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Orientador: Gil Eduardo Serra Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar um meio de cultivo industrial para produção de cefalosporina C, utilizando a linhagem C-1 O de Cephalosporium acremonium (A TCC 11550) em experimentos conduzidos em frascos agitados. Foram testadas diferentes fontes de proteína padronizadas, de uso indicado para fermentações industriais, fornecidas pela QUEST INTERNACIONAL - Divisão SHEFFIELD, constituídas à base de soja (Hy-Soy), lacto albumina (Edamin'S), caseína (N-Z Amine A e N-Z Amine As), milho (Hydrolyse Com Gluten ) e algodão (Hydrolyse Cottonseed). As fontes protéicas foram adicionadas a um meio basal, em quantidade equivalente a 4g/1 de nitrogênio total. O meio de cultivo que apresentou uma maior produção de cefalosporina C ( 0,63 gll) foi formulado à base de soja, sendo o meio à base de caseína (N-Z Amine A) o que apresentou uma menor produção do antibiótico. A partir disto foi feito um estudo de cinética da produção de cefalosporina C com esses dois meios de cultivo. Os resultados confirmaram a soja como melhor substrato para produção do antibiótico e mostraram também, ser esta a matéria prima mais produtiva, uma vez que com 144 horas de fermentação houve a produção de 0,93 gll de cefalosporina C. A caseína precisou de 192 horas de fermentação para produzir apenas 0,64 gll do antibiótico. Para os dois substratos testados foi verificada ainda a degradação do antibiótico após o pico de máxima produção. Em uma segunda etapa do trabalho foi avaliada a associação de fontes protéicas na formulação do meio de cultivo. Além de Hy-Soy e Edamin'S, que foram as que apresentaram os melhores resultados na primeira fase, foi introduzido um extrato protéico padronizado, à base de soja (Samprosoy), que é produzido no Brasil pela SANTISTA ALIMENTOS divisão SAMBRA. Neste experimento foram formulados sete diferentes meios de cultivo contendo 4 g/l de N total. Os resultados mostraram um sinergismo na associação de Samprosoy, Hy-Soy e Edamin'S, com uma maior produção do antibiótico (1,43 g/l em 144 horas). Esta composição foi utilizada como ponto central (36 g/l de saca rose, 27 gI1 de glicose e 4 g/l de N total) na primeira fase da otimização do meio de cultivo utilizando planejamento fatorial completo de dois níveis e três variáveis. As variáveis estudadas foram a concentração de sacarose, glicose e nitrogênio, e a variável resposta foi a concentração de cefalosporina C no caldo fermentado. Os resultados obtidos mostraram que maiores concentrações de glicose e nitrogênio levam a um aumento na produção do antibiótico, sendo a variação da concentração de sacarose não significativa na produção da cefalosporina C. Em uma segunda fase da otimização do meio de cultivo o ponto central foi deslocado de modo que esse meio apresentasse maiores concentrações de glicose e nitrogênio (37 g/l de glicose e 6 g/l de N total) e menor quantidade de sacarose (26 g/l). Confirmou-se que altas concentrações de glicose (acima de 45 g/l) e nitrogênio (acima de 6 g/l) direcionam a um aumento na produção, e que a concentração de sacarose não influencia no aumento da produção do antibiótico. Em uma última etapa foi conduzida uma fermentação simultânea em fermentador e em frascos agitados para o estudo do efeito da aeração na produção de cefalosporina C. Parte do meio preparado e inoculado no fermentador foi transferido para frascos Erlenmayer. Os resultados mostram que no fermentador a quantidade de cefalosporina C produzida foi 2,82 vezes maior que as obtidas em frascos agitados. A diferença certamente está associada ao nível constante da concentração de oxigênio no meio de fermentação, possível de se controlar no fermentador, mas não em frascos agitados. Abstract: The purpose of this work was to study an industrial growing medium for cephalosporin C production in a shaker, using the C-1 O strain of Cephalosporuium acremonium (A TCC 11550). Different sources of standard protein have been tested, all of which recommended for industrial fermentation, and provided by QUEST INTERNACIONAL¬SHEFFIELD Division, soy-based (Hy Soy), Lactoalbumin (Edamin'S), casein (N-Z Amine and N_Z Anime A), com (Hidrolyse Com Gluten) and cotton (Hydrolyse Cottonseed). The protein sources were added to a basic medium amounting to 4 g/l of the total nitrogen. The growing medium that reached the highest cephalosporin C production (0.63 g/l) was soy-based, and the medium that had the lowest amount of the antibiotic was the casein-based (N-Z Amine A). These two growing mediums were then used for a kinetic study of cephalosporin C production. The results have confirmed soybean as the best substratum for the antibiotic production as well as the most productive raw material, since there was a 0.93 g/l cephalosporin C production within 144 hours of fermentation. The casein took 192 hours of fermentation to produce only 0.64 g/l of the antibiotic. It has been observed for both substrata that there was a degradation of the antibiotic after the maximum production peak was reached. In the second stage of the trial, the association of protein sources in the growing medium formulation was evaluated. In the addition to Hy-Soy and Edamin'S, proteins that presented the best results in the first stage, a standard soy-based proteinic extract (Samprosoy) produced in Brazil by SANTISTA ALIMENTOS - SAMBRA division was introduced. Seven different growing mediums containing 4 g/l of total N were formulated. The results have showed a synergism in the association among Samprosoy, Hy-Soyand Edamin'S, with a higher antibiotic production (1,43 g/l within 144 hours). This composition was used as a central point (36 g/l sucrose, 27 g/l glucose and 4 g/l of total N) at the first optimization stage of growing medium a complete two-Level and three-variable factorial design. The variable studied was the sucrose, glucose and nitrogen concentration, and the response variable was the cephalosporin C concentration in the fermented broth. The results have shown that higher glucose and nitrogen concentration have led to an increase in the antibiotic production, even though the variation in sucrose concentration was insignificant for cephalosporin C production. In the second stage of growing medium optimization the central point was dislocated in order to present higher glucose and nitrogen concentrations (37 g/l of glucose and 6 g/l of N total) and lower sucrose concentration (26 g/l). It has been confirmed that high glucose (over 45 g/l) and nitrogen (over 6 g/l) concentration result in an increase in the production, and that sucrose concentration has no effect in the increase of antibiotic production. In the last stage, a simultaneous fermentation in a fermenter and in a shaker was performed for the purpose of studying the aeration effect in cephalosporin C production. Part of the medium prepared and inoculated in the fermenter was transferred to Erlenmeyer flasks. The results have shown that in the fermenter, the amount of cephalosporin C produced was 2.82 times higher than in the shaker. The difference is surely associated with the constant oxygen concentration level in the fermentation medium, which was possible to the controlled in the fermenter but not in the shaker. Doutorado Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Maria Isabel Rodrigues Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A trealose é um agente natural de proteção em células de leveduras, fungos, bactérias, insetos e plantas, tendo sido indicada como componente essencial para a manutenção da viabilidade celular sob condições de estresse. Em função das diversas possibilidades de aplicação, especialmente em produtos de alto valor agregado como cosméticos e produtos farmacêuticos, onde pode exercer a função de estabilização e de proteção, a produção da trealose tem motivado inúmeras pesquisas. O objetivo principal deste trabalho foi selecionar leveduras potencialmente produtoras de trealose e otimizar as condições de produção utilizando meios de cultivo alternativos para a redução dos custos do processo. A primeira etapa consistiu na seleção de leveduras potencialmente produtoras de trealose, na qual foram testadas cepas isoladas de flores e frutos coletados no Cerrado (GO), Pantanal (MS), Floresta Amazônica (AM) e Mata Atlântica (SP), e também cepas isoladas de dornas de fermentação alcoólica de usinas produtoras de etanol do estado de São Paulo. A partir da gama de leveduras testadas, foram selecionadas duas cepas potencialmente produtoras de trealose, identificadas como Rhodotorula dairenensis e Rhodosporidium paludigenum, ambas isoladas de flores coletadas no bioma Cerrado. Na segunda etapa do estudo foi realizada a otimização do crescimento celular das leveduras citadas, uma vez que a trealose é um produto