No presente trabalho, a enzima bromelina foi obtida a partir da casca e do talo do abacaxi, através de precipitação com álcool, com controle de temperatura. Bromelina é o nome de um grupo de enzimas proteolíticas com propriedades anti-inflamatórias e digestivas. O controle de temperatura é fundamental para evitar a desnaturação irreversível da proteína e, consequentemente, aumentar a qualidade da enzima recuperada. O processo foi realizado em duas plantas-piloto: um tanque de vidro e outro de aço-inox. Foram utilizadas alíquotas contendo 100 mL de caldo de abacaxi nos tanques. Dentro do tanque encamisado, a proteína foi exposta a condições operacionais instáveis durante a adição do agente precipitante (etanol 99,5%), porque a razão de diluição "caldo de abacaxi: etanol" e a área de transferência de calor eram alteradas. A vazão do fluido refrigerante foi manipulada através de uma bomba de deslocamento positivo. Os controladores convencional e PID adaptativo sintonizados foram implementados online, utilizando um sistema de controle digital Fieldbus. Observou-se uma melhoria no desempenho do processo, assim como na qualidade (atividade enzimática) do produto.

In this work, bromelain was recovered from ground pineapple stem and rind by means of precipitation with alcohol at low temperature. Bromelain is the name of a group of powerful protein-digesting, or proteolytic, enzymes that are particularly useful for reducing muscle and tissue inflammation and as a digestive aid. Temperature control is crucial to avoid irreversible protein denaturation and consequently to improve the quality of the enzyme recovered. The process was carried out alternatively in two fed-batch pilot tanks: a glass tank and a stainless steel tank. Aliquots containing 100 mL of pineapple aqueous extract were fed into the tank. Inside the jacketed tank, the protein was exposed to unsteady operating conditions during the addition of the precipitating agent (ethanol 99.5%) because the dilution ratio "aqueous extract to ethanol" and heat transfer area changed. The coolant flow rate was manipulated through a variable speed pump. Fine tuned conventional and adaptive PID controllers were on-line implemented using a fieldbus digital control system. The processing performance efficiency was enhanced and so was the quality (enzyme activity) of the product.

Uma micro-coluna com campânulas pulsantes foi utilizada para a extração de bromelina a partir de suco de abacaxi, usando micelas reversas. A solução catiônica micelar foi composta do surfactante BDBAC, do solvente iso-octano e do co-solvente hexanol. Seguindo um planejamento experimental, perturbações foram impostas à coluna de extração com o objetivo de capturar seu comportamento dinâmico e suas não-linearidades, usando a razão entre a vazão da fase leve e vazão total, e o intervalo de tempo entre os pulsos. Os efeitos das variáveis independentes sobre o fator de purificação e sobre o rendimento em proteínas totais foram modelados via redes neurais artificiais. A melhor topologia de rede obtida foi definida como 16-9-2, usando um esquema de janela móvel no tempo das variáveis independentes. O modelo neural obtido do histórico do processo se mostrou adequado para predizer simultaneamente o fator de purificação e o rendimento do processo em proteínas totais. No ponto ótimo de operação, foi encontrado um fator de purificação de 4.96, com produtividade de 1.29 mL/min.

A pulsed-cap microcolumn was used for bromelain extraction from pineapple juice by reversed micelles. The cationic micellar solution used BDBAC as the surfactant, isooctane as the solvent and hexanol as the co-solvent. In order to capture the dynamic behavior and the nonlinearities of the column, the operating conditions were modified in accordance with the central composite design for the experiment, using the ratio between the light phase flow rate and the total flow rate, and the time interval between pulses. The effects on the purification factor and on total protein yield were modeled via neural networks. The best topology was defined as 16-9-2, and the input layer was a moving window of the independent variables. The neural model successfully predicted both the purification factor and the total protein yield from historical data. At the optimal operating point, a purification factor of 4.96 and a productivity of 1.29 mL/min were obtained.

Este trabalho propõe a realização de um estudo comparativo do desempenho de controladores Fuzzy e convencional PID aplicados ao controle de temperatura de um processo de precipitação de bromelina do extrato aquoso de resíduos de abacaxi. Uma análise quantitativa da não-linearidade do processo foi realizada baseada na metodologia de curva de reação, aplicada em diferentes momentos da batelada, caracterizando o sistema por possuir diferente sensibilidade às ações de controle ao longo do tempo. O controlador convencional foi sintonizado a partir da aplicação das equações de Ziegler-Nichols aos parâmetros do processo obtidos nos instantes iniciais do experimento, seguido de sintonia fina por tentativa-e-erro. A sintonia do controlador Fuzzy consistiu na alteração do universo de discurso, na base de regras e na disposição das funções de pertinência, utilizando-se para isto o conhecimento obtido na análise das curvas de reação obtidas. Foi observado um melhor desempenho do controlador Fuzzy, apresentando menor valor da integral de erro absoluto multiplicado pelo tempo (ITAE), maior recuperação de atividade enzimática e menor consumo de energia elétrica para o resfriamento do sistema.

