o objetivo deste trabalho, foi selecionar um suporte adequado para a imobilização de Zymomonas mobilis visando aumentar a produção de etanol e levana empregando sacarose como fonte de carbono. Os suportes avaliados foram: alginato, quitosana, bucha vegetal e bagaço de cana. Os melhores parâmetros para a produção de etanol e levana, foram determinados utilizando a metodologia de superfície de resposta (MSR). O primeiro experimento realizado foi 2(5-2) com as variáveis independentes: concentração de sacarose; pH; tempo de incubação; temperatura e agitação do meio de cultura. Com base nas melhores condições observadas no experimento 2(5-2) foi avaliada a capacidade de reutilização dos suportes em fermentações subseqüentes durante 12 dias. A produção de etanol foi determinada pelo método de microdifusão e a levana foi determinada indiretamente em unidades de frutose após hidrólise ácida. A biomassa foi determinada por densidade ótica a 570 nm e a fixação do microrganismo no suporte foi confirmada por microscopia eletrônica de varredura. No experimento 2(5-2), verificou-se que o melhor suporte de imobilização foi a bucha vegetal, a qual apresentou os maiores valores de biomassa imobilizada (2,95 g/L); produção de levana (24,9 g/L) e etanol (50,95 g/L). Para os experimentos com ... / Abstract: Zymomonas mobilis is considered to have high biotechnological potential for ethanol and levan production, because it produces little biomass and shows good tolerance to ethanol concentrations. However, this efficiency can be decreased if the free cells are exposed to unfavorable conditions during conventional fermentations. Cell immobilization is an alternative to solve this problem and offers numerous advantages such as higher cell concentrations, greater stability and improved production. Thus the aim of this work was to select a suitable support for the immobilization of Zymomonas mobilis in order to increase the production of ethanol and levan from sucrose as the carbon source. The optimum values for ethanol and levan production were determined using response surface methodology (RSM). The first experiment was a 2(5-2) design with the following independent variables: sucrose concentration, pH, incubation time, temperature and agitation of the culture medium. Based on the best conditions observed in the 2(5-2) experiment, reuse of the support was evaluated during 12 days of fermentation. Ethanol production was determined by microdiffusion and the levan production on fructose units after acid hydrolysis. The biomass was determined by optical density at 570 nm and microbial growth on the support was verified by scanning electron microscopy. In the 2(5-2) experiment the loofa sponge was the best support for immobilization with the highest values for immobilized biomass (2.95 g/L); levan production (24.9 g/L) and ethanol production (50.95 g/L). In the immobilization support reuse experiments in batch fermentations, all the supports evaluated could be reused for 12 cycles, with the exception of chitosan beads. Sugarcane bagasse was shown to be the best substrate for microbial adhesion (3.23 g/L) and for levan (32.13 g/L) and ethanol production (36.50 g/L). Thus the loofa sponge and sugarcane bagasse represented the most promising support ... / Doutor

Sorbitol e ácido glucônico são obtidos equimolarmente em reação catalisada por glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glucono-δ-lactonase (GL), enzimas periplasmáticas de Zymomonas mobilis. Visto que a demanda comercial do sorbitol é muito superior à do ácido glucônico, este trabalho objetivou aprofundar o conhecimento sobre a capacidade do complexo GFOR/GL de oxidar outras aldoses a seus respectivos ácidos orgânicos. O cultivo de Z. mobilis foi analisado visando a obtenção de biomassa, GFOR/GL e etanol. Em cultivo descontínuo em meio com 7,5 a 10,0 g/L de extrato de levedura bruto, obtiveramse cerca de 24 unidades de GFOR/GL por grama de células secas (U/g). Em regime descontínuo alimentado, atividade de 27 U/g e rendimento em etanol de 95% foram atingidos. A ação de GFOR/GL sobre diferentes pares frutose/aldoses foi avaliada com células permeabilizadas livres ou imobilizadas em alginato de cálcio. Com 0,7 mol/L de frutose/glicose, em sistema imobilizado, as mais altas atividades foram medidas entre 47 e 50°C com pH de 7,8 a 8,2, constatando-se que um valor de pH mais alto no meio permite a ocorrência de um pH próximo ao ideal (6,4) no interior das esferas de alginato. Conforme os substratos são consumidos, com conseqüente redução da velocidade reacional, pHs mais baixos no meio externo são exigidos. Entre as aldoses testadas, a maior afinidade enzima / substrato foi observada com maltose e a menor com lactose. Devido às aplicações comerciais do seu produto de oxidação - ácido lactobiônico - lactose