O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, tais como 1,3-Propanodiol (1,3-PD), etanol, hidrogênio e outros. O presente trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio, 1,3-PD e etanol utilizando glicerol residual obtido da síntese do biodiesel. A primeira parte do trabalho visou à produção de hidrogênio utilizando glicerol residual. Nesta etapa, o consórcio microbiano ambiental foi submetido a diferentes tratamentos (ácido, básico, choque térmico, congelamento e descongelamento e dessecação). Os resultados mostraram que a maior produção de hidrogênio ocorreu com o consórcio tratado com dessecação e choque térmico, com produções de 34,2 % mol e 27,3 % mol, respectivamente. A otimização da produção de hidrogênio foi realizada utilizando planejamento experimental e alcançou uma produção máxima de 45 % mol. A próxima etapa do projeto foi isolar as bactérias presentes no consórcio microbiano ambiental. Experimentos em biorreatores foram realizados utilizando glicerol puro e glicerol residual e os resultados mostraram que houve a completa degradação do glicerol pelas bactérias do consórcio e também a produção de 1,3-PD, hidrogênio e ácidos. Nesta etapa, 32 bactérias foram isoladas e testadas para a produção de bioprodutos em experimentos em aerobiose e anaerobiose. Quatro bactérias foram selecionadas e o seqüenciamento do gene foi identificado por 16S rRNA identificou três dos isolados como Klebsiella pneumoniae e um isolado como Pantoea agglomerans. Dentre as quatro bactérias, uma cepa, nomeada como K. pneumoniae BLh-1, foi selecionada para os trabalhos posteriores. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B) avaliando a produção de 1,3-PD. Sete variáveis foram estatisticamente significativas e um novo planejamento fracionário 27-3 foi realizado com a finalidade de otimizar o meio de produção. Experimentos em biorreatores mostraram que a produção em bioreator com pH controlado com o meio otimizado no planejamento alcançou uma produção máxima de 23,80 g/L de 1,3-PD com produção de 12,30 g/L de etanol. Os ensaios com alimentação de glicerol residual mostraram que altas taxas de alimentação causam acúmulo de glicerol e diminuem a produtividade de 1,3-PD e etanol. Os estudos utilizando fluorescência 2D e modelo quimiométrico foram aplicados para avaliar as mudanças metabólicas nos cultivos aeróbios e anaeróbios. Os resultados mostraram que houve diferença nas regiões de NADH e riboflavinas ambas associadas ao metabolismo do microorganismo. / Glycerol is generated in large amounts during biodiesel production and it is becoming a potentially attractive substrate for bacterial production for value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, hydrogen, among others. This work aimed at studying the production of hydrogen, 1,3-PD and ethanol using the raw glycerol obtained by biodiesel synthesis. The first steps were to produce hydrogen using raw glycerol. At this step, the environmental microbial consortium was submitted to different pretreatments (acid, base, heat shock, dry heat and desiccation, freezing and thawing). The results showed that dry heat and desiccation had the higher hydrogen production followed by heat shock with production of 34.2 % mol and 27.3 % mol, respectively.The optimization of hydrogen production was performed using experimental design and had a maximum hydrogen production of 45 % mol. The next spet of this project was to isolate the bacteria present in an environmental microbial consortium. Experiments in bioreactors with the microbial consortium using raw and pure glycerol were carried out and the results showed that there was a complete glycerol degradation by microbial bacteria with productions of 1,3-PD, hydrogen and acids. In this step, 32 bacteria were isolated and tested separately for by-products production under aerobic and anaerobic conditions. Four bacteria were selected and sequence gene realized by 16 S rRNA, three of them were identified as Klebsiella pneumoniae and one isolate identified as Pantoea agglomerans. Among the four bacteria, the strain K. pneumoniae BLh-1 were selected for further experiments. Plackett Burman (P-B) experimental procedure was used for assessing the production of 1,3-PD. Seven variables were statistically significant and a new 27-3 fractional design was conducted with the aim of optimizing culture conditions. Bioreactors experiments using the optimized culture conditions showed that production in bioreactor with controlled pH reached a maximal 1,3-PD production of 23.80 g/L with 12.30 g/L of ethanol. The fed-batch experiments showed that high feeding rates caused glycerol to accumulated in the medium and the1,3-PD and ethanol productivity decreased. The 2D fluorescence metodology was applied in order to study the anaerobic-aerobic changes on K. pneumoniae metabolism. The results showed a significant difference on NADH and riboflavin fluorescence that are fluorescence regions associated to metabolism.

