Dissertations / Theses on the topic 'Alcohol fermentation process'

The fuel ethanol industry is now making use of a very efficient process where virtually all sugar substrates are converted to ethanol. Nevertheless, some metabolic by-products excreted from Saccharomyces cerevisiae tend to reduce the ethanol yield. Of such, glycerol is the major one, accounting for about 5-10% relative to the amount of ethanol produced.<br>Glycerol plays an important role in maintaining the redox balance within the cells by oxidizing the cytosolic NADH under anaerobic conditions. It is also believed that it acts as an osmoprotectant and would be favourably produced in high osmotic pressure conditions.<br>In order to mitigate the production of glycerol, various aeration strategies were investigated in a single-stage continuous fermentation system. Oxygen dissolved in the fermentation medium put the yeast in aerobiosis, acted as an oxidizing agent and hence minimised the specific glycerol production by 36% as compared to a completely anaerobic fermentation.<br>This has hardly been reproduced in a more industrially relevant system using a multi-stage continuous fermentation process. Indeed, oscillations in the concentrations of the various metabolites over time made difficult the assessment of significant changes. Nevertheless, these findings open the door to further investigations in order to understand the effect of oxygen in continuous fermentations using very high gravity feeds, such as in the fuel ethanol industry.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2012<br>ENGLISH ABSTRACT: Through many years of research, a number of production schemes have been developed for converting lignocellulosic biomass into transport fuels. These technologies have been assessed through a number of techno-economic studies for application in a particular context in terms of the technical and economic feasibility. However, previous studies using these methods have tended to lack vigour in various aspects. Either the energy efficiency of the processes were not maximised through adequate heat integration, or a competing technology which existed was not considered. From an economic perspective, the financial models would often lack the vigour to account for the risk and uncertainty that is inherent in the market prices of the commodities. This phenomenon is especially relevant for the biofuel industry that faces the full fledge of uncertainties experienced by the agricultural sector and the energy sector. Furthermore, from an environmental perspective, the techno-economic studies had often ignored the environmental impacts that are associated with biofuel production. Thus, a comparative study could have favoured an option due to its economic feasibility, while it could have had serious environmental consequences. The aim of this study was to address these issues in a South African context, where biofuels could be produced from sugarcane bagasse. The first step would be to modify an existing simulation model for a bioethanol scenario that operates with a Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF process) configuration into a second processing scenario that operates with a Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF process) configuration using reliable experimental data. The second step was to ensure that the maximum energy efficiency of each scenario was realised by carrying out pinch point analysis as a heat integration step. In contrast to these biological models is the thermochemical model that converts bagasse to gasoline and diesel via gasification, Fischer-Tropsch synthesis and refining (GFT process). While there were no significant advances in technology concerning this type of process, the energy efficiency was to be maximised with pinch point analysis. The GFT process obtained the highest energy efficiency of 50.6%. Without the affects of pinch point technology, the efficiency dropped to 46%, which thus emphasises the importance of heat integration. The SSF had an efficiency of 42.8%, which was superior to that of the SHF at 39.3%. This resulted from a higher conversion of biomass to ethanol in the SSF scenario. Comparing the SHF model to an identical model found in literature that did not have pinch point retrofits, this study showed lower efficiency. This arose because the previous study did not account for the energy demands of the cold utility systems such as the cooling tower operation, which has been shown in this study to account for 40% of the electrical energy needs. The economic viability of all three processes was assessed with Monte Carlo Simulations to account for the risks that the fluctuations in commodity prices and financial indices pose. This was accomplished by projecting the fluctuations of these parameters from samples of a historical database that has been transformed into a probability distribution function. The consequences were measured in terms of the Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR) for a large number of simulations. The results of these variables were aggregated and were then assessed by testing the probability that the NPV<0, and that the IRR recedes below the interest rate of 12.64%. The investment was thus deemed unfeasible if these probabilities were greater than 20%. Both biological models were deemed profitable in terms of this standard. The probabilities were 13% for the SSF and 14% for the SHF. The GFT process however was deemed completely unfeasible because the probability that the NPV<0 was 78%. Given that the GFT process had the highest energy efficiency, this result arises mainly because the capital investment of 140,000USD/MWHHV of biomass energy input is to enormous for any payback to be expected. The environmental footprint of each process was measured using Life Cycle Assessments (LCAs). LCAs are a scientifically intricate way of quantifying and qualifying the effects of a product or process within a specified boundary. The impacts are assessed on a range of environmental issues, such as Global Warming, Acidification, Eutrophication and Human toxicity. Furthermore, if the project under concern has multiple output products, then the impacts are distributed between the output products in proportion to the revenue that each generates. The impacts were either relative to the flow of feedstock, which was 600MW of bagasse, or to the functional unit, which was the amount of fuel required to power a standard vehicle for a distance of 1 kilometre. In either case, the GFT scenario was the least burdening on the environmental. This was expected because the GFT process had the highest energy efficiency and the process itself lacked the use of processing chemicals. Relative to the feedstock flow, the SSF was the most environmentally burdening scenario due to the intensive use of processing chemicals. Relative to the functional unit, the SHF was the most severe due to its low energy efficiency. Thus, the following conclusions were drawn from the study:  The GFT is the most energy and environmentally efficient process, but it showed no sign of economic feasibility. iv  There is no significant difference in the economic and environmental evaluation of the SSF and SHF process, even though the SSF is considered to be a newer and more efficient process. The major cause of this is because the setup of the SSF model was not optimised.<br>AFRIKAANSE OPSOMMING: Deur baie jare van navorsing is ‘n aantal produksie-skemas vir die omskakeling van lignosellulose biomassa na vloeibarebrandstof ontwikkel. Hierdie tegnologië is geassesseer ten opsigte van die tegniese en ekonomiese haalbaarheid deur middel van tegno-ekonomiese studies in bepaalde tekste. Tog het hierdie vorige studies besliste beperkings gehad. Of die energie-doeltreffendheid van die proses is nie gemaksimeer deur voldoende hitte-integrasie nie, of 'n mededingende tegnologie wat bestaan is nie oorweeg nie. Vanuit 'n ekonomiese perspektief, was die finansiële modelle dikwels nie die omvattend genoeg om rekening te hou met die risiko en onsekerheid wat inherent is in die markpryse van die kommoditeite nie. Hierdie verskynsel is veral relevant vir die biobrandstof bedryf wat die volle omvang van onsekerhede ervaar waaraan die landbousektor en die energiesektoronderhewig is. Verder het die tegno-ekonomiese studies dikwels die omgewingsimpakte wat verband hou met biobrandstofproduksie geïgnoreer. Dus kon ‘n opsie deur die ekonomiese haalbaarheid bevoordeel word, ten spyte van die ernstige omgewingsimpakte wat dit kon inhou. Die doel van hierdie studie was om hierdie kwessies aan te spreek in 'n Suid-Afrikaanse konteks, waar biobrandstof uit suikerriet bagasse geproduseer kan word. Die eerste stap was om 'n bestaande simulasiemodel vir 'n bio-scenario wat met Afsonderlike Hidroliese en Fermentasie (SHF proses) stappe werk, te modifiseer vir 'n tweede verwerking scenario wat met 'n gelyktydige Versuikering en Fermentasie (SSF proses) konfigurasie werk. Die verandering is gedoen deur die gebruik van betroubare eksperimentele data. Die tweede stap was om te verseker dat elke scenario die maksimum energie-doeltreffendheid het, deur 'n hitte-integrasie stap, wat gebruik maak van “pinch-point” analise. In teenstelling met hierdie biologiese modelle, is daar die thermochemiese roete waar petrol en diesel van bagasse vervaardig word via vergassing, Fischer-Tropsch-sintese en rafinering (GFT proses). Daar was geen betekenisvolle vooruitgang in tegnologie vir hierdie proses nie, maar die energie-doeltreffendheid is gemaksimeer word deur energie-integrasie. Die GFT proses toon die hoogste energie-doeltreffendheid van 50,6%. Sonder die invloed van energie-integrasie het die doeltreffendheid gedaal tot 46%, wat dus die belangrikheid van hitte-integrasie beklemtoon. Die SSF het 'n effektiwiteit van 42,8% gehad, wat beter was as dié 39,3% van die SHF opsie. Hierdie hoër effektiwiteit wasas gevolg van die hoër omskakeling van biomassa na etanol in die SSF scenario. Die energie doeltreffendheid vir die SHF-model was laer as met 'n identiese model (sonder energie-integrasie) wat in die literatuur gevind wat is. Dit het ontstaan omdat die vorige studie nie 'n volledig voorsiening gemaak het met die energie-eise van die verkillingstelselsnie, wat tot 40% van die elektriese energie behoeftes kan uitmaak. Die ekonomiese lewensvatbaarheid van al drie prosesse is bepaal met Monte Carlo simulasies om die risiko's wat die fluktuasies in kommoditeitspryse en finansiële indekse inhou, in berekening te bring. Hierdie is bereik deur die projeksie van die fluktuasies van hierdie parameters aan die hand van 'n historiese databasis wat omskep is in 'n waarskynlikheid verspreiding funksie. Die gevolge is gemeet in terme van die netto huidige waarde (NHW) en Interne Opbrengskoers (IOK) vir 'n groot aantal simulasies. Die resultate van hierdie veranderlikes is saamgevoeg en daarna, deur die toets van die waarskynlikheid dat die NPV <0, en dat die IRR laer as die rentekoers van 12,64% daal, beoordeel. Die belegging is dus nie realiseerbaar geag as die waarskynlikhede meer as 20% was nie. Beide biologieseprosesse kan as winsgewend beskou word in terme van bostaande norme. Die waarskynlikhede was 13% vir die SSF en 14% vir die SHF. Aangesien die NHW van die GFT-proses onder 0 met ‘n waarskynlikheid van 78% is, is die opsie as nie-winsgewend beskou. Gegewe dat die GFT-proses die hoogste energie-doeltreffendheid het, is die resultaat hoofsaaklik omdat die kapitale belegging van 140,000 USD / MWHHV-biomassa energie-inset te groot is, om enige terugbetaling te verwag. Die omgewingsvoetspoor van elke proses is bepaal deur die gebruik van Lewens Siklus Analises (“Life Cycle Assessments”) (LCAS). LCAS is 'n wetenskaplike metodeom die effek van ‘n produk of proses binne bepaalde grense beide kwalitatief en kwantitatief te bepaal. Die impakte word beoordeel vir 'n verskeidenheid van omgewingskwessies, soos aardverwarming, versuring, eutrofikasie en menslike toksisiteit. Voorts, indien die projek onder die saak verskeie afvoer produkte het, word die impakte tussen die afvoer produkte verdeel, in verhouding tot die inkomste wat elkeen genereer. Die impak was met of relatief tot die vloei van roumateriaal (600MW van bagasse), of tot die funksionele eenheid, wat die hoeveelheid van brandstof is om 'n standaard voertuig aan te dryf oor 'n afstand van 1 kilometer. In al die gevalle het die GFT scenario die laagste belading op die omgewing geplaas. Hierdie is te verwagte omdat die GFT proses die hoogste energie-doeltreffendheid het en die proses self nie enige addisionele chemikalieë vereis nie. Relatief tot die roumateriaal vloei, het die SSF die grootse belading op die omgewing geplaas as gevolg van die intensiewe gebruik van verwerkte chemikalieë. Relatief tot die funksionele eenheid, was die SHF die swakste as gevolg van sy lae energie-doeltreffendheid.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica<br>Made available in DSpace on 2018-08-07T06:46:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mantovaneli_IvanaCristinaCordeiro_M.pdf: 4744367 bytes, checksum: 648b4b28d0ad3fff1bfeda9851005fc1 (MD5) Previous issue date: 2005<br>Resumo: A utilização do etanol como combustível tem muitas vantagens; ele tem competido economicamente com a gasolina e diversos outros combustíveis, substituindo-os em várias utilidades. Desta forma, existe um grande interesse em se otimizar todos os passos da produção de etanol. Apenas um conhecimento profundo da dinâmica do processo gera uma operação ótima, e este pode ser conseguido através de simulações realizadas usando um modelo preciso. Muitos modelos fenomenológicos foram desenvolvidos considerando condições industriais, mas estes só são válidos para condições específicas nas quais foram determinados, invalidando a predição do modelo em outras condições. Mudanças acontecem normalmente em uma unidade industrial e a re-estimação freqüente dos parâmetros do modelo é usualmente difícil e demorada. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo híbrido neuronal para o processo de fermentação alcoólica usando balanços de massa combinados com redes neuronais do tipo Functional Link. Será implementado um esquema para atualização dos pesos da rede sempre que esta não descrever o comportamento dinâmico da planta. O modelo desenvolvido será usado para descrever um processo real no lugar dos modelos fenomenológicos existentes, já que estes têm sido capazes de descrever o processo apenas por curtos espaços de tempo<br>Abstract: The use of ethanol as a fuel has many advantages; it has economically competed with gasoline and others fuels, substituting them in various uses. Thus, there is a great interest in optimizing all the steps of ethanol production. Only a detailed knowledge of the process dynamics can lead to optimal operation and this can be achieved through simulation using an accurate model. Many phenomenological models were developed considering industrial fermentations, but they are only valid for specific conditions. Changes occur frequently in an industrial unity and frequent reestimation of model parameters is usually expensive and time consuming. The objective of this work is to develop a hybrid neural model for the alcoholic fermentation process using mass balances combined with Functional Link Neural Networks. A scheme to update network weights always that it does not describe plant behavior accurately is implemented. The developed model is used to describe an industrial process substituting the existing phenomenological models, since they have been able to describe the process only for short periods<br>Mestrado<br>Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos<br>Mestre em Engenharia Química

