Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-21T17:37:53Z No. of bitstreams: 1 CLOTILDES ALVINO LEITE - DISSERTAÇÃOPPGEQ 2015..pdf: 1530644 bytes, checksum: 4f0be9aad8cd441b5b8a8799de442296 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-21T17:37:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CLOTILDES ALVINO LEITE - DISSERTAÇÃOPPGEQ 2015..pdf: 1530644 bytes, checksum: 4f0be9aad8cd441b5b8a8799de442296 (MD5) Previous issue date: 2015-02-03 / Capes / Apesar da ampla utilização das celulases, o seu elevado custo tem tornado alguns processos onerosos. Estudos vêm sendo desenvolvidos com objetivo de produzir essa enzima através de um processo de fermentação em estado sólido a partir de resíduos agroindustriais lignocelulósicos, diminuindo assim os custos de produção da enzima, e agregando valor ao resíduo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção enzimática de celulases pelo fungo filamentoso Trichoderma reesei LCB 48 por fermentação em estado sólido utilizando a fibra de sisal como substrato. Foi realizada a caracterização da fibra de sisal visando conhecer sua composição física, físico-química e química. A caracterização mostrou que este substrato tem potencial para ser utilizado na fermentação para produção de enzimas celulolíticas, principalmente por ter apresentado um percentual de alfacelulose satisfatório (58,40%), que é indutor dessas enzimas e pH ácido ideal para a produção de enzimas em fermentação em estado sólido com fungos (4,35). Foi realizada a fermentação utilizando o microrganismo Trichoderma reesei LCB 48 com uma concentração de 107 esporos/g, a uma temperatura de 28 ºC, em substrato com 70, 80 e 90% de umidade e suplementação com os meios básico indutores da atividade enzimática de Mandels e Weber. Amostras foram coletas ao longo do processo para análises de pH, umidade, açúcares redutores e atividade enzimática, expressa em carboximetilcelulase, até um tempo de 474 horas. A maior atividade enzimática obtida para a fibra de sisal foi de 1,21 U/g em 450 horas de fermentação, em substrato com 70% de teor de água, sendo um fator positivo devido a redução do uso de água no processo fermentativo. / Despite the wide use of cellulases, the high cost has made some expensive processes, studies have been developed in order to produce this enzyme through a process of solid state fermentation from lignocellulosic agroindustrial residues, thereby reducing the production costs of enzyme, and adding value to waste. The objective of this study was to evaluate the enzymatic production of cellulases by the filamentous fungus Trichoderma reesei LCB 48 by solid state fermentation using sisal fiber as substrate. The characterization of sisal fiber was performed to meet their physical composition, physico-chemical and chemical. The characterization demonstrated that this substrate has the potential to be used in the fermentation for production of cellulolytic enzymes, especially for introducing a satisfactory alfacelulose percentage (58.40%), which is inducer of these enzymes and acid pH optimum for the production of enzymes in solid state fermentation with fungi (4.35). Fermentation was performed using the microorganism Trichoderma reesei LCB 48 with a concentration of 107 spores/g, at a temperature of 28 °C, substrate at 70, 80 and 90% humidity and supplementation with the basic means of inducing enzyme activity of Mandels and Weber. Samples were collected during the process to pH, moisture, reducing sugars and enzymatic activity, expressed as carboxymethylcellulase, until a time of 474 hours. The higher enzyme activity obtained for sisal fiber was 1.21 U/g in 450 hours of fermentation, in a substrate with 70% water content, a positive factor due to reduction of water use in the fermentation process.

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3718.pdf: 1958495 bytes, checksum: 02820d803414ce79b342b01403656627 (MD5) Previous issue date: 2011-06-27 / Universidade Federal de Minas Gerais / The search for microorganism that produces cellulolytic enzymes is of the great importance in contributing to the viability of biological route for the production of cellulosic ethanol. Among filamentous fungi, the genus Trichoderma is characterized as a high enzyme producer. Given the growing demand for the development of processes that reduce the cost of cellulases had been proposed this work which aims to evaluate and select strains of filamentous fungi Trichoderma, available at Embrapa banks, capable of producing high concentrations of complex cellulolytic enzymes. The methodology developed in the project was divided in four steps until the final selection of the best strains. The first step of evaluation consisted in the observation of the growth of 78 pre-selected strains of Trichoderma from the degradation of microcrystalline cellulose, Avicel. The second step of selection, Congo red test, summarized in the determination of halo hydrolysis and the measurement of enzymatic index (diameter of halo hydrolysis. diameter halo colony-1) of each strain. The third stage was evaluated the strains with greater potential to produce cellulases in fermentation test tubes for the enzymes CMCase, Xylanase e FPAse. The last stage of evaluate and select of strains was solid-state fermentation (SSF). In the first step of selection, 49 strains showed the ability to metabolize the substrate microcrystalline cellulose, Avicel. The Congo red test, the second step, selected the ten best strains obtained with enzymatic indexes above 1.50, ranging from 1.51 to 1.90. In