Adaptação do modelo metabólico IMM904 de saccharomyces cerevisiae para determinação in silico dos fluxos de produção de etanol/xilitol utilizando xilulose / Adaptation of saccharomyces cerevisiae metabolic model IMM904 for in silico determination of ethanol/xylitol production flows using xylulose

A viabilidade econômica da produção de etanol de segunda geração (2G) depende do aproveitamento de todas as frações fermentescíveis presentes (celulose e hemicelulose) em etanol. A D-xilulose, (isômero da xilose, principal componente da hemicelulose), pode ser metabolizada pela levedura S. cerevisiae produzindo etanol e/ou xilitol, dependendo das condições de cultivo empregadas. Sendo assim, é fundamental identificar as condições de cultivo que favorecem a produção de etanol. Neste trabalho, usando o software OptFlux, foi aplicado o método “parcimonious FBA” ao modelo metabólico em escala genômica iMM904 que foi modificado neste trabalho para estimar os fluxos metabólicos utilizando xilulose como fonte de carbono. Os resultados mostram que é possível predizer os fluxos do etanol com erro de 2%, e xilitol com erro de 18%. Foi constatado que para cada fluxo diferente de xilulose existe alguma condição de oxigênio que favorece a seletividade em etanol

Efeito da temperatura e do tempo no pré-tratamento hidrotérmico do bagaço de malte / Effect of temperature and time on hydrothermal pretreatment of malt bagasse

O Brasil é o terceiro maior produtor de cerveja do mundo. O bagaço de malte é o principal resíduo dessa indústria e, por ser um material lignocelulósico disponível e de baixo custo, tornou-se uma alternativa atraente para a produção de biocombustíveis e outros produtos químicos. Para este fim, neste trabalho foi estudado o pré-tratamento do bagaço de malte por um processo hidrotérmico. Em temperaturas de 160°C e 200°C durante 20 e 60 minutos o pré-tratamento hidrotérmico mostrou resultados satisfatórios na remoção da hemicelulose para um possível uso na produção de etanol de segunda geração. 

Saccharification of Orange Bagasse Pre-treated with Calcium Hydroxide using an enzymatic blend Diluted Hydrochloric Acid

