Orientador: Ricardo Andrade Rebelo. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Exatas e Naturais, Programa de Pós-Graduação em Química.

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T04:53:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Negri_VictorAugusti_M.pdf: 12106388 bytes, checksum: d15b4a2052af5e412ac086681ebf3a4b (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Propionibacterium acidipropionici é uma bactéria gram-positiva que apresenta a capacidade de produzir ácido propiônico em sua via fermentativa, composto de grande importância na indústria petroquímica e alimentícia. Tendo-se em vista que esse ácido é hoje obtido através de derivados do petróleo, P. acidipropionici vem sendo apontada como uma potencial plataforma industrial na produção de ácido propiônico. Uma das características que enfatizam a sua utilização está a sua capacidade em fixar CO2 e direcioná-lo para a produção de ácido propiônico. Entretanto, pouco se sabe sobre esse fenômeno em propionibactérias. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar e estudar o metabolismo de assimilação de CO2 em P. acidipropionici, visando avaliar a relevância do mesmo na fermentação desta bactéria. Através da análise do genoma e resultados prévios de expressão global foram identificados potenciais genes envolvidos tanto na assimilação de CO2 quanto na produção de ácido propiônico, destacando-se a enzima piruvato carboxilase como uma importante candidata envolvida na fixação de CO2. Dados de expressão dessa enzima indicaram que a mesma tem sua expressão aumentada quando a bactéria é cultivada em glicerol como fonte de carbono, condição em que há uma maior produção de ácido propiônico. Outros genes que se destacaram foram os genes do metabolismo de biotina, cofator importante em enzimas fixadoras de dióxido de carbono. Foi descrito que os genes envolvidos na sua síntese estão ausentes em seu genoma e que os genes envolvidos em sua assimilação se mostraram diferencialmente expressos ao fim das fermentações em glicerol e glicose, indicando uma possível carência metabólica dessa vitamina. Adicionalmente, foi reportado que a assimilação de CO2 pode ocorrer em diferentes fontes de carbono, podendo apresentar até 25% de ácido propiônico e até 32% do ácido succínico, contendo pelo menos um carbono proveniente do CO2. Tais dados revelaram que a assimilação de CO2 é provavelmente um fenômeno recorrente e relevante em P. acidipropionici, o que reforça essa bactéria como uma promissora plataforma industrial. Por fim, experimentos realizados em biorreator indicaram que ambientes com alta disponibilidade de CO2 podem levar a um aumento expressivo da produção de ácido succínico, intermediário da via do ácido propiônico e também um importante produto de interesse da indústria química / Abstract: Propionibacterium acidipropionici is a gram-positive bacterium that has the ability to produce propionic acid through its fermentative pathway, a highly important compound in petrochemical and food industry. In view that nowadays this acid is obtained through petroleum derivatives, P. acidipropionici is being appointed as an important candidate as an industrial platform in propionic acid production. One of the characteristics that emphasize its use is the ability to fix CO2 and direct the assimilated carbon to the production of propionic acid. Little is known about this phenomenon in propionibacteria, however it¿s occurrence is described when the bacterium is cultivated in glycerol as its only carbon source. The present work had as objective to characterize and study the CO2 assimilation mechanism in P. acidipropionici, aiming to evaluate how relevant this mechanism is in its fermentative metabolism. Through genome analysis, genes and pathways potentially involved in this process were identified. The analysis highlights the enzyme pyruvate carboxylase, a propionic acid cycle¿s acting enzyme and little distributed in Propionibacteria, and the genes involved in biotin¿s metabolism, a vitamin that acts as an important cofactor in CO2 fixation reactions in bacteria. The biotin production pathway is not complete in P. acidipropionici, being observable in this project that in fact there is a