foi estudada em detalhes. Com 0,7 mol/L de lactose/frutose, a máxima velocidade específica de formação de ácido lactobiônico foi, em média, de 4,0 mmol/g/h, com células livres, a 39°C e pH 6,4, e de 2,0 mmol/g/h, com o sistema imobilizado, a 47ºC e pH 6,4. Os resultados indicam a viabilidade da produção de ácido lactobiônico por este processo, já que conversões superiores a 85 % são obtidas. / Sorbitol and gluconic acid can be obtained, in equimolar basis, by reaction catalysed by the periplasmic enzymes glucose-fructose oxidoreductase (GFOR) and glucono-δ-lactonase (GL) of Zymomonas mobilis. Since the commercial demand for sorbitol is much larger than that for gluconic acid, the aim of this work was to achieve a deeper knowledge on the capacity of GFOR/GL complex in oxidising other aldoses to their respective organic acids. Z. mobilis cultivation was analysed with respect to growth and GFOR/GL and ethanol production. In batch cultivation in medium with 7.5 and 10.0 g/L of non-purified yeast extract, ca. of 24 GFOR/GL units per gram of dry cells (U/g) were obtained. In fed-batch mode, an activity of 27 U/g and an ethanol yield over 95% were achieved. The action of GFOR/GL on different fructose/aldose pairs was assessed with permeabilised cells, either free or immobilised in calcium alginate. With 0.7 mol/L of fructose/aldose, in immobilised system, the highest activities were measured between 47 and 50°C at pH 7.8-8.2, observing that higher pH values in the reaction medium led to the occurrence of pH values close to the optimum (6.4) in the inner space of alginate beads. As substrates were consumed, and as a consequence the reaction rate decreased, lower pH values in the external medium were needed. Among the aldoses tested, the highest enzyme - substrate affinity was observed for maltose and the lowest for lactose. Due to the commercial uses of its oxidation product - lactobionic acid - lactose was studied in details. With 0.7 mol/L of lactose/fructose, the maximum lactobionic acid specific production rate was in average 4.0 mmol/g/h with free cells, at 39ºC and pH 6.4, and 2.0 mmol/g/h with immobilised system, at 47ºC and pH 6.4. The results indicate the feasibility of producing lactobionic acid by this process, since conversion over 85% are obtained.

Submitted by Chaylane Marques (chaylane.marques@ufpe.br) on 2015-03-12T17:49:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação_Clarissa_Sá_março2012.pdf: 2457471 bytes, checksum: 83e5e0cdf6065d4d7f5b24fcac0cdd26 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-12T17:49:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação_Clarissa_Sá_março2012.pdf: 2457471 bytes, checksum: 83e5e0cdf6065d4d7f5b24fcac0cdd26 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / CAPES; CNPQ. / O objetivo deste trabalho foi selecionar e caracterizar microrganismos etanologênicos eficientes e robustos para aplicação industrial. Inicialmente, foi comparada a produção de etanol entre 10 linhagens industriais de S. cerevisiae e entre 10 linhagens de Z. mobilis, pertencentes à Coleção de Culturas de Microrganismos do Departamento de Antibióticos da UFPE. Os experimentos foram realizados em tubos de ensaio (50 mL), em meios a base de glicose, com e sem hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. O hidrolisado foi obtido por tratamento hidrotérmico (195° C, 16 min.) em reator descontínuo de 20 L (Regmed AU/E-20). Por análise estatística, duas linhagens, uma de cada grupo (S. cerevisiae IA1238 e Z. mobilis ZAP), foram selecionadas para caracterização cinética em biorreator de bancada (New Brunswick Scientific, Bioflo 110). Foram avaliados, também, os efeitos individuais e sinérgicos de inibidores (furfural, HMF, ácido acético, ácido fórmico e ácido gálico) sobre as duas linhagens selecionadas. Na caracterização cinética em biorreator, na ausência de hidrolisado, o rendimento de etanol de S. cerevisiae IA1238 (0,36 g g-1) foi um pouco inferior ao de Z. mobilis ZAP (0,42 g g-1). No entanto, S. cerevisiae IA1238 foi capaz de fermentar na presença do hidrolisado, embora com inibição do crescimento, enquanto Z. mobilis ZAP foi totalmente inibida. Na análise individual de inibidores, o ácido acético e o ácido fórmico, em concentrações presentes no hidrolisado, apresentaram maior poder de inibição, tanto sobre S. cerevisiae IA1238 (53% e 26%, respectivamente) como sobre Z. mobilis ZAP (93% e 73% , respectivamente). Embora Z. mobilis apresente vantagem metabólica em meio de glicose (i.e. maior rendimento de etanol), S. cerevisiae se mostrou, em geral, mais robusta para aplicação industrial. Em particular, a linhagem IA1238, utilizada atualmente em processos industriais de primeira geração, mostrou ser uma boa plataforma para modificações genéticas futuras, para aplicação em processos de segunda geração.

