ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica
PROFESSOR: Adilson José da Silva (adilsonjs@ufscar.br)
TÍTULO DO TEMA: Desenvolvimento de linhagens mutantes de Salmonella typhimurium para cultivos de alta densidade celular aplicados à produção de vacinas
RESUMO:
Linhagens atenuadas de Salmonella têm sido intensivamente investigadas nas últimas duas décadas para aplicação no desenvolvimento de vacinas contra diferentes classes de patógenos, diversos tipos de câncer, veiculação in vivo de citocinas, DNA e proteínas, produção de adjuvantes vacinais, e novas vacinas contra febre tifóide. Mas apesar da grande diversidade de produtos biotecnológicos em desenvolvimento empregando este microrganismo, ainda não foram estabelecidos protocolos para o cultivo em alta densidade celular (CADC) desta bactéria. Cultivos CADC apresentam o desafio de superar ou contornar as limitações metabólicas do organismo a ser cultivado, como por exemplo, no caso de cultivos de Salmonella, a alta taxa de produção de ácidos orgânicos que apresenta efeito inibitório na formação de biomassa. Neste contexto, este projeto de mestrado propõe o emprego de um modelo metabólico em escala genômica da linhagem de Salmonella enterica sorotipo Typhimurium LT2 para projetar in silico linhagens mutantes deste microrganismo, que devem apresentar um fenótipo de produção reduzida destes subprodutos metabólicos. Os genes identificados como potenciais alvos para atingir o fenótipo desejado, serão deletados sequencialmente, e a linhagem mutante obtida deve ainda ser atenuada pela deleção do gene aroA, de forma a estar pronta para ser utilizada na pesquisa de vacinas. Com esta estratégia, pretende-se gerar uma linhagem de S. typhimurium com potencial uso no desenvolvimento de novas vacinas e com fenótipo mais adequado para as condições de cultivo dos processos de produção em larga escala.
PALAVRAS-CHAVE: Salmonella typhimurium, vacinas, modelos metabólicos em escala genômica, Engenharia Metabólica
ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise PROFESSOR: Adriana Paula Ferreira (apf@ufscar.br)
TÍTULO: Estudo de Catalisadores Suportados na Desidrogenação Oxidativa do Propano RESUMO: O presente projeto tem por objetivo desenvolvimento estrutural de catalisadores suportados para a desidrogenação oxidativa do propano utilizando diferentes oxidantes (CO2, O2 e H2O) na busca de maior seletividade e rendimento de propileno, bem como uma maior compreensão do funcionamento dos catalisadores.
Alcenos leves como o propileno são importantes blocos de construção em uma infinidade de aplicações (petro) químicas e as “tecnologias de produção de propileno”, como a desidrogenação do propano têm sido investigadas. A desidrogenação oxidativa (ODH) de propano por oxigênio molecular permite diminuir significativamente a temperatura da reação, contornando o indesejável craqueamento térmico para alcanos mais leves e inibir efetivamente a deposição de coque, mas conduz a perdas significativas de seletividade a propileno devido à profunda oxidação a óxidos de carbono e tem baixo rendimento em razão das características de inflamabilidade da composição de alimentação. Para contornar este problema, o dióxido de carbono (CO2) tem sido proposto como oxidante mais suave na ativação de alcanos leves, cujas espécies produzidas por esta dissociação pode modificar o estado de oxidação dos átomos da superfície dos catalisadores e podem participar diretamente na oxidação de hidrocarbonetos além de servir como um meio de fornecimento de calor para a reação, como um diluente para aumentar a conversão de equilíbrio e como um agente para a remoção do coque formado no catalisador. O entendimento dos mecanismos destas reações catalíticas e o processo de ativação da molécula oxidante (CO2) são peças-chave para o domínio desta tecnologia e o objetivo deste estudo.
A maioria dos catalisadores relatados para a ODH de parafinas leves é baseada em óxidos de vanádio suportado ou mássico, que são ativos em muitas reações de oxidação parcial embora a seletividade para o produto desejado seja muitas vezes reduzida. Dependendo da reação, características do catalisador como a coordenação de metal, propriedades redox e ácido-base influenciam a seletividade diferentemente. Nanocompósitos de alguns óxidos duplos com características redox conduz à formação de centros ácidos mais fracos que aqueles existentes nos óxidos individuais. A presença de sítios redox e de acidez ao mesmo tempo, é necessária para a ativação de propano e a seletividade a propileno é fortemente dependente dos teores de cada óxido e da interação entre eles. Várias técnicas de caracterização são usadas na descrição destas características e considerando principalmente que os catalisadores são dinâmicos, ou seja, são dependentes da atmosfera e temperatura de reação, medidas in situ e operando podem nos fornecer informações importantes em condições reais de reação, tais como os tipos de ligação presentes, o estado de oxidação dos elementos, a simetria, cristalinidade e geometria locais.