Submitted by MILENA HELOISA POZENATTO BICUDO TOGNETE null (mibicudo28@gmail.com) on 2017-03-28T20:38:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao versao final.pdf: 1702848 bytes, checksum: c8c7d8d8e47d1bf45f97875ac83a2798 (MD5)<br>Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-30T17:07:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tognete_mhpb_me_sjrp.pdf: 1702848 bytes, checksum: c8c7d8d8e47d1bf45f97875ac83a2798 (MD5)<br>Made available in DSpace on 2017-03-30T17:07:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tognete_mhpb_me_sjrp.pdf: 1702848 bytes, checksum: c8c7d8d8e47d1bf45f97875ac83a2798 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17<br>Este estudo tem como objetivo avaliar a matéria-prima e sua influência isolada no desempenho do rendimento fermentativo de uma linhagem padrão da levedura CAT-1 testada em 31 meios de cultivos provenientes do processo de fermentação alcoólica da Usina Virgolino de Oliveira – Unidade Catanduva. Os meios foram amostrados e compostos a cada quinzena durante toda as safras 2012 e 2013. O trabalho também tem como finalidade identificar a dinâmica populacional das leveduras do mesmo processo fermentativo, através da diferenciação das linhagens por cariotipagem. As cepas isoladas foram testadas em um meio de cultivo padrão para obtenção das características tecnológicas industriais através da metodologia da Capacidade Fermentativa. Os experimentos de fermentação foram realizados nos laboratórios da Usina Virgolino de Oliveira - Unidade Catanduva em escala reduzida sempre acompanhados de um ensaio padrão utilizando meio de cultivo sintético. O primeiro ponto de estudo consistiu na caracterização da matéria-prima, mosto, e sua capacidade isolada de perturbar o Rendimento Fermentativo. Enquanto que no segundo, onde onze diferentes cepas de levedura foram identificadas ao longo das duas safras, testadas em um mesmo meio de cultivo padrão para obtenção de parâmetros industriais tecnológicos como rendimento em produto (Yp/s), rendimento em célula (Yx/s), Velocidade de consumo do substrato (Vcs), Produtividade (PROD) e Conversão (CONV) e estudada a influência no Rendimento Fermentativo. O terceiro ponto de estudo foi a comparação entre os rendimentos fermentativos obtidos experimentalmente e os rendimentos fermentativos industriais da Planta. O impacto da presença das cepas com maior rendimento em etanol foi estudado em relação aos valores de rendimento fermentativo industrial. Os resultados mostraram diferenças de desempenho da Cepa Padrão na maioria das quinzenas testadas, o que significa que há variação da matéria-prima ao longo da safra e entre as safras capazes de afetar rendimento fermentativo. Diferenças de rendimento também foram observadas entre as onze cepas nativas testadas, porém com oscilações menores e menos consideráveis do que com a matéria-prima. Os resultados obtidos em escala reduzida com base nos balanços de massa se apresentaram valores semelhantes em relação aos números de referência o que sugere que a metodologia usada para avaliar a capacidade fermentativa das cepas e a qualidade da matéria-prima foi adequada. Apesar da forte influência dos fatores estudados, não foi possível afirmar, através destes experimentos, qual deles teve papel determinante no impacto do Rendimento Fermentativo. Isso sugere que outros fatores não estudados neste trabalho estão diretamente relacionados que são capazes de influenciar o Rendimento Fermentativo.<br>The purpose of this study is to evaluate the sucrose mash and its influence isolated on the performance of the Fermentative Yeld of a standard strain from CAT-1 yeast tested in 31 different culture medium formulation from the Virgolino de Oliveira Plant – Catanduva Unit alcoholic fermentation process. The culture medium formulation were sampled and composed every fortnight during the whole 2012 and 2013 harvest. The work also has as purpose to evaluate the yeasts population dynamics of the same fermentative process, through the differentiation of the strains by karyotyping. The isolated strains were tested in a standard culture medium to obtain the industrial technological characteristics through the Fermentative Capacity methodology. Fermentation experiments were carried out in mill’s laboratories on a reduced scale always accompanied by a standard assay using synthetic culture medium formulation. The first point of study consisted in the characterization of the raw material, sucrose mash, and its isolated capacity to disturb Fermentative Yield. In the second, eleven different strains of yeast identified during the two harvests, they were tested in the same culture medium to obtain industrial technological parameters as Yield in product (Yp/s), Yield in cell (Yx/s), Substrate consumption velocity (Vcs), Productivity (PROD) and Conversion (CONV) and studied their influence on the Fermentative Yield. The third point of study was the comparison between the fermentative yields obtained experimentally and the industrial fermentative yields of the Plant. The impact of the presence of strains with higher Yp/s was studied in relation to industrial fermentation yield values. The results showed differences in performance of the Standard Strain in most of the fortnight tested, which means that there is variation of the raw material during the harvest and between the crops capable of affecting fermentative yield. There were also Yeld difference observed among the eleven native strains tested, but with smaller and less considerable oscillations than with the raw material. The results obtained on a reduced scale based on the mass balances were within the range expected in relation to the reference values, which suggests that the methodology used to evaluate the fermentative capacity of the strains and the quality of the raw material was adequate. Despite the strong influence of the studied factors, it was not possible to prove, through these experiments, which one had a determinant role in the Fermentative Yield impact. This suggests that other factors not studied in this work are directly related that are able to influence Fermentative Yield.

Orientador: Márcia Justino Rossini Mutton<br>Banca: Marco Antonio de Castro e Souza<br>Banca: Clóvis Parazzi<br>Resumo: A cana-de-açúcar e uma cultura importante para a economia do país, devido à sua alta eficiência na produção e acúmulo de sacarose. Entretanto, com a utilização crescente de cana crua tem se observado aumento de impurezas vegetais nos carregamentos, tais como folhas e pontas, ricas em amido, que interferem negativamente na produção de açúcar e álcool. Este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de leveduras com atividade amilolítica na produção do álcool. Os testes foram feitos com três linhagens de leveduras amilolíticas, J07, J32 e Saccharomyces diastaticus, em combinação com uma levedura alcoogênica (Saccharomyces cerevisiae - CAT-01) em mosto preparado de caldo de cana da variedade SP81-3250, que apresentava elevado teor de amido. No vinho foram realizadas análises de açúcares redutores totais, teor alcoólico, glicerol, acidez sulfúrica e viabilidade celular. Os resultados revelaram que a combinação da CAT-01 com a linhagem J07 incrementou a produção de álcool. A levedura selvagem J32 não se constituiu boa fermentadora, podendo ser utilizada em combinação com outras linhagens de leveduras fermentadoras.<br>Abstract: Sugarcane is a very important crop to the economy of Brazil, because of its high efficiency in producing and accumulating sucrose. However, the rising rate of green cane harvest has resulted in higher levels of plant impurities as leaves and tops, which are rich in starch and affect both sugar and ethanol production. This work was carried out to evaluate the performance of amylolytic yeasts for ethanol production. The amylolytic strains J07 and J32, both isolated from the fermentation process, and Saccharomyces diastaticus were used in combination with Saccharomyces cerevisiae in a high-starch must from the sugarcane variety SP81-3250. The levels of total reducing sugars, ethanol, glycerol, sulfuric acidity and cell viability were determined. Results showed that the combination of S. cerevisiae with J07 increases ethanol production. The native yeast J32 has shown to be not good for fermentation, and for this reason must be used in combination with high fermentation yield strains.<br>Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-12Bitstream added on 2014-06-13T19:55:58Z : No. of bitstreams: 1 puglia_al_me_jabo.pdf: 623951 bytes, checksum: 412280585efd51778c86c7f2dffec757 (MD5)<br>Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)<br>A cana-de-açúcar e uma cultura importante para a economia do país, devido à sua alta eficiência na produção e acúmulo de sacarose. Entretanto, com a utilização crescente de cana crua tem se observado aumento de impurezas vegetais nos carregamentos, tais como folhas e pontas, ricas em amido, que interferem negativamente na produção de açúcar e álcool. Este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de leveduras com atividade amilolítica na produção do álcool. Os testes foram feitos com três linhagens de leveduras amilolíticas, J07, J32 e Saccharomyces diastaticus, em combinação com uma levedura alcoogênica (Saccharomyces cerevisiae - CAT-01) em mosto preparado de caldo de cana da variedade SP81-3250, que apresentava elevado teor de amido. No vinho foram realizadas análises de açúcares redutores totais, teor alcoólico, glicerol, acidez sulfúrica e viabilidade celular. Os resultados revelaram que a combinação da CAT-01 com a linhagem J07 incrementou a produção de álcool. A levedura selvagem J32 não se constituiu boa fermentadora, podendo ser utilizada em combinação com outras linhagens de leveduras fermentadoras.<br>Sugarcane is a very important crop to the economy of Brazil, because of its high efficiency in producing and accumulating sucrose. However, the rising rate of green cane harvest has resulted in higher levels of plant impurities as leaves and tops, which are rich in starch and affect both sugar and ethanol production. This work was carried out to evaluate the performance of amylolytic yeasts for ethanol production. The amylolytic strains J07 and J32, both isolated from the fermentation process, and Saccharomyces diastaticus were used in combination with Saccharomyces cerevisiae in a high-starch must from the sugarcane variety SP81-3250. The levels of total reducing sugars, ethanol, glycerol, sulfuric acidity and cell viability were determined. Results showed that the combination of S. cerevisiae with J07 increases ethanol production. The native yeast J32 has shown to be not good for fermentation, and for this reason must be used in combination with high fermentation yield strains.

