Dissertations / Theses on the topic 'Polihidroxialcanoatos'

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Alimentos
Made available in DSpace on 2012-10-22T12:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 243035.pdf: 8105135 bytes, checksum: 716ae686fed0dfb8f5c8264f5502ea8c (MD5)
O poli(3-hidroxibutirato), P(3HB), é um poliéster natural da classe dos polihidroxialcanoatos (PHAs), produzido e acumulado como reserva de energia por muitos microrganismos, com predomínio no uso da bactéria Cupriavidus necator. Esse polímero tem atraído muita atenção devido a sua biocompatibilidade, termoplasticidade, piezoeletricidade e também pela vantagem de ser degradado pela ação de microrganismos de ocorrência natural, sofrendo redução da massa molar, transformando-se em CO2 e H2O. Contudo, sua aplicação é ainda limitada devido ao custo de produção muito elevado. Para diminuir os custos de produção de P(3HB), faz-se necessário o desenvolvimento de novos processos de produção e extração do polímero a um custo mais baixo e com impacto ambiental reduzido. Atualmente, os métodos utilizados no processo de extração de P(3HB) envolvem o uso de solventes orgânicos, dispersão de hipoclorito de sódio e clorofórmio, digestão enzimática, métodos mecânicos e, recentemente, foi proposto o uso de soluções aquosas de surfactante e quelante. Neste contexto, este trabalho vem propor um método mecânico alternativo para a extração do P(3HB) usando para ruptura celular pérolas de vidro em um moinho de bolas, estudando o efeito das diferentes condições de extração sobre as características e a biodegradação em solo compostado do poli(3-hidroxiburitirato). O método proposto foi otimizado por um planejamento fatorial, através do qual foi selecionada a melhor condição do processo. Com a melhor condição selecionada foi testada ainda a estratégia de manutenção da biomassa, utilização de temperatura visando elevar o rendimento da extração e finalmente foi realizada a comparação entre a melhor condição do método mecânico proposto com o método químico utilizando dispersão de hipoclorito de sódio e clorofórmio. Após o processo de extração as amostras foram divididas em dois grupos, sendo um grupo submetido a uma etapa de purificação (n-hexano) e outro grupo sem esta etapa. As amostras foram caracterizados por FT-IR, DRX, DSC, TGA e GPC. As condições ótimas do processo de extração foram 0,7 g de pérolas de vidro com 1,25 mm de diâmetro para 2 mL de suspensão celular e 1 mL de clorofórmio. O método mecânico desenvolvido para extração de P(3HB) de Cupriavidus necator apresentou um rendimento de extração 5% superior quando comparado ao método químico, conferindo ainda melhores propriedades térmicas ao polímero. A temperatura de fusão do polímero obtido pelo método mecânico purificado foi 175ºC e para o método químico purificado foi de 178°C enquanto a temperatura de início de degradação térmica foi 282ºC para o método químico e 281ºC para o método mecânico. A etapa de purificação demonstrou clara influência sobre as propriedades finais do polímero, sendo os polímeros não purificados menos estáveis termicamente que os polímeros purificados. Para avaliar a biodegradação, os filmes preparados por evaporação de solvente, foram enterrados no fundo de copos de Becker contendo solo compostado por 7, 14 e 21 dias. A análise visual mostrou que a taxa de biodegradação ocorre na seguinte ordem: Químico não-purif. > Químico purif. > Mecâncio não-purif. > Mecâncio purif., demonstrando a forte influência da purificação sobre as propriedades e estabilidade final do P(3HB). Apesar da etapa de purificação tornar os polímeros mais cristalinos e causar redução da massa molar, os filmes apresentaram melhores propriedades térmicas e foram mais estáveis quanto à degradação causada tanto por temperatura quanto por microrganismos do solo. Poly(3-hydroxybutyrate), P(3HB), is a natural polyester from polyhydroxyalkanoates (PHAs) class. It is produced and accumulated as energy reserve by many microorganisms and the most widely employed bacterium is Cupriavidus necator. This polymer has attracted much attention due its biocompatible, thermoplastic and piezoeletric properties and also has the advantage of being degraded by the action of microorganisms of natural occurrence. In environment PHAs suffer reduction molecular mass, and is transformed into CO2 and H2O. However, its application has been limited because of the high cost of production. To decrease the production cost of P(3HB), it is very important to develop a new process of production and recovery of polymer with low cost and low environmental impact. Currently, the methods used in the process of recovery of P(3HB) involve the use of organic solvents, dispersion of hypochlorite and chloroform, enzymatic digestion, mechanical methods and recently, the use of surfactant-chelate aqueous solution was proposed. In this context, this work proposes a mechanical method alternative for the recovery of P(3HB) using bead mills disruption for the cell, studying the effect of different conditions of recovery on the characteristics and the biodegradability in soil bureal that poly(3-hydroxybutyrate). The proposed method was optimized with a factorial planning, through with the best process condition was selected. With the better condition selected was still tested a maintenance strategy of biomass, the use of temperature for increase the yield of recovery and finally was realized the comparison between the better condition of mechanical and chemical method using sodium hypochlorite dispersion and chloroform. After the recovery process the samples were divided in two groups: one considered as control and the other group was submitted to a purification with n-hexane. The samples were characterized by FT-IR, DRX, DSC, TGA e GPC. The optimal conditions of the recovery process were 0.7 g of bead mills with 1.25 mm of diameter for 2 mL of cell suspension and 1 mL of chloroform. The mechanical method developed for the recovery of P(3HB) from Cupriavidus necator presented a yield 5% higher when compared with the chemical method and better thermal properties for the polymer was achieved. The melting temperature of polymer purified obtained by the mechanical method was 175ºC and by the chemical method was 178ºC. The temperature of beginning of thermal degradation was 282ºC for the polymer treated by chemical method and 281ºC by the mechanical method. The purification step showed clear influence under the final properties of polymer, it was confirmed by the less thermal stability observed for the polymers not purified. To evaluate the biodegradation, the films prepared by casting, were buried in Beckers with soil fertile for 7, 14 and 21 days. The visual analysis showed that the rate of biodegradation was: Chemical not-purified > Chemical purified > Mechanical not-purified > Mechanical purified. It showed the strong influence of purification over final properties and stability of P(3HB). Although purification turned the polymers more crystalline and caused decrease in the molecular mass, the films present better thermal properties and were more stable in relation to degradation caused by temperature and soil microorganisms.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Made available in DSpace on 2012-10-24T01:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257945.pdf: 4275959 bytes, checksum: 73f6737902445ce4bdfb3bc4e51d2175 (MD5)
Polihidroxialcanoatos (PHAs) são polímeros sintetizados por vários microrganismos e armazenados na forma de reserva de energia e carbono. Sua produção se dá sob condições desfavoráveis de crescimento, como limitação de nitrogênio ou fósforo, e na presença de excesso de fonte de carbono. Poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) é o polímero mais estudado dentre os PHAs, possuindo características próximas às encontradas no polipropileno. Os PHAs chamam atenção devido à sua biodegradabilidade e possibilidade de substituição dos plásticos petroquímicos. Embora os PHAs apresentem vantagens ambientais sobre os plásticos de origem petroquímica, a sua principal desvantagem é o alto custo de produção, principalmente relativo ao substrato, recuperação e extração do polímero. Neste trabalhou teve-se por objetivo a melhoria das condições de cultivo para o crescimento e produção de P(3HB) por R. eutropha em diferentes temperaturas, seguido de um estudo de extração, caracterização e recuperação do polimero obtido. Os experimentos foram conduzidos em culturas em biorreator utilizando como microrganismo produtor a bactéria Ralstonia eutropha DSM 545. O processo foi dividido em duas fases sendo a primeira um crescimento balanceado e a segunda um crescimento desbalanceado com carência de nitrogênio para acúmulo intracelular do polímero. Primeiramente, a modelagem matemática do crescimento da bactéria foi utilizada para estimar os parâmetros: velocidade específica de crescimento ( max), tempo da fase lag ( ) e aumento logarítmico da população (A), posteriormente definiu-se a melhor temperatura de cultivo para o crescimento e produção de P(3HB) por Ralstonia eutropha. Os modelos de Gompertz Modificado e o Logístico foram ajustados às curvas de crescimento. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o Modelo de Gompertz Modificado. Não foi possível a obtenção de um modelo secundário que descrevesse a influência da temperatura sobre os parâmetros de crescimento µ, e A, nas diferentes temperaturas de cultivo testadas. A temperatura que proporcionou as melhores condições de cultivo tanto para o crescimento quanto para a produção de P(3HB) foi a temperatura de 32,5ºC, onde nesta condição obteve-se uma produção de P(3HB) de 70,3% em 26,5 horas de cultivo, com uma produtividade de 0,47 g.L-1h-1. O estudo da respirometria como alternativa para definição do estado fisiológico da célula e como ferramenta indicativa de limitações de nutrientes durante a produção de P(3HB) também foi realizado deste trabalho. Foi observado que, para concentrações de substrato inferiores a 12g/L, a cultura começa a sofrer uma desaceleração na sua velocidade específica de respiração (QO2), tornamdo-se um fator limitante na produção de P(3HB). Foi possível visualizar também, através do acompamamento da velocidade específica de respiração, o momento em que começa a ocorrer a limitação de nitrogênio e, consequentemente, o início da produção de P(3HB), isto é indicado através do início da sua desaceleração, o que passa a ser mais acentuado a partir do momento em que ocorre a exaustão do nitrogênio no meio. Como última parte deste estudo, foram realizados testes em diferentes condições de pré-tratamentos celular antes da extração, e testes durante a extração variando-se o tempo e a temperatura, utilizando como solvente o carbonato de propileno. Nesta etapa, observou-se que o melhor resultado foi obtido nas extrações realizadas com pré-tratamento de pH e temperatura de extração a 130ºC/30 min onde obte-se um peso molecular de 1,3.106g/mol, com uma recuperação e pureza de 96,3% e 94,6%. O conjunto de dados obtidos neste trabalho é bastante relevante para a melhoria do processo de produção de P(3HB) Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polymers synthesized by various microorganisms and stored as reserve of energy and carbon. Their production occurs under unbalanced growth conditions, such as limitation of nitrogen or phosphorus and excess of carbon source. Polyhydroxybutyrate (P(3HB)) is the most studied polymer among the PHAs since its physical properties are remarkably similar to those of polypropylene. The PHAs are important due to their biodegradability and also because the possibility to use them rather than petrochemical plastics. Although PHAs show ecological advantages over petrochemical plastics, their main disadvantage is the high cost of production, mainly due to the polymer substrate, recovery and extraction. In this work, the target was to improve the culture conditions for growth and production of P(3HB) by Ralstonia eutropha in different temperatures, following by the study of extraction, characterization and recovery of the polymeric obtained. The experiments were carried out in a bioreactor using Ralstonia eutropha DSM 545. The process was divided in two phases. The first phase was characterized by balanced growth conditions and the second one occurred under unbalanced growth conditions such as limitation of nitrogen in order to produce intracellular polymer accumulation. Firstly, the mathematical modeling of bacteria growth was used to estimate the following parameters: maximum specific growth rate ( max), time of lag phase ( ) and logarithmic increase of population (A). After, the best cultivation temperature was defined in order to produce P(3HB) by Ralstonia eutropha. The growth models "Modified Gompertz" and "Logistic" was fit to the growth curves. The best model fitted to the experimental data was Modified Gompertz. It was not possible to find a secondary model able to describe the influence of temperature over growth parameters µmax, and A in the different cultivation temperatures tested. The best cultivation temperature for growth and for P(3HB) production was 32.5°C, in which 70.3% of P(3HB) was produced in 26.5 hours of cultivation, with productivity of 0.47 g.L-1h-1. The respirometry study, as a alternative for definition of the physiologic state of the cell and also as a toll which give indication of nutrients limitation during the P(3HB) production, was done in this work too. It was observed that when the concentration of substrate was under 12g/L, the culture start to suffer a slowdown of its specific respiration rate (QO2), becoming itself a limiting factor of P(3HB) production. It was also possible to see, following the specific respiration rate, the exactly moment when begins the nitrogen limitation and, consequently, the P(3HB) production phase. This phase is indicated by the decrease of QO2 value, followed by the acceleration of this diminution when the exhaustion of nitrogen occurs in the media. In the last step of this study, tests were made in different conditions of cellular pre-treatment before extraction and tests were made during the extraction under different time and temperature conditions, using propylene carbonate as a solvent. In this step, it was observed that the best results was found when the extractions were made with pre-treatment of pH and temperature of extraction at 130°C/30 min which was obtained molecular weight of 1.3 x 106g/mol and recuperation and purity of the 96.3% and 94.6%, respectively. The set of the data obtained in this work is enough relevant to the improvement of the P (3HB) production process. .