the process of fermentation in tubes were selected three strains with the better production of enzymes among the ten selected on Congo red test, T. harzianum CEN 139, T. harzianum CEN 155 and T. sp CG 104NH. For evaluation the enzymatic production in SSF was held initially a factorial experimental design to select the significant variables in the process. The variables studied were: inoculum concentration, moisture and proportion of sugarcane bagasse. After the CMCAse enzyme analysis was observed the proportion of sugarcane bagasse as a significant variable. From this result it was performed a central composite design for the improvement of fermentative parameters: the proportion of bagasse and moisture. The proportion of bagasse was significant and enzyme activity reached 11.16 UI.g-1 to CMCase. The process of SSF, among three tested strains, selected T. sp CG 104NH as the best producer of CMCase, Xylanase and FPase, with values of 25.93 UI.g-1, 67.17 UI.g-1 and 1.87 UI.g -1, respectively. The correlation coefficient between this process (SSF) and Congo red test was R2 = 0.97, 0.98 and 0.97 for the three enzymes studied, CMCase, Xylanase and FPase respectively. Therefore, it was possible to obtain a linear correlation between these two methodologies. The selection steps evaluated in this study were considered effective, quality selections proved quick selection of an extensive database of fungi. The linear correlation between the tests made with red Congo and SSF indicate that is possible to use the combination of qualitative and quantitative methods to assess the ability of cellulase production by filamentous fungi. / A busca por microrganismos produtores de enzimas celulolíticas é uma etapa de suma importância para contribuir com a viabilização da rota biológica de produção de etanol lignocelulósico. Dentre os fungos filamentosos, os do gênero Trichoderma se destacam pela alta produção enzimática exibida. Dada a crescente demanda pelo desenvolvimento de processos que reduzam os custos das celulases, foi proposto o presente trabalho que tem como objetivo avaliar e selecionar isolados de fungos filamentosos Trichoderma, disponíveis nos bancos da Embrapa, capazes de produzir altas concentrações de enzimas do complexo celulolítico. A metodologia desenvolvida no projeto foi dividida em quatro etapas até a seleção final das melhores linhagens. A primeira etapa de avaliação consistiu na observação do crescimento das 78 linhagens isoladas de Trichoderma, a partir da degradação do substrato microcelulósico cristalino, Avicel. A segunda etapa de seleção, o teste do vermelho congo, resumiu-se na determinação do halo de hidrólise e na medida do índice enzimático (diâmetro halo hidrólise. diâmetro halo colônia-1) de cada linhagem. Na terceira etapa foram avaliadas as linhagens com maior potencial produtor de celulases na fermentação em tubos de ensaio, para as enzimas CMCase, Xilanase e FPase. A última etapa de avaliação e seleção das linhagens foi o processo de fermentação em estado sólido (FES). Na primeira etapa de seleção, 49 linhagens apresentaram capacidade de metabolizar o substrato celulósico cristalino, Avicel. O teste do vermelho congo, segunda etapa, selecionou as dez melhores linhagens com índices enzimáticos obtidos acima de 1,50, que variaram de 1,51 a 1,90. No processo de fermentação em tubos de ensaio foram selecionadas três linhagens com a melhor produção de enzimas entre as dez selecionadas no teste do vermelho Congo, T. harzianum CEN 139, T. harzianum CEN 155 e T. sp CG 104NH. Para avaliação da produção enzimática em FES realizou-se inicialmente um planejamento experimental fatorial para selecionar as variáveis significativas no processo. As variáveis estudadas foram: concentração do inóculo, umidade e proporção de bagaço de cana (BC). Após a análise enzimática de CMCase observou-se apenas a proporção de BC como variável significativa. A partir deste resultado, foi realizado um delineamento composto central rotacional com os parâmetros fermentativos: proporção de BC e umidade. A proporção de BC foi significativa e a atividade enzimática alcançou 11,16 UI.g-1 de CMCase. O processo de FES, dentre três linhagens avaliadas, selecionou T. sp CG 104NH como a melhor produtora de CMCase, Xilanase e FPase, com valores de 25,93 UI.g-1, 67,17 UI.g-1 e 1,87 UI.g-1, respectivamente. O coeficiente de correlação entre este processo (FES) e o teste vermelho Congo foi R2 =0,97, 0,98 e 0,97 para as três enzimas estudadas, CMCase, Xilanase e FPase, respectivamente. Obtendo uma correlação linear entre estas duas metodologias. As etapas de seleção avaliadas neste trabalho foram consideradas efetivas, as seleções qualitativas se mostraram rápidas para seleção de um extenso banco de fungos. A correlação direta apresentada entre os ensaios com vermelho Congo e FES indicam que é possível a utilização da combinação entre métodos qualitativos e quantitativos para a avaliação da capacidade de produção de celulases por fungos filamentosos.

