https://hdl.handle.net/1884/39814 Thu, 21 May 2026 19:57:21 GMT 2026-05-21T19:57:21Z https://hdl.handle.net/1884/105104 Bioprocessos e economia circular : estratégias inovadoras para a valorização de coprodutos de biodiesel e agroindustriais Resumo: O presente trabalho aborda o conceito de economia circular, envolvendo diversosbioprocessos, desde a autólise de leveduras, um processo chave para a biotecnologia e asindústrias alimentícia e farmacêutica, até o uso de efluentes agroindustriais comosubstratos no cultivo de microalgas, e a fermentação de Schizochytrium limacinum paraa produção de DHA e lipídios, finalizando com a inovação de um modelo de mesa portátilcom iluminação. A autólise de leveduras é destacada pelo seu papel na produção deextratos ricos em nutrientes, enquanto a exploração de efluentes agroindustriais propõeuma solução para o descarte inadequado de resíduos e os altos custos de produção demicroalgas, simultaneamente impulsionando a produção de biocombustíveis e outrosbioprodutos de alto valor agregado. As condições ótimas para a autólise de levedurasforam investigadas, chegando em mais de 80 % de eficiência na recuperação de proteínas,caracterizando uma alta taxa de lise celular, uma estratégia promissora para processosindustriais mais sustentáveis. A fermentação de Schizochytrium limacinum em condiçõesaprimoradas destaca-se pela eficiência na conversão de glicerol em biomassa e lipídios,onde foi obtido 40% desta biomolécula quando realizada fermentação em biorreatoresutilizando resíduos agroindustriais e da produção de biodiesel, possibilitando a produçãode valiosos bioprodutos. O desenvolvimento de um modelo de mesa portátil para o cultivode microorganismos fotossintetizantes ilustra o potencial da inovação no design parafacilitar a bioprodução, o modelo de utilidade foi validado com a realização de cinéticade crescimento de Spirulina sp., a qual obteve a concentração máxima de células desuperior a 4 g.L-1, quando utilizada iluminação fornecida pela inovação. Juntas, estasinvestigações fornecem insights valiosos para o avanço de processos industriaissustentáveis, sublinhando a importância da biotecnologia na solução de problemasambientais e no desenvolvimento de produtos econômicos e sustentáveis.; Abstract: This work addresses the concept of a circular economy, involving various bioprocesses,from yeast autolysis—a key process for biotechnology and the food and pharmaceuticalindustries—to the use of agro-industrial effluents as substrates for microalgaecultivation, and the fermentation of Schizochytrium limacinum for the production ofDHA and lipids, concluding with the innovation of a portable table model with lighting.Yeast autolysis is highlighted for its role in the production of nutrient-rich extracts,while the exploration of agro-industrial effluents proposes a solution for the improperdisposal of waste and the high production costs of microalgae, simultaneously boostingthe production of biofuels and other high-value bioproducts. Optimal conditions foryeast autolysis were investigated, achieving over 80% efficiency in protein recovery,indicating a high cell lysis rate, a promising strategy for more sustainable industrialprocesses. The fermentation of Schizochytrium limacinum under optimized conditionsstands out for its efficiency in converting glycerol into biomass and lipids, with 40% ofthis biomolecule obtained when fermentation was carried out in bioreactors using agroindustrialand biodiesel production residues, enabling the production of valuablebioproducts. The development of a portable table model for the cultivation ofphotosynthetic microorganisms illustrates the potential of design innovation to facilitatebioproduction. The utility model was validated by conducting growth kinetics ofSpirulina sp., which achieved a maximum cell concentration of over 4 g.L-1 when usinglighting provided by the innovation. Together, these investigations provide valuableinsights for advancing sustainable industrial processes, emphasizing the importance ofbiotechnology in solving environmental problems and developing economical andsustainable products. Orientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol; Coorientador: Prof. Dr. Júlio César de Carvalho; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 03/04/2024; Inclui referências Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/105104 2024-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101813 The potential use of fructophilic acid