Submitted by NATÁLIA PAGANINI MARQUES null (nataliapaganini@hotmail.com) on 2017-10-25T16:35:01Z No. of bitstreams: 1 Tese_Natália Marques_2017 FINAL_CD ROOM.pdf: 4045053 bytes, checksum: 8bb94d90641523ae3af09e85b33d82cd (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-31T16:36:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marques_np_dr_araiq.pdf: 4045053 bytes, checksum: 8bb94d90641523ae3af09e85b33d82cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T16:36:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marques_np_dr_araiq.pdf: 4045053 bytes, checksum: 8bb94d90641523ae3af09e85b33d82cd (MD5) Previous issue date: 2017-09-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Atualmente, há um crescente interesse na produção de bioetanol celulósico como biocombustível de segunda geração, sendo uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis. Fungos tem sido constantemente isolados na busca por novas fontes de celulases e os endofíticos são interessantes para esta finalidade, por serem potenciais produtores de enzimas de degradação de material vegetal, incluindo celulases, e pouco estudados neste sendido. O presente estudo teve por finalidade a avaliação da influência das condições de cultivo (isolado e co-cultivo) para a produção de celulases pelos fungos endofíticos Botryosphaeria sp. AM01 e Saccharicola sp. EJC04, por meio de metodologias estatísticas, além da utilização dos extratos enzimáticos na sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado hidrotérmicamente com NaOH, otimizando-se também esta etapa empregando-se as ferramentas estatísticas citadas. Para a condição de co-cultivo dos fungos, a quantidade de substrato (5,7g) e a umidade inicial do substrato (60,6%) foram otimizadas visando maximizar a produção de endoglunacase (121,56 U/g). Para o cultivo isolado de Botryosphaeria sp. AM01, foi possível a produção de endoglunacase (168,99 U/g), empregando a concentração de NaNO3 a 6,0 g/L e 5,0 g como quantidade de substrato. Para o cultivo isolado de Saccharicola sp. EJC04, obteve-se a condição ótima para produção de β-glicosidase (750,37 U/g) na concentração de ureia de 0,0836 g/L, teor de umidade de 49,2% e quantidade de substrato de 3,84 g. Os extratos enzimáticos obtidos sob as condições ótimas de cultivo foram utilizados na sacarificação do bagaço pré-tratado hidrotérmicamente com NaOH. A caracterização do bagaço pré-tratado indicou 59,52, 31,62 e 11,32% como teores de celulose, hemicelulose e lignina, respectivamente. A sacarificação realizada com o extrato enzimático produzido por Botryosphaeria sp. AM01 foi mais eficiente quanto à obtenção de glicose, sendo selecionada para os experimentos envolvendo a otimização deste processo. Sob a condição otimizada de sacarificação (carga de bagaço a 18,82%, carga de enzima de 410,71 U totais de endoglucanase, 50 °C, 280 rpm e 24h) obteve-se a concentração máxima de glicose de 8,05 mg/mL. Quanto à presença de inibidores de fermentação no hidrolisado obtido sob condições otimizadas, observou-se a presença de ácido vanílico e ácido ferúlico nas concentrações de 0,111 e 0,054 g/L respectivamente. Não foi detectada a presença de 5-Hidroximetilfurfural, furfural, ácido siringico e ácido cumárico. Sendo baixas as concentrações dos inibidores presentes no hidrolisado, este apresenta potencial para ser utilizado em processos de fermentação alcoólica. Destaca-se a importância dos resultados obtidos como pesquisa básica, uma vez que não são relatados na literatura estudos quantitativos da produção de celulases pelos gêneros estudados. / There is a great interest in the production of cellulosic bioethanol as second generation biofuel and it is a promising alternative to fossil fuels. Fungi have been constantly isolated in the search for new sources of cellulases and the endophytics interesting for this purpose, being potential producers of plant material degrading enzymes, including cellulases, and underexploited in this sense.The present study had as purpose the optimization of culture conditions (monoculture and co-cultivation) for the production of cellulases by the endophytic fungi Botryosphaeria sp. AM01 and Saccharicola sp. EJC04, by statistics methodology, and also the use of enzymatic extracts in saccharification of sugarcane bagasse submitted to hydrothermal pretreatment with NaOH, optimizing this step using those statistical tools. For the fungi co-cultivation, the amount of substrate (5.7g) and the substrate initial moisture (60.6%) were optimized to maximize the production of endoglunacase (121.56 U/g). For the monoculture of Botryosphaeria sp. AM01, it was possible to produce endoglunacase (168.99 U/g), using the concentration of NaNO3 at 6.0 g/L and 5.0 g as substrate amount. For the monoculture of Saccharicola sp. EJC04, the optimal condition for β- glycosidase production (750.37 U/g) was obtained using urea at 0.0836 g/L, initial substrate moisture at 49.2% and substrate amount of 3.84 g. The enzymatic extracts obtained under optimized conditions were used in the saccharification of sugarcane bagasse submitted to alkaline hydrothermal pretreatment with NaOH. The pre-treated bagasse characterization indicated 59.52, 31.62 and 11.32% as the contents of cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. The saccharification performed with the enzymatic extract produced by Botryosphaeria sp. AM01 was more efficient in glucose obtainment, being selected for the experiments involving the optimization of this process. Under the optimized saccharification condition (18.828% bagasse load, enzyme loading of 410.71 total U of endoglucanase, at 50 °C, 280 rpm and 24h) the maximum glucose concentration of 8.05 mg/mL was obtained. Regarding the presence of fermentation inhibitors in the hydrolyzate, it was detected the presence of ferulic acid and vanillic acid at the concentrations of 0.111 and 0.054 g/L, respectively. The presence of 5-Hydroxymethylfurfural, furfural, syringic acid and coumaric acid was not detected. Since the concentrations of inhibitors present in the hydrolyzate are low, it has potential to be used in alcoholic fermentation processes. This study highlights the importance of the results obtained as basic research, since quantitative studies of cellulases production by the studied genus are not reported in literature. / CNPq: 147995/2013-2