When approaching a new research problem, we often use screening designs to determine which factors are worth exploring in more detail. Before exploring a problem, we don't know which factors are important. When examining a large number of factors, it is likely that only a handful are significant and that even fewer two-factor interactions will be significant. If there are important interactions, it is likely that they are connected with the handful of significant main effects. Since we don't know beforehand which factors are significant, we want to choose a design that gives us the highest probability a priori of being able to estimate all significant main effects with their associated two-factor interactions. This project examines the methodology of finding designs that do not rely on an assumed model. We propose a method of modifying the D-Optimality criteria that averages over models with a common set of main effects and varying subsets of two-factor interations. We also calculate the proportion of the subsets that produce estimable designs. We use these results to find the best models for given run size and number of main effects.

O Cerrado é o segundo maior bioma da América do Sul, abrigando 11.627 espécies de plantas nativas já catalogadas. A grande demanda industrial por novas fontes de lipases com diferentes características tem estimulado a procura de novas cepas de micro-organismos lipolíticos. O presente estudo objetiva otimizar a produção de lipases em cultivo submerso por leveduras pouco estudadas. Foi utilizado um delineamento Plackett-Burman para avaliar o efeito de dez variáveis (pH, agitação, sulfato de amônio, peptona, triton X-100, Tween 20, azeite de oliva, extrato de levedura, sulfato de magnésio e fosfato monopotássico) na produção de lipases por duas linhagens de leveduras, considerando o nível de significância p < 0,1. Para a produção de lípase pela linhagem TAQ 616 a variável significativa foi a concentração de azeite de oliva e para biomassa foram as concentrações de azeite de oliva, triton X-100 e KH2PO4. A atividade enzimática da linhagem ABRT 461 sofreu a influência das variáveis pH, agitação e concentração de (NH4)2SO4, e para a produção de biomassa nenhuma das variáveis foi estatísticamente significativa. A linhagem ABRT 461 foi escolhida para realização de um planejamento de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) 2³. As condições ótimas de atividade enzimática geradas pelo modelo proposto foram de 114 rpm, pH 5,0 e 25 g.L-1 de concentração de (NH4)2SO4. A atividade enzimática de 84,4 U.mL-1 foi obtida após o cultivo da linhagem ABRT 461 durante 72 horas nas condições ótimas estimadas pelo modelo. / The Cerrado is the second largest biome in South America, housing 11.627 native plant species already cataloged. The great industrial demand for new sources of lipases with different characteristics has stimulated the search for new strains of lipolytic microorganisms. The purpose of this study is to optimize the lipase production in submerged culture for little studied yeast. A Plackett-Burman design was used to evaluate the effect of ten variables (pH, agitation, ammonium sulfate, peptone, Triton X-100, Tween 20, olive oil, yeast extract, magnesium sulfate and potassium dihydrogenphosphate) in the lipase production by two yeast strains, considering a significance level of p < 0,1. The significant variable for strain TAQ 616 lipases production was the olive oil concentration and for biomass were olive oil, triton X-100 and KH2PO4. The enzymatic activity of lineage ABRT 461suffered the influence of pH, agitation and KH2PO4, and for biomass production any variable was statistically significant. The ABRT 461 lineage was selected to do a central composite rotational design (CCRD)2³. The optimum conditions for enzyme activity generated by the proposed model was 114 rpm, pH 5.0 and 25 g.L-1 concentration of (NH4)2SO4. The enzymatic activity of 84,4 U.mL-1 was obtained after the cultivation of ABRT 461 lineage for 72 hours in optimal conditions estimated by the model.