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

Orientadores: Anete Pereira de Souza, Sindélia Freitas Azzoni / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:06:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Crucello_Aline_D.pdf: 3829574 bytes, checksum: b0eb3f1e3e0030f42a0081e3bf8b5ef8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O Brasil é hoje referência mundial na produção de etanol produzido a partir da cana-de-açúcar, cujo consumo tem aumentado significativamente nos últimos anos. Entretanto, a produção atual de etanol a partir do suco da cana-de-açúcar é insuficiente para atender a demanda do mercado nacional e internacional. Nesse contexto, a produção de etanol celulósico (de segunda geração) emergiu como uma alternativa promissora ao bioetanol de primeira geração. O fungo filamentoso Trichoderma harzianum IOC-3844 é uma linhagem brasileira que se destaca pela alta capacidade de produção de enzimas do complexo das celulases e hemicelulases, característica de grande interesse em biocatálise para conversão de biomassa em monômeros de açúcar fermentáveis. Apesar de seu comprovado potencial, há poucos dados de literatura disponíveis a respeito de sua capacidade celulolítica. Desta forma, este projeto teve como objetivo principal contribuir para o conhecimento básico sobre regiões do genoma de T. harzianum IOC-3844 envolvidas na via de hidrólise de compostos celulósicos, através da construção de uma biblioteca genômica de BAC (bacterial artificial chromosome). A biblioteca de BACs conta com 5760 clones, com insertos de DNA de tamanho médio de 90 kb, o que dá uma cobertura de aproximadamente 12 vezes o genoma de T. harzianum. Através da seleção de clones contendo genes de interesse, foram identificadas regiões com altas concentrações de genes relacionados à hidrólise de biomassa. Além disso, a combinação de dados genômicos, obtidos através da biblioteca de BACs, juntamente com dados de transcriptoma possibilitou a identificação de novos potenciais genes regulatórios. Os resultados trazem grande contribuição para a pesquisa associada a T. harzianum e à genômica de fungos relacionada à produção de etanol de segunda geração / Abstract: Brazil is a world reference in sugarcane ethanol production, whose consumption has increased significantly in recent years. However, the current production of ethanol from sugarcane juice is insufficient to meet the demand of national and international market. In this context, the production of cellulosic ethanol (second generation) has emerged as a promising alternative to first-generation bioethanol. The filamentous fungus Trichoderma harzianum IOC-3844 is a Brazilian strain known for its high ability to produce enzymes of cellulosic and hemicellulosic complex, characteristic of great interest in biocatalysis for conversion of biomass into fermentable sugar monomers. Despite its potential, there are few published data available regarding its cellulolytic ability. Thus, this project aimed to contribute to the basic knowledge about regions of the genome of T. harzianum IOC-3844 involved in the hydrolysis of cellulosic compounds pathway, through the construction of a genomic BAC (bacterial artificial chromosome) library. The BAC library comprises 5,760 clones with an average DNA insert size of 90 kb, which represents about 12-fold coverage of the T. harzianum genome. Through the selection of clones containing genes of interest, regions containing high concentrations of genes related to biomass hydrolysis were identified. Furthermore, the combination of genomic data obtained from BAC library together with transcriptome data allowed the identification of novel potential regulatory genes. The results bring great contribution to studies related to T. harzianum and to fungal genomics regarding second generation bioethanol production / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Heloiza Ferreira Alves Prado / Banca: Maria de Lourdes Texeira de Moraes Polizeli / Banca: Paulo Cezar Ceresini / Resumo: Cento e quarenta e oito linhagens fúngicas, mesofílicas e termofílicas, foram isoladas de amostras de solo e de matéria orgânica em decomposição de áreas de Cerrado no estado do Mato Grosso Sul. Essas linhagens tiveram suas capacidades de crescimento a 35 ºC e 45 °C analisadas em meios contendo palha de milho como fonte de carbono. Sessenta e seis fungos, com crescimento a 45 ºC foram selecionados para testes de produção enzimática. A maioria das linhagens isoladas produziram xilanase e celulases (avicelase e CMCase) por fermentação em estado sólido (FES), inicialmente utilizando o farelo de trigo como substrato. Posteriormente, foram realizados os estudos do efeito da fonte