Oxygen transfer in solid state cultivation of Drechslera (Helminthosporium) monoceras

Orientador: Maria Helena Andrade SantanaTese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: O cultivo em estado sólido tem merecido expressiva atenção nos últimos anos pelas vantagens oferecidas principalmente nos processos que envolvem fungos filamentosos. Entretanto, o interesse pelos fenômenos de transferência de massa e pelo desempenho de biorreatores é objeto de estudos mais recentes, motivado pelo escalonamento dos processos. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo estudar a transferência de oxigênio no processo de produção de proteínas alergênicas obtidas da biomassa de Drechslera (Helminthosporium) monoceras por cultivo em estado sólido em colunas de leito fixo com farelo de trigo e espuma de poliuretano. Os resultados indicam que vazões de ar da ordem de 1L/min e 30mm de altura de leito de partículas mantêm a umidade inicial do meio sólido praticamente constante para farelo de trigo. Essas condições asseguram os melhores valores de KLas, além de minimizar a compactação do leito, permitir o crescimento na fase aérea e assegurar a ausência de água livre durante o processo. O cultivo em espuma de poliuretano apresenta produção de proteínas superior aos ensaios com farelo de trigo devido à manutenção das propriedades físicas da matriz sólida inerte. Foram identificadas proteínas na faixa de 15 a 139kDa para ensaios em farelo de trigo e 11 a 244kDa sobre espuma de poliuretano, sendo que as frações indicadas como mais alergênicas 14,4, 36 e 60kDa foram encontradas para os dois tipos de suportes. Estes resultados mostram que condições selecionadas de vazão de ar, altura de leito e suporte sólido preservam a ausência de água livre no cultivo em estado sólido, aumentando a produção das proteínas alergênicas e facilitando o controle do processoAbstract: In recent years, a resurgence of interest in solid-state cultivation has been observed due to its numerous advantages, mainly concerning the growth of filamentous fungi. However, studies on the oxygen transfer and performance of bioreactors are still scarce. The main difficulties faced by process scale-up are the control of parameters and limiting oxygen transfer. The aim of thisresearch was to study the oxygen transfer for the production of allergenic proteins from the biomass of Drechslera (Helminthosporium) monoceras cultured on wheat bran and polyurethane foam. Results indicated that flow rates about 1L/min and 30mm of bed height lead to the best values of overall oxygen transfer coefficient (KLa) on wheat bran, showing no substrate bed packing and formation of aerial hyphae, maintaining the characteristics of solid state cultivation. Evaluation of polyurethane foam showed high protein production, without changing the physical properties of support. SDS-Page assays identified proteins from crude extract in an approximate range of 15 to 139kDa and 11to 244kDa for polyurethane foam and for wheat bran, respectively. The pool of proteins obtained includes the molecular masses, identified in previous works, as the most allergenic fractions (14,4, 36 and 60kDa) These results show that selected conditions of air-flow rate, bed height and solid support preserve the absence of free water in solid state cultivation, increasing the production of allergenic proteins and facilitating the control of the processDoutoradoDesenvolvimento de Processos BiotecnologicosDoutor em Engenharia Químic

Citric acid production by Aspergillus niger from sugarcane bagasse with vinasse at different bed heights in packed-bed column

Solid-state cultivation (SSC) is the growth of microorganisms on solid supports in the absence or near absence of free water. Sugarcane bagasse and vinasse are generated abundantly in Brazil as byproducts from the ethanol industry, and bagasse has been used as solid matrix for SSC to produce a variety of bioproducts. The present study aimed to evaluate the SSC of Aspergillus niger on sugarcane bagasse impregnated with vinasse, with airflow rate and column bed height as scale-up criteria. Airflow rate of 0.8 L min-1 caused a citric acid productivity of 3.77 mg (L.h)-1 and a yield of 0.73 g g-1 at 100 mm bed height. On the other hand, an airflow rate of 3 L min-1 resulted in a productivity of 8.46 mg (L.h)-1 with 2.26 g g-1 of citric acid at 200 mm, and an estimated specific oxygen consumption rate of 0.008 mg per mg of biomass per hour

Remoción de nitrógeno en vinaza de caña de azúcar por cultivo heterotrófico de la cianobacteria filamentosa Geitlerinema sp.