deficiency in its growth in the absence of the same. Seeking trancriptional clues of the phenomenon and having glycerol as carbon source, a global gene expression analysis of the fermentation of P. acidipropionici was performed in glycerol, glucose and sugarcane juice in different points of bacterial growth (RNASeq). Interestingly, the most differentially expressed enzyme of the fermentative pathway in glycerol is the enzyme pyruvate carboxylase. The biotin related pathways are also differentially expressed at the final stages of the bacterium¿s fermentation, what can be related to a requirement of this vitamin at these stages. The supplementation of this vitamin was performed at the three studied carbon sources. However, no difference in growth or acids production was found. Aiming to explore in which situations the CO2 fixation happens, fermentations with six different carbon sources supplemented with carbon-13 containing sodium bicarbonate were performed. It was evaluated from this experiment that the CO2 assimilation occurs in all studied carbon sources, and that about 1/4 of the propionic acid total has a carbon that comes from the diluted bicarbonate. The generated data reveals that the phenomenon is relevant in P. acidipropionici. Lastly, the effect of sodium bicarbonate supplementation in P. acidipropionici fermentations having glycerol as carbon source was studied. As a result, an expressive increase in the production of succinic acid was observed, another fermentation final product in propionibacteria. Such phenomenon, therefore, could also be more explored for the production of this second acid, equally important in the industrial point of view / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coelho_DayanadeGusmao_D.pdf: 2154026 bytes, checksum: e32b975351a41b8db49a6edaf30ad20d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Para a evolução da ciência e melhoramento na qualidade de vida, o uso da tecnologia é imprescindível para solucionar os problemas relacionados com o uso desenfreado dos recursos naturais e poluição ambiental. A substituição de recursos não renováveis tem se apresentado como uma solução alternativa, na qual uma nova rota para a produção de ácido propanóico está inserida nesses preceitos. Atualmente a larga escala de produção do ácido propanóico advém da rota petroquímica, e a utilização da glicerina para a produção de ácidos orgânicos se tornou uma alternativa para amenizar os danos sensíveis ao meio ambiente. No entanto, a tese apresentada retrata de uma alternativa de síntese do ácido propanóico por rota fermentativa, neste são apresentadas as etapas do processo, desde a matéria-prima ao produto final. Neste âmbito surgem os estudos de análise e seleção do meio de cultura apresentando o direcionamento na escolha de alguns sais, do extrato de levedura e da concentração de glicerina em relação ao rendimento, eficiência e conversão em ácido propanóico, nesse estudo foi possível obter um rendimento de 80% na produção do ácido propanóico, uma eficiência de 99 % e conversão de 67 % para as concentrações de 20 g/L para a glicerina, 15 g/L para o extrato de levedura, 3 g/L para o NH4H2PO4 (g/L) e 1 g/L de KH2PO4 (g/L); o desenvolvimento de um processo inovador e de alto potencial industrial que foi realizado através de um processo de fermentação anaeróbica parcial na qual houve um consumo total do reagente alimentado e 100% de rendimento, obtendo como produto final da fermentação o ácido propanóico e o ácido succínico, quando comparada com a fermentação convencional no qual foi obtido apenas o ácido propanóico e apresentado resíduo no final do processo, o substrato; o estudo da influência do efeito combinado da concentração de ácido propanóico e da temperatura no processo fermentativo em que foi possível obter de 83 a 97 % de rendimento e uma conversão de 100% utilizando a temperatura de 30 ºC; a escolha do modelo e estimativa dos parâmetros cinéticos em função da temperatura, onde os parâmetros cinéticos foram calculados para o modelo não estruturado e não segregado através do método de otimização por algoritmo genético obtendo uma maior reprodutibilidade para as faixas de estudo; e a separação do ácido propanóico do meio