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Submitted by DHARA CARLESSO ZAMPIVA (dhara.zampiva@univates.br) on 2019-04-04T16:57:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2019MicheleFangmeier.pdf: 1311384 bytes, checksum: 5e2798eb80f81302ec16db6d68e96484 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2019-04-08T14:42:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2019MicheleFangmeier.pdf: 1311384 bytes, checksum: 5e2798eb80f81302ec16db6d68e96484 (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-08T14:42:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2019MicheleFangmeier.pdf: 1311384 bytes, checksum: 5e2798eb80f81302ec16db6d68e96484 (MD5) Previous issue date: 2019-04-04 As bactérias lácticas são responsáveis pela fermentação de vários produtos na indústria alimentícia, podendo ser classificadas como probióticas, que propiciam benefícios à saúde do hospedeiro quando ingeridas em quantidades adequadas. Porém, a viabilidade das bactérias probióticas pode ter interferência durante o processamento do alimento, armazenamento e passagem pelo trato gastrointestinal humano (TGI). Logo, a sobrevivência destas células pode ser favorecida por meio da técnica de microencapsulamento, a qual consiste na sua incorporação em matrizes que as tornam mais resistentes, protegendo estes microrganismos. Como material de parede, esta técnica pode-se utilizar soro de queijo e permeado de soro, os quais estão disponíveis nas indústrias a um baixo custo, pois frequentemente são considerados resíduos. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o microencapsulamento de Lactobacillus spp. por meio de extrusão com tecnologia de vibração, utilizando como material de parede diferentes tipos de soros lácteos, em associação ao amido e alginato de sódio. Foram utilizadas as cepas Lactobacillus paracasei ML 33 e Lactobacillus pentosus ML 82, ambas isoladas de amostras de leite in natura do Vale do Taquari, e o microrganismo Lactobacillus plantarum ATCC 8014. Como agentes encapsulantes foram avaliados: o soro de queijo (SBO), o permeado de soro (PBO) e o soro de ricota (RBO), todos de origem bovina, e soro de queijo bubalino (SBU). Entre os soros lácteos avaliados, o SBO e o SBU, devido aos teores mais elevados de proteínas, conferiram maior proteção aos microrganismos encapsulados. Nas formulações encapsulantes, observou-se que a origem do soro (bovino ou bubalino) influenciou nos parâmetros de viscosidade e textura. As micropartículas obtidas, com os diferentes materiais de parede, apresentaram formato esférico com parede contínua, com diâmetro médio de 13,00 + 0,02 μm, conforme determinação realizada no microscópio eletrônico de varredura (MEV). A viabilidade celular média após processo de encapsulamento, entre todos os encapsulados, foi de 8,8 log UFC.mL-1, indicando que o uso dos diferentes soros lácteos proporcionou efeito protetor aos microrganismos, principalmente os SBO e SBU. Os encapsulados mantiveram-se viáveis (acima de 7 log UFC.mL-1) no período de 60 dias de armazenamento à 4 oC, com exceção das micropartículas de RBO e PBO com Lactobacillus pentosus ML 82, sendo que as combinações amido e alginato de sódio com SBO e SBU, para as três bactérias lácticas avaliadas, mostraram-se mais eficientes na proteção dos microrganismos. Os resultados da resistência ao TGI simulado evidenciaram que, no primeiro dia de armazenamento, os materiais de parede SBO e SBU, para todos os microrganismos, conferiram taxa média de sobrevivência de 94,44 e 96,01%, e viabilidade média de 9,13 e 8,74 log UFC.mL-1, respectivamente. E L. paracasei ML 33 apresentou maior resistência ao TGI simulado, com 92,50% e 87,10% após 30 e 60 dias de armazenamento, respectivamente. Perante avaliação da resistência ao stress osmótico a taxa média de sobrevivência de todos os encapsulados foi de 93,70% após 24 horas de incubação a 4 °C para ambas as soluções (sal e sacarose), com exceção das micropartículas de RBO com Lactobacillus plantarum ATCC 8014, e RBO e PBO com Lactobacillus pentosus ML 82, que não apresentaram viabilidade a partir de 12 horas de incubação para ambas as soluções. Elaborou-se um leite fermentado com Lactobacillus paracasei ML 33 livre e encapsulado, por ter apresentado melhor desempenho nas avaliações, e com uma cultura láctica comercial, sendo as viabilidades mais elevadas observadas para as formulações de leite fermentado com micropartículas (LF-ENC) (7,93 log UFC.mL-1) e leite fermentado com bactérias livres (LF-LIVRE) (7,81 log UFC.mL-1), que apresentaram os teores mais elevados de sólidos (27,80% e 28,83%, respectivamente). A formulação LF-ENC também apresentou os valores mais elevados de