Temas para para... · Temas para DOUTORADO 1 Orientador: Alberto Badino Junior ÁREA DE PESQUISA: Engenharia…

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  • Temas para DOUTORADO 1 Orientador: Alberto Badino Junior

    REA DE PESQUISA: Engenharia Bioqumica TTULO: Avaliao do processo de fermentao alcolica extrativa em biorreatores

    pneumticos utilizando CO2 como gs de arraste

    RESUMO:

    O baixo teor de etanol alcanado no vinho a principal limitao do processo de

    fermentao alcolica nas destilarias. O etanol se acumula do caldo fermentativo e atinge

    nveis txicos, agindo como inibidor no competitivo do prprio metabolismo. Uma das

    formas de contornar este problema a aplicao da tcnica de esgotamento (stripping) com

    gases para a remoo do etanol durante a fermentao. Neste trabalho prope-se avaliar o

    processo de fermentao alcolica extrativa em biorreatores pneumticos utilizando CO2

    como gs de arraste. Preliminarmente sero analisados os efeitos da temperatura da soluo

    (T), vazo especfica de CO2 () e concentrao inicial de etanol (CE0) no desempenho do

    processo de esgotamento utilizando diferentes geometrias de reatores pneumticos de

    circulao, a saber, reatores airlift de cilindros concntricos e tipo split, bem como o

    emprego de dispositivo de gerao de microbolhas. Fermentaes convencionais, extrativas

    no integradas e extrativas integradas sero realizadas em reatores de 2 L nos modos de

    operao em batelada, batelada alimentada e contnuo. Os resultados sero avaliados em

    termos de produo e produtividade em etanol.

    PALAVRAS-CHAVE: etanol 1G, processo integrado, fermentao extrativa, CO2,

    biorreatores pneumticos.

  • 2 Orientador: Alberto Badino Junior REA DE PESQUISA: Engenharia Bioqumica

    TTULO: Produo de celulases por Aspergillus Niger a partir de liquefeito de bagao de

    cana de acar

    RESUMO:

    A produo de etanol a partir da biomassa (materiais lignocelulsicos), tambm

    conhecido como etanol de segunda gerao (2G), apresenta como uma das etapas a hidrlise

    da celulose para a obteno de acares fermentescveis, etapa esta que pode ser realizada por

    via enzimtica utilizando enzimas (hemi)celulolticas. A produo com menor custo e em

    escala industrial desse complexo enzimtico ainda um dos maiores entraves tecnolgicos na

    produo de etanol de segunda gerao. Sabe-se que a produo de celulases por fungos

    filamentosos pode ser realizada por cultivos em fermentao submersa ou em estado slido.

    Independente da forma de cultivo, a biomassa pode ser utilizada como fonte de carbono do

    meio nutriente e atuar como indutor para a sntese enzimtica. Estudos recentes revelaram

    que a utilizao de biomassa liquefeita no cultivo aumenta significativamente a produo de

    enzimas, configurando-se como uma potencial estratgia na reduo dos custos destes

    catalisadores biolgicos. O presente tema de doutorado tem como objetivo principal estudar a

    liquefao de materiais lignocelulsicos para sua aplicao no cultivo de Aspergillus niger a

    fim de selecionar a condio que maximize a produo enzimtica. Sero avaliados diferentes

    substratos e os efeitos de diferentes estratgias de alimentao na etapa de liquefao da

    biomassa. Em seguida, sero realizados cultivos de Aspergillus niger variando-se a

    temperatura e a carga de slidos liquefeito adicionada no meio visando a produo de

    celulases. O extratos enzimticos sero utilizados na hidrlise do substrato de forma a obter

    substrato para a produo de etanol por Saccharomyces cerevisiae.

    PALAVRAS-CHAVE: Etanol 2G, celulases, fungos filamentosos, liquefao.

  • 3 Orientador: Alberto Badino Junior REA DE PESQUISA: Engenharia Bioqumica

    TTULO DO TEMA: Ttulo: Influncia de aspectos geomtricos na hidrodinmica e na

    transferncia de oxignio de biorreatores airlift de circulao interna utilizando Fluidodinmica

    Computacional (CFD)

    RESUMO:

    Os biorreatores pneumticos so equipamentos que vm adquirindo importncia relevante no ramo da Biotecnologia devido as suas caractersticas como ausncia de selo mecnico, baixo custo e baixo consumo de potncia, tornando-se alternativas promissoras aos biorreatores convencionais tipo tanque agitado e aerado em bioprocessos, incluindo os de produo de celulases por fungos filamentosos. Estudos avaliando a influncia de parmetros geomtricos tm sido realizados com o intuito de se melhorar o desempenho destes equipamentos no que se refere hidrodinmica e transferncia de massa. Embora novas geometrias de biorreatores airlift tenham sido propostas, h a necessidade de estudos mais aprofundados, no intuito de se obter equipamentos com geometrias mais adequadas que melhorem a hidrodinmica e a transferncia de oxignio desses equipamentos visando sua utilizao em bioprocessos de interesse. A Fluidodinmica Computacional (CFD Computational Fluid Dynamics) vem apresentando uma evoluo em termos de aplicao industrial nos ltimos anos. Os cdigos computacionais disponveis na atualidade so fceis de usar e possibilitam a obteno de respostas de alta qualidade para as mais diferentes operaes e equipamentos. Dentre as inmeras possiblidades de aplicao, o projeto de equipamentos apresenta-se como destaque, pois a CFD permite a obteno de resultados para equipamentos de diferentes caractersticas geomtricas e operando em diferentes condies sem a necessidade de construo de unidades pilotos, reduzindo custos e tempo de projeto. Isso posto, o presente projeto tem como objetivo avaliar a influncia de parmetros geomtricos, como o ngulo de abertura da regio de mistura e a frao de lquido na mesma regio, no desempenho de biorreatores airlift de circulao interna de sees transversais circular e quadrada, utilizando-se fluidos Newtonianos e no-Newtonianos, com bagao de cana de acar e fibras de celulose, para simular caldos de fermentao envolvendo microrganismos filamentosos para a produo de celulases. Os resultados experimentais em conjunto com aplicao de tcnicas numricas possibilitaro avanos em variveis importantes para o processo, como por exemplo a reteno gasosa global e o cisalhamento, comparando-se resultados simulados e experimentais para as geometrias retangular e cilndrica e assim possibilitando a indicao da configurao mais indicada para o biorreator.

    PALAVRAS-CHAVE: biorreatores, hidrodinmica, transferncia de oxignio, celulases,

    etanol 2G.

  • 4 Orientador: Adilson Jos da Silva REA DE PESQUISA: Engenharia Bioqumica

    TTULO DO TEMA: Construo racional de uma fbrica celular para produo de

    L-aspartato

    RESUMO

    Produtos de valor agregado tais como aminocidos, cidos orgnicos e outras

    especialidades obtidas por processos fermentativos movimentam um mercado global

    estimado em US$ 22 bilhes. Dentre eles, o cido asprtico (37,4 mil ton, 2013)

    destacado pelo Dep. de Energia dos EUA e pela Agncia Internacional de Energia como

    um potencial coproduto em biorrefinarias. O L-aspartato usado na produo de aspartame

    e de cido poliasprtico. Como bloco construtor, pode ser convertido em diversas classes

    de molculas com aplicaes na indstria qumica e farmacutica. produzido

    industrialmente por rota enzimtica, utilizando fumarato (derivado de rota petroqumica) e

    amnia, mas o alto custo do fumarato tem limitado a entrada de novos produtores no

    mercado. A produo de cido asprtico por E. coli, por sua vez, um nicho ainda

    inexplorado na literatura. Este tema de doutorado prope a utilizao de ferramentas da

    Engenharia Metablica e da Biologia de Sistemas para, atravs de modificaes genticas,

    direcionar o metabolismo de clulas de E. coli para a produo e acmulo de cido

    asprtico, e realizar a caracterizao da linhagem produtora por abordagens micas.

    Partindo do modelo metablico em escala genmica construdo para E. coli, o metabolismo

    da bactria ser explorado in silico utilizando o software Optflux para identificar os alvos

    para modificao gentica. Tcnicas de engenharia gentica sero usadas para deleo e

    sub- ou superexpresso de genes para construo de clulas sobreprodutoras de cido

    asprtico. A cepa resultante ser cultivada em biorreator operado em modo contnuo para

    caracterizao da linhagem em termos de produo de metablitos intra e extracelulares

    (por meio de emprego de substrato marcado com 13C). As amostras coletadas sero

    tambm utilizadas para determinao da concentrao de biomassa (por densidade tica e

    massa seca), de glicerol, de cidos orgnicos e do produto de interesse (por HPLC). Assim,

    ao final, pretende-se chegar construo de uma linhagem de E. coli cujas alteraes

    metablicas implementadas lhe transformem em uma fbrica celular para produo

    eficiente de L-aspartato.

    PALAVRAS-CHAVE: E. coli, cido Asprtico, Biologia de Sistemas, Engenharia

    Metablica, Fluxmica.

  • 5 Orientador: Antonio Carlos Luperni Horta REA DE PESQUISA: Engenharia Bioqumica/Simulao e Controle de Processos

    TTULO: Cultivo de microalgas em fotobiorreator

    RESUMO: As microalgas so fontes naturais de biomassa, cidos graxos insaturados,

    carotenoides, xantofilas, vitaminas, protenas, minerais e enzimas; compostos de grande

    importncia comercial. A otimizao de processos de produo desses microrganismos de

    grande interesse econmico. Para maximizar a formao de biomassa microalgal e seus

    produtos necessrio otimizar as condies operacionais do fotobiorreator de acordo com as

    demandas do respetivo microrganismo, tais como fornecimento de dixido de carbono,

    oxignio, luz, pH, fotoperodo e temperatura adequados. A Chlamydomonas acidfila uma

    forte candidata para produo de biomassa, pois suporta um pH cido, ideal para combater

    contaminaes e com baixo custo de controle. Pode ser usada no conceito de biorrefinarias,

    apr