Na produção de suco de uva, a adição de preparados enzimáticos durante a maceração, antes da prensagem, é um pré-requisito para a obtenção de rendimentos satisfatórios de suco, além de melhorar a qualidade organoléptica, promovendo uma maior extração de cor e compostos bioativos. Uma segunda aplicação enzimática pode ser realizada após o processo de prensagem no suco ainda turvo, buscando reduzir essa turbidez, o que facilitará os processos de clarificação e filtração posteriores, aumentando a produtividade dessas etapas. Porém, existe um grande número de enzimas comerciais disponíveis para a aplicação na indústria de sucos, sendo assim, é importante avaliar o potencial de cada preparado enzimático para uma utilização correta. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da composição dos diferentes preparados enzimáticos na extração, qualidade e compostos bioativos do suco de uva elaborado com a variedade Concord. Primeiramente, o efeito de oito diferentes preparados enzimáticos foi avaliado para extração e qualidade do suco de uva. Subsequentemente, os dois preparados enzimáticos que se destacaram (Pectinex® Ultra Clear e Lallzyme® Beta), foram utilizados de forma sinérgica em um planejamento experimental, buscando encontrar a condição ótima de tempo, temperatura, concentração de enzima e proporção de Pectinex® Ultra Clear/Lallzyme® Beta, que pudesse maximizar a extração do suco de uva. E, por fim, foram obtidos agregados enzimáticos entrecruzados (CLEAs), como forma de imobilização das diferentes enzimas encontradas nos preparados enzimáticos para a clarificação do suco de uva. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Biocatálise e Tecnologia Enzimática do ICTA/UFRGS. As uvas utilizadas nos experimentos foram da variedade Concord fornecida pela empresa Vitivinícola Jolimont, de Canela, RS. As preparações enzimáticas utilizadas foram caracterizadas em relação a cinco atividades enzimáticas, sendo elas, pectinase total (PE), poligalacturonase (PG), pectina liase (PL), pectina metil esterase (PME) e celulase (CE). Desta mesma forma, os combi-CLEAs foram caracterizados em relação as suas atividades enzimáticas, além disso, sua estabilidade, reutilização e pH e temperatura ótima foram avaliados. Os compostos bioativos foram identificados e quantificados por HPLC-DAD-MS (cromatografia líquida de alta eficiência - detector de arranjo de diodos - espectro de massa) e a atividade antioxidante foi avaliada através dos métodos de ABTS e de capacidade redutora. Rendimentos superiores de suco foram obtidos com os preparados que apresentaram altas concentrações de PG e PME ou PL. Quando, o preparado Pectinex® Ultra Clear (PUC) foi utilizado, observou-se um aumento de 8,7% na quantidade de suco extraído em comparação com o controle. Já os maiores valores de compostos bioativos foram encontrados com os preparados que apresentaram em sua composição uma maior atividade CE (Lallzyme® Beta, LB). Entretanto, quando PUC e LB foram adicionados em conjunto, maiores valores de rendimento e compostos bioativos foram encontrados. Já os combi-CLEAs, se mostraram como uma ótima forma de enzima imobilizada para a clarificação do suco de uva. Dentre os combi-CLEAs produzidos, destacaram-se o combi-CLEA-BSA devido à melhor atividade enzimática e maior estabilidade térmica (3 vezes mais que a enzima solúvel), podendo ser reutilizados por 6 ciclos com conversão total do substrato em produto. Além disso, o combi-CLEA-BSA melhorou a clarificação do suco, obtendo uma redução da turbidez de 56.7 % em 1 h. Por fim, pode-se afirmar que o trabalho atingiu melhorias produtivas e qualitativas ao suco de uva através da tecnologia enzimática. / In grape juice production, the addition of enzyme preparations during the maceration prior to pressing is a prerequisite for obtaining satisfactory juice yield, besides it improves the organoleptic quality, improving color and bioactive compounds extraction. A second enzyme application may be performed after the pressing process in cloudy juice, in order to reduce this turbidity, facilitating clarification and filtration processes. However, there are a great number of commercial enzymes available to the application on the fruit juice industry, so it is important to know the ability of each enzyme preparation for correct use. Thus, the aim of this study was to evaluate the influence of the composition of the different enzymatic preparations in the extraction, quality and bioactive compounds of grape juice from Concord variety. Firstly, the effect of eight different enzyme preparations was evaluated for extraction and quality of grape juice. Subsequently, the best enzyme preparations (Pectinex® Ultra Clear and Lallzyme® Beta) were used in an experimental design to find the optimal time, temperature, enzyme