de carbono e do perfil de produção de enzimas, utilizando diferentes substratos como: farelo de trigo, bagaço de cana-de-açúcar, serragem, sabugo de milho e com misturas destes na proporção de 1:1. A produção mais elevada de CMCase, 18 U/g, foi obtida pelo fungo Penicillium sp 1IP4-A2, em farelo de trigo, após 48 horas de cultivo. As maiores produções de avicelase 13,1 U/g, e xilanase, 370 U/g, foram obtidas pelo fungo Aspergillus sp 1IP2B1, quando cultivado em farelo de trigo e sabugo de milho, após 24 horas e 96 horas de cultivo, respectivamente. A xilanase referida acima, produzida pelo fungo Aspergillus sp 1IP2B1, apresentou atividade máxima em 55 ºC com pH de 5,5 e se manteve estável até 55 °C / Abstract: One hundred forty-eight mesophilic and thermophilic fungal strains were isolated from samples of soil and decomposing organic matter from Cerrado in the state of Mato Grosso do Sul. These strains have had their capacity for growth at 35 °C and 45 °C analyzed in culture medium containing corn straw as the carbon source. Sixty-six fungi, growing at 45 °C, were selected for enzyme production testing. The most of the isolated strains produced xylanase and cellulase (CMCase and avicelase) by solid state fermentation (SSF), initially using wheat bran as substrate. Subsequently, studies of the effect of carbon source and enzyme production profile were performed using different substrates: wheat bran, sugar cane bagasse, sawdust, corn cobs and mixtures in a 1:1 ratio. The highest CMCase production, 18 U/g, was produced by fungi Penicillium sp 1IP4-A2 in wheat bran, after 48 hours of cultivation. The highest avicelase production, 13.1 U/g, and xylanase, 370 U/g, were obtained by fungi Aspergillus sp 1IP2B1, in wheat bran and corn cob, after 24 hours and 96 hours of culture on solid fermentation, respectively. The xylanase produced by fungi Aspergillus sp 1IP2B1 showed maximum activity at 55 °C at pH 5.5 and it was stable up to 55 °C / Mestre

A hidrólise enzimática de celulose representa, em relação à hidrólise ácida, uma alternativa limpa para produção de etanol. No entanto, existem duas dificuldades: o alto custo das enzimas e recalcitrância das regiões cristalinas da celulose. Para o primeiro problema, propomos a imobilização de celulase, um complexo enzimático que sinergicamente promove a degradação da celulose em glicose e celobiose, sobre wafers de silício. Apesar da atividade enzimática de celulase adsorvida ser em geral menor que a de celulase livre, a imobilização de celulases provou ser vantajosa, pois permite até seis reusos, mantendo um nível de atividade apenas 20% inferior ao original. Quanto à questão da recalcitrância das regiões cristalinas da celulose, utilizamos diferentes pré-tratamentos de celulose, a fim de reduzir a sua cristalinidade e o seu grau de polimerização, além de também modificar a estrutura supramolecular da celulose e a quantidade de poros que esta apresenta, avaliando todos estes parâmetros quantitativamente frente à atividade enzimática livre e imobilizada. A sacarificação enzimática de celulase livre e imobilizada foi determinada na hidrólise de celulose microcristalina (Avicel), e dois tipos de celulose nativa, algodão e eucalipto. Avicel foi pré-tratada a partir da (i) dissolução e degradação em ácido fosfórico, (ii) dissolução em acetato de 1-etil-3-metil-imidazólio (EMIMAc), e (iii) da hidrólise por endoglucanases adsorvidas, uma enzima do complexo enzimático celulase. Celulose de eucalipto e algodão foram mercerizadas a fim de se retirar contaminantes. A hidrólise com celulase livre levou a taxas de conversão de celulose à glicose que não apresentaram correlação com o índice de cristalinidade, nem com o grau de polimerização, mas apresentaram correlação direta com a capacidade de absorção de água, também chamada de constante de capilaridade. As taxas de conversão obtidas na presença de celulase adsorvida apresentaram correlação inversa com a constante de capilaridade, evidenciando que o mecanismo de hidrólise neste caso é fortemente dependente da camada de hidratação da celulose. / Enzymatic hydrolysis of cellulose represents, in relation to acid hydrolysis, a clean alternative for production of ethanol. However, there are two difficulties: the high cost of enzymes and the recalcitrance of the crystalline regions of cellulose. For the first problem, we propose the immobilization of cellulase, an enzymatic complex which synergistically promotes the degradation of cellulose to glucose and cellobiose, onto Si wafers. Although the enzymatic activity of immobilized cellulase is generally lower than that of free cellulase, immobilization has proven to be advantageous since it allows up to six