Produção, extração e caracterização de poli(3-hidroxibutirato) por Ralstonia eutropha em diferentes substratos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de AlimentosPoli(3-hidroxibutirato), P(3HB), é um biopolímero acumulado por muitos microrganismos como reserva de carbono e energia, em determinadas condições. Possui propriedades termoplásticas semelhantes às dos plásticos petroquímicos e a vantagem de ser biocompatível e completamente biodegradável. Entretanto, possui custo elevado de produção frente aos plásticos convencionais, o que limita seu uso. Algumas estratégias de produção de P(3HB) por Ralstonia eutropha foram estudadas, com o objetivo de aumentar a produção do polímero, visando a redução de seus custos. Neste trabalho teve-se por objetivo a melhoria das condições de cultura para o crescimento e produção de P(3HB) por R. eutropha em diferentes substratos. Uma das estratégias utilizadas foi a realização de cultivos a diferentes temperaturas. Além da utilização de um substrato de baixo custo, um novo método de extração de P(3HB) também foi estudado, visando a redução de poluentes e o custo de produção. Primeiramente, a modelagem matemática do crescimento da bactéria foi utilizada para estimar os parâmetros: velocidade específica máxima de crescimento ( max), tempo da fase lag ( ) e aumento logarítmico da população (A), utilizando-se resíduo amiláceo e glicose (padrão) como substrato. Utilizaram-se três modelos primários de crescimento e o modelo de Gompertz Modificado, foi o que melhor se ajustou às curvas de crescimento da bactéria, nas diferentes fontes de carbono testadas. Pelo modelo de Gompertz Modificado foi possível prever o momento da limitação de nitrogênio nas culturas. Não houve ajuste de nenhum dos modelos secundários aos parâmetros de crescimento µ e A nos substratos testados, somente foi possível modelar o efeito da variação da temperatura sobre o parâmetro , nos cultivos em resíduo amiláceo, com suplementação. Foi estudada a produção de P(3HB) nos substratos de glicose e resíduo amiláceo, e também a suplementação do meio de cultivo com óleo de soja, visando aumentar a produção de polímero. O resíduo amiláceo mostrou-se uma boa fonte de carbono para a produção de P(3HB). A suplementação aumentou o conteúdo de biopolímero em 6,1 e 8% nos cultivos a 30 e 35°C, respectivamente e, nos cultivos em glicose o aumento foi de 11,7 e 13,7% a 30 e 35°C, respectivamente. Nos cultivos a 35°C, a quantidade de P(3HB) e de células foram superiores em relação ao cultivo a 30°C. Foi possível desenvolver um método de extração simples, utilizando somente clorofórmio como solvente, juntamente com os processos de agitação e aquecimento. O melhor tempo determinado para a extração foi de 2 horas, visto que o filme de P(3HB) apresentou 98% de pureza e 94% de recuperação, com menor cristalinidade, maior estabilidade térmica e alta massa molar, em relação aos outros tempos de extração testados. A caracterização também foi realizada para os filmes de P(3HB) dos cultivos em resíduo amiláceo que apresentaram propriedades muito próximas aos obtidos em glicose. Somente os cultivos com suplementação de óleo apresentaram características diferentes. Poly(3-hydroxybutyrate), P(3HB), is a biopolymer accumulated by many microorganisms , as carbon and energy storage, under established conditions. P(3HB) has thermoplastic properties similar to those of the conventional plastics and the advantage of being biocompatible and totally biodegradable. However, its high cost of production related to conventional plastics limits its use. Some strategies for production of P(3HB) by Ralstonia eutropha were studied, aiming to increase polymer production, and seeking costs reduction. In this work, the target was to improve the culture conditions for growth and production of P(3HB) by Ralstonia eutropha in different substratum. One of the strategies was to use different culture temperatures. Beyond the utilization of a low cost substrate, a new extraction method was studied, aiming the reduction of pollutant and production costs. Firstly, the mathematical modeling of bacteria growth was used to estimate the following parameters: specific maximun growth rate ( max), time of lag phase ( ) and logarithmic increase of population (A), using starchy waste and glucose (standard) as carbon source. Three primary growth models were used, and the ´Modified Gompertz´ model was present the bets fit to the growth curves of the bacteria, on the different carbon sources tested. Through the ´Modified Gompertz´ model, it was possible to estabish the moment of nitrogen limitation in the culture. There was no adjustment of any of the secondary models to the growth parameters and A on the tested substrate. It was only possible to model the effect of temperature variation over the parameter, on the cultures in starchy waste, with supplementation. The production of P(3HB) was carried out on glucose and starchy waste, and also the supplementation of the culture with soybean oil, aiming to increase P(3HB) production. The starchy waste showed to be a good carbon source for P(3HB) production. The supplementation increased the P(3HB) content in 6.1 and 8% in the cultures at 30 and 35ºC, respectively and the increase in the glucose cultures was of 11.7 and 13.7% in the cultures at 30 and 35ºC. In the cultures at 35ºC, the P(3HB) and cell contents were superior when compared to the cultures at 30ºC. A simple extraction method was developed using only chloroform as solvent in association with agitation and heating. The best time verified for the extraction was of 2 hours, because the P(3HB) film showed 98% of purity and 94% of recuperation, with lower crystallinity, higher thermal stability and high molar mass. The characterization was also realized for the P(3HB) films produced on starchy waste cultures and they presented characteristics very similar to those obtained on glucose. Only the cultures with soybean oil showed different characteristics