Vinasse is the main liquid effluent from the production process of fuel ethanol from sugarcane (Saccharum spp.). Due to the large volumes generated, its treatment is one of the biggest challenges for the sugar sector. Geitlerinema is a filamentous cyanobacterium with heterotrophic metabolism. For this reason is possible to culture it for treating high turbidity effluents, such as vinasse. The objective of this study was to determine the potential of the heterotrophic culture of Geitlerinema sp. as a treatment method for sugarcane vinasse. It was cultivated in the undiluted effluent, with the addition of glucose (10 g l-1). The changes in the concentration of biomass, organic carbon and total nitrogen were recorded. The percentage of lipids and proteins of the biomass was determined at the end of the experiment. The filamentous cyanobacteria did not increase its biomass during 24 h of culture. Carbon (35%) and nitrogen (75%) removal was observed. The final composition of the biomass in lipids and proteins was 15.0 and 14.6% (m / m), respectively. The removal of 75% of the total nitrogen from the culture medium observed at the end of the experiment suggests the potential of the cyanobacterium as an option for the treatment of sugarcane vinasse. Keywords: distillery, effluent, glucose, microalgae, nutrientsLa vinaza es el principal efluente líquido del proceso de producción de etanol combustible a partir de caña de azúcar (Saccharum spp.). Debido a los grandes volúmenes generados, su tratamiento es uno de los mayores desafíos para el sector azucarero. Geitlerinema es una cianobacteria filamentosa con metabolismo heterotrófico, lo que hace posible su cultivo para tratar efluentes de elevada turbidez como la vinaza. El objetivo de este estudio fue determinar el potencial del cultivo heterotrófico de Geitlerinema sp. como método de tratamiento de vinaza de caña de azúcar. El cultivo se realizó en el efluente sin diluir, con adición de glucosa (10 g l-1). Se registraron los cambios en la concentración de biomasa, carbono orgánico y nitrógeno total. El porcentaje de lípidos y proteínas de la biomasa se determinó al final del experimento. La cianobacteria filamentosa no incrementó su biomasa durante 24 h de cultivo. Se observó remoción de carbono (35%) y nitrógeno (75%). La composición final de la biomasa en lípidos y proteínas fue de 15.0 y 14.6% (m/m), respectivamente. La remoción del 75% del nitrógeno total del medio de cultivo observado al final del experimento sugiere el potencial de la cianobacteria como opción para el tratamiento de la vinaza de caña de azúcar.Palabras clave: destilería, efluente, glucosa, microalga, nutriente

Viabilidade do processamento de pães com farinha de pinhão e iogurteViability of bread-making with Paraná-pine-nut flour and yogurt

