Mestrado em Engenharia Química

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Navegando Mestrado em Engenharia Química por Orientador(a) "Morales, Sergio Andres Villalba"

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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Avaliação da atividade enzimatica de células imobilizadas de Aspergillus Oryzae IPT 301 para produção de frutooligossacarídeos em reator leito fixo
    (Universidade Federal de Alfenas, 2022-12-15) Cruz, Jardel Artiman Da; Morales, Sergio Andres Villalba; Morales, Sérgio Andres Villlalba; Sipoli, Caroline Casagrande; Rolemberg, Marlus Pinheiro
    Fructooligossacarídeos são açúcares funcionais de baixo teor calórico com vários benefícios para a saúde humana. Sua produção industrial é realizada principalmente em reatores do tipo batelada através da reação de transfrutosilação da sacarose, utilizando enzimas microbianas solúveis como biocatalisadores. Dentre estas enzimas, a FTase produzida pelo microrganismo Aspergillus Oryzae IPT-301 mostrou grande potencial para produção de FOS, principalmente com a utilização de suas células íntegras. O processo atual de produção de FOS em batelada é lento e possui alto custo operacional, principalmente por conta da impossibilidade de recuperação das enzimas solúveis no fim do processo. Portanto, torna-se necessário o desenvolvimento de biocatalisadores estáveis com alta atividade enzimática que catalisam a reação de transfrutosilação da sacarose para a produção de FOS em reatores de leito fixo (PBR). Sendo assim, este trabalho propôs a produção de biocatalisadores heterogêneos constituídos pelas células íntegras de Aspergillus Oryzae IPT-301 imobilizadas com glutaraldeído e encapsuladas em gel de alginato de cálcio e a avaliação de sua atividade enzimática em reator PBR. Foram avaliados os efeitos do fluxo volumétrico, concentração do substrato e temperatura de reação sobre a atividade enzimática. As maiores atividades enzimáticas foram obtidas com um fluxo de 10 ml.min-1, temperatura de 60°C e concentração de sacarose de 400 g.L-1. Os parâmetros cinéticos, de transferência de massa externa e a estabilidade operacional do processo também foram avaliados. O modelo de Hill foi o mais adequado para os dados experimentais, indicando a cooperação entre os sítios ativos do complexo enzimático. O valor obtido para o coeficiente de transferência de massa externa (Kc= 1,84 x 10 -11 m.s-1) indica limitação da reação pelo TME. Após 10 horas de reação, o sistema reacional exibiu boa estabilidade operacional com atividade enzimática de 836 ± 455 U.g-1 para reação sem reciclo e 2000 ± 400 U.g-1 para reação com reciclo. Sendo assim, implementação do reator PBR preenchido com FTase reticulada com glutaraldeído e encapsulada com gel de alginato de cálcio se mostrou promissora para a produção de frutooligossacarídeos.
