Orientador: Gláucia Maria Pastore / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:25:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Molina_Gustavo_M.pdf: 3663264 bytes, checksum: 94506067795fea82250b3e7365a128c0 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O objetivo do presente trabalho foi efetuar estudos de biotransformação de monoterpenos para a obtenção de compostos de aromas naturais, ou bioaromas, enfatizando os processos bioquímicos envolvidos nos procedimentos empregados para possíveis aplicações industriais. Assim, o estudo se iniciou com 70 linhagens, isoladas em uma planta de processamento de suco de laranja e selecionadas em um estudo prévio pois mostraramse capazes de utilizar este R-(+)-limoneno como única fonte de carbono. Estes microorganismos foram testados quanto a sua capacidade de biotransformar este monoterpeno em compostos de aroma. Dentre todas as linhagens potencialmente degradantes do R- (+)-limoneno, apenas a linhagem LB285JLB mostrou acúmulo significativo de metabólito de interesse em concentração que justifique estudos de otimização. A seguir, o método de Superfície de Resposta foi empregado para otimizar os principais parâmetros do processo de produção de biomassa desta linhagem, utilizando glicerol como fonte de carbono. Dentre os parâmetros analisados, três (concentração de substrato, temperatura e agitação) influenciaram significativamente (p < 0,10) a produção de biomassa da linhagem LB285JLB, dentro das faixas estudadas. A otimização dessas variáveis por um Delineamento Composto Central Rotacional revelou que as condições ótimas para a fermentação foram 6-9 g.L-1 de glicerol, temperatura entre 35-40 °C e agitação de 230 a 300 rpm. Finalmente, estudos preliminares de prospecção do potencial dos microorganismos endofíticos isolados do Baru (Dipteryx alata Vog.), visando o desenvolvimento de processos biotecnológicos de interesse industrial. Até o presente momento os trabalhos conduzidos demonstraram que as linhagens endofíticas podem ter aplicação potencial em processos de produção de bioaromas a partir da biotransformação de monoterpenos, juntamente com a co-produção de enzimas. Esses resultados abrem precedentes para que novas pesquisas sejam consideradas a fim de determinar o potencial deste nicho de micro-organismos / Abstract: The objective of the present work was to study the biotransformation of monoterpenes to obtain natural flavor compounds (bioflavors), focusing the biochemical processes involved in the procedures investigated for possible industrial applications. Therefore, the study started with 70 strains, isolated in a previous study from a citrus processing plant and capable of use R-(+)-limonene as sole carbon and energy source. These microorganisms were tested for their ability to biotransform this monoterpene on flavor compounds. Among the strains potentially degrading of R-(+)-limonene, just the strain LB285JLB showed significant accumulation of interest metabolite concentration which could justify optimization studies. Subsequently, the Response Surface Methodology was employed to optimize the main parameters of the process of LB285JLB biomass production, using glycerol as carbon source. Only three (glycerol concentration, temperature and agitation) of all parameters tested influenced significantly (p < 0.1) the biomass production. TheT optimization of these variables applying a Central Composite Design revealed that the optimal biotrasformation conditions were 6-9g.L-1, 35-40 °C and 230-300 rpm. Finally, preliminary propection studies evaluating the potential of endophytes isolated from Baru (Dipteryx alata Vog.), for the development of biotechnological processes of industrial interest. To date, the studies conducted have shown that endophytic microorganisms may have potential application in biotransformation process for bioflavors production, and also should be considered with process of enzymes co-production. These results encourages that further researchs should be considered to determine the potential of these microorganisms / Mestrado / Mestre em Ciência de Alimentos

A cana-de-açúcar (Saccharum sp.) chegou ao Brasil com a implementação das primeiras capitanias. Hoje ela é cultivada em praticamente todos os estados brasileiros, sendo processada para a produção de açúcar e álcool combustível. Para suprir este mercado crescente com plantas de alta qualidade é necessária a utilização da técnica de cultura de tecidos aplicada à microprogação in vitro para produzir mudas livres de doenças e em larga escala. Porém a contaminação microbiana é um fator determinante no sucesso da produção de plantas micropropagadas, sendo responsável por grandes perdas no processo. Dentro deste contexto, o presente trabalho teve como principal objetivo encontrar antibióticos capazes de reduzir as perdas por contaminação bacteriana no processo produtivo de plantas micropropagadas de cana-deaçúcar sem afetar o desenvolvimento vegetal. Para tanto, foram realizados o isolamento e identificação dos contaminantes bacterianos presentes no material micropropagado, a seleção dos principais antibióticos capazes de inibir o crescimento destes contaminantes e posteriormente um processo de antibioticoterapia foi estabelecido. Os resultados obtidos através da identificação evidenciaram que a maioria dos