A levedura Saccharomyces cerevisiae, amplamente utilizada na conversão de glicose e frutose a etanol, não é capaz de fermentar a xilose presente na biomassa lignocelulósica de resíduos agroindustriais. Apesar da introdução da via metabólica dessa pentose em linhagens de S. cerevisiae, a fermentação da xilose simultaneamente com outros açúcares ainda é pouco eficiente. A proposta deste trabalho foi aumentar a eficiência do consumo da xilose por linhagens de S. cerevisiae introduzindo genes de transportadores exógenos identificados em leveduras selvagens que naturalmente fermentam pentoses. A via do metabolismo da xilose foi integrada no genoma de uma linhagem industrial brasileira de S. cerevisiae usada na produção de etanol. A partir desta, linhagens isogênicas foram criadas e mostraram ser mais eficientes no metabolismo da xilose em meio sintético e capazes de co-fermentar glicose e xilose na presença de altas concentrações de inibidores resultantes da hidrólise da biomassa lignocelulósica. Os tranportadores identificados foram testados nas linhagens industriais geneticamente modificadas criadas neste estudo e em linhagens laboratoriais. Não foi possível confirmar a eficiência dos transportadores nas linhagens, embora os resultados mostraram diferenças nas curvas de crescimento das linhagens industriais expressando os transportadores. Este trabalho foi o início de um estudo dos fatores envolvidos no metabolismo da xilose e servirá como base para que futuros trabalhos sejam realizados na obtenção de uma linhagem mais eficiente para produção de etanol de segunda geração. / The yeast Saccharomyces cerevisiae, which efficiently ferments glucose and fructose to ethanol, is unable to ferment xylose present in lignocellulosic biomass of agroindustrial residues. Although the introduction of xylose metabolic pathways in S. cerevisiae strains has been described in the literature, the simultaneous fermentation of xylose and glucose in these modified strains is still very inefficient. The aim of this study was to increase the xylose consumption efficiency of S. cerevisiae by introduction of exogenous genes identified in wild yeast that naturally ferment pentose. The xylose metabolism pathway was integrated into the genome of a Brazilian industrial strain of S. cerevisiae used for the production of ethanol, which was then used to obtain isogenic modified strains. The isogenic strains showed to be more effective in xylose metabolism in synthetic medium and able to co-ferment glucose and xylose in the presence of high concentrations of inhibitors resulting hydrolysis of lignocellulosic biomass. The transporters identified were inserted into genetically modified industrial strains of S. cerevisiae created in this study and also in laboratory strains. It was not possible to confirm the transporters efficiency in laboratory strains but the results showed differences in the growth curves of the industrial strains expressing the transporters. This work was the beginning of a study of the factors involved in xylose metabolism and it will help to prepare future work to obtain an efficient strain for lignocellulosic ethanol production.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-17T12:44:53Z No. of bitstreams: 1 CECÍLIA ELISA DE SOUSA MUNIZ - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1566496 bytes, checksum: 6a11f4784c5c418c014738b1b8624c76 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:44:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CECÍLIA ELISA DE SOUSA MUNIZ - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1566496 bytes, checksum: 6a11f4784c5c418c014738b1b8624c76 (MD5) Previous issue date: 2017-10-05 / Com os produtos tradicionais fontes de proteína se tornando mais caros a cada dia, surge a necessidade de desenvolver novos produtos alimentícios com alto valor nutricional e que ainda assim sejam de baixo custo, podendo ser consumido pela população de todas as classes econômicas. As barras de cereais já representam uma alternativa de complemento alimentar à base de carboidratos e fibras, sendo assim, esta pesquisa teve como objetivo elaborar barras de cereais que contenham na sua composição resíduos agroindustriais, que submetidos ao processo de enriquecimento proteico por via microbiana, irão aumentar o teor proteico e nutricional deste respectivo produto, além de torna-los mais baratos. O microrganismo utilizado foi a levedura Saccharomyces cerevisiae, e os resíduos escolhidos para tal objetivo foram o bagaço do caju e as cascas de goiabas. Inicialmente fez-se o preparo dos resíduos, os quais foram secos em estufa com circulação de ar a 55±2°C até peso constante. A caracterização físico-química dos resíduos do caju e da goiaba mostrou que, estes poderiam ser submetidos ao processo fermentativo de enriquecimento proteico e posteriormente como ingredientes na elaboração das barras de cereais, apresentando teores suficiente de açúcares redutores, pectina e fibras, além de um pH adequado ao meio de cultivo. Para o enriquecimento proteico utilizou-se a levedura em uma concentração de 3%, para o resíduo do caju e de 5% para o resíduo da goiaba, sob temperatura de 30ºC durante 9h de cultivo. Tanto o resíduo do caju quanto o da goiaba teve o seu teor de proteína elevado em quatro vezes. Após a obtenção dos resíduos enriquecidos proteicamente foram elaboradas quatro formulações de barras de cereais, onde a aveia foi substituída parcialmente pelos resíduos agroindustriais, (F0) formulação de referência sem adição de nenhum dos resíduos, (F1) constituída apenas pelo resíduo do caju, (F2) constituída apenas pelo resíduo da goiaba e (F3) constituída pelos dois resíduos, goiaba e caju. As barras de cereais elaboradas foram caracterizadas físico-químicamente quanto ao teor de água, cinzas, lipídeos, carboidratos, proteína e fibra alimentar, apresentando resultados bastante satisfatórios, principalmente quanto ao teor de proteína, em torno de 12% para a formulação F1, valor este superior ao encontrado nas barras de cereais comercializadas no mercado. Posteriormente elas foram submetidas a análise microbiológica para verificar a ausência/presença de coliformes totais, coliformes fecais e salmonela sp., os resultados obtidos apresentaram contagens inferiores ás máximas estipuladas pela RDC n° 12 atendendo portanto, aos requisitos da legislação vigente. Por fim as formulações foram avaliadas sensorialmente em uma academia da cidade por um grupo de 40 