viabilidade frente à resistência ao TGI, o que evidência a proteção efetiva conferida pela micropartícula ao microrganismo, perante condições adversas. Sendo assim, conclui-se que os soros lácteos proporcionam proteção aos microrganismos, juntamente com o amido e o alginato de sódio, tendo o soro de queijo bovino e bubalino maior efetividade, em comparação ao soro de ricota e permeado de soro. Logo, o processo de extrusão com tecnologia de vibração é indicado para proteção de probióticos. Lactic acid bacteria are responsible for the fermentation of several products in the food industry, and can be classified as probiotic, which provides benefits to the health of the host when ingested in adequate quantities. However, the viability of probiotic bacteria may interfere during food processing, storage and passage through the human gastrointestinal tract (TGI). Therefore, the survival of these cells can be favored by means of the microencapsulation technique, which consists in their incorporation in matrices that make them more resistant, protecting the probiotic microorganisms. As wall material for this technique one can use whey cheese and whey permeate, which are available in the industries at a low cost, as they are often considered as waste. Therefore, the objective of this study was to evaluate the microencapsulation of Lactobacillus spp. by means of extrusion with vibration technology, using as wall material different types of whey cheese in association with sodium starch and alginate. The strains Lactobacillus paracasei ML 33 and Lactobacillus pentosus ML 82, both isolated from samples of fresh milk from the Vale do Taquari, and the Lactobacillus plantarum ATCC 8014 were used as encapsulating agents: cheese whey (SBO), whey permeate (PBO) and ricotta cheese whey (RBO), all of bovine origin, and buffalo cheese whey (SBU). Among the whey evaluated, SBO and SBU, due to the higher protein levels, gave a greater protection to the encapsulated microorganisms. In the encapsulating formulations, it was observed that the origin of the whey (bovine or buffalo) influenced the parameters of viscosity and texture. The microparticles obtained with the different wall materials showed a spherical shape with a continuous wall, with a mean diameter of 13,00 ± 0,02 μm, as determined by the scanning electron microscope (MEV). The mean cell viability after the encapsulation process was 8,8 UFC.mL-1, indicating that the use of the different whey cheese provided a protective effect to the microorganisms, mainly SBO and SBU. The encapsulates remained viable (above 7 log UFC.mL-1) during the 60 day storage period at 4 oC, except for the microparticles of RBO and PBO with Lactobacillus pentosus ML 82, with the combinations of sodium starch and alginate with SBO and SBU, for the three lactic bacteria evaluated, were shown to be more efficient in the protection of microorganisms. The results of the simulated TGI resistance showed that, on the first day of storage, the SBO and SBU wall materials, for all microorganisms, gave a mean survival rate of 94,44 and 96,01%, and mean viability of 9,13 and 8,74 log UFC.mL-1, respectively. E L. paracasei ML 33 presented higher resistance to simulated TGI, with 92,50% and 87,10% after 30 and 60 days of storage, respectively. After evaluating the resistance to osmotic stress the average survival rate of all the encapsulated was 93,70% after 24 hours of incubation at 4 °C for both solutions (salt and sucrose), except for the RBO microparticles with Lactobacillus plantarum ATCC 8014, and RBO and PBO with Lactobacillus pentosus ML 82, which were not viable after 12 hours of incubation for both solutions. A fermented milk with Lactobacillus paracasei ML 33 free and encapsulated, because it presented better performance in the evaluations, with a commercial lactic acid culture was elaborated and the highest viability was observed for the fomulation of fermented milk with microparticles (LF-ENC) (7,93 log UFC.mL-1) and fermented milk with free bacteria (LF-LIVRE) (7,81 log UFC.mL-1), which had the highest solids content (27,80% and 28,83%, respectively). The LF-ENC formulation also showed the highest values of roadway resistance to TGI, which evidences the effective protectionconferred by the microparticle to the microorganism, under adverse conditions. Therefore, it is concluded that the whey cheese provides protection to the microorganisms, together with the starch and the sodium alginate, and the bovine and buffalo cheese whey is more effective when compared to the ricotta cheese whey and whey permeate. Therefore, the extrusion process with vibration technology is indicated for protection of probiotics.

