Ce travail porte sur la préparation de matériaux silicatés à porosité hiérarchisée pour l'encapsulation de molécules d'intérêt dans le domaine de la pharmacie et en tant que biocatalyseur. Afin d’atteindre cet objectif, les nano-émulsions sont choisies comme empreinte pour créer les macropores du matériau en raison de la taille homogène et réduite des gouttelettes de l’émulsion (inférieure à 100 nm). Pour cela le système Remcopal 4/décane/eau est investi en déterminant les conditions les plus optimales de formation de nano-émulsion, via les méthodes d'inversion de phases. L’ajout de micelles aux nano-émulsions ne déstabilise pas les émulsions et permet la formation d’un réseau de mésopores organisés selon une symétrie hexagonale. Les matériaux hybrides issus des matériaux poreux contenant encore la phase organique sont dopés par le ketoprofène en vue d’étudier la libération de ce dernier. Celle-ci se révèle sensible au pH. De plus, cette étude de la libération du kétoprofène à partir du matériau méso-macroporeux indique qu'elle est assistée par les micelles qui sont solubilisées dans la solution réceptrice. Le deuxième objectif de ce travail est d'utiliser ces matériaux poreux en tant que biocatalyseur pour la synthèse de biodiesel à partir d'huile de colza. Pour cette application, il est nécessaire que les matériaux résistent à l’immersion dans des milieux aqueux. L’étude de la stabilité hydrothermale a montré que le matériau calciné présente la meilleure stabilité dans l’eau bouillante. Par ailleurs, le matériau peut résister jusqu’à 550°C, la structure ne subissant que des dégradations mineures. Nous avons également utilisé un matériau silicaté à double mésoporosité préparé à partir de micelles fluorées et hydrogénées coexistant dans une même solution. L'évaluation thermique et hydrothermale indique que ces matériaux présentent deux cinétiques de déstructuration qui correspondent à chacune des deux matrices ayant deux tailles de pores différents. L’immobilisation de la lipase Mml est étudiée sur le matériau méso-macroporeux calciné et sur le matériau à double mésoporosité. Les isothermes d'adsorption ont permis de mettre en évidence que le matériau à double mésoporosité peut encapsuler plus d’enzymes que son homologue méso-macroporeux. L’activité enzymatique, au regard des réactions de transestérification, est de façon inverse plus importante avec le matériau méso-macroporeux calciné / This work concerns the preparation of silica materials with hierarchical porosity for the encapsulation of molecules of interest in the field of drug delivery and as biocatalysts. In order to reach this goal, the nano-emulsions were chosen as templates for the macropores of the material because of the homogeneous and small size of the emulsion droplets (less than 100 nm). The system Remcopal 4/decane/water was investigated and the optimal conditions for which nano-emulsion is formed via the phase inversion methods were determined. Adding micelles to the nano-emulsions does not affect its stability and can form a network of mesopores organized with a hexagonal symmetry. Hybrid materials which are hierarchically porous materials where the organic phase is still present, were doped with ketoprofen to study its release, which proved to be pH sensitive. Moreover, the study of the release of ketoprofen from the meso-macroporous material indicates that it is assisted by the micelles which are solubilized in the release medium. The second objective of this work was to use these porous materials as a biocatalyst for biodiesel synthesis from colza oil. For this application it was necessary that the materials are resistant to immersion in aqueous media. The study of the hydrothermal stability shows that the calcined material has the best stability in boiling water. Moreover, the material can withstand up to 550 ° C, the structure undergoes only minor damages. We also used a dual-mesoporous silica material prepared from hydrogenated and fluorinated micelles coexisting in the same solution. Thermal and hydrothermal evaluation indicates that these materials have two different decay kinetics corresponding to each of the two matrices having different pore sizes. The immobilization of lipase Mml was studied on the meso-macroporous calcined material and the dual-mesoporous material. The adsorption isotherms were used to demonstrate that the dual-mesoporous material can encapsulate more enzymes than its meso-macroporous counterpart. On the other hand, the enzyme activity, evaluated by the transesterification reactions, is more important for the calcined meso-macroporous material