Orientador: Gustavo Paim Valença<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química<br>Made available in DSpace on 2018-08-19T09:11:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_JulianaCanto_M.pdf: 3529102 bytes, checksum: 186eed7fa5f67708a7cffe441cb0563a (MD5) Previous issue date: 2011<br>Resumo: A utilização de sistemas empregando células de levedura imobilizadas é uma técnica promissora para a produção de etanol. Este trabalho apresenta a proposta de imobilizar células de Saccharomyces cerevisiae em montmorilonita K10, em óxido de zircônio, em esferas de alginato de cálcio e em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana, utilizando glicose e sacarose como fontes de carbono, a fim de observar o comportamento destas células nestes suportes. Estudos nesta área têm demonstrado que células imobilizadas apresentam maior resistência a variações de temperatura, atividade, concentração de substratos e metabólitos, além de um alto rendimento para fermentação alcoólica. A montmorilonita K10, o alginato de sódio e a quitosana que foram utilizados nos estudos tiveram origem comercial, enquanto que o óxido de zircônio foi sintetizado e caracterizado através de Difração de Raios-X (DRX) e área superficial B.E.T. (Brunauer, Emmet e Teller). Células de Saccharomyces cerevisiae liofilizada não aderiram aos suportes sólidos (montmorilonita K10, óxido de zircônio e óxido de zircônio com superfície modificada). Já a cepa JAY 270 de Saccharomyces cerevisiae foi imobilizada com sucesso em esferas de alginato de cálcio e em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana. Estudos de fermentação em regime batelada foram conduzidos em shaker orbital para avaliação da produção de etanol, estabilidade, rendimento, taxa de consumo de substratos e taxa de produção de produto. O comportamento destes sistemas foi avaliado através de dados de concentração de substrato e produto em equipamento de HPLC (High-Performance Liquid Chromatograph). A imobilização celular em esferas de alginato de cálcio e em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana permitiu a reutilização das esferas durante oito ciclos de fermentação de aproximadamente 10 horas cada. A produção de etanol para células livres foi 40 g/L e o rendimento foi de 78% e 74,3% utilizando a glicose e a sacarose como fontes de carbono, respectivamente. Para as células imobilizadas em esferas de alginato de cálcio, utilizando a glicose como fonte de carbono, a produção de etanol foi de 33 g/L e o rendimento foi de 64,6 %, utilizando a sacarose, a produção de etanol foi de 33 g/L e o rendimento foi de 61,3%. Para as células imobilizadas em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana, utilizando a glicose como fonte de carbono, a produção de etanol foi de 31 g/L e o rendimento foi de 60,7 % e utilizando a sacarose, a produção de etanol foi de 32 g/L e o rendimento foi de 59,5%<br>Abstract: The use of immobilized yeast cells in supports systems is a promising technique for the ethanol production. This work proposes to immobilize Saccharomyces cerevisiae cells in montmorillonite K10, zirconium oxide, calcium alginate beads and chitosan covered calcium alginate beads, using glucose and sucrose as carbon sources, in order to observe the behavior of these cells in these media. Studies in this area have demonstrated that immobilized cells are more resistant to temperature, activity, concentration of substrates and metabolites, and a high yield for ethanol fermentation. The montmorillonite K10, sodium alginate and chitosan have been used in the studies had commercial origin, while the zirconium oxide was synthesized and characterized by X-ray Diffraction (XRD) and B.E.T. surface area (Brunauer, Emmet and Teller). Liofilized Saccharomyces cerevisiae did not adhere to solid supports (K10 montmorillonite, zirconium oxide and modified surface zirconium oxide). Since the strain of Saccharomyces cerevisiae, JAY 270, was successfully immobilized in calcium alginate beads and in chitosan covered calcium alginate beads. Studies under batch fermentation were conducted in orbital shaker for evaluation of ethanol production, stability, efficiency, substrate consumption rate and the product production rate. The behavior of these systems was assessed using concentration data of substrate and product in the HPLC equipment (High-performance liquid chromatography). The cell immobilization in calcium alginate beads and chitosan covered calcium alginate beads allowed reusing of the beads during fermentation of eight cycles every 10 hours. The production of ethanol to free cells was 40 g/L and 78% and 74.3% yield using the glucose and sucrose as carbon sources, respectively. For immobilized cells in calcium alginate beads, ethanol production was 33 g/L and 64.6% yield and 33 g/L and 61.3% yield, using glucose and sucrose, respectively. For immobilized cells in chitosan covered calcium alginate beads, ethanol production was 31 g/L and 60.7% yield and 32 g/L and 59.5% yield, using glucose and sucrose, respectively<br>Mestrado<br>Desenvolvimento de Processos Químicos<br>Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-07-31Bitstream added on 2014-06-13T19:42:39Z : No. of bitstreams: 1 antonangelo_atbf_dr_botib.pdf: 1383699 bytes, checksum: 62761d8607d84c569f6220176bc59b97 (MD5)<br>Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)<br>Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)<br>O Brasil é atualmente o maior produtor mundial de álcool de cana de açúcar, sendo responsável por uma produção anual de aproximadamente 27 bilhões de litros. O álcool é produzido através da fermentação do caldo de cana-de-açúcar e/ou melaço por células de levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae. Embora, atualmente, muitas indústrias utilizem cepas selecionadas de S. cerevisiae como iniciadoras, a condição não estéril dos substratos torna este processo sujeito a constantes contaminações por bactérias e linhagens de leveduras nativas de Saccharomyces cerevisiae e não-Saccharomyces cerevisiae. Estas leveduras nativas dominam rapidamente a população iniciadora do processo por serem cepas genética e fisiologicamente adaptadas às condições daquele ambiente. Tais leveduras podem prejudicar o processo fermentativo, porém, algumas entre elas, podem apresentar características positivas. Atualmente no Brasil várias indústrias acompanham a dinâmica populacional da fermentação por cariotipagem. No entanto este método é dispendioso, demorado e pouco acurado quando se compara a outros métodos moleculares mais sensíveis. Este trabalho se propõe a utilizar a técnica de PCR microssatélite para diferenciar linhagens de leveduras presentes no processo de fermentação em usinas de álcool, acompanhar a dinâmica populacional de uma usina durante uma safra e estudar a diversidade genética e a estrutura populacional das cepas nativas presentes no processo industrial de produção do álcool combustível. O trabalho também visa investigar a presença de single nucleotide polymorphism (SNP) ou mutações de base única nas cepas nativas de Saccharomyces cerevisiae isoladas deste processo e relacioná-los à capacidade de floculação e à tolerância ao ambiente industrial estressante. Durante o trabalho...<br>Brazil is the major world producer of ethanol from sugar cane, producing about 27 billion liters of ethanol a year. Alcohol is the result of sugar cane juice/ molasses fermentation by Saccharomyces cerevisiae yeast cells. Although many sugar mills in Brazil currently start the fermentation process by inoculating selected Saccharomyces cerevisiae commercial strains, it often occurs the incoming of bacteria, native Saccharomyces and non-Saccharomyces yeast strains because of its unsterile condition. In this process these indigenous strains outnumber the population inoculated and those which are genetically and physiologically better adapted tend to dominate. These strains may either show desirable fermentative qualities or not. The method currently used in Brazil to investigate sugar cane must population is electrophoresis karyotyping, however this method is expensive, time consuming and not very accurate when compared with other more sensitive molecular methods. This work aimed at using microsatellite PCR method for differentiating yeasts strains from alcohol plants fermentation process, monitoring population dynamic of a bioethanol fuel plant during a harvest season and studying the genetic diversity and population structure of native strains from bioethanol production industrial process. This work also aimed at investigating SNPs occurrence among Saccharomyces cerevisiae native strains that could be related with flocculation and stressful industrial environment tolerance. Twenty- four microsatellite loci were tested and 12 of them were polymorphic and capable of differentiating the commercial selected strains BG-1, CAT-1, PE-2 e SA-1 from each other and also capable of screening indigenous strains from the inoculated ones. Four loci were used for monitoring Usina São Manoel harvest season during 2008 where were observed... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Débora Colombi<br>Coorientador: Paulo Eduardo Martins Ribolla<br>Banca: Maria da Graça Stupiello Andrieta<br>Banca: Sandra Regina Ceccato Antonini<br>Banca: Celso Marino<br>Banca: Eduardo Bagagli<br>Resumo: O Brasil é atualmente o maior produtor mundial de álcool de cana de açúcar, sendo responsável por uma produção anual de aproximadamente 27 bilhões de litros. O álcool é produzido através da fermentação do caldo de cana-de-açúcar e/ou melaço por células de levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae. Embora, atualmente, muitas indústrias utilizem cepas selecionadas de S. cerevisiae como iniciadoras, a condição não estéril dos substratos torna este processo sujeito a constantes contaminações por bactérias e linhagens de leveduras nativas de Saccharomyces cerevisiae e não-Saccharomyces cerevisiae. Estas leveduras nativas dominam rapidamente a população iniciadora do processo por serem cepas genética e fisiologicamente adaptadas às condições daquele ambiente. Tais leveduras podem prejudicar o processo fermentativo, porém, algumas entre elas, podem apresentar características positivas. Atualmente no Brasil várias indústrias acompanham a dinâmica populacional da fermentação por cariotipagem. No entanto este método é dispendioso, demorado e pouco acurado quando se compara a outros métodos moleculares mais sensíveis. Este trabalho se propõe a utilizar a técnica de PCR microssatélite para diferenciar linhagens de leveduras presentes no processo de fermentação em usinas de álcool, acompanhar a dinâmica populacional de uma usina durante uma safra e estudar a diversidade genética e a estrutura populacional das cepas nativas presentes no processo industrial de produção do álcool combustível. O trabalho também visa investigar a presença de single nucleotide polymorphism (SNP) ou mutações de base única nas cepas nativas de Saccharomyces cerevisiae isoladas deste processo e relacioná-los à capacidade de floculação e à tolerância ao ambiente industrial estressante. Durante o trabalho... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)<br>Abstract: Brazil is the major world producer of ethanol from sugar cane, producing about 27 billion liters of ethanol a year. Alcohol is the result of sugar cane juice/ molasses fermentation by Saccharomyces cerevisiae yeast cells. Although many sugar mills in Brazil currently start the fermentation process by inoculating selected Saccharomyces cerevisiae commercial strains, it often occurs the incoming of bacteria, native Saccharomyces and non-Saccharomyces yeast strains because of its unsterile condition. In this process these indigenous strains outnumber the population inoculated and those which are genetically and physiologically better adapted tend to dominate. These strains may either show desirable fermentative qualities or not. The method currently used in Brazil to investigate sugar cane must population is electrophoresis karyotyping, however this method is expensive, time consuming and not very accurate when compared with other more sensitive molecular methods. This work aimed at using microsatellite PCR method for differentiating yeasts strains from alcohol plants fermentation process, monitoring population dynamic of a bioethanol fuel plant during a harvest season and studying the genetic diversity and population structure of native strains from bioethanol production industrial process. This work also aimed at investigating SNPs occurrence among Saccharomyces cerevisiae native strains that could be related with flocculation and stressful industrial environment tolerance. Twenty- four microsatellite loci were tested and 12 of them were polymorphic and capable of differentiating the commercial selected strains BG-1, CAT-1, PE-2 e SA-1 from each other and also capable of screening indigenous strains from the inoculated ones. Four loci were used for monitoring Usina São Manoel harvest season during 2008 where were observed... (Complete abstract click electronic access below)<br>Doutor

A monitoração do processo de fermentação alcoólica para a obtenção de etanol é um tema de grande interesse pelo fato deste ser utilizado como fonte sustentavel de energia na indústria. Os processo de monitoração convencionalmente utilizados na indústria são dispendiosos, baseados em medições supervisionadas de densidade e estimativas de parâmetros químicos mediante procedimentos offline. O uso de técnicas de monitoração não invasivas baseadas em ultra-som vem sendo desenvolvidas para esse fim, fazendo uso de estimativas de parâmetros clássicos como a velocidade de propagação acústica e a atenuação. No entanto, a evolução do processo fermentativo não é bem descrita por esses parâmetros. Devido a isso, o presente trabalho propõe um sistema híbrido de processamento de sinais de ultra-som que utiliza um conglomerado de parâmetros para uma caracterização mais eficiente do processo fermentativo. O sistema incorpora procedimentos computacionais para a detecção, caracterização e classificação das fases do mosto em fermentação, visto como uma suspensão sólido-líquido (fase dispersa e contínua). Esses procedimentos foram baseadas em estimativas de estacionariedade dos sinais de retroespalhamento de ultra-som ( teste de hipotese não paramétrico - Teste de Run), ajuste de curvas sobre a largura de banda espectral (técnica de curve fitting), assim como a extração de atributos espectrais tais como : frequência central, largura de banda e valores de amplitude da componente fundamental, entre outros, além de parâmetros ultra-sônicos como o coeficiente de atenuação (slope) e o coeficiente integrado de retro-espalhamento (IBC). Para a classificação foi utilizado o algoritmo K-means. Os resultados obtidos mostraram a viabilidade na caracterização multiparamétrica não invasiva do fluido em fermentação, permitindo a identificação das principais fases do processo fermentativo. O trabalho contribui com uma metodología alternativa para a avaliação da cinética do crescimento microbiano como indicador da evolução da fermentação alcoólica.<br>Monitoring of alcoholic fermentation process for the ethanol production is a topic of great interest because it can be used as a sustainable energy source in the industry. The monitoring process conventionally used in industry are expensive, based on supervised measurements of density and parameter estimates by chemical offline procedures. The use of noninvasive monitoring techniques based on ultrasound are being developed for this purpose, using estimates of classical parameters as the acoustic propagation velocity and attenuation. However, the time evolution of the fermentation process is not well described by these parameters. For this reason, this study proposes a hybrid system of ultrasound signal processing that uses a conglomerate of parameters aiming a more efficient characterization about the fermentation process. The system incorporates computational procedures for the detection, characterization and classification of the fermentation must phases, seen as a solid-liquid suspension (dispersed and continuous phases). These procedures were based on estimates of stationarity for ultrasound backscattered signals (non-parametric statistical test - Run Test), curve fitting on the spectral bandwidth, as well as spectral attributes extraction such as center frequency, bandwidth and energy values of the fundamental frequency and so on, plus ultrasonic parameters as the attenuation coefficient (slope) and the integrated back-scattering coefficient (IBC). For classification we used the k-means algorithm. The results showed the feasibility for the multiparametric noninvasive characterization of fluid in fermentation, identifying the main stages of the fermentation process. This work contributes with an alternative methodology to evaluate the kinetics of microbial growth as an indicator of the alcoholic fermentation evolution.

Foram estudados os processos descohtínuo e descontínuo alimentado de fermentação alcoólica, utilizando-se mosto de melaço de cana de açúcar e Saccharomyces cerevisiae na forma de fermento prensado. Foram analisados a influência da vazão de alimentação exponencialmente decrescente, do tempo de enchimento e do nível de inóculo no comportamento do sistema, considerando os seguintes parâmetros: - produtividades em etanol e em células - rendimento em etanol - fator de conversão de substrato em células. Para o processo descontínuo alimentado, o valor máximo atingido para a produtividade em etanol foi de 16,9 g/L.h. Os resultados obtidos de rendimentos e produtividades em etanol foram semelhantes para os processos descontínuo e descontínuo alimentado (com tempo de enchimento de 3 h e constante de tempo de 1,6 h-1).<br>The batch and fed-batch fermentations of sugar -cane blackstrap molasses by the action of Saccharomyces cerevisiae(pressed yeast) were studied. The influence of exponentially decreasing feeding rates, fermentar filling-up time and levei of inocullum on the behavior was analysed considering the following parameters: - ethanol and cell productivities - ethanol yield - yield yeast. At fed-batch fermentation, the maximum ethanol productivity obtained was 16.9 g/L.h. The results of ethanol productivities and yield achieved for batch and fedbatch (with fermentar filling-up time of 3 h and time constant of 1.6 h-1</SUP).