Assim, o objetivo deste projeto é a preparação de catalisadores à base de óxidos metálicos suportados, modificando suas propriedades como capacidade de oxi-redução, labilidade de oxigênio e acidez/basicidade de sítios ativos a partir de diferentes preparações e diferentes suportes. O desempenho dos catalisadores suportados será avaliado na desidrogenação oxidativa do propano utilizando O2, H2O e CO2 como oxidantes, além de se conduzir experimentos de caracterizações in situ, a fim de se compreender o papel destas composições de catalisadores na ativação das moléculas reagentes e elucidar aspectos do mecanismo reacional. PALAVRAS-CHAVE: Desidrogenação Oxidativa do Propano; Dióxido de Carbono; Catalisadores de óxidos metálicos suportados; Caracterizações in situ e operando.
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica/Simulação e Controle de Processos PROFESSOR: Antonio Carlos Luperni Horta (horta@ufscar.br)
TÍTULO: Desenvolvimento de Ferramenta de Otimização de Cultivos
RESUMO: Processos biotecnológicos vêm aumentando cada vez mais sua participação na economia global. Para que estes processos se tornem ainda mais eficientes, são necessários investimentos em tecnologias de otimização. A otimização de cultivos de bactérias como Escherichia coli requer a construção de um modelo matemático que represente economicamente todo processo. Tal modelo é muito complexo, pois envolve diversas variáveis importantes, tais como: vazão de alimentação de meio fresco, controle de temperatura, de vazões de ar e outros gases, velocidade de agitação, entre outras. Podemos usar tipos diferentes de modelo: caixa branca, caixa preta ou caixa cinza. Este projeto pretende construir uma ferramenta de otimização de cultivos usando modelagem híbrida: redes neurais e equações fundamentais. O software preferencial será o Matlab, e os algoritmos de otimização serão o Recozimento Simulado, Enxame de Partículas, Algoritmo Genético, entre outros. O sistema desenvolvido deverá otimizar as condições operacionais do processo, tais como: tempo de batelada, concentração inicial de fonte de carbono, perfil de alimentação, tempo total de cultivo, entre outras.
PALAVRAS-CHAVE: Otimização de processos, Cultivo em alta densidade celular, Modelagem e Simulação
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica PROFESSOR: Claudio Alberto Torres Suazo
TÍTULO DO TEMA: Efeito de hipóxia na expansão em biorreator de células tronco mesenquimais visando aplicações terapêuticas
RESUMO:
As células tronco mesenquimais (CTMs) são células-tronco multipotentes adultas que podem se diferenciar em diversos tipos de tecido, característica que as torna interessantes em aplicações terapêuticas revolucionarias na medicina moderna. São células dependentes de ancoramento, de fácil isolamento e de rápida expansão in vitro. As culturas tradicionais de células animais são, em sua grande maioria, cultivadas sob uma atmosfera normal de 21% de O2, porém, sabe-se que seu ambiente natural (in vivo) é de uma atmosfera hipóxica, com variações da concentração de O2 no intervalo de 1 a 6% da saturação com ar. A necessidade de técnicas de cultivo para expansão de MSCs em larga escala têm levado pesquisadores a procurar condições que mais favoreçam a proliferação destas células in vitro. Assim, o objetivo deste trabalho será avaliar o efeito das condições de hipóxia na proliferação e expansão celular de CTMs em cultivos em biorreatores, de tal forma que as células preservem ou melhorem sua capacidade de autorenovação, seu potencial de diferenciação e as características imunofenotípicas para poderem ser utilizadas como produtos funcionais e de custo otimizado em aplicações terapêuticas. Nos cultivos, testar-se-ão dois tipos de biorreatores próprios para cultivo de células animais: frasco spinner e biorreator de vórtices de Taylor. Em cada um deles serão utilizadas duas concentrações diferentes de inóculo, 8x104 e 4x104 células/mL, para as condições de hipóxia (5% de O
2) e para o controle em normóxia (21% de O2). Os inóculos serão preparados em frascos T com meio de cultura α-MEM com 15% v/v de soro fetal bovino e mantidas a 37 °C em incubadora de CO2 (5%v/v) e com 5%v/v de O2. Os cultivos serão monitorados em termo de consumo de nutrientes (glicose e aminoácidos) e de acúmulo de metabólitos tóxicos (lactato e amônia) A partir dessa matriz de experimentos será possível uma definição clara e quantitativa das condições hipóxicas mais apropriadas para a expansão das MSCs com alta qualidade clínica, ou seja, com as melhores características de diferenciação celular avaliadas através de kits específicos (para condrócitos, adipócitos, e osteócitos) e de imunofenotipagem que será quantificada através de citometria de fluxo.