contaminantes bacterianos é composta por microrganismos endofíticos, sendo o gênero Gluconacetobacter o contaminante encontrado com mais frequência. Os resultados dos testes de suscetibilidade mostraram que nenhum antibiótico é 100% eficaz no controle geral do crescimento bacteriano, porém o antibiótico rifampicina se mostrou mais eficiente quando usado na concentração mínima de 50 g/mL e quando realizada a antibioticoterapia não afetou o crescimento das plantas micropropagadas. / Sugarcane (Saccharum sp.) arrived in Brazil with the first captaincy implementation. Nowadays, it is cultivated in almost all Brazilian states, processed to produce sugar and alcohol as fuel. In order to supply this growing market with high quality plants, it is necessary to use the technique of tissue culture applied to in vitro micropropagation to produce seedlings free of disease in large scale. But the microbial contamination is a determinant factor for the success of micropropagated plants production; it is responsible for great losses in the process. Within this context, the present work aimed to find antibiotics that can reduce losses by bacterial contamination in the production process of sugarcane micropropagated plants without affecting its development. Therefore, we have performed the isolation and identification of bacterial contaminants present in micropropagated material, the selection of the main antibiotics capable of inhibiting the growth of these contaminants and then a process of antibiotic therapy was established. The results obtained through the identification evidenced that most of the bacteria contaminants is composed of endophytic microorganisms, and the genus Gluconacetobacter was the contaminant found more often. The results of susceptibility tests showed that no antibiotic is 100% effective in the general control of bacterial growth, but the antibiotic rifampicin was more efficient when used at the minimum concentration of 50 g/mL and when performed with antibiotic therapy did not affect the growth of micropropagated plants.

A cana-de-açúcar (Saccharum sp.) chegou ao Brasil com a implementação das primeiras capitanias. Hoje ela é cultivada em praticamente todos os estados brasileiros, sendo processada para a produção de açúcar e álcool combustível. Para suprir este mercado crescente com plantas de alta qualidade é necessária a utilização da técnica de cultura de tecidos aplicada à microprogação in vitro para produzir mudas livres de doenças e em larga escala. Porém a contaminação microbiana é um fator determinante no sucesso da produção de plantas micropropagadas, sendo responsável por grandes perdas no processo. Dentro deste contexto, o presente trabalho teve como principal objetivo encontrar antibióticos capazes de reduzir as perdas por contaminação bacteriana no processo produtivo de plantas micropropagadas de cana-deaçúcar sem afetar o desenvolvimento vegetal. Para tanto, foram realizados o isolamento e identificação dos contaminantes bacterianos presentes no material micropropagado, a seleção dos principais antibióticos capazes de inibir o crescimento destes contaminantes e posteriormente um processo de antibioticoterapia foi estabelecido. Os resultados obtidos através da identificação evidenciaram que a maioria dos contaminantes bacterianos é composta por microrganismos endofíticos, sendo o gênero Gluconacetobacter o contaminante encontrado com mais frequência. Os resultados dos testes de suscetibilidade mostraram que nenhum antibiótico é 100% eficaz no controle geral do crescimento bacteriano, porém o antibiótico rifampicina se mostrou mais eficiente quando usado na concentração mínima de 50 g/mL e quando realizada a antibioticoterapia não afetou o crescimento das plantas micropropagadas. / Sugarcane (Saccharum sp.) arrived in Brazil with the first captaincy implementation. Nowadays, it is cultivated in almost all Brazilian states, processed to produce sugar and alcohol as fuel. In order to supply this growing market with high quality plants, it is necessary to use the technique of tissue culture applied to in vitro micropropagation to produce seedlings free of disease in large scale. But the microbial contamination is a determinant factor for the success of micropropagated plants production; it is responsible for great losses in the process. Within this context, the present work aimed to find antibiotics that can reduce losses by bacterial contamination in the production process of sugarcane micropropagated plants without affecting its development. Therefore, we have performed the isolation and identification of bacterial contaminants present in micropropagated material, the selection of the main antibiotics capable of inhibiting the growth of these contaminants and then a process of antibiotic therapy was established. The results obtained through the identification evidenced that most of the bacteria contaminants is composed of endophytic microorganisms, and the genus Gluconacetobacter was the contaminant found more often. The results of susceptibility tests showed that no antibiotic is 100% effective in the general control of bacterial growth, but the antibiotic rifampicin was more efficient when used at the minimum concentration of 50 g/mL and when performed with antibiotic therapy did not affect the growth of micropropagated plants.

