Hydrogen and Methane Production, Energy Recovery, and Organic Matter Removal from Effluents in a Two-Stage Fermentative Process

This study evaluates the potential for using different effluents for simultaneous H-2 and CH4 production in a two-stage batch fermentation process with mixed microflora. An appreciable amount of H-2 was produced from parboiled rice wastewater (23.9 mL g(-1) chemical oxygen demand [COD]) and vinasse (20.8 mL g(-1) COD), while other effluents supported CH4 generation. The amount of CH4 produced was minimum for sewage (46.3 mL g(-1) COD), followed by parboiled rice wastewater (115.5 mL g(-1) COD) and glycerol (180.1 mL g(-1) COD). The maximum amount of CH4 was observed for vinasse (255.4 mL g(-1) COD). The total energy recovery from vinasse (10.4 kJ g(-1) COD) corresponded to the maximum COD reduction (74.7 %), followed by glycerol (70.38 %, 7.20 kJ g(-1) COD), parboiled rice wastewater (63.91 %, 4.92 kJ g(-1) COD), and sewage (51.11 %, 1.85 kJ g(-1) COD). The relatively high performance of vinasse in such comparisons could be attributed to the elevated concentrations of macronutrients contained in raw vinasse. The observations are based on kinetic parameters of H-2 and CH4 production and global energy recovery of the process. These observations collectively suggest that organic-rich effluents can be deployed for energy recovery with sequential generation of H-2 and CH4.

Damages of spittlebug on sugarcane quality and fermentation process

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Treatment of rice straw hemicellulosic hydrolysates with advanced oxidative processes: a new and promising detoxification method to improve the bioconversion process

Abstract Background The use of lignocellulosic constituents in biotechnological processes requires a selective separation of the main fractions (cellulose, hemicellulose and lignin). During diluted acid hydrolysis for hemicellulose extraction, several toxic compounds are formed by the degradation of sugars and lignin, which have ability to inhibit microbial metabolism. Thus, the use of a detoxification step represents an important aspect to be considered for the improvement of fermentation processes from hydrolysates. In this paper, we evaluated the application of Advanced Oxidative Processes (AOPs) for the detoxification of rice straw hemicellulosic hydrolysate with the goal of improving ethanol bioproduction by Pichia stipitis yeast. Aiming to reduce the toxicity of the hemicellulosic hydrolysate, different treatment conditions were analyzed. The treatments were carried out according to a Taguchi L16 orthogonal array to evaluate the influence of Fe+2, H2O2, UV, O3 and pH on the concentration of aromatic compounds and the fermentative process. Results The results showed that the AOPs were able to remove aromatic compounds (furan and phenolic compounds derived from lignin) without affecting the sugar concentration in the hydrolysate. Ozonation in alkaline medium (pH 8) in the presence of H2O2 (treatment A3) or UV radiation (treatment A5) were the most effective for hydrolysate detoxification and had a positive effect on increasing the yeast fermentability of rice straw hemicellulose hydrolysate. Under these conditions, the higher removal of total phenols (above 40%), low molecular weight phenolic compounds (above 95%) and furans (above 52%) were observed. In addition, the ethanol volumetric productivity by P. stipitis was increased in approximately twice in relation the untreated hydrolysate. Conclusion These results demonstrate that AOPs are a promising methods to reduce toxicity and improve the fermentability of lignocellulosic hydrolysates.

Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Aspects of in vitro and in vivo research approaches directed towards identifying probiotics and prebiotics for human use

The microbiota of the human gastrointestinal tract plays a key role in nutrition and health. Through the process of fermentation, gut bacteria metabolize various substrates (principally dietary components) to end products such as short-chain fatty acids and gases. This anaerobic metabolism is thought to contribute positively toward host daily energy requirements. However, under certain circumstances, the fermentative process may produce undesirable metabolites. This may cause the onset of gut disorders that can be manifest through both acute and chronic conditions. Moreover, the gut flora may become contaminated by transient pathogens that serve further to upset the normal community structure. There has been a recent increase in the use of dietary components that help to maintain, or even improve, the gut microflora "balance." Probiotics are live microbial feed supplements added to appropriate food vehicles (usually fermented milks), whereas prebiotics are dietary carbohydrates that have a selective metabolism in the colon and serve to increase numbers of bacteria seen as desirable. Because of their purported health-promoting properties, lactic acid-producing bacteria, including bifidobacteria, are the usual target organisms. The market value and biological potential of both approaches are enormous. This article will summarize how efficacious types can be identified.