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia bioquímica PROFESSOR: Cristiane Sanchez Farinas
TÍTULO: Melhoria do bioprocesso para obtenção de biofertilizantes fosfatados RESUMO:
Fertilizantes químicos fosfatados são utilizados em todo o mundo para melhorar a produtividade agrícola. Entretanto, o processo de produção destes fertilizantes envolve altos custos e pode causar danos ambientais, gerando a necessidade de desenvolver novos processos tecnológicos para produção de fertilizantes. Microrganismos produtores de ácidos orgânicos estão sendo relatados como potentes solubilizantes de fosfatos inorgânicos e alguns estudos recentes relatam o cultivo destes microrganismos para solubilização de rocha fosfática. Nesse contexto, o processo de cultivo por fermentação em estado sólido possui um grande potencial para desenvolvimento, pois apresenta versatilidade de operação e existe uma gama de substratos que podem ser incorporados no processo. Dessa forma, o objetivo deste projeto de mestrado é avaliar a produção de biofertilizantes a base de fosfato por fermentação em estado sólido utilizando resíduos agroindustriais como substrato sólido e fungos filamentosos da coleção de microrganismos da Embrapa.
ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise PROFESSOR: Ernesto A. Urquieta-González
TÍTULO: Peneiras Moleculares Aplicadas à Síntese Orgânica RESUMO:
A necessidade cada vez mais premente de substituir processos catalíticos homogêneos altamente contaminantes, tem levado à busca por processos com os quais se minimize o uso de catalisadores baseados em ácidos ou bases fortes, os quais geram efluentes de difícil manuseio, envolvem altos custos no seu tratamento e possuem alto grau de corrosividade de reatores e equipamentos. Na síntese orgânica, como no caso de intermediários da indústria farmacêutica ou intermediários da indústria de química fina, são usados ácidos minerais fortes (por exemplo H2SO4), os que podem ser substituídos por sólidos ácidos, gerando, consequentemente, processos catalíticos heterogêneos, onde o catalisador não se mistura aos produtos formados, assim minimizando o impacto ambiental e reduzindo fortemente os custos de manutenção e de separação de produtos após o processo reacional. Com esse objetivo, durante o desenvolvimento da dissertação de mestrado, serão estudados e aplicados aos processos mencionados catalisadores ácidos como zeólitas, sólidos mesoporosos ordenados. Na avaliação dos catalisadores será utilizada linha de testes a ser montada no Laboratório de Catálise do Departamento de Engenharia Química da UFSCar. A pesquisa faz parte de projeto CEPID financiado pela FAPESP. O trabalho poderá ser continuado em nível de doutorado.
ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise PROFESSOR: Ernesto A. Urquieta-González
TÍTULO: Desenvolvimento de Catalisadores para Aplicação em Processos de Refino de Petróleo e Controle Ambiental
RESUMO:
O desenvolvimento de catalisadores altamente ativos e seletivos é estratégico no contexto da Indústria de Refino de Petróleo e se relaciona com a necessidade de menores custos de produção, qualidade dos produtos e atendimento às rigorosas exigências para a preservação do meio ambiente e sustentabilidade. Nesse contexto, as linhas relacionadas ao Grupo de Pesquisa sob minha responsabilidade são dirigidas ao estudo de:
- catalisadores ácidos baseados em peneiras moleculares microporosas (zeólitas) ou
hierarquicamente estruturadas para aplicação em processo de craqueamento de hidrocarbonetos.
- catalisadores à base óxidos de molibdênio ou tungstênio suportados e contedo óxidos de
Ni ou Co para aplicação no processo de hidrodessulfirização de hidrocarbonetos. Aditivos como P ou metais nobres (Pt) são também analisados.
- Catalisadores à base de óxidos de metais de transição e/ou metais nobres aplicados ao abatimento de óxidos de nitrogênio ou monóxido de carbono.
Nos estudos, se realiza o controle das propriedades físico-químicas dos catalisadores mais adequadas à aplicação nos processos mencionados, compreendendo o uso de difração de raios-X, ressonância magnética nuclear, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, análises termogravimétricas, redução com hidrogênio a temperatura programada, espectroscopia no infravermelho, entre outras. A avaliação dos catalisadores é realizada utilizando unidades de reação especialmente montadas no Laboratório de Reatores e Catálise do Departamento de Engenharia Química. No contexto acima, a pesquisa em nível de mestrado, poderá ser continuada em nível avançado de doutorado.
PALAVRAS-CHAVE: catálise heterogênea, craqueamento, hidrodessulfurização, abatimento de NOx e CO
ÁREA DE PESQUISA: Controle Ambiental PROFESSOR: Edson Luiz Silva
TÍTULO: Valoração biotecnológica do glicerol bruto: produção de 1,3-propanodiol a por culturas mistas
RESUMO:
Reduzir o custo do tratamento de águas residuárias e de encontrar formas de produzir produtos úteis a partir desse resíduo, vem ganhando importância na perspectiva de atingir a sustentabilidade ambiental. Uma forma de reduzir o custo do tratamento de águas residuárias é gerar subprodutos de valor agregado, a partir da matéria orgânica presente nas águas residuárias, ao mesmo tempo realizando o seu tratamento. As águas residuárias industriais, geradas a partir de diferentes processos, são consideradas ideais, pois possuem substratos que contêm altos níveis de matéria orgânica facilmente degradável, o que resulta em um balanço energético economicamente positivo. A produção de subprodutos a partir de águas residuárias com o tratamento simultâneo vem atraindo interesse e é uma maneira eficaz de aproveitamento de energia limpa a partir de recursos renováveis, em uma abordagem sustentável.