O pão é um alimento que resulta do cozimento de uma massa feita com farinha de certos cereais, principalmente trigo, água e sal. Hoje ele se apresenta sob numerosas variedades, condicionadas a culturas de cereais e a hábitos e necessidades dos consumidores. Os diversos tipos de pães decorrem dos diferentes tipos de farinha e de levedura utilizadas e também da forma de cozimento. O pinhão é a semente do pinho ou pinheiro-do-paraná (Araucaria angustifolia), grande ocorrência no estado do Paraná. A farinha obtida é uma fonte de proteína, carboidratos e fibras e sua aplicação na indústria de alimentos poderia contribuir para melhorar o valor nutricional de vários produtos. O iogurte provém da fermentação do leite por bactérias lácticas selecionadas resultando em um produto de alta qualidade sensorial, com propriedades profiláticas e efeitos benéficos sobre a flora intestinal. O presente trabalho visa à substituição parcial da farinha de trigo pela farinha de pinhão e da água pelo iogurte. Os resultados dos testes de aceitação dos pães sem adição de farinha de pinhão e iogurte, com 5e 15%, 5e 25%, 10 e 15% e 10% e 25% de farinha de pinhão e iogurte, respectivamente, indicaram uma diferença significativa ao nível de 5% quanto à preferência dos julgadores. As formulações com 10% de farinha de pinhão e 15 e 25% de iogurte foram melhor aceitas pelos julgadores. Abstract Bread is the result of the baking of a cereal dough that is usually made of wheat, water and salt. Nowadays, several varieties of bread exist, depending on cereal cultures and on consumer habits and needs. The many types of breads feature different types of flour and yeast, as well as of baking methods. The “pinhão” is the seed from an evergreen named “pinheiro”, the Paraná Pine (Araucaria angustifolia), abundant in Paraná state. The flour made from the Paraná-pine-nut is a source of protein, carbohydrates and fiber, and its application in food industries can improve the nutritional value of several foods. Yogurt is a milk byproduct of the fermentation of select lactic bacteria. It presents high sensory quality, with prophylactic properties and benefic effects for the intestinal flora. This research studied bread-making with Paraná-pine-nut flour and yogurt. The formulations with 5 and 15%, 5 and 25%, 10 and 15%, 10% and 25% of Parana-pine-nut flour and yogurt, respectively, indicated a significant difference in preference at a level of 5% among the subjects who tasted the products. The acceptance of breads with 10% Paraná-pine-nut flour and 15 or 25 % yogurt was better than that of other formulations

Elaboração de Pães com Farinha de Pinhão

A panificação é talvez uma das artes mais antigas, datando a sua origem para além dos primeiros documentos históricos. O pão é um alimento que resulta do cozimento de uma massa feita com farinha de certos cereais, principalmente trigo e outros ingredientes originando vários tipos de pães. Em nossa região o cultivo do pinhão é favorecido por ser seu habitat natural, sendo uma matéria-prima pouco estudada em relação ao seu processamento. O presente trabalho visa descrever a elaboração de pães com a substituição parcial da farinha de trigo por farinha de pinhão. O pinhão utilizado foi selecionado de único lote proveniente da cidade de Guarapuava – PR. A farinha de pinhão produzida foi acondicionada em sacos de polietileno para evitar contato com o ar e armazenado a temperatura ambiente. Os pães com diferentes concentrações de farinha de pinhão (0%, 5%, 10% e 25%) foram elaborados na Usina Piloto de Panificação do Departamento de Engenharia de Alimentos na Universidade Estadual do Centro Oeste (UNICENTRO). Foram realizadas determinações de umidade, cinzas, proteína, carboidrato, ácido ascórbico, teor de fibras e análise sensorial dos pães. As amostras dos pães resultantes dos quatro tratamentos foram submetidas à teste de aceitação, utilizando-se uma escala hedônica estruturada de 9 pontos, para avaliar as amostras, de acordo com o sabor. O painel foi composto por 38 consumidores não treinados, recrutados entre alunos e funcionários da Universidade Estadual do Centro-Oeste. Com relação aos pães obtidos com farinha de pinhão, verificou-se nos pães com 5% de farinha de pinhão um volume semelhante ao padrão, ao contrário dos pães com 10% e 25% que apresentaram um volume ligeiramente menor que o padrão. Os pães apresentaram uma estrutura compacta, não quebradiça, textura mais dura, alvéolos pequenos e miolo ligeiramente amarelado. Os pães não apresentaram diferença significativa entre os tratamentos (P>0,01) quanto à preferência dos julgadores na análise sensorial. A análise físico-química feita determinou que o pão com 25% de farinha de pinhão apresentou 0,3% de teor de fibra, 10,17% de proteína, 1,081mg de ácido ascórbico, 1,85% de cinzas e 66,09% de carboidrato

Avaliação da Aceitabilidade Sensorial de uma Bebida à Base de Extrato Hidrossolúvel de Soja, Polpa de Morango e Sacarose