julgadores os quais avaliaram os atributos: cor, aroma, sabor, textura e aceitação global, utilizando uma escala hedônica de 9 pontos, além da intenção de compra, utilizando uma escala hedônica de 5 pontos. Os resultados obtidos foram satisfatórios, para todas as barras de cereais analisadas pelos julgadores os quais afirmaram que gostaram moderadamente (7) e que possivelmente comprariam (4) caso elas fossem comercializadas. / With traditional sources of protein becoming more expensive every day, there is a need to develop new food products with high nutritional value that are still low cost and can be consumed by the population of all economic classes. The cereal bars already represent an alternative food complement based on carbohydrates and fibers, so, this research aims to elaborate cereal bars containing in their composition agroindustrial residues, which undergo the process of microbial protein enrichment, will increase the protein and nutritional content of this respective product, besides making them cheaper. The microorganism used was the yeast Saccharomyces cerevisiae, and the residues chosen for this purpose were the cashew bagasse and the guava husks. Initially the waste was prepared, which were dried in an oven with air circulation at 55 ± 2 ° C until constant weight. The physico-chemical characterization of the cashew and guava residues showed that they could be submitted to the fermentative process of protein enrichment and later as ingredients in the elaboration of the cereal bars, presenting sufficient levels of reducing sugars, pectin and fibers, besides a pH suitable for culture medium. For protein enrichment, the yeast was used at a concentration of 3% for the cashew residue and 5% for the guava residue, at a temperature of 30 ° C for 9h of culture. Both the cashew and guava residue had their protein content elevated fourfold. After obtaining the protein enriched residues, four formulations of cereal bars were elaborated, where the oats were replaced partially by the agroindustrial residues, (F0) reference formulation without addition of none of the residues, (F1) constituted only by the cashew residue, F2) constituted only by guava residue and (F3) constituted by the two residues, guava and cashew. The elaborated cereal bars were physicochemically characterized as water, ash, lipids, carbohydrates, protein and dietary fiber, presenting satisfactory results, mainly regarding the protein content, around 12% for the formulation F1, value higher than that found in cereal bars marketed on the market. Subsequently, they were submitted to microbiological analysis to verify the absence/presence of total coliforms, fecal coliforms and salmonella sp., the results obtained were lower than the maximum stipulated by RDC n° 12, thus meeting the requirements of current legislation. Finally, the formulations were evaluated sensorially in a gymnasium of the city by a group of 40 judges who evaluated the attributes: color, aroma, flavor, texture and global acceptance, using a hedonic scale of 9 points, besides the intention to buy, using a hedonic scale of 5 points. The results obtained were satisfactory for all cereal bars analyzed by the judges who stated that they liked moderately (7) and that they would possibly buy (4) if they were marketed.

A levedura Saccharomyces cerevisiae, amplamente utilizada na conversão de glicose e frutose a etanol, não é capaz de fermentar a xilose presente na biomassa lignocelulósica de resíduos agroindustriais. Apesar da introdução da via metabólica dessa pentose em linhagens de S. cerevisiae, a fermentação da xilose simultaneamente com outros açúcares ainda é pouco eficiente. A proposta deste trabalho foi aumentar a eficiência do consumo da xilose por linhagens de S. cerevisiae introduzindo genes de transportadores exógenos identificados em leveduras selvagens que naturalmente fermentam pentoses. A via do metabolismo da xilose foi integrada no genoma de uma linhagem industrial brasileira de S. cerevisiae usada na produção de etanol. A partir desta, linhagens isogênicas foram criadas e mostraram ser mais eficientes no metabolismo da xilose em meio sintético e capazes de co-fermentar glicose e xilose na presença de altas concentrações de inibidores resultantes da hidrólise da biomassa lignocelulósica. Os tranportadores identificados foram testados nas linhagens industriais geneticamente modificadas criadas neste estudo e em linhagens laboratoriais. Não foi possível confirmar a eficiência dos transportadores nas linhagens, embora os resultados mostraram diferenças nas curvas de crescimento das linhagens industriais expressando os transportadores. Este trabalho foi o início de um estudo dos fatores envolvidos no metabolismo da xilose e servirá como base para que futuros trabalhos sejam realizados na obtenção de uma linhagem mais eficiente para produção de etanol de segunda geração. / The yeast Saccharomyces cerevisiae, which efficiently ferments glucose and fructose to ethanol, is unable to ferment xylose present in lignocellulosic biomass of agroindustrial residues. Although the introduction of xylose metabolic pathways in S. cerevisiae strains has been described in the literature, the simultaneous fermentation of xylose and glucose in these modified strains is still very inefficient. The aim of this study was to increase the xylose consumption efficiency of S. cerevisiae by introduction of exogenous genes identified in wild yeast that naturally ferment pentose. The xylose metabolism pathway was integrated into the genome of a Brazilian industrial strain of S. cerevisiae used for the production of ethanol, which was then used to obtain isogenic modified strains. The isogenic strains showed to be more effective in xylose metabolism in synthetic medium and able to co-ferment glucose and xylose in the presence of high concentrations of inhibitors resulting hydrolysis of lignocellulosic biomass. The transporters identified were inserted into genetically modified industrial strains of S. cerevisiae created in this study and also in laboratory strains. It was not possible to confirm the transporters efficiency in laboratory strains but the results showed differences in the growth curves of the industrial strains expressing the transporters. This work was the beginning of a study of the factors involved in xylose metabolism and it will help to prepare future work to obtain an efficient strain for lignocellulosic ethanol production.

