O presente trabalho teve como objetivo o estudo do processo fermentativo de produção de retamicina, em biorreatores de bancada, utilizando-se a linhagem mutante Streptomyces olindensis So20, visando a obtenção de elevadas quantidades deste antibiótico, em processo descontínuo alimentado (fed-batch) e contínuo, bem como a implementação de técnicas de análise de imagens para a caracterização morfológica do microrganismo durante os cultivos. Os ensaios descontínuos alimentados visaram o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação em três valores distintos (0,03 1/h, 0,10 1/h e 0,17 1/h), por meio do emprego de vazões exponenciais de alimentação. Foram realizados três conjuntos de ensaios descontínuos alimentados. No primeiro conjunto, foi verificada a influência da concentração de nutrientes utilizada na alimentação, mantendo-se a velocidade específica de crescimento em 0,03 1/h, durante a alimentação. De uma maneira geral, o aumento da concentração de nutrientes na alimentação, levou a um aumento na produção do antibiótico. No segundo conjunto de ensaios, foi estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado com apenas a concentração de glicose quadruplicada. Nesse conjunto de ensaios, ocorreu limitação de outros nutrientes, o que prejudicou o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. No entanto, essa limitação nutricional mostrou-se importante para a produção do antibiótico. No terceiro conjunto de ensaios, foi novamente estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado, agora com as concentrações de todos os nutrientes quadruplicadas, o que evitou limitações nutricionais e permitiu o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. Estes ensaios mostraram que o processo de produção de retamicina é favorecido pela manutenção de baixas velocidades específicas de crescimento, por ser este um metabólito secundário. A maior produção de retamicina ocorreu quando a velocidade específica de crescimento foi fixada em 0,03 1/h, durante a alimentação. Nos ensaios contínuos realizados, foi estudada a influência da vazão específica de alimentação (D) e, conseqüentemente, da velocidade específica de crescimento (µx) sobre a produção do antibiótico retamicina. Foram, realizados quatro ensaios contínuos, variando-se D entre 0,03 1/h e 0,30 1/h. A máxima produção de retamicina (tanto em termos de concentração, como em termos de produtividade e produção específica em retamicina total) ocorreu para D = 0,05 1/h. O aumento de D levou a uma diminuição da produção do antibiótico, a qual cessou para D = 0,30 1/h, mostrando um comportamento típico de um metabólito secundário. Foram utilizadas técnicas de análise de imagens na caracterização morfológica do microrganismo. O cisalhamento mostrou-se um importante fator no rompimento de pellets e na formação de clumps e hifas livres, principalmente nos ensaios contínuos. Em geral, a maior produção do antibiótico esteve associada a altas porcentagens de clumps no meio de cultivo. / The objective of the present work was to study retamycin production in fed-batch and continuous cultivations of Streptomyces olindensis So20, a mutant strain, in order to obtain high antibiotic concentrations and analyse microorganism morphology employing image analysis techniques. The fed-batch runs were performed in order to control the specific growth rate in three different values, during feed (0.03 1/h, 0.10 1/h, and 0.17 1/h), employing exponential feed rates. Three sets of fed-batch runs were carried-out. The first set, feed composition was varied, controlling the specific growth rate in a low value (0.03 1/h) during feed. In general, higher nutrient concentrations in the feed led to higher antibiotic production. In the second set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. The feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold the glucose concentration only, which led to nutrient limitation during runs. This nutrient limitation prejudiced the specific growth rate control, but led to high antibiotic production. This fact showed that nutrient limitation is an important factor in retamycin production. In the third set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. In these runs, the feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold all the nutrient concentrations, which avoided nutrient limitation, during runs. In these runs, the control of the specific growth rate during feed was possible. Results showed that retamycin production is favored by the maintenance of low specific growth rates, since it is a secondary metabolite. Higher antibiotic production was achieved controlling the specific growth rate in 0.03 1/h, during feed. In the continuous runs, the influence of the dilution rate (D), and consequently, of the specific growth rate (µx) on the retamycin production was studied. Four continuous runs were performed, varying D in the range from 0.03 1/h to 0.30 1/h. The highest antibiotic production (in terms of retamycin concentration, retamycin productivity and retamycin specific production) was obtained at D = 0.05 1/h. The increase in the dilution rate led to lower antibiotic production, which ceased at D = 0.30 1/h, showing a typical behavior of a secondary metabolite. Image analysis was used to assess the morphological characteristics of the microorganism. Shear showed to be an important factor in pellet disruption and in clump and free filaments formation, mainly in the continuous runs. In general, higher antibiotic production was obtained with the growth mainly in the form of clumps.