concentration and ratio of Pectinex® Ultra Clear/Lallzyme® Beta which could maximize the extraction of grape juice. Finally, cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) were obtained as a way to immobilize the different enzymes found in the enzyme preparations for grape juice clarification. The experiments were performed at the Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Technology, ICTA/UFRGS. The grapes (Concord variety) were provided by Vitivinícola Jolimont, Canela, RS. The enzymatic preparations were characterized through of five enzymatic activities, being total pectinase (PE), polygalacturonase (PG), pectinlyase (PL), pectin methyl esterase (PME) and cellulase (CE). In the same way, the combi-CLEAs were characterized regarding their enzymatic activities, thermal, pH and operational stabilities, and optimal pH and temperature. The bioactive compounds were identified and quantified by HPLC-DAD-MS (High Performance Liquid Chromatography - Diode Array Detector – Mass Spectrum) and the antioxidant activity was performed by the method of ABTS and reducing capacity. High juice yield was obtained with the preparations that presented higher concentrations of PG, PME or PL activities. The Pectinex® Ultra Clear, when compared with the control, provided an increase of 8.7 % in the amount of juice extracted. On the other hand, the highest values of bioactive compounds were found for preparations with higher CE activity (Lallzyme® Beta). However, when PUC and LB were added together, higher values for yield and bioactive compounds were found. Already, regarding the combi-CLEAs, it appears to be a potential immobilized enzyme for clarification of grape juice. Among the combi-CLEAs obtained, combi-CLEAs-BSA presented the best enzyme activities, higher thermal stabilities (3 times more than the soluble enzyme) and it can be reused for 6 cycles with a total conversion of substrate to product. Furthermore, the combi-CLEA-BSA improved the juice clarification, obtaining 56.7 % in turbidity reduction in 1 h. Finally, it can be concluded that the work reached productive and qualitative improvements for grape juice through enzymatic technology.

O aumento na demanda mundial por energia, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos e a preocupação global com a questão ambiental, despertaram o interesse por fontes alternativas de energia. A biomassa lignocelulósica é abundante e de baixo custo, com potencial para complementar a produção em larga escala de combustíveis. A degradação das moléculas constituintes da parede celular à açúcares fermentescíveis e então à etanol, ocorre através da hidrólise enzimática da biomassa. Contudo, a utilização de enzimas para esse fim encontra-se em estágio exploratório e representa um gargalo na implementação de tecnologias de etanol 2G em escala industrial, desencadeando a busca de celulases bioquimicamente mais ativas, estáveis e economicamente viáveis. O presente trabalho visou a caracterização da endoglucanase I do fungo Trichoderma harzianum, e para isso foi realizada expressão, ensaios bioquímicos e biofísicos do domínio catalítico (ThCel7B-CCD) e da proteína inteira (ThCel7B-full). A enzima exibiu um perfil acidofílico, com atividade ótima em pH 3,0 a 55°C. A proteína também se mostrou capaz de hidrolisar uma variedade de substratos, sendo a maior atividade hidrolítica em β-glucano (75 U mg-1). Ao analisar a estabilidade térmica medida a 55°C em pH 5, a atividade residual manteve-se intacta por mais de 2 meses. Outra característica relevante foi o elevado grau de sinergismo entre ThCel7B e ThCel7A. Análises de microscopia eletrônica de flocos de aveia submetidas à hidrólise com ThCel7B evidenciaram os efeitos de degradação do substrato em relação às amostras controle. O conjunto desses resultados, além de importante para a compreensão do mecanismo molecular de ThCel7B e de outras endoglucanases da família GH7, também revelou uma enzima de interesse biotecnológicos uma vez que o comportamento ácido e sua estabilidade térmica são características relevantes para aplicações industriais sob condições extremamente ácidas. / The increase in global energy demand, shrinkage perspective of energy resources and global concern about environmental issues, aroused interest in finding alternative sources of energy. Lignocellulosic biomass is plentiful and inexpensive, and has the potential to complement the large-scale production of fuel. The degradation of molecules that constitute the cell wall to fermentable sugars and then to ethanol, occurs via the enzymatic hydrolysis of biomass. However, the use of enzymes for this purpose is in exploratory stage and represents a bottleneck in the implementation of 2G ethanol technologies in industrial scale, supporting studies about biochemically most active, stable and economically viable cellulases. This work aimed the characterization of endoglucanase I from fungus Trichoderma harzianum and for that, was performed expression and biochemical and biophysical assays of the catalytic domain (ThCel7B-CCD) and full protein (ThCel7B-full). The enzyme exhibited a acidophilic profile, with optimal activity at pH 3.0 at 55°C. The protein was also able to hydrolyze a variety of substrates, with higher hydrolytic activity in β-glucano (75 U mg-1). Analyzing the thermal stability as pH 5, residual activity remained intact for over 2 months. Another important feature was the high degree of synergy between ThCel7B and ThCel7A (DS 3). Electron microscopy analysis of oat samples subjected to hydrolysis with ThCel7B show the substrate degradation effects in relation to the control samples. All these results, as well as important for understanding the molecular mechanism of ThCel7B and other endoglucanases of GH7 family, also disclose an enzyme of biotechnological interest because the acid behavior and thermal stability are promises of industrial applications under extremely acidic conditions.