fermentado utilizando um sistema evaporativo através do destilador molecular, neste o meio fermentado obtido foi facilmente separado através do pré-tratamento por separação sólido-líquido e obtida a separação do ácido propanóico dos demais componentes do meio fermentado no condensador externo na pressão de 100 mbar e temperatura de 130 °C / Abstract: For the evolution of science and improvement in quality of life, the use of technology is essential to solve the problems related to the rampant use of natural resources and environmental pollution. The substitution of non-renewable resources has emerged as an alternative solution, in which a new route for the production of propionic acid is inserted in these precepts. Today the large scale production propionic acid comes from petrochemical route, and the use of glycerin to produce organic acids has become an alternative to mitigate the environmentally sensitive damages that are a priori, a requirement for actually possible remain competitive in the market. However, the thesis presented portrays an alternative synthesis of propionic acid by fermentative route, this are the steps of the process, from raw material to finished product. In this context the study of analysis and selection of culture media presenting the guidance in the choice of some salts, yeast extract and glycerin concentration in relation to the performance, efficiency and conversion in propionic acid, this study arise was possible to obtain a yield 80% propionic acid in the production of an efficiency of 99% and 67% conversion for the concentration of 20 g / L glycerin, 15 g / L of yeast extract, 3 g/L NH4H2PO4 to (g/L) and 1 g / L of KH2PO4 (g/L); the development of a novel and high potential industry process was carried out through a process of anaerobic fermentation part in which there was complete consumption of the supplied reagent and 100% yield, obtained as an end product of fermentation propionic acid and succinic acid compared with conventional fermentation in which was only obtained propionic acid and the residue submitted at the end of the process the substrate; the study of the influence of the combined effect of concentration and temperature propionic acid in the fermentation process it was possible to obtain 83-97% conversion and a yield of 100% using a temperature of 30 °C; the choice of the model and estimation of kinetic parameters depending on the temperature, where the kinetic parameters were calculated for the model unstructured and not segregation by the method of optimization by a genetic algorithm for obtaining greater reproducibility study tracks; and separating propionic acid fermentation broth using an evaporative system through the molecular still, in the fermentation medium was readily obtained by separate treatment by solid-liquid separation and separation of the obtained propionic acid from the other components of the fermentation broth external condenser at a pressure of 100 mbar and temperature of 130 °C / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Gustavo Paim Valença / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T07:00:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_JulianaCanto_D.pdf: 4804028 bytes, checksum: 8a14cd7e6bdf26f6d7000302437af726 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Foram realizadas fermentações em batelada do sorbitol, sacarose, glicerol e glicose por Propionibacterium acidipropionici livre em biorreatores. As fermentações do sorbitol forneceram a maior concentração final de ácido propiônico (39,5±5,2 g L-1) e as fermentações da glicose forneceram a menor concentração final de ácido propiônico (23,9±2,1 g L-1). Apenas as fermentações do glicerol produziram n-propanol e sua concentração final foi de 1,7±0,1 g L-1, além disso, o ácido acético não foi produzido nas fermentações do glicerol. As fermentações da sacarose forneceram a maior concentração final de ácido acético (10,9±0,0 g L-1). O maior valor de produtividade do ácido propiônico foi obtido nas fermentações do sorbitol (0,60 g L-1 h-1). Fermentações do sorbitol e da sacarose em batelada utilizando células de P. acidipropionici livres e imobilizadas em montmorilonita K10 foram realizadas em três