Ameaças na sustentabilidade do desenvolvimento mundial em consideração ao aquecimento global, a dependência energética e a demanda exponencial pela produção de alimentos têm levado ao crescente interesse por fontes alternativas renováveis de energia como a biomassa vegetal. Neste cenário, a viabilização do etanol sem competição por terra cultivável a partir do bagaço de cana-de-açúcar (BC) pela rota enzimática é peça chave para a produção integrada e sustentável dos biocombustíveis visando otimização de recursos, redução de resíduos e minimização de impactos ambientais negativos. Entretanto, a sua comercialização precisa ser ainda consolidada através da economicidade nos insumos de hidrólise (enzimas celulases) e de uma maior eficiência na etapa de pré-tratamento da lignocelulose. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo contribuir na redução dos custos de produção celulases utilizando um resíduo característico da indústria brasileira, o BC, para produção de celulases específicas através da tecnologia de fermentação em estado sólido com o microorganismo Aspergillus niger. A proposta desenvolvida consiste em bioprocesso com pré-tratamento hidrotérmico do BC condizente a seu uso como substrato fermentativo, complementação deste substrato com 35% de farelo de soja e meio de suplementação com acréscimo de protéicas, umidade de fermentação de 80% e uso de circulação forçada em bioreator de coluna instrumentado visando o balanço hídrico e térmico do processo. As celulases específicas assim produzidas exibiram atividades de FPase: 0,045; CMCase: 1,10; xilanase: 9,17 e \'beta\'-glicosidase:0,33 UI/mL, e sua ação sinérgica sobre o BC explodido resultou na conversão em açúcares redutores de 15% após 22 horas de hidrólise. A direta aplicabilidade e especificidade do coquetel enzimático produzido mostram a proposta do bioprocesso como uma tecnologia de elevado potencial de integração no modelo de produção de etanol celulósico, anexo a uma usina convencional. Esta alternativa de desenvolvimento a maior escala indica uma oportunidade nacional para o crescimento sustentável na produção de bioetanol e a expansão das vantagens associadas com o uso de biocombustíveis no âmbito mundial. / Threats to sustainability of world development in regards to global warming, energy dependence and the exponential demand for food production have led to growing interest in alternative renewable sources of energy such as biomass. In this context, the viability of ethanol from sugar cane bagasse cane (SCB) by enzymatic pathway, without competition for farmland, is the key for sustainable and integrated biofuels production aiming to optimize resources, waste reduction and negative environmental impacts minimization. However, its commercialization needs to be further consolidated through the economy of hydrolysis enzymes (cellulases) and efficiency improvements in lignocellulosic pre-treatment. Thus, this study aimed to contribute for the reduction of costs in cellulases production using a traditional brazilian industrial waste, the SCB, in order to obtain specific cellulases with the microorganism Aspergillus niger by solid state fermentation. The proposal of bioprocess developed consists of SCB hydrothermal pre-treatment towards to its use as fermentation substrate, complementation of this substrate with 35% of soybean bran and supplementation medium with protein sources addition, moisture fermentation of 80% and use of a column bioreactor instrumented with forced aeration aiming suitable control of water and thermal balance of the process. Thus, specific cellulases produced exhibited activities of FPase = 0.045; CMCase = 1.10; xylanase = 9.17 and -glucosidase = 0.33 IU/mL, and their synergy action over exploded SCB resulted in 15% of reducing sugar conversion after 22 hours of hydrolysis. The direct applicability and specificity of the enzymatic cocktail produced shows the proposed bioprocess as a high potential technology for integration into the production model of cellulosic ethanol, joint to a conventional power plant. This development alternative to larger scale indicates a national opportunity for sustainable growth in bioethanol production and associated benefits expansion with the worldwide use of biofuels.

Os fungos de decomposição parda são eficientes na degradação dos polissacarídeos da madeira, pois, além das enzimas hidrolíticas, podem gerar, via reação de Fenton, radicais hidroxila que são responsáveis pela rápida despolimerização dos polissacarídeos da parede celular sem a remoção prévia da lignina. O presente trabalho analisou se enzimas hidrolíticas do fungo de decomposição parda Gloeophyllum trabeum e as endoglucanases comerciais do ascomiceto Talaromyces emersonii apresentam efeito sinérgico com celulases comerciais durante a hidrólise enzimática de substratos com teor elevado de lignina. Os substratos em questão corresponderam a bagaço de cana pré-tratado por um processo quimiomecânico que emprega sulfito alcalino. Dois níveis de tratamento foram obtidos a partir de cargas diferenciadas de sulfito de alcalino. A carga mais elevada foi de 10 g de Na2SO3 e 5 g de NaOH para cada 100g de bagaço e gerou um substrato de baixa recalcitrância. O emprego de uma carga de sulfito alcalino diminuída à metade da carga anterior gerou um substrato de elevada recalcitrância. Para viabilizar a execução dos experimentos utilizando pequenas quantidades de enzima, foi desenvolvido um método de hidrólise em pequena escala empregando bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino como substrato. O método em questão empregou 20 mg de substrato e 1 mL de volume final de reação gerando dados com boa reprodutibilidade e níveis de conversão de celulose e xilana similares aos observados em ensaios tradicionais que empregam 1 g de substrato e 50 mL de meio reacional. O fungo G. trabeum foi cultivado com 7 diferentes fontes de carbono, sendo detectada a atividade de endoglucanase em todos os meios e alcançando níveis mais elevados nos cultivos com carboximetilcelulose, que foi, portanto, utilizado para produção das enzimas de G. trabeum. Um