A hidrólise do bagaço de laranja foi estudada por processos enzimáticos e ácido diluído. Os teores de umidade, cinzas, lignina, celulose e hemicelulose foram quantificados. A atividade das enzimas foi quantificada, bem como a temperatura e o pH ótimos. A biomassa foi pré-tratada com hidróxido de cálcio. As hidrólises seguiram um planejamento fatorial 2³ do tipo composto central. A atividade da celulase foi 28,05∙10-6 FPU (Filter Paper Units)/m3, o pH ótimo foi 4,8 e a temperatura foi 60°C. Os resultados da xilanase foram atividade de 199,58∙10-3 U/Kg, pH 5,2, e temperatura 50°C. Os valores de açucares redutores totais (ART) da hidrólise ácida variaram de (9,328 ± 0,68)∙10-3 Kg ART por Kg de biomassa a (30,15±0,31)∙10-3 Kg ART por Kg biomassa, o fator mais significativo foi a temperatura e o menos significativo, o tempo. Os valores de ART da hidrólise enzimática variaram de (77,33±3,82)∙10-3 Kg ART por Kg biomassa a (99,66±0,62)∙10-3 kg ART por Kg biomassa, o fator mais significativo foi a concentração de celulase e o menos significativo a concentração de xilanase.Enzymatic and dilute acid processes were applied to study the orange bagasse hydrolysis. The moisture, ashes, lignin, cellulose, and hemicellulose contents, of the orange peels, were quantified. The xylanase and cellulase enzymes activities  were quantified, as well as their optimum pH and temperatures. The pre dried orange peel biomass was pre-treated with calcium hydroxide, at preestablished conditions. The hydrolysis followed a central composite factorial 2³ design. The cellulase activity was 28.05x10-6 FPU (Filter Paper Units)/m3, the optimum pH was 4.8 and the temperature was 60°C. The results for xylanase were an activity of 199.58x10-3 U/Kg, pH 5.2, and temperature 50°C. The acid hydrolysis TRS (total reducing sugars) values varied from (9.328±0.68 mg)*10-3 TRS per Kg of biomass to (30.15±0.31)*10-3 mg TRS per Kg biomass, the most significant factor was the temperature and the least the time. The enzymatic hydrolysis TRS values varied from (77.33±3.82)*10-3 mg TRS per Kg biomass to (99.66±0.62)*10-3 mg TRS per Kg biomass, the most significant factor was the concentration of cellulase and the least the xylanase concentration.La hidrólisis del bagazo de naranja fue realizada por medio de un proceso enzimático con celulasas y un processo químico con ácido diluido. Las cantidades de humedad, cenizas, lignina, celulosa y hemicelulosa fueron cuantificadas. La actividad de las enzimas fue determinada a temperatura y pH optimo. La biomasa fue pretratada con hidróxido de cálcio. Los experimentos de hidrólisis fueron realizados utilizando un diseño fatorial 2³ del tipo compuesto central. La actividad de la celulasa fue de 28,05∙10-6 FPU (Filter Paper Units)/m3, con un pH optimo de 4,8 y una temperatura de 60°C. Asimismo los resultados para la actividad de xilanasas obtenidos fueron de 199,58∙10-3 U/ Kg, a pH 5,2, y temperatura 50°C. Los valores de azúcares reductores totales ART de la hidrólisis ácida variaron de (9,328 ± 0,68)*10-3 Kg ART /Kg de biomasa a (30,15±0,31)∙10-3 Kg ART/ Kg de biomasa, presentando como factor mas significativo la temperatura y como menos significativo, el tiempo. Para el caso de la hidrólisis enzimática los valores de ART variaron de (77,33±3,82)∙10-3 Kg ART/ Kg de biomasa a (99,66±0,62)∙10-3 kg ART / Kg de biomasa, siendo el fator más significativo la concentración de celulasa y el menos significativo la concentración de xilanasa