ciclos sequenciais com reciclo celular. As concentrações finais de ácido propiônico para as fermentações do sorbitol com células livres foram 39,5±5,2; 35,8±1,4 e 34,4±1,9 g L-1 e para células imobilizadas foram 33,1±0,7; 37,2±0,6 e 36,6±0,4 g L-1, para o primeiro, segundo e terceiro ciclos sequenciais, respectivamente. O maior valor de produtividade e de rendimento do ácido propiônico nas fermentações do sorbitol foi obtido para o primeiro ciclo com células livres: 0,60 g L-1 h-1 e 0,613 g g-1, respectivamente. As concentrações finais de ácido propiônico para as fermentações da sacarose com células livres foram 33,4±0,3; 31,3±0,9 e 31,1±0,1 g L-1 e para células imobilizadas foram 26,9±0,6; 29,1±0,3 e 29,5±0,8 g L-1 para o primeiro, segundo e terceiro ciclos sequenciais, respectivamente. A produtividade e o rendimento do ácido propiônico foram maiores no primeiro ciclo para células livres: 0,48 g L-1 h-1 e 0,409 g g-1, respectivamente. Foram realizadas co-fermentações de glicose:glicerol em duas razões mássicas (1:1 e 2:1) em batelada utilizando P. acidipropionici livre e imobilizada em montmorilonita K10. Apenas nas co-fermentações foi observada a produção do ácido lático e trealose além dos ácidos acético, succínico e propiônico. A maior concentração final de ácido propiônico foi obtida para as co-fermentações glicose:glicerol de razão mássica 2:1 com células de P. acidipropionici livres (31,4±0,3 g L-1) e a menor concentração final foi obtida nas co-fermentações de razão mássica 1:1 para células imobilizadas (23,9±0,8 g L-1). O ácido acético foi produzido apenas nas co-fermentações de razão mássica 2:1 para células livres (0,3±0,4 g L-1) e imobilizadas (1,1±0,2 g L-1). A maior concentração final de ácido lático foi obtida nas co-fermentações de razão mássica 1:1 para células livres (10,5±0,3 g L-1) e a menor concentração final foi obtida nas co-fermentações de razão mássica 2:1 para células livres (0,9±0,6 g L-1). A maior concentração final de trealose foi obtida nas co-fermentações de razão mássica 2:1 para células imobilizadas (12,1±0,1 g L-1) e a menor concentração final foi obtidas nas co-fermentações de razão mássica 2:1 para células livres (6,7±1,0 g L-1). O maior valor de produtividade e de rendimento do ácido propiônico foram obtidos nas co-fermentações de razão mássica 2:1 para células livres: 0,45 g L-1 h-1 e 0,412 g g-1, respectivamente / Abstract: Batch fermentations of sorbitol, sucrose, glycerol and glucose by free cells of Propionibacterium acidipropionici were conducted in bioreactors. Sorbitol fermentations yield the major final propionic acid concentration (39.5±5.2 g L-1) while glucose fermentations yield the minor result (23.9±2.1 g L-1). Only glycerol fermentations yield n-propanol (1.7±0.1 g L-1), furthermore, acetic acid was not generated in glycerol fermentations. In the other hand, sucrose fermentations yield great acetic acid final concentration (10.9±0.0 g L-1). The major propionic acid productivity was got in sorbitol fermentations (0.60 g L-1 h-1). Sorbitol and sucrose batch fermentations by free and immobilized cells of P. acidipropionici in montmorillonite K10 were carried out in three sequential cycles with cell reuse. The final propionic acid concentrations to sorbitol with free cells were 39.5±5.2; 35.8±1.4 e 34.4±1.9 g L-1 and with immobilized cells were 33.1±0.7; 37.2±0.6 e 36.6±0.4 g L-1, to the first, second and third sequential cycles, respectively. The major propionic acid productivity was got in the first cycle with free cells to sorbitol fermentations (0.60 g L-1 h-1). The major propionic acid yield was 0.613 g g-1 in the first cycle to free cells. The final propionic acid concentrations to sucrose fermentations with free cells were 33.4±0.3; 31.3±0.9 e 31.1±0.1 g L-1 and to immobilized cells were 26.9±0.6; 29.1±0.3 e 29.5±0.8 g L-1 to the first, second and third sequential cycles, respectively. The propionic acid productivity was major in the first cycle to free cells (0.48 g L-1 h-1). The major propionic acid yield was 0.409 g g-1 in the first cycle to free cells. Batch co-fermentations of glucose and glycerol were also conducted in two different mass ratios (1:1 and 2:1 glucose:glycerol) by P. acidipropionici