Este trabalho teve como objetivo principal o aproveitamento dos resíduos agroindustriais provenientes da extração do pigmento de cúrcuma e do óleo de babaçu para elaboração de filmes biodegradáveis. Foram utilizados três diferentes métodos (moagem em meio ácido AS, em meio alcalino KS e em água WS) para isolamento do amido de babaçu e de cúrcuma. Os resíduos e amidos foram caracterizados em composição química, cor, distribuição do tamanho de partícula, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, poder de inchamento e solubilidade, espectroscopia de infravermelho, propriedades térmicas, teor de compostos fenólicos e atividade antioxidante. Os métodos AS e KS forneceram materiais com maior grau de pureza, porém menor teor de amilose. Filmes foram elaborados a partir dos amidos de cúrcuma e de babaçu, e também do mesocarpo de babaçu e tiveram suas propriedades mecânicas, funcionais e ativa determinadas. Filmes elaborados com os amidos de babaçu são mais resistentes e rígidos, menos elongáveis, solúveis e permeáveis ao vapor de água que com mesocarpo de babaçu. Filmes de amido de babaçu WS foram mais resistentes e rígidos, menos flexíveis, mais cristalinos, menos solúveis em água e hidrofílicos, com menor capacidade de absorção de água. Filmes de amido de babaçu AS apresentaram maior atividade antioxidante. O efeito de diferentes plastificantes (glicerol, sorbitol, ureia e glicose) nas propriedades dos filmes de amidos de babaçu também foi estudado. Notou-se que as propriedades finais dos filmes dependeu da interação entre os componentes na matriz: plastificante, amido e água. Para o babaçu também se realizou um estudo sobre os efeitos da concentração de sorbitol (Cs) e da temperatura de aquecimento (Ta) nas propriedades dos filmes através de um planejamento experimental 22 utilizando a metodologia de superfície de resposta e análise de multiresposta para avaliação dos resultados. As regiões sugeridas para se obter filmes com melhores propriedades foram: 26 a 30 g de sorbitol/100 g de amido acompanhado de temperatura de aquecimento de 78 a 80 °C. Para a cúrcuma, apesar do processo de isolamento do amido obter altos teores deste carboidrato (~80%), o material se apresenta bem compactado devido ao processamento industrial com presença de aquecimento. Assim, filmes elaborados com amidos de cúrcuma exigiram 4 h de aquecimento para o seu processamento. Filmes de amido de cúrcuma WS apresentaram maior flexibilidade, menor xxv resistência e rigidez, maior solubilidade e molhabilidade e os filmes de amido de cúrcuma AS, maior atividade antioxidante. Foram elaboradas também blendas com os diferentes amidos de cúrcuma com fécula de mandioca em diferentes proporções (30:70, 50:50 e 70:30). As blendas possibilitaram a elaboração de materiais com menor tempo de preparo (1 h). A adição de fécula de mandioca nas blendas diminuiu a resistência mecânica e rigidez, mas aumentou a elongação, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água enquanto que a adição de amido de cúrcuma proporcionou aumento da atividade antioxidante nestes materiais. Também fora realizado tratamentos (mecânicos/químicos) do resíduo de cúrcuma com o objetivo de tornar este material com melhor capacidade filmogênica. Estes tratamentos permitiram melhor incorporação do material lignocelulósico à matriz do filme e liberação do amido, além de ter promovido oxidação do amido causando a formação de novos grupamentos (carboxílicos e carbonílicos), o que permitiu obter filmes com melhores propriedades que os elaborados com amido de cúrcuma / The main objective of this work was the use of agroindustrial residues from the extraction of turmeric pigment and babassu oil for the preparation of biodegradable films. Three different methods (steeping in acid media - AS, in alkaline media - KS and in water - WS) were used to isolate babassu and turmeric starch. The residues and starches were characterized in centesimal composition, color, particle size distribution, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, swelling power and solubility, infra-red spectroscopy, thermal properties, phenolic compounds content and antioxidant activity. The AS and KS methods provided materials with higher purity but less amylose content. Films were made from the turmeric and babassu starches, and also from the babassu mesocarp and had it mechanical, functional and active properties determined. Films made from babassu starches are more resistant and rigid, less flexible, soluble and permeable to water vapor than with babassu mesocarp. WS babassu starch films were more resistant and rigid, less flexible, more crystalline, less water soluble and hydrophilic, with less water absorption capacity. AS babassu starch films showed the highest antioxidant activity. The effect of different plasticizers (glycerol, sorbitol, urea and glucose) on the properties of babassu starch films was also studied. It was noted that the final properties of the films depended on the interaction between the components in the matrix: plasticizer, starch and water. A study on the effects of sorbitol concentration (Cs) and heating temperature (Ta) on the properties of the films was also carried out for the babassu through an experimental design 22 using the response surface methodology and multi-response analysis for evaluation of the results. The regions suggested to obtain films with better properties were: 26 to 30 g of sorbitol / 100 g of starch accompanied by a heating temperature of 78 to 80 °C. For turmeric, although the starch isolation process obtained high levels of this carbohydrate (~ 80%), the material presents well compacted due to industrial processing with presence of heating. Thus, films made with turmeric starches required 4 h of heating for processing. Turmeric WS starch films showed greater flexibility, lower strength and stiffness, higher solubility and wettability and the films of turmeric starch AS, higher antioxidant activity. Blends with the different turmeric starches with cassava starch in different proportions (30:70, 50:50 and 70:30) were also prepared. The blends made possible the preparation of materials with less preparation time (1 h). The addition of cassava starch to the blends decreased xxvii mechanical rigid and mechanical resistance, but increased elongation, solubility and water vapor permeability while the addition of turmeric starch provided increased antioxidant activity in these materials. It was done also treatments (mechanical / chemical) in the turmeric residue to have this material with better filmogenic capacity. These treatments allowed better incorporation of the lignocellulosic material to the matrix of the film and release of the starch, besides promoting oxidation of the starch causing the formation of new groups (carboxylic and carbonylic), which allowed to obtain films with better properties than those elaborated with starch of turmeric

O presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial antioxidante, caracterizar a composição fenólica e avaliar o efeito antioxidante do extrato de pele de amendoim (EPA) em produtos cárneos: hambúrguer de frango cozido, hambúrguer de ovelha armazenado em atmosfera modificada, salchichón espanhol com óleo de peixe microencapsulado em matriz de konjac e em patê de fígado suíno. O EPA possuía conteúdo fenólico total de 32,6 mg EAG/g pele seca, a capacidade de sequestrar radicais de 46,5 µL (EC50) e capacidade redutora (reagente FRAP) de 26,5 µmol de equivalente Trolox/g pele seca. As proantocianidinas são os principais compostos fenólicos presentes no EPA. A adição do EPA (70 mg EAG/kg) em hambúrguer de frango cozido reduziu a oxidação lipídica e inibiu a perda de cor vermelha durante 15 dias de estocagem a 1 °C, porém o produto se tornou mais escuro devido a adição do EPA. No hambúrguer de ovelha cru armazenado em atmosfera modificada (80% O2 e 20% CO2) durante 20 dias a 2 °C, o EPA (1000 ppm) preveniu a diminuição da intensidade da cor vermelha, a oxidação lipídica e de proteínas além de reduzir a percepção de off-odor. Porém o desenvolvimento de microrganismos viáveis totais (MVT), enterobactérias (Enterobacteriaceae), psedomonas (Pseudomonas spp.) e as bactérias ácido láticas, luminosidade, valor de pH e ácidos graxos livres (AGL) não foram afetados pela adição do EPA. O conteúdo total de compostos voláteis derivados da oxidação lipídica foi similar nos lotes controle e EPA. Além do EPA (2000 ppm), o extrato de folha de castanha (EFC, 2000 ppm), extrato de resíduo de cervejaria (ERC, 2000 ppm) e o antioxidante sintético hidroxitolueno butilado (BHT, 50 ppm) foram adicionados ao salchichón com óleo de peixe microencapsulado em matriz de konjac. Os antioxidantes naturais reduziram a formação de carbonilas e conteúdo total de compostos voláteis derivados da oxidação lipídica, porém aumentaram a quantidade de AGL. A oxidação lipídica e o valor de vermelho foram similares entre todos os tratamentos e particularmente para o lote EFC menor luminosidade e valor de pH foram observados. O patê de fígado suíno com mistura de óleos mais saudáveis (óleo peixe e de oliva) foi elaborado com os antioxidantes ERC, EFC e EPA (todos a 1000 ppm). Não foram observadas diferenças significativas marcantes devido a presença dos antioxidantes naturais no valor de pH, cor instrumental, oxidação lipídica, AGL e compostos voláteis derivados da oxidação lipídica do patê estocado a 4 °C por 160 dias. A composição centesimal de todos os produtos cárneos analisados não foi alterada em função do EPA. Desta forma, o EPA possui potencial para ser aplicado em hambúrguer cozido de frango e hambúrguer de carne de ovelha armazenado em atmosfera modificada. No caso do salchichón com óleo de peixe encasulado em matriz de konjac, os antioxidantes naturais testados podem proteger contra reações oxidativas, porém a adição destes extratos naturais não é recomendada para o patê de fígado suíno com óleos mais saudáveis. / This study aimed to evaluate the antioxidant potential, phenolic profile characterization and antioxidant effect of peanut skin extract (PSE) in meat products: cooked chicken patties, raw sheep patties storage in modified atmosphere, Spanish salchichón elaborated with encapsulated n-3 long chain fatty acids in konjac glucomannan matrix and pig liver pâté manufactured with healthy oils. PSE presented total phenolic content of 32.6 mg GAE/g dry skin, radical scavenge potential of 46.5 µL (EC50) and reducing power (FRAP reagent) of 26,5 µmol Trolox equivalent/g dry skin. The major phenolic compounds were proanthocyanidins in PSA. The manufacture of cooked chicken patties with PSE (70 mg GAE/kg) reduced lipid oxidation and inhibited the loss of redness during 15 days at 1 °C, but reduced the luminosity of patties. In raw sheep patties storage in modified atmosphere (80% O2 e 20% CO2) during 20 days at 2 °C, PSE (1000 ppm) inhibited the loss of red color, lipid and protein oxidation and also reduced the perception of off-odor. However, PSE did not affect total viable counts, Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp. and Lactic acid bacteria growth, luminosity, pH value and free fatty acids (FFA) content. The lipid derived volatile compounds of PSE batch were similar to control patties. In Spanish salchichón experiment other natural extracts were also evaluated: beer residue extract (BRE, 2000 ppm), chestnut leaf extract (CLE, 2000 ppm) besides PSE (2000 ppm) and butyl hydroxyltoluene (BHT, 50 ppm). In antioxidant batches, carbonyl formation and lipid derived volatile compounds were reduced, although a significant increase in FFA content was observed in these batches. Lipid oxidation and red color were similar among all batches and particularly for CLE batch the luminosity and pH values were lower than other batches. Differently, in pig liver pâté with healthier oil combination, BRE, CLE and PSE (all at 1000 ppm) did not display remarkable significant differences in pH value, instrumental color, lipid oxidation, FFA e lipid derived volatile compounds during 160 days of storage at 4 °C. The proximate composition of all manufactured meat products were not affected by PSE or natural/synthetic antioxidant. In this sense, PSE is suggested to be applied in chicken and raw sheep patties in modified atmosphere. Evaluated natural antioxidants are suggested to be used in Spanish salchichón to prevent oxidative damage, but none of them are recommended as antioxidant additive in pig liver pâté.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:40:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_Tese_Herbert_Nacke.pdf: 3662817 bytes, checksum: 26b0dca41181044d14f648fbf6ffe7e3 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aimed to evaluate the performance of three biosorbents obtained from the bark of fruit (biosorbent C), the endosperm (biosorbent E) and from the endosperm plus seed coat (biosorbent E + T) of Jatropha (Jatropha curcas L.) in the removal of metals chromium (Cr3+), cadmium (Cd2+), copper (Cu2+) and zinc (Zn2+) in aqueous solutions. To elucidate the properties of biosorbents, the characterization by infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM) and determination of the point of zero charge (pHPCZ) of the materials was performed. The study of the optimal conditions and mechanisms that control the adsorption of the aforementioned metals by the biosorbents was performed through the influence of the solution pH, the mass of biosorbent, the contact time between the solution and the biosorbent, the initial concentration of metals in solution (adsorption isotherms) and