Otimização da produção de etanol 2G a partir de hexoses e pentoses

The industrial production of fuel ethanol and sugar generates the main byproduct of sugarcane bagasse, which is burned in boilers for power generation. However, as a lignocellulosic material (consisting basically of three polymers: cellulose, hemicellulose and lignin), bagasse can be reused for the production of second generation bioethanol (2G), which is a renewable and environmentally friendly biofuel. For industrial 2G bioethanol production becomes economically feasible, the use of all fermentable fractions present in the bagasse is required: C6 fraction (cellulose) and C5 fraction (hemicellulose). These fractions are subjected to hydrolysis processes that generate as main sugars glucose and xylose respectively. It is important, therefore, that the microorganism employed for the production of ethanol 2G is able to utilize all the sugars generated during the hydrolysis process. In this work we chose the yeast Saccharomyces cerevisiae to be the main microorganism used in the industrial production of ethanol, although unfortunately, this yeast is unable to ferment xylose. However, while S. cerevisiae does not use xylose, can ferment xylulose obtained by isomerization of xylose by the enzyme glucose isomerase. The objective of this study was to develop and evaluate technological alternatives for the production of ethanol 2G from hexoses and pentoses using wild S. cerevisiae. In relation to the C6 fraction, in this work two important aspects have been addressed: i) study of the operation regime of a fed-batch reactor enzymatic hydrolysis of the C6 fraction of bagasse from sugarcane, yielding values of final glucose concentration of 200 g.L-1, higher than 45 g.L-1 achieved in batch reactor; ii) kinetic modeling of complex systems (enzymatic hydrolysis of lignocellulosic substrates), in which an interpolator was developed using fuzzy logic as an important tool to represent the processes of enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials for rugged and reliable manner. Now, in relation to the C5 fraction initially applied simple techniques of Evolutionary Engineering, leading to the selection of a different strain of S. cerevisiae, adapted to assimilate xylulose in minimal medium and characterized by reduced formation of xylitol, which demonstrated a selectivity of ~7 getanol.gxilitol -1, significantly higher than the selectivity achieved by the wild strain of ~2 getanol.gxilitol -1. The selected strain was studied in batch cultures conducted in bench scale reactor under different conditions of oxygen limitation. It was found that the production of ethanol is favored over the formation of xylitol, keeping the flow of consumed xylulose above 0,5 mmol.gMS -1.h-1 for flow of oxygen consumption of 0.1 mmol.gMS -1.h-1, reaching in this condition selectivities around 4 getanol.gxilitol -1. For zero flow of oxygen (anaerobic culture) or above 0,3 mmol.gMS -1.h-1, ethanol production is drastically reduced , regardless of the flow xylulose assimilated by the cells.Universidade Federal de Sao CarlosA produção industrial de etanol combustível e de açúcar gera como principal subproduto o bagaço de cana de açúcar, que é queimado nas caldeiras para geração de energia. Entretanto, por ser um material lignocelulósico (constituído basicamente por três polímeros: celulose, hemicelulose e lignina), o bagaço pode ser reaproveitado para a produção de bioetanol de segunda geração (2G), que é um biocombustível renovável e ambientalmente amigável. Para que a produção industrial de etanol 2G se torne economicamente viável, é necessário o aproveitamento de todas as frações fermentescíveis presentes no bagaço de cana: fração C6 (celulose) e fração C5 (hemicelulose). Estas frações são submetidas a processos de hidrólise que geram como principais açúcares glicose e xilose respetivamente. É importante, portanto, que o microrganismo empregado para a produção de etanol 2G seja capaz de utilizar todos os açúcares gerados no processo de hidrólise. Neste trabalho foi escolhida a levedura Saccharomyces cerevisiae por ser o principal microrganismo utilizado na produção industrial de álcool combustível, embora, infelizmente, esta levedura seja incapaz de fermentar xilose. No entanto, embora S. cerevisiae não utilize xilose, pode fermentar a xilulose obtida pela isomerização de xilose pela enzima xilose isomerase conhecida industrialmente como glicose isomerase. Assim, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar alternativas tecnológicas para a produção de etanol 2G a partir de hexoses e pentoses, utilizando S. cerevisiae selvagem. Em relação à Fração C6, neste trabalho foram abordados dois aspectos importantes: i) estudo da operação em regime de batelada alimentada de um reator de hidrólise enzimática da fração C6 do bagaço de cana de açúcar, obtendo-se valores de concentração final de glicose de cerca de 200 g.L-1, superiores aos 45 g.L-1 alcançados em reator operado em bateladas simples; ii) modelagem cinética de sistemas complexos (hidrólise enzimática de substratos lignocelulósicos), no qual foi desenvolvido um interpolador utilizando a lógica fuzzy como uma ferramenta importante para representar os processos de hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos de forma robusta e confiável. Já em relação à Fração C5, inicialmente aplicou-se técnicas simples de Engenharia Evolutiva, levando à seleção de uma linhagem diferenciada de S. cerevisiae, adaptada à assimilação de xilulose em meio mínimo e caracterizada por reduzida formação de xilitol, a qual apresentou uma seletividade de ~7 getanol.gxilitol -1, valor significativamente superior à seletividade alcançada pela linhagem selvagem, de ~2 getanol.gxilitol -1. A linhagem selecionada foi então estudada em cultivos em batelada conduzidos em biorreator de bancada, sob diferentes condições de limitação por oxigênio. Verificou-se que a produção de etanol é favorecida, em detrimento da formação de xilitol, mantendo-se o fluxo de xilulose consumida acima de 0,5 mmol.gMS -1.h-1, para fluxo de oxigênio consumido de 0,1 mmol.gMS -1.h-1, alcançando-se nessa condição seletividades em torno de 4 getanol.gxilitol -1. Para fluxos de oxigênio nulo (cultivo anaeróbio) ou acima de 0,3 mmol.gMS -1.h-1, a produção de etanol é drasticamente reduzida, independentemente do fluxo de xilulose assimilado pelas células