intracelular. Utilizou-se uma estratégia seqüencial de planejamento experimental, onde inicialmente foram avaliados os efeitos das concentrações de melaço, água de maceração de milho e extrato de levedura comercial Prodex Lac®, pH e temperatura de cultivo, sobre o crescimento celular de ambas leveduras, através de um planejamento fracionário. Posteriormente, um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) foi utilizado para a otimização das condições de crescimento celular. Para a levedura Rhodotorula dairenensis estas condições corresponderam a 50g/L de melaço e 50g/L de água de maceração de milho, temperatura de cultivo de 30ºC e pH inicial de 5,5, obtendo-se resultados de massa seca de aproximadamente 19 g/L. Para Rhodosporidium paludigenum a massa seca atingiu 31 g/L em meio de cultivo contendo 50 g/L de melaço e 140 g/L de água de maceração de milho, a 25ºC e pH inicial de 5,5. Nestas condições, realizou-se o estudo da produção da trealose sob condições de estresse térmico onde as variáveis estudadas foram a temperatura (33-47ºC) e o tempo de exposição (60-120 minutos) dos cultivos ao estresse térmico, pela técnica de DCCR. Ambas cepas estudadas foram negativamente afetadas pelo acréscimo da temperatura de estresse térmico dentro da faixa estudada. Em temperaturas superiores a 40ºC houve diminuição do crescimento celular e viabilidade celular e, conseqüentemente, dos resultados de trealose. Para a levedura Rhodotorula dairenensis, o máximo rendimento de trealose intracelular obtido foi de aproximadamente 18% (g trealose/100g massa seca) em condições de temperatura de 34 a 35ºC e 70 - 90 minutos para o tempo de exposição ao estresse térmico. A cepa Rhodosporidium paludigenum apresentou rendimentos de aproximadamente 14 a 16% (g trealose/100g massa seca) na faixa de temperatura entre 35 e 40ºC, em qualquer tempo de exposição na faixa estudada (60 - 120 minutos) Abstract: Trehalose is a natural cell-protecting agent that has been isolated and characterized from a large variety of plants, insects, fungi and bacteria, and many studies indicate that this disaccharide is an essential component for maintaining cell viability under stress conditions. Due to the potential application of trehalose, especially in cosmetics and pharmaceuticals fields, the interest of many research groups into the development of economically feasible production systems has increased in recent years. The present study reports on the screening for high trehalose production by yeasts and the optimization of the conditions for trehalose production using an industrial medium composed by molasses and corn steep liquor, to reduce costs of the cultivation medium. Initially, a technical screening was applied to select yeasts with a potential for trehalose production; strains isolated from pollen of flowers and fruits collected in different microhabitats in Brazil, and from alcoholic fermentation tanks were tested. Two potentially producing strains were selected and identified as Rhodotorula dairenensis and Rhodosporidium paludigenum, both isolated from flowers collected in Cerrado. Sequentially, a study for the cell growth optimization of the selected yeasts was performed, since trehalose is an intracellular product. A sequential strategy of experimental design was used; initially, the effects of the concentrations of sugar cane molasses, corn steep liquor and a commercial yeast extract Prodex Lac SD®, and of pH and temperature on the biomass were studied using a fractional design, which was followed by a central composite rotatable design (CCRD). For the yeast Rhodotorula dairenensis, the optimum values for cell growth were 50 g/L for the molasses and corn steep liquor concentrations, initial pH of 5.5 and temperature of 30 ºC, with no yeast extract, reaching values around 19 g/L for biomass. For the yeast Rhodosporidium paludigenum, biomass concentration obtained was 31 g/L in cultivation medium containing 50 g/L of molasses and 140g/L of corn steep liquor, initial pH of 5.5 and temperature of 25 ºC, with no yeast extract. Under these conditions, the production of trehalose was studied using a CCRD to optimize the temperature (33 to 47 ºC) and exposition time (60 to 120 minutes) of the cultures to the thermal stress. For both strains studied, the variable temperature presented a negative effect on trehalose accumulation, in the range studied. In conditions of temperature above 40 ºC there was a decrease of the cell growth and cell viability and, consequently, a decrease of trehalose yields. For the yeast Rhodotorula dairenensis the maximum intracellular trehalose content reached was 18% (g trehalose/100g dry cell) at temperatures of 34 and 35 ºC and between 70 and 90 min of exposition time to the thermal stress. For the strain Rhodosporidium paludigenum the statistical methodology led to maximum contents of intracellular trehalose in the range of 14 -16% (g trehalose/100g dry cell) under thermal stress temperatures of 35 - 40 ºC in all exposition time to the thermal stress in the range studied Doutorado Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Silvio Roberto Andrietta Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este trabalho teve por objetivo estudar o processo de fermentação alcoólica operando em batelada-alimentada, analisando o efeito da forma de alimentação do reator, da temperatura e da concentração de inóculo sobre o rendimento fermentativo, a produtividade e a cinética do sistema, encontrando a forma mais adequada de operação das unidades que trabalham com esse tipo de processo. Os ensaios foram realizados em reator de bancada utilizando meio sintético a base de sacarose e extrato de levedura. O microrganismo utilizado foi a cepa de levedura Y904 (Saccharomyces cerevisae). As concentrações de substrato e etanol foram determinadas pelo método colorimétrico em espectrofotômetro, e as concentrações de células foram determinadas pelo método gravimétrico. Para avaliação cinética, utilizou-se um modelo proposto por LEE et. al. 1983 modificado e os parâmentros cinéticos foram ajustados por um programa computacional desenvolvido em Delphi. Através de uma análise estatística realizada no Software Statistica 5.0 foi possível determinar quais parâmetros cinéticos apresentaram variação significativa em relação às variáveis estudadas. Como resultado, observou-se que nas condições estudadas, o rendimento em etanol obteve significância com a temperatura e a concentração de inoculo, sendo que valores elevados foram obtidos em temperaturas extremas e altas concentrações de inoculo. O rendimento em células foi afetado pela temperatura, obtendo valores elevados a baixa temperatura... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Many fermentative processes industrial are realized in the fed-batch way, where the feeding containing substract and/or nutrients are fed the bioreactor. This work has as objective to study the process of alcoholic fermentation operating in fed-batch, analyzing the effect of feeding way the bioreactor, temperature and concentration of yeast about the fermentative yield, the productivity and the kinetic of the system, finding the more appropriate way of operating the units that work with this kind of process. The essays were realized in the bench bioreactor using synthetic substract with sucrose and yeast extract. The microorganism used is the strain of yeast Y904 (Saccharomyces cerevisae). The concentration of substract and ethanol were determined by metric color method in espectrofotometer, and the concentrations of biomass were determined by gravity methody. For the kinetic evaluation was used the proposed model by LEE et. al. 1983 modified and kinetics parameters were adjusted by a software developed in Delphi. Through a statistica analyse in the Software Statistica 5.0 it was possible to determine the kinetic parameters that presented significant variation regarding the variables studied. As a result, it was notice that in the conditions studied, the yield of ethanol obtained significant with the temperature and concentration of yeast, considering that high values were obtained in extreme temperature and high concentration of yeast... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química