A aplicabilidade do processo de produção de microrganismos fotossintetizantes depende da obtenção de altas concentrações de biomassa e para isso seria interessante o emprego de fotobiorreatores tubulares. Eles permitem redução da área de cultivo e menor perda de CO2 e nitrogênio amoniacal por volatilização. Em uma primeira etapa deste trabalho, Arthrospira platensis foi cultivada por processo contínuo, avaliando-se diferentes valores de vazão específica de alimentação (D = 0,2 a 1,0 dia-1) e diferentes intensidades luminosas (I = 60 e 120 &#181;mol fótons.m-2.s-1). Verificou-se que 120 &#181;mol fótons.m-2.s-1 associada a D igual a 0,2 dia-1 resultou em maior valor de concentração celular em regime permanente (XP = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1), mas o mesmo I associado a maior valor de D (0,6 dia-1) levou ao melhor valor de produtividade em células (PX = 938,73 mg.L-1.d-1). Foi possível a obtenção do regime permanente em quase todos os ensaios, o que indica que o cultivo contínuo de A. platensis em fotobiorreator tubular, usando uréia como fonte de nitrogênio, pode levar a resultados satisfatórios. Considerando a preocupação em relação à substituição de combustíveis fósseis por biocombustíveis, é iminente o crescente aumento da produção de etanol ainda nos próximos anos, e esse trabalho propõe o uso do CO2 liberado pela fermentação alcoólica na produção de microrganismos fotossintetizantes como A. platensis. Para isso, em uma segunda etapa, A. platensis foi cultivada por processo contínuo, com I igual a 120 &#181;mol fótons.m-2.s-1, empregando uréia e CO2 proveniente de fermentação alcoólica para manutenção de pH e reposição da fonte de carbono. O uso desse CO2, sem tratamento prévio, associado a D igual a 0,6 dia-1 e concentração de uréia de 3,2 mM no meio de alimentação, permitiu a obtenção de PX igual a 839 ± 25 mg.L-1.d-1, o que está próximo de 938 ± 30mg.L-1.d-1, obtido com CO2 puro de cilindro. Estes resultados mostram que o uso de CO2 de fermentação alcoólica, associado a uréia, é adequado para cultivo contínuo de biomassa fotossintetizante de potencial interesse na área farmacêutica, alimentícia e de cosméticos, promovendo não só a redução no custo de produção mas também outros benefícios relacionados a questões ambientais e sociais.<br>Appropriately designed tubular photobioreactors seem to be suitable for photosynthetic biomass production. It can reduce the cultivation area and provide lower loss of CO2 and ammoniacal nitrogen by volatilization. In a first step of this study, Arthrospira platensis was cultivated by continuous process, testing different values of dilution rate (D = 0.2 to 1.0 d-1) and light intensities (I = 60 and 120 &#181;mol photons.m-2.s-1). The results of these runs showed that the maximum steady-state cell concentration (XS = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1) was achieved at 120 &#181;mol photons.m-2.s-1 and D of 0.2 d-1, but the same light intensity associated to higher dilution rate (0.6 d-1) provided the highest cell productivity (PX = 938 ± 30 mg.L-1.d-1), a value appreciably higher than that reported in other studies. Besides, steady-state conditions were achieved in most of the runs indicating that A. platensis continuous cultivation in the tubular photobioreactor, using urea as nitrogen source, can be performed effectively, thus appearing an interesting alternative for the large scale fixation of carbon dioxide to mitigate the green house effect. Taking into account the concern about the substitution of fossil fuel with biofuels, its evident that the ethanol production is going to increase even more in the next years, and this study propose the use of the CO2 released by the alcoholic fermentation for the production of photosynthetic microorganism such as A. platensis. For this purpose, in a second step, cultivations of A. platensis were carried out with 120 &#181;mol photons.m-2.s-1 by continuous process, using urea and CO2 from Alcoholic fermentation for pH maintenance and carbon source replacement. The use of this CO2, without any treatment, associated with a D of 0.6 d-1 and feed urea concentration of 3.2 mM provide us a PX of 839 ± 25 mg.L-1.d-1, which is slightly lower than 938 ±30 mg.L-1.d-1, obtained with pure CO2 from cylinder. Our results showed that the use of CO2 from alcoholic fermentation, associated with urea, is suitable for the continuous cultivation cyanobacterial biomass, providing not only the production cost reduction but also other benefits related to environmental and social issues.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Carolina Santos.pdf: 831482 bytes, checksum: 8053abff10699b2f862586aa8a3301e7 (MD5) Previous issue date: 2006-01-27<br>The application of clean technology concept aims to optimize the extraction process in order to obtain maximum juice, to decrease loss and to manage the generated residue applicability. The use of enzymatic complexes, of cellulases and pectinases, during juice extraction process allows to modify physical-chemical characteristics of the products and to minimize residue generation. This work aimed to study the fermentative behavior of apple juice obtained through the use of clean technology concept, called enzymatic liquefaction. Process and liquefaction products characteristics were compared to extraction by pressing. An increase of 28.43% in total acidity, 28.6% in total nitrogen and 39.38% in phenolic compounds was found in the juice obtained by liquefaction. The pomace presented a decrease of 23.35% in pectine, an increase of 38.3% in ether extract and was not observed statistical difference for total alimentary fiber values. By using enzymatic liquefaction process was observed a decrease of 19% of humid residue, when compared to pressing process. The juices obtained by enzymatic liquefaction and pressing process were submitted for fermentation, in defined conditions of temperature and time, when was undertaken the analysis of biomass production kinetics, ethanol, flavor volatile compounds formation and the total sugar reductor consume. The superior alcohol sum for fermented obtained from liquefaction and pressing was 133.6mg.L-1 and 130.4mg.L-1, respectively. Methanol average levels, resulting from pectin desmetoxilation by pectinesterase activity were 486.24mg.L-1 for liquefaction process and 13.95mg.L-1 for pressing process.<br>A aplicação do conceito da tecnologia limpa visa otimizar o processo de extração para que o máximo de suco seja obtido, diminuir perdas e gerenciando a aplicabilidade do resíduo gerado. A utilização de complexos enzimáticos, constituídos por celulases e pectinases, na extração de suco permite além de modificar características físico-químicas dos produtos, minimizar a geração de resíduos. Estudar o comportamento fermentativo do suco de maçã obtido a partir o conceito da tecnologia limpa, usando a liquefação enzimática, foi o objetivo deste trabalho. As características do processo e dos produtos da liquefação foram comparadas à extração por prensagem. Foi verificado um aumento em 28,43% na acidez total, 28,6% para o nitrogênio total e 39,38% nos compostos fenólicos no suco obtido por liquefação. No bagaço proveniente da liquefação foi obtida uma diminuição de 23,35% de pectina, um aumento no extrato etéreo de 38,3% e não foi verificada diferença estatística entre os valores obtidos para fibra alimentar total. Com a utilização do processo de liquefação enzimática foi verificada uma redução de 19% na quantidade de resíduo úmido gerado, quando comparado ao processo de prensagem. Os sucos provenientes tanto da liquefação enzimática quanto da prensagem foram submetidos à fermentação, em condições padrão de temperatura e tempo, sendo analisada a cinética de produção de biomassa, etanol, formação dos compostos voláteis do aroma e o consumo de açúcares redutores totais. A soma dos álcoois superiores foi de 133,6mg.L-1 e 130,4mg.L-1 para os fermentados obtidos da liquefação e prensagem, respectivamente. Os teores médios de metanol, resultantes da desmetoxilação da pectina pela atividade da pectinesterase foram de 486,24mg.L-1 para o fermentado obtido da liquefação e 13,95mg.L-1 para o fermentado proveniente da prensagem.

The transformation of sugar (glucose) into ethanol and CO2 involves 11 reactions in orderly sequence, each catalyzed by a specific enzyme from yeast producing ethanol, for example, Saccharomyces cerevisiae. These yeast require a source of carbon, which can be another glucose or sugar, but also require vitamins and other nutrients such as nitrogen, phosphorus, sulfur, potassium, magnesium, calcium, zinc, manganese, copper, iron, cobalt, iodine and other elements in small quantities. The nutritional needs of yeast during alcoholic fermentation influence the proliferation and cell growth and efficiency of transformation of sugar into alcohol. This study aimed to investigate the effect of supplementation of nutrients in grape juice from the sugar cane to 14º Brix and mash of molasses to 15º Brix on the process of alcoholic fermentation in batch simple, using the commercial formulations A, B and C. These formulations commercial showed in their compositions P2O5, N, MgSO4, MnSO4 and ZnSO4 in different doses for each of the three nutrients trade. The fermentations were conducted in erlenmeyers and shaker type Shaker with agitation (200 rpm) and temperature (± 32°C) controlled with weighing of an hour in hour of erlenmeyers to determine the end of fermentation. The analyses used to evaluate the efficiency of the fermentation process were: "Reducing sugars Totals (ART), sulfuric acidity, pH and alcohol content. The concentrations of nutrients tested were determined trade based on deficiencies of musts. To complement the mash of molasses, it was found that concentrations of nutrients that commercial maximizes the efficiency and productivity in the fermentation process were: 0.20 grams of A / litre of must, 0.50 grams of B / litre of must and 0,30 g of C / liter of juice. And in the mash of broth of cane were: 0.50 grams of A / litre of must, 1 g of B / litre of must and 2 grams of C / liter of juice.<br>Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas<br>A transformação de açúcar (glicose) em etanol e CO2 envolve 11 reações em seqüência ordenada, cada qual catalisada por uma enzima específica das leveduras produtoras de etanol, como por exemplo, a Saccharomyces cerevisiae. Essas leveduras exigem uma fonte de carbono, que pode ser glicose ou outro açúcar, mas também exigem vitaminas e outros nutrientes tais como nitrogênio, fósforo, enxofre, potássio, magnésio, cálcio, zinco, manganês, cobre, ferro, cobalto, iodo e outros elementos em quantidades diminutas. As necessidades nutricionais das leveduras durante o processo de fermentação alcoólica influenciam na multiplicação, crescimento celular e eficiência de transformação do açúcar em álcool. O presente trabalho teve por objetivo estudar a influência da complementação de nutrientes em mosto de caldo de cana a 14ºBrix e mosto de melaço a 15ºBrix sobre o processo de fermentação alcoólica em batelada simples, utilizando as formulações comerciais A, B e C. Essas formulações comerciais apresentaram em suas composições P2O5, N, MgSO4, MnSO4 e ZnSO4 em doses diferentes para cada um dos três nutrientes comerciais. As fermentações foram conduzidas em Erlenmeyers e em agitador tipo Shaker com agitação (200 rpm) e temperatura (± 32ºC) controladas, com pesagem de hora em hora dos Erlenmeyers para determinar o final da fermentação. As análises utilizadas para avaliação da eficiência do processo fermentativo foram: Açúcares Redutores Totais (ART), acidez sulfúrica, pH e teor alcoólico. As concentrações testadas dos nutrientes comerciais foram determinadas com base nas deficiências dos mostos. Para complementar o mosto de melaço, estabeleceu-se que as concentrações dos nutrientes comerciais que maximizariam a eficiência e produtividade no processo fermentativo foram: 0,20 g de A/litro de mosto, 0,50 g de B/litro de mosto e 0,30 g de C/litro de mosto. E no mosto de caldo de cana foram: 0,50 g de A/litro de mosto, 1 g de B/litro de mosto e 2 g de C/litro de mosto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2364.pdf: 1102875 bytes, checksum: b267e8f11265cae314ce120c5c408adf (MD5) Previous issue date: 2008-10-30<br>The yield ethanol (hP) is one of the most important parameters to be evaluated in the industrial process of alcohol fermentation. Because most plants neither present a reasonable level of automation, nor perform frequent analytical measures during the batch, the hP is currently calculated by methodology based on by-products formed in the process. Such calculation is questioned as to its accuracy because it almost always presents high values of hP. Still, with regard to the process of alcohol fermentation, the kinetic modeling of the fermentation process has been studied extensively. However, the proposed models have not properly represented the industrial process in which the fermenter initially containing the inoculum ( preculture ) is fed with a flow of wort (feeding culture medium) until its filling, following the fermentation, in batch, until the substrate exhaustion. The aim of the present study is propose a new methodology for calculating the yield ethanol (hP) based on material balances. The hP results obtained in the pilot plant (80.5 to 87.9%) and industrial plant (84.2 and 92.1%) presented by the new method tracks near values. However, values of hP obtained by the present methodology were lower than those obtained by the traditional by-products method, currently used by almost all sugar and alcohol mills. Still, a kinetic model was proposed to describe the conventional process of fermentation considering the existence of two cellular performances during the process, with regard to the consumption of substrate and to the production of ethanol. The model properly described the performance of the concentration of cells (CX), substrate (CS) and ethanol (CP) over all cultures, showing that the assumptions considered when preparing the model were concerned about the reality of the phenomenon observed. Finally, estimated values of kinetic parameters of the proposed model showed little variation in different cultures as well as values within a range of literature.<br>O rendimento em etanol (hP) é um dos parâmetros mais importantes a ser avaliado no processo industrial de fermentação alcoólica. Devido ao fato da maioria das usinas não apresentar um nível de automação razoável, nem realizar medidas analíticas freqüentes durante as bateladas, o hP é atualmente calculado por metodologia baseada nos subprodutos formados no processo, cálculo questionado quanto a sua precisão, pois gera quase sempre altos valores de hP. Ainda, no que diz respeito ao processo de fermentação alcoólica, a modelagem cinética do processo fermentativo tem sido estudada extensivamente. No entanto, os modelos propostos não têm representado adequadamente o processo industrial no qual a dorna inicialmente contendo o inóculo ( pé de cuba ) é alimentada com uma vazão de mosto até seu enchimento, seguindo a fermentação, em batelada, até o término do substrato. O presente trabalho teve como objetivo principal a proposta de uma nova metodologia de cálculo do rendimento em etanol (hP) com base nos princípios de balanço material. Os resultados de hP obtidos na planta piloto (80,5 a 87,9%) e na industrial (84,2 e 92,1%) pela nova metodologia apresentaram faixas próximas de valores. No entanto, estes valores obtidos de hP foram inferiores àqueles obtidos pela metodologia tradicional por subprodutos, utilizada atualmente pela quase totalidade das usinas de açúcar e álcool. Ainda, foi proposto um modelo cinético para descrever o processo convencional de fermentação alcoólica considerando a existência de dois comportamentos celulares ao longo do processo, no que diz respeito ao consumo de substrato e à produção de etanol. O modelo descreveu adequadamente os comportamentos das concentrações de células (CX), substrato (CS) e de etanol (CP) ao longo de todos os cultivos, mostrando que as hipóteses consideradas na elaboração do modelo foram pertinentes quanto à realidade do fenômeno observado. Por fim, os coeficientes cinéticos estimados do modelo proposto apresentaram uma pequena variação nos diferentes cultivos, bem como valores dentro de uma faixa de literatura.