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2008
Made available in DSpace on 2012-10-24T02:59:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275389.pdf: 3136937 bytes, checksum: 8db60fa4cf0a2a81b42e9d06190468e5 (MD5)
Este trabalho teve por objetivo a obtenção de poli-hidroxialcanoatos (PHAs) biossintetizados por Chromobacterium violaceum, em diferentes condições de escala, concentração e variação de substrato, nutrientes limitantes e pH. Embora a produção de PHAs por C. violaceum tenha sido um dos motivos pelos quais este microrganismo tenha tido seu genoma completamente sequenciado por um consórcio envolvendo grupos de pesquisa de todo o país, não se tem conhecimento de nenhum estudo sistemático da produção desses poliésteres em escalas de laboratório e de bancada. As propriedades dos biopolímeros produzidos são consequência da sua composição molecular, que pode ser influenciada pelas condições de operação, assim como do(s) substrato(s) utilizado(s). Em particular, o grau de copolimerização é um parâmetro que pode interferir diretamente no tipo de aplicação do PHA produzido. Como a C. violaceum é capaz de produzir o homopolímero de poli-hidroxivalerato (PHV) e copolímeros PHBV, que incorporam unidades de 3-hidroxibutirato (3HB), isto é, P(3HB-co-3HV), este estudo concentrou seus esforços na obtenção de diferentes graus de incorporação de unidades de valerato no copolímero, visando características desejáveis para novas aplicações comerciais. Foram estudados os copolímeros de 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV) produzidos por C. violaceum em agitador orbital de laboratório e biorreator de 4 litros, a 30°C sob limitação de nitrogênio ou de fósforo, utilizando diferentes pH (6 e 7), concentrações de glicose (10, 20 e 30 g l-1) e concentração de propionato (0 e 10 mM). Os resultados demonstraram que a concentração de substrato, o pH e a adição de propionato afetam a quantidade total dos PHAs produzidos. Um acúmulo de 70% (g.g-1) foi obtido sob limitação de nitrogênio em agitador orbital a pH 7, 10 g l-1 de glicose e sem adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato aumentou a incorporação de unidades de valerato, mas diminuiu a quantidade de biomassa produzida. O controle do pH e da aeração nas condições de cultivo utilizando o biorreator aumentou a quantidade de biomassa formada, alcançando um máximo de 6,54 g l-1 sob limitação de fósforo, em pH 7, 20 g l-1 de glicose, sem a adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato às culturas realizadas em biorreator, contudo, não aumentou a incorporação de 3HV ao copolímero obtido, sugerindo que o controle do pH tem influência sobre a composição do PHBV acumulado. A caracterização dos polímeros extraídos dos cultivos em biorreator demonstrou que a incorporação de unidades de valerato ao polímero diminuiu a temperatura de fusão do material em relação ao PHB puro, ficando entre 174 e 178°C. A temperatura máxima de degradação do polímero também foi influenciada pelo percentual de unidades de valerato, ficando entre 302 e 312°C, cerca de 30°C acima da temperatura de degradação do PHB puro (278°C). A pureza dos copolímeros extraídos foi superior a 95%. As características físico-químicas analisadas destes biopolímeros (temperaturas de fusão, transição vítrea, degradação inicial, degradação total, grupos funcionais, incorporação de violaceína no biopolímero, diâmetro de poros das membranas formadas) sugerem que esses materiais podem ser utilizados para o desenvolvimento de novas aplicações nas áreas biotecnológica e biomédica como, por exemplo, na produção de novos arcabouços de engenharia de tecidos.Este trabalho teve por objetivo a obtenção de poli-hidroxialcanoatos (PHAs) biossintetizados por Chromobacterium violaceum, em diferentes condições de escala, concentração e variação de substrato, nutrientes limitantes e pH. Embora a produção de PHAs por C. violaceum tenha sido um dos motivos pelos quais este microrganismo tenha tido seu genoma completamente sequenciado por um consórcio envolvendo grupos de pesquisa de todo o país, não se tem conhecimento de nenhum estudo sistemático da produção desses poliésteres em escalas de laboratório e de bancada. As propriedades dos biopolímeros produzidos são consequência da sua composição molecular, que pode ser influenciada pelas condições de operação, assim como do(s) substrato(s) utilizado(s). Em particular, o grau de copolimerização é um parâmetro que pode interferir diretamente no tipo de aplicação do PHA produzido. Como a C. violaceum é capaz de produzir o homopolímero de poli-hidroxivalerato (PHV) e copolímeros PHBV, que incorporam unidades de 3-hidroxibutirato (3HB), isto é, P(3HB-co-3HV), este estudo concentrou seus esforços na obtenção de diferentes graus de incorporação de unidades de valerato no copolímero, visando características desejáveis para novas aplicações comerciais. Foram estudados os copolímeros de 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV) produzidos por C. violaceum em agitador orbital de laboratório e biorreator de 4 litros, a 30°C sob limitação de nitrogênio ou de fósforo, utilizando diferentes pH (6 e 7), concentrações de glicose (10, 20 e 30 g l-1) e concentração de propionato (0 e 10 mM). Os resultados demonstraram que a concentração de substrato, o pH e a adição de propionato afetam a quantidade total dos PHAs produzidos. Um acúmulo de 70% (g.g-1) foi obtido sob limitação de nitrogênio em agitador orbital a pH 7, 10 g l-1 de glicose e sem adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato aumentou a incorporação de unidades de valerato, mas diminuiu a quantidade de biomassa produzida. O controle do pH e da aeração nas condições de cultivo utilizando o biorreator aumentou a quantidade de biomassa formada, alcançando um máximo de 6,54 g l-1 sob limitação de fósforo, em pH 7, 20 g l-1 de glicose, sem a adição de propionato. A adição de 10 mM de propionato às culturas realizadas em biorreator, contudo, não aumentou a incorporação de 3HV ao copolímero obtido, sugerindo que o controle do pH tem influência sobre a composição do PHBV acumulado. A caracterização dos polímeros extraídos dos cultivos em biorreator demonstrou que a incorporação de unidades de valerato ao polímero diminuiu a temperatura de fusão do material em relação ao PHB puro, ficando entre 174 e 178°C. A temperatura máxima de degradação do polímero também foi influenciada pelo percentual de unidades de valerato, ficando entre 302 e 312°C, cerca de 30°C acima da temperatura de degradação do PHB puro (278°C). A pureza dos copolímeros extraídos foi superior a 95%. As características físico-químicas analisadas destes biopolímeros (temperaturas de fusão, transição vítrea, degradação inicial, degradação total, grupos funcionais, incorporação de violaceína no biopolímero, diâmetro de poros das membranas formadas) sugerem que esses materiais podem ser utilizados para o desenvolvimento de novas aplicações nas áreas biotecnológica e biomédica como, por exemplo, na produção de novos arcabouços de engenharia de tecidos.

Esta tesis se ha centrado en la obtención y caracterización de compuestos basados en polihidroxialcanoatos (PHA) y fibras de origen lignocelulósico con el objetivo de obtener materiales compostables de coste reducido encaminados a aplicaciones de corta vida útil como el envasado o el desarrollo de productos desechables (cubertería de un solo uso, pajitas, etc.). Empleando como materiales de base polihidroxibutirato (PHB) y poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) se han obtenido compuestos mediante la adición de fibras de origen lignocelulósico tanto comerciales (TC90), como procedentes de residuos vegetales (AS, RH, SG). Se ha estudiado la adición de una fase elastomérica como modificador de impacto (TPU) con el fin de mejorar la tenacidad en sistemas PHBV/TC90. Se ha evaluado la eficiencia de distintos agentes reactivos como compatibilizantes de las distintas fases tanto en los sistemas dobles (PHA/fibra) como en los triples (PHBV/TPU/TC90).