reuses maintaining the activity level at 80% of the original one. Concerning the recalcitrance of the crystalline regions of cellulose, we used different cellulose pretreatments in order to reduce its crystallinity and degree of polymerization, and to modify the cellulose supramolecular structure along with the amount of pores. All these parameters were quantitatively correlated with the activity of free and immobilized cellulase. The enzymatic activity of free and immobilized enzyme was determined by the hydrolysis of microcrystalline cellulose (Avicel), and two types of native cellulose, cotton and eucalyptus. Avicel was pretreated in three different ways: (i) dissolution and degradation in phosphoric acid, (ii) dissolution in 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate (EMIMAc), and (iii) hydrolysis by immobilized endoglucanase, an enzyme that is part of the cellulase enzyme complex. Eucalyptus and cotton pulp were mercerized in order to remove contaminants. Hydrolysis with free cellulase yielded cellulose to glucose conversions that were neither correlated with the crystallinity index nor with the degree of polymerization, but were directly correlated with the cellulose ability to absorb water (capillary constant). The conversion rates obtained in the presence of immobilized cellulase correlated inversely with the capillary constant values, indicating that hydrolysis mechanism in this case is strongly dependent on the hydration layer of cellulose

Orientador: João Cláudio Thoméo / Banca: Maria Aparecida Mauro / Banca: Waldir Barros Fernandes Jr. / Resumo: Este trabalho avaliou cenários econômicos de produção de enzimas celulolíticas por fermentação em estado sólido em uma planta anexa à unidade sucroenergética convencional, a qual estaria inserida em um processo integrado de produção de etanol de segunda geração. O substrato para fermentação em estado sólido usado seria composto do bagaço de cana e o farelo de trigo, na proporção 7:3, com umidade de 75%. As enzimas seriam sintetizadas pelo fungo termófilo Myceliophtora thermophila I1D3, à temperatura de 45ºC em 96 horas. A avaliação técnico-econômica para produção das enzimas em escala industrial considera a disponibilidade de bagaço em diferentes cenários. A estimação dos principais indicadores econômicos do projeto (payback, Valor Presente Líquido - VPL, retorno sobre investimento - ROI e a taxa interna de retorno - TIR), indica que, para um valor médio de venda da enzima no mercado atual, o projeto apresenta viabilidade técnico-econômica em função da facilidade de integração e do tempo de retorno. Entretanto, indicadores como TIR e ROI apresentaram valores abaixo daqueles normalmente aceitos pelos investidores do setor sucroenergético. A análise de sensibilidade indicou forte influência da atividade enzimática sobre os indicadores econômicos, sendo este fator preponderante para a rentabilidade do projeto. Considerando o cenário aqui apresentado e a alternativa de aumentar a cogeração de energia elétrica com o excedente de bagaço, a produção de celulases por fermentação em estado sólido ainda se apresenta como a alternativa mais competitiva / Abstract: This study evaluated different scenarios of cellulases production throw the conception of an industrial plant integrated with sugarmill unit which is able to produce second generation ethanol. For that, it is considerate sugarcane bagasse and wheat bran as substrates on the 7:3 proportion, 75% moisture content, fungi thermophilic Myceliophtora I1D3, 45ºC and 96h of fermentation process. Technical and economic evaluation were performed according to different sugarcane bagasse availability. The main economic indicators of this project (payback, net present value-NPV, return on investment-ROI and rate return intern-IRR) were evaluated and the results indicated the feasibility of this biotechnological process. However, indicators such as IRR and ROI had values below those normally accepted by investors of the sugarcane industry. The sensibility analysis also indicated the enzymatic activity an important factor of rentability of this project. Considering the scenario presented here and the alternative of increasing electricity cogeneration bagasse surplus, the production of cellulases by solid state fermentation still presented as more competitive alternative / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:32:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5754.pdf: 3428035 bytes, checksum: 957ede5a2163383ade9568169703049f (MD5) Previous issue date: 2014-02-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / The cave environments are oligotrophic and have specific characteristics that determine the