Endophytic microorganisms were screened for hemicellulases production using plate assays and liquid cultivations. Two strains were selected and used in further studies. Aspergillus niger DR02 strain and Annulohypoxylon stigyum DR47. In A.niger fed-batch submerged cultivation approaches were developed using liquor from hydrothermal sugar cane pretreatment, and maximum xylanase activities obtained were 458.1 U/mL for constant fed-batch mode. For A. stygium DR47 media optimization and bioreactor cultivation using citrus bagasse and soybean bran were explored and revealed a maximum production of 6.26 U/mL of pectinase and 10.13 U/mL of &beta;-glucosidase. Improved hemicellulase production was also done by genetic modifications at carbon catabolic repression levels in A. niger. Mass spectrometric studies were done in enzymatic extracts produced and contributed to understand the enzymatic supplementation of Celluclast 1.5L.In addition the extracts produced were tested for an enzyme formulation and that was able to increase sugar cane bagasse hydrolysis. / Microrganismos endofíticos foram selecionados para a produção de hemicelulases através de testes em placa e de cultivo líquido. Duas linhagens foram selecionadas para posteriores cultivos, Aspergillus niger DR02 e Annulohypoxylon stigyum DR47. Para o fungo A.niger batelada alimentada em cultivo submerso com licor do tratamento hidrotérmico do bagaço de cana de açúcar permitiram obtenção de máxima atividade de xilanase de 458,1 U/mL. Para a linhagem A. stygium DR47 otimização do cultivo utilizando bagaço cítrico e farelo de soja foram explorados e revelaram produção de 6,26 U/mL de pectinase e 10,13 U/mL de &beta;-glucosidase. Melhoramento da produção de hemicelulase foi realizado com modificações genéticas ao nível de repressão catabólica de carbono em A. niger. Estudos de espectrometria de massas foram realizados nos extratos enzimáticos produzidos e contribuíram para entender a suplementação da Celluclast 1.5L. Além disso, os extratos produzidos foram testados para uma formulação que foi capaz de aumentar a hidrólise do bagaço de cana de açúcar.

O agroresíduo mais importante gerado no Brasil é o bagaço da cana de açúcar e seu excedente pode ser utilizado para a produção de etanol celulósico. O objetivo desse trabalho foi bioprospectar e identificar genes que codificam para enzimas lignocelulósicas. Para tanto, aproximadamente 42 linhagens de actinomicetos endofíticos e de solo, passaram por dois tipos de triagem (meio sólido e molecular). Como resultado, a maioria das linhagens apresentou bom desempenho em teste em meio sólido. Nenhuma linhagem foi capaz de hidrolisar igualmente todos os substratos testados. Na triagem molecular, os resultados indicam que os genes para as enzimas estão presentes. Como conclusão pode-se considerar que os actinomicetos são potencialmente bons produtores de enzimas lignocelulolíticas, O material biológico é relativamente pouco estudado e não foram encontrados dados na literatura sobre o tema, mas são interessantes para estudos de obtenção de bioetanol e outros segmentos biotecnológicos. / The most important agro waste generated from Brazil\'s sugarcane bagasse and its surplus can be used to produce cellulose ethanol. The aim of this study was bioprospected and identify genes encoding for lignocellulosic enzymes. Therefore, a batch of about 42 strains of endophytic actinomycetes and soil, passed through two types of screening (soild medium and molecular). The results demonstrated that the majority of the analysed strains presented good results when tested on solid medium. The strains presented better results for a restricted number of substrates, but no strain was able to hydrolyse all substrates. With regards to the results of molecular screening, strains had amplicons, indicating that the genes for the enzymes are present. As a conclusion, it can be considered that the actinomycetes are potentially good producers of lignocellulolytic enzymes. The biological material is relatively poor studied and no literature data e regarding the subject were found, but they can be considered appealing to be studied in order to obtain bioethanol and other biotech segments.