Orientador: Prof. Dr. Reynaldo Palácios Bereche<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2015.<br>No presente trabalho foi desenvolvida uma análise de desempenho da inserção da tecnologia de membranas, visando a potencialização da produção de etanol, e o impacto desta sobre a destilação convencional para a separação do etanol até o grau de etanol hidratado combustível (EHC). A pervaporação com membranas de PDMS (polidimetilsiloxano) foi adotada como alternativa tecnológica para a intensificação da fermentação alcoólica, a partir de sacarose em forma de melaço de cana. Três arranjos de operação de fermentação foram selecionados e avaliados como alternativa à intensificação da operação, a fermentação em batelada com fermentadores SBF (Simple Batch Fermenter) representa o regime transitório, para o regime estacionário foi selecionado um fermentador contínuo, CSTF (Continuous Stirred Tank Fermenter). Na operação semicontínua, o fermentador em batelada alimentada foi selecionado, FBF (Fed-Batch Fermeter). Os três tipos de operação de fermentação (em batelada, contínua e semicontínua) avaliaram-se em função do rendimento, produtividade e tempo de operação. O critério do tempo de operação discriminou-se em tempos totais de fermentação para os fermentadores SBF e FBF, em quanto ao fermentador CSTF o tempo de retenção hidráulica foi usado. Tanto os modelos da cinética da fermentação, como os parâmetros cinéticos foram tomados da literatura e adaptados ao tipo de regime avaliado. Para a explicação da pervaporação foi usada a teoria de solução-difusão, pois segundo a literatura , é a teoria mais apropriada e simples que descreve a transferência de massa através da membrana em uma pervaporação. Os modelos de transferência de massa de Fick e Maxwell-Stefan (MS), foram aplicados para determinar a taxa de transferência de massa na pervaporação, baseada nas características das membranas de PDMS. As permeabilidades do modelo de transferência de massa de Fick foram determinadas. Os parâmetros de sorção e difusão do modelo de MS foram tomados da literatura. Para a membrana de PDMS avaliada, determinou-se um fator de separação de 3,5 para o etanol e 0,14 para água sob as condições normais de fermentação, indicando um fluxo de permeato com um conteúdo de água relativamente baixo (referente à solução fermentativa) e uma concentração de 33 wt.% de etanol no permeato. Fez-se o acoplamento da modelagem dos fermentadores SBF, CSTF e FBF com o modelo de MS da membrana de pervaporação. O modelo de MS apresentou maior exatidão que o modelo de Fick na transferência de massa através da membrana. Também propôs-se os esquemas da operação híbrida para os fermentadores H-SBMF (Hybrid -Simple Batch Membrane Fermenter), H-CSTMF (Hybrid- Continuous Stirred Tank Membrane Fermenter) e H-FBMF (Hybrid-Fed Batch Membrane Fermenter). Para a fermentação híbrida com membranas, além do rendimento, produtividade e tempo de operação foi avaliada a intensificação de etanol. Para o H-SBMF, a produção de etanol aumentou 14,43% em comparação à fermentação convencional, sob as mesmas condições operacionais (Intensificação de etanol) e a produtividade teve um incremento de 2,5 vezes. O H-CSTMF apresentou um incremento máximo de etanol produzido de 30,32%, e a produtividade foi incrementada em uma faixa de 1,1 a 1,7 vezes baseado no tempo de retenção (residencia hidráulica). No H-FBMF atingiu-se até 16,13 % de etanol intensificado e um incremento de 1,6 vezes na produtividade. Os rendimentos de todas as fermentações mantiveram relativamente constantes. Os consumos energéticos (energia térmica e mecânica) foram avaliados com base nos requerimentos energéticos da pervaporação, e consumo energético na etapa de destilação para obter álcool hidratado. Conseguiu-se advertir que houve um declínio do consumo de energia térmica (calor) do processo geral (máximo de 11%), em virtude de um significante aumento da quantidade de etanol produzido na fermentação híbrida. Determinou-se que o consumo de energia na recuperação do permeato, depende explicitamente da área da membrana, o qual foi média de 0,77 kW/m2.<br>In this study, an analysis of performance of the membrane technology insertion to conventional ethanol production technology has been developed. Membranes separation were considered to enhance the fermentation and distillation areas of conventional process of alcohol-fuel production. Aimed an intensification of alcoholic fermentation by pervaporation with PDMS (Polydimethylsiloxane) membranes, as a back-up technology to accomplish this assignment. Three fermentation operation arrangements were picked and assessed as intensification alternative operation, SBF (Simple Batch Fermenter) for transient regime, CSTF (Continuous Stirred Tank Fermenter) for steady-state fermentation and FBF (Feed Batch Fermenter) for semicontinuous operation. These three types of operation (batch, steady-state and semicontinuous) were evaluated as function of product-yield, productivity and operation time criteria. In batch and fed-batch operation, operation time was specified by total fermentation time, for steady-state operation the operation time criteria was residence time. Fermentation kinetic models and kinetic parameters were obtained from literature and embedded to assessed operation regimes. Pervaporation phenomena was explained by the solution-diffusion theory, since according to literature it is most appropriate and simple theory to describe the mass transfer across pervaporation membranes. Fick and Maxwell-Stefan mass transport model were used to determine the pervaporation mass transfer rate, based in PDMS membranes characteristic. Permeability from Fick model was calculated and sortion and diffusivity parameters from Maxwell-Stefan were obtained from literature. For evaluated PDMS membrane, ethanol and water separation factor of 3.5 and 0.15 were achieved, respectively for a range of normal fermentation concentrations, suggesting a permeate flux with lower water containing than fermentative solution and an ethanol concentration about to 35 %. SBF, FBF and CSTF modeling, Fick and Maxwell-Stefan membrane pervaporation models were adapted and applied together. In addition, a schematic hybrid arrangement for fermenters, H-SBMF (Hybrid -Simple Batch Membrane Fermenter), H-FBMF (Hybrid-Fed Batch Membrane Fermenter) and H-CSTMF (Hybrid-Continuous Stirred Tank Membrane Fermenter) was proposed. Further product-yield, productivity and operation time criteria, performance of membrane pervaporation was evaluated in hybrid-fermentation process. For H-SBMF, product-yield referred to conventional fermentation, under the same operative conditions (ethanol profit) increased 14.43% and 2.5 times higher productivity was achieved. H-CSTMF presented 30.32% higher ethanol profit; instead, the productivity had an increased in range of 1.1-1.7 times. For H-FBMF achieved 16.13% and 1.6 times higher ethanol profit and productivity, respectively. Fermentation energy consumption was estimated based in the energetic needs in pervaporation and energy demand in distillation area, for hydrated ethanol. A decrease of global energy consumption was attended (up to 11%), consequent to a quietly higher ethanol-feed concentration, generated in a simultaneous fermentationpervaporation process. The pervaporation was integrated to high-temperature compressed permete stream, reaching a higher energy-efficient process than a non-integrated pervaporation process. Electrical consumption for permeate recovery was determined and it is only in funtion of membrane area, achieving 0.77 kW/m2.

Estudou-se o processo descontínuo alimentado de fermentação alcoólica, utilizando-se mosto de melaço de cana-de-açúcar e Saccharomyces cerevisiae na forma de fermento prensado. Foram analisados a influência da vazão de alimentação exponencialmente decrescente e do tempo de enchimento do fermentador no comportamento do sistema, considerando os seguintes parâmetros: 1. produtividade em etanol e em células, 2. rendimento em etanol e 3. razão de crescimento celular.<br>The fed-batch ethanol fermentation of sugar-cane blackstrap molasses by the action of Saccharomyces cerevisiae (pressed yeast) was studied. The influence of exponencialy decreasing feeding rates and of the fermentor filling up time on the system behavior was analysed considering the following parameters: 1. ethanol and cell productivities, 2. ethanol yield and 3. cell growth ratio.