lactic bacteria to improve cocoa beans fermentation : isolation, selection and evaluation Resumo: No processamento pós-colheita de cacau, a fermentação é uma etapa essencialna formação de cor, sabor e aroma das amêndoas. Durante este processo, microrganismospresentes no ambiente consomem os açúcares da polpa de cacau, facilitando o processode secagem das sementes. Devido à natureza glucofílica dos microrganismos, a glicose éconsumida rapidamente e altos níveis de frutose residual são geralmente observados. Issoacarreta um processo de secagem ineficiente, além de servir como açúcar residual para ocrescimento de microrganismos indesejáveis. As bactérias ácido-láticas frutofílicas sãometabolicamente caracterizadas por preferirem frutose à glicose como fonte de carbono.Neste contexto, este trabalho teve como objetivo isolar, selecionar e avaliar o potencialde bactérias ácido-láticas frutofílicas para otimizar o consumo de açúcares e formação demetabólitos durante a etapa de fermentação de cacau. Na primeira etapa do estudo,fermentações de cacau em escala laboratorial foram avaliadas quanto à presença ediversidade de bactérias ácido-láticas por sequenciamento de nova geração (IlluminaMiSeq), indicando a presença de potenciais bactérias frutofílicas pertencentes aos gênerosFructobacillus e Lactobacillus. Um total de 80 cepas microbianas com rápido consumode frutose foram isoladas e identificadas por métodos moleculares. Dez cepasidentificadas como Lactobacillus plantarum foram caracterizadas como "bactériasfrutofílicas facultativas" a partir do perfil de consumo de diferentes açúcares.Lactobacillus plantarum LPBF35 foi finalmente selecionada por produzir moléculasaromáticas, tais como acetato de etila e nonanal. A confirmação da classificação de L.plantarum LPBF35 como bactéria frutofílica facultativa ocorreu com base na avaliaçãodo sequenciamento de seu genoma, indicando a presença dos genes adhE1 e adhE2responsáveis pela expressão da enzima álcool/acetaldeído desidrogenase. A introduçãode L. plantarum LPBF35 como cultura iniciadora otimizou significativamente o consumode frutose da polpa durante a fermentação de cacau quando comparada aos processosutilizando uma cepa glucofílica (Pediococcus acidilactici LPBF66) e à fermentaçãoespontânea (sem inoculação). Na segunda etapa, o metabolismo de L. plantarum LPBF35foi estudado em cultura mista com Ped. acidilactici LPBF66 ou Pichia fermentansYC5.2. L. plantarum LPBF35 dominou todas as co-inoculações avaliadas e, quandoinoculada em cultura mista com a levedura P. fermentans YC5.2, aumentou a eficiênciado consumo de açúcares da polpa e a formação de compostos aromáticos durante afermentação (2-metil-1-butanol, acetato de isoamila e acetato de etila) e das amêndoasapós a secagem (acetato de etila, 2,3-butanodiol, benzaldeído e 2,3-butanodiona). Estesresultados demonstram que o consórcio microbiano entre bactérias frutofílicas e leveduraé ideal para melhorar o metabolismo de açúcares e a formação de metabólitos durante afermentação de cacau.; Abstract: Fermentation is an essential step in the cocoa-processing for color, flavor, andaroma development. During this process, microorganisms in the environment consumesugars present in the cocoa pulp, favoring the drying of the beans. Due to the glucophiliccharacter of microorganisms, glucose is consumed quickly, and high levels of residualfructose are often observed. It results in an inefficient drying process besides being aresidual sugar for the growth of undesirable microorganisms. Fructophilic lactic acidbacteria are metabolically characterized by preferring fructose over glucose as a carbonsource. In this context, this study aimed to isolate, select, and evaluate the potential offructophilic lactic acid bacteria to optimize the sugar consumption and metabolitesformation during cocoa fermentation. In the first stage of this study, laboratory cocoabeans fermentation was evaluated for the presence and diversity of lactic acid bacteria bynew generation sequencing (Illumina MiSeq), indicating the presence of potentialfructophilic bacteria of the genera Fructobacillus and Lactobacillus. A total of 80microbial strains with fast fructose consumption were isolated and identified bymolecular methods. Ten strains identified as Lactobacillus plantarum were characterizedas facultative fructophilic bacteria due to the consumption profile of different sugars.Lactobacillus plantarum LPBF35 was finally selected due to its ability to producearomatic