Production of biomass by whey to ribonucleotides obtention

Orientador: Ranulfo Monte AlegreTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosDoutoradoDoutor em Engenharia de Alimento

Production of hyaluronic acid by Streptococcus : study of the fermentation and characterization of the product

Orientador: Maria Helena Andrade SantanaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Neste trabalho estudou-se a produção de ácido hialurônico (AH) por via microbiana, correlacionando-se as variáveis do processo com a produtividade e propriedades do produto. Foram utilizas cepas de Streptococcus em fermentações descontínuas, e buscou-se obter o AH de massa molar elevada, da ordem de milhões de Da, com alta viscosidade e viscoelasticidade. Essas propriedades são requeridas para as aplicações médicas do AH no tratamento de doenças degenerativas e inflamatórias das articulações dos ossos, na reposição do fluido sinovial e como veículo de liberação de fármacos em implantes cirúrgicos. Foram avaliadas três cepas de mutantes de Streptococcus (S. equi, ATCC 39506 e 6580, e S. zooepidemicus ATCC 39920), crescidas em meio de cultura composto de glicose, extrato de leveduras e sais. A maior produção do AH com alta viscosidade e viscoelasticidade foi obtida com a cepa ATCC 39920. O planejamento fatorial completo de experimentos 22, foi utilizado para otimização do meio de cultura e indicou a maior produtividade para a razão mássica 1:1 entre as fontes de carbono (glicose) e nitrogênio (extrato de leveduras). O suprimento de oxigênio ao meio de cultura foi o principal fator para a produção do AH com as propriedades desejadas. A melhor produção foi 3,75 g/L, obtida a 2,0 vvm e agitação 150 rpm em 2,5 L de meio. O AH produzido apresentou viscosidade 913 cP, módulo elástico 73,1 Pa e massa molar 3,2 x 106 Da. O corte na alimentação de oxigênio causou despolimerização reduzindo a viscosidade e viscoelasticidade do AH. A determinação do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio permitiu caracterizar o suprimento adequado de oxigênio ao longo da fermentação. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade da produção do AH por fermentação submersa e contribuem para o entendimento dos mecanismos envolvidos na sua formação e polimerizaçãoAbstract: This work studied the production of hyaluronic acid (HA) by microbial route correlating variables of the process with productivity and physico-chemical properties of the product. Strains of Streptococcus were used in batch fermentations, aiming to obtain HA with high molecular weight, in the range o millions, high viscosity and viscoelasticity. Those properties are requested for medical applications of HA in the treatment of degenerative and inflammatory diseases of joints, as well as in the replacement of the sinovial fluid and as vehicle for drug delivery in surgical implants. Initially, the performance of three strains of mutants of Streptococcus (S. equi, ATCC 39506 and 6580, and S. zooepidemicus ATCC 39920), grown in medium of culture composed of glucose, yeast extract and salts were evaluated. The largest production of HA with viscous properties and viscoelasticity was obtained with the strain ATCC 39920. Secondly, a complete factorial planning of experiments 22 using the selected strain was performed aiming optimization the culture medium. The largest productivity was obtained for 1:1 (w/w) ratio between the sources of carbon (glucose) and nitrogen (yeast extract). The supplying of oxygen to the culture medium was the limiting factor to the production of AH with the required properties. The best production obtained was 3.75 g/L, using 2.0 vvm and 150 rpm agitation in 2.5 L medium. The AH produced had viscosity 913 cP, elastic module 73.1 Pa and molecular weight 3.2 x 106 Da. The interruption in the feeding of oxygen reduced the viscosity and viscoelasticity of HA, due to depolymerization. The determination of the volumetric coefficient for oxygen transfer allowed to detect changes in medium along fermentation. The obtained results demonstrate the potentiality of the production of HA by submerged fermentation and also contribute to the understanding of the mechanisms involved in HA formation and polymerizationDoutoradoDesenvolvimento de Processos BiotecnologicosDoutor em Engenharia Químic

Extração de proteinas com potencial alergenico da biomassa de Drechslera (Helminthosporium) monoceras produzida por fermentação em estado solido

