Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Fernando Ferreira Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T10:30:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo_FlaviaCosta_D.pdf: 6145744 bytes, checksum: 199799932d8959740a6ec52e8963bcb8 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os cupins são insetos pertencentes à Ordem Isoptera, com mais de 3.000 espécies descritas. São importantes agentes de degradação de madeira e compostos celulósicos em geral. Entretanto, essas mesmas características tornam algumas das espécies danosas por destruírem estruturas de edificações, sendo responsáveis por prejuízos da ordem de milhões de dólares. Uma destas espécies-praga é o Coptotermes gestroi. Originária do sudeste asiático foi introduzida no Brasil no início do século XX, estabelecendo-se ao longo daregião costeira, mas com uma clara expansão para o interior do país. O ciclo de vida de C .gestroi inicia com a eclosão do ovo, a larva originada pode se transformar tanto em um operário (linhagem áptera) como em uma ninfa (linhagem ninfal), a qual pode originar um rei ou uma rainha. Além disso, o operário pode se transformar em soldado, sob indução do hormônio juvenil. Assim sendo, o objetivo do presente trabalho foi a avaliação da expressão gênica nas diversas castas e estágios de vida de C.gestroi visando a identificação de genes relacionados ao ciclo de vida e com possível aplicação biotecnológica. Para isso,foi deita a análise de uma biblioteca de cDNA de cabeça de operários previamente construída. Para melhor compreender genes diferencialmente expressos entre as castas,outras quatro bibliotecas subtrativas foram confeccionadas. Alguns dos genes identificados foram genes selecionados para a validação pelo método de PCR em tempo Real. O seqüenciamento de segunda geração (454) foi realizado com amostras de soldados e operários e mais de 110.000 transcritos foram identificados. Dentre eles destacam-se as Hexamerinas I e II, a epóxido hidroláse do hormônio juvenil e genes relacionados à musculatura. Quanto aos genes com potencial biotecnológico dezenove enzimas envolvidasna quebram da lignocelulose foram identificadas e serão investigadas para confirmar o papel destas neste processo. / Abstract: Termites are insects belonging to the Order Isoptera, with more than 3,000 describedspecies. These insects are important wood and cellulosic compounds degraders. However, these same characteristics make some of them harmful species to mankind, by destroying buildings, accounting for million dollars losses. One of these pest species is Coptotermesgestroi. Originated from Southeast Asia, it was introduced in Brazil in the early twentieth century, establishing colonies along the coastal region, but with a clear expansion into thecountry. The life cycle of C. gestroi works as follows: after hatching from the egg, thelarvae can become either a worker (apterous lineage) or a nymph (nymphal lineage), whichcan lead to a king or a queen. In addition, the worker can become a soldier, under inductionof juvenile hormone. Therefore, the purpose of this study was the evaluation of gene expression in different castes and developmental stages of C.gestroi in order to identifygenes related to different life cycles and biotechnological potential. To accomplish this, weanalized a workers head cDNA library previously prepared. To better understand genes differentially expressed between castes, other four subtractive libraries were constructed. Some of the genes identified were selected for validation by Real Time PCR. Secondgeneration sequencing (454) was performed with samples of workers and soldiers and morethan 110,000 transcripts were identified. Among them stand out Hexamerins I and II, thejuvenile hormone epoxide hydrolase and genes related to muscle formation. As for geneswith biotechnological potential, nineteen enzymes involved in lignocellulose's break downwere identified and will be investigated to confirm their role in this process. / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:40:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_AbraaoBrito_M.pdf: 2917750 bytes, checksum: 29760331e4f1d1b092f62811a8190fa9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Leveduras têm sido pouco estudadas na produção de amilases, celulases e gomas. As amilases podem ser utilizadas tanto na indústria de alimentos quanto na farmacêutica e química. Cada aplicação requer uma peculiaridade quanto à especificidade, estabilidade, temperatura e pH. Fungos e bactérias são as fontes mais comuns de _-amilase para uso comercial e para a pesquisa científica. As enzimas envolvidas na degradação da celulose são denominadas ¿complexo celulase¿. A aplicação de celulases produzidas por via microbiana em indústrias de papel e celulose pode viabilizar uma redução significativa do impacto ecológico promovido por este tipo de indústria. Gomas são polissacarídeos de alto peso molecular de origem vegetal ou microbiana que podem ser dissolvidos ou dispersados em água. Estes polissacarídeos desempenham papel importante como componente da