O agroresíduo mais importante gerado no Brasil é o bagaço da cana de açúcar e seu excedente pode ser utilizado para a produção de etanol celulósico. O objetivo desse trabalho foi bioprospectar e identificar genes que codificam para enzimas lignocelulósicas. Para tanto, aproximadamente 42 linhagens de actinomicetos endofíticos e de solo, passaram por dois tipos de triagem (meio sólido e molecular). Como resultado, a maioria das linhagens apresentou bom desempenho em teste em meio sólido. Nenhuma linhagem foi capaz de hidrolisar igualmente todos os substratos testados. Na triagem molecular, os resultados indicam que os genes para as enzimas estão presentes. Como conclusão pode-se considerar que os actinomicetos são potencialmente bons produtores de enzimas lignocelulolíticas, O material biológico é relativamente pouco estudado e não foram encontrados dados na literatura sobre o tema, mas são interessantes para estudos de obtenção de bioetanol e outros segmentos biotecnológicos. / The most important agro waste generated from Brazil\'s sugarcane bagasse and its surplus can be used to produce cellulose ethanol. The aim of this study was bioprospected and identify genes encoding for lignocellulosic enzymes. Therefore, a batch of about 42 strains of endophytic actinomycetes and soil, passed through two types of screening (soild medium and molecular). The results demonstrated that the majority of the analysed strains presented good results when tested on solid medium. The strains presented better results for a restricted number of substrates, but no strain was able to hydrolyse all substrates. With regards to the results of molecular screening, strains had amplicons, indicating that the genes for the enzymes are present. As a conclusion, it can be considered that the actinomycetes are potentially good producers of lignocellulolytic enzymes. The biological material is relatively poor studied and no literature data e regarding the subject were found, but they can be considered appealing to be studied in order to obtain bioethanol and other biotech segments.

Endophytic microorganisms were screened for hemicellulases production using plate assays and liquid cultivations. Two strains were selected and used in further studies. Aspergillus niger DR02 strain and Annulohypoxylon stigyum DR47. In A.niger fed-batch submerged cultivation approaches were developed using liquor from hydrothermal sugar cane pretreatment, and maximum xylanase activities obtained were 458.1 U/mL for constant fed-batch mode. For A. stygium DR47 media optimization and bioreactor cultivation using citrus bagasse and soybean bran were explored and revealed a maximum production of 6.26 U/mL of pectinase and 10.13 U/mL of &beta;-glucosidase. Improved hemicellulase production was also done by genetic modifications at carbon catabolic repression levels in A. niger. Mass spectrometric studies were done in enzymatic extracts produced and contributed to understand the enzymatic supplementation of Celluclast 1.5L.In addition the extracts produced were tested for an enzyme formulation and that was able to increase sugar cane bagasse hydrolysis. / Microrganismos endofíticos foram selecionados para a produção de hemicelulases através de testes em placa e de cultivo líquido. Duas linhagens foram selecionadas para posteriores cultivos, Aspergillus niger DR02 e Annulohypoxylon stigyum DR47. Para o fungo A.niger batelada alimentada em cultivo submerso com licor do tratamento hidrotérmico do bagaço de cana de açúcar permitiram obtenção de máxima atividade de xilanase de 458,1 U/mL. Para a linhagem A. stygium DR47 otimização do cultivo utilizando bagaço cítrico e farelo de soja foram explorados e revelaram produção de 6,26 U/mL de pectinase e 10,13 U/mL de &beta;-glucosidase. Melhoramento da produção de hemicelulase foi realizado com modificações genéticas ao nível de repressão catabólica de carbono em A. niger. Estudos de espectrometria de massas foram realizados nos extratos enzimáticos produzidos e contribuíram para entender a suplementação da Celluclast 1.5L. Além disso, os extratos produzidos foram testados para uma formulação que foi capaz de aumentar a hidrólise do bagaço de cana de açúcar.