This thesis has focused on the development and characterization of composites based on polyhydroxyalkanoates (PHA) and lignocellulosic fibers with the aim of obtaining reduced cost compostable materials for short shelf life applications such as packaging or single use products (cutlery, straws, etc.). Composites have been obtained using polyhydroxybutyrate (PHB) or poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) as the base materials and lignocellulosic fibers as fillers. The fibers used have been both commercial (TC90) and obtained from vegetal wastes (AS,RH and SG). The addition of an elastomeric phase as an impact modifier (TPU) has been studied in order to improve the toughness of the PHBV/TC90 systems. The efficiency of different reactive agents as compatibilizers in the double (PHA / fiber) and triple systems(PHBV / TPU / TC90) has been also evaluated.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4039.pdf: 2353137 bytes, checksum: bd3ca9ac001d9a47bd3da5be73bf1bb2 (MD5) Previous issue date: 2011-11-30
The main objective of this study was to contribute to the development of a competitive and sustainable process to produce polyhydroxyalkanoates (PHA's) from the fermentation substrate sucrose cane sugar. The study involved the technical and economic evaluation of extraction, recovery, purification and drying of poly-3-hydroxybutyrate from biomass sludge produced for Cupriavidus necator, using as solvent 3-methyl-1-butanol (IAA - 2nd generation) and isoamyl propionate (IAP -3nd generation). To assist in the preparation of mass and energy balances, energy integration and comparison of the processes involved in each technology were made modeling of two processes using commercial software Aspen Plus, version 7.1. Data were collected on the pilot plant for P(3HB) production for two generations of technologies, involving, in general, the units operations of chemical treatment of the fermented, biomass sludge concentration, extraction, purification , solvent recovery and drying of the final resin. The results indicate pronounced advantage of technology that uses IAP(3G) in relation to IAA (2G), with a reduction in steam consumption of 2.44 times, the electricity consumption of 3.15 times, a reduction in price production of 1.93 times and a reduction in the total invested capital of 2.42 times. The sensitivity analysis for the best alternative (IAP), demonstrated a strong influence of increased scale of production of P (3HB) in reducing the price of the product specific investment. With the increased scale of 2,000 t of P (3HB) / year to 100,000 t of P (3HB) / year would be a reduction in the price of 1.47 times and the investment / t of P (3HB) produced 4.83 times. Through adoption of IAP (3nd G), also, there was significant improvement in the final product quality.
O principal objetivo desse trabalho foi contribuir para o desenvolvimento de um processo competitivo e sustentável para produção de polihidroxialcanoatos (PHA s) a partir da fermentação de substrato de sacarose de cana-de-açúcar. O estudo compreendeu a avaliação técnica e econômica das etapas de extração, recuperação, purificação e secagem de poli-3- hidroxibutirato do lodo de biomassa produzido Cupriavidus necator, utilizando como solvente 3-metil-1-butanol (IAA - 2ª Geração) e propionato de isoamila (IAP-3ª Geração). Como ferramenta auxiliar, na elaboração dos balanços de massa e energia, integração energética e comparação dos processos envolvidos em cada tecnologia, foram efetuadas modelagens dos dois processos utilizando o software comercial Aspen Plus, versão 7.1. Foram levantados dados relativos às etapas do processo na planta piloto de produção de P(3HB) para as duas gerações de tecnologias, envolvendo, genericamente, as operações de tratamento químico do fermentado, concentração do lodo de biomassa, extração, purificação, recuperação de solvente e secagem da resina final. Os resultados indicam grande vantagem da tecnologia que utiliza IAP (3G) em relação à IAA (2G), havendo uma sensível redução no consumo de vapor de 2,44 vezes, no consumo de energia elétrica de 3,15 vezes, uma redução no preço de produção de 1,93 vezes e uma redução no capital total investido de 2,42 vezes. A análise de sensibilidade para a melhor alternativa (IAP) demonstrou uma forte influência do aumento de escala de produção de P(3HB) na redução do preço do produto e no investimento específico. Com o aumento de escala de 2000 t de P(3HB)/ ano para 100.000 t de P(3HB)/ano haveria uma redução no preço do produto de 1,47 vezes e no investimento/ t de P(3HB) produzido de 4,83 vezes. Com a adoção do processo IAP (3nd G), também, houve sensível melhora na qualidade do produto final.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Made available in DSpace on 2013-07-15T22:37:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222131.pdf: 1388356 bytes, checksum: ec3e45feb5317df995c748f9a8eb33f4 (MD5)
Uma classe de polímeros bacterianos que se destaca pela proximidade de suas características com as de plásticos de origem petroquímica são os polihidroxialcanoatos (PHA's). PHA sintases são enzimas chave para a biossíntese destes polímeros. A PHA sintase de Chromobacterium violaceum, que é do tipo I, utiliza como substrato hidroxiacil-CoA (HA-CoA) de 3 a 5 carbonos, enquanto a PHA sintase do tipo II de Pseudomonas aeruginosa, utiliza HA-CoA contendo de 6 a 14 carbonos. Com o objetivo de modificar a especificidade da PHA sintase de C. violaceum, buscou-se determinar sítios específicos para mutação, por técnica de DNA recombinante, de maneira a torná-la capaz da biossíntese de copolímeros contendo HA's de cadeia curta e média. O conhecimento da estrutura terciária, e particularmente, do sítio ativo da proteína, é uma etapa importante para o estudo de possibilidades de mudança de sua especificidade. Com base neste propósito, o modelo teórico para a PHA sintase de C. violaceum foi obtido através das técnicas de modelagem por homologia, utilizando-se uma lipase gástrica humana como referência (Depositada no PDB, Protein Data Bank, com o código de acesso 1HLG). O modelo foi desenvolvido baseado no alinhamento entre as seqüências primárias da PHA sintase de C. violaceum e P. aeruginosa, e a lipase, e validado através do gráfico de Ramachandran, apresentando 94% e 96% dos resíduos modelados com ângulos espacialmente possíveis, respectivamente para C. violaceum e P. aeruginosa. A estrutura 3D resultante apresenta uma díade catalítica composta pelos aminoácidos C292 e H478. O aminoácido D448, proposto como uma base geral catalítica que ativa o grupamento 3-hidroxil do HB-CoA para formar o intermediário tioéster pode, na verdade, ter o papel de auxiliar no transporte do substrato e na estabilização do estado de transição. Não foi possível confirmar que este faz parte de uma tríade catalítica, conforme sugerido na literatura. Os resultados obtidos pela modelagem da estrutura serviram de base para a escolha de mutações sítio-específicas, testadas neste trabalho. O gene phaCCv do genoma da C. violaceum (ATCC12472) foi amplificado por PCR, utilizando-se um par de oligonucleotídios complementares às extremidades 3' e 5' do gene phaC contendo sítios de restrições apropriados à ligação ao vetor. O plasmídio pBHR69 continha, além do gene de resistência à ampicilina, os genes phaA e phaB, codificando para a b-cetotiolase e acetoacil-CoA redutase de R. eutropha, respectivamente. O produto de PCR foi purificado e ligado ao pBHR69 previamente digerido com SmaI/BamHI; uma alíquota da reação de ligação foi utilizada para transformar as células competentes DHa5TM-TR. Os transformantes foram selecionados através da utilização de meio agar LB contendo ampicilina. A sintase de C. violaceum clonada e expressa em E. coli produziu PHB, e a diferença na produção de PHB pela PHA sintase não mutada e nos mutantes sugere uma possível mudança na afinidade enzima-substrato.

Enzymes are extremely attractive biological catalysts in industrial conversion processes due to their ability to promote reactions with high enantioselectivity and in milder conditions than chemicals, as well as biological flocculants are advantageous for easy biodegradation and safety to living beings. Both are easily obtained from microorganisms that naturally inhabit environments where these molecules are necessary to favor their metabolism. In the present work, four bacterial isolates were used, two from the Atlantic Forest but cultivated for 40 years with sugarcane (LBPMA strains: APF.SG3-Isox and ACO.PR1-Isox), previously selected by high tolerance to agrochemicals, and two from agro-industrial sludge (LBPMA: BDLJ2 and BDL07) (Coruripe-AL, Brazil), sorted for producing polyhydroxyalkanoates and biosurfactants. Each lineage was submitted to biochemical and molecular tests for identification purposes and then submitted to qualitative / semi-quantitative tests (cultures in solid medium containing specific substrate) and quantitative (submerged cultures containing specific substrates) of cellulolytic, proteolytic, lipolytic activity and bioflocculant producer. Based on the morphological properties and analyzes of the 16S rDNA sequences, the isolates LBPMA-APF.SG3-Isox, LBPMA-ACO.PR1-Isox, LBPMA-BDLJ2 and LBPMA-BDL07 were identified respectively as B. megaterium, B. toyonensis, B. thuringiensis and B. pumilus, and all were able to present the studied activities. The maximum indices for protease and lipase activity in solid culture were obtained by B. toyonensis (IE = 4.55 and 2.41, respectively), while the maximum cellulolytic activity in solid medium (IE = 1.40) was obtained by B. pumilus. In liquid medium, the strains of B. pumilus and B. thuringiensis showed the highest cellulolytic activity in the first 48 h. The maximum lipolytic activity of the three isolates analyzed in submerged culture containing olive oil as a specific substrate (0.274 U. mL-1 for Bacillus thuringiensis LBPMA-BDLJ2, 0.450 U. mL-1 for Bacillus pumilus LBPMA-BDL07 and 0.552 U. mL-1 for Bacillus megaterium LBPMA- APF.SG3), also corresponded to the maximum cell growth at 72 h of incubation. Concerning proteolytic activity in submerged culture, B. thuringiensis showed the same maximum activity as B. pumilus, but in a shorter incubation period. All isolates secreted the tested enzymes and bioflocculat at the constant temperature of 37 ± 1 ° C, without changes in the pH over time. The flocculant activity increased with the incubation time, initially reaching the maximum value of 57% at 72 h for B. pumilus culture, while for B. thuringiensis, B. toyonensis and B. megaterium this was 33%, 21% and 34%, respectively, after 24 h of incubation. These initial results stimulate the need for optimization of the pH (3, 5, 7 and 9) and nitrogen [Urea, Peptone and (NH4)2SO4] and carbon sources (Maltose, Sucrose and Glucose) variables of the medium for flocculation using such strains of the Bacillus genus. Sucrose and Maltose were the best sources of carbon, whilst Urea was the prefered source of nitrogen for two of the tested isolates (B. pumilus and B. toyonensis), followed by (NH4)2SO4 (B . megaterium) and Peptone (B. thurigiensis). The best pH values for the production of bioflocculant were 5.0 (B. toyonensis e B. thuringiensis) and 3.0 (B. pumilus e B. megaterium). The FTIR-ATR spectra of the extracted flocculants revealed the presence of the carboxyl, hydroxyl and methoxy functional groups as responsible for the flocculant activity of the studied strains, thus being characterized as polysaccharides.