maioria dos alimentos, uma vez que podem alterar expressivamente as propriedades reológicas de fluidos. Neste experimento foram selecionadas cepas de leveduras selvagens coletadas na Floresta Amazônica, Pantanal, Mata Atlântica e Cerrado capazes de produzir as enzimas dos complexos amilase e celulase (CMCase - carboximetilcelulase, celobiase e FPase ¿ atividade em papel de filtro) e, ainda, gomas. Em primeira instância, realizou-se uma triagem com verificação da capacidade produtiva das enzimas e gomas em meio sólido. Numa segunda etapa, as leveduras selecionadas do processo de triagem foram submetidas à produção das enzimas ainda em meios sólidos, com determinação da atividade. As cepas que produziram enzimas com maior atividade em meios sólidos foram também testadas em meios líquidos sob agitação de 150 rpm em temperatura controlada de 30 °C por 96 h para produção de amilases e 120 ou 240 h para produção de celulases. As leveduras potencialmente produtoras de gomas foram selecionadas comparando-se a similaridade das colônias com as da bactéria Xanthomonas campestris em meio de cultura seletivo. Das 390 cepas testadas no processo de triagem, foram selecionadas 45 cepas, consideradas potencialmente produtoras de amilases (12,31 %); 84 (21,54 %), produtoras de CMCase; 46 (11,79 %), produtoras de celulases e 35 (8,97 %), produtoras de gomas. Entre as leveduras previamente selecionadas como produtoras de enzimas em meio sólido, foram escolhidas 5 cepas produtoras de amilases e 15 produtoras de celulases para o estudo de produção de enzimas em frascos agitados. A levedura AAO15, coletada na região do Cerrado foi selecionada como maior produtora de amilase, sendo que a enzima apresentou maior atividade a 60 °C. Quanto à produção de celulases, se destacaram as cepas AQ6 na produção de CMCase e celobiase e AY7 na produção de FPase, coletadas na Floresta Amazônica e Mata Atlântica, respectivamente / Abstract: The production of amylases, cellulases and gums by yeasts has a great importance on different areas, however only a few studies has been found in literature. Amylases are enzymes that may be used in different areas, such as food, pharmaceutics and chemical industry. Each application requires specific conditions of specificity, stability, temperature and pH. Fungae and bacteria are most common source of a-amylase for commercial use and scientific research. The applicability of cellulase produced by microbial way on paper and cellulose industry leads to a significant reduction on environmental impact of these industries. Gums are high molecular polysaccharides from vegetal or microbial origin that may be dissolved or dispersed in water. Such polysaccharides play an important role in food formulation, once they can strongly modify rheological properties of fluids. In this study, different varieties of wild yeasts collected from various Brazilian regions were screened in order to evaluate their ability to produce amylase, cellulase and gums. A first screening was carried out to evaluate the ability of production of enzymes and gums in solid media. The enzymatic activity of the previously screened yeasts was calculated. The varieties with higher activity were tested in stirred media at 150 rpm and 30 °C for 96 hours for amylase, and 120 and 240 hours for cellulase. To evaluate the ability for gum production, yeasts with colonies similar to the ones of Xantomonas Campestris, at analogous conditions, were considered. Initial screening tested 390 varieties: 45 varieties produced amylase (12,31 %), 84 (21,54 %), produced CMCase; 46 (11,79 %), produced cellulases and 35 (8,97 %), produced gums. In solid media, 5 and 15 yeasts were selected for the study of amylase and cellulase production, respectively. Such yeasts were submitted to stirred media assays. The coded AAO15 yeast, from ¿Cerrado¿, has shown the highest amylolitic activity at 60 °C. For cellulolitic activity, coded yeast AQ6 from Amazon Forest, has shown higher CMCase and cellobiase activity, while AY7, from Mata Atlantica, has shown higher FPase activity / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valerio_AmandaAbdalla_D.pdf: 3553304 bytes, checksum: 97ba97062f1c23d4b29447c0b9a7316d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.-) são enzimas que hidrolisam ligações glicosídicas. Neste trabalho realizamos estudos funcionais e estruturais de duas glicosídeo hidrolases: a celulase XF0810 de Xylella fastidiosa e a lisozima digestiva 1 de Musca domestica (MdL1). A celulase XF0810 está anotada no genoma da X. fastidiosa como membro da família 5 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.4). Após a amplificação, clonagem, expressão e purificação da mesma; prosseguimos com os experimentos de filtração em gel analítica, dicroísmo circular, DLS, ensaio enzimático e cristalização desta proteína. Foi feito um estudo de modelagem onde ficou evidenciado que a XF0810 não pertenceria à família 5 pois quatro dos sete resíduos conservados que caracterizam esta família foram substituídos, incluindo os dois resíduos catalíticos de glutamato essenciais para o