molecules, such as ethyl acetate and nonanal. The classification of L. plantarumLPBF35 was confirmed as facultative fructophilic bacteria based on the evaluation of thesequencing of its genome, indicating the presence of the adhE1 and adhE2 genes thatexpress the alcohol/acetaldehyde dehydrogenase enzyme. The introduction of L.plantarum LPBF35 as a starter culture significantly optimized the fructose consumptionof the pulp during cocoa fermentation when compared to the process using a glucophilicstrain (Pediococcus acidilactici LPBF66) and the spontaneous fermentation (noninoculation).In the second stage of this study, the metabolism of L. plantarum LPBF35was studied in a mixed culture with Ped. acidilactici LPBF66 or Pichia fermentansYC5.2. L. plantarum LPBF35 dominated all evaluated co-inoculations and, wheninoculated in a mixed culture with the yeast P. fermentans YC5.2, it increased theefficiency of the consumption of pulp sugars and formation of aromatic compoundsduring fermentation (2-methyl-1-butanol, isoamyl acetate, and ethyl acetate) and in thebeans after drying (ethyl acetate, 2,3-butanediol, benzaldehyde, and 2,3-butanedione).The results of this study suggest that FLAB and yeast is a microbial consortium that canimprove sugar metabolism and aroma formation during cocoa beans fermentation. Orientador: Prof. Dr. Gilberto Vinícius de Melo Pereira; Coorientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 24/02/2021; Inclui referências: p. 120-141 Fri, 01 Jan 2021 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/101813 2021-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/100359 Produção e purificação de ácido lático a partir de substratos alternativos Resumo: A importância comercial do ácido lático (AL) se deve à sua versatilidade de aplicação, muito apreciada na indústria de alimentos, e atualmente, por ser o precursor do ácido poli-lático (PLA). O PLA é um polímero derivado do AL, que chama a atenção pela sua ocorrência natural e características seguras de aplicabilidade, especialmente em relação ao meio ambiente. É um componente de bioplásticos e embalagens, cotado para substituir os plásticos sintéticos derivados do petróleo, colaborando com o esforço global em reduzir taxas de emissão de CO2. A demanda pela produção do PLA também decorre da evolução dos procedimentos estéticos e biomédicos, cujas aplicações vem crescendo nas duas últimas décadas. Logo, para se obter um PLA de qualidade, é imperativo um precursor (AL) de alta qualidade. Com isso, o processo de produção de AL e, consequentemente, de PLA apresenta alguns gargalos, relacionados ao custo do meio fermentativo, processo de recuperação e purificação do AL. O seu processo de produção é simples, o que possibilita o uso de substratos alternativos como o caldo de cana, e resíduos agro-industriais. Os substratos alternativos diminuem o custo do meio fermentativo e fornecem um ambiente favorável para a multiplicação celular das bactérias produtoras do AL (LAB). As LABs se adaptam bem aos substratos contendo açúcares simples ou dímeros, a exemplo da sacarose. Destaca-se a bactéria Lactobacillus pentosus, que apresenta grande potencial de produção de AL, porém, ainda é pouco explorada. Portanto, não se tem o conhecimento da produção de AL pela L. pentosus utilizando caldo de cana como substrato. Diante desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo a produção do AL a partir de caldo de cana-de-açúcar, a qual é largamente produzida no país com altas concentrações em sacarose, e a proposição de método de purificação utilizando diferentes resinas de troca iônica em sistema de colunas e sistema agitado (frascos de Erlenmeyer em banho-maria com agitação orbital e tanque agitado). Realizou-se a cinética de produção de AL durante 168 horas com a cepa de L. pentosus, onde a produção de 113,74 g/L foi alcançada em 96 horas, com uma produtividade de 1,18 g AL/L.h. Dentre as técnicas e resinas utilizadas, a melhor técnica foi com o uso combinado das resinas Amberlite IR120 e IRA-67 em tanque com agitação, que promoveu a obtenção de uma concentração final de AL de 189,11 g/L após 120 minutos de contato com a amostra, com recuperação da massa de AL de 95%. Tal resultado demonstra uma maneira simplificada de utilizar as resinas de troca iônica, de modo seguro em ambiente controlado e com a possibilidade de uso em maiores escalas de produção. As resinas empregadas para a purificação de AL foram anteriormente pesquisadas. Por outro lado, não existem