Modelagem matemática do crescimento de bactérias ácido lácticas em condições isotérmicas e não isotérmicas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2010As bactérias ácido lácticas (BAL) são um dos principais grupos de micro-organismos responsáveis pela deterioração de produtos cárneos embalados a vácuo e em atmosfera modificada, armazenados sob temperatura de refrigeração. A microbiologia preditiva é considerada uma importante ferramenta para quantificar e predizer o comportamento microbiano sob influência de diferentes fatores ambientais, como por exemplo, a temperatura. Assim sendo, o objetivo geral deste trabalho foi modelar o crescimento de BAL em condições isotérmicas e não isotérmicas de cultivo. Primeiramente foram ajustados quatro modelos primários às curvas de crescimento de Lactobacillus plantarum, Lactobacillus viridescens e Lactobacillus sakei em meio de cultivo MRS sob seis diferentes temperaturas isotérmicas (entre 4°C e 30°C), sendo que o modelo primário que apresentou melhor ajuste aos dados experimentais foi o modelo de Gompertz. Foram avaliados também cinco modelos secundários, sendo que a influência da temperatura foi melhor descrita pela equação da potência para a fase lag (.), o modelo da raiz quadrada para a velocidade de crescimento (.) e a equação do tipo Arrhenius para o aumento logarítmico da população (A). Com base nos modelos selecionados, foi estabelecido um modelo de crescimento não isotérmico, baseado na metodologia proposta por Corradini e Peleg. O modelo proposto foi validado com dados experimentais de L. plantarum em meio MRS sob três diferentes perfis de temperatura. A partir de um delineamento composto central rotacional, um modelo de superfície de resposta foi estabelecido para predizer a velocidade de crescimento de L. plantarum em meio MRS, sob diferentes temperaturas (4°C a 16°C), pH (5,5 a 7,5), NaCl (0 a 6%) e Na-lactato (0 a 4%). Todos os fatores estudados foram estatisticamente significativos (p < 0,10) no intervalo de confiança estudado e usados para a construção do modelo, sendo que o fator que apresentou a maior significância foi a temperatura, seguido pelo NaCl, Na-lactato e pH. Este modelo de superfície de resposta foi validado matematicamente com condições adicionais realizadas dentro do domínio do delineamento experimental. O crescimento de L. plantarum também foi analisado quando esta bactéria foi inoculada em um produto cárneo, chopped suíno cozido, embalado a vácuo e armazenado sob diferentes temperaturas isotérmicas (4°C, 10°C e 16°C). O modelo primário de Gompertz ajustou-se bem às curvas de crescimento e os modelos secundários foram os mesmos selecionados no caso do crescimento da bactéria em meio MRS. Não foram observadas mudanças sensoriais no produto quando L. plantarum atingiu a população máxima (107 úteis para predizer, dentro dos limites estabelecidos para cada modelo, o comportamento de bactérias ácido lácticas em produtos cárneos.Lactic acid bacteria (LAB) are the main microorganism group responsible for the spoilage of modified atmosphere or vacuum-packaged meat products, stored under refrigeration. The predictive microbiology is an important tool to quantify and predict microbial behavior under the influence of different environmental factors, such as temperature. Then, the overall aim of this study was to model the LAB growth in isothermal and non-isothermal conditions. Firstly, four primary models were fitted to the growth curves of Lactobacillus plantarum, Lactobacillus viridescens and Lactobacillus sakei in MRS broth under six different isothermal temperatures (4°C to 30°C), being the Gompertz model the primary model that showed the best fit to the experimental data. Five secondary models were also evaluated, and the influence of temperature on the lag phase duration (.) was better described by the power equation, the square root for the maximum specific growth rate (.), and the Arrhenius-type equation for the microbial population increase (A). Based on selected models, the non-isothermal growth model was established, based on the methodology proposed by Corradini and Peleg. The model proposed was validated with experimental growth curves of L. plantarum in MRS obtained under three periodic temperature profiles. From a central composite rotatable design, the response surface model was established to predict L. plantarum growth rate in MRS broth, under different temperatures (4°C to 16°C), pH (5.5 to 7.5), NaCl (0 to 6%) and Na-lactate (0 to 4%). All the factors were statistically significant (p < 0.10) and used to build the model, where the temperature was the most decisive factor, followed by the concentrations of NaCl and Na-lactate and by the pH. This model was mathematically validated with additional conditions within model range. L. plantarum growth was also analyzed when this bacteria was inoculated in a meat product, cooked chopped pork, vacuum packaged and stored under different isothermal temperatures (4°C, 10°C and 16°C).he Gompertz model showed a good fit to growth curves and the secondary models were the same ones selected in the case of growth in MRS broth. There were no sensory changes in the product when L. plantarum reached the maximum population. The predictive models established in this study can be useful for predicting, within the limits set for each model, the behavior of lactic acid bacteria in meat products