mecanismo de clivagem de retenção. Isto foi comprovado através da ausência de atividade nos ensaios feitos com a proteína purificada. A MdL1 pertence à família 22 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.17) e foi cristalizada com o ligante Nacetilquitotetraosídeo para a difração de raios X. A resolução da estrutura (2H5Z no PDB) foi realizada por meio do método de substituição molecular tendo como modelo a estrutura nativa. A análise comparativa da MdL1 com outras lisozimas de quatro classes diferentes de animais mostrou grande semelhança e pequenas diferenças apenas na região das voltas. Estas diferenças foram utilizadas para explicar as características especiais de uma lisozima com função digestiva. A volta na região definida pelos resíduos 98-100 apresenta uma deleção na MdL1, tornado-a menos exposta ao solvente, podendo justificar a resistência à proteólise. O resíduo Gln100 participa de uma interação com o ligante. Os resíduos Thr107 e Asn46 são apontados como responsáveis pelo decréscimo dos pKa dos grupos carboxilas dos resíduos catalíticos Glu32 e Asp50, respectivamente. A diminuição dos pKa explica o pH ótimo mais ácido característico de lisozimas digestivas / Abstract: Glycoside hydrolases (EC 3.2.1.-) are enzymes that hydrolyze glycoside bonds. In this work we studied functional and structural features of two glycoside hydrolases: the cellulase XF0810 of Xylella fastidiosa and the digestive lysozyme 1 of Musca domestica (MdL1). The cellulase XF0810 is annotated in the genome of X. fastidiosa as member of family 5 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.4). After the amplification, cloning, expression and purification of XF0810; we continued with the experiments of analytical gel filtration, circular dichroism, DLS, enzymatic assay and crystallization of this protein. A homology model was built which showed that XF0810 did not belong to family 5 because four of seven conserved residues that characterize the family were substituted, including the two catalytic residues of glutamate that are essential for the retention hydrolysis mechanism. This was further confirmed by the absence of activity in the assays (exocellulase with PNPc) performed with the purified protein. The MdL1 belongs to the family 22 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.17) and was crystallized with the ligand N-acetilchitotetraose for X-ray diffraction. The resolution of the structure (2H5Z in PDB) was accomplished by molecular replacement with the native structure as the searching model. The comparative analysis of MdL1 with other lysozymes of four different classes of animals showed a high similarity and few differences appeared only in the loops¿ regions. These differences were used to explain the special characteristics of the lysozyme with a digestive function. The loop in the region defined by residues 98-100 presents one deletion in the MdL1, becoming less exposed to the solvent, this might justify the proteolysis resistance. The residue Gln100 participates directly in an interaction with the ligand. The residues Thr107 and Asn46 are pointed out as responsible for a reduction in the pKa of the carboxyl groups of catalytic residues Glu32 e Asp50, respectively. The reduction in pKa explains the more acidic pH optimum that characterizes the digestive lysozymes / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-01T14:42:20Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielle Pires Nogueira - 2016.pdf: 2016091 bytes, checksum: eb50931397d77906f88aaeec4a5fa5d0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-01T14:42:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielle Pires Nogueira - 2016.pdf: 2016091 bytes, checksum: eb50931397d77906f88aaeec4a5fa5d0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-01T14:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielle Pires Nogueira - 2016.pdf: 2016091 bytes, checksum: eb50931397d77906f88aaeec4a5fa5d0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 / Due to the recent research for new fuels from renewable sources ethanol has been gaining momentum, because it can be produced from diverse raw materials, such as agro-industrial residues. The objective with this work was to study the production of reducing sugar by dilute acid, and enzymatic hydrolysis of the orange bagasse from juice industry. The orange bagasse was collected, cut into pieces, and crushed. Granulometry, and the contents of moisture, ashes, holocellulose, cellulose, hemicelulose, soluble and insoluble lignin were determined. The pre-treatment was done with calcium hydroxide following what was previously tested by Silva et al. (2013). A pre-test of the enzymes combination was done using 2 g of pre-treated biomass, in dry base, using 3 FPU/mL of cellulase, and 0 U/g and 3 U/g of xylanase. For the hydrolysis two central composite factorial 2³ designs were done, with the answer in total reducing sugars (ART). For the dilute acid hydrolysis the factors were HCl concentration, temperature, and time, and for the enzymatic the concentrations of cellulase and xylanase