O ácido lactobiônico e seus sais (lactobionatos), compostos que apresentam aplicações na área farmacêutica, foram obtidos via ação do complexo enzimático glicose-frutose oxidorredutase (GFOR)/gliconolactonase (GL) - presente no periplasma de células da bactéria Zymomonas mobilis - imobilizado em alginato de cálcio. Nas reações catalisadas por este sistema enzimático, o pH do meio deve ser controlado em valores ligeiramente ácidos. Para este fim, foram empregados NaOH, KOH ou Ca(OH)2 e, como consequência, os respectivos sais foram formados. O estudo da cinética de formação dos lactobionatos de sódio, potássio e cálcio e do próprio ácido lactobiônico foi seguido das etapas de purificação, caracterização e avaliação da estabilidade físico-química, visando à potencial utilização destes compostos na área farmacêutica. Em ensaios de bioprodução dos lactobionatos de sódio, potássio e cálcio, foram obtidos rendimentos de 74, 77 e 84%, respectivamente. Em bateladas sucessivas de bioconversão, totalizando 96 h de uso do biocatalisador, rendimentos de 80 e 56 % em lactobionatos de cálcio e de potássio foram atingidos. Na etapa de purificação dos sais, foram alcançados teores de pureza de aproximadamente 95%, sendo então procedida a caracterização dos compostos por cromatografia líquida de alta eficiência, espectrometria de massas e RMN de 13C. Nos estudos de estabilidade acelerada, de longa duração e degradação forçada, os lactobionatos de sódio, potássio e cálcio obtidos nos ensaios de bioconversão conduzidos em maior volume reacional, foram inicialmente purificados e, então, comparados frente ao ácido lactobiônico, obtido por troca iônica a partir do lactobionato de sódio, e com o ácido lactobiônico comercial (Sigma-Aldrich). Nos testes de estabilidade acelerada e de longa duração, foi constatada a estabilidade de todos os compostos por até seis meses quando expostos a 30 e 40oC e 75% de umidade relativa. Por outro lado, a presença da lactobionolactona foi identificada nas amostras dos compostos na forma ácida. Com relação aos testes de degradação forçada, os lactobionatos de sódio, potássio, e cálcio e o ácido lactobiônico se mostraram estáveis frente à exposição a soluções ácidas e alcalinas e às temperaturas avaliadas. Contudo, observou-se degradação no tratamento com solução oxidativa, com cinética de degradação de ordem zero para os sais e de segunda ordem para o ácido lactobiônico. Elevadas concentrações de produtos - lactobionatos de sódio, potássio e cálcio - foram atingidas com a utilização do sistema GFOR/GL imobilizado em alginato de cálcio. Considerando o conjunto de informações obtido, quanto à caracterização físico-química dos compostos produzidos, foi demonstrada a estabilidade frente aos diferentes parâmetros avaliados atendendo aos requisitos mínimos legais para sua aplicação na área farmacêutica. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / Lactobionic acid and its salts (lactobionate) are substances that have several applications in pharmaceutical area. These products were obtained by enzymatic complex glucose-fructose-oxidoreductase (GFOR)/gluconolactonase (GL) present in the periplasm of Zymomonas mobilis cells that were immobilized in calcium alginate. In the reactions catalyzed by this enzyme system, the medium pH must be controlled at slightly acid values. For this purpose, NaOH, KOH, or Ca(OH)2 were used and as a result the respective salts were formed. The kinetic study on the formation of sodium, potassium and calcium lactobionate and lactobionic acid itself was followed by the steps of purification, characterization and evaluation of the physicochemical stability, aiming the potential use of these compounds in the pharmaceutical area. In the assays for the bioproduction of sodium, potassium or calcium lactobionates, yields of 74, 77 and 84% were obtained, respectively. In repeated bioconversion batches, totalizing 96 hours of use of the biocatalyst, yields of 80 and 56% were attained for calcium and potassium lactobionate. In the salts purification step, purity levels of approximately 95% were achieved, and subsequently these compounds were characterized by high performance liquid chromatography, mass spectrometry, and C13 NMR. In the studies of