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-12T15:48:30Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ismail Es - 2015.pdf: 2836759 bytes, checksum: cf319655f2dc3d3d3163758c27aa8a40 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-05-12T15:50:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ismail Es - 2015.pdf: 2836759 bytes, checksum: cf319655f2dc3d3d3163758c27aa8a40 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T15:50:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ismail Es - 2015.pdf: 2836759 bytes, checksum: cf319655f2dc3d3d3163758c27aa8a40 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Production of a starch-degrading cyclodextrin glicosiltransferase (CGTase, EC 2.4.1.19) on solid-state culture and batch fermentation was evaluated by free and immobilized alkalophilic Bacillus sp on polymeric chitosan matrix. Immobilization procedure was performed by mixing bacterial cells with low molecular weight chitosan dissolved in HCl. Structure of free bacterial cell, polymeric chitosan matrix and immobilized cells were visualized by scanning electron microscopy (SEM). The images obtained from SEM showed that the procedure used for immobilization was easy, cheap and effective. Three different starch sources as substrate were used: potato, corn and cassava. Qualitative analysis of CGTase production was determined by colorless area formation on solid culture containing phenolphthalein. Enzymatic indices, which indicated the production of CGTase on solid culture, were calculated for both free and immobilized cells on different starch sources. Enzyme activity of CGTase was determined before and after each purification step: ammonium sulfate precipitation, starch adsorption and dialysis. Biomass growth and substrate consumption were analyzed by Flow cytometry and modified phenol-sulfuric acid assay, respectively. Free cells reached very high numbers (2.5 × 107 ml-1) during batch culture, besides; immobilized cells maintained initial inoculum concentration (2.5 × 105 ml-1) during enzyme production. The maximum enzyme activity achieved by free cells was 21.25 U (35 h), 14.65 U (40 h) and 19.16 U (33 h) on cassava, potato and cornstarch, respectively. During batch culture, immobilized cells produced CGTase with the enzyme activity of 24.375 U (16 h) for cassava, 24.375 U (9 h) for potato starch and 21.25 U (8.5 h) for cornstarch in a shorter cultivation time. Consequently, immobilization decreased the production time and increased enzyme activity of CGTase. / A produção e atividade enzimática da “Ciclodextrina glicosiltransferase” (CGTase, EC 2.4.1.19) em cultura sólida e fermentação por batelada por bactérias alcalifílicas livres e imobilizadas em matriz polimérica de quitosana foi avaliada. O procedimento de imobilização foi realizado através da mistura das células bacterianas com quitosana de baixa massa molecular dissolvida em HCl. A estrutura da célula bacteriana livre, a matriz polimérica de quitosana e as células imobilizadas foram visualizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As imagens obtidas por MEV mostraram que o procedimento utilizado para a imobilização foi realizado com sucesso e pode ser considerado como um procedimento simples, barato, rápido e eficaz. Foram utilizados três diferentes fontes do amido como substrato: mandioca, batata e milho. A análise qualitativa da produção da CGTase foi determinada pela formação de área amarela em cultura sólida contendo fenolftaleína. Índices enzimáticos, que indicam a produção da CGTase pelas colônias bacterianas em cultura sólida, foram calculados para ambas as células livres e imobilizadas em diferentes fontes de amido. A atividade enzimática da CGTase foi determinada antes e depois de cada passo de purificação: precipitação com sulfato de amônio, adsorção no amido e diálise. O crescimento da biomassa e consumo do substrato foram analisados por citometria de fluxo e ensaio modificado de fenol - ácido sulfúrico, respectivamente. Células livres atingiram concentrações muito elevadas (2.5 × 107 ml-1) durante a fermentação por batelada, porém as células imobilizadas continuaram com a concentração do inóculo inicial (2.5 × 105 ml-1) durante a produção da enzima. A atividade máxima da enzima obtida por células livres foi 21.25 U (35 h), 14.65 U (40 h) e 19.16 U (33 h) utilizando amido de mandioca, batata e milho, respectivamente. Durante a fermentação batelada, as células imobilizadas produziram a CGTase com a atividade enzimática de 24.375 U (16 h) para a mandioca, 24.375 U (9 h) para fécula de batata e 21.25 U (8.5 h) para o amido de milho. Consequentemente, a imobilização diminuiu o tempo de produção e aumentou a atividade da CGTase.