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Enzimas são catalisadores biológicos extremamente atrativos em processos de conversão industrial devido a suas habilidades em promover as reações com alta enantio-seletividade e em condições mais brandas que os químicos, da mesma forma que floculantes biológicos são vantajosos pela fácil biodegradação e segurança aos seres vivos. Ambos são facilmente obtidos a partir de microrganismos que naturalmente habitem ambientes onde tais moléculas se fazem necessárias para favorecer seu metabolismo. No presente trabalho, foram utilizados quatro isolados bacterianos, dois provenientes de solo de Mata Atlântica (linhagens LBPMA: APF.SG3-Isox e ACO.PR1-Isox), previamente selecionados pela alta tolerância a agroquímicos, e dois de lodo agroindustrial (linhagens LBPMA: BDLJ2 e BDL07) (Coruripe-AL, Brasil), triados por produzirem polihidroxialcanoatos e biosurfactantes. Cada linhagem foi submetida a testes bioquímicos e moleculares com fins de identificação e então, submetidas a testes qualitativos/semi-quantitativos (culturas em meio sólido contendo substrato específico) e quantitativos (culturas submersas contendo substratos específicos) de atividade celulolítica, proteolítica, lipolítica e produtora de biofloculante. Baseado nas propriedades morfológicas e análises das sequências 16S rDNA, os isolados LBPMA-APF.SG3-Isox, LBPMA-ACO.PR1-Isox, LBPMA-BDLJ2 e LBPMA-BDL07 foram identificados respectivamente como B. megaterium, B. toyonensis, B. thuringiensis e B. pumilus, e todos foram capazes de apresentar as atividades estudadas. Os índices máximos para atividade proteásica e lipásica em cultura sólida foram obtidos por B. toyonensis (IE= 4,55 e 2,41, respectivamente). Para atividade celulásica máxima, B. pumilus foi o isolado mais eficiente em meio sólido (IE=1,40), e em meio líquido, as estirpes de B. pumilus e B. thuringiensis apresentaram a máxima atividade nas primeiras 48 h. A atividade lipolítica máxima dos três isolados analisados em cultura submersa contendo azeite de oliva como substrato específico (0,274 U. mL-1 para Bacillus thuringiensis LBPMA-BDLJ2, 0,450 U. mL-1 para Bacillus pumilus LBPMA-BDL07 e 0,552 U. mL-1 para Bacillus megaterium LBPMA- APF.SG3), correspondeu também ao máximo crescimento celular às 72 h de incubação. Já em relação à atividade proteolítica em cultura submersa, B. thuringiensis apresentou a mesma atividade máxima que B. pumilus, porém num período menor de incubação. Todos os isolados secretaram as enzimas investigadas como também biofloculantes, ambos na temperatura constante de 37 ± 1 °C, sem alterações de pH ao longo do tempo. A atividade floculante aumentou com o tempo de cultivo, a princípio, chegando ao valor máximo de 57 % às 72 h para as amostras de B. pumilus, enquanto para B. thuringiensis, B. toyonensis e B. megaterium foram de 33 %, 21 % e 34 % (respectivamente), após 24 h de incubação. Estes resultados obtidos estimularam a otimização das variáveis pH (3, 5, 7 e 9), fontes de nitrogênio [Uréia, Peptona e (NH4)2SO4] e carbono (Maltose, Sacarose e Glicose) do meio, para melhoria das taxas de floculação por tais linhagens do gênero Bacillus. A Sacarose e a Maltose apresentaram-se como as melhores fontes de carbono, enquanto Uréia foi a fonte preferencial de nitrogênio para dois dos isolados testados (B. pumilus e B. toyonensis), seguido de (NH4)2SO4 (B. megaterium) e Peptona (B. thuringiensis). Os melhores valores de pH para a produção de biofloculante foram 5,0 (B. toyonensis e B. thuringiensis) e 3,0 (B. pumilus e B. megaterium). Os espectros de FTIR-ATR dos floculantes extraídos revelaram a presença dos grupos funcionais carboxilo, hidroxilo e metoxilo como responsáveis pela atividade floculante das estirpes estudadas, sendo assim caracterizados como polissacarídeos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos.
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Poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) [P(3HB-co-3HV)] é um biopolímero acumulado por muitos microrganismos, como reserva de carbono e energia, em condições desbalanceadas do meio. Possui propriedades termoplásticas semelhantes às dos plásticos petroquímicos e a vantagem de ser biocompatível e completamente biodegradável. Entretanto, possui custo elevado de produção frente aos plásticos convencionais, o que limita seu uso. Diversas estratégias de produção de P(3-HB-co-3HV) por Ralstonia eutropha foram estudadas, com o objetivo de aumentar a produção de polímero, visando à redução de seus custos. A alimentação do elemento limitante, fosfato, durante a fase de produção, aumentou o acúmulo de polímero. Demonstrou-se que a melhor velocidade de produção de biomassa (rx) a ser mantida na fase de produção é de 0,02 gXr.L-1h-1. O monitoramento do potencial redox indicou as mudanças metabólicas do microrganismo e sinalizou o momento da limitação da cultura. Esta sinalização facilita o processo produtivo, permitindo que as alimentações de fosfato e ácido propiônico sejam realizadas a partir do momento exato do início da fase de produção, sem desperdício de co-substrato. Estudou-se a utilização de suplementos nutricionais na produção de polímero, como o ácido linoleico e oleico, na concentração de 0,3 g.L-1, os quais mostraram-se eficientes, levando a um aumento de cerca de 11% de acúmulo de polímero. Óleos vegetais que possuem esses ácidos graxos em sua composição também foram testados, na concentração equivalente a 0,3 g ácido oleico.L-1, em frascos agitados. Os óleos de canola e oliva apresentaram os maiores aumentos de produção de polímero. Por fim, a caracterização dos polímeros produzidos em biorreator neste estudo, mostrou que suas propriedades térmicas são semelhantes às do biopolímero comercial.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Alimentos
Made available in DSpace on 2012-10-21T10:43:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0
Polihidroxialcanoatos (PHAs) são polímeros sintetizados por vários microrganismos e armazenados na forma de reserva de energia e carbono. Sua produção se dá sob condições desfavoráveis de crescimento, como limitação de nitrogênio ou fósforo, e na presença de excesso de fonte de carbono. Polihidroxibutirato P(3HB) é o polímero mais estudado dentre os PHAs, possuindo características próximas às encontradas no polipropileno. Os PHAs chamam atenção devido à sua biodegradabilidade e possibilidade de substituição dos plásticos petroquímicos. Embora os PHAs apresentem vantagens ambientais sobre os plásticos de origem petroquímica, a sua principal desvantagem é o alto custo de produção, principalmente relativo ao substrato, recuperação e extração do polímero. A utilização de resíduos agro-industriais é uma possibilidade atrativa para a diminuição deste custo, pois o reduz com relação ao substrato. Este trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade da utilização de melaço cítrico como substrato para a produção de PHA. Os experimentos foram conduzidos em culturas descontínuas em frascos aletados e biorreator utilizando como microrganismo produtor à bactéria Ralstonia eutropha DSM 545. O processo foi dividido em duas fases sendo a primeira um crescimento balanceado e a segunda um crescimento

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Farmácia.
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Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésters biodegradáveis e biocompátiveis, produzidos por uma ampla variedade de microorganismos e estocados como fonte de carbono e energia. Poli-(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) é o membro mais comum desta família e tem sido usado na obtenção de carreadores de fármacos. Na maior parte dos casos, a liberação de fármacos a partir de microesferas de P(3HB) ocorre em taxas excessivas e tem sido assumido que o fenômeno de liberação é mais dependente da velocidade de dissolução do fármaco do que da degradação da matriz. A estratégia de misturar diferentes materiais em uma formulação pode ser empregada para modificar as propriedades físico-químicas de microesferas e controlar a liberação. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da formação de blendas de P(3HB) com trimiristato de gricerila (TMG) ou poli (D,L-ácido lático)-b-poli (etilenoglicol) (PLA-PEG) e da obtenção de partículas compostas de P(3HB) e gelatina (GEL) sobre as características físico-químicas das microesferas e o perfil de liberação do ibuprofeno. O método de emulsão/evaporação do solvente foi empregado no preparo das microesferas de P(3HB):TMG (9:1, 4:1, 3:1 e 1:1) e P(3HB):PLA-PEG (3:1 e 1:1), usando clorofórmio ou diclorometano/ álcool isopropílico como solventes. As microesferas de P(3HB):GEL 10:1 foram preparadas usando o procedimento de dupla emulsão/evaporação do solvente. Elevados valores de eficiência de encapsulação foram verificados em todas as formulações testadas. Partículas esféricas e de superfície rugosa, apresentando diâmetro médio entre 21,93 e 41,55 mm, foram obtidas. A utilização de diclorometano e o aumento da proporção de TMG na blenda conduziram à redução da porosidade das partículas. Entretanto, os estudos de liberação em tampão fosfato 0,02 M pH 7,4 mostraram que a associação de P(3HB) e TMG não conduz ao controle de liberação do IBF, a qual foi bastante pronunciada na primeira hora de ensaio. Elevados valores de liberação inicial (efeito burst) também foram observados nas microesferas preparadas a partir das blendas de P(3HB) e PLA-PEG 3:1 e P(3HB):GEL 10:1. Neste último caso, a adição de etanol acelerou a liberação do IBF, indicando que a adição do solvente afeta a localização do fármaco na matriz. As análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC) e difração de raios-x indicaram a redução da cristalinidade do P(3HB) somente quando a blenda P(3HB):PLA-PEG 1:1 foi testada. Entretanto, independente das condições de preparo das microesferas, o IBF pareceu estar parcialmente disperso na sua forma amorfa ou molecular na matriz. Apesar da utilização da blenda de P(3HB) e PLA-PEG 1:1 ter conduzido à redução da cristalinidade, a velocidade de liberação foi mais prolongada quando as microesferas de P(3HB):PLA-PEG 3:1 foram testadas, sugerindo que o grau de hidratação da matriz pode ter interferido na cinética de liberação. A avaliação in vivo do ibuprofeno encapsulado nas microesferas de P(3HB):PLA-PEG 3:1 foi conduzida em ratos artríticos (modelo CFA). Os resultados obtidos indicaram redução do edema articular e da migração celular após administração das microesferas contendo IBF, quando comparado aos grupos tratados com IBF livre e microesferas brancas, respectivamente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos.