O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma bebida à base de extrato aquoso de soja, polpa de morango e sacarose com o propósito de obter um produto que agregue as propriedades nutricionais da soja e propriedades nutricionais e sensoriais da polpa de morango. Foram elaboradas sete formulações, determinadas segundo delineamento fatorial completo 22, com três repetições no ponto central, com a finalidade de verificar o efeito das concentrações de polpa de morango e sacarose nas características sensoriais de cor, sabor e viscosidade. Na análise sensorial foi utilizado o teste de aceitação com utilização de escala hedônica de sete pontos, sendo que os máximos valores médios das notas atribuídas pelos julgadores em relação aos atributos cor, sabor e viscosidade das formulações estudadas foram, respectivamente, 6,38, 6,47 e 6,09. A análise da variância mostrou que existe diferença significativa entre as formulações (p £ 0,05), ao nível de 5% de significância, em relação à cor, sabor e viscosidade. O aumento da proporção de morango nas formulações acarretou em aumento da aceitação em relação aos atributos cor e viscosidade. Os valores médios encontrados na caracterização do extrato hidrossolúvel de soja foram: umidade- 95,94%; cinzas – 0,54%; gordura – 1,0%; proteína – 1,9%. Em relação a polpa de morango obteve-se os seguintes valores médios: pH – 3,54; sólidos solúveis – 7,25 °Brix; acidez – 0,705 %; ácido ascórbico 47,46 mg/100g; umidade – 91,9 %; açúcares redutores – 8,41% e açúcares totais – 15,65%

A simple system for ozone application in domestic sewage for agricultural reuse

The increasing demand for water in food production highlights the need to seek alternative sources of supply. Treated domestic sewage is a way to mitigate this problem, but it must comply with legislation to be used safely in agriculture. Ozone has been used for disinfection of domestic effluents due to its strong oxidizing character, allowing the adjustment of its parameters for agricultural reuse. This study therefore aimed to evaluate the sanitary and agricultural viability of domestic effluent treated with ozone. The experiment was carried out on laboratory benchtops and doses of 0, 8, 15, 30, 45, and 60 mg L−1 of ozone were applied. The application time for each dose was 0, 14, 27, 54, 81, and 108 seconds, respectively. Microbiological, physical, and chemical parameters were evaluated: total coliforms, Escherichia coli, pH, turbidity, dissolved oxygen, electrical conductivity, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, potassium, magnesium, calcium, and sodium. Ozonation did not significantly alter the physical and chemical composition of wastewater, indicating an important advantage in terms of potential agricultural reuse. However, the pathogenic load of E. coli was not reduced enough for the effluent to be used in agriculture. The results suggest an investigation of the effects of ozone on the efficiency of sewage treatment, seeking to understand these interactions to identify ideal doses and exposure time, making wastewater safe for agricultural reuse

Physical-chemical effects of irrigation with treated wastewater on Dusky Red Latosol soil

The current water crisis underlines the importance of improving water management. The use of effluent from secondary treatment in agriculture can reduce the discharge of effluent into natural bodies and provide nutrients to crops. This study evaluated the physical and chemical properties of a Dusky Red Latosol soil that had been irrigated with treated wastewater. Conducted at the Center of Agricultural Sciences (CCA) of Federal University of São Carlos (UFSCar), in Araras/São Paulo/Brazil, 18 undisturbed soil samples were collected and deposited on a constant-head permeameter in order to simulate the irrigation of five growth cycles of lettuce (Lactuca sativa L.), organized in five different treatments and one control group. For each treatment 0.58 L, 1.16 L, 1.74 L, 2.32 L, and 2.90 L of treated wastewater and distilled water were applied . The treated wastewater came from a domestic waste treatment plant. After the water filtered through the soil, samples of treated wastewater were collected for analyses of electrical conductivity (EC), sodium adsorption ratio (SAR), turbidity, pH, Na, K, Mg, P and Ca and, in the soil the granulometry, complete fertility, exchangeable sodium percentage (ESP) and saturated hydraulic conductivity (Ksat). The Ksat decreased, but did not alter the infiltration of water and nutrients in the soil. The concentration of nutrients in the soil increased, including Na, which raises the need for monitoring soil’s salinity. In conclusion, the application of wastewater did not cause damage to the physical properties of the soil, but resulted in a tendency towards salinization