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Nyessia versao finalissima 15-04-2015.pdf: 1194358 bytes, checksum: 0a6089c54d46aca60776ce97f1474515 (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / The aim of this study was to optimize the production of xylanase by Penicillium crustosum using Plackett-Burman the Design (BDP) and Central Composite Rotational Design (CCRD), and its application in the bleaching process of kraft pulp. The PBD-12 was carried out to screening the significant variables of the compounds of the culture medium: NaNO3; KH2PO4; MgSO4 7H2O; KCl; Fe2(SO4)3, yeast extract, corn stover and initial pH under liquid static culture at 28 °C for 6 days. The variables corn stover, KH2PO4, and pH were significant at p <0.10 by DPB. Statistical analysis of the results obtained with CCRD exhibited the three variables (KH2PO4 0.15%, corn stover 2% and initial pH 6.0) that showed significant effects at p <0.05, and the maximum production of xylanase was 50 U/mL, 14 times higher compared to enzyme activity before optimization. The treatment of the kraft pulp with P. crustosum xylanase showed a significant reduction in kappa number (5.27 Kappa points and efficiency (35.04%). Thus, there is evidence of the potential application of xylanase produced by P. crustosum in the bleaching process of kraft pulp in paper industry / As xilanases são complexos enzimáticos pertencentes ao grupo das glicosidases, e são capazes de atuar em vários sítios da cadeia do xilano e degradá-lo em xilooligossacarídeos, xilotrioses, xilobioses e xiloses. As xilanases são utilizadas nos diversos setores industriais, como biobranqueamento de celulose, na melhoria da textura e do volume do pão, clareamento de sucos e vinho, melhoria do valor nutricional de ração de animais monogástricos. Este trabalho teve como objetivo otimizar a produção de xilanase pelo Penicillium crustosum utilizando o Delineamento Plackett-Burman (DPB) e Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), bem como aplicação da xilanase otimizada no processo de branqueamento da polpa de celulose. A seleção dos componentes de meio de cultivo: NaNO3; KH2PO4; MgSO4·7H2O; KCl; Fe2(SO4)3, extrato de levedura, palha de milho e pH inicial foi realizada utilizando DPB-12 em condições de cultivo líquido estacionário a 28ºC por 6 dias. As variáveis palha de milho, KH2PO4, e pH apresentaram efeitos significativos em p<0,10 por DPB. A análise estatística dos resultados obtidos com DCCR exibiram as três variáveis (KH2PO4 0,15 %, palha de milho 2% e pH inicial 6,0) que mostraram efeitos significativos em p<0,05, e a produção máxima de xilanase foi de 50 U/mL, 14 vezes superior em comparação à atividade enzimática antes da otimização. O tratamento da polpa celulósica com a xilanase de P. crustosum mostrou uma redução significativa do número kappa em 5,27 pontos e eficiência Kappa de 35,04%. Dessa forma, evidencia-se o potencial de aplicação da xilanase produzida por P. crustosum no processo de branqueamento da polpa kraft de Eucaliptos para indústria de papel e celulose

Made available in DSpace on 2017-07-10T13:59:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Nyessia versao finalissima 15-04-2015.pdf: 1194358 bytes, checksum: 0a6089c54d46aca60776ce97f1474515 (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / SIM (não especificado) / The aim of this study was to optimize the production of xylanase by Penicillium crustosum using Plackett-Burman the Design (BDP) and Central Composite Rotational Design (CCRD), and its application in the bleaching process of kraft pulp. The PBD-12 was carried out to screening the significant variables of the compounds of the culture medium: NaNO3; KH2PO4; MgSO4 7H2O; KCl; Fe2(SO4)3, yeast extract, corn stover and initial pH under liquid static culture at 28 °C for 6 days. The variables corn stover, KH2PO4, and pH were significant at p <0.10 by DPB. Statistical analysis of the results obtained with CCRD exhibited the three variables (KH2PO4 0.15%, corn stover 2% and initial pH 6.0) that showed significant effects at p <0.05, and the maximum production of xylanase was 50 U/mL, 14 times higher compared to enzyme