Endophytic microorganisms are important sources of bioactive compounds and have been widely studied due to the properties that their metabolites have. Compared to the host plants are easier handling in the laboratory. From the Phomopsis sp fungus genus have been isolated compounds with different biological activities. The investigation of the metabolites, whether primary or secondary, present in the filtrate of culture is of utmost importance. The metabolomic study of Phomopsis sp can lead to understanding of the production pathways of the metabolites of interest. The objective of the present work was to trace the metabolic profile of the filtrate from the endophytic fungus Phomopsis sp., An isolate of Syzygium jambolanum DC, through the consumption of dextrose as a source of carbon and energy for 6 weeks of culture using the 1H NMR With water signal suppression by NOESY 1D. In addition, liquid column chromatography and thin layer chromatography were performed in order to isolate compounds from organic mycelium extract. The analyzes had the help of MatLab® software for data normalization. Thus, it was possible to trace the metabolic profile of Phomopsis sp., cultivated under conditions of hypoxia, and verify the occurrence of reductive routes such as alcoholic fermentation and reductive Tricarboxylic Acid Cycle. It was also possible to observe the intensification of yellow pigmentation, characteristic of this genus of fungus, from the fourth week of cultivation, which is the period most of the primary metabolites are no longer present. By means of NMR experiments it was possible to elucidate a structure of a substance isolated from the chloroform extract of the fungus dry mycelium, 5-methylmethane. Based on these results, it can be inferred that, under these conditions, the microorganism studied performs alcoholic fermentation throughout the culture. It was also verified the occurrence of the reductive Tricarboxylic Acid Cycle in the cytosol until the third week of culture and, after this period, from the fourth week the secondary metabolism is intensified. It is the first time that the secondary metabolite 5-methylmeleina is isolated from this genus of endophytic. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Microrganismos endofíticos, que são importantes fontes de compostos bioativos, vêm sendo amplamente estudados devido às propriedades que seus metabólitos apresentam e, em comparação com as plantas hospedeiras, são de mais fácil manipulação em laboratório. Visto que do gênero de fungo endofítico Phomopsis já foram isolados compostos com diferentes atividades biológicas, a investigação dos metabólitos, sejam eles primários ou secundários, presentes no filtrado de sua cultura é de extrema importância. O estudo metabolômico de Phomopsis sp. pode levar ao entendimento das vias de produção dos metabólitos de interesse. O presente trabalho teve como objetivo traçar o perfil metabólico do filtrado da cultura do fungo endofítico Phomopsis sp., um isolado de Syzygium jambolanum DC, através do consumo da dextrose como fonte de carbono e energia durante 6 semanas de cultivo utilizando a técnica de RMN 1H com supressão do sinal da água por NOESY 1D. O enfoque do estudo é. Além disso, foram realizadas cromatografia líquida em coluna e cromatografia em camada delgada com o intuito de isolar compostos a partir de extrato orgânico do micélio. As análises estatísticas tiveram o auxílio dos softwares MatLab® para normalização e quantificação relativa dos dados. Assim, foi possível traçar o perfil metabólico de Phomopsis sp, cultivado em condições de hipóxia, e constatar a ocorrência de rotas redutivas, tais como fermentação alcoólica e Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos redutivo. Também foi possível observar a intensificação da pigmentação amarela, característica desse gênero de fungo, a partir da quarta semana de cultivo, período este que a maioria dos metabólitos primários já não se fazem mais presentes. Através de experimentos de RMN foi possível elucidar a estrutura de uma substância isolada do extrato em clorofórmio do micélio seco do fungo, a 5-metilmeleina. Com base nesses resultados, pode-se inferir que, sob estas condições, o microrganismo estudado realiza fermentação alcoólica durante todo o cultivo. Também foi verificada a ocorrência do Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos redutivo no citosol até a terceira semana de cultivo e, após esse período, a partir da quarta semana o metabolismo secundário é intensificado. É a primeira vez que o metabólito secundário 5-metilmeleina é isolado desse gênero de endofítico.