The present work focuses on a comparative study of the performance of Fuzzy and conventional PID controllers applied to temperature control in the bromelain precipitation process from aqueous extract of pineapple wastes. A quantitative analysis of process nonlinearities was performed based on process reaction curves methodology. Different sensitivity to control actions was detected at different batch times. The conventional controller was tuned by applying Ziegler-Nichols equations to the process parameters obtained at the beginning of the experiment, followed by fine tuning based on trial-and-error procedure. Using the knowledge obtained from the reaction curves analysis, the Fuzzy controller tuning consisted in changing the universe of discourse, the rule base and the support sets of membership functions. It was observed that the Fuzzy controller outperformed the PID, showing the smallest value of integral of time multiplied by absolute of the error (ITAE), a great recovery of enzymatic activity and the smallest consumption of electric energy for the system refrigeration.

Este trabalho teve como objetivo principal otimizar as condições para extração da bromelina do suco do abacaxi (Ananas comosus) por micelas reversas. A purificação foi feita usando o processo de extração em batelada e contínuo, este último em uma micro-coluna de campânulas pulsantes. A solução micelar catiônica foi preparada com o surfactante BDBAC, i-octano como solvente e hexanol como co-solvente. Na extração em batelada encontrou-se um fator de purificação de 3 vezes, e seus melhores valores de concentração do agente surfactante, co-solvente e sal, de pH da re-extração e extração, foram respectivamente iguais a: 100 mM, 10% v/v, 1 M, 3,5 e 8. Para a operação contínua, as variáveis independentes ótimas foram: 0,67 para a razão entre as taxas de fluxos da fase leve e a total e 1 s para o intervalo de tempo entre pulsos das campânulas. Este ponto ótimo leva a uma produtividade de 1,29 mL/min e a um fator de purificação igual a 4,96.

The main aim of this study was to optimize the conditions for bromelain extraction by reversed micelles from pineapple juice (Ananas comosus). The purification was carried out in batch extraction and a micro-column with pulsed caps for continuous extraction. The cationic micellar solution was made of BDBAC as a surfactant, isooctane as a solvent and hexanol as a co-solvent. For the batch process, a purification factor of 3 times at the best values of surfactant agent, co-solvent and salt concentrations, pH of the back and forward extractions were, 100 mM, 10% v/v, 1 M, 3.5 and 8, respectively. For the continuous operation, independent variables optimal point was determined: ratio between light phase flow rate and total flow rate equal to 0.67 and 1 second for the time interval between the pulses. This optimal point led to a productivity of 1.29 mL/min and a purification factor of 4.96.

Deseja-se recuperar o etanol perdido por evaporação durante o processo de fermentação da cana-de-açúcar. Para tanto, faz-se uso de uma coluna de absorção. O controle da concentração de etanol no efluente gasoso da coluna é realizado pela manipulação da vazão de solvente, sendo esta determinada pelo controlador não linear proposto, baseado em um modelo inverso de redes neurais (controlador ANN). Foram feitas simulações adicionando-se um sinal de ruído a medida de concentração de etanol na fase gasosa. Quando perturbações degrau foram inseridas na mistura gasosa afluente, o controlador ANN demonstrou desempenho superior ao controle por matriz dinâmica (DMC). Um dispositivo de segurança, baseado em um controlador feedback convencional, e um filtro digital foram implementados à estratégia de controle proposta para agregar robustez no tratamento de distúrbios ocorridos no ambiente operacional. Os resultados demonstraram que o controlador ANN é uma ferramenta robusta e confiável no controle de uma coluna de absorção.

Gaseous ethanol may be recovered from the effluent gas mixture of the sugar cane fermentation process using a staged absorption column. In the present work, the development of a nonlinear controller, based on a neural network inverse model (ANN controller), was proposed and tested to manipulate the absorbent flow rate in order to control the residual ethanol concentration in the effluent gas phase. Simulation studies were carried out, in which a noise was applied to the ethanol concentration signals from the rigorous model. The ANN controller outperformed the dynamic matrix control (DMC) when step disturbances were imposed to the gas mixture composition. A security device, based on a conventional feedback algorithm, and a digital filter were added to the proposed strategy to improve the system robustness when unforeseen operating and environmental conditions occured. The results demonstrated that ANN controller was a robust and reliable tool to control the absorption column.