Use of microbial reactors contaning immobilized cells on the treatment of the wastewater of a beverage industry

Orientador: Lucia Regina DurrantTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: O presente estudo avaliou a utilização da tecnologia de tratamento de despejos líquidos de uma indústria cervejeira e de refrigerantes pelo sistema biológico aeróbio. Buscou-se a remoção da carga orgânica mediante quantificação da demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio amoniacal total, turbidez, sólidos sedimentáveis (SS), fósforo (P), condutividade e toxicidade. O sistema de tratamento proposto foi constituído por quatro reatores em série com volume total de 16 L. A alimentação foi realizada de forma contínua pela parte inferior e por gravidade. Para a imobilização dos microrganismos nos reatores foi utilizado, como suporte, argila expandida. Para o sistema aeróbio foi utilizada aeração prolongada mediante injeção ascendente de oxigênio. As análises foram realizadas diariamente, no afluente do reator e no efluente tratado em diferentes tempos de retenção hidráulica (TRH/h). Os resultados obtidos mostraram que o sistema de tratamento, empregando 4 reatores acoplados, foi eficiente para a remoção da carga orgânica poluente do efluente da indústria. Ocorreu diminuição da DQO em todos os tempos de retenção hidráulica testados. O TRH 1,9 mostrou ser o mais eficiente, visto que é o tempo com a maior vazão, fato de extrema importância para o tratamento de efluentes industriais. Neste TRH houve maior porcentagem de remoção da DBO (67,4%), toxicidade com microcrustáceo Daphinia similis (52,3%), condutividade (13,13%), além de significativa remoção da DQO (58,7%)Abstract: The present study the treatment of the waste waters of a beer and soft drink industry by an aerobic biological system was evaluated. The removal of the organic load by means of the quantification of the biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total ammoniacal nitrogen, turbidity, sedimented solids (SS), phosphorus (P), conductivity and toxicity. Were determined proposed the consisted of four reactors in series with a total volume of 16 L. The feeding was carried out carried out continuous by through the of the bioreactor inferior part and by gravity. Expanded clay was used as support for the immobilization of the microorganisms in the reactors. Continuous aeration by means of ascending injection of oxygen was used for the aerobic system. The analyses were performed daily in samples from the treated and untreated industrial effluent using different times of hydraulical retention (HRT/h). The results showed that the treatment system, using 4 connected reactors was efficient for the removal of the pollutant organic load of the industrys effluent. Reduction of the COD occurred in all the tested hydraulical retention times used HRT of 1.9 was found to be the most efficient HRT, since it was the time with the hioghest outflow, fact that is of extreme importance for the treatment of industrial effluents. In this HRT there was a greater percentage of reduction of the BOD (67.4%), the toxicity with the Daphinia similis (52.3%) and conductivity (13.13%), besides the significant reduction of the COD (58.7%)DoutoradoDoutor em Ciência de Alimento

Utilização de basidiomicetos ligninoliticos na degradação de corantes industriais e no tratamento do efluente de uma industria de alimentos

Orientador: Lucia Regina DurrantDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Este trabalho descreve a ação de dois fungos basidiomicetos, Pleurotus sajor caju (020) e Phanerochaete chrysosporium ATCC 24725 na degradação dos corantes naturais urucum hidrossolúvel e carmim (ácido carmínico); como também a combinação destes com o corante urucum oleossolúvel; os corantes sintéticos new coccine, orange G, chrome azurol S; a combinação destes e o efluente da indústria de corantes naturais CHR HANSEN. Além disso, estudou-se o sistema ligninolítico envolvido nesses processos, a redução da demanda química de oxigênio (DQO) do efluente e dos meios de cultivo contendo os corantes, as análises de variações do pH, e do peso seco em relação ao tempo de crescimento. Os fungos foram crescidos em dois diferentes meios agitados: extrato de malte 0,5%, contendo 100 mgIL de corante e no efluente bruto. As análises dos caldos de cultivo foram realizadas no 2°,4°,6°, 8°, 10°e 12°dias de crescimento. A descoloração dos meios de cultivos e do efluente foi verificada através de espectrofotometria de varredura, variando-se o comprimento de onda de 200 a 800 nrn, e a degradação dos corantes por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Todos os corantes foram descoloridos em alguma extensão pelos fungos estudados. A eficiência de remoção da cor variou de 50% a 100%. Ambos os fungos mostraram capacidade de descoloração, sendo que Pleurotus sajor caju (020) foi capaz de descolorir, eficazmente o efluente e os corantes naturais e sintéticos, individualmente ou em combinação. Não ocorreu descoloração do efluente por Phanerochaete chrysosporium, mas obteve-se excelente descoloração dos corantes naturais individualmente e dos corantes sintéticos individualmente ou em combinação.Abstract: This work describes the degradative action of two basidiomycetes, Pleurotus sajor caju (020) and Phanerochaete chrysosporium ATCC 24725, on the following natural or synthetic dyes: a) hydro-soluble annatto (norbixin) b) cannirn (carminic acid); c) a combination of these with the fat-soluble annatto (bixin); d) new coccine; e) orange G; f) chrorne azurol S; g) a combination of these synthetic dyes; h) effluent samples :ITomthe natural dye industry. In addition, the ligninolytic system involved in these processes and the reduction in the chemical oxygen demand (COD) ofthe effluent and ofthe cultivation medium containing dyes were studied. The fungi were grown in two different agitated media: 0.5% malt extract, containing 100 rng/L of different dyes, and in the raw industrial effluent. The cultivation broths were analysed for pH mycelium weight and COD on the 2nd, 4th,6th,8th,10th and 12th days of growth. The decolorization of the culture media and effluent was verified using spectrophotometry, in the wavelength range 200 to 800 nm, and the degradation ofthe dyes was investigated using high performance liquid chromatography (HPLC). All the dyes were decolorised to some extent by the fungi studied with the efficiency of the color removal varying :ITom50 to 100%. Pleurotus sajor caju (020) was capable of efficiently decolorising the effluent and the natural and synthetic dyes, individually or in combination. Effluent decolorization was not observed with Phanerochaete chrysosporium, but this fungus showed an excellent decolorization action on the natural dyes individually and on the synthetic dyes individually or in combination.MestradoMestre em Ciência de Alimento