Orientador: Lucia Regina Durrant Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Os fungos da podridão branca, pertencentes às espécies formadoras de cogumelos comestíveis, Pleurotus sajor-caju (020) e Lentinus edodes (Shiitake MP 310 USA), foram cultivados sobre os resíduos lignocelulósicos bagaço de cana de açúcar, casca de arroz, farelo de arroz e farelo de trigo através dos métodos de fermentação semi-sólida e submersa. A partir das fermentações processadas, os fungos estudados foram avaliados quanto à biodegradação das frações celulose, hemicelulose e lignina, presentes nos resíduos e a produção de enzimas ligninolíticas e celulolíticas no decorrer do processo biodegradativo. Foi possível verificar a metabolização da fração hemicelulósica ocorrendo antes da fração da lignina e celulose. Os fungos avaliados demonstraram uma tendência para produzir níveis mais elevados de enzimas ligninolíticas, principalmente manganês peroxidase, quando cultivados em materiais ricos em lignoceluloses, enquanto que foram detectados baixos níveis de xilanase e celulases em todas as fermentações realizadas. A possibilidade de enriquecimento protéico dos resíduos lignocelulósicos, como resultado do crescimento fúngico foi avaliado, e não foi verificado a ocorrência de incremento significativo. Também foi verificada, a biodegradação de fitatos no farelo de trigo, através da fermentação semi-sólida pelos fungos avaliados, observando-se como consequência, uma redução do conteúdo de ácido fítico do farelo de trigo. Abstract: The white-rot fungi, belonging to the edible mushroom species Pleurotus sajor-caju (020) and Lentinus edodes (Shiitake MP 310 USA), were cultivated on the lignocellulytic residues sugar-cane bagasse, rice husk, rice bran and wheat bran by solid-state and submerse fermentation methods. From the processed fermentations, the studied fungi were assessed with respect to the biodegradation of the cellulose, hemi-cellulose and lignin fractions present in the residues and the production of ligninolytic and cellulolytic enzymes throughout the degradation process. It was possible to verify the metabolism of the hemicellulosic fraction occurring before the lignin and cellulose fraction. The evaluated fungi demonstrated a tendency to produce higher levels of ligninolytic enzymes, principally manganese peroxide, when cultivated in materiais rich in lignocelluloses, while low levels of xylanase and cellulases were detected in ali the fermentations. The possibility of protein enrichment of the lignocellulosic residues as a result of the fungal growth, was evaluated, and was not verifying the occurrence of significative increase. The biodegradation of phytates present in wheat bran through the solid-state fermentation by the fungi was also investigated, revealing as a consequence, a reduction in the phytic acid content of the wheat bran. Doutorado Doutor em Ciência de Alimentos

Orientadores: João Alexandre F. R. Pereira, Valdemir Alexandre dos Santos Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Os biorreatores de leito fluidizado trifásico (Tree-Phase Fluidized-Bed-Bioreactor ¿ 3PFBB) apresentam vantagens como simplicidade de construção e elevados coeficientes de transferências de calor e massa. Entretanto, tem sido constatada a falta de modelos matemáticos adequados para descrever a fluidodinâmica dos mesmos, em função da complexidade do escoamento; restringindo sua utilização industrial. Uma das principais deficiências na elaboração dos modelos existentes tem sido a adoção de uma distribuição homogênea de biomassa. O presente trabalho tem como objetivo demonstrar a existência de uma distribuição não homogênea do perfil axial da fração volumétrica de biomassa, em um 3PFBB, através da modelagem e simulação desse perfil em diferentes condições operacionais. A técnica de atenuação de um feixe de luz visível foi adaptada para permitir a realização de medidas diretas da fração volumétrica de biomassa e foi aplicada a várias seções transversais do escoamento de um 3PFBB, desenvolvido para produzir etanol com auxílio de leveduras floculantes, em escala de laboratório. Um modelo semi-empírico elaborado com auxílio da análise dimensional ajustou-se satisfatoriamente aos dados experimentais. Os resultados da simulação demonstram uma grande dependência do perfil axial da fração volumétrica de biomassa com a altura relativa, ou distância da base do leito, para diferentes vazões da fase líquida... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The Three-Phase Fluidized-Bed-Bioreactor-3PFBB have advantages as construction simplicity and high mass and heat transfers coefficients. However, has been verified a lack of mathematical models adapted to describe the fluid dynamics of the same; restricting its industrial use. One of the main deficiencies in the elaboration of the existent models is the adoption of a homogeneous biomass distribution. The present work has a objective to demonstrate the existence of a non homogeneous distribution in the axial profile of the biomass holdup, in a 3PFBB, through the modeling and simulation of that profile in different operational conditions. The technique of attenuation of a visible light beam was adapted to allow the accomplishment of direct measures of the biomass holdup and it was applied to several traverse sections of the 3PFBB flow, developed to produce ethanol with aid of flocculent yeasts, in laboratory scale. A semi-empiric model elaborated with aid of the dimensional analysis was adjusted satisfactorily to the experimental data. The results of the simulation demonstrate a great dependence of the axial profile of the biomass holdup with the relative height, or distance or the bed base, for different liquid flow rate. The simulate profiles also demonstrated an important dependence with this parameter of the process and the reduction of the concentration gradient with the increase of the liquid flow rate... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Silvio Roberto Andrietta Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Nos últimos anos, houve um aumento significativo de trabalhos que buscam entender a dinâmica de população de leveduras habitante das domas de fermentação alcoólica. Os trabalhos gerados elucidaram questões importantes. Entre elas quais seriam as características básicas para que uma levedura permanecesse em um dado processo. Seguindo este contexto este trabalho teve como finalidade contribuir para o conhecimento das características das cepas de leveduras dominantes dos processos fermentativos industriais das destilarias brasileiras. Buscou-se neste trabalho, descrever os atributos de desempenho fermentativo e composição celular de 19 cepas isoladas de vários processos instalados em diferentes regiões do Brasil e com características particulares. Os atributos estudados foram: capacidade fermentativa; taxonomia numérica; tolerância ao etanol; teores de: trealose, proteínalaminoácido, e ácidos graxos. Com objetivo de comparação dos atributos estudados, avaliou-se uma cepa destinada a indústria de panificação assim como uma isolada de um processo de produção de álcool instalado em território Indiano. Os resultados mostraram que em relação às características fermentativas as cepas embora estejam colocadas em 17 grupos diferentes todas se apresentam como boas fermentativas. Em relação à taxonomia numérica foram classificadas 20 das 22 analisadas. Sendo 8 classificadas como Saccharomyces chevalieri, 5 como Saccharomyces coreanus e 7 como Saccharomyces cerevisiae. Se for considerado a classificação segundo BARNET (1992) todas elas são representantes de S. cerevisiae. Em relação à tolerância ao etanol existe uma faixa que varia entre 0,166 e 0,653 11M. A faixa da concentração de trealose na massa celular abrange concentrações que variam 0,47 a 6,3%. No que diz respeito a quantidade de proteína, essa mostra uma variação de 10% da cepa que apresenta uma maior quantidade para que apresenta a menor. As leveduras que apresentaram maior valor de produção específica de massa celular foram também as que apresentaram uma menor quantidade de material protéico. Em relação à distribuição de aminoácidos nesta proteína, os resultados mostram que todas se apresentam dentro do perfil esperando para linhagens de S. cerevisae. Todas cepas testadas apresentaram os ácidos graxos C-12:0 (ac.láurico), C-14:0 (ac.mirístico), C-16:0 (ac.palmítico) , C-16:1 (ác.palmitoleíco), C-18:0 (ac.esteárico) e C-18:1 (ac.oleíco) em sua composição. Alguma cepas apresentaram ainda o ácido graxo insaturado C14:1 (ac.miristoleíco). Os ácidos graxos insaturados (C-16:1 e C-18:1) são os de maior abundância no material graxo que compõe as cepas testadas, que segundo alguns autores estão vinculados com a tolerância das cepas ao etanol. Alguns indícios de relação entre o teor de ácidos graxos C-16:1 e C-18:1 e a tolerância ao etanol pode ser observado, mas uma correlação exata não pôde ser determinada. A partir da compilação dos dados obtidos neste trabalho é possível afirmar que as cepas isoladas dos diversos processos fermentativos apresentaram variações comportamentais e de composição celular. Entretanto quando se avalia o parâmetro de capacidade fermentativa, todas as cepas são classificadas como adequadas para o processo de fermentação alcoólica. Isto confirma a hipótese que, embora as leveduras apresentem características fermentativas semelhantes, pois do