the temperature during adsorptive process (thermodynamics). The adsorption kinetics was evaluated using the mathematical models of pseudofirst and pseudosecond order, Elovich and intraparticle diffusion. The adsorption isotherms were linearized by mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich. Was also performed the comparision of the biosorbents with activated charcoal, since this material is the mainly adsorbent used in the sorption process of metallic contaminants. In the characterization of biosorbents was observed that all three materials have a structure with proteins, lignin, cellulose, hemicellulose, lignocellulose, hydroxyl, carboxylic, carbonyl and phenol groups, which enable bonds with metallic ions in solution. Furthermore, it was observed that the surface morphology of the biosorbents has irregular appearance, indicating a porous surface and good adsorptive capacity. The biosorbents show a pHPCZ between 5 and 6. The optimal conditions for the adsorptive process were: pH of 5.5 for the metals Cr3+ and Cd2+ and 5.0 to Cu2+ and Zn2+, 8.0 g L-1 of biosorbent mass per volume of solution and a contact time between the biosorbents and the contaminated solutions of 60 min for all metals. The results obtained in the adsorption kinetics indicate that for all metals in the study, the biosorbents showed a better fit by pseudosegunda order model, indicating the occurrence of chemical adsorption. Considering the maximum adsorption capacities obtained by the mathematical model of Langmuir, the biosorbent C presents the following order of removal: Cd2+ > Cr3+ > Zn2+ > Cu2+ (29.66; 22.11; 14.85 and 11.54 mg g-1); whereas for the biosorbent E the order was: Cu2+ > Cd2+ > Cr3+ > Zn2+ (20.47; 19.56; 18.20 and 15.88 mg g-1) and for the biosorbent E+T it was obtained: Cd2+ > Cu2+ > Cr3+ > Zn2+ (34.67; 22.91; 22.88 and 16,67 mg g-1). Regarding the adsorption form, the results showed that for all metals the chemisorption controls the adsorptive process, with the occurrence of mono-and multilayers for Cr3+ and monolayers for Cd2+, Cu2+ and Zn2+. Based on the results obtained in this work, it is possible affirm that the three biosorbents derived from the biomass of Jatropha have potential for the remediation of water resources contaminated with the metals Cr3+, Cd2+, Cu2+ and Zn2+, also providing an alternative use of the waste generated in biodiesel production of this species, increasing the sustainability of their supply chain / Este trabalho objetivou avaliar o desempenho de três biossorventes obtidos a partir da casca dos frutos (biossorvente C), do endosperma (biossorvente E) e do endosperma mais tegumento das sementes (biossorvente E+T) de pinhão manso (Jatropha curcas L.) na remoção dos metais cromo (Cr3+), cádmio (Cd2+), cobre (Cu2+) e zinco (Zn2+) de soluções aquosas. Para elucidação das propriedades dos biossorventes foi realizada a caracterização por espectroscopia de infravermelho (IV), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e determinação do ponto de carga zero (pHPCZ) dos materiais. O estudo das condições ideais e dos mecanismos que controlam a adsorção dos metais supracitados pelos biossorventes foi realizado por meio da influência do pH da solução, da massa dos biossorventes, do tempo de contato entre a solução e os biossorventes, da concentração inicial dos metais na solução (isotermas de adsorção) e da temperatura durante o processo adsortivo (termodinâmica). A cinética de adsorção foi avaliada por meio dos modelos matemáticos de pseudoprimeira e pseudosegunda ordem, de Elovich e de difusão intrapartícula. As isotermas de adsorção foram linearizadas pelos modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radushkevich. Realizou-se ainda a comparação dos biossorventes com carvão ativado, uma vez que este material é o principal adsorvente utilizado em processos de sorção de contaminantes metálicos. Na caracterização dos biossorventes observou-se que os três materiais apresentam em sua estrutura proteínas, lignina, celulose, hemicelulose, lignocelulose, grupos hidroxílicos, carboxílicos, carbonílicos e fenóis, os quais possibilitam ligações com íons metálicos em solução. Além disto, observou-se que morfologia superficial dos biossorventes tem aspecto irregular, indicando uma superfície porosa e com boa capacidade adsortiva. Os biossorventes apresentaram ainda um pHPCZ entre 5 e 6. As condições ideais do processo adsortivo foram: pH da solução de 5,5 para os metais Cr3+ e Cd2+ e 5,0 para o Cu2+ e o Zn2+, 8,0 g L-1 de massa de biossorvente por volume de solução e um tempo de contato entre os biossorventes e as soluções contaminadas de 60 min para todos os metais. Os resultados obtidos na cinética de adsorção indicam que para todos os metais em estudo, os biossorventes apresentaram melhor ajuste pelo modelo de pseudosegunda ordem, indicando a ocorrência de adsorção química. Considerando as capacidades máximas de adsorção obtidas pelo modelo matemático de Langmuir, o biossorvente C apresenta a seguinte ordem de remoção: Cd2+ > Cr3+ > Zn2+ > Cu2+ (29,66; 22,11; 14,85 e 11,54 mg g-1); ao passo que para o biossorvente E a ordem foi: Cu2+ > Cd2+ > Cr3+ > Zn2+ (20,47; 19,56; 18,20 e 15,88 mg g-1) e para o biossorvente E+T obteve-se: Cd2+ > Cu2+ > Cr3+ > Zn2+ (34,67; 22,91; 22,88 e 16,67 mg g-1). A aplicação do modelo de Dubinin-Radushkevich demonstrou que a adsorção de todos os metais pelos biossorventes se dá por quimiossorção, com a ocorrência de mono e multicamadas para o Cr3+ e monocamadas para o Cd2+, o Cu2+ e o Zn2+. Baseado nos resultados obtidos neste trabalho, é possível afirmar que os três biossorventes oriundos da biomassa de pinhão manso apresentam potencial para a remediação de recursos hídricos contaminados com os metais Cr3+, Cd2+, Cu2+ e Zn2+, proporcionando ainda, uma alternativa de uso dos resíduos gerados na produção de biodiesel desta espécie, aumentando a sustentabilidade da sua cadeia produtiva