Ruminal methane emission by dairy cattle in Southeast Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito de variáveis de processo no tempo de fermentação e na concentração das dicetonas vicinais totais

Among the main challenges in the beer industrial production is the market supply at the lowest cost and high quality, in order to ensure the expectations of customers and. consumers The beer fermentation stage represents approximately 70% of the whole time necessary to its production, having a obligatoriness of strict process controls to avoid becoming bottleneck in beer production. This stage is responsible for the formation of a series of subproducts, which are responsible for the composition of aroma/bouquet existing in beer and some of these subproducts, if produced in larger quantities, they will confer unpleasant taste and odor to the final product. Among the subproducts formed during the fermentation stage, total vicinal diketones is the main component, since it is limiting for product transfusion to the subsequent steps, besides having a low perception threshold by the consumer and giving undesirable taste and odor. Due to the instability of main raw materials quality and also process controls during fermentation, the development of alternative forms of beer production without impacting on total fermentation time and final product quality is a great challenge to breweries. In this work, a prior acidification of the pasty yeast was carried out, utilizing for that phosphoric acid, food grade, reducing yeast pH of about 5.30 to 2.20 and altering its characteristic from flocculent to pulverulent during beer fermentation. An increase of six times was observed in amount of yeast cells in suspension in the second fermentation stage regarding to fermentations by yeast with no prior acidification. With alteration on two input variables, temperature curve and cell multiplication, which goal was to minimize the maximum values for diketones detected in the fermenter tank, a reduction was obtained from peak of formed diacetyl and consequently contributed to reduction in fermentation time and total process time. Several experiments were performed with those process changes in order to verify the influence on the total fermentation time and total vicinal diketones concentration at the end of fermentation. This experiment reached as the best production result a total fermentation time of 151 hours and total vicinal diketone concentration of 0.08 ppm. The mass of yeast in suspension in the second phase of fermentation increased from 2.45 x 106 to 16.38 x 106 cells/mL of yeast, which fact is key to a greater efficiency in reducing total vicinal diketones existing in the medium, confirming that the prior yeast acidification, as well as the control of temperature and yeast cell multiplication in fermentative process enhances the performance of diketones reduction and consequently reduce the total fermentation time with diketones concentration below the expected value (Max: 0.10 ppm)

Nutritional requirements of Zymomonas mobilis CCT 4494 for levan production

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Production and partial characterization of serine and metallo peptidases secreted by Aspergillus fumigatus Fresenius in submerged and solid state fermentation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Perdas fermentativas e estabilidade aeróbia de silagens de milho inoculadas com bactérias ácido-láticas em diferentes estádios de maturidade

Objetivou-se, nesta pesquisa, avaliar o efeito de inoculantes bacterianos em silagens produzidas com plantas de milho em diferentes estádios de maturidade quanto às perdas fermentativas e estabilidade aeróbia. Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3x5, e avaliaram-se dois inoculantes (Silobac® e Maize All®) e uma silagem controle em 5 estádios de maturação fisiológica do milho, com 4 repetições. Verificou-se efeito positivo dos inoculantes quanto às perdas fermentativas, e a adição de Silobac® e Maize All® promoveram perda de matéria seca (PMS) 1,78 e 1,75 pontos percentuais a menos que a silagem controle (7,95%). As silagens produzidas com 2/3 de linha de leite e camada negra (CN) apresentaram menor PMS, o que se deve principalmente a menor produção de efluente. A silagem que levou maior tempo para apresentar quebra da estabilidade aeróbia foi aquela produzida a partir de plantas de milho no estádio camada negra e inoculada com Maize All®, ao passo que se notou menor estabilidade para outras silagens inoculadas com esse mesmo produto em virtude do aumento no teor de umidade das silagens. Os inoculantes utilizados neste trabalho são eficientes em diminuir as perdas de MS durante o processo fermentativo, contudo, contribuem com maior aporte de nutrientes nas silagens, o que resulta em menor estabilidade após a abertura dos silos. Silagens produzidas com maior concentração de MS apresentam menores perdas de MS durante a fermentação, assim como são mais estáveis em contato com o oxigênio.