relatos que descrevem a sua utilização em tanque agitado. Este trabalho atingiu o objetivo de apresentar uma solução tecnológica para a produção e purificação de AL, para posterior polimerização em PLA, em processos escalonáveis.; Abstract: The commercial importance of lactic acid (LA) is due to its application versatility, much appreciated in the food industry, and currently, for being the precursor of poly-lactic acid (PLA). PLA is a polymer derived from LA, which draws attention for its natural occurrence and safe applicability characteristics, especially in relation to the environment. It is a component of bioplastics and packaging, tipped to replace synthetic plastics derived from petroleum, contributing to the global effort to reduce CO2 emission rates. The demand for PLA production also stems from the evolution of aesthetic and biomedical procedures, whose applications have been growing in the last two decades. Therefore, to obtain a quality PLA, a high-quality precursor (LA) is imperative. Thus, the production process of LA and, consequently, of PLA presents some bottlenecks, related to the cost of the fermentation medium, recovery process and purification of LA. Its production process is simple, which allows the use of alternative substrates such as the natural sugary drink from sugarcane juice, and agro-industrial biomass waste. Alternative substrates reduce the cost of the fermentation medium and provide a favorable environment for the cellular multiplication of LA-producing bacteria (LAB). LABs adapt well to substrates containing simple sugars or dimers, such as sucrose. The bacteria Lactobacillus pentosus stands out, which has great potential for LA production, however, it is still slightly explored. Therefore, the LA production by L. pentosus using sugarcane juice as substrate is not known. In this context, the present work aimed to produce LA from sugarcane juice, which is widely produced in the country with high concentrations of sucrose. Also, to propose a purification method using different ion exchange resins in a column system and agitated system (Erlenmeyer flasks in a water bath with orbital agitation and stirred tank). The kinetics of LA production was performed during 168 hours with the L. pentosus strain, where the production of 113.74 g/L was reached in 96 hours, with a productivity of 1.18 g LA/L.h. Among the techniques and resins used, the best technique was the combined use of Amberlite IR120 and IRA-67 resins in a stirred tank, which resulted in a final LA concentration of 189.11 g/L after 120 minutes in contact with the sample, with 95% LA mass recovery. This result demonstrates a simplified way to use ion exchange resins, safely in a controlled environment and with the feasibility of use in larger production scales. The resins used for the LA purification were previously investigated. On the other hand, there are no reports describing its use in stirred tanks. This work reached the objective of presenting a technological solution for the LA production and purification, for later polymerization in PLA, in scalable processes. Orientador: Prof.ª Dr.ª Luciana Porto de Souza Vandenberghe; Coorientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 26/04/2022; Inclui referências Sat, 01 Jan 2022 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/100359 2022-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/100110 New approaches in the development of a platform for the selection of immunogenic antigens from Mycobacterium tuberculosis Resumo: A tuberculose (TB) continua sendo uma das principais doenças infecciosas no mundo, com 1,6 milhão de mortes estimadas em 2021. Como profilaxia, a única vacina licenciada e disponível é a BCG com alta cobertura e eficácia, evitando casos graves em crianças, porém apresentando alta variabilidade de proteção em adultos. Esses são acometidos principalmente pela forma pulmonar transmitida facilmente por meio de gotículas contendo o microrganismo. Estudos de novos antígenos e plataformas de vacinas têm sido investigadas em todo o mundo visando o combate à tuberculose humana. Esta pesquisa teve como objetivo investigar novos antígenos peptídicos para auxiliar no desenvolvimento de vacinas contra a tuberculose. Neste projeto foram identificados 14 peptídeos com potencial imunogênico através de duas abordagens de análises in silico focadas em epítopos para linfócitos T visando em reposta imunológica celular. Todos esses representando antígenos específicos