O 1,3-propanodiol é considerado um valioso intermediário químico potencialmente utilizado na manufatura de polímeros (poliésteres, poliéteres, poliuretanas, entre outros), cosméticos, lubrificantes, remédios e como intermediário na síntese de compostos hetero-cíclicos. Recentemente, 1,3-propanodiol é também utilizado como monômero na síntese de um novo tipo de poliéster – politrimetileno tereftalato (PPT), que se destaca por apresentar melhor resiliência, maior facilidade de coloração, maior resistência a descoloração e melho-res propriedades elásticas, além de possuir uma biodegradabilidade superior.
Neste contexto apresentado, esta pesquisa tem como principal objetivo a caracterização de um sistema biológico de produção de hidrogênio em reator de batelada e reator anaeróbio de leito fluidizado que permita avaliar a influência da temperatura, pH e tempo de detenção hidráulica na produção de 1,3-propanodiol a partir de glicerol bruto (resíduo da produção de biodiesel).
PALAVRAS-CHAVE: Processo anaeróbio, acidogênese, 1,3 - propanodiol, álcoois, ácidos graxos voláteis, reator de leito fluidizado.
ÁREA DE PESQUISA: Controle Ambiental PROFESSOR: Edson Luiz Silva
TÍTULO: Produção de hidrogênio, etanol e ácidos orgânicos em reatores anaeróbios a partir de resíduos celulósicos
RESUMO:
Um dos grandes desafios do novo século é obter uma fonte nova de energia renovável, capaz de substituir combustíveis fósseis. O hidrogênio é uma esperança promissora por causa de seu grande valor calorífico, 122 kJ.g-1.
Dentre as diversas formas de produzir o hidrogênio, a produção biológica pela fermentação acidogênica constitui-se em boa alternativa: não necessita de energia luminosa e possui capacidade de tratamento de efluentes líquidos concomitante com a produção de H2.
A celulose apresenta-se como substrato adequado na produção fermentativa de H2 uma vez que é o biopolímero mais abundante do planeta, estando presente, principalmente, nas células vegetais.
Este projeto propõe a avaliação de reator anaeróbio operado em batelada e reator anaeróbio de leito fluidizado que permita avaliar a influência da temperatura, pH, concentração e tempo de detenção hidráulica na produção de hidrogênio, alcoóis e ácidos a partir da degradação de resíduos celulósicos.
PALAVRAS-CHAVE: Processo anaeróbio, acidogênese, hidrogênio, etanol, ácidos graxos voláteis, resíduos celulósicos.
ÁREA DE PESQUISA: Sistemas Particulados
PROFESSOR: Fábio Bentes Freire (bentes@ufscar.br)
TÍTULO DO TEMA: Estudo do comportamento cinético da secagem de resíduos sólidos orgânicos oriundos da torta/farelo de mamona, bagaço de laranja, casca/semente de jabuticaba e malte de cevada
RESUMO:
Resíduos sólidos de origem biológica são, atualmente, uma das matérias primas de maior interesse como fonte de energia renovável, principalmente no sentido de reduzir impactos ao meio ambiente. A matéria sólida orgânica proveniente do descarte, mais comumente chamada de resíduo sólido, é variada e possui diversas origens, desde industrial, como subprodutos a exemplo de bagaços e farelos, até agrícola e municipal, como restos de podas de árvores. Do ponto de vista químico, resíduos sólidos geralmente são compostos contendo, invariavelmente, hemicelulose, celulose e lignina, e ainda, extratos dependendo do tipo e natureza de cada um. Fornecida a energia de ativação das moléculas componentes destes compostos, é possível reduzi-las, através de reações exotérmicas, em moléculas menores e com valor agregado como gases combustíveis (hidrogênio, por exemplo), óleos e carvão. As vias geralmente utilizadas para esse fim são a combustão (calor), a pirólise (óleos) e a gaseificação (gases). Seja qual for a tecnologia escolhida para agregar valor ao resíduo sólido orgânico, uma pré-etapa de secagem é comum a todas elas. Dentro do contexto da combustão/pirólise/gaseificação de resíduos sólidos biológicos, a presente proposta de mestrado se pauta no estudo da cinética de secagem da torta/farelo de mamona, bagaço de laranja, casca/semente de jabuticaba e malte de cevada. O objetivo é analisar a secagem desses resíduos em camada fina, através de ensaios feitos em leito fixo, de forma a se obter a informação chave para otimizar a operação de secadores de escala industrial.
ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise PROFESSOR: José Mansur Assaf
TÍTULO: Catalisadores para combustão catalítica do metano
RESUMO:
O metano, que é um subproduto formado em vários processos industriais, é o principal hidrocarboneto poluente do ar vindo, também de veículos e plantas de energia abastecidos com gás natural. Este poluente causa um efeito estufa prejudicial muito maior que o gás carbônico. A natureza inerte do metano impede a sua fácil destruição homogênea oxidativa a baixas temperaturas (abaixo de 600°C), porém, a eficácia da combustão do metano pode ser aumentada enormemente na presença de um catalisador.
A temperatura de queima operacional não catalisada varia entre 1500 e 2000°C, favorecendo termodinamicamente a formação de óxidos de nitrogênio (NOx); resultantes do nitrogênio e oxigênio presentes no ar. A emissão de NOx afeta a saúde humana e ecossistemas terrestres e aquáticos. Para aliviar tais emissões, nos últimos anos as empresas, principalmente no exterior, foram levadas a reforçar a utilização de combustão catalítica em plantas de energia, caldeiras industriais e fornos.
Nos últimos anos, a combustão catalisada do metano e outros hidrocarbonetos leves tem sido o assunto de numerosos estudos. O objetivo desta proposta é encontrar materiais adequados que permitam que a reação ocorra a baixa temperatura visando economia de energia e evitando a formação de NOx e que resistam à atmosfera corrosiva proporcionada por certos produtos da combustão.
ÁREA DE PESQUISA: Laboratório de Catálise PROFESSOR: José Maria Correa Bueno
TÍTULO: Desenvolvimento De Catalisadores Heterogêneos Para Reforma De Derivados Da Biomassa Para Geração De Hidrogênio
RESUMO:
Este projeto tem o objetivo de desenvolver catalisadores para a geração de hidrogênio utili-zando reações de reforma a vapor com as principais moléculas que compõem o bio-óleo. Um dos desafios é alcançar um catalisador resistente a deposição de carbono com potencial para aplicação tecnológica. Para alcançar os objetivos, pretende-se desenvolver e aperfeiçoar téc-nicas de para a caracterização detalhada de propriedades estruturais e eletrôtéc-nicas in situ e a correlação dessas com o desempenho catalítico. Pretende-se encontrar os efeitos de i) a im-portância da natureza do metal e suporte; e iii) sobre a influencia do suporte no caminho rea-cional para a formação de H2.
Os catalisadores a base de Ni, usado industrialmente para reforma do metano, quando aplica-dos a reforma de moléculas menos estáveis apresenta alta atividade para acumulo de carbono na superfície, o qual desativa o catalisador. A formação de liga influencia a deposição de car-bono sobre a superfície do catalisador durante a reação de reforma, Estas espécies de óxido na superfície das partículas devem auxiliar na oxidação do carbono formado sobre a super-fície de metais, a qual seria representada pelas reações M0+ H
2O↔ MO + H2 e C-M0 + MO↔ CO + 2M0. O uso de óxidos com capacidade de ativara agua e transferir oxigênio para a superfície do metal é também um mecanismo importante para a oxidação do carbono for-mado sobre a superfície do metal. Espera-se assim que o estudo científico do problema e de como os pontos chave citados afetam a estabilidade levará ao entendimento da reação e con-sequentemente a catalisadores estáveis para reforma a vapor do etanol.
Pretende-se com os resultados adquirir conhecimento detalhado da relação entre as proprie-dades estruturais e químicas do catalisador a nível atômico e as condições de operação do re-ator, necessárias para a operação estável de um reator para a geração de
hidrogênio, com alta atividade, seletividade e estabilidade. Portanto, pretende-se desenvolver um catalisador com potencial para aplicação tecnológica.
ÁREA DE PESQUISA: Sistemas Particulados Professor: José Teixeira Freire
Título do tema: Secagem de sementes e de resíduo de mamona em secador de leiro móvel visando o seu reaproveitamento principalmente para a combustão
RESUMO:
Óleo de sementes de rícino, ricinus communis é um produto agrícola que possui uma grande quantidade de proteínas e lipídeos que poderiam ser úteis nas indústrias de alimentos e como fonte de energia. O processo de secagem pode ser muito útil desde secando a propria semente da mamona, como de seu resíduo após um processo, como por exemplo, na obetenção de biodiesel, por esta razão, nesta pesquisa prestende-se desenvolver e ótimizar tecnicas de secagem visando tanto a semenete como o resíduo da mamona. No centro de secagem já foi iniciado o estudo da secagem desse tipo de material, grão e resíduo sólido, onde foi analisada a secagem de grãos de soja e resíduo de cítricos e de papel cartonado em tambor rotativo. Esses estudos mostraram-se muito promissores e a idéia básica desta proposta é a de continuação desses trabalhos analisando a reutilização do sólido produzido.