native microbiota. Few studies have investigated the composition and function of soil microbiota of subterranean environments. This study aimed to expand the knowledge on the cave microbiota, discuss the functional role of the microbiota in these environments, isolate and select fungal strains with biotechnological potential for the degradation of cellulose. Soil epigean environment and two poins inside the cave Catão, São Desiderio BA, were sampled. The amount of total organic carbon, carbon and nitrogen in the microbial biomass and the microbial density was evaluated in the soil. All strains were evaluated for the activities of endoglucanase, &#946;-glucosidase and total cellulase by submerged fermentation. Of these three strains of Aspergillus strains, one strain standard, and a Penicillium the process of solid state fermentation using wheat bran as substrate were selected. We observed a significant difference between epigeal and subterranean environment in relation to physical, chemical and biological soil parameters evaluated. We obtained 20 isolates belonging of the genus Aspergillus (SDC1.1, SDC 1.2, SDC 1.4, SDC 1.6, SDC 2.4, SDC 2.6, SDC 2.8, SDC 2.10, SDC 2.11, SDC 2.12), Penicillium (SDC 1.3, SDC 1.7, SDC 2.2, SDC 2.7, SDC2.9, SDC 2.13), Trichoderma (SDC 2.3), Scopulariopses (SDC 2.1) e Purpureocillium (SDC 2.5). Of all isolates showed 90% cellulolytic activity. During the submerged fermentation endoglucanase activity showed maximum values of 6.39 IU/mL in a strain of Aspergillus sp6 and maximum total cellulase activity was 1.7 IU/ml for Aspergillus sp8 strain. The strain Aspergillus sp6 showed maximum &#946;- glucosidase activity of 13.67 IU/mL. Compared to solid-state fermentation, the Aspergillus sp6 and Aspergillus sp8 strains stood out compared to mutant strain Aspergillus niger 3T5B8, with values of endoglucanase and total cellulase activity higher whole with a lower protein content in their enzymatic extracts. From these resulados, we conclude that the cave environment presents singularities compared to epigean environment which probably allows you to select naturally microorganisms that use alternative sources for energy and nutrients. / Os ambientes cavernícolas são oligotróficos e possuem características específicas que determinam a microbiota local. Poucos estudos têm investigado a composição e funcionalidade da microbiota edáfica de ambientes subterrâneos. Este trabalho teve como objetivo ampliar o conhecimento sobre a microbiota cavernícola, discutir o papel funcional da microbiota nesses ambientes, isolar e selecionar linhagens fúngicas com potencial biotecnológico para a degradação de celulose. Foram coletadas amostras de solo do meio epígeo e de dois pontos no interior da caverna do Catão, São Desidério-BA. Nas amostras foram avaliadas as quantidades de carbono orgânico total, a densidade microbiana, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana, bem como isoladas linhagens de fungos filamentosos. Todas as linhagens foram avaliadas quanto as atividades de endoglucanase, celulase total e &#946;-glucosidases por meio de fermentação submersa. Dessas linhagens foram selecioandas três linhagens de Aspergillus, sendo uma linhagem padrão, e uma linhagem de Penicillium para o processo de fermentação em estado sólido, utilizando farelo de trigo como substrato. Observamos uma diferença significativa entre o meio epígeo e subterrâneo em relação aos parâmetros físicos, químicos e biológicos do solo avaliados. Obtivemos 20 isolados pertencentes aos gêneros Aspergillus (SDC1.1, SDC 1.2, SDC 1.4, SDC 1.6, SDC 2.4, SDC 2.6, SDC 2.8, SDC 2.10, SDC 2.11, SDC 2.12), Penicillium (SDC 1.3, SDC 1.7, SDC 2.2, SDC 2.7, SDC2.9, SDC 2.13), Trichoderma (SDC 2.3), Scopulariopses (SDC 2.1) e Purpureocillium (SDC 2.5). De todos os isolados 90% apresentaram atividade celulolítica. Durante a fermentação submersa a atividade endoglucanase apresentou valores máximos de 6,39 IU/mL em uma linhagem de Aspergillus sp6 e a atividade máxima de celulase total foi de 1,7 IU/mL para uma linhagem Aspergillus sp8. A linhagem Aspergillus sp6 apresentou atividade &#946;-glucosidase máxima de 13,67 IU/mL. Em relação a fermentação em estado sólido, as linhagens Aspergillus sp6 e Aspergillus sp8 se destacaram em relação a linhagem padrão Aspergillus niger 3T5B8, com valores de atividade endoglucanase e celulase total superiores e com um menor conteúdo proteico em seus extratos enzimáticos. A partir desses resultados, concluímos que o ambiente cavernícola apresenta singularidades em relação ao meio epígeo e que provavelmente permite selecionar naturalmente microrganismos que utilizam fontes alternativas para obtenção de energia e nutrientes.