extrato de cultivo de G. trabeum foi parcialmente purificado, gerando um extrato com 2,16 UI de endoglucanases/mL e um teor de proteínas de 1,34 mg/mL. O uso das enzimas de G. trabeum e de T. emersonii em misturas com a Celluclast foi baseado nas cargas de endoglucanases totais, visto que a atividade em papel de filtro não foi detectável nos dois complexos enzimáticos. Para as reações de hidrólise do substrato que apresentava baixa recalcitrância, as conversões máximas de celulose e xilana foram da ordem de 80% após 72h de reação com cargas de endoglucanases de Celluclast de 120 UI/g de substrato. A mistura de enzimas que empregaram metade desta carga de endoglucanase advinda de Celluclast e outra metade de extratos de G. trabeum proporcionaram eficiências de hidrólise similares às obtidas com a mesma carga advinda somente de Celluclast. No caso da suplementação das misturas com endoglucanases de T. emersonii, as eficiências de hidrólise foram menores do que aquelas obtidas somente com Celluclast. As reações de hidrólise do substrato de elevada recalcitrância proporcionaram conversões de celulose e xilana máximas da ordem de 50% quando se empregou Celluclast como fonte de enzimas. A suplementação de parte das endoglucanases desta preparação por endoglucanases provenientes do extrato de G. trabeum ou de T. emersonii não favoreceram a hidrólise dos polissacarídeos presentes no substrato. / Brown-rot fungi can degrade wood polysaccharides in an efficient manner because they produce hydrolytic enzymes and also hydroxyl radicals via Fenton reaction. These systems are responsible for a rapid polysaccharide depolymerization without previous lignin removal from the wood cell walls. The present work evaluated the hydrolytic enzymes produced by the brown-rot fungus Gloeophyllum trabeum and by the ascomycete Talaromyces emersonii in mixtures with commercial cellulases to hydrolyze lignin-rich substrates. The evaluated substrates were sugar cane bagasse pretreated in a chemithermomechanical process that used alkaline sulfite in the reaction media. Two levels of pretreatment were employed by using varied loads of chemicals during the cooking step. A low recalcitrance material was prepared by pretreating the sugar cane bagasse with 10 g of Na2SO3 and 5 g of NaOH per 100g of sugar cane bagasse. Using the half of this chemical loading resulted in a second substrate that was more recalcitrant. A small scale enzymatic hydrolysis procedure was set to permit the use of low enzymes dosage in the polysaccharide hydrolyses studies. This procedure used only 20 mg of lignocellulosic substrate in 1 mL of final reaction volume. Data obtained for cellulose and xylan conversion presented good reproducibility and average conversion values very similar to that obtained in traditional experiments that use 1 g of substrate in 50 mL of reaction medium. G. trabeum was cultured in 7 different carbon sources and endoglucanase activities were detected in all cases. The highest endoglucanases levels were obtained in cultures with carboxymethylcellulose as carbon source. One culture extract from this fungus was partially purified yielding a purified extract with 2.16 IU of endoglucanases/mL and a protein content of 1.34 mg/mL. The use of the enzymes from G. trabeum and T. emersonii extracts in mixtures with commercial Celluclast was based on the total loads of endoglucanases, since filter paper activities were not detectable in the extracts obtained from the studied fungi. Cellulose and xylan from the low recalcitrance substrate were converted at yields of 80% after 72 h of hydrolysis by Celluclast loaded at 120 UI of endoglucanases/g de substrate. Using enzyme mixtures with the same endoglucanase dosage but divided in 50% from Celluclast and 50% from G. trabeum extract yielded almost the same hydrolysis efficiency. In the case of the enzyme mixtures in which the extract from T. emersonii was used instead the extract from G. trabeum the hydrolysis efficiency was lower than that obtained by the treatment with Celluclast only. Cellulose and xylan from the low recalcitrance substrate were converted at yields of 50% after 72 h of hydrolysis by Celluclast. The replacement of this endoglucanase load with endoglucanases from G. trabeum or T. emersonii extracts resulted in lower hydrolysis efficiency.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2016-08-03T16:30:05Z No. of bitstreams: 1 2011 - Alex da Silva Santos.pdf: 1990293 bytes, checksum: b92b4e5aec031d9fcd17900f0f1ef9c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-03T16:30:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011 - Alex da Silva Santos.pdf: 1990293 bytes, checksum: b92b4e5aec031d9fcd17900f0f1ef9c8 (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior, CAPES / The production of enzymes for application at different areas of food agroindustry presents promising future perspectives, due to several intrinsic properties regarded to the performance of the enzymes as natural and biodegradable compounds, responsible for achieving specific reactions with better quality. Cellulases have been the most employed enzymes on food industry, acting sinergically on the hydrolysis of the glucosidic links ?-1,4 from the molecules of cellulose, and being used on several applications in this sector as in vegetal oils extraction, fruit maceration and juice clarification. Based on this context, the present study aimed to produce, concentrate and partially characterize an enzymatic extract by a mutant fungus strain of Aspergillus niger. Production was performed by solid-state fermentation (SSF) in aerated columns, using humidified wheat bran with (NH4)2SO4 solution on 0,1N HCl as substrate and cellobiose as inducer. Cellulolytic extract was a blend of extracts from three different assays selected on previous studies as the best conditions for the enzymes caboxymethilcellulase, ?