Os exopolissacarídeos (EPS) são biopolímeros sintetizados por micro-organismos, apresentam ampla variedade de combinações estruturais que dão origem a diferentes propriedades (alta viscosidade, capacidade de gelificação, emulsificação e atividade antioxidante) e, assim, possibilidades de aplicação, sendo os rizóbios bactérias sintetizadoras destas macromoléculas. A síntese dos EPS por rizóbios envolve o uso de uma fonte de carbono no meio de cultivo, normalmente são utilizados açúcares como sacarose ou glicose, representando altos custos, motivando assim a exploração de outras fontes como coprodutos ou resíduos das indústrias. No presente estudo, a produção e as características de EPS sintetizados por bactérias da família Rhizobiaceae foram investigadas utilizando meios contendo permeado de soro e colostro bovinos como fonte de carbono e nitrogênio, respectivamente. Os meios utilizados foram Yeast Manitol Agar (YMA) com razão C/N de 96,5 como meio de comparação, meio a base de permeado de soro (P) e meio com permeado de soro e colostro (PC), ambos com razão C/N de 20. Os cultivos bacterianos foram realizados em frascos agitados a 30 °C e 200 rpm por 96 h, avaliando a biomassa, pH e produção final de EPS. Os EPS foram recuperados por precipitação alcoólica, dialisados e liofilizados para caracterizá-los. Posteriormente foram selecionados os EPS provenientes dos cultivos mais promissores em produção e comportamento reológico, sendo caracterizados quanto à viscosidade aparente em soluções salinas de NaCl e KCl, massa molar, espectroscopia de infravermelho (FT-IR) para verificação de grupamentos funcionais, potencial zeta e propriedades térmicas por Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). As maiores produções foram apresentadas pelas bactérias Mesorhizobium sp. Semia 816 e Mesorhizobium huakuii Semia 6454 no meio P, com 4,86 ± 0,19 g L-1 e 6,15 ± 0,29 g L-1, respectivamente, seguidas pelas produções destas mesmas bactérias no meio YMA. O emprego do meio PC resultou em baixa produção de EPS e soluções com baixa viscosidade. No cultivo com emprego do meio YMA, todas as soluções estudadas apresentaram comportamento pseudoplástico, obtendo-se as mais altas viscosidades aparentes para as soluções de EPS de Mesorhizobium sp. Semia 816 e M. huakuii Semia 6454. Apesar destas bactérias produzirem maiores quantidades dos biopolímeros no meio P, apresentaram menor viscosidade quando comparadas com o meio YMA, porém mantiveram o comportamento pseudoplástico. Os biopolímeros obtidos a partir de Mesorhizobium sp. Semia 816 e M. huakuii Semia 6454 cultivados em meio P, denominados respectivamente EPS-PM816 e EPS-PM6454, foram caracterizados como macromoléculas de alta massa molar, de alta estabilidade térmica em possíveis condições de aplicação e com altos valores de potencial eletrostático. Além disso, os espectros de FT-IR detectaram a presença de grupos funcionais característicos destas biomoléculas. A viscosidade aparente das soluções salinas de NaCl e KCl 0,1 mol L-1 e 1 mol L-1 com 1% (m v-1) de EPS demostrou uma diminuição em relação à solução aquosa sem adição de sais, sendo mais marcante no caso das soluções do EPS-PM6454 (55-60%) e menos pronunciada no caso de EPS-PM816 (12-24%), porém não afetando o comportamento pseudoplástico. Desta forma, os resultados observados neste estudo indicam o potencial de uso do permeado de soro na área biotecnológica, para ser metabolizado por rizóbios na síntese de biopolímeros com características e propriedades de interesse industrial. Exopolysaccharides (EPS) are biopolymers synthesized by microorganisms; they present a wide variety of structural combinations that give a rise to different properties (high viscosity, gelation, emulsification properties and antioxidant activity) and thus possibilities of application; being rhizobia bacteria synthesizers of these macromolecules. The synthesis of EPS by rhizobia involves the use of a carbon source in the culture medium. Moreover, sugars such as sucrose or glucose are usually used representing high costs, thus motivating the exploration of other sources as byproducts or wastes of the industries. In the present study, the production and characteristics of EPS synthesized by bacteria of the family Rhizobiaceae were investigated using media containing whey permeate and colostrum as carbon and nitrogen source, respectively. The media used were Yeast Manitol Agar (YMA), with C/N ratio of 96.5, as the comparison medium, whey permeate (P) medium and whey permeate and colostrum (PC) medium, both with C/N ratio of 20. The bacterial cultures were performed in shaken flasks at 30 °C and 200 rpm for 96 h, evaluating the biomass, pH and final EPS production. EPS were recovered by alcohol precipitation, dialyzed and lyophilized, in order to characterize them. Afterwards, the EPS selected from most promising cultures, in relation to production and rheological behavior, were characterized in terms of apparent viscosity in NaCl and KCl saline solutions, molecular