Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.

Este trabalho tem como finalidade estudar e estabelecer alguns parâmetros no processo fermentativo descontínuo alimentado de uma levedura recombinante Saccharomyces cerevisiae W303-181, visando aumentar a obtenção da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Foram feitas a padronização e otimização do preparo de inóculo de S. cerevisiae recombinante. Foram três as condições estudadas. Reduziu-se o tempo de preparo do inóculo de 114 h, da primeira condição, para e 64 e 48 h para a segunda e terceira condições, respectivamente. Essas duas últimas condições mostraram-se adequados para dar continuidade com os processos fermentativos. Foi feito um estudo de otimização da concentração de micronutrientes (adenina, histidina, triptofano e uracila) no meio de cultivo usando a metodologia de superfície de resposta. Concluiu-se que, ao empregar o meio de cultivo cujas concentrações dos micronutrientes tenham sido otimizadas, a atividade específica de G6PDH atingiu 7927 U/L, 3,2 vezes maior que para o meio controle. Estudou-se a influência da constante de tempo (K), na síntese de G6PDH em processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e decrescente, utilizando meio de cultivo otimizado e não otimizado. Os valores estudados de K para vazão de alimentação exponencialmente crescente foram 0,2, 0,3, 0,5, 0,7 e 0,8 h-1 e, para a decrescente, foram 0,2, 0,5 e 0,8 h-1. Dentre os cultivos com vazão exponencialmente crescente e com meio de cultivo não otimizado, encontrou-se para K=0,2 h-1 uma atividade enzimática (558 U/L) 4,1 vezes maior que para a levedura selvagem. Dentre os cultivos nas vazões exponencialmente crescente e decrescente, encontrou-se para a vazão crescente e K=0,2 h-1 os maiores níveis de produção de G6PDH (847 U/L). Foram estudados a influência da concentração inicial de glicose e o tempo de alimentação do processo descontínuo alimentado com vazão de alimentação exponencialmente crescente e K=0,2h-1. Verificou-se que a concentração inicial de glicose não favoreceu a formação de biomassa ou a produção de enzimas. Contudo, determina e as máximas velocidades específicas de crescimento celular e de produção de G6PDH, com as maiores velocidades correspondendo às menores concentrações iniciais. Por fim, foi estudada a influência da concentração de leucina na síntese da G6PDH e verificou-se que teores de leucina entre 0-240 mg/L não influenciaram o crescimento celular ou a produção de enzima nos cultivos estudados. / The purpose of this work is to study and to establish some parameters in the fed-batch process of a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae, aiming to increase the production the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). The recombinant S. cerevisiae inoculum preparation was standardized and optimized. Tree methods were studied. The inoculum preparation time was reduced to 114 h, from first method, to 64 and 48 h to second and third methods, respectively. These two last methods were adequate in order to proceed with the fermentation process. It was evaluated the best micronutrients (adenine, histidine, tryptophan and uracil) concentration in the cultivation medium to produce G6PDH, using a response surface methodology. We concluded that using cultivation medium witch optimized micronutrients concentration, the G6PDH activity reach 7927 U/L, 3.2 fold higher than to not optimized medium. The influence of time constant (K) on the G6PDH synthesis was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing and decreasing feeding rates, using optimized medium cultivation and not optimized medium. The values for K at increasing rates were 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.8 h-1, and for decreasing rates were 0.2, 0.5 and 0.8 h-1. Among K values for exponentially increasing rates with not optimized cultivation medium, K=02 h-1 shows higher G6PDH production (558U/L), 4.1 fold higher than wild yeast. Among cultivations proceeded with exponentially increasing and decreasing feeding rates and using a optimized medium, increasing rate and k=0.2 h-1 shows the higher G6PDH production (847 U/L) too. The initial glucose concentration and feeding time was studied at fed-batch bioreactor under exponentially increasing feeding rate with K=0.2 h-1. It was verified that initial glucose concentration do not favored mass or G6PDH production. Although, it determines the maximum G6PDH production and the maximum growth rates, with higher rates at lowest initial glucose concentration. At the end, the influence of leucin at G6PDH production was evaluated. It was verified that concentrations values between 0-240 mg/L did not showed influence at cell growth or G6PDH production, at the studied cultivations.