Orientador: Maria Helena Andrade SantanaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia QuimicaMestrad

Célula combustível microbial: Uma revisão narrativa sobre a geração de energia e produção de biopolímeros / Microbial Fuel cell: A narrative review about Power generation and production of biopolymers

Os altos níveis de poluição e escassez de combustíveis fósseis têm acelerado a demanda pela consolidação de tecnologias de energia limpa. Especificamente, os Sistemas Bioeletroquímicos (BES) têm se mostrado uma alternativa como biorrefinaria para produção de energia. A existência de mais de um mecanismo de ação microbiológica permite a ocorrência de múltiplas linhas de pesquisa inerentes à BES, dentre essas diferentes possibilidades, as células a combustível microbiológicas (MFC) serão o mecanismo adotado nesta revisão narrativa por serem as BES mais estudadas. O funcionamento do MFC é baseado na degradação da matéria orgânica no compartimento anódico por um biofilme fixado ao eletrodo. O biofilme, além de se apresentar como vital para a transferência eletrônica entre o microrganismo e o eletrodo, ainda é responsável pela produção de biopolímeros. Os fatores limitantes dessa tecnologia são a baixa produção de energia por unidade de área do ânodo e os custos do material, mas uma vez superada, tem potencial para ser aplicada como uma solução amigável para tratamento de efluentes, usina de energia sustentável e biorrefinaria de biopolímeros. A matéria orgânica residual gera simultaneamente energia e um bioproduto com possível valor agregado de mercado, tanto financeiro quanto ambiental, pelos benefícios trazidos pela substituição do polímero petroquímico pelo biopolímero. Isso torna o MFC um destaque global em pesquisas para habilitar, otimizar e esclarecer os caminhos para uma nova era de energia mais sustentável

Estudo da reação fotocatalítica na degradação de compostos fenólicos em efluente / Study of photocatalytic reaction in the degradation of phenolic compounds in effluent

 Os processos industriais geram grandes quantidades de águas residuais com complexidade cada vez maior. Para que estas sejam lançadas no meio ambiente, necessitam da remoção dos contaminantes. No processamento do petróleo, por exemplo, uma gama de componentes de difícil degradação é gerada. Entre estes, os fenóis vem despertando interesse na comunidade científica por serem classificados como poluentes orgânicos prioritários por sua toxicidade ao homem e a biota. O trabalho consiste em estudar as principais variáveis para a redução e/ou mineralização de compostos fenólicos através do tratamento químico. Com pH do efluente original (aproximadamente 7), 5 g L-1 de areia (contendo TiO2) e com 22 mg L-1 do oxidante peróxido de hidrogênio o valor de degradação do teor total de fenol foi em torno de 90% em 60 minutos de reação. A quantificação de fenóis se deu através do método padrão direto da 4-aminoantipirina no comprimento de onda 510 nm em espectrofotômetro ultravioleta. As reações foram realizadas em reator com lâmpada UV-C germicida de 95 W.

Estudo da reação fotocatalítica na degradação de compostos fenólicos em efluente / Photocatalytic reaction study on water phenomic compound degradation

Os processos industriais geram grandes quantidades de águas residuais com complexidade cada vez maior. Para que estas sejam lançadas no meio ambiente, necessitam da remoção dos contaminantes. No processamento do petróleo, por exemplo, uma gama de componentes de difícil degradação é gerada. Entre estes, os fenóis vem despertando interesse na comunidade científica por serem classificados como poluentes orgânicos prioritários por sua toxicidade ao homem e a biota. O trabalho consiste em estudar as principais variáveis para a redução e/ou mineralização de compostos fenólicos através do tratamento químico. Com pH do efluente original (aproximadamente 7), 5 g L-1 de areia (contendo TiO2) e com 22 mg L-1 do oxidante peróxido de hidrogênio o valor de degradação do teor total de fenol foi em torno de 90% em 60 minutos de reação. A quantificação de fenóis se deu através do método padrão direto da 4-aminoantipirina no comprimento de onda 510 nm em espectrofotômetro ultravioleta. As reações foram realizadas em reator com lâmpada UV-C germicida de 95 W.