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O bagaÃo de cana-de-aÃÃcar à um resÃduo lignocelulÃsico obtido a partir do esmagamento e moagem da cana-de-aÃÃcar para extraÃÃo do seu caldo. Esta biomassa à abundante no Brasil pois, o paÃs à o maior produtor mundial de aÃÃcar e etanol. O emprego deste resÃduo como substrato, em processos fermentativos, para a produÃÃo de enzimas microbianas, como as celulases à uma opÃÃo viÃvel e interessante, uma vez que o custo destas enzimas ainda à alto, o que tem limitado sua utilizaÃÃo industrial. O potencial produtor de celulases de diversos micro-organismos tem sido extensivamente estudado, a fim de desenvolver novos bioprocessos menos onerosos na produÃÃo de enzimas celulolÃticas. No presente trabalho foram avaliadas a capacidade de produÃÃo de celulases, pelos micro-organismos Mucor circinelloides e Melanoporia sp., a partir da fermentaÃÃo em estado sÃlido do bagaÃo de cana-de-aÃÃcar e a influÃncia de alguns parÃmetros na produÃÃo da enzima. Foram investigados os seguintes parÃmetros fÃsico-quÃmicos, relacionados com o crescimento do micro-organismo e produÃÃo da enzima: pH inicial do meio de crescimento, tempo e temperatura de produÃÃo da enzima. Quanto aos parÃmetros nutricionais, o efeito do Tween 80 e de diferentes fontes de sais minerais e nitrogÃnio orgÃnico foram estudados. AlÃm disto, foram realizados ensaios no intuito de definir a melhor combinaÃÃo de pH e temperatura para a determinaÃÃo da atividade enzimÃtica. Para M. circinelloides, a atividade enzimÃtica mÃxima (15,87 FPU/g) foi obtida utilizando-se 3 g de bagaÃo, com adiÃÃo de 2,0 mL de uma soluÃÃo contendo 0,1 g/L de CuSO4, 9,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4 e Tween 80 a 0,8% (v/v) em pH 5,48. A temperatura e o tempo que resultaram na maior produÃÃo da enzima foram 34,4 ÂC e 48 horas, respectivamente. A maior atividade enzimÃtica foi quantificada em pH 6,5 e 60 ÂC. Em relaÃÃo ao Melanoporia sp., a atividade enzimÃtica mÃxima alcanÃada foi 14,21 FPU/g como resultado da produÃÃo utilizando 3 g de bagaÃo, com adiÃÃo de 2,0 mL de uma soluÃÃo contendo 9,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4 e Tween 80 a 0,2% (v/v) em pH 6,28. A produÃÃo mÃxima da enzima foi observada apÃs 48 horas de fermentaÃÃo a 30 ÂC. A maior atividade enzimÃtica foi quantificada em pH 7,0 e 60 ÂC. Os resultados demonstraram o elevado potencial produtor de celulases pelas duas cepas fÃngicas num curto perÃodo de tempo, apresentando maior atividade enzimÃtica em pH prÃximo da neutralidade, consistindo num diferencial atrativo do ponto de vista industrial. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue obtained from sugarcane mechanical pressing for juice extraction. This biomass is abundant in Brazil because the country is the worldâs largest manufacturer of sugar and ethanol. The use of sugarcane waste as substrate for enzymes production, such as cellulases, is an interesting and viable option since the production costs of these enzymes are high, which limits its industrial use. In this context, potential cellulase-producing strains have been extensively studied in order to develop less costly cellulolytic enzymes complexes. In this study, the production of cellulases by Mucor circinelloides. and Melanoporia sp through solid state fermentation of sugarcane bagasse and the effects of selected parameters for enzyme production were evaluated. The investigated physicochemical parameters associated with the growth of the microorganisms and enzyme production were: initial pH of the growth medium, temperature and time of enzyme production. Regarding nutritional parameters, the effect of Tween 80 and different sources of mineral salts and organic nitrogen and were studied. In addition, tests were performed in order to define the best combination of pH and temperature for the determination of enzyme activity. For M. circinelloides, the maximal enzyme activity (15.87 FPU / g) was achieved with a fermentation medium composed of 3g of sugarcane bagasse, 2mL of saline solution containing 0.1 g/L of CuSO4, 9.0 g/L of (NH4)2SO4 e 1.0 g/ L of KH2PO4 and 0.8% Tween 80 (v/v) at pH 5.48 incubated at 34.4 ÂC for 48 hours. The optimum combination of pH and temperature was at pH 6.5 and 60 ÂC. For Melanoporia sp. the higher enzymatic activity obtained was 14.21 FPU / g as a result of using 3g of sugarcane bagasse with the addition of 2mL of saline solution containing 9.0 g/L of (NH4)2SO4, 1.0 g/ L of KH2PO4 and 0.2% Tween 80 (v/v) at pH 6.28 and incubated at 30ÂC for 48 hours. The optimized conditions of pH and temperature for enzymatic activity determination were pH 7.0 and 60ÂC. The results demonstrated the high potential of the two strains under investigation, which presented the higher enzyme activity at pH in the neutral range. This result represents a technical advantage from the industrial viewpoint.