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MULTIFUNCIONAcrescentus.pdf: 2433174 bytes, checksum: e25ac7003e428ac0baf41c43a48f0e42 (MD5) Previous issue date: 2014-12-04 / The genetic manipulation of microorganisms has provided great advances in the production of enzymes involved in the bioconversion of biomass to fuels and chemicals. The main component of hemicellulose that compose the plant biomass is xylan, and its degradation dependent on the synergistic action of several enzymes, including xylanases and β-xylosidases stand as the major. The analysis of the genome of Caulobacter crescentus showed that this bacterium has at least eight genes encoding enzymes involved in the degradation of xylan, three coding for endo-xylanases and five β-xylosidases. In the present report, the enzymatic characterization of a C. crescentus β-glucosidase/β-xylosidase V was performed. For this purpose the xynB5 gene (CCNA 03149) was cloned into pJET1.2 /blunt and subcloned into the expression vector pTricHisA for producing a recombinant protein fused to an amino-terminal His-tag. The recombinant enzyme was induced with IPTG in E. coli (TOP10 strain) and the protein was purified using pre-packaged nickel-sepharose column. The characterization of the pure enzyme showed an optimum pH of 6 for both enzyme activity and a temperature optimum of 50 ° C to β-glucosidase and 60 ° C to β-xylosidase in the presence of NPG and NPX substrates, respectively, while also there has been a small activity in the presence of NPA. The multifunctional protein had its predominant enzyme activity to β-glucosidase (7.6 U ml-1) and a secundary β-xylosidase activity (4.3 U ml-1). In addition to greater specificity for NPG (Km = 0.24  0.008 mM) compared to that obtained for NPX (Km = 0.64  0.032 mM) although the Vmáx for both substrates was not statistically significant difference in optimal conditions of each enzyme (NPG = 0.041  0.001 M min-1 and NPX = 0.055  0.002 M min-1). In fact, data to enzymatic characterization corroborated the suggested in genomic annotation to C. crescentus. These multifunctional characteristics of the protein are important for biotechnological applications like the future reuse of agroindustrial residues / A manipulação genética de microrganismos tem propiciado grandes avanços para a produção de enzimas que possam auxiliar na bioconversão da biomassa vegetal a combustíveis e químicos. O principal componente da hemicelulose que compõem a biomassa vegetal é o xilano, e sua degradação depende da ação sinérgica de várias enzimas, das quais Xilanases e β-Xilosidases destacam-se como as principais. A análise do genoma de Caulobacter crescentus revelou que esta bactéria apresenta pelo menos oito genes envolvidos com a degradação do xilano, três deles codificam para endo-Xilanases, e cinco codificam para β-Xilosidases. O presente trabalho objetivou a caracterização enzimática de uma destas enzimas, a β-Glicosidase/β-Xilosidase de C. crescentus. Para isto o gene xynB5 (CCNA 03149) foi clonado em pJET1.2/blunt e subclonado no vetor de expressão pTricHisA para a produção de uma proteína recombinante fusionada a uma cauda de histidinas amino-terminal. A enzima recombinante foi induzida com IPTG na cepa TOP10 de E. coli e a proteína foi purificada com o auxílio de colunas pré-empacotadas de níquel-sepharose. A caracterização da enzima pura mostrou um pH ótimo igual a 6 para ambas as atividades enzimáticas e uma temperatura ótima de 50 C para -Glicosidase e 60 C para -Xilosidase, na presença dos substratos NPG e NPX, respectivamente, embora também tenha ocorrido uma pequena atividade na presença de NPA. A proteína multifuncional teve sua atividade enzimática preponderante para -Glicosidase (7,6 U mL-1) em relação a atividade de -Xilosidase (4,3 U mL-1). Além de maior especificidade para NPG (Km = 0,24  0,008 mM) em relação à obtida para NPX (Km = 0,64  0,032 mM) embora a Vmáx para ambos substratos não tenham apresentado diferença significativa nas condições ótimas de cada enzima (NPG = 0,041  0,001 M min-1 e NPX = 0,055  0,002 M min-1). Os dados de caracterização confirmaram os sugeridos na anotação genômica para C. crescentus. Estas características multifuncionais da proteína são importantes para futuras aplicações biotecnológicas como o reaproveitamento dos resíduos agroindustriais.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Adilson Bosetto 2015 PDF.pdf: 2419034 bytes, checksum: 3fdc9e711199e04fe0746f89b07c4bea (MD5) Previous issue date: 2015-03-10 / The application of enzymes in industrial processes, in its broad sense, has shown the market evolution for innovative alternatives for preserving the environment. Brazil has a great potential to develop some technologies, which allow the use of such materials as substratum for products with higher added value, due to the large amount of lignocellulose as waste that comes from agriculture. Therefore, the analysis of genes expression related to microbial degradation of plant cell wall has caught the researchers attention, mainly because it is associated to the possibility of controlled large-scale synthesis of enzymes applied in biofuel production. In this context, the Gram-negative bacterium C. crescentus is found as a promising microorganism for biotechnological exploitation due to its ability on degrading xylan, the major component of plant hemicellulose. There are several genes in the bacterial genome that codify to Xylanases and β-Xylosidases. In order to purify and biochemically characterize the β-Xylosidase III protein of C. crescentus, xynB3 gene (CCNA_00856) that contains 1,623 nucleotides and encodes a protein with conserved domains of β-Xylosidase with 540 amino acid residues has been studied. Therefore, xynB3 gene was isolated from genomic DNA of C. crescentus NA1000 by Polymerase Chain Reaction (PCR) using specific primers. The single amplification product was cloned into pJet1.2Blunt vector in non-cohesive sites and reintroduced in vector of pTrcHisA expression within the reading frame to produce a histidine tag at the amino-terminus area of fusion protein. The obtained construction was denominated pTrcHis-xynB3 and the confirmation of its gene identification was figured out by the DNA sequence after insertion into the TOP10 E. coli strain and subsequent experimental tests of expression in different temperature of growth, IPTG concentrations and induction times. The recombinant protein was overexpressed into inclusion bodies, thus, in a non-soluble form. Different induction and purification protocols were used to obtain the β-xylosidase III pure of C. crescentus, in native or non-native form. However, assays of enzymatic activity with different substrates neither demonstrated β-xylosidase activity nor detectable levels of the protein. These results suggest that the enzyme was not active during the assays, due its expression in inclusion bodies. This suggests that this protein may have a toxic effect on E. coli when expressed at high levels. Thus, this trial contributes to additional data about the xylanolytic complex concerning the aquatic bacterium C. crescentus. / A utilização de enzimas em processos industriais, no seu sentido mais amplo, demonstra a evolução do mercado em relação a alternativas inovadoras de preservação do meio ambiente. Devido à grande quantidade de material lignocelulósico residuário, proveniente da agricultura, o Brasil é um país com elevado potencial para o desenvolvimento de tecnologias que possibilitem a utilização desses materiais como substrato para produtos de maior valor agregado. Dessa forma, o estudo da expressão de genes microbianos relacionados com a degradação da