contrário não poderiam estar presentes em um ambiente hostil, como é o das domas de fermentação, cada processo seleciona sua própria linhagem, e que a mesma é provavelmente habitante natural da matéria-prima que a unidade processa Abstract: In the past years, there has been a significant increase in studies seeking to understand the dynamics of the yeast population inhabiting alcoholic fermentation vats. The studies generated have elucidated important issues. Among them, which would be the basic characteristics for a strain to remain in a processo Following this context, this study has had the purpose of enhancing the knowledge on the characteristics of the dominant strains of industrial fermentation processes of Brazilian distilleries. This study has sought to describe the fermentative performance attributes and the cellular makeup of 19 strains, with particular characteristics, isolated from several processes installed in different regions of Brazil. The attributes studied were: fermentative capacity; Numerical Taxonomy; tolerance to ethanol, and contents of trehalose, protein/amino acids, and fatty acids. In order to compare the attributes studied, one strain assigned to the baking industry as well as one isolated from an alcohol production process installed in the Indian territory were evaluated. The results have shown that ali strains have presented good fermentative characteristics in spite of being divided in 17 different groups. As for the numerical taxonomy, 20 out of the 22 strains analyzed have been classified, of which 8 have been classified as Saccharomyces chevalieri, 5 as Saccharomyces coreanus and 7 as Saccharomyces cerevisiae. If the classification according to BARNET (1992) is considered, ali of them are representative of S. cerevisiae. As for ethanol tolerance, there is a variable range between 0.166 and 0.653 11M. The trehalose concentration level in the cellular mass encompasses concentrations varying from 0.47 to 6.3%. With regard to the amount of protein, this sample has shown a 10% variation of the strain presenting the highest amount to the one presenting the lowest. The strains presenting the highest value of specific cellular mass production were also the ones showing the lowest amount of proteinie material. As for the amino-aeid distribution in this protein, the results have shown that ali of them were within the expeeted profile for S. cerevisae strains. Ali strains tested presented the following fatty aeids in their makeup: C-12:0 (laurie acid), C-14:0 (myristie aeid), C-16:0 (palmitie acid), C-16:1 (palmitoleie aCid), C-18:0 (stearic acid), and C-18:1 (oleie aeid). Some strains have also presented the C14:1 (myristoleic aeid) unsaturated fatty acid. The C-16: 1 and C-18: 1 unsaturated fatty aeids are the most plentiful in the fatty material composing the strains tested and, according to some authors, they are linked to the tolerance of the strains to ethanol. Some indications as for relationship between the content of C-16:1 and C­18: 1 fatty acids and the tolerance to ethanol may be notieed, even though an exaet correlation has not been able to be determined. From the compilation of the data obtained in this study, it is possible to state that the strains isolated from several fermentation processes have shown behavioral and cellular makeup variations. However, when the fermentative capacity parameter is evaluated, ali strains are classified as suitable for the alcoholic fermentation processo This fact confirms the hypothesis that, although some strains have similar fermentative eharacteristics, since, otherwise, they could not inhabit a hostile environment such as the one in the fermentation vats, each process selects its own strain, and such strain is probably a natural inhabitant of the raw-material of the unit processing it Doutorado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Gil Eduardo Serra, Silvio Roberto Andrietta Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Cinco safras de três unidades industriais de fermentação alcoólica foram monitoradas quanto à dinâmica populacional de cepas de levedura. Preliminarmente, foram isoladas 122 leveduras em meio diferencial (WLN). Essas leveduras foram avaliadas e classificadas segundo a performance fermentativa. Desse total, 73 isolados apresentaram participação populacional superior a 10% e foram submetidos à identificação taxonômica e avaliação do perfil de assimilação de fontes de carbono. Eles também foram caracterizados segundo o perfil cromossômico por eletroforese de campo pulsado. As 73 leveduras selecionadas puderam ser identificadas como Saccharomyces cerevisae, de acordo com os sistemas aceitos atualmente. Contudo, todos os isolados dominantes da destilaria Clealco e grande parte daqueles da destilaria Unialco não assimilaram maltose, e três isolados da destilaria Diana (safra 95/96) assimilaram melibiose. Todas as repetições de colônias de mesma morfologia em WLN obtiveram desempenho fermentativo e perfil cromossômico iguais. Isto indica que a utilização de um meio diferencial eficiente para o isolamento de leveduras reflete a distribuição das cepas nas amostras. O sistema CHEF de cariotipagem mostrou o desaparecimento das leveduras de panificação e a substituição de diferentes cepas na dominância do processo, nas safras que utilizaram fermento de panificação como inóculo. Nas safras em que o inóculo foi uma levedura nativa, observou-se a manutenção dessa cepa por toda a safra. A avaliação da performance fermentativa mostrou-se necessária para a qualificação industrial das cepas e para diferenciação final entre cepas de mesmo cariótipo. A variedade de cariótipos observada sugeriu a ocorrência de cepas de levedura nativas específicas para cada unidade industrial. Essas cepas representam uma reserva de leveduras melhor adaptadas para utilização como inóculo com maiores garantias de estabilidade microbiológica para os processos de fermentação alcoólica. Abstract: Five seasons of three alcoholic fermentation plants had been monitored in order to verify the yeast strain population dynamics. At first, 122 yeasts had been isolated using a differential media (WLN). These yeasts were evaluated and classified according to their fermentative performance. Seventy-three isolates showed proportion higher than 10% in the population and were subjected to taxonomic identification and evaluation of the profile of carbon sources assimilation. They were also characterized according to the chromosomal profile by pulsed-field electrophoresis. The selected 73 yeasts were identified as Saccharomyces cerevisae, according to the currently taxonomic systems. However, ali the dominant isolates from the Clealco distillery and large part of those from the Unialco distillery didn't assimilate maltose and three isolates from Diana distillery assimilated melibiose. All the same morphology colonies repetition in WLN showed the same fermentative performance and chromosomal profile. This denotes that the utilization of an efficient differential media for yeast isolation reflects the strain distribution in the samples. The karyotyping CHEF system showed the bakers' yeasts used at the plant start disappear and that different strains were substituted in the process dominance. In the seasons when the inoculum was indigenous yeast, the maintenance of this strain had been noticed during all the season. The fermentative performance evaluation showed to be necessary for the strains industrial qualification and for the final discrimination between the same karyotype strains. The noticed karyotype diversity suggests the specific indigenous yeast strains occurrence for each plant. These strains represent a better-adapted yeasts stock for inocula utilization with better microbiological stability guaranties for alcoholic fermentation process. Doutorado Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientadores: Ãngela Maria Moraes, Silvia Yuko Eguchi Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Recentemente os biofilmes vêm sendo considerados um dos principais problemas de contaminação de instalações e equipamentos industriais. A presença de biofilmes na indústria pode causar problemas tais como o entupimento de tubulações e filtros, o aumento no custo de capital e de produção devido à troca prematura de equipamentos e ao reprocesso de produtos acabados contaminados, além de, em alguns casos, aumentar o risco à saúde ocupacional dos trabalhadores. O presente estudo teve como objetivo analisar biofilmes formados na superfície de diferentes materiais utilizados em instalações e equipamentos industriais, com o intuito de avaliar a influência destes materiais na estrutura, maturação e susceptibilidade dos biofilmes ao tratamento com diferentes tipos de microbicidas. Para tanto, os materiais utilizados como corpos-de-prova