Orientador: Glaucia Maria Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-07T18:42:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pace_LuizWanderleyBratfisch_D.pdf: 1299912 bytes, checksum: 1fd286322b5f78c4d7eae6e8c0a42f42 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A síntese de ésteres utilizando biocatalisadores está se tornando técnica e economicamente viável, devido aos benefícios apresentados pelo uso destes catalisadores, aos constantes investimentos no desenvolvimento de enzimas com maior rendimento, estabilidade e atividade enzimática e ao surgimento de enzimas imobilizadas que possibilitam o reuso várias vezes. Considerando o grande potencial das enzimas como biocatalisadores e apesar de já existerem no mercado algumas aplicações definidas, existe necessidade de estudo e aprimoramento dos processos enzimáticos nesta área, principalmente para estabelecer os processos em escala industrial. Neste trabalho foi estudada a síntese de quatro ésteres de poliglicóis, com propriedade surfactante e antiespumante, utilizando lipases e esterases como biocatalisadores. Foram avaliadas nove enzimas comerciais de diferentes fornecedores e selecionado três; as quais se apresentaram mais adequadas para os ésteres a serem obtidos e nas condições de processo que possibilitem a produção dos mesmos em escala industrial. A seleção das enzimas e condições reacionais foram baseadas nos resultados obtidos das 227 reações realizadas em laboratório e 2 reações em escala piloto. Três ésteres foram obtidos com sucesso por biocatálise, sendo dois com propriedades de surfactante e um com propriedades de antiespumante, igual ou superior aos produtos obtidos por processo químico. Todos os produtos obtidos por biocatálise apresentaram coloração mais clara, indicando menor oxidação, quando comparados com os produtos obtidos pelo processo químico, no qual é utilizado catalisador ácido e altas temperaturas. Nos estudos realizados foi possível comprovar a seletividade da esterase avaliada como biocatalisador, ao alterar um dos componentes do substrato. As esterificações foram realizadas em diferentes temperaturas, concentrações de enzimas e tempos de reação, visando obter condições de processo que permitam a produção dos ésteres em escala industrial. O acompanhamento das reações foi realizado através de análise titulométrica e espectrometria no infravermelho. A identidade dos ésteres obtidos por biocatálise frente aos ésteres obtidos por processo químico, foi realizada através das técnicas de espectrometria no infravermelho, cromatografia em camada delgada e cromatografia líquida de alta eficiência. A faixa de temperatura ideal para a obtenção dos ésteres estudados foi de 70 ¿ 75º C, com tempo de reação entre 8 e 10 horas e porcentagem de esterificação de até 95%. Os resultados obtidos comprovam que lipases e esterases podem ser utilizadas, na síntese de ésteres de poliglicóis, em substituição aos catalisadores utilizados nos processos químicos, permitindo a redução da temperatura e pressão do processo. Com isso, aumenta a segurança do processo e reduz os impactos ambientais, pela redução do consumo de energia e uso de catalisadores menos agressivos ao meio ambiente. Salientamos que as enzimas são produzidas com insumos renováveis e processos que causam mínimos impactos ao meio ambiente / Abstract: The ester biocatalyst synthesis is becoming technical and economically viable, based on the associated benefits by the use of these catalyst, the constant investiments in enzymes development with high yield, stability, enzymatic activity and new immobilized enzymes that allow multiple uses of the same material. Considering the great potential of enzymes as biocatalysts and although there is already in the market some defined applications, there is still the need to study and improve the enzymatic processes in this area, mainly to establish processes on industrial scale. In this paper, the synthesis of four polyglycol esters with defoamer and surfactant properties, using lipases and esterases as biocalyst, were studied. Nine commercial enzymes coming from different suppliers were evaluated and three were selected; which showed to be more adequate for the esters to be obtained and for the conditions of the process to allow their use on industrial scale. The selection of enzymes and the reacting conditions were based on the results obtained from the 227 reactions runned in the laboratory and 2 reactions in pilot scale. Three esters were successfully obtained by biocatalysis, two with surfactant properties and one with defoamer properties, with the same or better performance than the products obtained by the chemical process. All products obtained by biocatalyst process presented light color, indicating less oxidation, when compared with products obtained by chemical process, where an acid catalyst and high temperatures are used. Esterase biocatalyst selectivity was demonstrated when one component of the substrate was changed. Esterification was carried out in different temperatures, enzymes concentrations, and reaction times, in order to obtain adequate process conditions that allowed the production of esters on industrial scale. Reaction tracking was done using titration analysis and infrared spectrometry. The identity of esters obtained by biocatalysis in relation to esters obtained by chemical process was established through infrared spectrometry techniques, thin layer chromatography, and high performance liquid chromatography. The ideal temperature range to obtain the esters studied was 70 ¿ 75º C, with a reaction time between 8 to 10 hours and esterification percentage up to 95%. The results obtained prove that lipases and esterases can be used in the synthesis of polyglycol esters in substitution to catalysts used in chemical processes, allowing temperature and pressure reduction in the process. Thus, the process safety increases and environmental impacts are reduced, by the reduction of energy consumption and the use of less aggressive catalyst to the environment. It is important to point out that the enzymes are produced with renewable materials and processes that cause minimum impact to the environment / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