activity before optimization. The treatment of the kraft pulp with P. crustosum xylanase showed a significant reduction in kappa number (5.27 Kappa points and efficiency (35.04%). Thus, there is evidence of the potential application of xylanase produced by P. crustosum in the bleaching process of kraft pulp in paper industry / As xilanases são complexos enzimáticos pertencentes ao grupo das glicosidases, e são capazes de atuar em vários sítios da cadeia do xilano e degradá-lo em xilooligossacarídeos, xilotrioses, xilobioses e xiloses. As xilanases são utilizadas nos diversos setores industriais, como biobranqueamento de celulose, na melhoria da textura e do volume do pão, clareamento de sucos e vinho, melhoria do valor nutricional de ração de animais monogástricos. Este trabalho teve como objetivo otimizar a produção de xilanase pelo Penicillium crustosum utilizando o Delineamento Plackett-Burman (DPB) e Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), bem como aplicação da xilanase otimizada no processo de branqueamento da polpa de celulose. A seleção dos componentes de meio de cultivo: NaNO3; KH2PO4; MgSO4·7H2O; KCl; Fe2(SO4)3, extrato de levedura, palha de milho e pH inicial foi realizada utilizando DPB-12 em condições de cultivo líquido estacionário a 28ºC por 6 dias. As variáveis palha de milho, KH2PO4, e pH apresentaram efeitos significativos em p<0,10 por DPB. A análise estatística dos resultados obtidos com DCCR exibiram as três variáveis (KH2PO4 0,15 %, palha de milho 2% e pH inicial 6,0) que mostraram efeitos significativos em p<0,05, e a produção máxima de xilanase foi de 50 U/mL, 14 vezes superior em comparação à atividade enzimática antes da otimização. O tratamento da polpa celulósica com a xilanase de P. crustosum mostrou uma redução significativa do número kappa em 5,27 pontos e eficiência Kappa de 35,04%. Dessa forma, evidencia-se o potencial de aplicação da xilanase produzida por P. crustosum no processo de branqueamento da polpa kraft de Eucaliptos para indústria de papel e celulose

Haemophilus influenzae b (Hib) é uma bactéria patogênica causadora de pneumonia e meningite. Sua cápsula polissacarídica (PRP) é considerada como principal fator de virulência e utilizada como antígeno vacinal. Hib é fastidioso e requer micronutrientes para seu desenvolvimento. A finalidade deste trabalho é estabelecer o meio quimicamente definido para desenvolvimento de Hib e produção de PRP. Inicialmente, definiu-se um meio a partir de dados da literatura. Este meio foi estudado através do delineamento de Plackett-Burman de 44 ensaios, obtendo-se valores máximos de DO540nm de 5,0 UA, e 227,7 mg/L de PRP. A análise estatística revelou que EDTA, NH4Cl, Cys e PVA podem ser removidos do meio sem impactar os parâmetros estudados e que Glm, Hipoxantina, Inosina, Tiamina, Hemina e Tween 80 apresentam efeito significativo positivo para produção de PRP. Analisando os meios estudados, foi possível verificar que a composição do E44 possibilitou produzir o PRP a US$ 16,50/g, sendo considerado o meio quimicamente definido estabelecido neste trabalho. / Haemophilus influenzae b (Hib) is a pathogenic bacterium that causes pneumonia and meningitis. Its capsular polysaccharide (PRP) is considered as a major virulence factor and used as vaccine antigen. Hib is fastidious and requires micronutrients for its development. The purpose of this study is to establish the chemically defined medium for Hib development and PRP production. Initially, a medium was defined based in the literature. This medium was studied by the Plackett-Burman design of 44 trials, achieving maximum values of DO540nm of 5.0 AU and 227.7 mg / L of PRP. Statistical analysis revealed that EDTA, NH4Cl, Cys and PVA can be removed from the medium without impacting the parameters studied and Glm, Hypoxanthine, Inosine, Thiamine, Tween 80 and Hemin exhibit significant positive effect on the PRP production. Analyzing the studied media, it was possible to verify that the composition of E44 enabled to produce PRP to $ 16.50/g, being considered the chemically defined medium established in this work.