weight, infrared spectroscopy (FT-IR), for the verification of functional groups, zeta potential and thermal properties by Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The highest culture was presented by the bacteria Mesorhizobium sp. Semia 816 and Mesorhizobium huakuii Semia 6454 in the medium P, with 4.86 ± 0.19 g L-1 and 6.15 ± 0.29 g L-1, respectively, followed by productions of the same bacteria in the YMA medium. The PC medium was not sufficiently effective in the synthesis of EPS because of the low production observed and low viscosity of the solutions of the biopolymers. In the YMA medium, all solutions studied presented pseudoplastic behavior, obtaining high apparent viscosities for the solutions of EPS from Mesorhizobium sp. Semia 816 and M. huakuii Semia 6454. Although these bacteria produced larger amounts of the biopolymers in the P medium, they presented lower viscosity when compared with the YMA medium, but they maintained the pseudoplastic behavior. The biopolymers obtained from Mesorhizobium sp. Semia 816 and M. huakuii Semia 6454 produced with the P medium, denominated respectively EPS-PM816 and EPS-PM6454, were characterized as macromolecules of high molecular weight, with high thermal stability under possible conditions of application and high values of electrostatic potential. In addition, FT-IR spectra detected the presence of functional groups characteristic of these biomolecules. The apparent viscosity of EPS in 0.1 mol L-1 and 1 mol L-1 NaCl and KCl solutions with 1% (m v-1) of EPS showed a decrease in relation to the aqueous solution without addition of salts, being more striking in the case of EPS-PM6454 solutions (55-60%) and lighter in the case of EPS-PM816 (12-24%), but the pseudoplastic behavior was maintained. Thus, the results observed in this study indicate the potential of the use of whey permeate in the biotechnology area, to be metabolized by rhizobia in the synthesis of biopolymers with characteristics and properties of industrial interest.

Leveduras oleaginosas possuem a capacidade de sintetizar grande quantidade de lipídeos em suas células, gerando produtos de alto valor agregado através de um processo sustentável. Um perfil de ácidos graxos poli-insaturados é de grande interesse por parte das industrias alimentícia e farmacêutica e têm sido alvo de diversos estudos em relação à sua produção e efeitos benéficos à saúde. O presente trabalho teve como objetivo produzir ácidos graxos poli-insaturados pela levedura Meyerozyma guilliermondii BI281 utilizando glicose, glicerol residual e permeado de soro de queijo como fontes de carbono. Avaliou-se o metabolismo da levedura em meios de cultivo com diferentes composições (“meio A” e “base YM”) e comparou-se o seu desempenho em razões C/N 100: 1 e 50:1. A levedura foi capaz de metabolizar todos os substratos testados e o meio de cultivo “A” com glicerol residual e razão C/N 50:1 mostrou-se o mais adequado, obtendo valores de 5,67 g.L-1 de biomassa e 1,04 g.L-1 de lipídeos, representando aproximadamente 18 % do peso da massa seca de biomassa. Esta condição foi escalonada para biorreator de 2 L, onde condições de aeração e controle de pH puderam ser avaliadas, apresentando quantidade semelhante de lipídeos (1,08 g.L-1) e uma maior produção de biomassa (7,05 g.L-1). Os ácidos graxos sintetizados apresentaram em sua composição ácido láurico (C12:0), ácido mistírico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido pamitoleico (C16:1), ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1 n-9), ácido linoleico (C18:2 n-6) e ácido linolênico (C18:3 n-3). Oleaginous yeasts are able to synthesize high amounts of lipids in their cells, producing high added-value products through a sustainable process. Food and pharmaceutical companies have great interest in polyunsaturated fatty acids depending on their profiles and many studies related to their production and health benefits have been carried out. The aim of this study was to produce polyunsaturated fatty acids by the yeast Meyerozyma guilliermondii BI281A using glucose, crude glycerol, and cheese whey permeate as carbon sources. Yeast metabolism was evaluated in different compositions of culture media (“A” and “YM”) and at different C/N ratios (100:1 and 50:1). The yeast was able to assimilate all substrates tested, and medium “A” with crude glycerol as carbon source at a C/N ratio of 50:1 had the most efficient result with biomass production of 5.67 g.L-1 and lipid production of 1.08 g.L-1, which represented 18 % of dry cell weight. This composition was scaled-up to a 2 L bioreactor, where it was possible to measure pH and aeration conditions, and showed similar lipid production (1.08 g.L-1) and higher biomass production (7.05 g.L-1). Fatty acids profile obtained was composed by lauric acid (C12:0), myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), palmitoleic acid (C16:1), stearic acid (C18:0), oleic acid(C18:1), linoleic acid (C18:2 n-6), and linolenic acid (C18:3 n-3).