-glucosidase and filter paper cellulose (FPase). During the characterization of the enzymatic extract, besides cellulases activity, the presence of protease and other enzymes with similar action to cellulases as xylanase and poligalacturonase was evaluated. For enzymatic extract concentration, three different strategies were performed: ultrafiltration, using a stainless steel plates system through a 20 kDa molecular weight cut-off polyethersulphone membrane and 0,014 m2 area; precipitation with ammonium sulphate under 20%, 40 %, 60% and 80% saturation level and lyophiilization. The best results were achieved by the ultrafiltration process, partially purified sample and providing enzymatic activities recovery between 75% and 99%, except for FPase. SDS-PAGE analysis presented 15 visible protein bands on cellulolytic extract with molecular weights ranging from 13.3 to 104.6 kDa. Zymography test was applied for cellulases and correlate enzymes as well as to protease, however, just for the last one the conditions were considered appropriate, identifying bands on 88, 103 and 145 kDa. The effective performance of ?-glucosidase and xylanase over xylan and cellobiose hydrolysis was confirmed by thin layer chromatography. A central rotational statistical design 22 with 4 central points was used for evaluating optimal temperature and pH for carboxymethylcellulase and ?-glucosidase. The analysis of the results obtained for both enzymes demonstrated that all variables were significative at a 95% confidence level. Based on the conditions studied it can be concluded that optimal pH and temperature ranges for efficient and combined action of carboxymethylcellulase and ?-glucosidase are 3.7 to 5.5 and 60 to 65?C, respectively. / A produ??o de enzimas para uso em diferentes ?reas da agroind?stria de alimentos mostra perspectivas futuras promissoras, devido ?s v?rias caracter?sticas inerentes ? a??o das enzimas que s?o compostos naturais, biodegrad?veis e capazes de desempenhar rea??es espec?ficas com melhor qualidade. Entre as enzimas mais utilizadas pelo setor de alimentos est?o as celulases, um complexo de enzimas que atuam de forma sin?rgica sobre a hidr?lise das liga??es glicos?dicas ?-1,4 das mol?culas de celulose, e possuem v?rias aplica??es industriais neste setor, como na extra??o de ?leos vegetais, na macera??o de frutas e na clarifica??o de sucos. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo produzir, concentrar e caracterizar parcialmente um extrato celulol?tico obtido por linhagem f?ngica mutante de Aspergillus niger. A produ??o foi realizada por fermenta??o no estado s?lido (FES) em colunas aeradas, utilizando como substrato farelo de trigo triturado umidificado com solu??o de (NH4)2SO4 em HCl 0,1N e celobiose, como indutor. O extrato celulol?tico consistiu de uma mistura de extratos obtidos em 3 ensaios fermentativos diferentes, selecionados em trabalhos anteriores como as melhores condi??es para produ??o de cada uma das enzimascarboximetilcelulase (CMCase), ?-glicosidase e celulase em papel de filtro (FPase). Durante a caracteriza??o do extrato enzim?tico, al?m da atividade das celulases, tamb?m era avaliado o teor de prote?na, a presen?a de protease e de enzimas correlatas ? a??o de celulases como xilanase e poligalacturonase. Para concentra??o do extrato enzim?tico foram realizadas tr?s diferentes estrat?gias: ultrafiltra??o em um sistema de quadro e placas em a?o inox, utilizando uma membrana de polietersulfona com massa molar de corte de 20 kDa e ?rea de 0,014m2; precipita??o com sulfato de am?nio utilizando satura??es de 20%, 40%, 50%, 60%, 80% e liofiliza??o. O processo de ultrafiltra??o foi o que obteve o melhor resultado, purificando parcialmente a amostra e proporcionando uma recupera??o das atividades enzim?ticas entre 75% e 99% para todas as atividades avaliadas, exceto FPase. A an?lise eletrofor?tica em SDS-PAGE demonstrou a presen?a de 15 bandas vis?veis de prote?nas no extrato celulol?tico com pesos moleculares que compreendem uma faixa entre 13,3 e 104,6 kD. O teste de zimografia foi realizado para as celulases e enzimas correlatas, bem como para protease, no entanto somente para esta ?ltima, as condi??es testadas foram adequadas tornando-se poss?vel identificar bandas em 88, 103 e 145 kDa. A efetiva a??o das enzimas ?-glicosidase e xilanase na hidr?lise de celobiose e xilana, respectivamente,foi comprovada em cromatografia de camada fina. Al?m disso, a temperatura e pH ?timos de atua??o de carboximetilcelulase e ?-glicosidase foram determinados utilizando o delineamento composto central rotacional 22, com 4 pontos centrais. A an?lise dos resultados de ambas as enzimas demonstrou que as vari?veis eram significativas, a um n?vel de confian?a de 95%. Com base nas condi??es estudadas, concluiu-se que as faixas de pH e temperatura ?timos para a atua??o eficiente e conjunta de CMCase e ?-glicosidase est?o entre 3,7 a 5,5 e 60 a 65 ?C, respectivamente.