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ResiduosAgroindustriaFrutas.PDF: 954257 bytes, checksum: 77b3cd55f2905122d8ae4917f748f362 (MD5) Previous issue date: 2015-03-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Objetivou-se com este trabalho avaliar o potencial de utilização de resíduos da agroindústria de fruticultura (banana, manga e maracujá), como aditivos absorventes de umidade na ensilagem de capim-elefante (Pennisetum purpureum) cultivar Napier, sob diferentes massas específicas, determinando seu efeito na qualidade fermentativa, características microbiológicas e composição bromatológica. O delineamento experimental utilizado foi interiamente casualisados, com quatro repetições, em esquema fatorial 4 x 3, sendo composto por testemunha, resíduo de banana (RB), resíduo de manga (RMg); e resíduo de maracujá (RMj) e três massas específica (400, 500 e 600 kg MV/m3). Após 240 dias de fermentação os silos experimentais foram abertos e retiradas amostras para determinação do teor de matéria seca (MS), proteína bruta (PB), extrato etéreo (EE) fibra em detergente neutro corrigidos para cinzas e proteína (FDNcp), fibra em detergente ácido (FDA), hemicelulose (HEM), lignina (LIG), carboidratos totais (CHOT) e carboidratos não fibrosos (CNF), nitrogênio insolúvel em detergente neutro (NIDIN/NT), nitrogênio insolúvel em detergente ácido (NIDA/NT), potencial hidrogênio (pH), nitrogênio amoniacal (N-NH3), bactérias ácidos láticas (BAL), fungos filamentosos (FUN) e leveduras (LEV). Os tratamentos foram analisados através do software R, considerando significativo ao nível de 5% de probabilidade (P<0,05). Para comparação das médias de cada tratamento, quando esta influenciou a variável resposta, foi adotado o teste de Tukey de 5% de significância. O efeito da massa específica no silo é mais efetivo na silagem exclusiva de capim-elefante, onde a compactação de 600 kg /m3 contribui para melhorias no processo fermentativo, microbiológico. A massa específica exerce pouco efeito sobre a composição bromatológiva. A adição do resíduo de banana na ensilagem do capim-elefante promoveu melhorias apenas na composição bromotológica, elevando os teores de MS, PB, CNF e redução nos componentes fibrosos (FDNcp e FDAcp), porém não favorece o processo fermentativo e microbiológico. A adição de subprodutos de maracujá e manga promove o aumento da MS e favorece o processo fermentativo, microbiológico e bromatológico da silagem, independente da massa específica. / The mean purpose of that research was to measure the potential of agribusiness fruit production waste use (banana, mango, passion), such as absorbing additives oh humidity at ensilage of elephant grass (Pennisetum purpureum) cultivate Napier, through different specific masses, defining its effect on fermentation quality, microbiological characteristics, and chemical composition. Treatments were distributed in a completely randomized design with four replicates, in factorial 4 x 3, being composed of witness, banana waste (BW), mango waste (MW), passion waste (PW) and three specific masses (400, 500 and 600 kg MV/m3). After 240 days of fermentation on experimental silos samples were opened and excluded to determine the content of dry matter (DM), crude protein (CP), ether extract (EE), neutral detergent fiber corrected to ash and protein (NDFap), acid detergent fiber corrected to ash and protein (ADFap), hemicellulose (HCEL), lignin (Lig), total carbohydrates (TC), nonfiber carbohydrates (NFC), neutral detergent insoluble nitrogen (NDIN), acidic detergent insoluble nitrogen (ADIN, % total N), potential of hydrogen (pH), ammonium nitrogen (N-NH3), lactic acidic bacteria (LAB), filamentous fungi (FUN), and yeast. The software R was used to analyze the treatments, considering the significance of 5% probability (P<0.05). To compare the average of each treatment, when it influenced the variable response, the Tukey test of 5% of significance was used. The effect of specific mass on silo is more effective in exclusive silage of elephant grass, the compaction of 600 kg MV/m3 contribute for improvements on the fermentative and microbiological process. The specific mass does not influence a lot on the chemical composition. The addition of banana waste on elephant grass ensilage contribute improvements only on the chemical composition, rising the values of DM, PB, NFC and reduction of fibrous components (NDFcp and ADFcp), but it does not improve the fermentative and microbiological process. The addition of passion and mango by-products foment the improvement of DM and promote the fermentative, microbiological, and chemical process of silage, no matter the specific mass.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6460.pdf: 5784014 bytes, checksum: b5d530fa8eb34cab80042a1e35cb0086 (MD5) Previous issue date: 2014-12-15 / In the ethanol fermentation processes, the product inhibition phenomenon limits the ethanol concentration in the fermented wine around 10% v.v-1, which results in a large volume of vinasse (around 12Lvinasse/Lethanol) and high level of energy consumption by distillation (around 2,5 Kgvapor/Lethanol). Alternative technologies designed to remove ethanol from the fermentation broth have been studied in the literature. One example is the operation of ethanol entrainment by a carrier gas, known as stripping, which in addition to the removal of the ethanol, a reduction of the temperature of the medium is expected due to the vaporization. In this context, the stripping operation could be used to control the ethanol concentration and cooling the fermentation process, as it could be used after the fermentation to promote the ethanol separation, being an alternative to distillation, reducing the energy consumption. In this study it was analyzed the stripping operation using CO2 (generated during the fermentation) in pilot plant. A factorial design was applied to evaluate the influence of the initial temperature of the solution (T0) and specific flow rate of the carrier gas (&#61510;CO2) on the following stripping performance parameters: entrainment factor (FA), concentration factor (FC), and temperature reduction factor (FT). Furthermore, a mathematical model was proposed to describe the ethanol mass (mET) and the temperature (T) changes during the stripping operation. It has evaluated the performance of the ethanol recovery system and