parede celular vegetal tem despertado a atenção de pesquisadores, principalmente pelo fato de estar relacionado com a possibilidade de síntese controlada e em larga escala de enzimas utilizadas na produção de biocombustíveis. Neste contexto, a bactéria gram-negativa Caulobacter crescentus encontra-se como um microrganismo promissor para a exploração biotecnológica em função da capacidade que tem de degradar o xilano, principal componente hemicelulósico das plantas. Essa bactéria contém em seu genoma vários genes que codificam para xilanases e β-xilosidases. Dentre eles o gene xynB3 (CCNA_00856), que apresenta 1623 nucleotídeos e codifica uma proteína contendo domínios conservados de β-xilosidase, com 540 resíduos de aminoácidos, denominada neste trabalho como β-xilosidase III de C. crescentus. Com o objetivo de possibilitar em estudos futuros a caracterização bioquímica dessa proteína, foi estudado o gene xynB3. Para isso, xynB3 foi isolado a partir do DNA genômico de C. crescentus NA1000 por Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) usando oligonucleotídeos específicos. O único produto de amplificação foi clonado no vetor pJet1.2blunt em sítios não coesivos e reintroduzido no vetor de expressão pTrcHisA dentro do quadro de leitura para a produção de uma cauda de histidinas na região amino-terminal da proteína de fusão. A construção obtida foi denominada pTricHis-xynB3 e após confirmação da identidade da mesma por sequenciamento de DNA foi inserida na cepa TOP10 de Escherichia coli e submetida a ensaios experimentais de expressão com diferentes temperaturas de crescimento, concentrações de IPTG e tempos de indução. A proteína recombinante foi super-expressa em corpos de inclusão, portanto, em uma forma não solúvel. Diferentes protocolos de indução e purificação foram empregados para obtenção da β-xilosidase III de C. crescentus pura, em forma nativa ou não nativa. Entretanto, nos ensaios de atividade enzimática, com diferentes substratos, foram obtidos níveis de atividade de β-xilosidase não detectáveis pelas ferramentas utilizadas. Esses resultados sugerem que a enzima não se mostrou ativa durante os ensaios, em função da formação de corpos de inclusão. Isso leva a crer que essa proteína pode apresentar efeito tóxico para E. coli quando expressa em níveis elevados. Assim, este trabalho contribui com dados adicionais a cerca do complexo xilanolítico da bactéria aquática C. crescentus.

Made available in DSpace on 2017-07-10T13:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MULTIFUNCIONAcrescentus.pdf: 2433174 bytes, checksum: e25ac7003e428ac0baf41c43a48f0e42 (MD5) Previous issue date: 2014-12-04 / The genetic manipulation of microorganisms has provided great advances in the production of enzymes involved in the bioconversion of biomass to fuels and chemicals. The main component of hemicellulose that compose the plant biomass is xylan, and its degradation dependent on the synergistic action of several enzymes, including xylanases and β-xylosidases stand as the major. The analysis of the genome of Caulobacter crescentus showed that this bacterium has at least eight genes encoding enzymes involved in the degradation of xylan, three coding for endo-xylanases and five β-xylosidases. In the present report, the enzymatic characterization of a C. crescentus β-glucosidase/β-xylosidase V was performed. For this purpose the xynB5 gene (CCNA 03149) was cloned into pJET1.2 /blunt and subcloned into the expression vector pTricHisA for producing a recombinant protein fused to an amino-terminal His-tag. The recombinant enzyme was induced with IPTG in E. coli (TOP10 strain) and the protein was purified using pre-packaged nickel-sepharose column. The characterization of the pure enzyme showed an optimum pH of 6 for both enzyme activity and a temperature optimum of 50 ° C to β-glucosidase and 60 ° C to β-xylosidase in the presence of NPG and NPX substrates, respectively, while also there has been a small activity in the presence of NPA. The multifunctional protein had its predominant enzyme activity to β-glucosidase (7.6 U ml-1) and a secundary β-xylosidase activity (4.3 U ml-1). In addition to greater specificity for NPG (Km = 0.24  0.008 mM) compared to that obtained for NPX (Km = 0.64  0.032 mM) although the Vmáx for both substrates was not statistically significant difference in optimal conditions of each enzyme (NPG = 0.041  0.001 M min-1 and NPX = 0.055  0.002 M min-1). In fact, data to enzymatic characterization corroborated the suggested in genomic annotation to C. crescentus. These multifunctional characteristics of the protein are important for biotechnological applications like the future reuse of agroindustrial residues / A manipulação genética de microrganismos tem propiciado grandes avanços para a produção de enzimas que possam auxiliar na bioconversão da biomassa vegetal a combustíveis e químicos. O principal componente da hemicelulose que compõem a biomassa vegetal é o xilano, e sua degradação depende da ação sinérgica de várias enzimas, das quais Xilanases e β-Xilosidases destacam-se como as principais. A análise do genoma de Caulobacter crescentus revelou que esta bactéria apresenta pelo menos oito genes envolvidos com a degradação do xilano, três deles codificam para endo-Xilanases, e cinco codificam para β-Xilosidases. O presente trabalho objetivou a caracterização enzimática de uma destas enzimas, a β-Glicosidase/β-Xilosidase de C. crescentus. Para isto o gene xynB5 (CCNA 03149) foi clonado em pJET1.2/blunt e subclonado no vetor de expressão pTricHisA para a produção de uma proteína recombinante fusionada a uma cauda de histidinas amino-terminal. A enzima recombinante foi induzida com IPTG na cepa TOP10 de E. coli e a proteína foi purificada com o auxílio de colunas pré-empacotadas de níquel-sepharose. A caracterização da enzima pura mostrou um pH ótimo igual a 6 para ambas as atividades enzimáticas e uma temperatura ótima de 50 C para -Glicosidase e 60 C para -Xilosidase, na presença dos substratos NPG e NPX, respectivamente, embora também tenha ocorrido uma pequena atividade na presença de NPA. A proteína multifuncional teve sua atividade enzimática preponderante para -Glicosidase (7,6 U mL-1) em relação a atividade de -Xilosidase (4,3 U mL-1). Além de maior especificidade para NPG (Km = 0,24  0,008 mM) em relação à obtida para NPX (Km = 0,64  0,032 mM) embora a Vmáx para ambos substratos não tenham apresentado diferença significativa nas condições ótimas de cada enzima (NPG = 0,041  0,001 M min-1 e NPX = 0,055  0,002 M min-1). Os dados de caracterização confirmaram os sugeridos na anotação genômica para C. crescentus. Estas características multifuncionais da proteína são importantes para futuras aplicações biotecnológicas como o reaproveitamento dos resíduos agroindustriais.