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Juan Lucas Argueso<br>Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia<br>Made available in DSpace on 2018-08-21T03:40:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarvalhoNetto_OsmarVazde_D.pdf: 3871803 bytes, checksum: 86689af3801aaa7c1f590f5061a729ba (MD5) Previous issue date: 2012<br>Resumo: A fermentação alcoólica realizada por leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae é atualmente o principal processo em escala econômica para a produção de etanol a partir de fontes renováveis (bioetanol). Entretanto, as linhagens isoladas há quase duas décadas vêm perdendo gradualmente seu desempenho fermentativo ao longo dos anos, reduzindo o rendimento e a estabilidade do processo. Um dos fatores que contribuem para tais perdas está associado às significativas alterações operacionais do processo nestas duas décadas. Aliado a isto, pouco se conhece sobre as bases genéticas das principais linhagens comerciais utilizadas no Brasil, inviabilizando o sucesso de programas de melhoramento genético. Neste ponto, este trabalho propõe de forma inédita um estudo completo de caracterização, análise de expressão e manipulação gênica de PE-2, uma das principais linhagens usadas no processo Brasileiro. Para isto, dados da estrutura, composição e regulação do genoma foram gerados. A partir dessas informações foi desenvolvida, através de manipulações genéticas, uma linhagem auxotrófica para uracila (plataforma biológica) e outras com características de fermentação superiores ao isolado selvagem. O conceito de que o sucesso de manipulações pontuais depende de um conhecimento prévio detalhado da linhagem de interesse, compreendendo tanto suas bases genéticas quanto fisiológicas, foi validado neste estudo. Os dados aqui apresentados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de uma segunda geração de linhagens de S. cerevisiae ainda mais robustas, voltadas não apenas para a produção de bioetanol, como também para utilização em outros processos biotecnológicos<br>Abstract: The alcoholic fermentation performed by yeasts of the specie Saccharomyces cerevisiae is the main current process to produce ethanol from renewable resources (bioethanol) under economic scale. However, strains isolated two decades ago have been gradually losing their original fermentative fitness during the years, decreasing the process yield and stability. One of the factors that contribute for these losses is associated with the meaningful process operational changes along these years. In addition to that, there is a knowledge gap regarding the genetic bases of the commercial strains used on Brazil, not leading to success of the genetic improvements programs. Hereupon, this work propose in a first time way a complete characterization, expression analysis and genetic manipulation study of PE-2, one of the most important strain used on Brazilian process. To this, structure, composition and regulation data of the genome were produced. From such information, it was developed by genetic manipulations assays an auxotrophic yeast for uracile (biological plataform) and others strains with superior fermentative characteristics in comparison with the wild isolated. The concept that the success of precise manipulations depends on the previous detailed knowledge of the interest strain, regarding the genetic and physiology bases, was confirmed herein. The data presented here also establish new perspectives for the construction of a second generation strains even more robusts, designed not only for the bioethanol production, but also to be applied on different biotechnological processes<br>Doutorado<br>Genetica de Microorganismos<br>Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho, Francisco Maugeri Filho<br>Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química<br>Made available in DSpace on 2018-08-19T22:59:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_RafaelRamosde_D.pdf: 13239438 bytes, checksum: 3878b0150588cf72948be14b3f7dec47 (MD5) Previous issue date: 2012<br>Resumo: O objetivo deste trabalho é modelar um processo de produção de etanol a partir da fermentação de hidrolisado enzimático de bagaço concentrado com melaço de cana-de-açúcar. Para este propósito, foram realizadas 23 fermentações em batelada com e sem reciclo de células em várias temperaturas: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. O reciclo visa avaliar a influência da exposição da levedura S. cerevisiae ao hidrolisado contendo inibidores (especialmente ácido acético) por longos períodos de tempo, e com altas concentrações celulares. Para cada temperatura a primeira fermentação foi realizada com inóculo fresco e realizaram-se no mínimo 4 reciclos. Inicialmente avaliou-se um modelo desenvolvido em trabalho anterior (ANDRADE, 2007) para fermentação de melaço de cana. Este modelo não foi capaz de descrever novas fermentações na presença de alterações da matéria-prima, nem mesmo quando o substrato era melaço de uma safra diferente. Devido ao grande número de parâmetros (11) no modelo, desenvolveu-se uma metodologia de re-estimação, na qual os parâmetros mais sensíveis eram reajustados, e os menos sensíveis mantidos fixos, tornando a re-estimação mais simples. Para isso fez-se uma análise de sensibilidade paramétrica através de planejamentos de Plackett-Burman usando o software STATISTICA, variando os parâmetros cinéticos e calculando seus efeitos nos perfis de concentração de células, substrato e etanol. Os parâmetros mais relevantes nos perfis foram ?máx, Pmáx, Yx e Yp/x, os quais foram escolhidos para serem reajustados quando se alterava o substrato. Com o reajuste desses 4 parâmetros, foi possível descrever os dados experimentais da fermentação de melaço de nova safra com precisão. O mesmo algoritmo de re-estimação foi utilizado para ajuste dos parâmetros do modelo de fermentações de caldo hidrolisado concentrado com melaço. Além dos 4 parâmetros definidos como mais importantes (?máx, Pmáx, Yx ,Yp/x), re-estimou-se também o parâmetro Xmáx, já que no desenvolvimento do modelo original não foi considerado reciclo de células, havendo baixa concentração de biomassa. Acrescentou-se, ainda, ao modelo original, um termo para levar em conta a inibição por ácido acético, logo estimaram-se também os parâmetros relacionados. Após re-estimação dos parâmetros usando um algoritmo de otimização quasi-Newton desenvolvido em COMPAQ VISUAL FORTRAN, realizou-se nova análise de sensibilidade para verificar se os parâmetros mais sensíveis continuavam sendo os mesmos. Neste caso, o ?máx deixou de ser xviii relevante se a análise fosse feita no tempo final de fermentação, porém realizando análise de sensibilidade em diferentes tempos, mostra-se que ?máx tem efeito nos perfis do modelo no início da fermentação. Foi possível desenvolver um modelo preciso que descreveu as fermentações em batelada com e sem reciclo de células em função da temperatura mantendo 11 dos 13 parâmetros (ajustados a partir de dados de fermentação de hidrolisado concentrado com melaço) fixos. Apenas os parâmetros Yx e Yp/x tiveram valores diferentes para as fermentações com reciclo<br>Abstract: The objective of this paper is to model a process of ethanol production from sugarcane bagasse hydrolysate concentrated with molasses. For this purpose, experimental data were obtained from 23 batch fermentations with and without cells recycle in different temperatures: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. The recycle aims to evaluate the influence of exposing the yeast S. cerevisiae to the hydrolysate inhibitors (specifically acetic acid) for long time periods, and under high cell concentrations. For each temperature the first fermentation was performed with fresh inoculum and at least 4 recycles were carried out. Initially a model developed in a previous work (ANDRADE, 2007) for sugarcane molasses fermentation was evaluated. This model was not able to describe new fermentations in the presence of changes of raw material, not even when the substrate was molasses from a different harvest. Due to the large number of parameters (11) in the model, a re-estimation methodology was proposed, in which the most sensitive parameters were adjusted and the less sensitive were kept fixed, making the re-estimation easier. A parametric sensitivity analysis through Plackett-Burman designs was performed, using the software STATISTICA, by varying the kinetic parameters and calculating their influence on the profiles of cell, substrate and ethanol concentrations. The most relevant parameters in the profiles were ?max, Pmax, Yx and Yp/x, which were chosen to be re-estimated when there was change in the substrate. With the re-estimation of these four parameters, it was possible to describe the experimental data from fermentation of molasses from a new harvest accurately. The same re-estimation algorithm was used to adjust the parameters of the fermentation of hydrolysate concentrated with sugarcane molasses. In addition to the 4 parameters defined as most important (?max, Pmax, Yx, Yp/x), Xmax was also re-estimated, since the development of the original model did not consider recycling of cells, which resulted in a low biomass concentration. A term to account for the inhibition by acetic acid was added to the original model, so the related parameters were also estimated. After the parameters re-estimation using a quasi-Newton optimization algorithm developed in COMPAQ VISUAL FORTRAN, a new sensitivity analysis was carried out to verify if the most sensitive parameters remained the same. In this case, ?max had no influence if xx the analysis was performed at the end of the fermentation, but by performing the sensitivity analysis at different times, ?max was shown to influence the model profiles at the beginning of fermentation. It was possible to develop an accurate model that described the batch fermentations with and without cells recycle as a function of temperature keeping 11 of the 13 parameters (adjusted from data of fermentation of hydrolyzate concentrated with molasses) fixed. Only the parameters Yx and Yp/x had different values for the fermentation with recycle<br>Doutorado<br>Desenvolvimento de Processos Químicos<br>Doutor em Engenharia Química

Orientador: Silvio Roberto Andrietta<br>Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica<br>Made available in DSpace on 2018-08-06T08:57:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Porto_LiadeMendonca_D.pdf: 3965643 bytes, checksum: af08099e2fd964cfed91edc4842675e0 (MD5) Previous issue date: 2006<br>Resumo: Este trabalho consiste em determinar o modelo que melhor descreve a fermentação alcoólica industrial, em sistemas contínuos de reatores de mistura em série. Para determinação dos parâmetros cinéticos foi desenvolvido um programa utilizando os dados de análises feitas em amostras retiradas de usinas em operação. Dos modelos testados, o Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) e Levenspiel (1980), não apresentaram incoerência física nem problema de convergência sendo estes indicados para descrever a cinética da fermentação alcoólica. Os parâmetros cinéticos comuns aos modelos apresentaram valores semelhantes, onde o parâmetro Ks' limitação pelo substrato, foi de 3,0:t 0,4, o valor da concentração limite pelo produto inibidor, Pmáx' foi 92:t 9 e o fator exponencial de inibição pelo produto, YN, foi 5,3:t 0,9. O fator de inibição pelo substrato do modelo Tosseto (2002), Ki, foi 27:t 5 . O parâmetro X máx ' inibição pela massa celular, e YM, fator exponencial desta inibição, para o modelo Lee; Pagan; Rogers (1983) foram 1O0:t 1 e 0,9:t 0,1, respectivamente. A escolha pelo modelo Tosetto (2002) para implementação do programa de simulação do processo foi devido à tentativa de uma maior abrangência na obtenção das constantes cinéticas devido à possibilidade de inibição pelo substrato. A simulação em regime permanente trata-se da resolução equações algébricas dos balanços de massa do sistema e é capaz de dimensionar a etapa de fermentação de novas plantas a serem implantadas, enquanto que a simulação em regime transiente, tem o intuito de avaliar modificações durante a operação da usina e as equações diferenciais obtidas a partir dos balanços de massa devem ser resolvidas por método numérico, que neste caso foi utilizado o Runge-Kutta de quarta ordem<br>Abstract: This work aimed to determinate a model that best describes the industrial scale alcoholic fermentation in continuous serial mixing reactors. Software was developed in order to establish the kinetics parameters, using analysis data performed on samples from operating plants. The models described by Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) and Levenspiel (1980), did not display physical incoherence or even convergence problems that described alcoholic fermentation kinetics. The kinetics parameters shown in all models presented similar values, like K (substrate limitation) was 3,0:t 0,4, Pmáx (limited product concentration) was 92:t 9 and YN (product inhibition power factor) was 5,3:t 0,9. The K (substrate inhibition) studied by Tosseto (2002) was 27:t 5. X máx (cell mass inhibition) and YM (cell mass inhibition factor power) were respectively 1O0:t 1 and 0,9:t 0,1 to Lee; Pagan; Rogers (1983). The kinetics parameters abranger due the substrate inhibition obtained by Tosetto (2002) this model was chosen in order to implement the simulating software. The stady state simulation is about system' s mass balance algebric equations resolution and is capable to dimension the fermentation step in new plants to be implanted while the unstady state simulation have the intention to evaluate modifications during the plant operation and the differential equations obtained from mass balance must be resolved by numerical methods, in this case, was used the fouth order Runge-Kutta<br>Doutorado<br>Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos<br>Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica<br>Made available in DSpace on 2018-08-10T20:20:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_RafaelRamosde_M.pdf: 1587910 bytes, checksum: 8b9b9c8732f2cb239ee3db85845e7e92 (MD5) Previous issue date: 2007<br>Resumo: Entre os principais problemas relacionados à produção de etanol está a falta de robustez da fermentação em presença de flutuações na qualidade de matéria-prima, o que leva a mudanças no comportamento cinético com impacto no rendimento, produtividade e conversão. Esta falta de robustez pode ser levada em conta através de ajustes operacionais e de controle, que pode ser melhorado com o uso de um modelo matemático preciso. Neste trabalho, um procedimento para o desenvolvimento de um modelo matemático robusto, valido em uma grande faixa de condição operacional foi estabelecido. Este modelo considera o efeito da temperatura na cinética. Experimentos foram executados em modo batelada. O microrganismo utilizado foi Saccharomyces cerevisiae e o meio de cultura, melaço de cana de açúcar. O objetivo foi avaliar a dificuldade em atualizar os parâmetros cinéticos quando se tem mudanças nas condições de fermentação. Rendimento e produtividade foram analisados como funções de temperatura e concentração inicial de substrato. Neste trabalho foi executada também a otimização dos parâmetros cinéticos no processo de fermentação alcoólica. Parâmetros cinéticos foram determinados como função da temperatura para fermentações em batelada na faixa de temperatura de 30 até 38oC. Baseado em dados experimentais, um modelo diferencial que consiste em expressões para taxa de crescimento celular, consumo de substrato e formação de produto foi proposto. O objetivo foi desenvolver um procedimento para atualizar os parâmetros cinéticos sempre que mudanças nas condições de fermentação ocorrerem. Mudanças em condições operacionais são muito comuns em plantas de fermentação alcoólica, elas ocorrem não somente devido a variações na qualidade da matéria-prima, mas também devido a variações nas leveduras dominantes no processo. Também, o processo de fermentação alcoólica é exotérmico e pequenos desvios na temperatura podem deslocar o processo da condição de operação ótima. Assim, está claro que a principal dificuldade nas técnicas baseadas em modelos para definição de estratégias operacionais, controle e otimização, é o problema de obter um modelo preciso<br>Abstract: Among the main current problems related to industrial ethanol production is the lack of robustness of the fermentation in presence of fluctuations in the quality of raw material, which leads to changes in the kinetic behavior with impact on yield, productivity and conversion. This lack of robustness can be taken into account through operational and control adjustments, which can be aided by the use of an accurate mathematical model. In this work, a procedure to develop a robust mathematical model, valid in a large range of operational conditions, was established. This model considers the effect of temperature on the kinetics. Experiments were performed in batch mode. The microorganism used was Saccharomyces cerevisiae and the culture media, sugar-cane molasses. The objective was to assess the difficulty in updating the kinetic parameters when there are changes in fermentation conditions. Yield and productivity were analyzed as functions of temperature and initial substrate concentration. In this work we perform kinetic parameters optimization in alcoholic fermentation process. Kinetic parameters were determined as functions of temperature from batch fermentations at temperatures from 30 to 38oC. Based on experimental data, a differential model consisting of rate expressions for cell growth, substrate consumption and product formation was proposed. The objective is to develop a procedure to update the kinetic parameters always that changes in fermentation conditions occur. The lack of robustness of the fermentation in the presence of fluctuations in the quality of the raw material, which leads to changes in the kinetic behavior with impact on yield, productivity and conversion, is among the main current problems related to the alcoholic fermentation process. Changes in the operational conditions are quite common in plants of alcoholic fermentation; they occur not only due to the variations in the quality of the raw material but also due to variations of dominant yeast in the process. Also, the alcoholic fermentation process is exothermic and small deviations in temperature can dislocate the process from optimal operational conditions. Thus, it is clear that the main difficulty in model-based techniques for definition of operational strategies, control and optimization, is the problem of obtaining an accurate model<br>Mestrado<br>Desenvolvimento de Processos Químicos<br>Mestre em Engenharia Química