O presente trabalho teve como objetivo o estudo do processo fermentativo de produção de retamicina, em biorreatores de bancada, utilizando-se a linhagem mutante Streptomyces olindensis So20, visando a obtenção de elevadas quantidades deste antibiótico, em processo descontínuo alimentado (fed-batch) e contínuo, bem como a implementação de técnicas de análise de imagens para a caracterização morfológica do microrganismo durante os cultivos. Os ensaios descontínuos alimentados visaram o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação em três valores distintos (0,03 1/h, 0,10 1/h e 0,17 1/h), por meio do emprego de vazões exponenciais de alimentação. Foram realizados três conjuntos de ensaios descontínuos alimentados. No primeiro conjunto, foi verificada a influência da concentração de nutrientes utilizada na alimentação, mantendo-se a velocidade específica de crescimento em 0,03 1/h, durante a alimentação. De uma maneira geral, o aumento da concentração de nutrientes na alimentação, levou a um aumento na produção do antibiótico. No segundo conjunto de ensaios, foi estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado com apenas a concentração de glicose quadruplicada. Nesse conjunto de ensaios, ocorreu limitação de outros nutrientes, o que prejudicou o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. No entanto, essa limitação nutricional mostrou-se importante para a produção do antibiótico. No terceiro conjunto de ensaios, foi novamente estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado, agora com as concentrações de todos os nutrientes quadruplicadas, o que evitou limitações nutricionais e permitiu o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. Estes ensaios mostraram que o processo de produção de retamicina é favorecido pela manutenção de baixas velocidades específicas de crescimento, por ser este um metabólito secundário. A maior produção de retamicina ocorreu quando a velocidade específica de crescimento foi fixada em 0,03 1/h, durante a alimentação. Nos ensaios contínuos realizados, foi estudada a influência da vazão específica de alimentação (D) e, conseqüentemente, da velocidade específica de crescimento (µx) sobre a produção do antibiótico retamicina. Foram, realizados quatro ensaios contínuos, variando-se D entre 0,03 1/h e 0,30 1/h. A máxima produção de retamicina (tanto em termos de concentração, como em termos de produtividade e produção específica em retamicina total) ocorreu para D = 0,05 1/h. O aumento de D levou a uma diminuição da produção do antibiótico, a qual cessou para D = 0,30 1/h, mostrando um comportamento típico de um metabólito secundário. Foram utilizadas técnicas de análise de imagens na caracterização morfológica do microrganismo. O cisalhamento mostrou-se um importante fator no rompimento de pellets e na formação de clumps e hifas livres, principalmente nos ensaios contínuos. Em geral, a maior produção do antibiótico esteve associada a altas porcentagens de clumps no meio de cultivo. / The objective of the present work was to study retamycin production in fed-batch and continuous cultivations of Streptomyces olindensis So20, a mutant strain, in order to obtain high antibiotic concentrations and analyse microorganism morphology employing image analysis techniques. The fed-batch runs were performed in order to control the specific growth rate in three different values, during feed (0.03 1/h, 0.10 1/h, and 0.17 1/h), employing exponential feed rates. Three sets of fed-batch runs were carried-out. The first set, feed composition was varied, controlling the specific growth rate in a low value (0.03 1/h) during feed. In general, higher nutrient concentrations in the feed led to higher antibiotic production. In the second set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. The feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold the glucose concentration only, which led to nutrient limitation during runs. This nutrient limitation prejudiced the specific growth rate control, but led to high antibiotic production. This fact showed that nutrient limitation is an important factor in retamycin production. In the third set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. In these runs, the feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold all the nutrient concentrations, which avoided nutrient limitation, during runs. In these runs, the control of the specific growth rate during feed was possible. Results showed that retamycin production is favored by the maintenance of low specific growth rates, since it is a secondary metabolite. Higher antibiotic production was achieved controlling the specific growth rate in 0.03 1/h, during feed. In the continuous runs, the influence of the dilution rate (D), and consequently, of the specific growth rate (µx) on the retamycin production was studied. Four continuous runs were performed, varying D in the range from 0.03 1/h to 0.30 1/h. The highest antibiotic production (in terms of retamycin concentration, retamycin productivity and retamycin specific production) was obtained at D = 0.05 1/h. The increase in the dilution rate led to lower antibiotic production, which ceased at D = 0.30 1/h, showing a typical behavior of a secondary metabolite. Image analysis was used to assess the morphological characteristics of the microorganism. Shear showed to be an important factor in pellet disruption and in clump and free filaments formation, mainly in the continuous runs. In general, higher antibiotic production was obtained with the growth mainly in the form of clumps.