Lipid oxidation is one of the main causes of loss in food quality. In order to prevent oxidative deterioration and organoleptic changes in foods, industries use antioxidants agents. In past few years, the use of natural antioxidants derived from plant extracts, fruits and cereals has attracted the interest of researchers and consumers because they are, generally, healthier and safer than artificial ones. Phenolic compounds are hydroxylated aromatics substances of great structural diversity, which have antioxidant activity and, therefore, they have been widely studied as natural antioxidants in foods. Barley (Hordeum vulgare) and grapes have large amounts of phenolic compounds and their antioxidant activity is broadly known. The objective of this study was to extract phenolic compounds of agroindustrial residues as barley and Merlot and Moscato grapes (Vitis vinifera), from beer and wine production, to apply these extracts in sausages and to evaluate their antioxidant potential. As comparation parameter it was used the synthetic antioxidant sodium erythorbate, generally used in meat products. It were evaluated proximate composition, pH, color, texture, fatty acid profile, oxidative stability (peroxide value, thiobarbituric acid reactive substances TBARS and volatile compounds derived from lipid oxidation) and sensory quality of treatments along 60 days of storage at 4 °C. Color stability was improved by addition of extract of vinification residues from Merlot grape, furthermore, the addition of natural extracts had little effect on texture parameters of sausages. It was observed that the natural extracts, as well as sodium erythorbate, were effective in delaying lipid oxidation, measured by TBARS, until day 30, and the treatment with Merlot residue extract was the most efficient. The fatty acid profile was significantly affected by the storage time of the samples and slightly affected by the addition of antioxidants. It was observed a reduction in the percentage of unsaturated fatty acids and an increase in saturated ones throughout the experiment, which showed the progression of lipid oxidation during the period. The production of different volatile compounds during storage featured each period, being the start period featured by a greater presence of aldehydes, the day 30 featured by presence of volatile 2-butoxyethanol and the day 60 featured by 3-hydroxy-2-butanone. In sensory analysis, only the treatment with extract of brewery residues was rejected by judges in all periods for taste and odor. These results demonstrate that the extracts of vinification residues, especially from Merlot grape, are efficient antioxidants and its can be effectively used in sausages without causing losses to the sensory quality of the product. / A oxidação lipídica é uma das principais causas da perda de qualidade dos alimentos. Com o intuito de evitar a deterioração oxidativa e alterações organolépticas nos alimentos, as indústrias lançam mão do uso de agentes antioxidantes. Nos últimos anos, a utilização de antioxidantes naturais obtidos a partir de extratos de plantas, frutos e cereais, tem atraído o interesse de pesquisadores e consumidores por, normalmente, serem mais saudáveis e seguros que os antioxidantes artificiais. Os compostos fenólicos são substâncias aromáticas hidroxiladas de grande diversidade estrutural, que apresentam ação antioxidante e, por isto, vêm sendo muito estudados como antioxidantes naturais em alimentos. A cevada (Hordeum vulgare) e as uvas apresentam grande quantidade de compostos fenólicos e possuem reconhecida atividade antioxidante. O objetivo deste trabalho foi extrair os compostos fenólicos de resíduos agroindustriais de cevada e uvas Merlot e Moscato (Vitis vinifera), resultantes da produção de cerveja e vinhos, aplicar estes extratos em salsichas e avaliar o seu potencial antioxidante. Como parâmetro para comparação foi utilizado o antioxidante sintético eritorbato de sódio, comumente empregado em produtos cárneos. Foram avaliadas a composição centesimal, pH, a cor, textura, o perfil de ácidos graxos, a estabilidade oxidativa (índice de peróxidos, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico TBARS e compostos voláteis oriundos da oxidação lipídica) e a qualidade sensorial dos tratamentos ao longo de 60 dias de armazenamento a 4 ºC. A estabilidade da cor foi melhorada pela adição de extrato de resíduos de vinificação de uva Merlot, além disso, a adição dos extratos naturais teve pouca influência nos parâmetros de textura das salsichas. Observou-se que os extratos naturais, assim como o eritorbato de sódio, foram eficientes em retardar a oxidação lipídica, avaliada através de TBARS, até o dia 30, sendo o tratamento adicionado de extrato de uva Merlot o mais eficiente. O perfil de ácidos graxos foi significativamente afetado pelo tempo de armazenamento das amostras e pouco afetado pela adição de antioxidantes. Foi observada diminuição nos percentuais de ácidos graxos insaturados e aumento nos saturados ao longo do experimento, o que demonstrou a progressão da oxidação lipídica durante o período. A produção de compostos voláteis ao longo do armazenamento caracterizou cada período, sendo o início do experimento caracterizado por maior presença de aldeídos (hexanal), o dia 30 pela presença do volátil 2-butoxietanol e o dia 60 pela cetona 3-hidroxi-2-butanona. Na análise sensorial somente o tratamento adicionado de extrato de resíduos de cervejaria apresentou baixa aceitabilidade pelos julgadores em todos os períodos quanto ao sabor e odor. Estes resultados demonstram que os extratos de resíduo de vinificação, em especial de uva tinta (Merlot), são antioxidantes eficientes e podem ser utilizados em salsichas, sem causar perdas à qualidade sensorial do produto.