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-05-29Bitstream added on 2014-11-10T11:58:01Z : No. of bitstreams: 1 000789630_20141229.pdf: 409322 bytes, checksum: ffbf7ab412d7ca57518c2014df4f7a52 (MD5) Bitstreams deleted on 2015-01-05T11:00:54Z: 000789630_20141229.pdf,Bitstream added on 2015-01-05T11:01:50Z : No. of bitstreams: 1 000789630.pdf: 2048959 bytes, checksum: 453ad5bd7d63b78e68c4bf76a6845403 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho visou dar tratamento tecnológico a extratos enzimáticos ricos em endoglucanases obtidos por cultivo em estado sólido (CES) do fungo termofílico Myceliophtora thermophila M77, através da secagem por spray-drying. A fim de garantir a estabilidade das enzimas durante um período de armazenamento, o extrato enzimático bruto (EEB) foi seco em spray-dryer sendo investigados os parâmetros operacionais e os adjuvantes de secagem para garantir a maior retenção da atividade enzimática após a secagem. Os ensaios foram divididos entre discriminação do adjuvante que proporcionasse maior proteção às enzimas, otimização das condições de secagem, armazenamento do EEB e dos pós secos, avaliação do efeito da secagem sobre as propriedades físico-químicas das endoglucanases e morfologia dos pós. Utilizou-se de planejamentos estatísticos para analisar os efeitos das variáveis temperatura de saída do ar de secagem, vazão de alimentação de solução, proporção entre o EEB e adjuvante, e teor de sólidos na formulação, sendo as respostas retenção de atividade enzimática e umidade dos pós. Nos ensaios de discriminação foi selecionado o adjuvante goma arábica. Em seguida, nos ensaios para otimização das condições de secagem, foi identificado menor vazão de alimentação e menores temperaturas de saída do ar de secagem para maiores retenções de atividade enzimática e maiores temperaturas e menores vazões para menores teores de umidade dos pós, o teor de sólidos revelou-se não significativo. O pó obtido nas condições mais favorável e menos favorável para a retenção da atividade enzimática foi armazenado à temperatura ambiente e sob refrigeração e a atividade enzimática determinada quinzenalmente. A análise estatística revelou não haver diferença na retenção da atividade enzimática após longos períodos para ambas as condições de secagem selecionadas e alternativas de armazenamento... / This work aimed to provide technological treatment to enzymatic extract rich in endoglucanase, obtained by solid state culture using the fungus Myceliophtora thermophila M77, through spray-drying. Operational parameters and adjuvants were varied in order to obtain stable enzymes with high activities during storage. The experiments were divided into adjuvant discrimination, optimization of the drying conditions, storage of the raw enzymatic extract (REE) and powders, evaluation of drying on the physical-chemical characteristics of the endoglucanase, and powder morphology. Statistical experimental designs were used to evaluate the effect of the variables exit air temperature, solution flow rate, proportion REE/adjuvant, and total solid content on the enzyme activity retention and powder moisture content. The adjuvant Arabic gum was selected from the discrimination assays. From the optimization experiments, it was determined that the lower flow rate and air exit temperature resulted in the highest enzyme activity retention, while low temperature and solution flow rate resulted in the lowest retention. The total solid concentration was not statistically significant. The powders produced in the Best and in the worst drying conditions were stored at room temperature and under refrigeration and the enzymatic activity was measured at 15 days intervals. The statistical analysis did not show any difference in the enzymatic activity retention after long periods of storage for both drying conditions and both storage alternatives. The influence of temperature and pH on the enzyme activity was also investigated before and after the drying process, and it was noticed that these physical-chemical properties were not affected by the adjuvants and by the drying process. The morphology of the powders, obtained using the inert gas adsorption method, indicated that the powder obtained under the worst drying condition presented specific superficial area twice ...