β-Cyclodextrins as Encapsulating Agents of Essential Oils

Many scientific studies have made advances in the ability to encapsulate natural extracts by cyclodextrins. These studies have addressed the physical and chemical conditions of the encapsulation reactions, employed several types of essential oils and characterized the microcapsules as to their ability to release encapsulated active principles. The essential oils studies with cyclodextrin encapsulation processes have been highly varied. However, the most studied are the essential oils with antimicrobial and antioxidant capacities. The essential antimicrobial and antioxidant oils are easily degraded. In the presence of oxygen, they are oxidized, and at low temperatures, they are volatilized and decomposed. Thus, cyclodextrins are coatings capable of protecting these essential oils from environmental conditions and agents capable of promoting oil degradation, in addition to controlling their release. In this chapter of the book, we review scientific papers that examine the encapsulation of antimicrobial essential oils and antioxidant essential oils with β-cyclodextrins

Proposal and evaluation of a method to implement the lean construction principles

Since there is a gap between the concepts of the lean construction philosophy and an effective method of implementation in construction companies, the objective of this paper is to propose and evaluate a method to implement the lean construction principles. The method was constructed and evaluated through the application during 120 days of an action research in a pre-cast concrete company involving both researchers and the members of the company. The lean construction implementation method has three stages (preparation, application, and deployment), and it consists of three steps in each stage, totaling 9 steps. The evaluation of the method was satisfactory since the application was methodologically successful. In addition, it resulted in a cycle time reduction of 23.5% and the share of value-adding activities increased from 57.8% to 72.6%

ESTUDO DE VIABILIDADE PARA SUBSTITUIÇÃO DE MONITORES COM TECNOLOGIA CRT E LCD POR LED

O interesse da sociedade por um desenvolvimento sustentável vem crescendo nos últimos anos. A preocupação com o meio ambiente, a busca por uma melhor qualidade de vida e os critérios econômicos precisam andar em paralelo. Dentro da área da tecnologia da informação, novas tecnologias surgem dia após dia, fazendo com que muitas outras se tornem obsoletas. Para exemplificar o exposto, pode-se citar os monitores de Cathode-ray Tube (CRT) que cederam espaço às telas de Liquid Crystal Display (LCD), que por sua vez perderam o posto para os displays de Light Emitting Diode (LED). O LED surge como tecnologia com foco na eficiência energética e na qualidade de resolução. Mas qual é o ganho energético do LED frente ao LCD? Pensando nisso, buscou-se analisar os benefícios energéticos de uma possível troca dos monitores CRT e LCD da Universidade Comunitária da Região de Chapecó (Unochapecó), por monitores da referida tecnologia. Através de análises e comparações de critérios econômicos e energéticos, o presente estudo busca verificar se a proposta se encaixa dentro de todos os critérios abordados pela sustentabilidade. De posse dos dados resultantes da pesquisa, chegou-se ao entendimento de que a troca completa não seria viável, mas que os monitores do tipo LED, são a opção certa para novas aquisições

Extração do óleo da semente da ameixa amarela (Eriobotrya japonica)

A ameixa amarela (Eriobotrya japonica) é uma fruta cítrica de origem asiática, cultivada no sul e sudeste do Brasil. As frutas contêm de 3 a 5 sementes que são consideradas resíduos industriais e o óleo presente nestas sementes apresenta elevados níveis de polifenóis, que ajudam a combater radicais livres, podendo se tornar uma possível aplicação na área alimentícia e química. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar diferentes condições de extração do óleo presente na semente da ameixa amarela. A fruta madura foi colhida no município de Chapecó/Santa Catarina e as sementes foram retiradas manualmente e a extração foi realizada pelo método de Soxhlet. Através de um planejamento fatorial completo 2², em duplicata, variou-se o tipo de solvente (hexano e etanol) e o tempo de extração (60 e 120 min). Os resultados mostraram que apenas o tipo de solvente foi significativo, sendo que, o solvente mais eficaz foi o etanol extraindo 15% de óleo. O modelo matemático obtido foi preditivo e explica 99,16% das respostas obtidas por ele. O solvente etanol, por ser oriundo de recursos renováveis, abre portas para futuras pesquisas na área de extração, em comparação com o solvente hexano, que pode deixar resíduos tóxicos nos óleos