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sugarcane bagasse is an abundant lignocellulosic residue in traditional regions of sugar and ethanol production in Brazil. It is not only a potential substrate for second generation ethanol production but also have structural features to be classified as good inducer for cellulases production by microorganisms. However, the high cost of cellulases industrial production is the major bottleneck in the hydrolysis of this raw material for subsequent fermentation, which makes unfeasible in large scale the ethanol production using this process. In this context, the development of more efficient and less expensive fermentation processes for industrial cellulases production, as well as better alternatives of enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material is crucial to achieve economic feasibility in this process. For this purpose, this work aims to develop a cellulase production process using Trichoderma reesei, as well as assessing the use of produced enzymatic extract in sugarcane bagasse hydrolysis, in order to evaluate the ultrasound effects in the hydrolysis process. The optimized process of cellulases production consisted in five days of grow in pre-inoculum Petri dishes, followed by two days of grow in optimized liquid medium and four days of solid state fermentation, using sugarcane bagasse supplemented with 1% of soybean bran and 15% (v/w) of corn steep liquor as substrate, moisture of 65%, 28±1°C and 0.5 mL of inoculum per gram of substrate. This experimental condition in bench scale (5 g) resulted in a production of 1.4 FPU/g of cellulases, and the production was approximately three-fold high in a fixed-bed bioreactor with forced aeration for 70 g of substrate capacity. For ultrasound assisted enzymatic hydrolysis using an ultrasound bath, the condition that achieved higher efficiencies were 43.4±2°C and 18.5% (v/v) of enzyme concentration, resulting in a maximal hydrolysis efficiency of 229 grams of reducing sugar per kilogram of used substrate, achieving an average increase of 12% in efficiency in those experiments where the hydrolysis was assisted by ultrasound compared with those without sonication. Regarding the saccharification using the ultrasonic probe, results using the indirect sonication during process were, on average, 158% higher than those using the direct sonication. Thus, it can be concluded that indirect sonication is more suitable to be used as an auxiliary in the hydrolysis, since the direct sonication can cause denaturation of the enzyme, reducing the process efficiency. / O bagaço de cana-de-açúcar (BC) é um resíduo lignocelulósico abundante em regiões sucroalcooleiras no Brasil e é um potencial substrato para produção de etanol de segunda geração, além de possuir características estruturais que o classificam como bom indutor para produção de celulases por microrganismos. O alto custo da produção industrial de celulases, no entanto, é um grande empecilho na hidrólise desse tipo de material para posterior fermentação, o que inviabiliza a utilização desse processo na produção de etanol em larga escala. Nesse contexto, o desenvolvimento de processos de fermentação mais eficientes e de menor custo para a produção de celulases em escala industrial, bem como alternativas mais eficazes de hidrólise enzimática desse material são necessários a fim de viabilizar economicamente o processo. Para essa finalidade, esse trabalho tem como proposta o desenvolvimento de um processo para produção de celulases utilizando uma cepa do fungo filamentoso Trichoderma reesei, bem como a utilização do extrato enzimático produzido na hidrólise enzimática de bagaço a fim de avaliar os efeitos do ultrassom no processo. O processo otimizado de produção das celulases consistiu em cinco dias de crescimento do pré-inóculo em placas de Petri, seguido de dois dias de crescimento em meio líquido otimizado, e quatro dias de FES de BC suplementado com 1% de farelo de soja (FS) e 15% de água de maceração de milho (AMM), 65% de umidade, 28±1°C e densidade de 0,5 mililitros de inóculo por grama de substrato. Essa condição experimental em escala de bancada (5 g) resultou em uma produção de 1,4 FPU/g, valor esse que aumentou aproximadamente três vezes com o aumento de escala de produção em um biorreator de leito fixo com aeração forçada com capacidade para 70 g de substrato. Para hidrólise enzimática assistida por banho de ultrassom, a condição que atingiu melhores eficiências foi de 43,4±2°C e 18,5% (v/v) de concentração de enzima, atingindo um máximo de 229 gramas de açúcares redutores por quilograma de substrato utilizado, e foi observado um aumento médio de 12% na eficiência de hidrólise naqueles experimentos em que a hidrólise foi assistida por ultrassom. Já nas sacarificações utilizando a sonda ultrassônica, os resultados utilizando sonicação indireta durante a sacarificação foram, em média, 158% maiores que aqueles utilizando sonicação direta. Dessa forma, conclui-se que a utilização de sonicação indireta é mais indicada como auxiliar nas hidrólises, uma vez que a sonicação direta pode causar desnaturação da enzima e diminuir a eficiência do processo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Mariana de Aguiar.pdf: 5014872 bytes, checksum: 64beb98ea03bbb601831a3ce234b8c31 (MD5) Previous issue date: 2010-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lignocellulosic materials are the most abundant residues in the world and there is a worldwide concern to use them as raw material for bioethanol production. This is possible because these materials are rich in cellulose. Cellulose is a biopolymer composed of glucose molecules linked by ß-1-4 glycosidic bonds. Glucose can be converted into ethanol by fermentation and can be obtained from cellulose by enzymatic hydrolysis using cellulases. The