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Os polihidroxialcanoatos (PHA's) são substâncias naturais acumulados no interior das células como forma de reserva de carbono e energia em condições particulares de crescimento. Há um significativo interesse no estudo dos PHA's devido a seu valor comercial como termoplástico biodegradável sendo uma potencial alternativa para substituição da utilização dos plásticos derivados do petróleo. O poli[3-hidroxibutirato] é o PHA mais bem caracterizado e diversas bactérias são capazes de sintetizá-lo, porém, este biopolímero não apresenta propriedades industriais interessantes (duro e quebradiço). A incorporação de monômeros de valerato e produção do copolímero poli[3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato] (P[3HB-co-3HV]), resulta na formação de um polímero com características industriais mais interessantes. O precursor das unidades de valerato mais empregado é o ácido propiônico e este é adicionado ao meio de cultivo a fim de se produzir o copolímero. Entretanto, grande parte do ácido propiônico não é incorporado na forma de valerato, visto que este é utilizado em outras vias metabólicas. Com a finalidade de aumentar a conversão de ácido propiônico em valerato, foi estudado o efeito da adição de suplementos (azeite de oliva e ácido acético) e de um inibidor enzimático (ácido itacônico) na incorporação de valerato no copolímero P[3HB-co-3HV]. Foi utilizada para produção de P[3HB-co-3HV] a bactéria Escherichia coli JM101, abrigando os genes de biossíntese de PHA's de Ralstonia eutropha (plasmídio pBHR68). Os cultivos foram realizados em agitador orbital por 48 horas a temperatura de 37ºC e agitação de 150 rpm em meio Luria Bertani contendo 20 g. L-1 de glicose, 100mg.L-1 de ampicilina com ou sem a adição de ácido propiônico, suplementos ou inibidor. Os resultados mostram que a E.coli JM101 recombinante, contendo os genes de biossíntese de PHA's de R. eutropha acumulou 61% de PHB. Na presença de ácido propiônico, foi acumulado 8,4% de PHA, com 20% de valerato incorporado no copolímero P[3HB-co-3HV]. Quando azeite de oliva foi utilizado como suplemento, a biomassa celular e o acúmulo de polímero aumentaram em 49% e 82% respectivamente, porém a porcentagem de valerato incorporada no polímero diminuiu. A adição de ácido acético no meio de cultivo diminuiu drasticamente a biomassa e o acúmulo de polímero não pode ser detectado. Nos cultivos onde se empregou o ácido itacônico como inibidor químico da enzima propionil-CoA carboxilase (PCC), principal enzima atuante no catabolismo do ácido propiônico, o crescimento bacteriano diminuiu e não se teve acúmulo de PHA. Os resultados sugerem que os ácidos: propiônico, acético e itacônico, são tóxicos para E. coli JM101. No entanto, o ácido propiônico ainda continua sendo o principal precursor das unidades de valerato no copolímero.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2015.
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O poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) é um biopolímero sintetizado por bactérias e acumulado intracelularmente como material de reserva energética. Esse poliéster é biodegradável e biocompatível e possui propriedades mecânicas próximas ao do polipropileno. Entretanto seu alto custo de produção em relação ao dos polímeros de origem petroquímica torna esses biopolímeros comercialmente pouco atraentes, o que levou ao desenvolvimento de estratégias de cultivo e extração do polímero, assim como a utilização de substratos de baixo custo, visando tornar o P(3HB) mais competitivo. Desse modo, o principal objetivo desse trabalho foi realizar um estudo econômico do processo de produção de P(3HB) por Cupriavidus necator, empregando carbonato de propileno como solvente e métodos mecânicos de extração, e utilizando melaço cítrico como substrato. Quatro diferentes rotas de extração foram avaliadas: tratamento térmico da biomassa seguido por extração com solvente, tratamento utilizando equipamento ultrasonificação e extração com solvente, tratamento utilizando alta pressão e extração com solvente, e somente o uso de solvente na extração do biopolímero. Foram efetuadas simulações utilizando o software comercial Aspen Plus de todas as etapas que compõem o processo para todas as alternativas avaliadas, obteve-se assim, os balanços de massa e energia e possibilitando estimar sobre o investimento em capital necessário e consumo de matérias-primas e utilidades, realizando, posteriormente a análise econômica comparativa das alternativas. Os resultados indicam vantagem das alternativas que utilizam o tratamento a alta pressão e térmico da biomassa, apresentando menores custos de produção (US$ 7,41 e US$ 7,51 por quilo de biopolímero, respectivamente) e melhores indicadores econômicos. Observou-se que a capacidade de extração do método não é determinante na seleção da melhor alternativa, de modo que deve haver uma análise conjunta da capacidade de extração e desembolsos com equipamentos e utilidades no tratamento da biomassa. A análise de sensibilidade para a melhor alternativa (alta pressão) mostrou que o aumento da capacidade de produção da planta e aumento da concentração final de biomassa no biorreator causa significativa redução do preço do produto e no investimento específico.

Abstract : Poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)) is a biopolymer synthesized by bacterias and intracellularly accumulated as energy reserve. This polyester is biocompatible and biodegradable and has mechanical properties comparable to polypropylene. However its high production cost in compare to the petroleum polymers makes these biopolymers commercially unattractive, which led to the development of strategies of fermentation and extraction of the polymer as well as the use of low cost substrates, in order to make P(3HB) more competitive. Thus, the aim of this study was to conduct an economic assessment of the P(3HB) production process by Cupriavidus necator, using propylene carbonate as solvent coupled with mechanical methods of extraction, and using citric molasses as substrate. Four different extraction routes have been assessed: heat treatment of the biomass followed by solvent extraction; treatment using ultrasonication equipment and solvent extraction; treatment using high pressure followed by solvent extraction; and the fourth, the use of solvent alone. Simulations were performed using the commercial software Aspen Plus, all the steps that comprise the process for all the four alternatives were evaluated, obtaining, mass and energy balances allowinga the estimation on the capital investment and consumption of raw materials and utilities, then, performing the comparative economic analysis of alternatives. The results indicate advantage of the alternative that make use of high pressure and heat to treat the biomass, showing lower production costs (US $ 7.41 and US $ 7.51 per pound biopolymer, respectively) and better economic indicators. It was observed that the methods extraction capacity is not decisive in selecting the best alternative, so that there must be the a simultaneous analysis of extractability capacity and expenditures in equipment and utilities in treating the biomass. The sensitivity analysis for the best alternative (high pressure treatment) showed that the increase of the plant's production capacity and final biomass concentration in the bioreactor leads to a significant reduction in the cost of the product and in the specific investment.

Este trabalho teve por objetivo avaliar o potencial de 39 isolados bacterianos para produção de polihidroxialcanoatos contendo monômeros de cadeia média (PHA|MCL). Os isolados foram incapazes de utilizar eficientemente amido, lactose ou sacarose. O desempenho na produção de PHA a partir de glicose ou frutose pelos isolados foi inferior à linhagem de referência (Pseudomonas sp. LFM046). Muitos dos isolados apresentaram bom desempenho na conversão de glicerol em PHAMCL. Pela primeira vez, foram detectadas bactérias capazes de produzir PHAMCL a partir de xilose. Com base no sequenciamento do rDNA 16S, estes isolados foram identificados como pertencentes ao gênero Pseudomonas. Cultivos em biorreator, resultaram em uma biomassa de aproximadamente 6 g/L, contendo cerca de 11 a 14% de PHA. A superexpressão dos genes responsáveis pelo catabolismo de xilose (xylAB) em Escherichia coli não levou a melhora no consumo de xilose ou produção de PHAMCL.
This work aimed to evaluate the potential of 39 bacterial isolates to produce polyhydroxyalkanoates containing medium-chain monomers (PHAMCL). The isolates were unable to efficiently utilize starch, lactose or sucrose. The performance of the PHA production from glucose or fructose by the isolates was lower than the reference strain (Pseudomonas sp. LFM046). Many isolates showed good performance in the conversion of glycerol into PHAMCL. For the first time, bacterial isolates capable of producing PHAMCL from xylose were detected. Based on the sequencing of 16S rDNA, these isolates were identified as belonging to the genus Pseudomonas. Bioreactor cultures resulted in a biomass of approximately 6 g/L, containing about 11 to 14% PHA. Overexpression of the genes responsible for the catabolism of xylose (xylAB) in Escherichia coli did not led to improved xylose consumption or production of PHAMCL.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos
Made available in DSpace on 2012-10-26T08:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303348.pdf: 1152772 bytes, checksum: a3e38c1e81994d268ca4f9b7b93e6cae (MD5)
Os PHAS são um grupo de poliésteres acumulados sob a forma de grânulos intracelulares por inúmeras bactérias, como reserva de carbono e energia. Entre os PHAs mais estudados estão os polímeros de cadeia curta PHB e P(3HB-co-3HV). O conhecimento das vias bioquímicas e enzimas envolvidas na biossíntese e degradação dos PHAs podem auxiliar na implementação de estratégias para sua produção industrial a partir de substratos renováveis e de baixo custo. Isolados de Escherichia coli recombinante contendo os genes de biossíntese de PHAs são capazes de acumular até 90 % (m/m) de biomassa seca de biopolímero. Este trabalho teve como objetivo geral a produção de PHA por Escherichia coli recombinante contendo a PHA sintase de Chromobacterium violaceum e Cupriavdus necator, em presença de soro de queijo. Neste estudo, foi avaliada a capacidade de produção de PHA por três isolados de E. coli (DH5?, JM101 e DH10B), a especificidade da enzima PHA sintase de C. violaceum em E. coli recombinante na produção de P(3HB-co-3HV) em presença de ácido propiônico e a composição do meio de cultivo, através de técnica de planejamento experimental (DCCR), onde as variáveis de estudo foram a quantidade de soro de queijo e concentração de glicose na produção de PHA, concentração de ácido propiônico na incorporação de unidades de valerato e o efeito da adição de IPTG como indutor de expressão gênica. Os resultados mostraram comportamento diferenciado da PHA sintase de C. violaceum para cada um dos isolados de E. coli estudadas sobre a produção de PHB. A PHA sintase de C. violaceum quando inserida em E. coli e em presença de ácido propiônico é capaz de incorporar 8,83 mol % de unidades de 3HV. Uma produção de PHA igual a 0,43 g de MCS.L-1 foi observada, em meio contendo 37 % (v/v) de soro de queijo, 2 g.L-1 de glicose, 4 mmol.L-1 de ácido propiônico na ausência de IPTG. Conclui-se que é possível produzir PHA a partir de isolados JM101 de E. coli contendo os genes da PHA sintase de C. violaceum a partir de soro de queijo, na presença ou ausência de indutor (IPTG).