Probióticos são suplementos alimentares de microrganismos vivos com efeitos benéficos no hospedeiro animal pela melhora do balanço intestinal. Dentre os microrganismos considerados probióticos, somente aqueles microrganismos classificados como bactérias ácido lácticas (LAB) são considerados importantes em relação à alimentação. Cultivos de altas densidades de células são cada vez mais importantes do ponto de vista industrial para a obtenção de LABs, pois produtos adicionados com esses suplementos apresentam alto valor agregado. Este trabalho tem por objetivo a produção de Lactobacillus plantarum em cultivo submerso em biorreator, avaliação da sua resistência na forma livre e imobilizada frente às condições de armazenamento sob refrigeração e trânsito gastrointestinal e elaboração de produto fermentado com adição de probióticos. Inicialmente foram realizados experimentos para selecionar Lactobacillus que apresentassem alta produtividade de biomassa. Em seguida foram realizados experimentos para avaliar a utilização de soro de queijo como ingrediente base da formulação do meio de cultivo e sua suplementação com diferentes fontes de nitrogênio. Com o microrganismo selecionado, L. plantarum, realizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B). A otimização das condições de cultivo foi realizada utilizando um delineamento composto central rotacional (DCCR). Paralelamente, foram testadas a sobrevivência de L. plantarum em armazenamento sob refrigeração e à exposição a meios que simulem a passagem pelo aparelho digestivo. Estas avaliações foram realizadas comparativamente entre os microrganismos na forma livre e na forma microencapsulada utilizando como polímeros alginato de sódio e pectina e recobrimentos com alginato de sódio e quitosana. Os resultados mostraram que a temperatura, pH, taxa de aeração, concentração de lactose e peptona foram os parâmetros que mais influenciaram a produção de biomassa. O DCCR para temperatura e taxa de aeração mostraram que o máximo de produção de biomassa predita foi de 14,30 g L-1 de L. plantarum, nas condições otimizadas. No ponto central do DCCR, atingiu-se a produção de biomassa de L. plantarum de 10,2 g L-1, como taxa de conversão de 0,10 g de células g-1 de lactose e 1,08 g de ácido láctico g-1 lactose (m/m) com as seguintes condições de cultivos: 140 g L-1 de lactose; 15 g L-1 peptona; 5 g L-1 extrato de levedura; pH 5,2; velocidade de agitação de 200 rpm; 34 ºC e 3,5 vvm. O meio intestinal simulado não interferiu na viabilidade dos microrganismos em relação ao meio controle. Já o meio gástrico simulado diminui drasticamente a viabilidade dos microrganismos nas condições testadas não havendo diferença significativa entre os diferentes materiais imobilizantes utilizados e o controle sem imobilização. No armazenamento sob refrigeração houve aumento da viabilidade em relação às células não imobilizadas, sendo que os tratamentos em que houve menor perda de viabilidade foram imobilização em 4 % de pectina, 3 % de alginato de sódio recoberto com quitosana e mistura de 2 % de alginato de sódio e 2 % de pectina. Quando testada a viabilidade em iogurte de L. plantarum imobilizados em 3 % de alginato recoberto com quitosana houve perda de viabilidade de 0,55 ciclo logarítmico durante 38 dias de armazenamento. A cepa de L. plantarum estudada se mostra como um microrganismos potencial para utilização como probiótico em alimentos, uma vez que demonstrou alta produtividade de células e boa viabilidade frente às condições de estresse utilizadas. / Probiotics are live microorganisms feed supplement, which beneficially affects the host animal by improving its intestinal microbial balance. Among the microorganisms considered probiotics, only those strains classified as latic acid bacteria - LAB are considered of importance regarding to the nutritional effects. High cell density cultivations of LABs are important from the industrial viewpoint, because products added with this supplement are of high value. The aims of this work were to investigate the biomass production of Lactobacillus plantarum in submerged bioreactor cultures, evaluate the resistance of free and immobilized L. plantarum when submitted to refrigerated storage, the viability in simulated gastrointestinal juices and in yoghurt. Initially, experiments were performed to select Lactobacillus that showed high productivity of biomass. Further experiments were performed to evaluate the use of cheese whey as a basic ingredient in the formulation of the medium and its supplementation with different nitrogen sources. The selected microorganism, L. plantarum, was used for the selection of variables of the Plackett Burman (PB) design. The optimization of culture conditions was performed using a central composite rotational (CCD) design. In parallel, it was tested the survival of L. plantarum in refrigerated storage and exposure to media that simulated the passage through the digestive tract. These evaluations were performed comparatively between microorganisms in the free and microencapsulated form using as polymers sodium alginate and pectin, coated with sodium alginate or chitosan. Results have shown that temperature, pH, aeration rate, lactose, and peptone were the most influential over biomass formation. The CCD for temperature and aeration rate showed that the model predicted maximal biomass production of 14.30 g L-1 (dw) of L. plantarum under the optimized conditions. At central point of CCD, it was obtained a biomass production of 10.2 g L-1 (dw), with conversion rates of 0.10 g of cell g-1 lactose and 1.08 g lactic acid g-1 lactose (w/w), with the following conditions: 140 g L-1 of lactose; 15 g L-1 peptone; 5 g L-1 of yeast extract; pH 5.2; stirred agitation of 200 rpm; 34 ºC and 3.5 vvm. The simulated intestinal medium did not affect the viability of microorganisms in relation to the control medium. However, the simulated gastric medium drastically reduces the viability of microorganisms in the conditions tested with no significant difference between the different materials used and the control without immobilization. In refrigerated storage there was an increase in the viability compared to free microorganisms, and the treatments with lower loss of viability were those of 4% pectin, 3% sodium alginate coated with chitosan and a mixture of 2% alginate sodium and 2% pectin. When tested the viability in yogurt of L. plantarum immobilized in 3% alginate coated with chitosan, the viability loss was 0.55 log cycle during 38 days of storage. The strain of L. plantarum studied was shown as a potential organism for use as probiotics in food, since it has shown high yield and good cell viability in the face of stress conditions used.