Hidrólise enzimática de lipídeos presentes em efluentes

Os efluentes de indústrias alimentícias têm como principais constituintes os lipídeos, caracterizados por óleos, gorduras e ácidos graxos livres. Esses compostos, quando não tratados adequadamente, causam danos severos ao meio ambiente, como a formação de filmes de óleo e espumas nas superfícies aquáticas, flotação da biomassa, toxicidade a determinados microrganismos, e em sistemas de tratamento de efluentes, pela degradação natural destes lipídios ser um processo biológico muito lento, acabam comprometendo a eficiência destes sistemas. Processos alternativos têm sido utilizados na redução da concentração de lipídeos nos efluentes por meio da ação de enzimas lipolíticas. Este trabalho teve como objetivo obter as condições ótimas do processo de hidrólise enzimática de lipídeos, variando pH (5, 7 e 9), temperatura (25, 35 e 45 ºC) e concentração da enzima lipase (0,3, 0,5 e 0,7%). Como fonte lipídica, utilizou-se óleo de soja e para a análise dos resultados, montou-se um planejamento fatorial tipo estrela 2³, com triplicata do ponto central. Como resposta utilizou-se o teor de acidez volátil, medido por potenciometria. Os resultados mostraram que, para as condições estudadas, a hidrólise do óleo de soja através da lipase, não mostrou-se estatisticamente significante, com um nível de significância de 5%, para os parâmetros estudados, e para 10% de significância, o pH linear apresentou efeito significativo

PRODUÇÃO MAIS LIMPA NA GESTÃO DE USO DE ENERGIA ELÉTRICA EM FRIGORÍFICO DE AVES DO OESTE DE SANTA CATARINA, BRASIL: UM ESTUDO DE CASO

O Brasil é o segundo maior produtor de carne de frango do mundo e o abate de frango depende de um elevado consumo de energia. A gestão eficiente de energia elétrica está diretamente relacionada à conservação dos recursos naturais e a competitividade econômica. Portanto, a produção mais limpa (P+L) é uma ferramenta favorável para otimizar processos e minimizar os impactos ambientais. O objetivo deste trabalho foi implementar a metodologia de P+L para o gerenciamento de energia elétrica em um frigorífico de aves na região oeste de Santa Catarina, Brasil. A implementação dessa metodologia gerou benefícios ambientais, como a melhoria significativa de 4,5% no indicador de energia elétrica em kWh/tonelada do processo de produção de frango, relacionado a todas as oportunidades implementadas. Esse percentual corresponde a economia de mais de 1100 MWh por ano, o que representou um mês de consumo médio de eletricidade de mais de 10 mil domicílios familiares no Brasil, demonstrando desta maneira uma contribuição socioeconômica sustentável. Proporcionou também benefícios econômicos, uma vez que foram identificadas mais de 130 oportunidades, destas, 76% foram implementadas com boas práticas operacionais e baixos investimentos, contribuindo para melhorar o desempenho da empresa

Modeling the Combined Effects of Temperature, pH, and Sodium Chloride and Sodium Lactate Concentrations on the Growth Rate of Lactobacillus plantarum

Nowadays, microorganisms with probiotic or antimicrobial properties are receiving major attention as alternative resources for food preservation. Lactic acid bacteria are able to synthetize compounds with antimicrobial activity against pathogenic and spoilage flora. Among them, Lactobacillus plantarum ATCC 8014 has exhibited this capacity, and further studies reveal that the microorganism is able to produce bacteriocins. An assessment of the growth of L. plantarum ATCC 8014 at different conditions becomes crucial to predict its development in foods. A response surface model of the growth rate of L. plantarum was built in this study as a function of temperature (4, 7, 10, 13, and 16°C), pH (5.5, 6.0, 6.5, 7.0, and 7.5), and sodium chloride (0, 1.5, 3.0, 4.5, and 6.0%) and sodium lactate (0, 1, 2, 3, and 4%) concentrations. All the factors were statistically significant at a confidence level of 90%  (p<0.10). When temperature and pH increased, there was a corresponding increase in the growth rate, while a negative relationship was observed between NaCl and Na-lactate concentrations and the growth parameter. A mathematical validation was carried out with additional conditions, demonstrating an excellent performance of the model. The developed model could be useful for designing foods with L. plantarum ATCC 8014 added as a probiotic