The PHAS is a group of polyesters accumulated in the form of intracellular granules by many bacteria as carbon and energy reserves. Among the most studied PHAs are the short-chain polymers PHB and P (3HB-co-3HV). The information of biochemical pathways and enzymes involved in biosynthesis and degradation of PHAs can support in the strategies implementation for industrial production across renewable and low cost substrates. Recombinant strains of Escherichia coli containing the genes of the PHAs biosynthesis, are able to accumulate up 90% (w/w) of dry biomass biopolymer. This study aimed at the production of PHA by recombinant E. coli containing the Chromobacterium violaceum and Cupriavidus necator PHA synthase in the presence of cheese whey. This study evaluated the capacity to production of PHA by three strains of E. coli (DH5á, DH10B and JM101), the specificity of the enzyme PHA synthase of C. violaceum in E. coli recombinant in the production of P (3HB-co-3HV) in presence of propionic acid and the composition of the culture media, through experimental planning technique (DCCR), where the variables were the amount of cheese whey and concentration of glucose in the production of PHA, propionic acid concentration on the incorporation of valerate units and the effect of the added IPTG to induce gene expression. The results showed different behavior of the PHA synthase of C. violaceum for each strains of E. coli studied on the production of PHB. The PHA synthase of C. violaceum when inserted into E. coli and in the presence of propionic acid is able to incorporate valerate units. (8.83 mol% of 3HV units). A production of PHA (0.43 gCDW.L-1) was observed in medium containing 37% (v/v of cheese whey, 2 g.L-1 glucose, 4 mmol.L-1 propionic acid and absence of IPTG. Concluded that it is possible to production of PHA across strains of E. coli recombinant containing the PHA synthase of C. violaceum.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos.
Made available in DSpace on 2013-07-15T22:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 211457.pdf: 782449 bytes, checksum: d435cd88c2395a1093a9452faf9e9c9a (MD5)
Poli(3-hidroxibutirato), P(3HB), é um polímero de reserva de carbono e energia acumulado intracelularmente por diversos microrganismos, sob condições desbalanceadas de crescimento. Além da vantagem de ser biodegradável e biocompatível, possui propriedades termoplásticas compatíveis aos plásticos convencionais. Embora apresente estas vantagens, apresenta um elevado custo de produção frente aos polímeros petroquímicos, o que dificulta o seu uso. Neste trabalho estudou-se a produção de P(3HB) em resíduos de indústrias de alimentos, objetivando reduzir os custos de produção. Primeiramente, verificou-se a capacidade de crescimento da bactéria Ralstonia eutropha nos resíduos das indústrias amiláceas e indústrias processadoras de maçã. Testou-se três modelos primários de crescimento, e o modelo Logístico, foi o que melhor descreveu o crescimento da bactéria nas diferentes fontes de carbono testadas. Após verificar a capacidade de crescimento da bactéria, foi realizada a produção de P(3HB), nos resíduos das indústrias de alimentos, e também a suplementação do meio de cultura com ácido oléico e óleo de soja, visando aumentar a produção de polímero. O resíduo da indústria amilácea mostrou-se uma boa fonte de carbono para a produção de P(3HB), onde os conteúdos de polímero acumulado foram de 46, 50 e 56% com produtividades de 0,22; 0,37 e 0,49 g.L-1.h-1 para as culturas sem suplementação, suplementação com ácido oléico e suplementação com óleo de soja. Quando se realizou o crescimento no resíduo da indústria processadora de maçã os conteúdos de P(3HB) acumulados foram de 14, 34 e 22% do total da massa celular seca, para as culturas sem suplementação, suplementação com ácido oléico e suplementação com óleo de soja. Apesar do baixo conteúdo de polímero acumulado, a utilização do bagaço de maçã como fonte de carbono para a produção de polihidroxialcanoatos é uma boa alternativa, pois é uma matéria-prima barata que pode contribuir na redução dos custos de produção deste biopolímero. A adição dos suplementos nutricionais ao meio de cultura favoreceu a produção de P(3HB) aumentando o conteúdo de polímero acumulado e a produtividade.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2015.
Made available in DSpace on 2016-02-16T03:05:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337515.pdf: 2935273 bytes, checksum: c4a8eb296f355f5ea5994df6dd124dd7 (MD5) Previous issue date: 2015
Os Polihidroxialcanoatos (PHAs), com destaque para o Poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) e o Poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (P(3HB-co-3HV)), são poliésteres biodegradáveis, produzidos intracelularmente por muitos microrganismos. A bactéria Cupriavidus necator destaca-se por ser capaz de acumular mais de 80 % de sua massa seca em polímero e assimilar diferentes fontes de carbono. O custo de produção desses polímeros ainda é elevado e a utilização de substratos de baixo custo, como resíduos agroindustriais, aparece como alternativa para diminuição dos custos. Resíduos agroindustriais, entretanto, apresentam baixa ou moderada concentração de carbono, exigindo estratégias de cultivo como a batelada sequencial com reciclo externo de células para garantir a obtenção de processos com alta produtividade. Modelos estruturados, que levam em conta as reações metabólicas envolvidas no processo, têm tido utilização destacada em processos biotecnológicos como uma ferramenta na predição de condições de cultivo que maximizem a produção do produto. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de P(3HB) e P(3HB-co-3HV), por C. necator, utilizando substrato com baixa concentração de glicose e adição de ácido propiônico, em cultivos realizados em batelada sequencial com reciclo externo de células, conduzidos sob exaustão ou limitação de nitrogênio ao longo da fase de produção. Além disso, pretendeu-se desenvolver e validar um modelo fenomenológico estruturado, baseado na Análise de Fluxos Metabólicos (AFM), para auxiliar na compreensão do comportamento metabólico de C. necator e obter condições de processo que maximizem a produção de P(3HB), a partir de glicose, no sistema com reciclo externo de células. Os resultados mostraram que a alimentação de nitrogênio em concentração limitante durante a fase de produção, no sistema batelada sequencial com reciclo externo de células, aumentou a produtividade do processo, frente aos resultados obtidos a partir da exaustão de nitrogênio durante a fase de produção neste mesmo sistema. Na produção de P(3HB-co-3HV), verificou-se que a relação entre as unidades 3HV/3HB aumentou ao longo de toda a fase de produção. O modelo fenomenológico foi construído a partir de 17 metabólitos chave e 15 reações estequiométricas. Equações que descrevem a inibição pela concentração inicial de glicose e nitrogênio foram também consideradas no modelo. O modelo foi validado para diferentes estratégias de cultivo: batelada, batelada alimentada, batelada sequencial com e sem reciclo de células e alimentação de nitrogênio na fase de produção. Um cultivo em modo batelada sequencial com reciclo externo de células, alimentação de nitrogênio na fase de produção e concentrações iniciais de substrato não inibitórias foi realizado. A produtividade volumétrica (1,35 g.L-1.h-1) foi 35 % superior à obtida por Ienczak et al. (2015) que utilizaram sistema em batelada sequencial com reciclo de células. Estes resultados mostraram que a estratégia proposta no presente trabalho é eficiente na obtenção de alta densidade celular (86,3 gXt.L-1) e produtividade de processo, e que o modelo fenomenológico estruturado desenvolvido pode ser muito útil na predição de condições de maximização da produção de P(3HB) por C. necator, a partir de glicose.

Abstract : Polyhydroxyalkanoates (PHAs), highlighting the Poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)) and the Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (P(3HB-co-3HV)), are biodegradable polyesters produced intracellularly by many microorganisms. The bacterium Cupriavidus necator stands out due its ability to accumulate more than 80 % of its dry mass in polymer and, assimilate different carbon sources. These biopolymers present high production cost and the utilization of low cost substrates, as agroindustrial wastes, is an alternative to reduce this cost. However, the agroindustrial wastes present moderate or low carbon concentration, requiring culture strategies as the repeated batch with external cell recycle to ensure the achievement of high process productivity. Structured models, which take into account the metabolic reactions involved in the process, have been largely applied in biotechnological process as a tool in predicting culture conditions that can maximize the product production. The aim of the present work was to evaluate the P(3HB) and P(3HB-co-3HV) production, by C. necator, using substrate with low glucose concentration and propionic acid addition, in repeated batch cultures with external cell recycle, conducted in exhaustion or limitation of nitrogen during the production phase. Also, it was intended to develop and to validate a structured phenomenological model, based in the Metabolic Flux Analysis (MFA), to help in the comprehension of the metabolic behavior of C. necator and in obtaining process conditions that maximize the P(3HB) production, from glucose, in the system with external cell recycle. The results showed that the limited nitrogen feeding during the production phase, in the repeated batch system with external cell recycle, increased the process productivity, compared to the results obtained from the nitrogen exhaustion during the production phase in the same system. In the P(3HB-co-3HV) production, it was verified that the relation between the 3HV/3HB units increased during all the production phase. The phenomenological model was built considering 17 key metabolites and 15 stoichiometric reactions. Equations that can describe the growth inhibition by the initial concentration of glucose and nitrogen were also considered in the model. The model was validated to different culture strategies: batch, fed batch, repeated fed batch with or without cell recycle and nitrogen feeding during the production phase. One repeated batch culture with external cell recycle, nitrogen feeding during the production phase, and not inhibitory initial glucose and nitrogen concentrations, was performed. The volumetric productivity (1.35 g.L-1.h-1) obtained was 35 % higher than the results reported by Ienczak et al. (2015), which applied a repeated batch system with external cell recycle. These results showed that the strategy proposed in the present work is efficient in obtaining high cell density (86.3 gXt.L-1) and process productivity, and, the phenomenological model developed can be useful in predicting conditions that maximize the P(3HB) production by C. necator, from glucose.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos
Made available in DSpace on 2013-06-25T23:25:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312251.pdf: 1753319 bytes, checksum: a37fe5bbb1eafe81394d43b9c6c92ac5 (MD5)
Empregando processos com membranas, isolados ou conjugados, é possível concentrar e fracionar proteínas e eliminar gordura do soro de queijo, reduzindo sua carga poluente e permitindo utilizar as correntes concentradas em produtos alimentícios, agregando-lhes valor econômico e nutricional. Através da ultrafiltração, por exemplo, é possível concentrar as principais proteínas do soro lácteo (albuminas e globulinas), enquanto a nanofiltração permite concentrar a lactose e parte dos sais minerais, especialmente os bi e tri-valentes. Considerando-se, ainda, o teor de matéria orgânica presente na corrente permeada da ultrafiltração do soro lácteo, principalmente a lactose, abre-se a possibilidade de utilizá-la como matéria prima para a produção de compostos de interesse tecnológico, como biopolímeros, através de bioprocessos. Podem ser citados como exemplos os poli-hidroxialcanoatos (PHAs), que são poliésteres sintetizados por bactérias a partir de substratos carbônicos. Por serem biodegradáveis e produzidos a partir de fontes renováveis de carbono, os PHAs são considerados uma alternativa aos materiais plásticos convencionais. Comercialmente, há interesse em reduzir custos na produção destes biopolímeros, buscando-se substratos de baixo valor comercial. Neste caso, o permeado do soro de queijo, obtido por ultrafiltração, se apresenta como fonte de carbono para esta finalidade, já que é um subproduto de baixo custo. Assim, o objetivo do presente estudo foi avaliar o emprego de processos de separação com membranas no tratamento do soro de queijo, propondo-se a produção biotecnológica do polímero biodegradável - PHA - utilizando-se a bactéria E. coli recombinante, a partir do permeado obtido da concentração das proteínas do soro. Foram utilizadas membranas de ultra e nanofiltração com massa molar de corte de 50.000 e de 150 a 300 g?mol-1, respectivamente. Buscando-se estabelecer as melhores condições operacionais durante o processamento do soro lácteo, em unidade piloto, variou se a temperatura, a pressão transmembrana e a vazão de alimentação. Foram avaliados os fatores de concentração dos componentes presentes no soro de queijo, o fluxo permeado e as resistências ao fluxo permeado que se estabelecem durante o processo. Para a produção de PHAs, utilizou-se E. coli recombinante linhagens JM 101 e ATCC 25922, contendo o plasmídeo pRLC2, ancorando genes responsáveis pela resistência a ampicilina e biossíntese de PHAs, obtidas através de técnicas de engenharia genética. As condições de cultivo da E. coli foram avaliadas em relação à produção de massa celular seca (MCS) (g?L-1) e do percentual de acúmulo intracelular de PHAs (g?L 1). Durante a ultrafiltração do soro de queijo, observou-se que o fouling e a formação de camada gel alteraram particularmente a seletividade da membrana em algumas condições experimentais, retendo compostos com massa molar inferior ao ponto de corte da membrana, levando a uma redução do fluxo permeado. Em relação aos cultivos, observou-se um efeito significativo (p<0,05) da utilização da lactose presente no soro de queijo sobre a produção de MCS. Observou-se, também, acúmulo intracelular de PHAs em E. coli recombinante linhagem JM 101 com o plasmídeo pRLC2, não sendo necessária a utilização do promotor de expressão gênica IPTG, apresentando acúmulo intracelular de PHAs de até 11,0% (±0,6). A utilização do permeado do soro de queijo obtido por ultrafiltração, como substrato para a produção de PHAs em E. coli recombinante linhagem ATCC 25922 (pRLC2), levou à produção de até 3,1 g?L-1 de MCS e acúmulo intracelular de PHAs de até 86,5%, evidenciando a possibilidade de se utilizar o soro de queijo ultrafiltrado na produção de PHAs, dando um destino biotecnológico ao tratamento deste resíduo originado das queijarias.