accelerated, long term and forced degradation stability, the production of sodium, potassium and calcium lactobionate was carried out at higher reaction volume. The products were purified and then evaluated together with lactobionic acid that was obtained by ion-exchange from sodium lactobionate, and with a commercial lactobionic acid (Sigma-Aldrich). In the accelerated and long term stability tests, it was demonstrated the stability of all compounds when exposed to 30 and 40oC and of 75%of relative humidity for up to six months. On the other hand, the presence of lactobionolactone was identified in samples of compounds in the acid form. With respect to the forced degradation tests, sodium, potassium and calcium lactobionates and lactobionic acid have shown to be stable after exposing to both acidic and alkaline solutions and the temperatures evaluated. However, degradation was observed in the treatment with oxidative solution, with a zero-order degradation kinetics for the salts forms and second-order for lactobionic acid. High concentrations of products - sodium, potassium and calcium lactobionate - were achieved by using the Ca-alginate immobilized GFOR/GL complex. Considering the set of information obtained in regarding to physicochemical characterization, it was demonstrated the high stability of these compounds in front of different parameters evaluated, endorsing the legal minimum requirements for their application in the pharmaceutical area.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7850_1.pdf: 1593178 bytes, checksum: 172bd7605b4bf03e4bc6093bb00e9632 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Neste trabalho, foi realizado um estudo teórico do comportamento dinâmico de fermentações, utilizando um modelo desenvolvido para representar o cultivo contínuo de Zymomonas mobilis em um biorreator perfeitamente agitado. O modelo foi estudado através de simulações dinâmicas e da construção de diagramas de bifurcação. Esta última ferramenta permite avaliar a influência dos parâmetros do modelo no surgimento de comportamentos dinâmicos complexos como oscilação e multiplicidade de estados estacionários. Os estudos foram norteados pelos dados experimentais de literatura que indicam oscilação quando a concentração de glicose na alimentação é elevada, em torno de 200 g/L, e a taxa de diluição está em torno de 0,07 h-1. Os diagramas de bifurcação e as simulações dinâmicas mostram que o modelo é capaz de prever a coexistência de um estado estacionário estável e uma oscilação sustentada em um mesmo conjunto de condições de operação, conforme já observado experimentalmente em trabalhos anteriores

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:01:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4249_1.pdf: 5387784 bytes, checksum: 0eec9d7103a89fa3e1f2d914ffc4a077 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Este trabalho teve como objetivo selecionar e caracterizar uma linhagem de Zymomonas mobilis como potencial probiótico para isso a pesquisa foi dividida em três etapas. Numa primeira etapa foi avaliada a atividade de dez linhagens de Z. mobilis frente a 49 microrganismos patogênicos pertencentes a cinco gêneros bacterianos e um fúngico. Após seleção da linhagem com atividade antagônica e com crescimento satisfatório no meio SSDL foi avaliada sua tolerância ao ácido clorídrico (meio SSDL com pH ajustado para 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 e 4,0) e bile bovina nas concentrações de 0,125; 0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 e 4,0 p/v. Posteriormente foi avaliada a susceptibilidade desta linhagem a dez diferentes antimicrobianos utilizados em clínica médica. Este ensaio foi realizado pela técnica de difusão em meio sólido preconizado pelo CLSI. A segunda etapa deste trabalho constou da determinação do antagonismo quantitativo da cultura de Z. mobilis selecionada em co-cultura com Escherichia coli O157:H7 ou com Escherichia coli ATCC 8739 e do acompanhamento do pH destas culturas. Nesta etapa também foi estudada a influência do inóculo de Z. mobilis em diferentes concentrações (107, 108, 109 UFC/mL) sobre a sua atividade antagônica ao longo de 24 horas. Na terceira etapa, foi avaliada a possibilidade de translocação