cellulases can be produced by several microorganisms under appropriate environmental conditions. Amongst these microorganisms is the fungus Aspergillus niger. In this work, cellulases were obtained by fermentation cultivating A. niger in broth containing pretreated lignocellulosic materials such as sugarcane bagasse, corn straw or wheat straw as the only carbon source. The fermentation kinetic was observed when the pretreated sugarcane bagasse was used as the carbon source. Several variables that affect the enzymatic hydrolysis were analyzed using the three pretreated lignocellulosic materials as hydrolysis substrate. The variables analyzed were: pH, temperature, time of the hydrolysis, mass fraction of the substrate and dilution of the enzymatic broth. The pretreatment of the lignocellulosic materials is paramount for exposing the cellulose chain. Pretreatment consisted of using 4%w/w NaOH solution or 1%w/w H2O2 and their efficiency for removing the lignin from the residues were evaluated. The enzymatic activity also was evaluated by submeting the lignocellulosic materials to successive enzymatic hydrolysis. The enzyme deactivation was evaluated by cooling or freezing the enzymatic broth. It was concluded that Aspergillus niger produces cellulases when grown on medium with pretreated lignocellulosic materials as carbon source. Considering the fermentation kinetic, the ideal time to collect the enzymatic broth with maximum productivity was about 7 days. The cellulase complex does not suffer considerable deactivation when stored at -18°C (freezer) for 43 days, however, the broth activity drops by 43% after 48 hours when stored at 4°C (fridge). The corn straw showed better results as carbon source in fermentation and as substrate hydrolysis, compared with the other materials, with enzymatic activity of 0.895 U/ml. The ideal pH to conduct the enzymatic hydrolysis was 4.8 at 50°C for 50 minutes. The mass fraction of the substrate and enzyme concentration affects the enzymatic activity by a linear dependence. The pretreated materials provided higher enzymatic activity results than the untreated materials. The highest activity enzymatic results were obtained with H2O2 treated substrates, with enzymatic activity of 0.655 U/ml for the sugarcane bagasse, 0.892 U/ml for the corn straw and 0.801 U/ml for the wheat straw. Also, the results show that the H2O2 pretreated materials can be submitted up to, at least, four successive hydrolysis with the second one yielding the highest enzymatic activity for all pretreated residues. / Os resíduos lignocelulósicos são os mais abundantes no mundo e atualmente há uma preocupação mundial em aproveitá-los como matéria-prima na produção de bioetanol. Isto é possível visto que tais resíduos são ricos em celulose. A celulose é um biopolímero composto por moléculas de glicose unidas por ligações glicosídicas ß-1-4. A glicose pode ser transformada em etanol por via fermentativa e pode ser obtida da celulose via hidrólise enzimática utilizando as enzimas celulases. As celulases podem ser produzidas por diversos micro-organismos sob condições adequadas. Dentre esses micro-organismos, destaca-se o fungo Aspergillus niger. Neste trabalho, celulases foram obtidas cultivando-se A. niger em meio de cultura com os resíduos lignocelulósicos bagaço de cana-de-açúcar, palha de milho e palha de trigo pré-tratados com NaOH 4% como única fonte de carbono. Observou-se a cinética da fermentação com bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com NaOH 4% como fonte de carbono. Foram analisadas diversas variáveis que afetam a hidrólise enzimática utilizando os três resíduos lignocelulósicos pré-tratados com NaOH 4% como substrato. As variáveis analisadas foram: pH, temperatura, tempo de hidrólise enzimática, fração mássica de substrato e diluição do caldo enzimático. Avaliou-se a eficiência dos pré-tratamentos dos resíduos com NaOH 4% e com H2O2 1%. Avaliou-se o comportamento da atividade enzimática submetendo os resíduos lignocelulósicos a hidrólises enzimáticas sucessivas. A desativação enzimática foi avaliada nas condições de resfriamento e congelamento do caldo enzimático. Nas condições estudadas, foi concluído que o Aspergillus niger produz celulases quando cultivado em meio com resíduos lignocelulósicos pré-tratados como fonte de carbono. O tempo ideal para coleta do caldo enzimático, com produtividade máxima, foi de aproximadamente 7 dias. O complexo celulásico não sofre desativação se armazenado a temperatura de -18°C (freezer) por 43 dias, mas perde sua atividade em 43% após 48 h se armazenado a 4°C (geladeira). A palha de milho apresentou melhores resultados como fonte de carbono na fermentação e como substrato na hidrólise, comparada com os outros resíduos, com atividade enzimática de 0,895 U/mL. O pH ideal para se conduzir a hidrólise foi 4,8 na temperatura de 50ºC por 50 minutos. A fração de substrato e a concentração das enzimas afetam linearmente a atividade enzimática. Os resíduos pré-tratados proporcionaram melhores resultados de atividade enzimática do que os resíduos não tratados. Os melhores resultados de atividade foram obtidos com os resíduos tratados com solução de H2O2 1%, com atividade de 0,655 U/mL para o bagaço de cana, 0,892 U/mL para a palha de milho e 0,801 U/mL para a palha de trigo. Além disso, os resíduos tratados com H2O2 podem sofrer quatro processos de hidrólise sucessivos, com o segundo processo rendendo a maior atividade enzimática para todos os resíduos pré-tratados.