free and immobilized in montmorillonite K10. The major propionic acid final concentration was got in glucose:glycerol 2:1 mass ratio co-fermentations by free cells (31.4±0.3 g L-1) while the minor final concentration was got with co-fermentation 1:1 mass ratio to immobilized cells (23.9±0.8 g L-1). Acetic acid was got only in co-fermentations 2:1 mass ratio to free (0.3±0.4 g L-1) and immobilized (1.1±0.2 g L-1) cells. The major propionic acid productivity was got in co-fermentations 2:1 mass ratio to free cells (0.45 g L-1 h-1). The major propionic acid yield was got in co-fermentations 2:1 mass ratio to free cells (0.412 g g-1). Only co-fermentations yield lactic acid and trehalose. The major lactic acid final concentration was got in co-fermentations 1:1 mass ratio to free cells (10.5±0.3 g L-1) and the minor final concentration was got in co-fermentations 2:1 mass ratio to free cells (0.9±0.6 g L-1). The major trehalose final concentration was got in co-fermentations 2:1 mass ratio to immobilized cells (12.1±0.1 g L-1) and the minor final concentration was got in co-fermentations 2:1 mass ratio to free cells (6.7±1.0 g L-1) / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutora em Engenharia Quimica

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

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:10:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calderon_LuigeArmandoLlerena_M.pdf: 3485086 bytes, checksum: 33f779fcd9679f472303314b64f35d8d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O ácido propiônico possui grande importância para a economia devido às suas diversas aplicações nas indústrias químicas e alimentícias. Atualmente, ele é produzido a partir de derivados do petróleo, mas as atuais preocupações ambientais relacionadas às emissões de carbono provenientes de fontes fósseis tornam a sua produção por rotas biológicas e fontes renováveis um processo cada vez mais atraente. O ácido propiônico também pode ser produzido a partir do metabolismo heterofermentativo da Propionibacterium acidipropionici. Embora existam diversos estudos que visem à otimização do processo de produção de ácido propiônico por rotas biológicas, ainda não existe nenhum processo eficiente que possa ser escalonado a um nível industrial. Consequentemente, o foco deste trabalho está no uso de ferramentas de planejamento experimental para a produção de ácido propiônico a partir de xarope de cana-de-açúcar (caldo de cana-de-açúcar concentrado), levando-se em conta três respostas de extrema importância para este bioprocesso: rendimento, produtividade volumétrica e a resposta de menor formação de ácido succínico (RMS). Na primeira parte do trabalho foi realizada a adequação de um método cromatográfico para a quantificação dos açúcares presentes no xarope de cana-de-açúcar, a identificação da linhagem P. acidipropionici ATTC 4875 como a mais adequada para a produção de ácido propiônico e o estudo do papel do extrato de levedura como fonte de nitrogênio para o meio de cultura. Utilizando-se o delineamento experimental Plackett & Burman, foram estudados 8 fatores com o objetivo de avaliar a sua importância no processo. Dos 8 fatores, três (temperatura, concentração de extrato de levedura e concentração de xarope de cana-de-açúcar) foram selecionados por apresentarem influência significativa no processo de produção de ácido propiônico. Em uma segunda etapa, utilizando um delineamento composto central rotacional (DCCR), foram determinados os valores ótimos desses fatores como sendo 35 ºC de temperatura, 22 g/L de extrato de levedura e 54 g/L de concentração de xarope de cana-de-açúcar. Com estas condições, obteve-se um rendimento de 47% (m/m), uma produtividade volumétrica de 0,89 g/L. h e uma RMS de 94%. Estes resultados significaram um incremento de 5%, 196% e 8% no rendimento, na produtividade volumétrica e na RMS, respectivamente, quando comparados à condição de cultivo inicial / Abstract: Propionic acid is of great importance for economy because of its variety of applications in the chemical and food industries. It is currently produced from petroleum, but due to environmental concerns related to carbon emissions from fossil fuels the production based on