Orientador: João Cláudio Thoméo / Coorientador: Fernanda Perpétua Casciatori / Banca: Fábio Bentes Freire / Banca: Roger Darros-Barbosa / Resumo: Esta dissertação apresenta um estudo sobre a ampliação de escala de biorreatores de leito empacotado para produção de celulases e hemicelulases por fermentação em estado sólido (FES) empregando o fungo termofílico Myceliophthora thermophila I-1D3b e substrato composto por bagaço de cana de açúcar e farelo de trigo. As etapas de desenvolvimento do projeto consistiram em ensaios em biorreator de diâmetro interno e altura iguais a 7,62 e 10 centímetros, de modo que foram realizados ensaios variando tamanho das partículas de bagaço de cana, densidade bulk do leito, taxas de aeração e modo de distribuição da vazão de ar. Com base nos resultados obtidos, observou-se que partículas de bagaço de tamanho reduzido fornecem bons rendimentos de atividades enzimáticas quando submetidas a altas taxas de aeração em leitos de elevada densidade. Partículas maiores forneceram melhores resultados para leitos de �bulk= 0,395 g/cm3, bem como a utilização de vazão de ar determinada com base no número de Damköhler modificado igual a 1. Resultados obtidos em ensaios em biorreatores de 0,8 metros, com e sem distribuição de ar, mostraram que inserir ar ao longo do leito é uma estratégia que permite aeração eficiente ao longo do sistema fermentativo, sem que ocorra secagem excessiva do substrato. Atividades relativas de CMCase e xilanase atingiram cerca de 1,2 e 0,7, respectivamente. As etapas finais consistiram em fermentações realizadas em biorreator de diâmetro interno e altura... / Abstract: This work presents a study of scale-up packed bed bioreactors for the production of cellulases and hemicellulases by solid-state fermentation (SSF) using the thermophilic fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b and substrate composed by sugar cane bagasse and wheat bran. The development phases of the project consist in tests using bioreactors composed by internal diameter and height equal to 7.62 and 10 centimeters, respectively, so that the assays vary the size of the sugar cane bagasse particles, the bulk density, the airflow rate and how's distributed along the bed. Based on the results obtained, it was defined that the particles of small size provide good results of enzymatic activity yields when submitted to high aeration rates in high bulk density beds. When testing normal size sugarcane bagasse particles, the best results were obtained for the beds with ��������������������= 0,395 g/cm3 as well as airflow rate based on the modified Damköhler number equal to 1. Results obtained in tests in 0,8 meter height bioreactors, with and without airflow distribution, show that inserting air in different bed heights is a strategy to ensure efficient aeration throughout the fermentation system without excessive drying of the substrate. Activities related to CMCase and xylanase reached about 1.2 and 0.7, respectively. The final stages consisted in perform fermentation assays in a bioreactor of internal diameter and height equal to 20 centimeters. Under these conditions, two forms of long-term distribution were tested: using an internal ring to insert half of the total flow, together with the other half inserted in the lower part of the bed and using a central internal pipe with 4 holes per module for airflow distribution. In terms of cellulase production, the internal ring showed a better alternative for scaling-up, reaching a valeu of 0.8 CMCase relative enzymatic activities, ... / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:31:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3245.pdf: 5126286 bytes, checksum: f1bcfa952e188a3e24d1b0431f77a619 (MD5) Previous issue date: 2010-08-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / Enzymatic activity during decomposition is extremely important to hydrolyze molecules that are assimilated by microorganisms. During aquatic macrophytes decomposition, enzymes act mainly in the breakdown of lignocellulolytic matrix fibers (i.e. cellulose, hemicellulose and lignin) that encompass the refractory fraction from organic matter. Considering the importance of enzymatic activities role in decomposition processes, this study aimed to describe the temporal changes of xylanase and cellulase activities during anaerobic decomposition of the aquatic macrophytes community located at Óleo Lagoon, placed in Ecological Station of Jataí, Luiz Antonio, São Paulo, Brazil. After a survey of existing aquatic