an extractive fermentation. The results showed that FA and FT were positively affected by T0, because the temperature increasing leads to greater vaporization, promoting greater entrainment of the ethanol and the high extraction of energy from the medium. The FA was also positively influenced by &#61510;CO2, because it promotes greater mass transfer rate and contact area between the bubbles and liquid phase. The &#61510;CO2 influenced the FT positively, but only for smaller &#61510;CO2. Suppose that, for larger &#61510;CO2, the equilibrium was not reached due the lower residence time of the bubbles in the wine, by removing smaller amount of energy from the liquid phase. The FC was negatively influenced by T0, because of the entrainment of a larger amount of water together with the ethanol has occurred. From the simulated results it was observed that, for smaller &#61510;CO2, the expected results for the proposed model were close to the experimental, with maximum errors of 10%, concluding that the model is valid, i.e., the equilibrium was reached and the effect of mechanical entrainment was negligible. However, for larger &#61510;CO2, the errors were higher (20%), concluding that the system has not reached the equilibrium and the effect of mechanical entrainment was significant. The ethanol recovery system of the CO2 stream presented 66.88 and 40.93% efficiency for the assays carried out at 33 and 65ºC, respectively, therefore with a low performance. In the extractive fermentation it was observed that the removal of the ethanol from the medium reduced the product inhibition and increased the substrate consumption rate. The CO2 flowthrough the fermentation medium (&#61510;CO2 of 1.0 vvm) contributed to the reduction in the temperature of the medium in 41%. Furthermore, there was a decrease in the values of the volumetric flow rates of the cooling water, around 34%, in extractive fermentation when compared to conventional fermentation, indicating a potential savings of the 34% on inputs in the cooling towers and, also, saving energy in pumping this water. / Na fermentação alcoólica, o fenômeno da inibição pelo produto limita a concentração de etanol no vinho ao redor de 10 ºGL, o que resulta em grande volume de vinhaça (ca. 12 Lvinhaça/Letanol) e alto consumo de vapor na etapa de destilação (ca. 2,5 kgvapor/Letanol). Tecnologias para remover etanol do vinho vêm sendo estudadas. Exemplo é a operação de arraste de etanol por um gás, conhecida como stripping, que além da remoção de etanol, provoca também a redução da temperatura do meio reacional devido à sua vaporização. Neste contexto, a operação de stripping poderia ser utilizada tanto no controle da concentração de etanol e na redução da temperatura do meio fermentativo, como poderia ser utilizada após a fermentação para a extração de etanol do vinho, sendo uma alternativa à destilação, reduzindo o consumo de vapor da planta. Neste trabalho avaliou-se a operação de stripping, em escala piloto, utilizando CO2 (gerado no próprio processo industrial). Um planejamento fatorial foi utilizado para avaliar a influência das variáveis independentes, temperatura inicial do vinho (T0) e vazão específica de CO2 (&#61510;CO2), nos parâmetros de desempenho: Fator de Arraste (FA), Fator de Concentração (FC) e Fator de Redução de Temperatura (FT). Além disso, desenvolveu-se um modelo para prever as variações da massa de etanol (mET) e da temperatura (T) do sistema durante a operação de stripping. Avaliou-se, também, o desempenho de um sistema de recuperação de etanol e de uma fermentação extrativa. Os resultados mostraram que o FA e o FT foram positivamente influenciados por T0, pois o aumento da temperatura gera maior vaporização, o que contribui para maior arraste de etanol e maior retirada de energia do meio. O FA foi também influenciado positivamente pela &#61510;CO2, pois promove maior transferência de massa e área de contato entre as bolhas e o vinho. A &#61510;CO2 influenciou positivamente o FT, porém, apenas para as menores &#61510;CO2. Supõe-se que, para as maiores &#61510;CO2, as bolhas não atingiram o equilíbrio devido ao menor tempo de residência das bolhas no vinho, retirando menor quantidade de energia do meio. O FC foi influenciado negativamente por T0, pois ocorre o arraste de uma maior quantidade de água juntamente com o etanol. A partir dos resultados da simulação observou-se que, para as menores &#61510;CO2, os resultados previstos pelo modelo proposto ficaram próximos aos experimentais, com desvios máximos de 10%, concluindo-se que o modelo foi válido, ou seja, atingiu o equilíbrio e o efeito da sublação foi desprezível. Porém, para as maiores &#61510;CO2, os desvios foram maiores (20%), concluindo-se que o sistema não atingiu o equilíbrio e o efeito da sublação foi significativo. O sistema de recuperação de etanol da corrente de CO2 mostrou eficiência de 66,88 e 40,93%, para os ensaios a 33º e 65 ºC, respectivamente, apresentando, portanto, um baixo desempenho. Notou-se que na fermentação extrativa houve a remoção de etanol do meio, reduzindo a inibição pelo produto e aumentando a velocidade de consumo de substrato. A passagem do CO2 pelo meio fermentativo (&#61510;CO2 de 1 vvm) contribuiu para redução da temperatura do meio em 41%. Além disso, houve o decréscimo dos valores das vazões volumétricas da água de resfriamento, em torno de 34%, nas fermentações extrativas quando comparadas com as convencionais, indicando uma potencial economia de 34% em insumos nas torres de resfriamento e, também, economia de energia no bombeamento desta água.