nesta pesquisa foram definidos a partir de levantamento efetuado em 400 empresas de diferentes segmentos de mercado. Alumínio, aço carbono, aço inoxidável, policloreto de vinila (PVC) e vidro foram selecionados. O estudo foi realizado empregando como suporte partículas destes materiais com aproximadamente 1 mm de diâmetro e lâminas dos mesmos com dimensões de 2,5 cm por 7,5 cm. Como inóculo utilizou-se fluido de corte naturalmente contaminado oriundo de uma empresa de usinagem de metais do estado de São Paulo. Os materiais foram caracterizados quanto à rugosidade, ao seu índice de brilho, hidrofobicidade e porosidade. Apesar das diferentes características apresentadas pelos materiais indicarem maior tendência de formação dos biofilmes em alumínio e aço carbono, observou-se que a formação de biofilmes foi muito similar em todos os materiais testados. A população celular recuperada dos mesmos variou de 1,58 x '10 POT. 6' UFC/cm2 para o vidro a 4,36 x '10 POT. 6' UFC/cm2 para o aço carbono, observando-se que quando o inóculo é formado por uma cultura mista adaptada ao sistema, os fatores que regulam a adsorção, fixação e a posterior proliferação celular não são necessariamente ligados ao tipo de superfície e sim à natureza da população microbiana e ao tempo que os micro-organismos permanecem em contato com os nutrientes. Comportamento similar foi verificado nos testes de erradicação dos biofilmes, nos quais não se observou variação da resposta com o tipo de superfície testada. Notou-se, em todos os casos, que o microbicida mais eficaz foi o FBP-183, com dosagem requerida 50 vezes maior que a de uso recomendado pelo fabricante para células suspensas, enquanto que o microbicida BP-509 apresentou a menor eficiência Abstract: Recently, biofilms have been considered one of the main problems of contamination of industrial facilities and equipment. The presence of biofilms in the industry can cause problems such as clogging of pipes and filters, increased capital and production costs due to premature change of equipment and reprocessing of contaminated finished products, and in some cases, it also increases the risk of occupational health of workers. This study aimed to examine biofilms formed on the surface of different materials used in industrial facilities and equipment, in order to evaluate the influence of these materials in the structure and maturation of the biofilms as well as on their susceptibility to treatment with microbicides. For that purpose, the materials used in this study were defined based on a survey conducted on 400 companies from different market segments. Aluminum, plain carbon steel, stainless steel, polyvinyl chloride (PVC) and glass were selected. The study was performed using particles with approximately 1 mm in diameter and coupons of the same materials with dimensions of 2.5 cm by 7.5 cm. Naturally contaminated cutting fluid from a metal processing company in the state of São Paulo was used as inoculum. The materials were characterized for roughness, brightness index, hydrophobicity and porosity. Despite the different characteristics presented by the materials indicated a greater tendency to the formation of biofilms on aluminum and carbon steel, it was observed that biofilm formation in these conditions was very similar in all five material types tested. The cell population recovered from the same materials ranged from 1.58 x '10 POT. 6' UFC/cm2 for glass to 4.36 x '10 POT. 6' UFC/cm2 for carbon steel. It was observed that when the inoculum consists of a mixed culture adapted to the system, the factors that governs the adsorption, fixation and subsequent cell proliferation are not necessarily associated to the type of surface but rather to the nature of the microbial population present and the time that the micro-organisms remain in contact with the nutrients. Similar behavior was observed in tests for the eradication of biofilms, where there was no change in response to the type of surface tested. It was noted in all cases that the most effective microbicide was the FBP-183, with required dosage 50 times higher than that recommended by the manufacturer for contaminants in suspension, while the microbicide BP-509 had the lowest efficiency Doutorado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, Galba Maria de Campos Takaki Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Entre as técnicas convencionais usadas para desenvolvimento de software sensores, redes neurais artificiais têm mostrado ser um instrumento poderoso em modelagem e controle de bioprocessos complexos. O objetivo geral do presente trabalho é o desenvolvimento de software sensores baseados em redes neurais para estimação e previsão em tempo real da concentração de biomassa e da atividade de emulsificação no processo de produção de bioemulsificante por Cândida lipolytica. Bioemulsificantes normalmente apresentam vantagens como biodegradabilidade, baixa toxicidade e biocompatibilidade em relação a emulsifícantes sintetizados quimicamente. Adicionalmente, eles apresentam potencial para serem sintetizados a partir de substratos de baixo custo e são normalmente efetivos em condições extremas de pH, temperatura e salinidade. Consequentemente, bioemulsificantes têm sido aplicados com sucesso em áreas como biorremediaçào e recuperação de óleos. Contudo, os bioemulsificantes não são ainda largamente empregados por conta do seu alto custo de produção, resultante primeiramente da baixa produtividade dos microrganismos empregados e do alto custo de recuperação. Entretanto, neste trabalho foi mostrado que o desenvolvimento de softsensores neurais juntamente com otimização de componentes de meio de produção e ampliação de escala do processo podem contribuir para tomar a produção de bioemulsificante mais eficiente e econômica. O modelo quadrático obtido na otimização dos componentes do meio usando planejamento composto central com três fatores e metodologia de superfície de resposta mostrou significância estatística e capacidade preditiva. A máxima atividade de emulsificação para emulsões água-em-hexadecano obtida foi de 4,415 UAE e as concentrações ótimas de uréia, sulfato de amónio e fosfato monobásico de potássio foram respectivamente iguais a 0,544 % (w/v), 2,131 % (w/v) and 2,628 % (w/v). O rendimento do processo foi otimizado em 272%. A ampliação do processo da escala de frascos para a escala de fermentador de bancada foi realizada com sucesso e os efeitos e interações da temperatura e velocidade de agitação sobre a atividade de emulsificação do bioemulsificante produzido por Cândida lipolytica foram investigados. Os conjuntos de dados necessários para o treinamento, validação e teste dos softsensores foram obtidos de experimentos de produção de bioemulsificante realizados em biorreator de 5L, sob diferentes condições de temperatura e agitação. Os conjuntos de treinamento, validação e teste dos softsensores foram suavizados e expandidos usando interpolação com spline cúbica. Várias topologias de redes neurais com uma camada escondida foram testadas. As variáveis de entrada do processo incluíram pH, oxigênio dissolvido, densidade ótica e salinidade do liquido metabólico livre de células. O algoritmo de treinamento usado foi o algoritmo de retropropagação baseado em Levenberg-Marquardt em conjunção com regularização bayesiana. A raiz do erro quadrático médio (RMSE) e o coeficiente de determinação global (Rg2) foram usados entre outros índices para comparar o desempenho dos modelos. Os resultados mostram que softsensores neurais fornecem estimação e previsão on-line de concentração de biomassa e de atividade de emulsificação dentro de uma variação aceitável de 5% dos valores experimentais. Coeficientes de determinação global superiores a 0,90 indicam o excelente ajuste dos modelos de redes neurais com os valores experimentais testados, obtidos para concentração de biomassa e atividade de emulsificação Abstract: Among conventional techniques used for development of 'software sensors', artificial neural networks have showed to be a powerful tool for modelling and control of complex bioprocess. The present work deals with the development of neural network based software sensors for real time estimation and prediction of biomass concentration and emulsification activity in a bioemulsifier production process by Candida lipolytics Bioemulsifiers commonly have the advantages of biodégradation, low toxicity, and biocompability over chemically synthesized emulsifiers. In addition, they can potentially be synthesized from cheap subtrates and are commonly effective at extremes of pH, temperature, and salinity. As a result, bioemulsifiers have found successful application in areas such as bioremediation and oil recovery. However, bioemulsifiers are not widely available because of their high production costs, which results