renewable biological routes is becoming more attractive. Propionic acid can be produced through the heterofermentative metabolism of Propionibacterium acidipropionici. Despite the existence of several studies aimed at optimization of propionic acid production through biological routes, no efficient process that can be scaled up to an industrial level has been developed yet. Consequently, the goal of this project is the use of chemometric tools for the production of propionic acid from sugar cane syrup (concentrated sugar cane juice), taking into account three responses of extreme importance to an industry level process: yield, volumetric productivity and the response of lowest succinic acid formation (RMS). The first steps were the adaptation of a chromatography method for the quantification of sugars present in sugar cane syrup, the identification of strain P. acidipropionici ATCC 4875 as the most suitable organism for propionic acid production and the role of yeast extract as a nitrogen source in the culture medium. Using the experimental design method, developed by Plackett and Burman, 8 factors were evaluated to assess their importance in the process. Three of these eight factors (temperature, yeast extract concentration and sugar cane syrup concentration) were selected because of their significant influence on propionic acid production. In a second step, central composite design (CCD) was used to determine the optimum values of these factors, being 35°C for temperature, 22 g/L of yeast extract and 54 g/L of sugar cane syrup. Under these conditions, a yield of 47% (w/w), a volumetric productivity of 0.89 g/L. h and a RSM of 94% were obtained. These results represented an increase of 5%, 196% and 8% in yield, volumetric productivity and RMS, respectively, compared to the initial culture condition / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Propionic acid (PA) is found in high amounts in tissues of patients with propionic acidemia, an inherited disorder of amino acid and lipid metabolism caused by severe deficiency of propionil-CoA-carboxylase activity. PA levels in blood and cerebral spinal fluid (CSF) usually reach 2,5- 5,0 mM during crises and can be much higher in the neuronal cells. Among the neurologic symptoms often presented, psychomotor delay/mental retardation, focal and generalized convulsions, cerebral atrophy and abnormalities are the most frequent. After cannula placing, rats received unilateral intrastriatal injections de PA (0,6; 2 and 6 μmol), MK-801 (3 nmol)+PA (6 μmol) or NaCl (9μmol). The effect of the intrastriatal administration of propionic acid on the behavior of rats in an open field and on EEG recording was assessed. PA caused convulsions and increased PA-induced protein carbonylation. MK-801 administration prevented PAinduced convulsions and protein carbonilation. These results suggest the involvement of NMDA receptors and oxidative stress in the PA-induced behavioral alterations. / O ácido propiônico é encontrado em altas quantidades nos tecidos de pacientes com acidemia propiônica, uma doença genética do metabolismo de aminoácidos e lipídeos, causada por deficiência grave na atividade da enzima propionil-CoA carboxilase. Os níveis de ácido propiônico no sangue e fluido cérebro espinhal geralmente alcançam níveis entre 2,5-5,0 mM durante crises, e pode chegar a níveis maiores em células neuronais. Entre os sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes o retardo mental e psicomotor, as convulsões locais e generalizadas, a atrofia cerebral e anormalidades do EEG são os mais freqüentes. Depois da implantação da cânula os ratos receberam injeções intraestriatais de PA (0,6; 2 and 6 μmol), Mk-801(3 nmol)+PA (6 μmol) ou NaCl (9 μmol). O presente trabalho avaliou o efeito da administração intraestriatal de ácido propiônico, no comportamento dos ratos na tarefa de open field e em registros eletrencefalográficos. O PA causou convulsões e aumentou a carbonilação protéica. A administração de MK-801 atenuou convulsões e a carbonilação protéica induzidas por ácido propiônico. Esses resultados sugerem o envolvimento dos receptores NMDA e do estresse oxidativo nas alterações comportamentais induzidas por ácido propiônico.