Avaliação da farinha de mandioca e do fubá de milho como substratos para a obtenção de bebida fermento-destilada

A farinha de mandioca e o fubá de milho foram avaliados como matérias-primas alternativas na obtenção de uma bebida fermento-destilada, visando gerar informações úteis à aplicação industrial. Os substratos foram caracterizados e comparou-se a eficiência da mosturação, o perfil de açúcares no mosto, bem como as curvas de fermentação dos substratos. Os resultados demonstraram que o conteúdo de amido foi de 78,1 % para o fubá de milho e 92,7 % para a farinha de mandioca. Quanto ao rendimento da mosturação foi de 57, 4 % para o milho e 66,4 % para a mandioca, sendo que o perfil de açúcares no mosto demonstrou que 95 % dos açúcares presentes no mosto de mandioca foi glicose e o restante pequenas porcentagens de dextrinas e maltose. Já o perfil do mosto de milho apresentou cerca de 85 % de glicose , 10 % de dextrinas e cerca de 4 % de maltose. Para o processo fermentativo, observou -se que o consumo de açúcares no mosto de mandioca foi mais rápido que no mosto de milho.

HIDROLISADO DE FÉCULA DE MANDIOCA COMO ADJUNTO DE MALTE NA FABRICAÇÃO DE CERVEJA: AVALIAÇÃO QUÍMICA E SENSORIAL

Em virtude da progressiva substituição dos adjuntos amiláceos pelos xaropes com alta concentração de maltose nas cervejarias brasileiras, o presente trabalho teve por objetivo comparar hidrolisados de milho e de mandioca, como adjunto de malte, na fabricação de cerveja tipo Pilsen, em escala de laboratório. Os hidrolisados foram produzidos a partir de amido de milho e fécula de mandioca, sendo que na liqüefação e sacarificação da fração amilácea destes produtos foram utilizadas, respectivamente, as enzimas comerciais Termamil (alfa amilase bacteriana) e Fungamil (alfa amilase fúngica). Na fabricação das cervejas, a proporção de malte e hidrolisado foi de 2 para 1, na base do extrato. O mosto foi produzido pelo processo de infusão e após resfriamento e clarificação foi inoculado com levedura cervejeira de baixa fermentação. A fermentação transcorreu a 10 °C até 90% de atenuação do extrato aparente fermentável. As cervejas foram engarrafadas e, em seguida, maturadas a 0 °C, por 14 dias. Terminado o processo de fabricação, as cervejas foram analisadas química e sensorialmente. A semelhança na composição química dos hidrolisados de milho e de mandioca refletiu na composição química dos mostos e das cervejas. Não houve diferença estatística entre os mostos e entre as cervejas testadas para todos os parâmetros químicos analisados. Também, não existiu diferença sensorial entre as cervejas produzidas com hidrolisado de milho e hidrolisado de mandioca. Concluiu-se que a fécula de mandioca apresenta potencial de uso como matéria prima para a fabricação de xarope de maltose de uso cervejeiro e que há elevada probabilidade de sucesso no uso desse xarope para a fabricação de cervejas.