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-18T15:55:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Nina Rosa Mello.pdf: 820186 bytes, checksum: 6106e9129dd9ff187daf9d0b5c46f501 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-18T15:55:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Nina Rosa Mello.pdf: 820186 bytes, checksum: 6106e9129dd9ff187daf9d0b5c46f501 (MD5) Previous issue date: 2015-05-28 / CAPEs / A palma forrageira é uma cactácea cultivada no semiárido nordestino, capaz de se desenvolver mesmo em solos deficientes em nutrientes e água. Por ser rica em carboidratos, tem um grande potencial para utilização em processos biotecnológicos para produção de diversos bioprodutos. O objetivo deste trabalho foi investigar a utilização da palma forrageira como substrato para a produção de enzimas microbianas de interesse industrial, em particular, para a aplicação na hidrólise de biomassas em biorrefinarias. Cladódios de Opuntia fícusindica, vulgarmente conhecida como palma gigante, foram fornecidos pelo Instituto Agronômico de Pernambuco (IPA) e utilizados em todos os experimentos. Inicialmente, foi realizado um ―screening‖ de microorganismos do gênero Bacillus, pertencentes à Coleção de Microrganismo do Departamento de Antibióticos. O ―screening‖ foi feito com 10 linhagens, em placas de Petri, em meio sólido contendo pó de palma seca como fonte de carbono. Entre as 7 linhagens capazes de crescer no meio sólido, a linhagem com colônia de maior diâmetro foi selecionada para investigação sobre a produção de enzimas celulolíticas, hemicelulolíticas e pectinolíticas em fermentação submersa. As fermentações submersas foram realizadas com a linhagem selecionada, Bacillussp. UFPEDA 472, e outros 3 micro-organismos: Trichoderma reesei RUT C-30, Aspergillus awamori e Streptomyces rocheiUFPEDA 3414, já reconhecidos como bons produtores de enzimas. A produção de atividades enzimáticas foi investigada em frascos agitados em mesa agitadora (New Brunswick Scientific, C25KC) e em biorreator de bancada instrumentado (New Brunswick Scientific, Bioflo110), utilizando-se o pó e a fração péctica da palma, respectivamente. As condições de aeração e agitação do reator foram: 1 vvm e 500 rpm, respectivamente; a temperatura e o pH foram controlados, respectivamente, em: 30°C e 5,0, para os fungos filamentosos, 30°C e 7,0, para Bacillus sp., e 37°C e 6,0 para S. rochei. Atividades enzimáticas FPase, CMCase, xilanase e pectinase foram determinadas durante as fermentações utilizando-se como substratos: papel de filtro Whatman nº1, carboximetilcelulose 4%, xilana 1% e pectina cítrica 1%, respectivamente. As concentrações de açúcares e ácido galacturônico foram realizadas por cromatografia líquida de alta eficiência (Agilent, Série 1100). A palma e a sua fração péctica foram capazes de induzir a produção de todas as atividades enzimáticas investigadas em T. reesei, principalmente xilanase (7,75 UI/mL), mas baixas atividades celulolíticas foram observadas para os outros microorganismos. Por outro lado, maiores atividades pectinolíticas foram observadas para S. rochei e A. awamori (2,24 UI/mL e 1,84 UI/mL, respectivamente). Os resultados levaram à conclusão de que a biomassa de cladódios da palma forrageira gigante e a sua fração péctica são substratos potenciais para produção de enzimas – em particular, por Trichoderma reesei RUT C30 – capazes de atuar na hidrólise de biomassas lignocelulósicas em biorrefinarias. / The prickly pear is a cactus cultivated in the semi-arid northeast region of Brazil, able to grow even in soil poor in nutrients and water. Being rich in carbohydrates, it has great potential for use in biotechnological processes for production of various bioproducts. The aim of this study was to investigate the use of prickly pear as a substrate for the production of microbial enzymes of industrial interest, in particular for application in biomass hydrolysis in biorefineries. Cladodes of Opuntia ficus-indica, commonly known as giant palm in Brazil, were provided by the Agronomic Institute of Pernambuco (IPA) and used in all experiments. Initially, a screeningwas carried out with microrganisms of the genus Bacillusfrom the Microbial Collection of the Department of Antibiotics. The screening was performed with 10 strains in Petri dishes on solid medium containing cactus dry powder as a carbon source. Among the 7 strains capable of growing on the solid medium, the strain with the larger colony diameter was selected for investigation on the production of cellulolytic, pectinolytic and hemicellulolytic enzymes in submerged fermentation. The submerged fermentations were carried out with the selected strain, Bacillus sp. UFPEDA 472, and other three microorganisms: Trichoderma reesei RUT C-30, Aspergillus awamori and Streptomyces rocheiUFPEDA 3414, already recognized as good producers of enzymes. The production of enzyme activities was investigated in Erlenmeyer flasks in rotatory shaker (New Brunswick Scientific, C25KC) and instrumented bench bioreactor (New Brunswick Scientific, Bioflo110), using the powder and pectin fraction from the cactus, respectively. The conditions of aeration and agitation of the reactor were: 1 vvm and 500 rpm, respectively; the temperature and pH were controlled respectively at: 30 ° C and 5.0 for filamentous fungi, 30 ° C and 7.0 for Bacillus sp., and 37 ° C and 6.0 for S. rochei. FPase, CMCase, xylanase and pectinase enzymatic activities were determined during the fermentations using Whatman nº1 filter paper, carboxymethylcellulose 4%, xylan 1% and citrus pectin 1%, as substrates, respectively. The concentrations of sugars and galacturonic acid were determined by highperformance liquid chromatography (Agilent Technologies, 1100 Series). The cactus and its pectic fraction were able to induce the production of all enzyme activities investigated in T. reesei, mostly xylanase (7,75 UI/mL), but lower cellulolytic activities were observed for the other microorganisms. On the other hand, higher pectinolytic activities were observed for S. rochei and A. awamori (2,24 UI/mL and 1,84 UI/mL, respectively). It was concluded that the cladodes biomass of giant cactus and its pectin fraction are potential substrates for the production of enzymes - in particular by Trichoderma reesei RUT C30 - able to act in the hydrolysis of lignocellulosic biomass in biorefineries.