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Johana Rincones Perez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:57:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grassi_MariaCarolinadeBarros_D.pdf: 11791511 bytes, checksum: e41c1f0116c9c3dcfd0795e255f117a9 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01 - capa_abstract.pdf: 19961 bytes, checksum: e3e176ff7f15c76d6e02eb7f83656fdd (MD5) Previous issue date: 2007-03-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Propionic acid is an organic acid of three carbons that has been mainly used to preserve rations, grains and foods. Alternative strategies for application of propionic acid have been proposed, including their utilization in animal feeds. In this work, 38 bacteria were isolated from the bovine rumen and showed to produce organic acids using lactose from cheese whey. Only six isolates produced propionic acid, and the isolate named 22A showed the highest propionic acid production, and was selected for further study. The isolate 22A was a Gramnegative rod that utilized several carbon sources, including carbohydrates (glucose, lactose, maltose, sacarose, celobiose and mannose ), organic acids (lactate, piruvate, malate, fumarate and succinate) and glycerol. Regardless of the carbon source used, propionic acid was always the major fermentation end-product. Our results indicated that glycerol and succinate were the carbon sources that provided highest product yield and carbon recovery. Biomass production and product yield in mineral media were both affected by yeast extract concentration. When yeast extract (2 g/L) was added to the culture medium, the concentration of biomass and product formation increased about 270 % and 260 % respectively, compared to control treatments without yeast extract. The cultivation of the isolate 22A in diluted cheese whey (14 mM lactose) showed that the carbon source was being completely consumed after 16 hours of incubation and that the propionic acid yield and the acetate:propionato ratio were 2,37 mol/mol and 0,51, respectively. When increasing concentrations of lactose were added to the basal medium without pH contro1, a decrease in propionic acid yield and the appearance of other end-products was observed. Under these conditions, the pH of the culture medium decreased rapidly, reaching values of approximately 4,3 after 24 hours of incubation, for all the lactose concentrations tested. The control of pH in 6,8 using NaOH did not stimulate the production of propionic acid by isolate 22A, but lactose consumption increased to approximately 80 % in concentrations up to 338,70 mM. When isolate 22A was cultivated in basal medium with initial pH of 8,0 the specific growth rate and yield of propionic acid were 0,317 h-1 and 2,01 mol/mol, respectively. These results were better than those obtained at pH 7,0. These results indicated that isolated 22A has potential for propionic acid production in cheese whey. However, further work is needed to improve the cultivation system and to optimize the propionic acid yield. / O ácido propiônico é um ácido orgânico de três carbonos, e sua principal aplicação é como conservante de rações, grãos e alimentos. Estratégias alternativas de aplicação do ácido propiônico têm sido propostas, entre elas sua utilização na alimentação animal. Dentre as principais limitações para a produção fermentativa deste ácido orgânico estão o baixo rendimento e a baixa produtividade. Neste trabalho, foram isoladas 38 bactérias do rúmen bovino capazes de produzir ácidos orgânicos a partir da lactose do soro de queijo. Dentre estas, apenas o isolado 22A produziu ácido propiônico como principal produto da fermentação, sendo este selecionado para os experimentos Posteriores. O isolado 22A apresentou-se como bacilo Gram-negativo, capaz de metabolizar diversos açucares (glicose, lactose, maltose, sacarose, celobiose e manose ), ácidos orgânicos (lactato, piruvato, malato, fumarato e succinato) e glicerol, produzindo ácido propiônico como principal produto final da fermentação. Os resultados indicaram que glicerol e succinato foram às fontes de carbono que propiciaram maior rendimento os produto e recuperação de carbono. A produção de biomassa e o rendimento de produto em meio mineral foram afetados pela concentração de extrato de levedura no meio de cultivo. Quando 2 g/L de extrato de levedura foram utilizadas, a concentração de biomassa e o rendimento de produto aumentaram cerca de 270 % e 260 %, respectivamente, em relação ao controle sem extrato de levedura. O cultivo do isolado 22A em soro de queijo diluído (14 mM de lactose) indicou que a lactose foi completamente consumida após 16 horas de incubação e que o coeficiente de rendimento de produto para o ácido propiônico e a relação acetato/propionato foram 2,37 mol/mol e 0,51, respectivamente. Quando concentrações crescentes de lactose foram adicionadas ao meio basal sem controle de pH, observou-se a redução no rendimento de ácido propiônico e o aparecimento de outros produtos fmais na fermentação. Nestas condições, o pH do meio de cultura decresceu rapidamente, atingindo valores de aproximadamente 4,3 após 24 horas de incubação, para todas as concentrações de lactose testadas. O controle do pH do meio em 6,8 pela adição de NaOH não estimulou a produção de ácido propiônico pelo isolado 22A, mas observou-se consumo de aproximadamente 80% do substrato em concentrações de até 338,70 mM. O isolado 22A cresceu em meio basal com pH inicial de 8,0 e apresentou velocidade específica de crescimento de 0,317 h-1 e rendimento de ácido propiônico de 2,01 mol/mol. Esses resultados foram superiores aos obtidos com o isolado 22A quando cultivado em pH 7,0. Os resultados deste trabalho indicam que o isolado 22A possui potencial para produção de ácido propiônico em soro de queijo. Entretanto, outros estudos deverão ser realizados para a adequação do sistema de cultivo e a otimização do rendimento de produto.