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabiano Bisinella Scheufele.pdf: 1716907 bytes, checksum: fee6288858ac3d92f0d2e7f9f8d02ba2 (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lignocellulosic biomass has high yields of cellulose which can be hydrolyzed to fermentable carbohydrates. Global generation of agro-industrial wastes grows simultaneously with the sector development resulting at the accumulation of lignocellulosic residues leading environmental pollution and loss of potential materials for the bioconversion to a wide range of high added value products, such as biofuels. Recently, the search of renewable sources of energy has grown, due to the depleting of fossil fuels, increasing the possibility at the conversion of the lignocellulosic biomass via hydrolytic enzymes. The aim of this work was evaluate cellulases production by lignocellulolytic fungi from the Amazonic biome aiming at the bioconversion of the agro-industrial residues. Submerged and solid-state fermentations were performed to select the microorganism with superior cellulase productive capacity. The influence of parameters such as pH, surfactant induction (Tween 80), aeration and agitation, besides the alkaline oxidative treatment of the sugarcane bagasse. Statistical design were carried out to estimate the influence of the moisture and the initial pH at cellulases production by solid-state fermentation. Trichoderma sp. and Aspergillus niger performed the best production of enzymes, where the highest yields of total cellulase were obtained by agitated submerged fermentation with sugarcane bagasse pretreated with H2O2 (1%) reaching 0.265 U.mL-1 (12.915 U.g-1) by Trichoderma sp. at the sugarcane bagasse, and 0.155 U.mL-1 (7.549 U.g-1) by Aspergillus niger. Through solid state fermentations with the pretreated sugarcane bagasse the influence of initial pH and the moisture were evaluated by statistical design. In the case of the Trichoderma sp. both parameters were significant at the cellulase production, as well as the synergistic interaction, within the confidence interval of 95%, yielding 0.167 U.mL-1 (2.695 U.g-1), at the pH 7.0 and 1:9 solid-liquid ratio. For Aspergillus niger only pH was significant and the cellulase content obtained was 0.098 U.mL-1 (1.695 U.g-1) at pH 7.0. Finally, a cellulase produced by Trichoderma sp. at solid state fermentation and a commercial enzyme were used at enzymatic hydrolysis tests. The parameters hydrolysis time, enzyme dilution, concentration of Tween 80 and solid-liquid ratio of sugarcane bagasse were evaluated. The significant variables were then optimized by a central composite rotational design. The strain of Trichoderma sp. from the Amazon biome showed potential at the cellulase production and the treated sugarcane bagasse was a fine substrate for the enzymatic production. / A biomassa lignocelulósica contêm altos teores de celulose e outros polissacarídeos em sua constituição química, podendo ser hidrolisados em açúcares fermentescíveis. A geração de resíduos agroindustriais anual tem crescido resultando no acúmulo de resíduos que contribuem para a poluição do meio ambiente e na perda de materiais que possuem potencial na bioconversão a produtos de alto valor agregado, como por exemplo, biocombustíveis. Recentemente, há a necessidade de fontes energéticas de origem renovável, devido à diminuição dos combustíveis fósseis, viabilizando a conversão das biomassas lignocelulósicas via enzimas hidrolíticas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de enzimas celulases por fungos lignocelulolíticos provenientes do bioma amazônico visando a bioconversão de resíduos agroindustriais. Diferentes fermentações foram realizadas, tanto em meio submerso quanto em estado sólido, através das quais selecionou-se os micro-organismos com melhor capacidade produtiva de celulases. Estudou-se a influência de parâmetros como pH, utilização de surfactante como indutor (Tween 80), aeração e agitação, além do tratamento alcalino oxidativo do bagaço de cana. Os micro-organismos que apresentaram melhor desempenho na produção das enzimas foram o Trichoderma sp. e o Aspergillus niger, sendo que os maiores níveis de celulase total foram obtidos por fermentação submersa nos ensaios agitados com bagaço de cana pré-tratado com H2O2 (1%), com 0,265 U.mL-1 (12,915 U.g-1) pelo Trichoderma sp., e 0,155 U.mL-1 (7,549 U.g-1) com Aspergillus niger. A partir de fermentações em estado sólido com o bagaço de cana pré-tratado avaliou-se a influência dos parâmetros pH inicial e umidade por planejamentos experimentais, verificando-se que para o Trichoderma sp. ambos os parâmetros, bem como a interação sinergética entre si, foram significativos dentro do intervalo de confiança de 95%, obtendo-se 0,167 U.mL-1 (2,695 U.g-1) no pH 7,0 e relação sólido-líquido 1:9. No caso do Aspergillus niger apenas o pH foi significativo e o teor de celulase obtido foi de 0,098 U.mL-1 (1,695 U.g-1) para um pH 7,0. Finalmente, a partir de uma celulase produzida por fermentação em estado sólido do Trichoderma sp. e uma enzima comercial foi realizada a avaliação da influência dos parâmetros tempo de hidrólise, diluição da enzima, concentração de Tween 80 e razão sólido-líquido do bagaço de cana sobre a hidrólise do mesmo. As variáveis significativas foram, posteriormente, otimizadas por um delineamento composto central rotacional. A cepa Trichoderma sp. proveniente do bioma amazônico apresentou potencial na produção de celulases e o o bagaço de cana submetido ao tratamento alcalino oxidativo apresentou-se como um bom substrato para a produção enzimática.