Área de pesquisa: Controle Ambiental Professor: Mônica Lopes Aguiar
TÍTULO DO TEMA: Controle da emissão de aerossol proveniente de caldeiras RESUMO:
O processamento industrial da cana gera quantidades significativas de efluentes sólidos, líquidos e gasosos sendo necessário o tratamento destes resíduos. Na indústria sucroalcooleira, os principais efluentes são: o bagaço, a vinhaça, a torta de filtro e o dióxido de carbono (CO2). O bagaço é gerado na última moenda, onde é extraído o caldo que produzirá o açúcar e o álcool sendo este o mais significativo resíduo sólido, em virtude de sua quantidade (entre 250 e 260 kg / t de cana). Por ser um efluente altamente energético, o material lignocelulósico é frequentemente utilizado no processo de co-geração de energia visando suprir as demandas de energia térmica e elétrica da usina. Neste processo, o calor de combustão gerado pela queima do bagaço é utilizado para aquecer o fluido de trabalho das caldeiras produzindo vapor de alta pressão que após ser utilizado nas turbinas para produção de energia elétrica, torna-se vapor de baixa pressão podendo ser empregado para atender as necessidades energéticas da usina. Entretanto a queima do bagaço gera poluentes gasosos e material particulado cuja granulometria depende de uma série de fatores como: variedade de cana, tipo de preparo, tipo de moenda e combustão. Considerando-se que o material particulado pode causar inúmeros danos á saúde quando inalados pelo sistema respiratório além de danos ambientais, existem legislações que regulamentam suas emissões. Assim, é necessário instalar equipamentos para controlar a emissão de material particulado na saída da caldeira. Os principais equipamentos utilizados para o tratamento dos efluentes gasosos são: os ciclones, os filtros de mangas, os lavadores de gás e os precipitadores eletrostáticos. A escolha do melhor equipamento é baseada no estudo da viabilidade econômica, técnica, eficiência e enquadramento às exigências da legislação vigente. Dentre os equipamentos citados, os ciclones são os mais simples, de baixo custo de instalação e de manutenção. No entanto, esses equipamentos são mais indicados para remover partículas sólidas ou líquidas de diâmetro maior que 10 m, para diâmetros menores, denominados de particulados respiráveis, que são os de interesse, sua eficiência de coleta é muito baixa, aproximadamente 60%. Entretanto, com o uso de pulverizadores a eficiência de coleta das partículas menores de 10 m pode ser aumentada acima de 90%. Portanto, esse trabalho tem por objetivo investigar o comportamento de um ciclone úmido, que consistirá de um ciclone americano adaptado, onde serão acoplados bicos pulverizadores nas laterais, com o intuito de aumentar a eficiência de coleta de partículas respiráveis através da umidificação do efluente gasoso. Trata-se de um equipamento inovador que poderá além de proporcionar elevada eficiência para partículas respiráveis, apresentar maior facilidade operacional e ser mais viável economicamente. Para tal finalidade serão investigadas as seguintes variáveis: vazão de água, vazão de ar, número de orifícios usados na lavagem, fluxo de pó e a temperatura. Esses parâmetros serão analizados separadamente para avaliar as melhor condição operacional. Serão necessárias simulações para otimizar esses equipamentos.
PALAVRAS-CHAVE: Lavadores de gases, ciclones, caldeiras, alta temperatura, eficiência de coleta.
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica ORIENTADOR: Raquel de Lima Camargo Giordano
TÍTULO: Imobilização e caracterização de endoprotease comercial Novo Pró-D®
RESUMO:
Vários estudos mostram que a hidrólise enzimática das proteínas do leite pode diminuir seus fatores alergênicos. Contudo, muitos produtos resultantes de tratamentos enzimáticos possuem sabor amargo e “off-flavors”, os quais podem ser atribuídos a peptídeos e aminoácidos provenientes do processo de hidrólise. O uso de endoproteases permite controle do grau de hidrólise, possibilitando redução dos fatores alergênicos do leite sem comprometer as características desejadas para consumo. O uso dessas endoproteases imobilizadas em suportes insolúveis, além de facilitar o controle do grau de hidrólise, permite a sua fácil reutilização. Particularmente, a imobilização multipontual (união da mesma molécula de enzima por várias ligações dela com o suporte, pode resultar em grande aumento da estabilidade operacional da enzima, contribuindo para a utilização de altas concentrações enzimáticas no processo, com redução do volume reacional e/ou tempo de reação, além de facilitar a separação entre enzima e produto. O grupo possui grande experiência com imobilização de enzimas, em especial proteases. Para a execução deste projeto pré-selecionou-se a endoprotease Novo-Pro D®, enzima principalmente aplicada na indústria de pet food no processamento de proteínas animais para melhoria do sabor. A escolha dessa endoprotease justifica-se pelo fato de já ter sido avaliada pelo grupo do LabEnz na hidrólise de proteínas vegetais, além de não ser reportado o seu uso na forma imobilizada. Nesta proposta pretende-se comparar diferentes protocolos de imobilização da enzima, gerando-se biocatalisadores com diferentes propriedades mecânicas, para uso em diferentes reatores
ÁREA DE PESQUISA: Simulação e Controle de Processos PROFESSOR: Roberto de Campos Giordano
TÍTULO: Produção de partículas magnéticas para uso em tecnologia enzimática RESUMO:
Suportes magnéticos permitem a separação magnética de materiais não magnéticos, sendo de grande interesse na purificação de biomoléculas e na recuperação de biocatalisadores com tamanhos reduzidos, que são de difícil separação por métodos clássicos. Suportes magnéticos podem ser utilizados para contornar dificuldades encontradas nas indústrias farmacêuticas e biotecnológicas e vêm sendo aplicados na purificação de proteínas, no desenvolvimento de biosensores, na imobilização de enzimas, entre outras aplicações. O LabEnz/DEQ-UFSCar (Laboratório de Engenharia Enzimática) desenvolveu uma Micropartícula Magnética de Sílica, com características adequadas para aplicação em bioprocessos e de baixo custo. Esse suporte vem sendo testado com êxito na imobilização e purificação de diferentes enzimas de interesse industrial.