Production and action pattern of inulinase from Aspergillus Niger-245: hydrolysis of inulin from several sources

Uma linhagem de Aspergillus niger isolada de amostras de solo mostrou grande capacidade de produzir inulinase extracelular. Embora a enzima tenha sido sintetizada na presença de monossacarídeos, sacarose e melaço de cana, a produtividade foi significativamente maior (p<0.01) quando o microrganismo foi inoculado em meios formulados com extrato de dália e inulina pura, como fontes de carbono. em relação à fonte de nitrogênio, os melhores resultados foram obtidos com caseína e outras fontes de nitrogênio proteico, comparativamente ao nitrogênio mineral. Entretanto, somente foi encontrada significância (p<0.01) entre a produtividade obtida nos meios preparados com caseína e sulfato de amônia. O pH ótimo da enzima purificada foi localizado entre 4.0 e 4.5 e a temperatura ótima a 60ºC. Quando tratada por 30 minutos nesta temperatura nenhuma perda de atividade foi observada. A enzima mostrou capacidade de hidrolisar sacarose, rafinose e inulina, da qual liberou apenas unidades de frutose, mostrando, portanto, um mecanismo de exo-ação. Atuando sobre inulinas de diversas fontes, a enzima mostrou maior velocidade de hidrólise sobre o polissacarídeo da chicória, comparativamente, às inulinas de raízes de dalia e alcachofra.A strain of Aspergillus niger isolated from soil samples showed great capacity to produce extracellular inulinase. Although the enzyme has been synthesized in presence of monosaccharides, sucrose and sugar cane molasse, the productivity was significantly higher (p<0.05) when the microorganism was inoculated in media formulated with dahlia extract and pure inulin, as carbon sources. With regard to the nitrogen source, the best results were obtained with casein and other sources of proteic nitrogen, comparatively to the mineral nitrogen. However, statistic significance (p<0.01) only was found between the productivity obtained in the medium prepared with casein and ammonium sulphate. The optimum pH of the purified enzyme for inulin hydrolysis was found between 4.0 and 4.5 and the optimun temperature at 60oC. When treated by 30 minutes in this temperature no loss of activity was observed. The enzyme showed capacity to hydrolyse sucrose, raffinose and inulin from which it liberated only fructose units showing, therefore, an exo-action mechanism. Acting on inulins from several sources, the enzyme showed larger hydrolysis speed on the polissaccharide from chicory (Cichorium intibus), comparatively, to the inulins from dahlia (Dahlia pinnata) and Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) roots.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Properties of a new fungal b-galactosidase with potential application in the dairy industry