primarily from low strain productivities and high recovery expenses. Therefore, in this work was showed that on-iine neural softsensor development jointly with media optimization and scale up of the process can make bioemulsifier production more efficient and more economical.The second order model obtained in the optimization of the medium components using three-factor central composite design and response surface methodology showed statistical significance and predictive ability. It was found that the maximum emulsification activity to water-in-hexadecane emulsion produced was 4,415 UEA and the optimum levels of urea, ammonium sulfate and potassium dihydrogen orthophosphate were, respectively, 0,544 % (w/v), 2,131 % (w/v) and 2,628 % (w/v). The emulsifier production process yield was optimized in 272 %. Successful scale-up from flasks to laboratory scale bioreactor was attained and the effects and interactions of the temperature and agitation rate on the emulsification activity of the bioemulsifier produced by Candida lipolytica were investigated. The data sets required to training, validation and test the neural software sensors were obtained from bioemulsifier production experiments carried out using com oil and sea water based media in a 5L bioreactor, under different temperature and agitation conditions. The training, validation and test sets were smoothed and expanded by interpolation using a piecewise smoothing cubic spline. Several neural network topologies with one hidden layer were tested. The input process variables included pH, dissolved oxygen, optic density and free cell metabolic liquid salinity. The training algorithm used was the Levenberg-Marquardt based backpropagation algorithm, in conjunction with Bayesian regularization. The root mean square error (RMSE) and the global determination coefficient (Rg2) among others index were used to compare model performances. The results showed that neural 'software sensors' supplied for biomass concentration and emulsification activity on-line estimation and prediction within an acceptable variation of 5% of the experimental values. Global coefficients of determination higher than 0.90 indicated excellent agreement of the neural network models with experimental test values, obtained for biomass concentration and emulsification activity Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Lucia Regina Durrant Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: O bagaço da cana-de-açúcar é considerado uma biomassa lignocelulósica promissora para a produção de etanol, devido a sua composição em açúcares, grande disponibilidade e baixo custo. A levedura Saccharomyces cerevisiae, embora apresente atributos ideais para o uso industrial, não é capaz de fermentar alguns açúcares presentes nesta biomassa, como xilose e arabinose (açúcares não convencionais). Assim, é interessante a busca por leveduras em nichos ecológicos onde esses açúcares estão presentes. O Brasil apresenta uma rica biodiversidade, qualificada pela diversidade em: ecossistemas, espécies biológicas e endemismos. Utilizar ecossistemas característicos do território brasileiro como fonte de coleta oferece a oportunidade não só de obter novas espécies, mas também de isolar aquelas capazes de fermentar diferentes substratos. De acordo com o exposto, o objetivo deste trabalho foi de isolar, a partir de amostras de biomas brasileiros, leveduras que apresentassem a habilidade em fermentar alguns açúcares, além da glicose e frutose, especialmente os que compõem o hidrolisado do bagaço da cana-de-açúcar (açúcares não convencionais). Os resultados demonstraram que as linhagens isoladas não apresentaram habilidade em fermentar as principais pentoses (xilose e arabinose) presentes no bagaço da cana-de- açúcar. Contudo, 19 foram capazes de assimilar a xilose, e 12 linhagens, a arabinose. Desta forma, como sugestão, o hidrolisado do bagaço da cana-de-açúcar pode ser utilizado para a produção de biomassa protéica (single cell protein) pelas linhagens que assimilaram xilose e arabinose Abstract: Sugarcane bagasse is considered a promising lignocellulosic biomass for ethanol production, due to its sugar composition, high availability and low price. Although, Saccharomyces cerevisiae has the ideal attributes for industrial use, it is not able to ferment some sugars present in this biomass such as xylose and arabinose (non-convencional sugars). Thus, it is interesting to search for yeasts in ecological niches where these sugars are present. Brazil has a rich biodiversity, qualified for its diversity in: ecosystems, biological species and endemisms. To use the ecosystems characteristics of the Brazilian territory as a source for sample collection offers the opportunity not only to obtain new species, but also to isolate those capable of fermenting diverse substrates. Therefore, the aim of this study was to isolate from samples of Brazilian biomes, yeasts that have the ability to ferment some sugars, besides glucose and fructose, especially those components of the sugarcane bagasse hydrolizate (non-convencional sugars). The results demonstrated that the isolated strains had no ability to ferment the main pentoses (xylose and arabinose) present in sugarcane bagasse. However, 19 strains were able to assimilate xylose, and 12 strains, arabinose. Thus, as suggestion, the sugarcane bagasse hydrolyzate can be used for the production of single cell protein by the strains that assimilate xylose and arabinose Mestrado Mestre em Ciência de Alimentos

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-12-18Bitstream added on 2014-06-13T18:31:26Z : No. of bitstreams: 1 000749687.pdf: 1702063 bytes, checksum: 387bd0ed401e691e40420487f50417be (MD5) Este trabalho, realizado em escala plena de uma planta industrial de fermentação, com biorreatores operados em batelada alimentada, teve como objetivo verificar como os fatores operacionais tempo de alimentação, temperatura e concentração de levedo influenciam a velocidade de conversão dos açúcares em etanol. Comparou-se também rendimento e produtividade dos ensaios realizados, além de verificar a interação entre a produção de etanol e glicerol na cinética fermentativa e como esses fatores podem ser otimizados de forma a aumentar a produção de etanol com redução de perdas de carbono na formação de outros produtos. E por fim, buscou-se um modelo cinético que se ajustasse satisfatoriamente aos dados experimentais obtidos. Para os ensaios utilizou-se o levedo que estava no processo industrial e o mosto do processo, proveniente de uma mistura de caldo e mel residual da produção de açúcar. O delineamento experimental seguiu um planejamento fatorial 2³, totalizando oito ensaios, mais três repetições do ponto central. Os parâmetros avaliados foram: concentração de substratos, etanol, glicerol e células. Para avaliação cinética utilizou-se um modelo do tipo não estruturado considerando apenas uma fonte de substrato (ART) e um modelo considerando duas fontes de substratos (glicose e frutose). Os resultados obtidos indicaram que a produção de glicerol está relacionada linearmente com a produção de etanol e essas duas rotas estão vinculadas à regeneração de NAD pela levedura e que essa correlação sofre interferência de condições de processo. O tempo de alimentação teve efeito significativo e foi inversamente proporcional à relação de produção entre glicerol e etanol. Os dois modelos cinéticos utilizados foram bem flexíveis, ajustando-se bem aos pontos experimentais e o modelo para dois substratos apresentou menores desvios entre os dados e as curvas... The present work, which was carried out in a full scale plant for industrial fermentation with bioreactors operated as fed-batch, had the objective to verify how the operational factors such as feeding time, temperature and yeast concentration may influence the sugar conversion velocity into ethanol. Also compared the yield and productivity of the essays, the interaction of between ethanol and glycerol in the fermentative kinetics and hoe these factors could be optimized in order to increase the ethanol production with low losses of carbon as by other products. Additionally, a kinetic model that best fitted in the obtained data was proposed. For the essays it was used an east already in used at the industrial process and its must, which came from an mixture of juice and residual molasse from sugar process phase. The experimental design followed and factorial planning 2³ resulting in eight essays plus three repetition of the central point. The studied parameters were: substrate concentrations, ethanol, glycerol and cells. A non structured model was used for kinetic evaluation considering just one substrate source (ART) and another one considering two substrate sources (glucose and fructose). The results indicated that the glycerol production was linearly related to the ethanol production and these two routes are linked to the regeneration of NAD by yeast and this relation may be influenced by process conditions. The feeding time had significant effect and conversely proportional to the glycerol and ethanol production relation. The two kinetic models used were very flexible, adjusting well to the experimental points and the model for two substrates smallest deviations between the data and the curves adjustment, emphasizing the consumption differential between glucose and fructose