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Estudo do desempenho catalítico de células de Aspergillus oryzae IPT-301, imobilizadas em suportes porosos, para a produção de fruto- oligossacarídeos em reatores de leito fixo
    (2025-03-13) Mello, Vinícius Gouveia de; Morales, Sergio Andres Villalba; Hoddapp, Maximillian Joachim; Rolemberg, Marlus Pinheiro
    Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são alimentos nutracêuticos considerados promissores substitutos de substâncias adoçantes convencionais. Mundialmente, observa-se um crescimento no mercado de FOS, com previsão para atingir cerca de US$ 6,25 bilhões até 2030. Muitos estudos têm se concentrado na síntese de FOS a partir da sacarose com o uso de células fúngicas com elevada atividade de transfrutosilação (𝐴𝑡). Destaca-se, nessa aplicação, a cepa Aspergillus oryzae IPT-301, tanto em estudos em batelada quanto em reatores contínuos. Isto posto, o presente trabalho objetivou avaliar o desempenho de células de A. oryzae IPT-301 imobilizadas em suportes compostos de espuma de poliuretano comercial (EPU) e poliácido láctico (PLA), empacotadas em reatores de leito fixo (PBR) para a produção de FOS. Os ensaios foram realizados com fluxo ascendente, pH de 5,5 e vazão de 1 ml min-1. No estudo da cinética enzimática com EPU, o sistema atingiu o regime estacionário a partir de cerca de 30 min e a maior 𝐴𝑡 (1504,27 ± 116,71 U g-1, 50 °C) foi obtida utilizando 473 g L-1 de sacarose na alimentação. Nos estudos de inibição, observou-se que baixa concentrações de glicose podem inibir a 𝐴𝑡 células de A. oryzae IPT-301. Pela avaliação da desativação com EPU, observaram-se decaimentos significativos de 𝐴𝑡 para temperaturas acima de 30 °C, porém, o maior valor de atividade média no período de 96 h foi obtido com 40°C. Na determinação da desativação para o PLA, estatisticamente não houve variação da atividade, provavelmente, devido à elevada oscilação no perfil de 𝐴𝑡 causada pela formação de caminhos preferenciais. Ressalta-se que, em todos os ensaios de desativação, os biocatalisadores tiveram 𝐴𝑡 até 96 h. Com o estudo da queda de pressão (Δ𝑃), observou-se que as esferas de vidro utilizadas na base e no topo do leito ofereceram a colaboração mais expressiva, representando cerca de 99 % da Δ𝑃 total. Na avaliação da distribuição de tempos de residência (DTR) com EPU, verificou-se um comportamento característico de reatores reais, com assimetria e variância significativa no perfil de DTR e tempo médio de residência de 38,34 min. Tais resultados demonstram que o uso de PBR empacotado com células de A. oryzae IPT-301 imobilizadas é uma alternativa promissora para a produção contínua de FOS.
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Imobilização de células de Aspergillus oryzae IPT-301 em suportes inorgânicos e sua aplicação como biocatalisadores para a produção de fruto-oligossacarídeos
    (Universidade Federal de Alfenas, 2024-08-05) Santos, Érica Daniely; Morales, Sergio Andres Villalba; Morales, Sergio Andres Villalba; Silvério, Sara Isabel Da Cruz; Rolemberg, Marlus Pinheiro
    Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são oligômeros de frutose, constituídos por unidades de frutose ligadas à sacarose. Esses açúcares apresentam propriedades não cariogênicas, anticancerígenas e contribuem para o equilíbrio da microbiota intestinal. Os FOS podem ser produzidos a partir da reação de transfrutosilação da sacarose catalisada por enzimas frutosiltransferases (FTase, E.C.2.4.1.9), extracelulares ou presentes em células microbianas. A utilização de células com atividade de transfrutosilação (AT) têm se tornado uma alternativa promissora para a produção de FOS, principalmente quando imobilizadas em suportes porosos uma vez que constituem biocatalisadores heterogêneos com alta estabilidade. O desempenho destes biocatalisadores depende das características da célula, das condições de reação e do suporte utilizado. Com isto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a imobilização, por cultivo celular submerso, de células de Aspergillus oryzae IPT-301, em óxidos de alumínio e titânio. A imobilização das células microbianas nos óxidos, ocorreu em meio de cultura sintético, pH 5,5, 200 rpm e 30°C. Foram avaliados a capacidade de crescimento das células em função do tempo de cultivo e da atividade de transfrutosilação para ambos os suportes, além de ensaios de regeneração e reutilização do suporte para a escolha daquele mais adequado para os demais ensaios. Foram realizados ensaios de estabilidade frente ao pH, térmica, de armazenamento e operacional em reator batelada e de leito fixo. Também, foi determinada a influência da concentração de sacarose do meio reacional nos perfis de atividade de transfrutosilação. A curva de crescimento microbiano mostrou que o melhor tempo de cultivo celular ocorreu em 32 h de processo, para ambos os suportes. O ensaio de regeneração dos óxidos indicou que apenas a titânia - TI40 pôde ser reutilizada no processo de cultivo celular, já que não apresentou fraturas, nas diversas etapas, que afetassem sua morfologia. O ensaio de estabilidade frente ao pH indicou o pH ótimo de 5,5 com maior valor de atividade de transfrutosilação, de 1990,12 ± 45,5 Ug-1. A estabilidade de armazenamento mostrou que a atividade se manteve apenas até o primeiro dia, vindo a cair progressivamente até o tempo de 60 dias. A concentração de sacarose que obteve a maior atividade foi de 480 g L-1, no valor de 262,89 ± 25,49 U g-1, e os parâmetros termodinâmicos obtidos no ensaio de estabilidade térmica, indicaram uma maior termoestabilidade para célula imobilizada em comparação com a célula in natura. Por último, as células imobilizadas em titânia apresentaram atividade enzimática estável no reator batelada durante 20 ciclos de reação consecutivos de 1h, e em reator de leito fixo durante 24 horas sob fluxo contínuo. Esses resultados evidenciam o potencial de aplicação de células de A. oryzae IPT-301 imobilizadas em óxido de titânio para produção de FOS, destacando o potencial de regeneração do suporte e a elevada estabilidade operacional do biocatalisador.