A b-galactosidase ou b-D-galactosídeo-galactohidrolase (EC. 3.2.1.23) é uma importante enzima utilizada industrialmente na hidrólise da lactose do leite e soro de leite para diversas aplicações. Ultimamente, sua importância foi realçada por sua atividade de galactosiltransferase responsável pela síntese de oligossacárides transgalactosilados (TOS) que atuam como alimentos funcionais, trazendo diversos efeitos benéficos para seus consumidores. Penicillium simplicissimum, uma linhagem isolada do solo, mostrou grande produtividade de b-galactosidase com atividade de galactosiltransferase quando crescida em meio semi-sólido. Seu pH ótimo para hidrólise está na faixa de 4,0-4,6 e para a atividade de galactosiltransferase na faixa de 6,0-7,0. A temperatura ótima para hidrólise e transferase foram encontradas a 55-60°C e 50°C, respectivamente e a enzima mostrou maior termoestabilidade para a atividade de hidrolase. A enzima mostrou potencialidade para diversas aplicações industriais como a remoção de 67% da lactose do leite e 84% da lactose do soro de leite quando incubada nos respectivos pHs oroginais (4,5 e 6,34, respectivamente) em condições ideais de temperatura. Quando incubada com uma solução a 40% em tampão de McIlvaine 150 mM, pH 4,5 a 55°C a enzima converteu 86,5% da lactose em seus monossacarídeos componentes. Quando aplicada a uma solução com 60% de lactose no mesmo tampão mas em pH 6,5 e 50°C, a enzima pode sintetizar até 30,5% de TOS, deixando 39,5% de lactose residual e 30% de monossacárides.b-Galactosidase or b-D-galactoside-galactohydrolase (EC. 3.2.1.23) is an important enzyme industrially used for the hydrolysis of lactose from milk and milk whey for several applications. Lately, the importance of this enzyme was enhanced by its galactosyltransferase activity, which is responsible for the synthesis of transgalactosylated oligosaccharides (TOS) that act as functional foods, with several beneficial effects on consumers. Penicillium simplicissimum, a strain isolated from soil, when grown in semi-solid medium showed good productivity of b-galactosidase with galactosyltransferase activity. The optimum pH for hydrolysis was in the 4.04.6 range and the optimum pH for galactosyltransferase activity was in the 6.07.0 range. The optimum temperature for hydrolysis and transferase activity was 55-60°C and 50°C, respectively, and the enzyme showed high thermostability for the hydrolytic activity. The enzyme showed a potential for several industrial applications such as removal of 67% of the lactose from milk and 84% of the lactose from milk whey when incubated at their original pH (4.5 and 6.34, respectively) under optimum temperature conditions. When incubated with a 40% lactose solution in 150 mM McIlvaine buffer, pH 4.5, at 55°C the enzyme converted 86.5% of the lactose to its component monosaccharides. When incubated with a 60% lactose solution in the same buffer but at pH 6.5 and 50°C, the enzyme can synthetize up to 30.5% TOS, with 39.5% lactose and 30% monosaccharides remaining in the preparation.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Purification and characterization of β-Fructosidase with inulinase activity from Aspergillus niger - 245

Aspergillus niger - 245, isolado do solo mostrou boa atividade de β-frutosidase meio formulado com extrato de tubérculos de dahlia. A enzima foi purificada por precipitação em sulfato de amônia e percolada em colunas de DEAE-Sephadex A-50 e CM-celulose, produzindo um único pico em todas as fases de purificação e mantendo a relação I/S entre 0,32 a 0,39. O pH ótimo para a atividade de inulinase (I) foi encontrado entre 4,0 - 4.5 e para a atividade de invertase (S) em 2,5 e 5,0. A temperatura ótima foi de 60O.C para ambas as atividades e nenhuma perda foi observada quando mantida nesta temperatura por 30 min. Os valores de Km foram de 1,44 e 5,0, respectivamente, para I e S e os valores de Vm de 10,48 e 30,55, respectivamente. A atividade I foi fortemente inibida por Hg2+, Ag+ e 2 x 10-3 M de glicose, mas não por frutose na mesma concentração. A enzima mostrou um mecanismo de exo-ação, atuando sobre a inulina de diferentes origens. em condições de ensaio foi obtida hidrólise total de frutanas, apesar de ter mostrado maior atividade sobre a inulina de chicória que sobre as de alcachofra de Jesrusalém e dahlia, nos primeiros 30 minutos de reação. Os resultados obtidos sugerem que a enzima apresenta bom potencial para aplicações industriais na preparação de xaropes de frutose.Aspergillus niger - 245, a strain isolated from soil samples showed good β-fructosidase activity when inoculated in medium formulated with dahlia extract tubers. The enzyme was purified by precipitation in ammonium sulphate and percolated in DEAE-Sephadex A-50 and CM-cellulose columns, witch showed a single peack in all the purification steps, maintaining the I/S ratio between 0.32 to, 0.39. Optimum pH for inulinase activity (I) was between 4.0 - 4.5 and for invertase activity (S) between 2.5 and 5.0. The optimum temperature was 60O.C for both activities and no loss in activity was observed when it was maintained at this temperature for 30 min. The Km value was 1.44 and 5.0, respectively, for I and S and Vm value 10.48 and 30.55, respectively. The I activity was strongly inhibited by Hg2+ and Ag+ and 2 x 10-3 M of glucose, but not by fructose at the same concentration. The enzyme showed an exo-action mechanism, acting on the inulin of different origins. In assay conditions total hydrolysis of all the frutans was obtained, although it has shown larger activity on the chicory inulin than that one from artichoke Jerusalem and dahlia, in the first 30 min. The obtained results suggested that the enzyme presented good potential for industrial application in the preparing the fructose syrup