Probióticos são suplementos alimentares de microrganismos vivos com efeitos benéficos no hospedeiro animal pela melhora do balanço intestinal. Dentre os microrganismos considerados probióticos, somente aqueles microrganismos classificados como bactérias ácido lácticas (LAB) são considerados importantes em relação à alimentação. Cultivos de altas densidades de células são cada vez mais importantes do ponto de vista industrial para a obtenção de LABs, pois produtos adicionados com esses suplementos apresentam alto valor agregado. Este trabalho tem por objetivo a produção de Lactobacillus plantarum em cultivo submerso em biorreator, avaliação da sua resistência na forma livre e imobilizada frente às condições de armazenamento sob refrigeração e trânsito gastrointestinal e elaboração de produto fermentado com adição de probióticos. Inicialmente foram realizados experimentos para selecionar Lactobacillus que apresentassem alta produtividade de biomassa. Em seguida foram realizados experimentos para avaliar a utilização de soro de queijo como ingrediente base da formulação do meio de cultivo e sua suplementação com diferentes fontes de nitrogênio. Com o microrganismo selecionado, L. plantarum, realizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B). A otimização das condições de cultivo foi realizada utilizando um delineamento composto central rotacional (DCCR). Paralelamente, foram testadas a sobrevivência de L. plantarum em armazenamento sob refrigeração e à exposição a meios que simulem a passagem pelo aparelho digestivo. Estas avaliações foram realizadas comparativamente entre os microrganismos na forma livre e na forma microencapsulada utilizando como polímeros alginato de sódio e pectina e recobrimentos com alginato de sódio e quitosana. Os resultados mostraram que a temperatura, pH, taxa de aeração, concentração de lactose e peptona foram os parâmetros que mais influenciaram a produção de biomassa. O DCCR para temperatura e taxa de aeração mostraram que o máximo de produção de biomassa predita foi de 14,30 g L-1 de L. plantarum, nas condições otimizadas. No ponto central do DCCR, atingiu-se a produção de biomassa de L. plantarum de 10,2 g L-1, como taxa de conversão de 0,10 g de células g-1 de lactose e 1,08 g de ácido láctico g-1 lactose (m/m) com as seguintes condições de cultivos: 140 g L-1 de lactose; 15 g L-1 peptona; 5 g L-1 extrato de levedura; pH 5,2; velocidade de agitação de 200 rpm; 34 ºC e 3,5 vvm. O meio intestinal simulado não interferiu na viabilidade dos microrganismos em relação ao meio controle. Já o meio gástrico simulado diminui drasticamente a viabilidade dos microrganismos nas condições testadas não havendo diferença significativa entre os diferentes materiais imobilizantes utilizados e o controle sem imobilização. No armazenamento sob refrigeração houve aumento da viabilidade em relação às células não imobilizadas, sendo que os tratamentos em que houve menor perda de viabilidade foram imobilização em 4 % de pectina, 3 % de alginato de sódio recoberto com quitosana e mistura de 2 % de alginato de sódio e 2 % de pectina. Quando testada a viabilidade em iogurte de L. plantarum imobilizados em 3 % de alginato recoberto com quitosana houve perda de viabilidade de 0,55 ciclo logarítmico durante 38 dias de armazenamento. A cepa de L. plantarum estudada se mostra como um microrganismos potencial para utilização como probiótico em alimentos, uma vez que demonstrou alta produtividade de células e boa viabilidade frente às condições de estresse utilizadas. / Probiotics are live microorganisms feed supplement, which beneficially affects the host animal by improving its intestinal microbial balance. Among the microorganisms considered probiotics, only those strains classified as latic acid bacteria - LAB are considered of importance regarding to the nutritional effects. High cell density cultivations of LABs are important from the industrial viewpoint, because products added with this supplement are of high value. The aims of this work were to investigate the biomass production of Lactobacillus plantarum in submerged bioreactor cultures, evaluate the resistance of free and immobilized L. plantarum when submitted to refrigerated storage, the viability in simulated gastrointestinal juices and in yoghurt. Initially, experiments were performed to select Lactobacillus that showed high productivity of biomass. Further experiments were performed to evaluate the use of cheese whey as a basic ingredient in the formulation