de M. tuberculosis, ausentes na cepa da vacina BCG e propostos usando duas novas abordagens in silico cobrindo a apresentação de antígenos por MHC classe I e II em uma ampla população. Posteriormente, foi realizada a síntese química dos peptídeos com modificações na sequência e esses são solúveis em soluções aquosas. Os peptídeos foram investigados em imunoensaios sorológicos e formulados para avaliar suas respostas imunológicas inata in vitro e celular em experimentos in vivo. Em testes sorológicos, todos os 14 peptídeos apresentaram maiores resultados de interação com amostras sorológicas positivas de tuberculose do que com amostras negativas em ensaios ELISA. Quatro peptídeos (P.Mt.215771.23, P.Mt.Ag85B, P.Mt.EsxJ, e P.Mt.AlphaCristallin) foram destacados como promissores para aplicações em imunoensaios sorológicos. Formulações de lipossomas não tóxicas contendo o adjuvante MPLA e os peptídeos encapsulados foram capazes de induzir a ativação de macrófagos e desencadear uma resposta imune inata pró-inflamatória in vitro. As formulações contendo os peptídeos foram avaliadas in vivo no teste de hipersensibilidade tardia em porquinho-da-índia (Cavia porcellus). Todas as formulações de peptídeos foram capazes de provocar resposta imune celular in vivo. Duas formulações foram destacadas como promissoras para a aplicação do teste cutâneo DTH. Foi proposta a sequência de uma proteína quimérica composta por todas as 14 sequências peptídicas selecionadas inseridas em regiões não antigênicas de uma conhecida proteína imunogênica capaz de ser expressa em diferentes plataformas vacinais. Futuros estudos in vivo poderão validar as formulações de pool de peptídeos e o antígeno proteico quimérico aplicado a diferentes plataformas de vacinas.; Abstract: Tuberculosis (TB) remains one of the major infectious diseases worldwide, with an estimated 1.6 million deaths in 2021. As prophylaxis, the only licensed and available vaccine is BCG with high coverage and efficacy, preventing severe cases in children but showing high variability of protection in adults. They are mainly affected by the pulmonary form transmitted easily through droplets containing the microorganism. Studies on new antigens and vaccine platforms have been investigated worldwide to combat human tuberculosis. This research aimed to investigate new peptide antigens to assist in the development of vaccines against tuberculosis. In this project, 14 peptides with immunogenic potential were identified using two in silico analysis approaches focused on T-cell epitopes to target cellular immune response. All of these represent specific M. tuberculosis antigens, absent in the BCG vaccine strain, and proposed using two new in silico approaches covering antigen presentation by MHC class I and II in a broad population. Subsequently, chemical synthesis of the peptides with modifications in the sequence was performed, and they are soluble in aqueous solutions. The peptides were investigated in serological immunoassays and formulated to evaluate their innate in vitro and cellular immune responses in vivo. In serological tests, all 14 peptides showed higher interaction results with positive tuberculosis serological samples than negative samples in ELISA assays. Four peptides (P.Mt.215771.23, P.Mt.Ag85B, P.Mt.EsxJ, and P.Mt.AlphaCristallin) were highlighted as promising for applications in serological immunoassays. Non-toxic liposome formulations containing the MPLA adjuvant and encapsulated peptides were able to induce macrophage activation and trigger an in vitro pro-inflammatory innate immune response. Formulations containing the peptides were evaluated in vivo in the delayed hypersensitivity test in guinea pigs (Cavia porcellus). All peptide formulations were able to elicit an in vivo cellular immune response. Two formulations were highlighted as promising for the application of the DTH skin test. The sequence of a chimeric protein composed of all 14 selected peptide sequences inserted into non-antigenic regions of a known immunogenic protein capable of being expressed in different vaccine platforms was proposed. Future in vivo studies may validate peptide pool formulations and the chimeric protein antigen applied to different vaccine platforms. Orientadora: Profa. Dra. Vanete Thomaz Soccol; Coorientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 31/05/2023; Inclui referências Sun, 01 Jan 2023 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/100110 2023-01-01T00:00:00Z