O objetivo deste trabalho é avaliar o processo da síntese de Micropartícula Magnética de Sílica, em reator de escala de bancada. Durante o estudo serão abordados aspectos técnicos e econômicos. Por fim, o processo será implementado em escala piloto.
O tema será desenvolvido em colaboração com o LabEnz.
PALAVRAS-CHAVE: suportes magnéticos ativados; purificação de biomolécuas; imobilização de enzima; análise econômica
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica PROFESSOR: Teresa Cristina Zangirolami
TÍTULO DO TEMA: Aplicação de Biologia de Sistemas e desenvolvimento de modelo metabólico para a produção de ácido hialurônico por S. zooepidemicus
RESUMO:
O ácido hialurônico (AH) é um polissacarídeo linear composto por unidades de dissacarídeo de ácido D-glucurônico e N-acetilglucosamina. Devido às suas propriedades biológicas, tais como a capacidade de retenção de água e o comportamento viscoelástico, este polímero tem diversas aplicações na indústria médica e farmacêutica, sendo um produto com elevado valor econômico. Tradicionalmente, o AH é extraído de tecidos animais, principalmente de cristas de galo. A produção de AH por via microbiana tem-se tornado cada vez mais atrativa para a produção deste polímero em larga escala, sendo um processo mais vantajoso, uma vez que permite a otimização do rendimento e da qualidade do produto através do controle das condições de cultivo e da engenharia genética. A produção de AH por Streptococcus zooepidemicus tem sido amplamente estudada. No entanto, ainda existem alguns desafios na produção e controle da massa molar dos polímeros obtidos por via microbiana. As aplicações do AH dependem da sua massa molar, sendo um parâmetro importante de qualidade. Os produtos obtidos por fermentação são uma mistura de AH de diferentes massas molares. A obtenção de AH com uma massa molar uniforme e/ou com um tamanho específico permitiria alargar as aplicações do polímero produzido.
O desenvolvimento de modelos matemáticos de metabolismo, é hoje em dia, considerado uma parte fundamental do estudo da célula e, consequentemente, da otimização da formação do produto de interesse. A disponibilidade da sequência do genoma em conjunto com o conhecimento bioquímico, tem permitido o desenvolvimento de modelos metabólicos para vários organismos, não se encontrando, no entanto, disponível o modelo metabólico para S. zooepidemicus. Este tipo de modelo pode ser usado para simular computacionalmente o comportamento fenotípico de um microrganismo sob diferentes condições ambientais e genéticas.
Assim, este projeto de mestrado propõe reconstruir o modelo metabólico à escala genômica de S. zooepidemicus, partindo da anotação do genoma e dados bioquímicos disponíveis na literatura e em bases de dados, utilizando ferramentas específicas disponíveis para a reconstrução. Esta abordagem de biologia de sistemas permitirá desenvolver uma estratégia racional para aumentar o rendimento de ácido hialurônico e modular o seu peso molecular, guiando possíveis abordagens de engenharia metabólica a serem utilizadas, para além de contribuir para aprofundar o conhecimento do metabolismo de S. zooepidemicus.
PALAVRAS-CHAVE: Streptococcus zooepidemicus, ácido hialurônico, modelos metabólicos à escala genômica.