Ce travail étudie la fermentation alcoolique d'un mélange de glucose (35 g/l) et de xylose (15 g/l) par Candida shehatae et Saccharomyces cerevisiae co-immobilisées dans une structure membranaire composite constituée d'une couche plane d'agar enserree entre deux membranes microporeuses. L'utilisation d'un bioréacteur à double chambre a permis une alimentation dissymétrique en substrats et en dioxygène de la structure immobilisatrice et de répondre ainsi aux exigences de culture de chacune des deux espèces. Lors de fermentations discontinues, nous avons montré que les levures consommaient totalement le glucose mais seulement 25% a 40% du xylose. Afin de comprendre les raisons de la faible conversion du xylose par les levures immobilisées, nous avons évalué la résistance opposée par la structure biocatalytique à la diffusion des divers solutés (glucose, xylose, éthanol et xylitol). Cette résistance double au cours de l'incubation : une augmentation de cet ordre ne peut expliquer à elle seule le blocage du système. Une étude des capacités fermentaires des cellules extraites de la structure immobilisatrice a montré que les levures localisées près de la source de substrats carbonés subissaient un fort stress, probablement du à l'accumulation de co-métabolites toxiques dans le milieu de culture. Nous avons enfin effectué des fermentations en continu dans un prototype de bioréacteur à double chambre possédant une surface d'échange élargie. Un taux de conversion du xylose de 73% (et de 100% pour le glucose) a pu être atteint pour un taux de dilution D de 0,04 h(-1), bien que la charge microbienne initiale du gel d'agar fut relativement faible (2,5 g/l de Candida shehatae + 2,5 g/l de Saccharomyces cerevisiae).

Orientador: Pilar Rodriguez de Massaguer<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos<br>Made available in DSpace on 2018-08-04T02:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NolascoJunior_Jonas_M.pdf: 917952 bytes, checksum: 1c082a25920f5c8390a73425551d86ef (MD5) Previous issue date: 2005<br>Resumo: Nesta pesquisa é proposto um processo de tratamento térmico do mosto, com máxima preservação do conteúdo em açúcares fermentescíveis (sacarose, glicose e frutose), a fim de promover a inativação térmica de seus contaminantes bacterianos e por extensão os da fermentação alcoólica. Com esse objetivo foram examinadas as cinéticas de degradação térmica da sacarose, glicose, frutose e açúcares redutores totais (ART) (110 ¿ 140ºC) e também dos esporos de B. stearothermophilus (98 ¿ 130ºC), esporulado termo-resistente contaminante típico de mosto. Todos os fatores termodegradáveis estudados apresentaram cinéticas de destruição térmicas não-lineares de forma que o índice de redução decimal (D), obtido por regressão linear, não foi representativo da velocidade de inativação térmica, e assim as cinéticas foram analisadas mediante modelos não lineares que permitiram obter as constantes de velocidade de inativação (k). Seguidamente utilizando um gráfico tipo Arrhenius a energia de ativação Ea foi determinada e o valor de z foi obtido. As curvas de sacarose remanescentes obtidas durante estudo da sua hidrólise térmica, foram ajustadas por modelos logísticos que se mostraram apropriados para descrever ombros planos e caudas finais nas curvas cinéticas. A energia de ativação e valor z obtidos foram 112,32 kJ/mol e 26,99ºC, respectivamente. Essa reação se mostrou praticamente equimolecular quanto às hexoses produzidas. As curvas de concentração de ART vs tempo remanescentes foram ajustadas por modelos logísticos bipopulacionais, apropriados em casos em que o processo global é descrito por duas frações de compostos, as hexoses glicose e frutose, que se degradam em velocidades diferentes e apresentam ombros e caudas. Os valores de energia de ativação obtidos para a frutose e glicose foram bem próximas: 140,37 kJ/mol e 140,23 kJ/mol, respectivamente. Os valores z obtidos foram 21,59ºC e 21,61ºC. Quanto às velocidades de degradação a frutose apresentou velocidade 9 vezes maior do que a da glicose. A suspensão de esporos se mostrou heterogênea em resistência. A temperatura influenciou a forma das curvas de sobreviventes, para os esporos de B. stearothermophilus ATCC1518. Nas temperaturas mais baixas, as curvas de inativação térmica apresentaram ombro plano, passando por comportamento de modelos de frações lineares consecutivas, e finalmente na temperatura mais elevada apresentou modelo linear com eliminação da fração termo-sensível. Os valores de energia de ativação e z obtidos foram 249,52 kJ/mol e 11,48ºC, respectivamente. O processo térmico para inativação dos contaminantes do mosto foi definido após o decantador, onde foram quantificados grandes grupos microbianos em amostras coletadas de Usinas situadas em regiões de clima e umidade distintas. A concentração máxima de esporos termofílicos produtores de acidez plana foi de 9x101esporos/ml de mosto em Usina localizada em região quente e úmida enquanto um valor de 4 esporos/ml de mosto foi encontrado em Usina localizada em região de clima seco e com predominância de solo com baixa capacidade de retenção de água. Foi determinada a letalidade do processo de decantação para os contaminantes do caldo de cana e mosto através da determinação da história térmica mínima detectada no ponto mais frio de dois decantadores industriais. Baseado no tempo de residência médio e na temperatura mais fria detectada foi possível estimar que a decantação produz, em média, 4,0 x 106 reduções decimais da população de Lactobacillus fermentum e apenas 0,14 reduções decimais nos esporos de B. stearothermophilus. Baseado no conhecimento da cinética dos principais fatores termodegradáveis foi definida uma região de tratamento térmico que se extende dos 114 a 140ºC e de 3000 a 4 segundos. Graficamente essa região é um triangulo delimitado, abaixo pela reta correspondente a 5 reduções decimais dos esporos de B. stearothermophilus e acima pela reta correspondente à preservação de 98,7% dos ART do mosto. O nível de preservação de 98,7% dos ART foi escolhido pela precisão das análises usadas na determinação dos mesmos (1,3%). Qualquer processo térmico dentro dessa região será capaz de satisfazer o requisito de 5 reduções decimais dos esporos de B. stearothermophilus e preservação de 98,7% dos ART do mosto. A prática desse processo térmico implica na adoção de uma estratégia preventiva no controle da contaminação da fermentação em oposição às estratégias corretivas baseadas no uso de antibióticos que se pratica nas Usinas de Açúcar e Álcool Brasileiras<br>Abstract: In this research is proposed a thermal treatment process for sugar cane must with maximum retention of fermentable sugar (sucrose, glucose and fructose), to promote a thermal inactivation of its bacterial contaminants and therefore, those of alcoholic fermentation. With this objective were examined the thermo degradation kinetics of sucrose, glucose, fructose, total reducing sugars (TRS) (110 ¿ 140ºC) and also B. stearothermophilus spores (98 ¿ 130ºC), a typical thermo resistant sporulated contaminant of musts. All thermo degradable factors showed non-linear thermal destruction kinetics due to this the D value, obtained for linear regression, could not be used, thus the kinetics were reported by Arrhenius model, obtaining the reaction rates (k), Activation Energy (Ea) and the z value through out Ea values. Sucrose remaining curves obtained as a function of time during its thermal hydrolysis, were fitted by logistic models which are suitable to describe flat shoulders and ending tales in the kinetic curves. Activation Energy and z value were 112,32 kJ/mol and 26,99°C, respectively. This reaction showed to be equimolecular in regard to the produced hexoses. TRS remaining curves vs time were adjusted by logistic bipopulational models, suitable when the overall process presents two fractions, the hexoses glucose and fructose, with different degradation rates with shoulders and tales. Ea and z values for fructose and glucose were quite close: 140,37 kJ/mol, z of 21,59°C and 140,23 kJ/mol, z of 21,61°C, respectively. As far as degradation rates are concerned, fructose showed to degrade 9 times faster than glucose. Spores suspension showed heterogeneity in thermal resistance. Temperature affected the shape of survival curves for B. stearothermophilus ATCC1518 spores. At lower temperatures, it showed flat shoulder, passing through consecutive linear fraction models behaviors, and finally at higher temperatures followed linear model with elimination of the thermo-sensible fraction. Ea and z values were 249,52 kJ/mol and 11,48°C respectively. A thermal process for sugar cane must contaminant inactivation was defined after the decanter, where microbiological quantification of various microbial groups was carried out on samples from sugar cane mills located in region with different climate and humidity conditions. The maximum thermophilic flat-sour spores count was of 9 x 101 spores/ml of must and was originated from a sugar cane mill located at the warmest and most humid region, while a count of 4 spores/ml of must was found in a plant with dry climate and with soil of low capability for water retention. Decanters lethality of must contaminant was determined based on the minimum detected thermal history in two industrial equipments. Applying the average residence time with this thermal history, it was estimated that the decantation results, on average, 4,02*106 log reductions of Lactobacillus fermentum and only 0,13 log reductions in the counting of B. stearothermophilus spores. Based on the kinetic knowledge of the thermo degradable major factors it was established a thermal process region from 114 to 140C and 3000 to 4 seconds. Graphically, this region is a triangle delimited by the line for 5 log reductions of B. stearothermophilus (lower limit), and the line for 98,7% retention of the must TRS. This preservation level was adopted considering the accuracy of the sugar analysis methodology (1,3%). Any thermal process within this region will be able to satisfy the requirement of 5 log reductions for B. stearothermophilus and 98,7% retention of must TRS. The implementation of this thermal process implies in the adoption of a preventive strategy in the contamination control of the fermenting process, opposite to the corrective strategies currently applied based on antibiotics, which is common practice in Brazilian Sugar Canes mills<br>Mestrado<br>Ciência de Alimentos<br>Mestre em Ciência de Alimentos

L’utilizzo degli scarti da parte dell’industria alimentare costituisce una sfida importante per ridurre le perdite di cibo, aumentare la sostenibilità della produzione alimentare e, pertanto, incrementare la sicurezza alimentare specialmente nei paesi in via di sviluppo. Obiettivo della presente tesi è ottenere aceto dagli scarti dell’ananas tramite idrolisi enzimatica preceduta da pre-trattamento fisico, fermentazione alcolica con differenti ceppi di Saccharomyces cerevisiae, addizionati di Lactobacillus delbruekii o Lactobacillus plantarum del liquido saccarificato, e fermentazione acetica con Acetobacter aceti in un impianto pilota. I campioni ottenuti dalle prove di saccarificazione, fermentazione alcolica e acetica sono stati analizzati per pH, acidità totale, grado Brix, zuccheri, acidi organici, etanolo e per i composti volatili. Una caratterizzazione dettagliata dell’aceto è stata eseguita tramite UPLC/Q-TOF e GC-MS.<br>Using waste from the food industry is a major challenge to reduce food losses, to increase the sustainability of food production and, therefore, increase food security, especially in developing countries. The objective of this thesis is to get vinegar from pineapple waste by means of: enzymatic hydrolysis proceeded by physical pre-treatment; alcoholic fermentation of the saccharified juice with different strains of Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus delbruekii or Lactobacillus plantarum; acetic fermentation with Acetobacter aceti in a pilot plant. Samples obtained from saccharification, alcoholic and acetic fermentation were analyzed for pH, total acidity, total soluble solid (TSS), sugars, acids, ethanol, and volatile compounds. A detailed characterization of vinegar was carried out through UPLC/Q-TOF and GC-MS.