Aproveitamento da água de umidificação de malte da moagem úmida como matéria prima na fabricação de cerveja

A água de umidificação de malte, resultante da moagem úmida, pode ser usada como matéria prima na fabricação de cerveja. Há, entretanto, cervejarias que descartam esse subproduto, e conseqüentemente, o extrato nele contido. em função disso, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a possibilidade de ganho de rendimento na mosturação e alterações nas características químicas e sensoriais da bebida, em virtude do uso dessa água. Cervejas do tipo Pilsen foram produzidas de duas formas: com e sem água de umidificação de malte. Utilizou-se como matéria prima malte, lúpulo, xarope de maltose, água destilada e água de umidificação de malte. O mosto foi produzido pelo processo de infusão, separado do bagaço de malte por filtração convencional e fervido durante 60 minutos. Após seu resfriamento e clarificação o mosto foi inoculado com levedura de baixa fermentação (1,3g/l, ps) e colocado para fermentar a 10°C. A fermentação foi encerrada com 90% da atenuação limite. em seguida, a cerveja foi engarrafada e maturada a 0°C por 14 dias. Os resultados mostraram que o aumento do rendimento de mosturação, em função do uso da água de umidificação de malte, foi estatisticamente não significativo. A utilização dessa água praticamente não alterou as características químicas e sensoriais da cerveja, havendo apenas um leve aumento na intensidade de cor da bebida (7,1 x 8,0 EBC). Considerando, no entanto, que a água de umidificação de malte obtida em nível industrial apresenta maior concentração de extrato em relação àquela produzida em laboratório, espera-se que o uso da primeira traga ganho de rendimento industrial sem alterações significativas nas características da cerveja.

Production of pectate lyase by penicillium viridicatum RFC3 in solid-state and submerged fermentation

Pectate lyase (PL) was produced by the filamentous fungus Penicillium viridicatum RFC3 in solid-state cultures of a mixture of orange bagasse and wheat bran (1 : 1 w/w), or orange bagasse, wheat bran and sugarcane bagasse (1 : 1 : 0.5 w/w), and in a submerged liquid culture with orange bagasse and wheat bran (3%) as the carbon source. PL production was highest (1,500U mL -1 or 300Ug -1 of substrate) in solid-state fermentation (SSF) on wheat bran and orange bagasse at 96 hours. PL production in submerged fermentation (SmF) was influenced by the initial pH of the medium. With the initial pH adjusted to 4.5, 5.0, and 5.5, the peak activity was observed after 72, 48, and 24 hours of fermentation, respectively, when the pH of the medium reached the value 5.0. PL from SSF and SmF were loaded on Sephadex-G75 columns and six activity peaks were obtained from crude enzyme fromSSF and designated PL I, II, III, IV, V, andVI, while five peaks were obtained fromcrude enzyme fromSmF and labeled PL I', II', III', IV', and VII'. Crude enzyme and fraction III from each fermentative process were tested further. The optimum pH for crude PL from either process was 5.5, while that for PL III was 8.0. The maximum activity of enzymes from SSF was observed at 35°C, but crude enzyme was more thermotolerant than PL III, maintaining its maximum activity up to 45°C. Crude enzyme from SmF and PL III' showed thermophilic profiles of activity, with maximum activity at 60 and 55°C, respectively. In the absence of substrate, the crude enzyme from SSF was stable over the pH range 3.0-10.0 and PL III was most stable in the pH range 4.0-7.0. Crude enzyme from SmF retained 70%-80% of its maximum activity in the acid-neutral pH range (4.0-7.0), but PIII showed high stability at alkaline pH (7.5-9.5). PL from SSF was more thermolabile than that from SmF. The latter maintained 60% of its initial activity after 1 h at 55°C. The differing behavior of the enzymes with respect to pH and temperature suggests that they are different isozymes. Copyright © 2010 Viviani Ferreira et al.

Análise por técnica de RDA (Representational Difference Analysis) da expressão gênica diferencial, para a identificação de fatores genéticos associados à produção de etanol em linhagem de Saccharomyces cerevisae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)