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica PROFESSOR: Teresa Cristina Zangirolami
TÍTULO DO TEMA: Adaptação evolutiva de E. coli ao hidrolisado de hemicelulose obtido a partir do bagaço de cana de açúcar
RESUMO
A fração hemicelulósica do bagaço de cana de açúcar é rica em açúcares como xilose, glicose e arabinose, os quais são prontamente assimilados por várias bactérias, como a Escherichia coli. O aproveitamento desses açúcares para a síntese de compostos de valor agregado é fundamental para a viabilidade econômica do processo de produção de etanol 2G. A obtenção desses açúcares na forma solúvel exige a hidrólise da fração hemicelulósica, a qual é realizada em temperaturas elevadas e em pH ácido, de preferência com altas concentrações de bagaço em suspensão. Dependendo das condições empregadas na hidrólise, compostos como furfural são gerados como subprodutos, os quais podem inibir o crescimento dos microrganismos. O tratamento do hidrolisado para a remoção dos subprodutos tóxicos aumenta o custo do processo. Por isso, é importante desenvolver metodologias para adaptar os microrganismos à presença dos inibidores. Os principais objetivos do presente trabalho são: i) selecionar uma cepa evoluída de E. coli capaz de crescer em hidrolisado de hemicelulose; ii) caracterizar a cepa evoluída em termos de crescimento e produção de metabólitos. Hidrolisados de hemicelulose serão obtidos em diferentes temperaturas e pHs e caracterizados em composição de açúcares e quanto à presença de furfural ou outras substâncias inibidoras. Os experimentos de evolução adaptativa serão realizados em frascos agitados contendo misturas de meio definido:hidrolisado em proporções crescentes (80:20; 60:40; 40:60; 20:80; 0:100), empregando-se a metodologia de transferências sucessivas na fase exponencial do crescimento, com no mínimo 80 gerações em cada proporção estudada. A linhagem selvagem e a evoluída serão caracterizadas em termos de crescimento e formação de metabólitos utilizando culturas em batelada em biorreator tipo tanque agitado de 5 L. As linhagens também serão comparadas por meio de análise da morfologia das colônias (plaqueamento em agar) e da morfologia das células (análise em microscópio acoplado a sistema de aquisição de imagens). Durante os cultivos, amostras serão coletadas para a determinação da concentração de biomassa (por densidade ótica e massa seca), de açúcares, de ácidos orgânicos (por HPLC). A composição da fase gasosa será avaliada por analisador de gases.
ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica PROFESSOR: Teresa Cristina Zangirolami
TÍTULO DO TEMA: Adaptação evolutiva de E. coli detoxificada em meio mínimo contendo glicerol para produção de proteínas com aplicação vacinal
RESUMO
Cultivos da bactéria Escherichia coli geneticamente modificada são amplamente utilizados na produção de enzimas, vacinas e outras proteínas com potencial farmacológico. Dentre os vários sistemas de expressão disponíveis, a produção de proteína heteróloga mediada pelo operon lac/uv é uma das construções mais populares. Nesse sistema de expressão, o início da assimilação de lactose (ou IPTG) desencadeia a síntese da proteína de interesse, que se acumula no interior da célula. Durante a fase de síntese, a célula é submetida a esforço metabólico, gerando respostas celulares, como a produção de proteínas indesejadas e a formação de polissacarídeos, cuja intensidade depende da estratégia de indução. As proteínas indesejadas e os polissacarídeos são os principais contaminantes a serem removidos nas etapas de downstream para a obtenção da proteína pura. Especificamente os lipopolissacarídeos (LPS), presentes na membrana externa das células de E. coli, são pirogênios e podem levar ao choque séptico em mamíferos. A remoção dos LPS é crucial para a qualidade das proteínas recombinantes terapêuticas e tem elevado impacto no custo do processo de purificação. Recentemente tornou-se disponível comercialmente uma linhagem de E. coli BL21(DE3) geneticamente detoxificada (ClearColi, Lucigen), capaz de produzir proteínas recombinantes isentas de endotoxinas em meio de cultivo complexo. Porém, os estudos detalhados do metabolismo celular requerem o cultivo em meio definido. Os principais objetivos do presente trabalho são: i) selecionar uma cepa evoluída de E. coli detoxificada capaz de crescer em meio definido; ii) caracterizar a cepa evoluída em termos de crescimento, produção de metabólitos, presença de contaminantes e síntese de proteína. O tema proposto será desenvolvido em cooperação com aluno(a) de Doutorado, que será responsável pela clonagem e pelos cultivos em meio complexo. Os experimentos de evolução adaptativa serão realizados em frascos agitados contendo misturas de meios complexo:definido em proporções crescentes (80:20; 60:40; 40:60; 20:80; 0:100), empregando-se a metodologia de transferências sucessivas na fase exponencial do crescimento, com no mínimo 80 gerações em cada proporção estudada. A linhagem evoluída será avaliada quanto à produção de proteína e crescimento em diferentes temperaturas, tendo IPTG e lactose como indutores. Culturas em batelada em biorreator tipo tanque agitado de 5 L utilizando meio definido serão realizadas nas condições de cultivo e indução mais favoráveis à produção de proteína definidas a partir dos estudos preliminares em frascos agitados. Durante os cultivos, amostras serão coletadas para a determinação da concentração de biomassa (por densidade ótica e massa seca), de glicerol, de ácidos orgânicos (por HPLC), de polissacarídeos, de ácidos nucleicos, além do acompanhamento da estabilidade do plasmídeo (por plaqueamento) e do nível de expressão da proteína (por eletroforese e densitometria). A composição da fase gasosa será avaliada por analisador de gases. As biomassas obtidas serão encaminhadas ao Instituto Butantan para purificação. Os estudos serão desenvolvidos em cooperação com aluno(a) de Mestrado, que estudará o cultivo de E. coli detoxificada em meio definido.