and time. The granulometry showed that 47.75% of the biomass with diameter over 0.833 mm, 32.84% of the biomass with an average diameter of 0.564 mm, and 19.41% of the biomass with diameter under 0.295 mm. The moisture content prior to drying was 84.69% and 7.38%, the ashes content was 3.79%. The cellulose content was 22.90% and the hemicellulose was 3.39%. The lignin content was 9.90%. The reducing sugar results for the acid hydrolysis varied from 9.32±0.68 mg ART per g of biomass to 30.15±0.31 mg ART per g biomass, the most significant factor was temperature, and the least was time. It was not possible to find the optimum region with the studied factors. The reducing sugar results for the enzymatic hydrolysis varied from 75.33±3.82 mg ART per g biomass to 99.66±0.62 mg ART per g biomass, the most significant factor was the cellulase concentration, and the least significant the xylanase concentration. The studied factors did not show the optimum region to maximize the reducing sugars content. The enzymatic hydrolysis produced larger concentrations of reducing sugars than the acid hydrolysis. / Frente as recentes buscas por novos combustíveis de fontes renováveis o etanol de segunda geração tem ganhado força, por poder ser produzido a partir de diversas matérias primas lignocelulósicas, como os resíduos agroindustriais. Objetivou-se com este trabalho estudar a geração de açúcares redutores por hidrólises ácida diluída e enzimática do bagaço de laranja proveniente da indústria de suco. O bagaço de laranja foi coletado, cortado, seco e moído. Granulometria, umidade, cinzas, concentrações de holocelulose, celulose, hemicelulose e lignina solúvel e insolúvel foram determinadas. O pré-tratamento foi realizado com hidróxido de cálcio de acordo com o previamente testado por Silva et al. (2013). Foi realizado um pré-teste da combinação das enzimas. Para as hidrólises foram feitos dois planejamentos fatoriais do tipo composto central 2³, com resposta em açúcares redutores totais (ART). Para a hidrólise ácida diluída os fatores estudados foram concentração de HCl, temperatura e tempo de hidrólise, na enzimática as concentrações de celulase e hemicelulase e o tempo. Na análise granulométrica encontrou-se 47,75% da biomassa com diâmetro superior a 0,833 mm, 32,84% de biomassa com diâmetro médio de 0,564 mm e 19,41% com diâmetro inferior a 0,295 mm. A umidade da biomassa antes da secagem foi de 84,69%, depois da secagem de 7,38% e as cinzas 3,79%. O conteúdo de celulose foi de 22,90% e o de hemicelulose 3,39%. O conteúdo de lignina foi de 9,90%. Houve uma perda de massa média de 30,03% no pré-tratamento. O pré-teste indicou um efeito positivo na combinação das enzimas para geração de açúcares redutores. Os resultados de açúcares redutores da hidrólise ácida variaram de 9,32±0,68 mg ART por g de biomassa a 30,15±0,31 mg ART por g biomassa, o fator mais significativo foi a temperatura e o menos o tempo, não foi possível encontrar a região ótima com os fatores estudados. Os resultados de açúcares redutores da hidrólise enzimática variaram de 75,33±3,82 mg ART por g biomassa a 99,66±0,62 mg ART por g biomassa, o fator mais significativo foi a concentração de celulase e o menos a concentração de xilanase. Com os fatores estudados não foi possível encontrar a região ótima de geração de açúcares redutores. A hidrólise enzimática gerou maiores concentrações de açúcares redutores que a hidrólise ácida.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-05-25T11:53:11Z No. of bitstreams: 2 Indianara Kawana Bueno.pdf: 2050489 bytes, checksum: 3865a86596759f1ff761267b04d8a615 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T11:53:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Indianara Kawana Bueno.pdf: 2050489 bytes, checksum: 3865a86596759f1ff761267b04d8a615 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / The research for renewable energy sources became even more essential due the imminent depletion of the fossil fuel sources. In this context Brazil has a prominent position on the world stage, since it has already used ethanol from sugar cane for some decades. The second generation ethanol (2G) is produced from the lignocellulosic biomass of the vegetable, which is composed by cellulose, hemicellulose and lignin. The hydrolysis of these compounds requires a specific and high cost enzymatic cocktail. On this scenario, the Trichoderma reesei fungus gains spotlight, since it is one the microorganisms with the highest potential to produce hydroliytic enzymes. Therefore, the attempt to increase the cellulases production of this fungus is an important for the production of biofuels more attractive to the market. The aim of this work is to confirm the deletion of the sequence which codifies the zinc finger motif of the transcription factor ACE1 for cellulose repression from the T. reesei RUT-C30 strain and to characterize the enzymatic production of these mutant strains named T. reesei RUT-C30Δzface1. The enzymatic quantification was carried using the substrates carboxymethyl cellulose, microcrystalline cellulose and Whatman