Membrane separation processes can be used for defatting, concentrate and to fractionate proteins of cheese whey. The fraction obtained this way can be used in formulation of different food products, thus adding value to this byproduct of dairy industries. The major whey proteins (albumins and globulins) can be concentrated by ultrafiltration, while nanofiltration can concentrate part of the lactose and minerals, particularly the bi- and trivalent salts. The permeate stream obtained in the ultrafiltration of the cheese whey still holds a large organic load due to the high content of lactose. Hence, it might be used as raw material for the production of compounds of technological interest, like the biopolymers aspolyhydroxyalkanoates (PHAs). PHA is a class of polyesters synthesized by bacteria. Since PHAs are biodegradable and produced from renewable carbon, they are considered as an alternative to conventional plastics. Commercially, there is an interest in reducing costs in the production of these biopolymers, using low cost substrates. In this context, the cheese whey permeate obtained by ultrafiltration is a potential carbon source for PHAs production. The aim of this study was to evaluate the use of membrane separation processes in the treatment of cheese whey, proposing the use of thepermeate fraction for the production of biodegradable biopolymer - PHAs bya recombinant E. coli strain.The whey was permeated through ultra and nanofiltration membranes with molecular weight cut off of 50.000 and 150-300 g·mol-1, respectively. The best operating conditions for membrane processing of the whey were determined in a pilot unit, varying temperature, transmembrane pressure and flow rate. The concentration factors of the constituents present in cheese whey were assessed, as well as the permeate flow and the resistance to the permeate flow during the process. Recombinant E. coli strains JM 101, and ATCC 25922 containing the plasmid pRLC2 anchoring genes encoding enzymes needed to PHAs biosynthesis were used in PHAs production assays.In the ultrafiltration of cheese whey, it was found that the fouling and formation of gel layer changed the selectivity of the membrane in some experimental conditions; causing the retention of compounds with lower molecular mass than the membrane nominal molecular mass cut-off, leading to a reduction in permeate flow. There was a significant effect (p<0.05) of lactose present in cheese whey on the bacterial dry cell weight (DCW) yield. The intracellular accumulation of PHAs in E. coli strain JM 101was up to 11.0% (±0.6). The use of the permeate from cheese whey ultrafiltration as substrate for the production of PHAs byrecombinant E. coli ATCC 25922 (pRLC2) led to a cell production up to 3.1 g·L-1 DCW and intracellular accumulation of PHAs up to 86.5%. These results suggestthe possibility of using the permeate of cheese whey ultrafiltrationfor production of PHAs, adding value to this dairy byproduct through a biotechnological application.

Mestrado em Biotecnologia - Biotecnologia Industrial e Ambiental
O objetivo deste trabalho consistiu na valorização do folhelho de uvas brancas, um subproduto da indústria vitivinícola rico em monossacarídeos, através da produção de polihidroxialcanoatos (PHAs) pelos microrganismos Cupriavidus necator e Haloferax mediterranei. Os PHAs são poliésteres intracelulares acumulados por microrganismos como reservas de carbono, com valor comercial pela sua natureza biodegradável e biocompatível. De modo a avaliar a produção de PHAs pelos dois microrganismos, realizaram-se ensaios em meio definido suplementado com glucose e manose (meio sintético MG), os açúcares predominantes no extrato, em extrato aquoso de folhelho (EAF) suplementado com os constituintes do meio mineral. Dos ensaios realizados em erlenmeyer com C. necator em EAF verificou-se que a bactéria era capaz de crescer a uma taxa específica máxima de 0,19 h-1 até uma concentração de biomassa final de 17,11 g/L, com uma acumulação de 30,38% P(3HB) (mPHA/mX). No ensaio realizado em reator descontínuo com regulação de pH, em meio 50% (v/v) EAF, verificou-se o melhor resultado de produção, com a acumulação de 85,60 % P(3HB) mPHA/mX. H. mediterranei revelou-se incapaz de crescer significativamente em EAF. No ensaio realizado com H. mediterranei em meio sintético com 2% de glucose verificou-se uma taxa específica de crescimento máxima de 0,03 h-1, uma concentração de biomassa final de 23,66 g/L e uma acumulação de 4,89 g/L P(3HB/3HV) (17,21% mPHA/mX). O polímero produzido por H. mediterranei foi identificado como P(3HB/3HV), constituído por 90,04% HB/ 9,96% HV. Neste trabalho foi verificada pela primeira vez a adequação do EAF como meio para produção de PHAs. Estes resultados são uma contribuição valiosa no processo de valorização deste subproduto agroindustrial, e adjacente propósito de redução de custos na produção de PHAs.
The aim of this work was the valorization of the white grape skins, a byproduct of the wine industry, through the production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) using Cupriavidus necator and Haloferax mediterranei. PHAs are intracellular polyesters stored in the cell as carbon source, with commercial value as bioplastics due to its biodegradable and biocompatible nature. Accumulation tests were carried using defined synthetic medium supplemented with glucose and mannose (main sugars in the extract) and white grape skins aqueous extract (GSAE) supplemented with mineral medium constituents. From the tests performed in erlenmeyer with C. necator in GSAE it was found that bacteria could grow to a maximum specific rate of 0.19 h-1 to a final biomass concentration of 17.11 g.L-1, with an accumulation of 30.38% P(3HB) (mPHA/mX). When production tests were performed in a batch reactor with pH regulation, using 50% (v/v) GSAE, best result of accumulation were achieved, with accumulation of 85.60% P(3HB) (mHB/mX). H. mediterranei revealed to be unable to grow significantly in GSAE. In the test with H. mediterranei in synthetic medium containing 2% glucose, there was a specific maximum growth rate of 0.03 h-1, a final biomass concentration of 23.66 g.L-1 and an accumulation of 4.89 g.L-1 P(3HB/3HV) (17.21% mPHA/mX). The polymer produced by H. mediterranei was identified as P(3HB/3HV) consisting of 90.04% HB/ 9.96% HV. This work recognizes for the first time the suitability of the GSAE as a substrate for PHA production. These results are a valuable contribution to the valorization of this agro-industrial by-product, and adjacent cost reduction in the PHA production process.

Polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres acumulados por diversas bactérias a partir de fontes renováveis e são termoplásticos, biodegradáveis e biocompatíveis. A variabilidade da composição monomérica de PHA determina suas propriedades mecânicas e permite seu uso em diversas aplicações. A PHA sintase é a enzima responsável pela polimerização do PHA. O objetivo deste trabalho foi à busca por genes codificadores desta enzima, construção e avaliação de recombinantes portando tais genes. Inicialmente buscaram-se novos genes de PHA sintase a partir de clones de uma biblioteca metagenômica previamente detectados por PCR como positivos para algum tipo de PHA sintase. Posteriormente buscou-se PHA sintases de classe III e construiram-se recombinantes de Pseudomonas sp e B. sacchari pela introdução de genes de C. vinosum (phaECCv). Nas duas recombinantes, os genes inseridos foram capazes de aumentar a fração de 3HHx em relação a linhagem selvagem, quando se utilizou glicose e hexanoato como fontes de carbono.
Polyhydroxyalkanoates (PHA) are polyesters accumulated from renewable sources by several bacteria and are thermoplastic, biodegradable and biocompatible. The variability of the PHA monomer composition determines its mechanical properties and allows their use in many applications. PHA synthase is the enzyme responsible for the polymerization of PHA. The objective was to search for genes encoding this enzyme, construction and the assessment of recombinant bacteria carrying such genes. Initially a screening of PHA synthase genes was made from a metagenomic library clones previously identified as positive by PCR for any type of PHA synthase. Later a search for class III PHA synthases was made as a construction of a recombinant Pseudomonas sp and B. sacchari by introducing genes of C. vinosum (phaECCv). In the two recombinant strains, the genes inserted were able to increase the fraction of 3HHx compared to the wild strain when glucose and hexanoate was used as carbon sources.