of the medium and its supplementation with different nitrogen sources. The selected microorganism, L. plantarum, was used for the selection of variables of the Plackett Burman (PB) design. The optimization of culture conditions was performed using a central composite rotational (CCD) design. In parallel, it was tested the survival of L. plantarum in refrigerated storage and exposure to media that simulated the passage through the digestive tract. These evaluations were performed comparatively between microorganisms in the free and microencapsulated form using as polymers sodium alginate and pectin, coated with sodium alginate or chitosan. Results have shown that temperature, pH, aeration rate, lactose, and peptone were the most influential over biomass formation. The CCD for temperature and aeration rate showed that the model predicted maximal biomass production of 14.30 g L-1 (dw) of L. plantarum under the optimized conditions. At central point of CCD, it was obtained a biomass production of 10.2 g L-1 (dw), with conversion rates of 0.10 g of cell g-1 lactose and 1.08 g lactic acid g-1 lactose (w/w), with the following conditions: 140 g L-1 of lactose; 15 g L-1 peptone; 5 g L-1 of yeast extract; pH 5.2; stirred agitation of 200 rpm; 34 ºC and 3.5 vvm. The simulated intestinal medium did not affect the viability of microorganisms in relation to the control medium. However, the simulated gastric medium drastically reduces the viability of microorganisms in the conditions tested with no significant difference between the different materials used and the control without immobilization. In refrigerated storage there was an increase in the viability compared to free microorganisms, and the treatments with lower loss of viability were those of 4% pectin, 3% sodium alginate coated with chitosan and a mixture of 2% alginate sodium and 2% pectin. When tested the viability in yogurt of L. plantarum immobilized in 3% alginate coated with chitosan, the viability loss was 0.55 log cycle during 38 days of storage. The strain of L. plantarum studied was shown as a potential organism for use as probiotics in food, since it has shown high yield and good cell viability in the face of stress conditions used.

Probióticos são suplementos alimentares de microrganismos vivos com efeitos benéficos no hospedeiro animal pela melhora do balanço intestinal. Dentre os microrganismos considerados probióticos, somente aqueles microrganismos classificados como bactérias ácido lácticas (LAB) são considerados importantes em relação à alimentação. Cultivos de altas densidades de células são cada vez mais importantes do ponto de vista industrial para a obtenção de LABs, pois produtos adicionados com esses suplementos apresentam alto valor agregado. Este trabalho tem por objetivo a produção de Lactobacillus plantarum em cultivo submerso em biorreator, avaliação da sua resistência na forma livre e imobilizada frente às condições de armazenamento sob refrigeração e trânsito gastrointestinal e elaboração de produto fermentado com adição de probióticos. Inicialmente foram realizados experimentos para selecionar Lactobacillus que apresentassem alta produtividade de biomassa. Em seguida foram realizados experimentos para avaliar a utilização de soro de queijo como ingrediente base da formulação do meio de cultivo e sua suplementação com diferentes fontes de nitrogênio. Com o microrganismo selecionado, L. plantarum, realizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B). A otimização das condições de cultivo foi realizada utilizando um delineamento composto central rotacional (DCCR). Paralelamente, foram testadas a sobrevivência de L. plantarum em armazenamento sob refrigeração e à exposição a meios que simulem a passagem pelo aparelho digestivo. Estas avaliações foram realizadas comparativamente entre os microrganismos na forma livre e na forma microencapsulada utilizando como polímeros alginato de sódio e pectina e recobrimentos com alginato de sódio e quitosana. Os resultados mostraram que a temperatura, pH, taxa de aeração, concentração de lactose e peptona foram os parâmetros que mais influenciaram a produção de biomassa. O DCCR para temperatura e taxa de aeração mostraram que o máximo de produção de biomassa predita foi de 14,30 g L-1 de L. plantarum, nas condições otimizadas. No ponto central do DCCR, atingiu-se a produção de biomassa de L. plantarum de 10,2 g L-1, como taxa de conversão de 0,10 g de células g-1 de lactose e 1,08 g de ácido láctico g-1 lactose (m/m) com as seguintes condições de cultivos: 140 g L-1 de lactose; 15 g L-1 peptona; 5 g L-1 extrato de levedura; pH 5,2; velocidade de agitação de 200 rpm; 34 ºC e 3,5 vvm. O meio intestinal simulado não interferiu na viabilidade dos microrganismos em relação ao meio controle. Já o meio gástrico simulado diminui drasticamente a viabilidade dos microrganismos nas condições testadas não havendo diferença significativa entre os diferentes materiais imobilizantes utilizados e o controle sem imobilização. No armazenamento sob refrigeração houve aumento da viabilidade em relação às células não imobilizadas, sendo que os tratamentos em que houve menor perda de viabilidade foram imobilização em 4 % de pectina, 3 % de alginato de sódio recoberto com quitosana e mistura de 2 % de alginato de sódio e 2 % de pectina. Quando testada a viabilidade em iogurte de L. plantarum imobilizados em 3 % de alginato recoberto com quitosana houve perda de viabilidade de 0,55 ciclo logarítmico durante 38 dias de armazenamento. A cepa de L. plantarum estudada se mostra como um microrganismos potencial para utilização como probiótico em alimentos, uma vez que demonstrou alta produtividade de células e boa viabilidade frente às condições de estresse utilizadas. / Probiotics are live microorganisms feed supplement, which beneficially affects the host animal by improving its intestinal microbial balance. Among the microorganisms considered probiotics, only those strains classified as latic acid bacteria - LAB are considered of importance regarding to the nutritional effects. High cell density cultivations of LABs are important from the industrial viewpoint, because products added with this supplement are of high value. The aims of this work were to investigate the biomass production of Lactobacillus plantarum in submerged bioreactor cultures, evaluate the resistance of free and immobilized L. plantarum when submitted to refrigerated storage, the viability in simulated gastrointestinal juices and in yoghurt. Initially, experiments were performed to select Lactobacillus that showed high productivity of biomass. Further experiments were performed to evaluate the use of cheese whey as a basic ingredient in the formulation of the medium and its supplementation with different nitrogen sources. The selected microorganism, L. plantarum, was used for the selection of variables of the Plackett Burman (PB) design. The optimization of culture conditions was performed using a central composite rotational (CCD) design. In parallel, it was tested the survival of L. plantarum in refrigerated storage and exposure to media that simulated the passage through the digestive tract. These evaluations were performed comparatively between microorganisms in the free and microencapsulated form using as polymers sodium alginate and pectin, coated with sodium alginate or chitosan. Results have shown that temperature, pH, aeration rate, lactose, and peptone were the most influential over biomass formation. The CCD for temperature and aeration rate showed that the model predicted maximal biomass production of 14.30 g L-1 (dw) of L. plantarum under the optimized conditions. At central point of CCD, it was obtained a biomass production of 10.2 g L-1 (dw), with conversion rates of 0.10 g of cell g-1 lactose and 1.08 g lactic acid g-1 lactose (w/w), with the following conditions: 140 g L-1 of lactose; 15 g L-1 peptone; 5 g L-1 of yeast extract; pH 5.2; stirred agitation of 200 rpm; 34 ºC and 3.5 vvm. The simulated intestinal medium did not affect the viability of microorganisms in relation to the control medium. However, the simulated gastric medium drastically reduces the viability of microorganisms in the conditions tested with no significant difference between the different materials used and the control without immobilization. In refrigerated storage there was an increase in the viability compared to free microorganisms, and the treatments with lower loss of viability were those of 4% pectin, 3% sodium alginate coated with chitosan and a mixture of 2% alginate sodium and 2% pectin. When tested the viability in yogurt of L. plantarum immobilized in 3% alginate coated with chitosan, the viability loss was 0.55 log cycle during 38 days of storage. The strain of L. plantarum studied was shown as a potential organism for use as probiotics in food, since it has shown high yield and good cell viability in the face of stress conditions used.

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