Orientadoesr: Angela Maria Moraes, Silvia Yuko Eguchi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Biofilme microbiano é definido como uma associação de células microbianas, fixadas a superfícies, bióticas ou abióticas, envolta por uma complexa matriz extracelular de substâncias poliméricas. Os biofilmes representam mais de 90% dos contaminantes existentes em sistemas aquosos, industriais, clínicos e ambientais. A resistência de microrganismos em biofilmes (sésseis) a biocidas é muito maior que a resistência de células livres (planctônicas), quando se compara seus antibiogramas. A rápida e correta avaliação do efeito de agentes antimicrobianos sobre os microrganismos sésseis é muito importante para a adequada seleção das ações corretivas a serem aplicadas em sistemas industriais contaminados. Atualmente, o sistema in vitro mais indicado para gerar, quantificar e erradicar biofilmes é o dispositivo MBECTM, de alto custo, desenvolvido por pesquisadores canadenses. O presente estudo visou o desenvolvimento de um sistema alternativo que fornecesse resultados análogos ao MBECTM, empregando esferas de vidro como suporte para o crescimento de biofilmes ao invés de placas de poliestíreno. Em amostras de três segmentos industriais diferentes (óleo de corte usado na usinagem de metais, amaciante ,. de roupas e caldo de cana) contaminados com microrganismos formadores de biofilmes, foram testadas sete formulações de biocidas em diversas concentrações, tanto no sistema desenvolvido quanto no dispositivo MBECTM. Os biocidas utilizados foram fomecidos pela IPEL Itibanyl Produtos Especiais Ltda, formulados com os seguintes princípios ativos: 2-bromo-2nitropropano-1 ,3-diol (BNP-115); 2-n-octíl-4isotiazolin-3-ona, 2-tiocianometiltiobenzotiazol, dimetílolurea, 5-cloro-2 metil-4isotiazolin-3-ona, 2-metil-4-isotiazolin-3-ona (FBP-124); 2-n-octil-4 isotiazolin-3-ona, dimetilolurea, 1,2-benzisotiazolin-3-ona (FBP-128); sódio-2-piridinatiol-n-óxido (FBP-140); hexahidro-1,3,5-tris(2-hidroxietil) s-triazina (BP-180); 2-bromo-2nitropropano-1,3-diol, 5cloJo-2metíl-4-isotiazolin-3-ona, 2-metil-4-isotiazolin-3-ona (BP-509);e 2-n-octil-4isotiazolin-3-ona, dimethylolurea, 3-iodo-2-propinil butil carbamato (FBP-417). A concentração inibitória mínima. (MIe) dos biocidas e suas concentrações mínimas de morte (CMM) foram determinadas para as bactérias planctônicas do fluido de corte, e a melhor relação custo/benefício foi observada para o biocida BNP-11,5, que apresentou MIC e CMM de 0,014% (v/v). Quanto às células sésseis, formadas em ambos os dispositivos utilizando-se fluido de corte contaminado como inóculo, o biocida de melhor relação custo/benefício foi o BP180. Nos ensaios com amaciante de roupas e caldo de cana, as melhores relações custo/benefício foram verificadas para os biocidas BNP-115, BP-180 e BP-509. A maturidade do biofilme foi muito importante para avaliar a eficácia dos biocidas. Verificou-se, durante o desenvolvimento. do trabalho, que para a concentração de erradicação (CE) do biofílme formado no dispositivo MBECTM ser semelhante às concentrações determinadas nas esferas de vidro, houve a necessidade de um periodo de incubação maior (72 horas) no MBECTM do que no sistema de esferas (48 horas). Os valores de CE determinados para o dispositivo MBEC TM, com 48 horas e 72 horas de incubação foram, respectivamente, 12 vezes maior que a concentração tradicional recomendada e de 30 a 125 vezes tal concentração, dependendo do biocida testado. Estes resultados evidenciaram que a maturidade do biofilme formado a partir do óleo de corte contaminado é atingida mais rapidarTIente no sistema de esferas de vidro do que no dispositivo MBEC TM, mostrando que é possível gerar um biofilme representativo da contaminação industrial em 48 horas no sistema alternativo desenvolvido, agilizando as ações corretivas e evitando ou minimizando principalmente os custos com o descarte das emulsões Abstract: A microbial biofilm is defined as an association of microbial cells adhered to surfaces, biotic or abiotic, wrapped up in a complex extracellular polymeric matrix. Biofilms represent more than 90% of the existent contaminants in aqueous, industrial, and clinical systems, as well as in the environment. The resistance to biocides of microorganisms in biofilms (sessile cells) is much larger than that observed for cells in suspension (planktonic) when their antibiograms are compared. The fast and correct evaluation of the effect of antimicrobial agents on sessile microorganisms is very important for the appropriate selection of the corrective adions to be applied in contaminated industrial systems. Nowadays, the most indicated system to generate, quantify and eradicate biofilms is the MBECTM device, developed by Canadian researchers. The present study seeked the development of an altemative system to supply results similar to those obtained with the MBEC TM device, employing glass spheres as a support for biofilm growth instead of polystyrene plates. In samples of three different industrial segments (metal working cutting fluid, liquid fabric softener and sugar cane extract), seven commercial biocide formulations were tested in several concentrations, on "'rboth the developed system using glass spheres as support, and on the MBECTM device. The biocides employed were provided by IPEL ltibanyl Produtos Especiais Ltda, and were formulated with the following active agents: 2-brome-2nitropropane-1,3-diol (BNP-115); 2-n-octil-4isotiazolin-3-0ne, 2-tiocianometiltiobenzotiazol, dimethyilolurea, 5cloro-2metil-4-isotiazolin-3-one, 2-metil-4-isotiazolin-3-one (FBP-124); 2-n-octil-4 isotiazolin-3-0ne, dimethylolurea, 1,2-benzisotiazolin-3-0ne (FBP-128); sodium-2piridinatiol-n-oxide (FBP-140); hexahidro-1,3,5-tris(2-hidroxietil) s-triazine (BP-180); 2brome-2nitropropane-1 ,3-diol, 5-cloro-2metil-4-isotiazolin-3-one, 2-metil-4-isotiazolin-3-0ne (BP-509);e 2-n-octil-4-isotiazolin-3-0ne, dimethylolurea, 3-iodo-2-propinil butil carbamate (FBP-417). . The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum concentration of death (CMM) of the different biocides were determined for the cutting fluid planktonic bacteria and the best costlbenefit ratio was observed for BNP-115 biocide, which presented MIC and CMM values equal to 0,014% (v/v). Referring to sessile cells formed on both systems, when the contaminated cutting fluid was used as inoculum, the biocide presenting the best costlbenefit ratio was BP-180. In the tests with liquid fabric softener and sugar cane extract, the best costlbenefit ratios were verified when using BNP-115, BP-180 and BP-509 biocides. The maturity of the biofilm was very important to evaluate the effectiveness of the biocides. It was verified, during the development of the work, that for the eradication concentration (CE) of the biofilm formed in the MBEC TM device to be similar to the concentrations determined in the glass spheres, a larger incubation period was required (72 hours) in MBECTM than in the system constituted of spheres (48 hours). The determined values of CE using the MBECTM device, after incubation periods of 48 hours and 72 hours, were, respedively, 12 times higher than the traditional recommended concentration and from 30 to 125 times such concentration, depending on the tested biocide. These results evidenced that the biofilm formed trom the cutting oil reached its maturity more quickly in the glass spheres system than in the MBEC TM device, showing that it is possible to generate a representative biofilm starting from an industrial contaminated sample in 48 hours in the developed system, accelerating the proper corrective actions and avoiding or minimizing mainly the costs related to emulsion disposal Mestrado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Silvio Roberto Andrietta, Maria da Graça Stupiello Andrietta Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Algumas variedades de milho usadas em rotação com a soja, são sensíveis ao composto diclosulam aplicado em solo para o controle de ervas daninhas. Esse trabalho teve como objetivo isolar microrganismos capazes de degradar esse composto. O estudo envolveu isolamento e seleção de microrganismo, otimização de meio para o cultivo desses microrganismos assim como teste para produção de biomassa em escala de fermentador. Foram coletadas amostras de solos de três localidades (Uberlândia, Rondonópolis e Londrina) em plantio de soja os quais receberam aplicação de diclosulam. As amostras foram coletadas em três diferentes parcelas do solo: entrelinhas, rizosfera e oriundo da mata de vegetação natural (mata virgem). As amostras foram diluídas até ¿10 POT. 6¿, e semeadas em placas contendo os seguintes meios de cultivo: Mínimo, King¿s B e Rosa de Bengala suplementados com diclosulam 10¿mu¿g/mL. Os microorganismos foram incubados por 72 horas a ¿32 GRAUS¿C. as linhagens selecionadas, que apresentaram crescimento nos meios onde o diclosulam estava presente foram transferidas para os mesmos meios de origem, agora com 100¿mu¿g/mL de diclosulam. Os microrganismos capazes de crescer a essa concentração foram transferidos para meio Mínimo, agora suplementado com 500 'mu¿g/mL de diclosulam. Os resultados obtidos foram: 16 linhagens provenientes de Uberlândia, 3 de Rondonópolis... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Some corn varieties used in crop rotation with soybean are sensitive to diclosulam compound applied on soil for weed control. The purpose of this work was to isolate microorganisms able to degrade this compound. The study comprised microorganism isolation and selection, medium optimization for cultivation of these microorganisms, as well as a test for biomass production at fermentor scale. Soil sampling has been taken from three locations (Uberlândia, Rondonópolis and Londrina), where disclosulam had been applied. The samplings were collected in three different soil plots: interlines, rhizosphere and from natural vegetation woods. Samplings were diluted up to ¿10 POT 5¿, and seeded in plaques containing the following cultivation media: minimum, King¿s B and Bengale Rose supplemented with 10¿mu¿g/mL diclosulam. The microorganisms were incubated for 72 hours at ¿32 GRAUS¿C. the selected strains, which presented growth in the media containing diclosulam were transferred to the same original media, now with 100 'mu¿g/mL of diclosulam. The microorganisms able to grow at this concentration were transferred to the minimum medium, now supplemented with 500 'mu¿g/mL of diclosulam. The results obtained were: 16 strains from Uberlândia, 4 from Rondon[opolis. In the case of Londrina, no strain was possible to be isolated (6 strains were isolated only at concentration of 100 'mu¿g/mL)... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Isabel Rodrigues Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Doutorado Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Fumio Yokoya Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A contaminação bacteriana na fermentação alcoólica é um dos problemas que afeta o rendimento do processo de produção de álcool. A floculação de leveduras é uma das consequências desta contaminação, sendo linhagens de Lactobaci/lusftrmentum a primeira bactéria citada como responsável por este fenômeno. Muitos fatores exercem influência na floculação de leveduras como os componentes genéticos, proteínas, temperatura, pH, produtos da fermentação como o etanol e necessidadede íons metálicos, especialmente o cálcio. Este trabalho teve por objetivo verificar as condições de ocorrência da floculação de leveduras causada por algumas espécies bacterianas contaminantes do processo de produção de álcool, avaliando o nível de contaminação bacteriana necessário para desencadear o processo de floculação, o efeito do teor alcoólico e da temperatura sobre a capacidade floculante destas bactérias. Além disto procurou contribuir para o esclarecimento do mecanismo de floculação de leveduras industriais provocada por espécies e cepas de bactérias contaminantes do processo, através da avaliação do efeito da modificação química de proteínas e carboidratos nas paredes celulares de bactérias e leveduras e do tratamento enzimático sobre a capacidade floculante destes microrganismos. Os resultados obtidos indicaram que as espécies de Lactobacjffus:L. fermentum , L. plantarum, L. fructivorans, L. fructosus e L. buchneri podem ser responsabilizados pela floculação da levedura Saccharomyces cerevisiae, porém há necessidade de uma certa relação levedura:bactériapara que OCOITflaoculação,e esta relação é diferentepara as espécies de Lactobacillus. O teor alcoólico (O a 10%) e as temperaturas (25°C a 65°C) afetaram significativamente a capacidade floculante das bactériasfrente às levedurasestudadas. Componentes protéicos da parede celular de L. plantarum, L. ftrmentum e L.buchneri devem participar do processo de floculação, uma vez que modificadores químicos que reagem com os grupos funcionais fenol e indol da cadeia lateral de aminoácidos (anidrido maleico e anidrido acético) inibiram a capacidade floculante dessas bactérias, sugerindo o envolvimento destes grupamentos no processo de floculação. Já para as espécies L. fructivorans e L. fructosus o tratamento com estes modificadores químicos não afetaram o processo de floculação. Células de S. cerevisiae submetidas a tratamento com modificadoresquímicos de carboidratosda parede celular (NaIO40,01M) apresentaraminibição em sua capacidade de serem floculadas por bactérias, indicando que carboidratos são essenciais no processo de floculação. De acordo com estes resultados sugere-se que a floculação de Saccharomyces cerevisiae causada por bactérias do gênero Lactobacillus deve apresentar um mecanismo intercelular a nível da parede celular destes microrganismos. Este processo envolve componentes protéicos da superficie celular das bactérias L. plantarum, L. ftrmentum e L. buchneri e carboidratos da parede celular das leveduras. Já para as espécies L.fructivorans e L. fructosus a presença de outros componentes celulares devem também estar envolvida no processo de floculação. Abstract: The bacterial contamination in the alcoholic fermentation is one of the problems in the process of alcohol production. Yeast flocculation is one of the consequences of this contamination that strains of actobacillus fermentum are the first one microorganism quoted as responsible by this fenomen. Many factors may influence the yeast flocculation such as, genetic coumponds, proteins, temperature, pH, fermentation products like ethanol and necessity of metalicions, especifically calcium. This research was carried out to examine the conditions of yeast flocculation ccurency caused by some bacterial species which contaminate the process of alcohol production, evaluating the effect of the population of contamlnant bacteria needed to occur the flocculation process, effect of alcohol amount and temperature in the flocculency capacity of these bacterias. Moreover,this research tried to contribute to the flocculation mecanisms elucidation of industrial yeasts provoked by strains and cepa of contaminant bacteria of alcohol fermentation process, throught the chemistIy modification effect evaluation of proteins and carbohidrates from the wall of cell and the enzimic treatment on the flocculant capacity of these microorganisms. The resulties obteined indicated that L fermentum, L. plantarum, L. fructtvorans, L. fructosus and L. buchneri can be responsablesby the S cerevisiae flocculation,but it is necessary a ratio of yeast:bacteria for flocculation to occur flocculation, and this ratio is different for some species of Lactobacillus. The ethanol amount (O to 10%) and the temperature (25°C to 65°C) affected significantly the bacterial flocculence capacity on the studied yeasts. Proteic compounds in the cell wall of L. plantarum, L. fermentum and L. buchneri may participate in the flocculation process, because chemical changers which react with fenol and indol funcional groups in the lateral chain of aminoacids (maleic anidride and acetic anidride) inhibited the bacterial flocculency capacity, suggesting that these groups are responsible for the flocculation processo For L. fructivorans and L. fructosus species the treatment with these chemical changers did not afIect the flocculation process. Cells of S. cerevisiae submited to carbohidrate chemical changers treatment (NaIO4 0,01M) showed some inhibitions in their flocculant capacity promoted by bacteria, that indicates that carbohidrates are essential for flocculation process. According of these results, it suggest that S. cerevisiae flocculation caused by Lactobacillus bacteria genus may show up a intercelular mechanisms at cell wall of these microorganisms.This process involves proteic compounds of the celular stnÍace of L.plantarum, L. fermentum and L. buchneri and carbohidrates of the cell wall of the yeasts. On the other hand for L. fructivorans and L. fructosus strains, others compounds of the cell wall may also be envolved in the flocculation process. Doutorado Doutor em Ciência de Alimentos