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-11-10T18:07:11Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Endrigo Perez Pereia - 2014.pdf: 1726049 bytes, checksum: 6458dcad45ca242b032db7ff26c4f792 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-11-10T20:00:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Endrigo Perez Pereia - 2014.pdf: 1726049 bytes, checksum: 6458dcad45ca242b032db7ff26c4f792 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-10T20:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Endrigo Perez Pereia - 2014.pdf: 1726049 bytes, checksum: 6458dcad45ca242b032db7ff26c4f792 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-05-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lignocellulosic biomass is constituted by cellulose, hemicellulose and lignin in the plant cell walls. The conversion of lignocellulose to fermentable sugars mainly depends on the action of a complex of enzymes that hydrolyze cellulose and hemicellulose. This study was to analyze the production of cellulases and xylanases by fungi isolated from soil and decaying material in Cerrado. Initially, the fungi were analyzed for cellulase production capacity among the fungal cellulase-producing fungus capable of producing the highest levels of cellulase was selected for the experiments of xylanase and cellulase production by submerged fermentation and biochemical analysis of the enzyme secreted. Among the isolated fungi, fungus called IFBMD01 was that higher activity of cellulase in the supernatant when cultivated with wheat bran as carbon source. This was identified as Aspergillus cf niger. The enzymes studied with their respective results were: FPase with better production time of 7 days, showing activity of 0.10 U / mL, optimum pH 5.5, optimum temperature of 60 ° C; CMCase with better time production 6 days, showing activity of 8.19 U / mL, pH optimum of 5, optimum temperature of 70 º C; Avicelase with better production time of 9 days, showing activity of 0.01 U / mL, pH optimum of 5.5 and optimum temperature of 60 ° C; xylanase, with better production time 3 days, showing activity of 35.5 U / mL, and the optimum pH of 5 and the optimum temperature of 50 ° C, the β-Glycosidase, with higher production on the sixth day showing activity of 0.98 U / mL, with the optimum pH 5 and optimum temperature of 60 ° C. The activity of β-glucosidase showing in the culture supernatant was influenced by the ions Mn2 +, NH4, K +, Mg2 +, Ca2 +, Ba2 +, Al3 +, Na +, and Co2+, as well as EDTA, glucose, xylose and cellobiose. In the culture supernatant of the fungus A. niger IFBMD01 grown on FT for 3 and 6 days protein bands were visualized with activity against xylan and CMC molecular weight be 30 to be 66 kDa. / A biomassa lignocelulósica é constituída pela celulose, hemicelulose e lignina, presentes na parede das células vegetais. A xilana é o principal componente da fração de hemicelulose da lignocelulose. A conversão da lignocelulose à açúcares fermentáveis é realizada por um complexo de celulases e xilanases: enzimas que hidrolisam as frações de celulose e xilana. O objetivo deste trabalho foi analisar a produção de celulases e xilanases por fungos isolados a partir de solo e material em decomposição do Bioma Cerrado. Inicialmente, os fungos foram analisados quanto à capacidade de produção de celulases por atividade em placa, neste experimento, os fungos produtores de maiores níveis de celulases foram selecionados para os experimentos de produção de celulases e xilanases por fermentação submersa utilizando meio suplementado com resíduos lignocelulósicos como fonte de carbono. Dentre os fungos analisados, o isolado IFBMD01 apresentou maior atividade de celulases e xilanases no sobrenadante de cultura do fungo cultivado em meio com farelo de trigo, sendo que o pico de produção FPAses, CMCases, Avicelases e xilanases foram obtidos após 7, 6, 9 e 3 dias de cultivo respectivamente. A caracterização bioquímica das celulases e xilanases produzidas pelo isolado IFBMD01 demonstrou que: as enzimas com atividade de FPase apresentaram atividade de 0,10 U/mL, pH e temperatura ótimos de 5,5e 60ºC; as CMCases apresentaram atividade de 8,19 U/mL, pH ótimo de 5 e temperatura ótima de 70ºC; as Avicelases apresentaram atividade de 0,01 U/mL, pH ótimo de 5,5 e temperatura ótima de 60ºC; as xilanase apresentaram atividade de 35,5 U/mL, sendo o pH ótimo de 5 e a temperatura ótima de 50ºC e as β-glicosidases apresentaram atividade de 0,98 U/mL, com o pH ótimo de 5 e temperatura ótima de 60ºC. A atividade de β-glicosidase presente no sobrenadante de cultura foi influenciada pelos íons Mn2+, NH4, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Al3+, Na+ e Co2+, assim como por EDTA, glicose, xilose e celobiose. No sobrenadante de cultura do isolado IFBMD01 cultivado em FT por 3 e 6 dias foram visualizadas bandas de proteínas com atividade contra xilana e CMC, com massa molecular aproximada de 30 a 66 kDa. A identificação morfológica e molecular do isolado IFBMD01 demonstrou que é um isolado de Aspergillus cf niger.