Produção de biocompostos a partir de célula combustível microbiológica / Production of biocomposites from microbiological fuel cell

As células combustíveis microbiológicas são uma tecnologia promissora que utiliza matéria orgânica como substrato para bactérias exoeletrogênicas, proporcionando a geração de eletricidade e o tratamento de efluentes. Ao realizar esta conversão, diferentes compostos podem ser produzidos através do metabolismo bacteriano, no entanto, ainda são pouco explorados. Dessa forma, este estudo visa a construção e operação da célula combustível microbiológica (CCM) inoculada com o sedimento da dragagem do estuário da Lagoa dos Patos para produzir biocompostos. A CCM foi confeccionada com placas de acrílico e volume total de 2 L, inoculada com 70% de sedimento e 30% com meio de cultivo, mantida em câmara termostatizada a 35 °C e pH do compartimento anódico ajustado entre 6,8 e 7,5. A CCM foi alimentada com reciclo total de células e CH3COOH como fonte de carbono. Após estabilização da voltagem foi realizada a curva de polarização. Foram retirados 0,3 L do anodo e submetidos à extração do biocomposto - over night- com etanol 100% (1:1,5 v/v). O precipitado foi centrifugado e purificado por sucessivas lavagens com água e etanol (1:1,5 v/v). O sólido resultante foi seco à 105°C e analisado por espectroscopia de infravermelho. Após 20 dias foi gerada uma diferença de potencial elétrico máximo de 0,72 V, com resistência externa de 1000 ?. A densidade de potência máxima foi de 237 mW/m² com a resistência externa de 150 ?. Na identificação do biocomposto verificou-se a presença de ligações químicas características de ácido carboxílico, éster, aril-cetona e amida terciária. Assim, foi possível a geração de energia e simultaneamente produzir um composto de valor agregado

Avaliação da resistência externa na geração de energia elétrica por célula combustível microbiológica/ Evaluation of external resistance in the generation of electric energy by microbiological fuel cell

O objetivo deste trabalho foi estudar a influência da resistência externa na geração de energia a partir de uma célula combustível microbiológica (CCM) de câmara dupla inoculada com o sedimento do estuário da Lagoa dos Patos. A CCM foi confeccionada com placas de acrílico que constituem o compartimento anódico e catódico, ambos com volumes iguais a 1 L, separados por uma membrana catiônica e com a presença de uma placa de grafite como eletrodo do sistema. O compartimento anódico é alimentado com substrato CH3COOH, mantido sob agitação constante, temperatura de 35 ºC e pH 7,5. A voltagem gerada pelo sistema é medida por um microcontrolador Arduino, responsável pela aquisição e armazenamento dos dados. No startup foi utilizada uma resistência externa de 1000 Ω, que foi reduzida para 56 Ω após a curva de polarização e resultou na potência máxima no sistema de 335,32 mW/m². Assim, pode-se concluir que a CCM converte diretamente energia química em eletricidade através do uso de bactérias exoeletrogênicas, o que a torna uma tecnologia promissora para ser usada como alternativa aos combustíveis fósseis na geração de energia, além de reduzir o impacto ambienta

Efeito do processo contínuo sem reciclo de biomassa na operação de células de combustível microbiológicas

As células de combustível microbiológicas (CCM) surgem com a intenção de associar proteção ambiental, geração de energia e valoração de resíduos. A geração biológica de eletricidade busca complementar a futura matriz energética, com a conversão direta dos resíduos gerados pela atividade industrial e urbana em energia elétrica. Este trabalho teve como objetivo a avaliação da aplicação do regime contínuo sem reciclo de células (processo de lavagem) na seleção de micro-organismos produtores de energia elétrica e no estabelecimento do processo de geração biológica. Para isto, foram estudadas duas condições operacionais antes do processo de lavagem e duas depois deste. Com a operação da CCM sob regime contínuo foi possível intensificar a geração de eletricidade, incrementando a relação entre a corrente elétrica produzida por concentração de biomassa de 0,079 para 0,383 mA/m2.gST, resultado da seleção de micro-organismos exoeletrogênicos