paper filter. The deletion confirmation occurred by the absence of the amplification gene ace1 on the mutants and the amplification of a 429 pb fragment of the RUT-C30 parental strain when the same primers and PCR conditions where used. These results suggest that the deletion of the zinc finger motif of the from ACE1 transcription factor is a prominent way to achieve an economically viable production of bioethanol. / Com a depleção eminente das fontes de combustíveis fósseis, torna-se cada vez mais imprescindível a busca por fontes renováveis de energia. Neste âmbito, o Brasil tem destaque no cenário mundial, pois já utiliza o etanol a partir da cana-de-açúcar há algumas décadas. O etanol de segunda geração (2G) é produzido a partir da massa lignocelulolítica do vegetal, que é composta de celulose, hemicelulose e lignina. A hidrólise desses compostos necessita de um coquetel enzimático específico e de alto custo. Neste cenário, o fungo Trichoderma reesei ganha destaque, pois é um dos microrganismos com maior potencial para produção de enzimas hidrolíticas. Desta forma, as tentativas de aumentar a produção de celulases desse fungo, torna a produção do bioetanol uma alternativa mais atrativa ao mercado. Este trabalho teve como objetivos confirmar a deleção da sequência que codifica o dedo de zinco do fator de transcrição do repressor de celulase ACE1 da linhagem T. reesei RUT-C30 e caracterizar a produção enzimática dessas linhagens mutantes denominadas T. reesei RUT-C30Δzface1. A confirmação de deleção ocorreu pela ausência de amplificação do gene ace1 nos mutantes e amplificação de um fragmento de 479 pb na linhagem parental RUT-C30, quando utilizados os mesmos primers e condições de reação de PCR. A dosagem enzimática com os substratos carboximetilcelulose (CMC), celulose microcristalina (Avicel®) e papel de filtro Whatman (PF), mostraram que o RUT-C30Δzface1 tem a atividade celulolítica aumentada em até 3,2 vezes em Avicel e 2,1 vezes em CMC e PF em comparação à linhagem parental RUT-C30. Em 24 horas de hidrólise os mutantes apresentaram liberação de açúcar 1,4 vezes maior em relação ao RUT-C30. Estes resultados sugerem que a deleção parcial do fator de transcrição ACE1 é um proeminente caminho para a conquista de uma produção de bioetanol economicamente viável.

Orientadores: Florencia Cecilia Menegalli, Franciele Maria Pelissari Molina / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-25T00:00:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tibolla_Heloisa_M.pdf: 30429584 bytes, checksum: 643238deef75b3825c3b74575e11f722 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A presente dissertação objetivou estudar o potencial da técnica de hidrólise enzimática na produção de nanofibras de celulose (NFCs) a partir da casca de bananas verdes da variedade "Terra" (Musa paradisiaca). Na primeira etapa do trabalho, o farelo da casca da banana foi caracterizado com base em suas propriedades físico-químicas, funcional e estrutural. Na segunda etapa, testou-se combinações de tratamentos (químico, hidrólise enzimática e tratamento mecânico) para isolar nanofibras de celulose. Na terceira etapa do trabalho avaliou-se a influência das condições de processo (pH, temperatura, concentração de enzima e concentração de substrato) na hidrólise enzimática com xilanase. Os experimentos foram realizados empregando-se um planejamento fatorial fracionado 24-1 com três pontos centrais. As NFCs foram caracterizadas quanto ao diâmetro, distribuição do comprimento, potencial zeta, grupos funcionais por FTIR, cristalinidade por difração de raios-X (DRX), concentração de NFCs produzidas e característica morfológica por microscopia eletrônica de transmissão (MET). A quarta e última etapa, foi realizada com o intuito de estudar a adição de mais uma hidrólise enzimática, usando o complexo celulolítico, na produção de NFCs. O farelo apresentou uma estrutura irregular, com teor de celulose de 7,5% e índice de cristalinidade de 15%. A presença de componentes amorfos (hemicelulose e lignina) foi constatada no farelo através da análise de grupos funcionais. Como resultados da segunda etapa, foram obtidas partículas de celulose em dimensões micro e nanométricas, evidenciando que o tratamento com potencial para produzir NFCs foi o branqueamento do farelo com KOH 5%, hidrólise enzimática com xilanase e celulase e após, desintegração das fibrilas com homogeneização mecânica, obtendo-se partículas com diâmetro médio de 14,9 nm. Na terceira etapa da pesquisa, as imagens da microscopia confirmaram que o tratamento com a enzima xilanase foi eficaz no isolamento de fibras de celulose na escala nanométrica. O diâmetro médio apresentado pelas mesmas foi de 8,8 nm. Em água neutra, as suspensões de nanofibras apresentaram potencial zeta alto e negativo, na faixa de -22,8 e -29,5, o que minimiza as interações que levam à formação de agregados de nanofibras, colaborando para a formação de uma suspensão coloidal mais estável. O índice de cristalinidade do farelo foi de 15,0% e das nanofibras variou entre 48,5 e 61,0%, demonstrando que o tratamento utilizado