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Implantação de um sistema de gestão de qualidade em uma planta de produção de frutooligossacarídeos
    (Universidade Federal de Alfenas, 2023-03-10) Nascimento, Thayná Berenike Silva; Morales, Sergio Andres Villalba; Ferraço, Fabio; Maiorano, Alfredo Eduardo
    Num contexto mundial de modernização, o desenvolvimento de tecnologias inovadoras precisa estar alinhado com as demandas de qualidade e competitividade do mercado no sentido de facilitar o desenvolvimento de novas empresas e suportar a sua gestão da qualidade. Além de dar suporte no atendimento de requisitos regulatórios, a implantação de normas de qualidade, como a ISO 9001:2015, permite aumentar a satisfação dos clientes, entregar produtos de maior qualidade, mais seguros e estruturar os processos internos de uma organização. Particularmente, no cenário da indústria alimentícia e farmacêutica destaca-se o consumo de frutooligossacarídeos (FOS), que são açúcares prebióticos, fibras solúveis e não cariogênicos. Sua produção tem sido desenvolvida pelos pesquisadores do grupo de Tecnologia Enzimática e de Bioprocessos da UNIFAL-MG com o uso de biocatalisadores estáveis em reatores contínuos mediante a imobilização de células íntegras de Aspergillus oryzae IPT-301 em esponja de poliuretano e tem motivado estudos técnico-econômicos para uma futura implantação inédita de uma planta de produção no Brasil. Neste sentido, este trabalho apresentou uma metodologia de 7 fases para implantação do Sistema de Gestão da Qualidade a partir da ISO 9001:2015, com orientações e informações que permitirão o atendimento dos requisitos mínimos para obtenção de uma certificação na norma quando a planta estiver em operação. A avaliação de contexto interno e externo, incluiu os requisitos legais para comercialização de dois tipos de produtos, um adoçante de mesa e um suplemento alimentar com alegação de propriedade funcional, a apresentação dos processos, interações, identificação de riscos e oportunidades associados, bem como uma matriz SWOT para direcionar as atividades de gestão estratégica da planta. Destaca-se como vantagens deste processo inédito o uso de tecnologia totalmente nacional, formação do grupo por equipe multidisciplinar com experiência, baixos custos de matéria-prima (açúcar), falta de concorrência no mercado nacional, alto interesse público e privado no tema e possibilidade de patente do processo. Há de se levar em conta, porém, os riscos identificados tais como falta de investimento para a estrutura da planta, longo período para atendimento das regulamentações, alto custo dos coadjuvantes e incerteza na purificação do FOS. O conteúdo apresentado não é exaustivo e precisará ser revisado e atualizado quando, de fato, a planta estiver atuante, todavia o trabalho permitiu que a liderança do grupo de pesquisa entendesse as necessidades que surgirão e, assim, possam se preparar de forma estratégica para o futuro de suas atividades.