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:12:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Stankovic_Ivana_D.pdf: 27307159 bytes, checksum: 42c2cb1272b20efd40baf8597dd8f156 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A degradação enzimática da celulose proveniente de biomassa para a produção de bioetanol é realizada por um conjunto de proteínas denominadas celulases, as quais são produzidas por vários fungos e bactérias. O mecanismo molecular das interações físicas entre as celulases e a celulose é pouco conhecido. Para investigar estas interações, bem como as propriedades conformacionais e dinâmicas, nesta Tese usamos simulações por dinâmica molecular (MD). Abordamos duas celulases: a Endoglucanase 3 de Trichoderma harzianum (ThEG3) e a Endoglucanase de Xanthomas campestris pv. campestris (XccEG). O estudo dos mecanismos de reconhecimento de substrato por ThEG3 que falta o módulo de ligação à celulose (CBM), revela que a ausência de um CBM nesta estrutura é compensada pela presença de resíduos similares aos resíduos típicos de um CBM. O segundo estudo, sobre seletividade da XccEG, explica por que esta enzima catalisa a hidrólise somente de oligossacarídeos de cadeia igual ou maior que quatro unidades. Nossas simulações indicam que os quatro subsítios característicos da fenda de ligação ao substrato da XccEG precisam ser simultaneamente estabilizados pelas interações com substrato para promover uma ligação efetiva substrato-enzima. No terceiro estudo, investigamos as propriedades mecânicas do linker entre o domínio catalítico (CCD) e o CBM desta mesma enzima, composto por blocos de Thr e Pro, utilizando a técnica de replica exchange MD. Nossos resultados sugerem as bases moleculares da maior rigidez deste linker em comparação ao linker de celobiohidrolases II de Trichoderma reesei. Por fim, adaptamos o método de MDFF (flexible fitting MD) para gerar modelos de estrutura terciária a partir de dados de SAXS e o aplicamos para criar um modelo da estrutura intacta CCD-linker-CBM de XccEG / Abstract: The enzymatic degradation of the cellulose for the production of bioethanol is performed by a group of proteins called cellulases which are produced by various fungi and bacteria. The molecular mechanism of the physical interactions between the cellulases and a cellulose is little-known. In this work we use molecular dynamics simulations (MD) to investigate these interactions as well as conformational and dynamic properties. We have studied two cellulases: the endoglucanase 3 from Trichoderma harzianum (ThEG3) and the endoglucanase from Xanthomas campestris pv. campestris (XccEG). The study of the mechanisms of substrate recognition by ThEG3 which lacks the cellulose binding module (CBM) shows that the absence of a CBM in this structure is compensated by the presence of residues similar to typical CBM residues. The second study, on the selectivity of XccEG, explains why this enzyme catalyses only the hydrolysis of four or more units long oligosaccharides. Our simulations indicate that the four characteristic subsites of the substrate binding cleft of XccEG need to be simultaneously stabilized by the interactions with the substrate to provide an effective enzyme-substrate binding. In the third study, we investigated the mechanical properties of the linker between the catalytic domain (CCD) and CBM of the same enzyme, composed of Thr-Pro blocks, using the replica exchange molecular dynamics (REMD). Our results suggest the molecular basis of greater rigidity of this linker in comparison to the linker of cellobiohydrolase 2 from Trichoderma reesei. Finally, we have adapted the method of Molecular Dynamics Flexible Fitting (MDFF) to generate tertiary structure models from SAXS data and applied it to create a model of the intact structure CCD-linker-CBM of the XccEG / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:18:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Prates_EricaTeixeira_D.pdf: 8470737 bytes, checksum: 319e6432b49bf0c2fb876c71f9e7fd49 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A biomassa lignocelulósica proveniente do bagaço de cana-de-açúcar e de outras matérias-primas é um material altamente promissor para a geração de biocombustíveis renováveis e ambientalmente positivos. A melhor opção para a conversão dessa biomassa em açúcares solúveis fermentáveis a etanol, em termos de rendimento e de vantagens ambientais, é a catálise enzimática. Mas esta é também a etapa mais cara do processo de obtenção de etanol de segunda geração devido à baixa eficiência e alto custo dos coquetéis enzimáticos atualmente disponíveis para este fim. Para tornar estes processos mais eficientes e economicamente viáveis, é preciso aprofundar nossa compreensão dos mecanismos de hidrólise celulolítica. Grande investimento em pesquisa tem sido empregado com esta finalidade e, como parte disto, este trabalho consiste em um conjunto de pesquisas desenvolvidas na área de simulação computacional via dinâmica molecular de três enzimas celulolíticas: 1) Laminarinase de Rodhothermus marinus; 2) Endoglucanase 3 de Trichoderma harzianum e 3) b- glicosidase de Aspergillus niger. De modo geral, estes estudos visaram investigar a relação entre o arranjo estrutural e propriedades