O principal objetivo deste estudo é descrever modelos para séries temporais de ativos financeiros que sejam robustos às tradicionais hipóteses: distribuição gaussiana e continuidade. O primeiro capítulo está preocupado em apresentar, de uma maneira geral, os conceitos matemáticos mais importantes relacionadas a processos estocásticos e difusões. O segundo capítulo trata de processos de incrementos independentes e estacionários, i.e., processos de Lévy, suas trajetórias estocásticas, propriedades distribucionais e, a relação entre processos markovianos e martingales. Alguns dos resultados apresentados neste capítulo são: a estrutura e as propriedades dos processos compostos de Poisson, medida de Lévy, decomposição de Lévy-Itô e representação de Lévy-Khinchin. O terceiro capítulo mostra como construir processos de Lévy por meio de transformações lineares, inclinação da medida de Lévy e subordina ção. Uma atenção especial é dada aos processos subordinados, tais como os modelos variância gama, normal gaussiana invertida e hiperbólico generalizado. Neste capítulo também é apresentado um exemplo pragmático com dados brasileiros de estimação de parâmetros por meio do método de máxima Verossimilhança. O quarto capítulo é devotado aos modelos multidimensionais e, introduz os conceito de cópula ordinária e de Lévy. Mostra-se que é possível caracterizar a dependência entre os componentes de um processo de Lévy multidimensional por meio da cópula de Lévy. Entre os resultados apresentados estão as generalizações do teorema de Sklar e a família de cópulas de Arquimedes aos processos de Lévy. Este capítulo também apresenta alguns exemplos que utilizam métodos de Monte Carlo, para simular processos de Lévy bidimensionais. / The main objective of this study is to describe models for financial assets time series that are robust to the traditional hypothesis: gaussian distributed and continuity. The first chapter are devoted to introduce the most important mathematical tools related to difusions and stochastic processes in general. The second chapter is concerned in the study of independent and stationary increments, i.e., Lévy processes, their sample paths behavior, distributional properties, and the relation to Markov and martingales processes. Some of the results presented are the structure and properties of a compound Poisson processes, Lévy measure, Lévy-Itô decomposition and Lévy-Khinchin representation. The third chapter demonstrates how to construct Lévy processes via linear transformation, tempering the Lévy measure and subordination. A special attention is given to several types of subordinated processes, comprising the variance gamma, the normal inverse gaussian and the generalized hyperbolic models. A pragmatic example of parameter estimation for brazilian data using the method of maximum likelihood is also given. Chapter four is devoted to multidimensional models, which introduces the notion of ordinary and Lévy copulas. It is shown that modelling via Lévy copula it is possible to characterize the dependence among components of multidimensional Lévy processes. Some of the results presented are generalizations of the Sklar’s theorem and the Archmedian family of copulas for Lévy processes. This chapter also presents some examples using Monte Carlo methods for simulating bidimensional Lévy processes.

O principal objetivo deste estudo é descrever modelos para séries temporais de ativos financeiros que sejam robustos às tradicionais hipóteses: distribuição gaussiana e continuidade. O primeiro capítulo está preocupado em apresentar, de uma maneira geral, os conceitos matemáticos mais importantes relacionadas a processos estocásticos e difusões. O segundo capítulo trata de processos de incrementos independentes e estacionários, i.e., processos de Lévy, suas trajetórias estocásticas, propriedades distribucionais e, a relação entre processos markovianos e martingales. Alguns dos resultados apresentados neste capítulo são: a estrutura e as propriedades dos processos compostos de Poisson, medida de Lévy, decomposição de Lévy-Itô e representação de Lévy-Khinchin. O terceiro capítulo mostra como construir processos de Lévy por meio de transformações lineares, inclinação da medida de Lévy e subordina ção. Uma atenção especial é dada aos processos subordinados, tais como os modelos variância gama, normal gaussiana invertida e hiperbólico generalizado. Neste capítulo também é apresentado um exemplo pragmático com dados brasileiros de estimação de parâmetros por meio do método de máxima Verossimilhança. O quarto capítulo é devotado aos modelos multidimensionais e, introduz os conceito de cópula ordinária e de Lévy. Mostra-se que é possível caracterizar a dependência entre os componentes de um processo de Lévy multidimensional por meio da cópula de Lévy. Entre os resultados apresentados estão as generalizações do teorema de Sklar e a família de cópulas de Arquimedes aos processos de Lévy. Este capítulo também apresenta alguns exemplos que utilizam métodos de Monte Carlo, para simular processos de Lévy bidimensionais. / The main objective of this study is to describe models for financial assets time series that are robust to the traditional hypothesis: gaussian distributed and continuity. The first chapter are devoted to introduce the most important mathematical tools related to difusions and stochastic processes in general. The second chapter is concerned in the study of independent and stationary increments, i.e., Lévy processes, their sample paths behavior, distributional properties, and the relation to Markov and martingales processes. Some of the results presented are the structure and properties of a compound Poisson processes, Lévy measure, Lévy-Itô decomposition and Lévy-Khinchin representation. The third chapter demonstrates how to construct Lévy processes via linear transformation, tempering the Lévy measure and subordination. A special attention is given to several types of subordinated processes, comprising the variance gamma, the normal inverse gaussian and the generalized hyperbolic models. A pragmatic example of parameter estimation for brazilian data using the method of maximum likelihood is also given. Chapter four is devoted to multidimensional models, which introduces the notion of ordinary and Lévy copulas. It is shown that modelling via Lévy copula it is possible to characterize the dependence among components of multidimensional Lévy processes. Some of the results presented are generalizations of the Sklar’s theorem and the Archmedian family of copulas for Lévy processes. This chapter also presents some examples using Monte Carlo methods for simulating bidimensional Lévy processes.