promoveu a remoção das frações amorfas. Os resultados obtidos a partir do planejamento fatorial mostrou que a enzima xilanase opera sobre o isolamento do NFCS em uma ampla faixa de condições do processo, dentro do intervalo de estudo. Os resultados encontrados na quarta etapa demonstraram que as cadeias de celulose das nanofibras foram reduzidas à monômeros de açúcares, principalmente glicose, visto que o complexo celulolítico atua de forma sinérgica na degradação total da celulose. O farelo da casca de banana é um resíduo agroindustrial com potencial uso para produção de nanopartículas. A hidrólise enzimática com xilanase mostrou-se ser uma técnica promissora na produção de nanofibras de celulose com alto desempenho como material de reforço em compósitos, sendo desnecessária a realização de um tratamento com a enzima celulase / Abstract: This dissertation aimed to study the potential use of the technique of enzymatic hydrolysis in the production of cellulose nanofibers (CNFs) from peel unripe bananas of the variety "Terra" (Musa paradisiaca). In the first stage of the work, the bran of the peel banana was characterized on the basis of their physicochemical, structural and functional properties. In the second stage, to isolate cellulose nanofibers, we tested combination of treatments (chemical, enzymatic hydrolysis and mechanical treatment). In the third stage of the study was evaluate the influence of process conditions (pH, temperature, enzyme concentration and substrate concentration) on enzymatic hydrolysis with xylanase. The experiments were performed employing a fractional factorial design 24-1 with three center points. The NFCS were characterized by diameter, length distribution, zeta potential, functional groups by FTIR, crystallinity by X-rays diffraction (XRD) and morphology features by transmission electron microscopy (TEM). The fourth and final stage was performed in order to study the efficiency of further enzymatic hydrolysis using cellulolytic complex to produce NFCS. The bran presented an irregular structure, with amount of cellulose of 7.5% and the crystallinity index of 15%. The presence of amorphous components (hemicellulose and lignin) was noted in the bran by functional groups analysis. As a result of the second stage, cellulose particles in micro and nanometric dimensions were obtained, indicating that the treatment with the potential to produce NFCS was bleaching bran with KOH 5%, enzymatic hydrolysis with cellulase and xylanase and after mechanical homogenization for disintegration of the fibrils, yielding particles with an average diameter of 14.9 nm. In the third step of research, the images of the microscope confirmed that the treatment with enzyme xylanase was effective in the isolation of cellulose fibers in the nanoscale. The average diameter presented by the same was 8.8 nm. In neutral water, suspensions of nanofibers showed high and negative zeta potential in the range of -22.8 and -29.5, which minimizes the interactions that lead to the formation of aggregates of nanofibers, contributing to the formation of a colloidal suspension more stable. The crystallinity index of the bran was 15.0% and the nanofibers was between 48.5 and 61.0%, demonstrating that the treatment promoted the removal of the amorphous fractions. Results obtained from the factorial design showed that xylanase enzyme operates on the isolation of the NFCS in a wide range of process conditions, within the evaluated range. The results found in the fourth step showed that the cellulose chains of the nanofibers were reduced to monomers sugars, especially glucose, since the cellulolytic complex acts synergistically in overall degradation of cellulose. The bran banana peel is an agricultural waste with potential use for production of nanoparticles. The enzymatic hydrolysis with xylanase was shown to be a promising technique for producing cellulose nanofibers with high performance as reinforcing material in composites, due to its ability to make it unnecessarily performing a treatment with cellulase enzyme, which was detrimental to the formation of NFCS / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestra em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Célia Maria Araujo Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazRodriguez_OscarMauricio_M.pdf: 9406412 bytes, checksum: 058e7e7265334c352367c3bfe1533910 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi otimizar a produção de celulases, a partir de substratos alternativos, entre eles o bagaço de cana de açúcar, no processo de fermentação em estado sólido, utilizando o microrganismo Aspergillus niger. Na primeira etapa do trabalho foi realizada a identificação dos componentes do meio de cultura que mais favorecem o aumento da produtividade das celulases, entre eles foram avaliados: substrato (bagaço de cana in natura ou pré-tratado por explosão a vapor); fonte de carbono (lactose e extrato de soja) e a fonte de nitrogênio (peptona e extrato de levedura). Na segunda etapa do trabalho, a partir destas variáveis foi realizada a otimização da produção