A cianobactéria fotossintetizante Arthrospira platensis é conhecida por apresentar em sua biomassa altos teores protéicos (50-70%), presença do ácido graxo essencial &#947;-linolênico e diversas outras substâncias importantes para a alimentação humana e animal. Esses micro-organismos são capazes de converter o CO2 em biomassa de grande potencial na área de alimentos. Durante a fermentação alcoólica, a produção de CO2 é da mesma ordem de grandeza da produção de etanol e, considerando a crescente demanda interna e externa por esse combustível, seria importante que houvesse um processo que fixasse esse CO2, transformando-o em um produto que poderia ser útil para a nossa população. Adicionalmente, o uso de uma fonte de nitrogênio de baixo custo (uréia) em reatores tubulares contribuiria para a redução do custo de produção da A. platensis. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros cinéticos e bioenergéticos, bem como a composição centesimal da A. platensis cultivadas em biorreator tubular, alimentados com CO2 proveniente de fermentação alcoólica ou com utilização de CO2 puro, para o controle do pH, sob diferentes intensidades luminosas (I) e fontes de nitrogênio (N) adicionadas por meio de processo descontínuo alimentado. Os resultados mostraram que maiores valores de I proporcionaram maiores valores de concentração celular máxima (Xm) e produtividade em células (Px), mas não influenciaram nos valores do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). As diferentes fontes de CO2 não influenciaram nos valores de Xm, Px, YX/N. O uso da uréia aumentou os valores de YX/N em relação aos cultivos com NO3-. Na composição centesimal, pode-se observar que I influenciou nos teores de clorofila, proteínas e lipídios, mas não influenciou nos teores de cinzas e carboidratos na biomassa final. Em relação aos parâmetros bioenergéticos dos cultivos com CO2 puro, observou-se que os maiores valores de dissipação de energia de Gibbs foram obtidos em tempos mais curtos a 120-240 &#181;mol de fótons m-2 s-1, independentemente do N selecionado, enquanto que o número de moles de fótons absorvidos pelas células para produzir um C-mol de biomassa foi maior nas culturas com NO3-, independentemente do I. As frações da energia direcionada para a síntese de ATP e fixada pela célula foram superiores em culturas com uréia quando comparadas com as culturas com NO3-, que se revelou uma fonte de nitrogênio capaz de sustentar o crescimento energicamente da A. platensis.<br>Photosynthetic cyanobacterium A. platensis contains in its biomass high protein content (50-70%), &#947;-linolenic acid and many other substances important for health human. These microorganisms are capable of converting CO2 into biomass of great potential in the food industry. During the alcoholic fermentation, the production of CO2 has the same magnitude of the production of ethanol. Considering the increasingly global demand for this fuel, a process to fix this CO2 is of utmost importance. Furthermore, the use of low cost nitrogen source (urea) in tubular reactors would contribute to reducing the production cost of A. platensis. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the kinetic and bioenergetics parameters, as well as the chemical composition of biomass obtained in A. platensis cultures in tubular bioreactor using CO2 from alcoholic fermentation or pure CO2 to control the pH under different light intensity (I) and nitrogen sources (N). The results showed that higher I induced higher maximum cell concentration (Xm) and cell productivity (Px) values, but it did not exert any influence on the nitrogen-cell conversion factor (YX/N). Urea increased the YX/N values compared to use of NO3-. In the centesimal composition of biomass, it can be observed that I influenced the chlorophyll, protein, and lipid contents, but not influenced the carbohydrate and ash contents. For bioenergetics parameters, it was observed that the highest Gibbs energy dissipation values for cell growth and maintenance were obtained in shorter time at 120-240 mol photons m-2 s-1 in both nitrogen sources, while the moles of photons absorbed by the system to produce one C-mol biomass was higher in cultures with NO3-. The highest values of the molar production of O2 and consumption of H+ were obtained at the highest I values, using NO3-. The estimated percentages of the energy absorbed by the cell showed that, compared with nitrate, the use of urea as nitrogen source allowed the system to address higher fractions to ATP production and light fixation by the photosynthetic apparatus, as well as a lower fraction released as heat. Thanks to this better bioenergetic situation, urea appears to be a quite promising low-cost, alternative nitrogen source for A. platensis cultures in photobioreactors.

In my thesis, I focused on monitoring of microorganisms in the sample of red grape juice and on the interactions between yeasts, bacteria and filamentous fungi. Three different media were applied for the cultivation of microorganisms; firstly for monitoring of total volume of microorganisms, secondly for yeasts and third time for lactic acid bacteria. The indirect method was used for the determination of the amount of viable cells. This method consists in enumerating of visible macroscopic colonies grown up on agar plates. When the cells grew up, the forms of colonies were analyzed visually and the morphology of microorganisms was detected microscopically. The operating time of enzymes in grape juice in the production of red wine was monitored after application of commercial enzymatic preparation. The enzym action in grape juice was observed on the basis of the process of degradation of high – molecular substrate by enzymes through the use of Ubbelohd´s viscometer. The research findings provided a lot of knowledge about the occurance of microflora in the process of production of red wine. The commercial preparations added to grape juice played a significant role.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica<br>O principal objetivo deste trabalho foi produzir uma sidra artesanal, promovendo a utilização de variedades de maçãs locais, e criando assim uma forte ligação à região. Foi estudado o processo de produção, contactadas associações locais para forneceram a matéria prima, e realizados testes iniciais para otimização da formulação e seleção da estirpe de levedura, com posterior produção piloto de 200 litros de sidra de maçã, e respetiva caracterização química e sensorial. Após a realização dos testes iniciais, entre 3 formulações e 4 estirpes de leveduras decidiu-se utilizar uma receita com 50% variedade maçã Starking, 30% variedade maçã Porta da Loja e 20% da variedade maçã reineta, bem como uma estirpe de levedura comercial especialmente desenvolvida para a produção de sidra (SafCider da Fermentis). Foram ainda estudados diferentes métodos de maturação, com co-inoculação ou inoculação sequencial de bactérias maloláticas, e ainda estudada a adição na maturação de lúpulo e lascas de carvalho. Após estes testes, e análise sensorial dos produtos obtidos, decidiu-se realizar a produção piloto de 3 sidras diferentes: 1) sidra base, 2) sidra com adição de lúpulo, 3) sidra com adição de lascas de carvalho. Após a análise dos dados observou-se uma boa reprodutibilidade do método, tendo-se obtido dois produtos com comportamento e características semelhantes. No caso dos produtos da fermentação malo-lática, não se registou uma diminuição do ácido málico até valores nulos, o que não está de acordo com outros estudos realizados. Esta diferença poderá encontrar explicação nas condições de fermentação, menos favoráveis à reação malolática. Os produtos obtidos foram também engarrafados e analisados sensorialmente ao longo do tempo de armazenagem, num total de 2 meses. Observou-se uma boa estabilidade do produto, com uma evolução positiva em garrafa de todos os produtos, com uma pontuação final maior entre 3 a 6 pontos em 50, algo registado também na produção de compostos fenólicos, cujo aumento registado foi cerca de 200 mg/L, excetuando o produto carbonatado com adição de CO2. Foram também analisadas as condições de mercado para o produto, tendo-se concluindo que será vantajoso associá-lo à marca Letra, aproveitando assim o mercado e valores que esta marca já tem. Foi ainda realizado um questionário aos consumidores e feita uma análise de custos, concluindo-se que será possível avançar para a produção em maior escala e lançamento para o mercado, com um custo de cerca de 0,88 € por garrafa de 33 cL.<br>The objective of this work was developing a hand-made hard cider, using local apple varieties, and connecting to the region. The production process was studied, local associations which could provide the raw materials were contacted, small scale test to optimize the recipe and yeast strain were conducted, and finally a production of 200 litters of apple cider with chemical and sensorial characterization. After the first tests, among 3 recipes and 4 yeast strains, we decided to use a recipe with 50% apple variety Starking, 30% apple variety “Porta da Loja” and 20% apple variety Reineta, as an industrial yeast strain, specially developed to the production of cider (SafCider from Fermentis). Different maturation methods were also studied, with the simultaneous and sequential inoculation of malolactic bacterias, and studied the addition of hops and oak chips. After the production and sensorial evaluation, was decided to produce tree different products: 1) a base cider, 2) a cider with addition of hops, and 3) a cider with addition of oak chips. After the data were analysed a good reproducibility of the method was concluded, with the two products having similar characteristics. In the malolactic fermentation, the reduction of malolactic acid didn’t occur until zero values, which does not agree with other studies. This difference may be explained by the different fermentation conditions, less favourable to the malolactic reaction. The products were also bottled and evaluated during the storage time, in a total of 2 months. A good bottled stability was observed in all the products, with a positive evolution, scoring in the end of the storage between 3 and 6 points (in a total of 50) more than in the beginning, and including the development of phenolic compounds, with an increase of 200 mg/L, except for the product carbonated with added CO2. The market conditions were also evaluated, having concluded that it can have good advantages in the association of the product to the brand “Letra”, using the values and market experience that this product already have. A survey was also conducted with consumers trying the product, and a cost assessment was made, concluding that the production should advance to a bigger scale with the launching to the market, with a production cost of 0,88€ for a bottle of 0,33 cL.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica (área de especialização em Tecnologias Química e Alimentar)<br>A presente tese de mestrado resulta do estágio que decorreu na Empresa Unicer – Bebidas de Portugal, S.A., no centro de produção de Leça do Balio. O tema enquadrou-se no desenvolvimento de uma cerveja artesanal utilizando farinha de castanha durante o seu processo de fabrico, permitindo assim acrescentar valor a este fruto abundante em Portugal, mas pouco valorizado. Nos últimos anos, as cervejas especiais, artesanais ou não, vêm conquistando espaço entre os apreciadores de cerveja e até mesmo invadindo o mercado dos vinhos e das bebidas brancas. Deste modo, existe uma tendência crescente em colocar no mercado mais alternativas para os apreciadores de cerveja. Uma cerveja especial pode ser obtida recorrendo a alterações no processo de fabrico, que pode ir desde a adição de novas matérias-primas, como frutas, especiarias e maltes especiais, até à alteração dos parâmetros do processo. O principal objetivo do estágio consistiu na produção de uma cerveja artesanal, de alta fermentação, utilizando castanha na sua produção, de forma a obter uma cerveja de coloração intensa, forte, com um aroma e sabor frutado e com um determinado amargor. Especificando, pretendia-se uma cerveja com uma coloração em torno das 18 unidades EBC, um amargor de 21 UA, um teor alcoométrico de 7 % (v v-1) e extrato primitivo de 16,5 % P. A farinha de castanha foi adicionada, juntamente com outras matérias-primas, numa fase inicial do processo de produção. Foram efetuados dois ensaios de forma a avaliar o efeito de vários parâmetros na cerveja final. No segundo ensaio aumentou-se a quantidade de farinha de castanha adicionada e a temperatura na caldeira de caldas de forma a conseguir uma gelatinização do amido da castanha mais eficiente. Neste ensaio adicionou-se ainda uma enzima α-amílase termo-estável para otimizar a hidrólise do amido e consequentemente a filtração do mosto. A cerveja do segundo ensaio foi refermentada de forma a aumentar o teor alcoométrico e a coloração. Dos dois ensaios resultaram cervejas de coloração intensa, amargas, fortes e com um teor alcoólico elevado. Apresentaram uma concentração de ésteres e álcoois superiores às encontradas nas cervejas tradicionais, o que originou cervejas com aromas frutados e mais alcoólicas. A cerveja do ensaio dois foi a que se aproximou mais do pretendido, com um amargor de 21 UA, uma coloração de 22,5 unidades EBC e um teor alcoométrico de 6,32 % (v v-1), sendo esta a escolhida. A cerveja final, resultante do segundo ensaio, pode ser descrita como uma cerveja de cor cobre, brilhante, com espuma cor de areia, cremosa e fina. É considerada uma cerveja forte, estruturada, seca, amarga e ligeiramente fumada. A cerveja à base de castanha poderá ser acompanhada com vários pratos, nomeadamente com carnes assadas e grelhadas, tartes de noz e amêndoa, castanhas assadas ou cozidas.<br>This master thesis results from stage that occurred in the Company Unicer - Bebidas de Portugal, SA, in the production center of Leça do Balio. The theme consisted in the development of a craft beer using chestnut flour during the manufacturing process, allowing to add value to this fruit abundant in Portugal, but undervalued. In the last few years, the special beers, crafts or not, are conquering their space among beer drinkers and they are even invading the wine and white spirits market. Thus, there is a growing trend to put, in the market, more alternatives for beer drinkers. A special beer can be obtained by changing the manufacturing process, which can range from the addition of new raw materials, such as fruits, spices and specialty malts, to the change of process parameters. The stage main objective was the production of a craft beer, with high fermentation, using chestnut on the production, in order to obtain a beer with an intense color, strong, with a fruity aroma and flavor and with a certain bitterness. Specifying, the objective was to make a beer with a color around 18 EBC units, a bitterness of 21 UA, an alcoholic strength of 7 % (v v-1) and original extract of 16.5% P. The chestnut flour was added together with other raw materials at an early stage of the production process. Two assays were made in order to evaluate the effect of various parameters on the final beer were performed. On the second assay the amount of chestnut flour added and the temperature in the boiler was increased so syrups achieve gelatinization of the starch in the most efficient brown. On this essay we also add a heat-stable enzyme, α-amylase, to optimize the liquefaction of starch and consequently the wort filtration. The second test beer was refermented to increase the alcohol content and coloration. Of the two assays resulted beers with a very intense very intense colouring, bitter, strong and with a high alcohol content. Presented a concentration of esters and alcohols higher than those found in traditional beers, which originated beers with fruity aromas and more alcoholic. The beer of the second essay has moved much closer to our overall, with a bitterness of 21 UA, a color of 22,5 EBC units and alcoholic strength of 6,32 % (v v-1), this being chosen. The final beer, resulting from the second test, can be described as a copper-colored beer, bright, with sand-colored foam, creamy and thin. It is considered a strong beer, structured, dry, bitter and slightly smoked. The beer based on chestnuts can be accompanied with various dishes, particularly with roasted and grilled meats, walnut and almond tarts, roasted or boiled chestnuts.