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Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres produzidos por um grande número de estirpes bacterianas, em condições de crescimento limitante. Estes polímeros são completamente biodegradáveis e, por conseguinte, materiais alternativos para fins de substituição dos temoplásticos sintéticos. No entanto, os PHAs, ainda, não têm sido capazes de competir com as resinas convencionais, devido ao elevado custo de processo. Uma forma possível de reduzir os custos de produção é a utilização de fontes de carbono mais baratas, como os coprodutos da indústria do biodiesel. Deste modo, estirpes de Cupriavidus necator IPT 027 e Burkholderia cepacia IPT 438 foram utilizadas, em estudo, a fim de sintetizar PHAs a partir de distintas glicerinas residuais do biodiesel (GRBs) derivadas, por sua vez, do processamento do biodiesel de soja (GRB I), óleos e gorduras residuais (GRB II) e mamona (GRB III). Diferentes variáveis foram mantidas constantes durante a produção de PHA, obtendo-se um percentual máximo de extração de 71,07 %, quando se fez uso da cepa Cupriavidus necator IPT 027 em cultivo com GRB II. As análises de CG-MS revelaram copolímeros de PHAs com hidroxiésteres de cadeia curta (3HB) e de cadeia média (3HTD, 15HPD e 11HHD), com distintas frações em %mol. Tais resultados relacionam-se com o meio de cultivo, as altas massas moleculares obtidas (552 kDa a 8240 kDa), as temperaturas de fusão (139,8 ºC a 175,9 ºC) e os graus de cristalinidade verificados por DRX (35,92 % a 66,07 %) e DSC (33,30 % a 57,80 %). Além disso, observou-se uma versatilidade da cepa Burkholderia cepacia IPT 438 perante as fontes de carbono estudadas, principalmente no que concerne às propriedades dos biopoliésteres. Portanto, majoritariamente, os biopolímeros produzidos obtiveram, segundo a literatura, propriedades aplicáveis em nível industrial, porém torna-se fundamental o controle otimizado do processo de cultivo, a fim de potencializar a produção e propriedades de copolímeros de PHAs, adequando-os as mais diversas aplicações tecnológicas.

Os polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres bacterianos. Na sua biossíntese, a PHA sintase incorpora monômeros 3HA à cadeia polimérica. O objetivo deste trabalho foi estudar o potencial da PHA sintase de 2 isolados do gênero Burkholderia sp. na produção de copolímeros. Construiram-se linhagens recombinantes que abrigavam os genes da PHA sintase classe I, em mutantes de Pseudomonas sp. e Burkholderia sacchari, que não acumulam PHA. Foram realizados ensaios de acúmulo de PHA usando glicose como fonte de carbono, apresentando a produção de unidades de 3HB, 3HO e 3HD nas linhagens recombinantes de Pseudomonas sp. As linhagens recombinantes de B. sacchari incorporaram como único constituinte P(3HB). Ensaios de acúmulo de PHA foram realizados nas linhagens recombinantes de B. sacchari, usando como co-substratos diferentes ácidos graxos, sendo detectada a incorporação de unidades de 3HV e 3HHx além do 3HB, quando foram fornecidos acido hexanóico e valérico. Estes resultados indicam que as PHA sintases classe I são capazes de incorporar diferentes unidades monoméricas.
The polyhydroxyalkanoates (PHA) are bacterial polyester. In their biosynthesis, the PHA synthase incorporates monomers 3HA to the polymer chain. The objective of this work was to study the potential of PHA synthase of 2 isolates of the genus Burkholderia sp. in the production of copolymers. Were constructed recombinant strains that housed the genes of PHA synthase class I mutants of Pseudomonas sp. and Burkholderia sacchari, which do not accumulate PHA. PHA accumulation assays were performed using glucose as carbon source, showing the production of units of 3HB, 3HO and 3HD in recombinant strains of Pseudomonas sp. The recombinant strains of B. sacchari incorporated as single constituent P(3HB). PHA accumulation assays were performed on the recombinant strains of B. sacchari, Using as co-substrates different fatty acids, being detected the incorporation of units of 3HV and 3HHx beyond the 3HB, when were supplied hexanoic acid and valerico. These results indicate that the PHA synthases class I are able to incorporate different monomer units.

Os polihidroxialcanoatos constituem um grupo de poliésteres acumulados por inúmeras bactérias na forma de grânulos intracelulares, que podem representar até 80% da massa seca celular. No presente trabalho, foi avaliado o comportamento de diferentes linhagens quanto a capacidade de metabolizarem ácidos graxos livres e óleo de soja para a produção de biopolímeros e, posteriormente, em biorreator, algumas linhagens selvagens e recombinantes foram testadas na presença ou não de um inibidor da b-oxidação. Experimentos em frascos agitados, mostraram valores de teor de PHA em até cerca de 70% na biomassa total com cerca de 5% de monômeros de cadeia média permitindo selecionar as linhagens Cupriavidus necator e Burkholderia cepacia para os ensaios seguintes. Experimentos em biorreator mostraram que, as variáveis manipuláveis quanto ao fluxo de óleo de soja, de co-substratos e o inibidor de b-oxidação não influenciaram, significativamente, no rendimento de P3HB/3HAmcl formado quando utilizado Burkholderia cepacia IPT-048, entretanto, contribuíram na síntese de 3HV. Durante os ensaios, o aumento do número de cópias do gene phaB em Cupriavidus necator, aparentemente, não contribuíram para o aumento do rendimento de 3HHx, porém, outras variáveis manipuláveis deverão ser propostas para a confirmação.
The poly-3-hydroxyalkanoates (PHA) are a group of polyesters accumulated for several bacteria in the intracellular granule form, that can represent up to 80% of the dry mass cellular. The main advantage of the biopolymers on the synthetic materials is its degradation in the environment. Recycable raw materials can be used as carbon sources for the production biodegradable polymer. Some polymers have appeared in literature having mechanical characteristic considered appropriate in such a way for use in packings (flexible and covering films), how base for controlled release of asset to be applied in the pharmacological-medical and foods area. The P3HB-co-3HAmcl are 3-hydroxybutyrate copolymers and 3-hydroxyacyl of 6 or more carbon atoms which has aroused interest for to present intermediate properties between HB and HAmcl, having taken care of the requirements for diverse applications. Some strains are distinguished, however, assays in bottles agitated with the Cupriavidus sp. and Burkholderia sp. strains, using as substratum greasy free acid and soy oil, had led the promising results. In the present work, first, was evaluated the behavior of different strains (Cupriavidus necator DSM545 IPT-026, C. necator H16 IPT-027, Pseudomonas sp. IPT-066, Burkholderia cepacia IPT-048 and B. sacchari IPT-189) how much to metabolizer capacity of free fatty acids and soybean oil for the production of biopolymers and, later, in tank bioreactor some wild strains and recombinant had been tested together or not of an inhibitor of the boxidation (acid acrylic). Experiments in bottles with agitation, had shown values of PHA in about 70% of the total biomass with about 5% monomers chain average allowing to select the Burkholderia cepacia IPT-048 and Cupriavidus necator DSM545 strains for the following assays. Experiments in tank bioreactor had shown that, the interactions between the substratum, co-substratum and the inhibitor of boxidation had influenced in the amount of formed P3HB/3HAmcl when used the Burkholderia cepacia IPT-048 strains, contributing for the synthesis of 3HV and 3HHx. When used only the soybean oil (5g/L) was gotten an amount of HHx with about 6 mol% with Burkholderia cepacia strains. In this same condition was verified that after some determined period also proved monomer HV in an amount of 0.20 mol%. Adding the acid acrylic (0.18 g/L) were gotten 1.50 mol% of HHx, however, differently of the previous condition the amount of HV varied of 0.91 - 2.77 mol%. A conclusion for the condition soybean oil and acrylic acid is that, the strains is using the acrylic fatty acid as carbon source, or either, the formation of acrylil-CoA with consequent formation of chains with 5 carbons. Similar results had been gotten when analyzed extracted polymer, or either, after the stage of extraction with chloroform was verified that the amount varied of 1.60 - 2.14 mol%. When added to a cosubstratum in the phase of accumulation (caproic fatty acid) and absence of the acrylic acid, it did not have the increase of HHx in relation to the previous variable, as much that, the amount of monomer reached about 0.50 mol%. In this condition, the presence of the acrylic fatty acid also did not contribute for the HV synthesis, not having been observed monomers during the assays. In the following phase, in which we work with Cupriavidus necator and a recombinant (Cupriavidus necator::phaB) strains, was verified that the gotten amount of HHx had been similar, about 0.30 mol%. Our hypothesis, we believe that the increase of the number of copies of the gene phaB could contribute for the increase of the carbon flow in the direction to raise the amount of 3HB how much of other monomers. As in the assays in bottles with agitation substrat caproic and caprylic fatty acids they had been distinguished also when availabled 2g/L and the soybean oil of in a concentration of 5g/L, we analyze the strains recombinant with soybean oil and caprylic fatty acid with 5 g/L. The insistence in the use of the caprylic fatty acid was based on the fact of the possibility of strains to oxidate part of fatty acids for the production of cells and energy and, at the moment that had the nitrogen limitation, to begin the accumulation phase dividing two carbons for the production of acetyl-CoA and the remain of the chain was stored in the form of 3HHx. The caprylic fatty acid disponibility it did not have the monomer attainment, therefore, Cupriavidus necator and Cupriavidus necator::phaB had its replyed inhibited capacity by the substratum. In the added soybean oil bottles with and without the acrylic fatty acid the behavior it was the opposite to the observed with caprylic fatty acid. During the incubation period, for both the strains, the amount of PHA, and consequently, the percentage of 3HB in the dry mass cellular was of 22.95% (100 mol%) and 25.90% (100 mol%) in 28ª and 24ª hours, respectively. In this condition, in the recombinant strains, also was observed the presence of HHx between 32ª and 49ª hour with a maxim amount of 1.10 mol%. From the results it can be concluded that the Burkholderia cepacia is considered a promising strains for the attainment of HHx and HV allowing that soybean oil with and without the acrylic fatty acid, respectively. The increase in the number of copies of the gene phaB in Cupriavidus necator apparently did not contribute with the increase of 3HHx efficiency however, other handling variables will be proposed for confirmation.