macrophytes, 10 species were indentified in the lagoon. They were collected and bioassays were accomplished in the laboratory. Decomposition chambers from each species (n = 10) were set up with dried macrophyte fragments and filtered Óleo Lagoon water. The chambers were incubated at 22.5oC, in the dark and under anaerobic conditions. Enzymatic activities and remaining organic matter were measured periodically during 90 days. Besides this analysis, pH, humification index and carbon types were evaluated. Initial cellulose and hemicellulose was measured for each species. For all the plants xylanase s activitiy was greater than cellulase activity. The results showed no correlation between organic matter decay and enzyme production. This could have occurred because of lignocellulolytic matrix fibers structural differences and also because of physical, chemical and biological characteristics. The incubations showed a low pH, what agrees with Óleo lagoon characteristics, supporting that aquatic macrophytes decomposition interfers in its physical and chemical characteristics. Egeria najas presented a dissolved organic carbon (DOC) accumulation pattern during its decomposition which differed from the other species. This pattern tends to accumulate humic substances and consequently alters some water characteristics. Besides it, E. najas presented the largest distribution over Óleo lagoon area. Emergent species presented the greater amount of particulate organic matter (POM) accumulated in sediment, configuring the main available substrate to anaerobic microorganisms. / As atividades enzimáticas durante a decomposição em ambientes aquáticos são extremamente importantes para hidrolizar as moléculas a serem assimiladas pelos microrganismos. Durante a decomposição das macrófitas aquáticas, as enzimas atuam principalmente na hidrólise das fibras presentes na matriz lignocelulósica (como celulose, hemicelulose e lignina), presentes na fração refratária da matéria orgânica. Considerando a importância do papel das atividades enzimáticas no processo de decomposição, esse estudo teve como objetivo quantificar e descrever as atividades das enzimas xilanase e celulase durante o processo de decomposição anaeróbia de uma comunidade de macrófitas aquáticas, bem como relacionar essas atividades às perdas de massa, baseando-se na hipótese de que as plantas com menores teores de tecidos de sustentação (celulose e hemicelulose), geralmente as de hábito submerso, apresentariam menor atividade destas enzimas em comparação às emergentes e flutuantes. A comunidade de macrófitas selecionada foi proveniente da lagoa do Óleo, situada na Estação Ecológica de Jataí, Luíz Antônio, São Paulo, Brasil. Após um levantamento das espécies de macrófitas aquáticas, foram identificadas 10 espécies na lagoa. Exemplares de cada espécie foram coletados e lavados ao laboratório, onde foram realizados alguns bioensaios e análises. Em laboratório foram preparadas câmaras de decomposição para cada espécie (n=10) contendo fragmentos secos e amostras de água filtrada da lagoa do Óleo. As câmaras foram incubadas a 22,5º C, no escuro e sob condições anaeróbias. As atividades enzimáticas e os teores de matéria orgânica remanescente foram avaliados periodicamente durante 90 dias. Além disto, durante este período, também foram determinados: o pH, o índice de humificação e as rotas de mineralização do carbono. Os teores iniciais de celulose e hemicelulose também foram quantificados. Os resultados mostraram maior produção de xilanase que celulase em todos os casos; além de uma maior produção de enzimas no início do processo. Não foram encontradas correlações entre as maiores perdas de massa e as maiores produções enzimáticas, o que pode ter ocorrido devido às características estruturais destas fibras na matriz lignocelulósica e também por fatores físicos, químicos e biológicos (comunidade microbiana presente). O pH das incubações apresentou-se baixo, o que condiz com a característica ácida da lagoa do Óleo e permitem inferir que a decomposição das macrófitas aquáticas interfere nas suas características físicas e químicas. O padrão de acúmulo de COD observado na decomposição de Egeria najas permitiu inferir sua grande influência nas características físicas e químicas da lagoa do Óleo, devido ao acúmulo de substâncias húmicas e por apresentar maior ocupação na área da lagoa. As espécies emergentes são principalmente responsáveis pelo acúmulo de MOP no sedimento, servindo como importante fonte de substrato para a microbiota anaeróbia.