de Z. mobilis para a corrente sangüínea e para os órgãos vitais em camundongos, após inoculação através de gavagem oral da cultura (109 UFC/mL) três vezes ao dia. As linhagens de Z. mobilis foram capazes de inibir o crescimento de 10 amostras de Pseudomonas aeruginosa, 4 de Escherichia coli, 7 de Staphylococcus aureus e 5 de Salmonella enterica e 1 Salmonella choleraesuis , mas não inibiu 10 amostras de Enterococcus faecalis nem as 11 de Candida albicans. Das dez linhagens, Z. mobilis UFPEDA 355 apresentou velocidade máxima de crescimento em meio SSDL, superior as demais, e atividade antagônica sendo selecionada para as etapas posteriores. A linhagem UFPEDA 355 apresentou-se tolerante ao meio SSDL em pH superior a 2,5 e a todas as concentrações de bile ensaiadas. Esta linhagem mostrou um perfil de sensibilidade a cefoxitina, azitromicina, sulfazotrim, imipenem, cloranfenicol, amoxicilina/ácido clavulânico e de resistência a ofloxacina, amicacina e ampicilina. A atividade antagônica de Z. mobilis UFPEDA 355 foi dependente da concentração do inóculo, cuja redução das células viáveis, em relação ao controle, foi da ordem de 1,60 ± 0,06 log10 UFC/mL para E. coli O157:H7 e de 1,67 ± 0,07 log10 UFC/mL para E. coli ATCC 8739. Não houve diferença significativa dos valores do pH da cultura de Z. mobilis e de suas co-culturas nos diferentes inóculos (p<0,05). Z. mobilis UFPEDA 355 não foi capaz de penetrar na corrente sangüínea, nem de causar alterações morfológicas nos rins, fígado, baço e intestinos de camundongos

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:03:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8609_1.pdf: 805317 bytes, checksum: abc0e57e92f79e1f040be2cc422ef714 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / A fim de reduzir o impacto dos gases que provocam o efeito estufa torna-se necessária a utilização de derivados de biomassa como combustíveis alternativos a partir de substratos renováveis. A Algaroba [Prosopis juliflora (Sw.) D.C.] é uma leguminosa arbórea tropical comum no semi-árido brasileiro e que se desenvolve em lugares secos. Este trabalho teve por objetivo produzir etanol a partir do extrato aquoso obtido da farinha da algaroba fermentado por Saccharomyces cerevisiae e Zymomonas mobilis. Foram realizadas as seguintes etapas: caracterização da farinha da algaroba quanto à composição química e microbiológica; determinação da concentração ideal de farinha da algaroba para elaboração do substrato fermentativo; curvas de crescimento dos microrganismos; fermentações segundo o planejamento fatorial 23. Foi realizado o processo fermentativo até 72h com o ensaio do planejamento fatorial que obteve a máxima produção de etanol (g/L), analisada através da análise de regressão linear e dos cálculos dos parâmetros de fermentação. Verificou-se que a farinha de algaroba apresenta elevados níveis de nutrientes, principalmente em açúcares, e minerais como fósforo cálcio, além de ser considerada própria quanto à qualidade higiênico-sanitária. Foi escolhida a concentração de 30% de farinha da algaroba para elaboração do substrato por apresentar estabilidade quanto à solubilização de glicose e de proteínas totais no meio. Zymomonas mobilis apresentou maior crescimento em meio padrão sob condição estática e Saccharomyces cerevisiae no substrato sob agitação. De acordo com o planejamento fatorial, a maior produção de etanol foi obtida utilizando extrato aquoso da algaroba fermentado por Z. mobilis sob condição estática. A análise de regressão linear apresentou um bom ajuste dos dados aos modelos quanto ao crescimento da bactéria de 0 a 36 horas e produção de etanol de 2 a 36 horas. A maior produtividade de etanol, maior conversão do substrato em etanol, e, portanto, maior eficiência de fermentação foi observada até 30h. Conclui-se, que a algaroba apresenta-se como matéria-prima viável em processos biotecnológicos, visando seu aproveitamento e conferindo maior valor agregado ao produto

A bactéria Zymomonas mobilis atraiu considerável interesse nas últimas décadas devido ao seu metabolismo único e eficientes características fermentativas na produção de etanol a partir de açúcares simples. No entanto, apesar das aparentes vantagens na conversão e taxas específicas quando comparada com as leveduras, estas ainda dominam o mercado produtivo de etanol. Dentre os diversos modelos encontrados na literatura para representar o processo fermentativo de glicose através de Z. mobilis, o modelo proposto por Jöbses et al. (1986) aparenta ser bem estruturado e ideal para a criação de estratégias de controle e otimização de processos fermentativos com este microrganismo, viabilizando sua utilização em escala industrial. Fermentações de Z. mobilis em regime contínuo apresentam comportamento oscilatório para baixas taxas de diluição, fenômeno este comprovado experimentalmente. Experimentos laboratoriais foram utilizados para a estimação de parâmetros do modelo de Jöbses, através da técnica de minimização da derivada do erro da função objetivo. O novo modelo ajustado apresenta dinâmica equivalente ao modelo original de Jöbses, fato este comprovado através da construção dos diagramas de bifurcação. Os diagramas de fase dos modelos apresentam algumas diferenças estruturais entre si, entretanto, a ocorrência de multiplicidade de estados estacionários em baixos valores de taxa de diluição está presente em todos. Em bioprocessos, a obtenção de informações sobre o sistema é um tanto complexa, devido a estes meios serem muito suscetíveis a distúrbios, contaminações, além de que medidas de concentrações são relativamente dispendiosas, associadas com um alto tempo morto, o que impossibilita, muitas vezes, a implementação de sistemas de controle eficientes. Para contribuir com a resolução deste problema foi desenvolvida uma nova inferência das variáveis de estado através da informação de consumo de hidróxido de sódio, utilizado no controle de pH do meio. Inferidores de variáveis de estado que utilizam a variação no consumo de hidróxido de sódio foram ajustados e apresentaram resultados promissores, mostrando a viabilidade do desenvolvimento de metodologias para este tipo de análise, tornando a caracterização de sistemas fermentativos mais rápida e acessível, não apenas em nível acadêmico, que a desenvolvida atualmente, principalmente devido ao baixo custo associado, e a dinâmica rápida deste tipo de sensor. / The bacterium Zymomonas mobilis has attracted considerable interest in recent decades due to their unique metabolism and efficient characteristics in the production of ethanol by simple sugars. However, despite the apparent advantages in the conversion and specific rates, when compared with yeast, there is no industrial-scale fermentations with these bacteria. Among the various models found in literature to represent glucose fermentation with Z. mobilis, the model proposed by Jöbses et al. (1986) appears to be well structured and ideal for the creation of control strategies and optimization methods for increase productions. Fermentation in continuous mode with this organism exhibit oscillatory behavior at low dilution rates, phenomenon showed or demonstrated by experiments performed on laboratory scale. A laboratorial experiment also was used for estimation of new parameters group of Jöbses models, using the technique of minimization of error derivative for objective function. The new adjusted model set presents dynamics similar to the original model, fact confirmed by bifurcation analyses of both models. The diagram for these models show structural differences, but both presents steady states multiplicity and Hopf bifurcations. The obtained of fermentation characteristics is very complex, due to these reactive means being very susceptible to disturbances, contamination, among others, and concentrations measures are relatively expensive and whit a high dead time associated, which often prevents the implementation of control tools. The proposed inference of state variables by consumption rate of hydroxide sodium, used for maintenance pH medium, was tested and confirmed. Virtual sensors using the information of consumption rate of hydroxide were adjusted and have shown promising results, demonstrating the feasibility of developing methods of analysis based on this methodology, making the characterization of fermentative systems faster and cheaper them currently developed, mainly due to low cost associated, and the dynamics of this fast type of sensor.