de celulases de acordo com um delineamento composto central rotacional (DCCR). Para isso foi utilizado um planejamento fatorial completo 2 , incluindo 6 pontos axiais e 4 repetições no ponto central. Finalmente, utilizando a técnica de regressão linear múltipla foi realizada a modelagem matemática para produção de celulases. A produção de celulases foi determinada baseada na atividade enzimática do complexo produzido nos ensaios: celulase total (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. Os resultados mostraram que a máxima produção de celulaces, para um período de fermentação de 4 dias foi: 0,774 UI/g.s.s de FPAse; 14,41 UI/g.s.s de CMCase e 26,37 UI/g.s.s de p-glucosidase. As condições nas quais a máxima produção foi atingida foram: concentração de extrato de soja de 11 g/L; concentração de extrato de levedura de 1,5 g/L e porcentagem de umidade 80%. Esses resultados são bastante promissores levando em conta a identificação do extrato de soja como indutor da produção de celulases e do extrato de levedura, componentes que seriam de fácil e baixo custo de disponibilização no Brasil, que impactariam na redução global do custo de produção de celulases / Abstract: The objective of this work was the optimization of cellulases production, from alternatives substrates, such as sugarcane bagasse, in a process of solid state fermentation by Aspergillus niger. In the first project stage was identified the main components of culture medium: substrate (sugarcane bagasse in natura or pretreated by steam explosion); carbon source (lactose and soybean extract) and the source of nitrogen (peptone and yeast extract). In the second stage of the work, from that variables was optimized cellulases production, according to a central composite rotational design (DCCR). It used a full factorial 2 , including six axial points and 4 replications at the central point. Finally, it using the multiple linear regression was carried out the mathematical models for cellulases production. Thus, we evaluated the influence of selected variables on the production of cellulases quantified as three types of enzymatic activity: total cellulase (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. The maximum production of cellulases was: 0,774 IU/g.d.s of FPAse; 14,41 IU/g.d.s of CMCase and 26,37 IU/g.d.s of p- glucosidase, for a period of 4 days of fermentation. And, the conditions in which maximum production was reached were: concentration of soybean extract 11 g/L, yeast extract concentration of 1,5 g/L and 80% moisture content. These results are very promising, considering the identification of the soybean extract as a inductor of cellulases production, and the least extract, these items are purchased at a low cost in Brazil, that impact in the reduction of global cost of cellulases production / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:25:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goldbeck_Rosana_D.pdf: 2685408 bytes, checksum: 40606034d66dbd81493dcd1bbec17eaa (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O etanol vem novamente despertando de modo crescente a atenção de pesquisadores, empresas e governo, devido ao aumento do preço do petróleo e perspectivas de esgotamento das fontes não-renováveis de combustíveis fósseis, bem como, preocupações de natureza ambiental, relacionadas à emissão de substâncias que comprometem o meio ambiente. O estabelecimento de metas extremamente ambiciosas para aumento do consumo do etanol nos próximos anos requer um aumento substancial da produção de etanol e, nesse sentido, estimula a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias que permitem o uso de novas matérias-primas na produção de etanol, como a biomassa lignocelulósica. No entanto a ampliação desta tecnologia é limitante devido ao alto custo das enzimas, indicando desta forma a importância da busca por novas fontes de enzimas capazes de contribuir para este processo. Em face disto, este trabalho teve como objetivo estudar as propriedades lignocelulolíticas de micro-organismos silvestres isolados de diversas regiões brasileiras, bem como realizar um estudo genético visando à produção de bioetanol. Inicialmente foi realizada uma seleção das cepas que apresentaram capacidade de produção de celulases, a partir de micro-organismos silvestres isolados de diversas regiões do país. Após a seleção, a cepa nomeada AAJ6 foi selecionada como potencial produtor de celulases e identificada molecularmente como Acremonium strictum. Posteriormente, foram realizados estudos de recuperação, purificação e caracterização enzimática das enzimas produzidas pelo microorganismo em estudo. A precipitação com acetona 60% foi o método que resultou em melhores porcentagens de recuperação, registrando 80,67% de recuperação para as endoglucanases (CMCase), 65% para a atividade de papel de filtro (FPase) e 25% para celobiase. Em relação à purificação, a resina Q-Sepharose foi selecionada como mais eficiente para a purificação das enzimas do complexo celulase produzidas por Acremonium strictum. Quanto à caracterização enzimática, as