Assessment of the metabolism of different strains of Bacillus megaterium

Bacillus megaterium is a promising host for expression of heterologous proteins. This paper reports the nutrient consumption patterns and production of metabolites for three different strains of B. megaterium, ATCC 14945, QMB 1551 and PV 361, which is QMB 1551 with seven constitutive plasmids deleted. 14 h cultivations in agitated flasks were run, for two different media: A (LB plus 10g/L glucose) and B (medium A, with the yeast extract replaced by tryptone). Strains PV361 and QMB 1551 showed higher maximum specific growth rates in medium B, reaching 0.42 h-1 and 0.48 h-1 respectively. The main by-products of the glucose overflow mechanism were acetate and lactate, for all three strains, which had preferential amino acids for substrate: Ala, Asp, Glu, Ser. No production of alcohols was detected

XV International Congress of Control Electronics and Telecommunications: "The role of technology in times of pandemic and post-pandemic: innovation and development for strategic social and productive sectors"

La anterior selección, motivados por la aseveración de Manuel Castells -hace casi 20 años ya- que la innovación y la difusión de la tecnología parecía ser la herramienta apropiada para el desarrollo en la era de la información. Este 2020, sin embargo, ante la situación disruptiva que aquejó y aqueja a la sociedad red como una estructura social emergente de la Era de la Información basada en redes de producción, energizadas por el poder y la experiencia; falló y debe reencontrar su rumbo. Es así que los problemas acuciantes, ahora, fueron: la atención sanitaria y la superación de la epidemia de Sars Cov 2; tomó forma la, hasta entonces, visión irrealista de Castells que … no podemos avanzar con nuestros modelos de desarrollo actual, destruyendo nuestro entorno y excluyendo a la mayor parte de la humanidad de los beneficios de la revolución tecnológica más extraordinaria de la historia, sin sufrir una devastadora reacción por parte de la sociedad y la naturaleza. Fue así que el Cuarto Mundo, específicamente, donde la suficiencia de recurso humano, de capital, trabajo, información y mercado -vinculados todos a través de la tecnología- supuso que atendería eficazmente a través de la población que podía por su capacidad hacer uso racional y profesional del conocimiento, las necesidades de la mayoritaria población vulnerable y vulnerada. Por lo anterior, poner en el centro a las personas, en entornos de tarea y trabajo globales hiperconectados combinando espacios físicos, corrientes de información con canales de conexión expeditos, y formando profesionales del conocimiento que asuman y afronten los retos derivados de la transformación digital de empresas, universidades, y organizaciones, pero en condiciones de equidad y sujetos de prosperidad, será el desafío en los escenarios presentes y futuros inmediatos.The previous selection, motivated by the assertion of Manuel Castells -almost 20 years ago- that innovation and diffusion of technology seemed to be the appropriate tool for development in the information age. This 2020, however, in the face of the disruptive situation that afflicted and continues to afflict the network society as an emerging social structure of the Information Age based on production networks, energized by power and experience; He failed and must find his way again. Thus, the pressing problems now were: health care and overcoming the Sars Cov 2 epidemic; Castells' until then unrealistic vision took shape that... we cannot advance with our current development models, destroying our environment and excluding the majority of humanity from the benefits of the most extraordinary technological revolution in history, without suffering a devastating reaction from society and nature. It was thus that the Fourth World, specifically, where the sufficiency of human resources, capital, work, information and market - all linked through technology - meant that it would serve effectively through the population that could, due to its capacity, make rational use. and knowledge professional, the needs of the majority vulnerable and vulnerable population. Therefore, putting people at the center, in hyperconnected global task and work environments, combining physical spaces, information flows with expedited connection channels, and training knowledge professionals who assume and face the challenges derived from the digital transformation of companies, universities, and organizations, but in conditions of equality and subject to prosperity, will be the challenge in the present and immediate future scenarios.Bogot