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Submitted by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2018-06-06T14:01:03Z No. of bitstreams: 1 ThaisDuarteCostaDissertacao2018.pdf: 3076865 bytes, checksum: 13af7d694f07d7e2dcc9281907285b62 (MD5) / Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2018-06-06T14:01:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ThaisDuarteCostaDissertacao2018.pdf: 3076865 bytes, checksum: 13af7d694f07d7e2dcc9281907285b62 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T14:01:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThaisDuarteCostaDissertacao2018.pdf: 3076865 bytes, checksum: 13af7d694f07d7e2dcc9281907285b62 (MD5) Previous issue date: 2018-04-03 / Polyethylene terephthalate (PET) based plastics are serious environmental problem due to long decomposition periods and petroleum-dependent origin. Therefore, bioplastics are a promising alternative as their synthesized by the polimerization of renewable raw materials, yeilding biodegradable and environmental-friendly products. One of the most relevant polymers in this scenario is the poly lactic acid (PLA) formed from lactic acid monomers. The main characteristics of PLA are low toxicity to humans due to high biocompatibility, for example in biomedical materials, and biodegradability, which reduces their time in landfills due to the faster decomposition process. These properties provide wide applicability of this polymer in various areas such as packaging, textiles and biomedical materials. Commonly, the chemical polymerization process of PLA can be carried out in two ways, (1) ring opening for further polymerization or (2) condensation of the lactic acids. In both cases, the presence of metal catalysts such as zinc, aluminum and magnesium is required. These, in addition to being toxic, hinder the use of the polymer, for instance, in the biomedical area, for generating metallic waste. An alternative to such catalysts is the use of biocatalysts. Polyhydroxyalkanoate synthase (phaC) has been previously used for the polymerization of lactic acid produced in recombinant strains of Escherichia coli. Thus, within the lactic acid production platform in recombinant Komagataella phaffi strains, the objective of this work is to produce the phaC enzyme with point mutations at the S325N and Q481I sites. These residue changes provide a greater specificity of the enzyme-substrate complex to act as a biocatalyst in the polymerization of lactic acid in Komagataella phaffi. In this study, three cloning strategies were performed between the phaCPs insert and pGAPZ??B vector. To date, there have been no transformants in any of the strategies. However, Strategy C has not yet been fully implemented, which also results in the possibility of cloning between phaCPs insert and pGAPZ??B expression vector with the correct sequence. It is expected that successful cloning, recombinant DNA sequencing and plasmid insertion into Komagataella phaffii genome can be performed to conclude this study. / Os problemas ambientais gerados por pl??sticos ?? base de tereftalato de polietileno (PET) se devem ao extenso tempo de decomposi????o desses materiais no meio ambiente e a sua fonte de origem que ?? dependente de petr??leo. Diante disso, biopl??sticos t??m sido uma alternativa promissora devido ao fato de serem biologicamente degrad??veis, al??m de terem como origem mat??rias-primas renov??veis, o que os tornam sustent??veis. Um dos pol??meros mais relevantes desse cen??rio ?? o poli (??cido l??tico) (PLA) formado a partir de mon??meros de ??cido l??tico. As principais caracter??sticas do PLA s??o baixa toxicidade aos humanos devido ?? alta biocompatibilidade, como por exemplo em mat??rias biom??dicos, e biodegradabilidade, o que reduz seu tempo em aterros devido ao processo mais r??pido de decomposi????o. Essas propriedades proporcionam uma ampla aplicabilidade deste pol??mero em diversas ??reas como embalagens, ??reas t??xteis e materiais biom??dicos. Comumente, o processo qu??mico de polimeriza????o do PLA pode ser realizado por meio de duas formas, (1) abertura do anel para posterior polimeriza????o ou (2) por condensa????o dos ??cidos l??ticos. Nos dois casos, ?? necess??ria a presen??a de catalisadores met??licos como zinco, alum??nio e magn??sio. Estes, al??m de serem t??xicos atrapalham na utiliza????o do pol??mero, por exemplo, na ??rea biom??dica, por gerar res??duos met??licos. Uma alternativa a esses catalisadores ?? a utiliza????o de biocatalisadores, como a polihidroxialcanoato sintase (phaC), j?? foi previamente utilizada para polimeriza????o de ??cido l??tico produzido em cepas recombinantes de Escherichia coli. Assim, dentro da plataforma de produ????o de ??cido l??tico, em cepas de Komagataella phaffii recombinantes, o objetivo deste trabalho ?? referente ?? produ????o da enzima phaC com muta????es pontuais nos s??tios S325N e Q481I, pois essas altera????es proporcionam uma maior especificidade do complexo enzima-substrato, para que atue como biocatalisador na polimeriza????o de ??cido l??tico em Komagataella phaffi. Neste estudo, foram realizadas tr??s estrat??gias de clonagem entre o inserto phaCPs e vetor pGAPZ??B. At?? o presente, n??o houve transformantes em nenhuma das estrat??gias. Entretanto, a Estrat??gia C ainda n??o foi executada completamente, o que resulta ainda na possibilidade de clonagem entre inserto phaCPs e vetor de express??o pGAPZ??B com a sequ??ncia correta. A expectativa deste estudo ?? a conclus??o da clonagem, verifica????o da sequ??ncia correta do DNA recombinante atrav??s do resultado do sequenciamento e inser????o do plasm??deo ao genoma da levedura Komagataella phaffii.