faixas de temperatura e pH estudadas não tiveram diferença significativa (p<0,05) em relação à atividade de endoglucanase (CMCase). Já para a atividade de FPase e celobiase, a faixa temperatura ótima foi de 54 a 57 °C e o pH ótimo foi de 4,7. Para a b-glicosidase, apenas a temperatura foi significativa, favorecendo temperaturas mais elevadas (54 a 57 °C) para a atividade enzimática. Paralelamente conduziram-se fermentações para produção de celulases empregando diferentes substratos, tanto substratos comerciais (carboximetilcelulose, SERVACEL® e AVICEL®) como bagaços de cana-de-açúcar pré¿tratados com diferentes intensidades. O bagaço de cana submetido a um pré-tratamento leve (12 kgf/cm²; 188,5°C) foi o que melhor induziu o micro-organismo em estudo a produzir as maiores atividades celulolíticas em comparação aos demais substratos estudados, registrando valores máximos de CMCase de 134,42 U/L em 240 horas de fermentação, 10,82 U/L de FPase em 192 horas, 27,72 U/L de celobiase em 96 horas e 3,48 U/L de b-glicosidase em 240 horas. Com o avanço da biotecnologia e da biologia molecular, a identificação de genes presentes num determinado micro-organismo já se tornou essencial. Em face disto, foi realizado o sequenciamento 454 do genoma do Acremonium strictum e dois genes de celulases foram identificados, sendo um gene de endoglucanase da família 74a e um gene de b-glicosidase. Estas enzimas foram isoladas, sequenciadas e clonadas em E.coli através do vetor pGEM-T Easy de forma que futuros trabalhos possam abordar os produtos de expressão destas enzimas em Saccharomyces cerevisiae visando à produção de bioetanol de segunda geração / Abstract: Ethanol has increasingly attracted the attention of researchers, companies and governments due to the increase in oil prices and prospects of depletion of nonrenewable fossil fuels, as well as environmental concerns related to emissions of substances that compromise the environment. Excessively ambitious goals for the increased consumption of ethanol in the for the years ahead requires a substantial increase in ethanol production and, accordingly, encourages research and development of technologies that allow the use of new raw materials for ethanol production, such as lignocellulosic biomass. However the expansion of this technology is limited due to the high cost of enzymes, thus indicating the importance of searching for new sources of enzymes able to contribute to this process. In the face of this, the present work intended to study the lignocellulolytic properties of wild microorganisms isolated from various regions of Brazil as well as conducting a genetic study aimed at producing bioethanol. Initially a selection of strains that were capable of producing cellulases was carried out. Than, the the selected strain, named AAJ6 and molecularly identified as Acremonium strictum, was shown to be a potential producer of cellulases. Subsequently, studies were performed for recovery, purification and characterization of the enzymes produced by this microorganism. Precipitation with 60% acetone was the method that led to improved recovery percentages, about 80%, for the endoglucanases (CMCase), 65% for filter paper activity (FPase) and 25% for cellobiase. With regard to purification, choromatographic column with Q-Sepharose resin was selected as the most efficient for the purification of the cellulase enzyme complex produced by Acremonium strictum. As enzymatic characterization, the temperature and pH ranges studied did not differ significantly (p<0.05) compared to the activity of endoglucanase (CMCase). As for the cellobiase and FPase activity, the optimum temperature range was 54 to 57 °C and optimum pH was 4.7. For the b-glucosidase, only temperature was significant, favoring higher temperatures (54 to 57 °C) for enzyme activity. Parallel fermentations were conducted for cellulase production using different cellulosic substrates (carboxymethylcellulose, SERVACEL® and AVICEL ®) and sugarcane bagasse pretreated with different intensities. Bagasse that underwent t mild pretreatment (12 kgf/cm², 188.5 °C) was the best inducer for microorganism under study, and led to the highest cellulolytic activities, being the maximum values 134.42 U/L U/L for CMCase after 240 hours of fermentation, 10.82 U/L for FPase after 192 hours, 27.72 U/L for cellobiase after 96 hours and 3.48 U/L for b-glucosidase after 240 hours. At the current stage of biotechnology and molecular biology, the identification of genes present in a given micro-organism has become essential. In view of this, the 454 sequencing of the genome of Acremonium strictum was carried out and two cellulase genes were identified, being an endoglucanase of the family 74a gene and b-glucosidase gene. These enzymes were isolated, sequenced and cloned into E. coli using the pGEM-T Easy vector so that future work can address the expression products of these enzymes in Saccharomyces cerevisiae in order to produce second generation bioethanol / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

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