mensuráveis em laboratório interessantes na avaliação da performance destes biocatalisadores, como afinidade pelo substrato e estabilidade térmica. Como parte do Projeto Temático BioEn, financiado pela FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), estes estudos computacionais foram realizados em estreita colaboração com grupos de biofísicos estruturais e biólogos moleculares, sendo a escolha dos três temas embasada em resultados experimentais / Abstract: The lignocellulosic biomass from sugar cane bagasse and from other raw materials is a highly promising material for the generation of renewable and environmentally positive fuels. In terms of performance and environmental advantages, the best option for converting this biomass into soluble sugars to produce ethanol is the enzymatic catalysis. However, this is also the most expensive step of the second-generation ethanol production due to the low efficiency and high cost of the currently available enzyme cocktails. In order to make the process more efficient and economically viable, it is necessary to deepen the understanding of the cellulolytic hydrolysis mechanisms. Great investment in research has been employed for this purpose, and as part of these efforts, this work consists on a set of molecular dynamics studies of three cellulolytic enzymes, namely: 1) laminarinase from Rodhothermus marinus; 2) Endoglucanase 3 from Trichoderma harzianum and 3) b-glucosidase from Aspergillus niger. In general, these studies aimed to investigate the relationship between the structural arrangement and experimental data that are interesting for the biocatalyst performance evaluation, such as affinity to the substrate and thermal stability. As part of the BioEn Thematic Project, funded by FAPESP (Research Foundation of the State of São Paulo), these computational studies were carried out in close collaboration with structural biophysicists and molecular biologists. The choice of the three proteins considered here was based on these experimental studies / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

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Orientador: Roberto da Silva / Resumo: Esta tese aborda a produção de enzimas celulolíticas por cultivo sólido (CS) dos fungos termofílicos Myceliophthora thermophila I-1D3b e Thermoascus aurantiacus CBMAI756 e do mesofílico Trichoderma reesei QM9414 em substrato composto por bagaço de cana-deaçúcar (BC) e farelo de trigo (FT); a caracterização dos extratos obtidos quanto a temperatura e pH ótimos e a estabilidade; a formulação de coquetéis enzimáticos para aplicação na hidrólise de bagaço de cana não tratado (BNT), pré-tratado com ozônio, álcali e ultrassom (BOU) e com pré-tratamento hidrotérmico (BHT); e, por fim, as condições e a cinética da reação de sacarificação enzimática. O CS de M. thermophila levou à obtenção de extratos com as maiores atividades de endoglucanase (32 U/mL), β-glicosidase (3,5 U/mL) e FPA (0,7 U/mL). Os extratos apresentaram diferentes perfis de atividade e estabilidade em função de variações de pH e temperatura de reação e incubação, características desejáveis para aplicação na hidrólise de biomassa visando a produção de etanol de segunda geração (E2G). Após 24 h de hidrólise, maiores rendimentos em açúcares redutores totais (ART) foram atingidos empregando coquetel 1:1 v/v de extratos enzimáticos provenientes do CS de T. aurantiacus (TA) e T. reesei (TR) no BOU. Foi possível obter maior teor de ART (464 mg/g BOU vs. 396 mg/g BOU) com menor carga enzimática (9,9 FPA/g BOU com coquetel TA:TR 1:1 v/v vs. 12,6 FPA/g BOU com extrato de TA, respectivamente). Denota-se que há sinergismo entre ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis addresses the production of cellulolytic enzymes by solid cultivation (CS) of the thermophilic fungi Myceliophthora thermophila I-1D3b and Thermoascus aurantiacus CBMAI756 and of the mesophilic Trichoderma reesei QM9414 on a substrate composed of sugarcane bagasse (SCB) and wheat bran (WB); the characterization of the extracts obtained in terms of optimum temperature and pH and stability; the formulation of enzymatic cocktails for application in the hydrolysis of untreated SCB (BNT), pretreated with ozone, alkali and ultrasound (BOU) and with hydrothermal pretreatment (BHT); and, finally, the conditions and kinetics of the enzymatic saccharification reaction. The CS of M. thermophila provided extracts with the highest activities of endoglucanase (32 U/mL), β-glucosidase (3.5 U/mL) and FPA (0.7 U/mL). The extracts showed different profiles of activity and stability due to variations in pH and temperature of reaction and incubation, desirable characteristics for application in the hydrolysis of biomass aiming the production of second generation ethanol (E2G). After 24 h of hydrolysis, higher yields of total reducing sugars (TRS) were achieved using cocktail 1:1 v/v of enzymatic extracts from the CS of T. aurantiacus (TA) and T. reesei (TR) in BOU. It was possible to obtain a higher TRS content (464 mg/g BOU vs. 396 mg/g BOU) with lower enzyme load (9.9 FPA/g BOU with cocktail TA:TR 1:1 v/v vs. 12.6 FPA /g BOU with TA extract, respectively). It denotes there is syner... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor