Reacciones positivas falsas de bacterias coliformes : debidas a la levadura Kluyveromyces lactis

p.139-143

Definição do modo de operação, descontínuo ou semi-descontínuo, para produção de bioetanol utilizando um novo substrato misto pela levedura Kluyveromyces sp.

Dissertação de mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Imobilização da inulinase de Klyveromyces marxianus var. bulgaricus ATCC 16045: caracterização e produção de açúcar invertido em biorreator

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Development of a stable continuous flow immobilized enzyme reactor for the hydrolysis of inulin

A 23.5-fold purified exoinulinase with a specific activity of 413 IU/mg and covalently immobilized on Duolite A568 has been used for the development of a continuous flow immobilized enzyme reactor for the hydrolysis of inulin. In a packed bed reactor containing 72 IU of exoinulinase from Kluyveromyces marxianus YS-1, inulin solution (5%, pH 5.5) with a flow rate of 4 mL/h was completely hydrolyzed at 55 °C. The reactor was run continuously for 75 days and its experimental half-life was 72 days under the optimized operational conditions. The volumetric productivity and fructose yield of the reactor were 44.5 g reducing sugars/L/h and 53.3 g/L, respectively. The hydrolyzed product was a mixture of fructose (95.8%) and glucose (4.2%) having an average fructose/glucose ratio of 24. An attempt has also been made to substitute pure inulin with raw Asparagus racemosus inulin to determine the operational stability of the developed reactor. The system remained operational only for 11 days, where 85.9% hydrolysis of raw inulin was achieved.

Produção de bioetanol a partir de pedúnculo de caju (Anacardium occidentale L.) por fermentação submersa

Recently, global demand for ethanol fuel has expanded very rapidly, and this should further increase in the near future, almost all ethanol fuel is produced by fermentation of sucrose or glucose in Brazil and produced by corn in the USA, but these raw materials will not be enough to satisfy international demand. The aim of this work was studied the ethanol production from cashew apple juice. A commercial strain of Saccharomyces cerevisiae was used for the production of ethanol by fermentation of cashew apple juice. Growth kinetics and ethanol productivity were calculated for batch fermentation with different initial sugar (glucose + fructose) concentration (from 24.4 to 103.1 g.L-1). Maximal ethanol, cell and glycerol concentrations (44.4 g.L-1, 17.17 g.L-1, 6.4 g.L-1, respectively) were obtained when 103.1 g.L-1 of initial sugar concentration were used, respectively. Ethanol yield (YP/S) was calculated as 0.49 g (g glucose + fructose)-1. Pretreatment of cashew apple bagasse (CAB) with dilute sulfuric acid was investigated and evaluated some factors such as sulfuric acid concentration, solid concentration and time of pretreatment at 121°C. The maximum glucose yield (162.9 mg/gCAB) was obtained by the hydrolysis with H2SO4 0.6 mol.L-1 at 121°C for 15 min. Hydrolysate, containing 16 ± 2.0 g.L-1 of glucose, was used as fermentation medium for ethanol production by S. cerevisiae and obtained a ethanol concentration of 10.0 g.L-1 after 4 with a yield and productivity of 0.48 g (g glucose)-1 and 1.43 g.L-1.h-1, respectively. The enzymatic hydrolysis of cashew apple bagasse treated with diluted acid (CAB-H) and alkali (CAB-OH) was studied and to evaluate its fermentation to ethanol using S. cerevisiae. Glucose conversion of 82 ± 2 mg per g CAB-H and 730 ± 20 mg per g CAB-OH was obtained when was used 2% (w/v) of solid and loading enzymatic of 30 FPU/g bagasse at 45 °C. Ethanol concentration and productivity was achieved of 20.0 ± 0.2 g.L-1 and 3.33 g.L-1.h-1, respectively when using CAB-OH hydrolyzate (initial glucose concentration of 52.4 g.L-1). For CAB-H hydrolyzate (initial glucose concentration of 17.4 g.L-1), ethanol concentration and productivity was 8.2 ± 0.1 g.L-1 and 2.7 g.L-1.h-1, respectively. Hydrolyzates fermentation resulted in an ethanol yield of 0.38 g/g glucose and 0.47 g/g glucose, with pretreated CABOH and CAB-H, respectively. The potential of cashew apple bagasse as a source of sugars for ethanol production by Kluyveromyces marxianus CE025 was evaluated too in this work. First, the yeast CE025 was preliminary cultivated in a synthetic medium containing glucose and xylose. Results showed that it was able to produce ethanol and xylitol at pH 4.5. Next, cashew apple bagasse hydrolysate (CABH) was prepared by a diluted sulfuric acid pre-treatment. The fermentation of CABH was conducted at pH 4.5 in a batch-reactor, and only ethanol was produced by K. marxianus CE025. The influence of the temperature in the kinetic parameters was evaluated and best results of ethanol production (12.36 ± 0.06 g.L-1) was achieved at 30 ºC, which is also the optimum temperature for the formation of biomass and the ethanol with a volumetric production rate of 0.25 ± 0.01 g.L-1.h-1 and an ethanol yield of 0.42 ± 0.01 g/g glucose. The results of this study point out the potential of the cashew apple bagasse hydrolysate as a new source of sugars to produce ethanol by S. cerevisiae and K. marxianus CE025. With these results, conclude that the use of cashew apple juice and cashew apple bagasse as substrate for ethanol production will bring economic benefits to the process, because it is a low cost substrate and also solve a disposal problem, adding value to the chain and cashew nut production

Imobilização multipontual de invertase e inulinase em suportes sólidos: caracterização físico-cinética dos derivados estabilizados

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Studio di termoresistenza di lieviti fermentativi

In anni recenti il potenziale degradativo dei lieviti nelle bevande ha assunto un’importanza crescente a causa degli importanti danni economici ad essi associati e i produttori sono sempre più attenti a queste problematiche, anche in relazione alla tendenza di ridurre i trattamenti termici, in una strategia di risparmio energetico e di riduzione del danno termico organolettico. L’obiettivo dell’elaborato è stato quello di testare la termoresistenza di diversi ceppi di lieviti che possono costituire un rischio per bevande di fantasia: sette appartenenti alla specie Saccharomyces cerevisiae, tre Zygosaccharomyces, un ceppo di Saccharomycodes ludwigii, uno di Schizosaccharomyces pombe e uno di Kluyveromyces marxianus. Le prove di termoresistenza sono state condotte in vitro utilizzando terreno di coltura impiegando temperature di 55°C, 60°C e 65°C e i dati sono stati modellati con l’equazione di Weibull per ottenere le curve di morte termica dei diversi ceppi. Questo modello permette di tenere conto dell’approccio vitalistico dell’interazione tra temperatura e cellula e descrive l’inattivazione microbica come risultato del fallimento delle cellule nel contrastare le condizioni ostili dovute all’alta temperatura. I risultati hanno dimostrato che i ceppi erano caratterizzati da termoresistenza molto variabile. In generale, tra le specie non Saccharomyces, i più resistenti erano K. marxianus e Sch. Pombe mentre tra i Saccharomyces il più resistente era il ceppo SPA, isolato in uno stabilimento di bevande e responsabile di un incidente industriale che ha portato all’alterazione di oltre 500000 bottiglie di bibite gassate. Questo screening preliminare per la valutazione della termoresistenza ad un potenziale trattamento industriale ha permesso di individuare i lieviti più resistenti che saranno poi oggetto di un successivo studio in cui verranno tenuti presenti altri fattori tecnologici e di prodotto per poi potersi muovere in un ambiente industriale.

Ethanol production from brown seaweed using non-conventional yeasts

The use of macroalgae (seaweed) as a potential source of biofuels has attracted considerable worldwide interest. Since brown algae, especially the giant kelp, grow very rapidly and contain considerable amounts of polysaccharides, coupled with low lignin content, they represent attractive candidates for bioconversion to ethanol through yeast fermentation processes. In the current study, powdered dried seaweeds (Ascophylum nodosum and Laminaria digitata) were pre-treated with dilute sulphuric acid and hydrolysed with commercially available enzymes to liberate fermentable sugars. Higher sugar concentrations were obtained from L. digitata compared with A. nodosum with glucose and rhamnose being the predominant sugars, respectively, liberated from these seaweeds. Fermentation of the resultant seaweed sugars was performed using two non-conventional yeast strains: Scheffersomyces (Pichia) stipitis and Kluyveromyces marxianus based on their abilities to utilise a wide range of sugars. Although the yields of ethanol were quite low (at around 6 g/L), macroalgal ethanol production was slightly higher using K. marxianus compared with S. stipitis. The results obtained demonstrate the feasibility of obtaining ethanol from brown algae using relatively straightforward bioprocess technology, together with non-conventional yeasts. Conversion efficiency of these non-conventional yeasts could be maximised by operating the fermentation process based on the physiological requirements of the yeasts.

Obtenção e caracterização de queratinase de bacillus sp. P45 a partir de coprodutos e aplicação na produção de queijos cremosos enriquecidos com chia e quinoa

As proteases constituem 60-65% do mercado global das enzimas industriais e são utilizadas na indústria de alimentos no processo de amaciamento de carne, na síntese de peptídeos, preparo de fórmulas infantis, panificação, cervejarias, produtos farmacêuticos, diagnósticos médicos, como aditivos na indústria de detergentes e na indústria têxtil no processo de depilação e transformação do couro. Proteases específicas produzidas por micro-organismos queratinolíticos são chamadas de queratinases e distinguem-se de outras proteases pela maior capacidade de degradação de substratos compactos e insolúveis como a queratina. Atualmente, processos que apontem o uso total das matérias-primas e que não resultem em impactos negativos ao meio ambiente tem ganhado destaque. Dentro desta temática, destacam-se a reutilização da farinha de penas residual durante o cultivo do Bacillus sp. P45 para produção de proteases e a biomassa residual de levedura, ambas com elevados teores de proteínas, podendo ser utilizadas no cultivo do Bacillus sp. P45 para obtenção de proteases. O objetivo deste trabalho foi obter a enzima queratinase purificada em grandes quantidades, sua caracterização, bem como a sua aplicação em processos de coagulação enzimática do leite para o desenvolvimento de um queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa. Além disso, aplicar diferentes coprodutos para produção de enzimas proteolíticas e queratinolíticas. A presente tese foi dividida em quatro artigos: no primeiro foi realizado a obtenção da queratinase purificada em maiores quantidades e a determinação dos parâmetros de estabilidade térmica e a influência de componentes químicos na atividade enzimática. A obtenção da enzima em maiores quantidades alcançou fatores de purificação de 2,6, 6,7 e 4,0 vezes, paras 1º SAB, 2º SAB e diafiltração, respectivamente. A recuperação enzimática alcançou valores de 75,3% para o 1º SAB, 75,1% no 2º sistema e 84,3% na diafiltração. A temperatura de 55ºC e o pH 7,5 foram determinados como ótimos para atividade da enzima queratinase. O valor da energia de desativação (Ed) médio foi de 118,0 kJ/mol e os valores de z e D variaram de 13,6 a 18,8ºC, e 6,9 a 237,3 min, respectivamente. Além disso a adição de sais (CaCl2, CaO, C8H5KO4 e MgSO4) elevou a atividade da enzima na presença destes compostos. O segundo artigo apresenta a aplicação da queratinase como coagulante de leite bovino e sua aplicação na obtenção de queijo cremoso enriquecido com chia e quinoa. A enzima mostrou atividade de coagulação semelhante ao coagulante comercial, na concentração de 30mg/mL. A enzima purificada foi empregada de forma eficiente na fabricação do queijo cremoso, que apresentou valores de pH de 5,3 e acidez de 0,06 a 0,1 mol/L, com elevação durante os 25 dias de armazenamento. O terceiro artigo apresenta o perfil do queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa, o qual apresentou alto índice de retenção de água (>99,0%) e baixos valores de sinérese (<0,72%). Elevados teores de fibras foi verificado (3,0 a 5,0%), sugerindo seu consumo como fonte de fibras. As análises microbiológicas foram de acordo com a legislação vigente. Na análise sensorial foi verificado altos valores de suavidade ao paladar e verificado maiores valores de consistência e untabilidade nas amostras com maiores concentrações de nata e quinoa. O quarto artigo traz a extração de β-galactosidase por ultrassom e o uso da biomassa residual da levedura, bem como o uso de farinha de penas residuais como substrato para obtenção de proteases. O ultrassom foi eficiente para ruptura celular e extração de β-galactosidase, apresentando alta atividade (35,0 U/mL) e rendimento (876,0 U/g de biomassa). A maior atividade proteolítica (1300 U/mL em 32 h) e queratinolítica (89,2 U/mL) verificadas ocorreram utilizando-se a biomassa e a farinha de penas residuais, respectivamente. Maior produtividade proteolítica (40,8 U/mL/h) foi verificado no meio utilizando biomassa residual como substrato. Já a maior produtividade queratinolítica (2,8 U/mL/h) foi alcançada utilizando farinha de penas reutilizada.

Produção de bioetanol, usando soro do queijo como fonte de carbono. Screening de uma estirpe de levedura competente

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Transformação direta de lamas primárias papeleiras em bioprodutos: um desafio à bioengenharia

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Synthesis of galacto-oligosaccharide from lactose using beta-galactosidase from Kluyveromyces lactis: studies on batch and continuous UF membrane-fitted bioreactors

A study of galacto-oligosaccharides (GOS) synthesis from lactose with beta-galactosidase from Kluyveromyces lactis (Maxilact(R) L2000) was carried out. The synthesis was performed using various initial lactose concentrations ranging from 220 to 400 mg/mL and enzyme concentrations ranging from 3 to 9 U/mL, and was investigated at 40degreesC and pH 7, in a stirred-tank reactor. In the experimental range examined, the results showed the amount of GOS formed depended on lactose concentration but not on enzyme concentration. Galactose was a competitive inhibitor, while glucose was a non-competitive inhibitor. In a further study, a laboratory-scale reactor system, fitted with a 10-kDa NMWCO composite regenerated cellulose membrane, was used in a continuous process. The reactor was operated in cross-flow mode. The effect of operating pressures on flux and productivity was investigated by applying different transmembrane pressures to the system. The continuous process showed better production performance compared to the batch synthesis with the same lactose and enzyme concentrations at 40degreesC, pH 7. Comparison of product structures from batch and continuous processes, analyzed by HPAEPAD and methylation analysis, showed similarities but differed from the structures found in a commercial GOS product (Vivinal(R)GOS). (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

Effect of divalent metal ions on the activity and stability of β-galactosidase isolated from Kluyveromyces lactis

In this study, it was demonstrated that β-galactosidase can be deactivated and reactivated with EDTA and divalent metal ions. The enzyme was deactivated after 20 minutes in EDTA solution. Maximal deactivation at the lowest EDTA concentration (10-3 mol.L-1) occurred in the presence of Tris-HCl buffer (pH 7.0). The enzyme recovered 50% of its initial activity after 10 minutes at Mg2+concentrations higher than 0.1 mmol.L-1. Experimental concentrations of 0.1 mmol.L-1 Mn2+ and 1.0 mmol.L-1 Co2+ were sufficient to reactivate the enzyme to around 300% of the control activity for the Mn2+ ion and nearly 100% for the Co2+ ion. The enzyme gradually lost its activity when the Co2+ concentration was 10-2 mol.L-1. Ni2+ and Zn2+ were unable to restore the catalytic activity. Km app and Vmax app were 1.95 ± 0.05 mmol.L-1 and 5.40 ± 0.86x10-2 mmol.min-1.mg-1, with o-NPG as substrate. Optimal temperature and pH were 34oC and 7.5. The half-life (t1/2) at 30°C was 17.5 min for the holoenzyme and 11.0 min for the apoenzyme. With respect to pH variation, the apoenzyme proved to be more sensitive than the holoenzyme. Keywords: β-galactosidase. Divalent metallic ions. Enzyme activity. Stability. RESUMO Efeito de íons metálicos divalentes na atividade e estabilidade da β-galactosidase isolada de Kluyveromyces lactis Este estudo demonstra como a β-galactosidase pode ser desativada e reativada usando EDTA e íons metálicos divalentes. A enzima foi desativada após 20 minutos na presença de EDTA. Desativação máxima para a menor concentração de EDTA (10-3 mol.L-1) ocorreu na presença do tampão Tris-HCl. A enzima recuperou 50% de sua atividade inicial após 10 minutos na presença de Mg2+ em concentrações superiores a 0,1mmol.L-1. Concentrações de 10-4 e 10-3mol.L-1 de Mn2+ e Co2+ foram suficientes para reativar a enzima em 300% comparado ao controle de íons Mn2+ e aproximadamente 100% para íons Co2+. A enzima perdeu gradualmente a sua atividade quando a concentração foi de 10-2 mol.L-1. Ni2+ e Zn2+ foram incapazes de restabelecer a atividade catalítica. Km app e Vmax app foram 1,95 ± 0,05 mmol.L-1 e 5,40 ± 0,86 x 10-2 mmol.min-1.mg-1. A temperatura e pH ótimos foram 34ºC e 7,5. A meia vida da holoenzima foi de 17,5 min a 30ºC e para a apoenzima foi de 11,0 min a 30ºC. Quanto à variação de pH, a apoenzima provou ser mais sensível que a holoenzima. Palavras-chave: β-galactosidase. Íons metálicos divalentes. Atividade enzimática. Estabilidade.