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Debora C Moreira.pdf: 799615 bytes, checksum: bf5390535b39bc8ca4f452bde2fd297b (MD5) Previous issue date: 2013-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for renewable energy and food production with the minimum threat to the environment are themes that have been studied for all over the world. Several processes have been developed for the use of agroindustrial wastes, transforming them into chemical compounds and products with high added value. The use of agroindustrial wastes in bioprocesses helps the search for sustainable processes. The increasing in the agricultural productivity in Brazil, open a new market to the development of researches that study this issue. The statistical modeling of mixtures, allied with the design of experiments, has application in a several industrial systems. The aim of this work was to study the possibility of use agroindustrial wastewater mixtures to produce propionic acid. Four types of wastewater were studied: corn steep liquor, pet food wastewater, meat processing wastewater and dairy wastewater. Assays were performed to obtain the best composition of the mixtures and the best substrate ratio. Within the conditions employed, the mixture containing 75% of corn steep liquor and 25% of another substrate, were most suitable for the process. Studying the tests in which the fermentations conditions varied (boiling the substrate, agitation and pH correction to 6,5) the best concentrations of propionic acid, 229,57 mg.L-1, were produced by mixing 75% of corn steep liquor and 25% of pet food wastewater, after 72h of fermentation, with initial correcting of pH to 6,5, followed by the mixture containing 75% of corn steep liquor and 25% of meat processing wastewater, that enabled the production of 154,27 mg.L-1 of propionic acid. The mixture with 75% of corn steep liquor and 25% of dairy wastewater with daily pH correction enabled the production of 220,96 mg.L-1 of propionic acid after 72 hours of fermentation. The other essay conditions were not significant for propionic acid biosynthesis. The statistical analysis confirms that it is possible to use codigestion agroindustrial waste for propionic acid production. / A busca por fontes de energia renovável e a produção de alimentos com a mínima ameaça ao ecossistema têm sido temas bastante pesquisados em todo o mundo. Diversos processos têm sido desenvolvidos para a utilização de resíduos agroindustriais, transformando-os em compostos químicos e produtos com alto valor agregado. A utilização de resíduos agroindustriais em bioprocessos favorece a busca por processos sustentáveis. O aumento da produtividade agrícola no Brasil abre um novo mercado para o desenvolvimento de pesquisas que abordem este tema. O planejamento estatístico de misturas, aliado à otimização de experimentos, tem aplicação em diversos sistemas industriais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade da utilização de misturas de efluentes agroindustriais para a produção de ácido propiônico. Foram utilizados quatro tipos de efluentes: efluente do processamento de milho, efluente do processamento de ração animal, efluente de processamento de carnes e de laticínio. Foram realizados ensaios para a obtenção da melhor composição das misturas, definindo-se a melhor proporção dos substratos. Dentro das condições empregadas, as composições contendo 75% do efluente do processamento de milho e 25% de outro substrato foram as mais adequadas ao processo. Nos ensaios onde as condições de fermentação foram variadas (fervura prévia do substrato, agitação e correção do pH para 6,5), os melhores resultados de produção de ácido propiônico, 229,57 mg.L-1, foram obtidos com substrato composto por 75% de efluente do processamento de milho mais 25% de efluente de fábrica de ração, com 72h de fermentação, correção de pH inicial para 6,5 e sem agitação, seguido de substrato com 75% de efluente do processamento de milho mais 25% de efluente de processamento de carnes, nas mesmas condições, obtendo-se produção de 154,27 mg.L-1 de ácido propiônico. O substrato contendo 75% de efluente do processamento de milho mais 25% de efluente de laticínio, possibilitou produção de 220,96 mg.L-1 de ácido propiônico, após 72 horas de fermentação e com correção de pH a cada 24 horas. As outras condições testadas não foram significativas na biossíntese de ácido propiônico. A análise estatística dos dados confirmou que é possível a utilização de codigestão de efluentes agroindustriais para a produção de ácido propiônico.