O uso de fontes de carbono de baixo custo para a obtenção de produtos de alto valor agregado vem recebendo grande interesse atualmente. O permeado de soro de leite é um resíduo oriundo do processo de ultrafiltração do soro de leite. Este composto é rico em carboidratos (lactose), o que faz com que seu tratamento possa se tornar problemático, considerando o volume de efluente gerado bem como a alta demanda bioquímica e química de oxigênio (DBO e DQO, respectivamente). A lactose presente no permeado de soro pode ser empregada no processo de obtenção do polihidroxibutirato (P(3HB)), reduzindo os custos de tratamento do permeado de soro bem como os impactos ambientais causados pelo descarte do mesmo e ainda auxiliando na redução do custo de obtenção do P(3HB). Um microrganismo capaz de utilizar lactose para produzir P(3HB) é o Bacillus megaterium, uma bactéria gram-positiva que apresenta boa tolerância a temperatura e resistência a altas pressões osmóticas, o que encoraja sua utilização no processo biotecnológico do P(3HB). No presente estudo, diferentes fontes de carbono foram testadas (sacarose, lactose P.A. e permeado de soro de leite). As culturas contendo permeado de soro foram ainda avaliadas quanto a necessidade de suplementação de micronutrientes e fonte de nitrogênio ((NH4)2SO4, 2,0 g·L-1). Foram realizados testes em estufa rotatória (30 ºC, 180 rpm, 36 h), que indicaram que existe sim a necessidade de suplementar o permeado de soro tanto com micronutrientes quanto com fonte de nitrogênio. Foi possível perceber ainda que B. megaterium apresentou certa dificuldade em metabolizar a lactose, assim sendo testou-se então permeado de soro hidrolisado com ambas as suplementações. O meio de cultivo que apresentou o melhor desempenho, foi então utilizado em cultivos em biorreator buscando otimizar o processo. Nos cultivos em biorreator, avaliou-se a influência da velocidade de agitação e pH no acúmulo de P(3HB). Os melhores resultados encontrados foram obtidos utilizando 4 L∙min-1 de ar, 300 rpm (kLa de 0,016 s-1) e pH livre, onde após 24 h se obteve 4,42 g·L-1 de biomassa total contendo 50,4 % (2,23 g·L-1) de P (3HB). The use of low-cost carbon sources to obtain high value products has received great interest nowadays. Whey permeate is a residue derived from the ultrafiltration process of whey and is usually discarded as wastewater. It is high in carbohydrates (lactose), which can cause issues with its disposal, mainly due to its sheer volume and high biochemical and chemical oxygen demands (BOD and COD respectively). The lactose present in whey permeate can be used in to obtain polyhydroxybutyrate (P(3HB)), reducing costs related to whey permeate treatment as well as lessening possible environmental impacts caused by its disposal and even assisting in reducing the costs to obtain P(3HB). Bacillus megaterium is a microorganism capable of utilizing lactose to produce P(3HB). It is a gram-positive bacteria, with good tolerance to temperature and high resistance to osmotic pressure, which encourages their use in biotechnological process of P(3HB) production. In this study, different carbon sources were tested (sucrose, P.A. lactose and whey permeate). The cultures containing whey permeate were also evaluated regarding the need of micronutrient and nitrogen source ((NH4)2SO4, 2.0 g · L-1) supplementation. Initial shake flask tests (30 ºC, 180 rpm, 36 h) indicated that there is indeed a need to supplement whey permeate with micronutrients and with a nitrogen source. It was also possible to notice that B. megaterium displayed some difficulty in metabolizing lactose, therefore hydrolysed whey permeate was then tested using both supplementations. The culture medium with the best performance was then used in bioreactor batch cultures in order to optimize the process. In these cultures the influence of stirring speed and pH in the accumulation of P(3HB) was tested. The best results found were obtained using 4 L∙min-1 of O2, 300 rpm (kLa of 0.016 s-1) and uncontrolled pH. After 24 h in these conditions 4.42 g · L-1 of total biomass containing 50.4 % (2.23 g · L-1) of P (3HB) was obtained.