Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-06-13Bitstream added on 2014-06-13T19:35:31Z : No. of bitstreams: 1 terrone_cc_me_rcla.pdf: 584857 bytes, checksum: 408998a4825fecaa42568d1c9e8cc2a3 (MD5) / Neste trabalho, uma linhagem de Penicillium chrysogenum foi utilizada para produzir xilanases utilizando um resíduo agroindustrial como substrato. O principal objetivo foi melhorar a produção da xilanase, verificando a influência de diferentes substratos, agitação, pH e temperatura de cultivo. A linhagem foi cultivada em meio líquido de Vogel suplementado com diversos substratos puros como a xilose, glicose, xilano de aveia, Avicel e carboximetilcelulose (CMC), e complexos como farelo de trigo, farelo de aveia, bagaço de cana-de-açúcar, bagaço de cevada, casca de laranja e sabugo de milho. Testes granulométricos com bagaço de cana-de-açúcar e bagaço de cevada foram realizados para avaliar a influência dessa característica sobre a produção de xilanase. A melhor produção foi obtida com bagaço de cana-de-açúcar a 1% (m/v) com granulometria entre 2-1 mm. Nos ensaios cinéticos a melhor produção foi obtida em cultivos estáticos, por 8 dias, sendo produzida quantidade duas vezes maior de enzima do que em cultivos agitados. O melhor pH de cultivo para a produção de xilanases foi de 5,0 e a temperatura de 20 ºC. A enzima foi purificada por uma estratégia de duas etapas, sendo uma cromatografia de troca iônica e outra de filtração em gel, apresentando ao final uma recuperação de 18,8% com um fator de purificação de 24,9. As propriedades da enzima bruta e da purificada foram pH ótimo de 6,0 e 6,5, respectivamente, e a temperatura ótima para ambas de foi a 45 ºC. As meias vidas a 40, 45, 50, 55 e 60 ºC, para a xilanase bruta foram de 37, 28, 16, 2, e 1 minuto e para a xilanase purificada foram de 35, 31, 10, 3 e 2 minutos, respectivamente. A maior estabilidade ao pH da enzima bruta ocorreu em pH 6,0 e também se mostrou estável na região alcalina, entre 8,0 e 10,0; já a enzima purificada apresentou maior estabilidade na... / In this work, a strain of Penicillium chrysogenum has been used to produce xylanases using agroindustrial waste as substrate. The main objective was to improve the production of xylanase, by checking the influence of substrate, agitation, pH and temperature of cultivation. The strain was cultivated in liquid Vogel’s medium supplemented with various substrates as pure xylose, glucose, oat xylan, Avicel and carboxymethylcelullose (CMC), and complexes such as wheat bran, oat bran, sugar cane bagasse, brewers spent grain, orange peel and corncob. Granulometric tests with crushed sugar cane bagasse and brewers spent grain were conducted to evaluate the influence of this characteristic on production of xylanase. The best production was obtained with crushed sugar cane bagasse to 1% (w/v) with particle size between 2-1 mm. In kinetic experiments, the best production was obtained in static cultivation for 8 days, which is produced twice as much enzyme in agitated cultures. The bets pH cultivation for the production of xylanase was pH 5.0 and temperature of 20 °C. The enzyme was purified by a two-step strategy, being a ion exchange chromatography and a gel filtration, presenting the ultimate recovery of 18,8% with a purification factor of 24,9. The properties of the crude enzyme and purified were optimum pH of 6,0 and pH 6.5, respectively, and the temperature was great for both of 45 ºC. The half of 40, 45, 50, 55 and 60 ° C for xylanase crude were 37, 28, 16, 2, 1 minutes and for the xylanase purified were 35, 31, 10, 3 and 2 minutes, respectively. The increased stability at the pH of the crude enzyme was at pH 6,0 and also stable in the alkaline region, between 8.0 and 10.0, whereas the purified enzyme was most stable in the range of 4.5 to 10.0. The xylanase activity present in crude filtrate and purified enzyme, suffered inhibition... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by WELLINGTON PINE OMORI null (wpomori@hotmail.com) on 2018-03-02T14:43:37Z No. of bitstreams: 1 Tese_Wellington_Pine_Omori.pdf: 3601697 bytes, checksum: 300108bd7832f7e80a842293e639462a (MD5) / Approved for entry into archive by Alexandra Maria Donadon Lusser Segali null (alexmar@fcav.unesp.br) on 2018-03-05T18:02:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 omori_wp_dr_jabo.pdf: 3601697 bytes, checksum: 300108bd7832f7e80a842293e639462a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-05T18:02:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 omori_wp_dr_jabo.pdf: 3601697 bytes, checksum: 300108bd7832f7e80a842293e639462a (MD5) Previous issue date: 2018-02-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A torta de filtro apresenta bagaço residual oriundo do processo de extração do caldo de cana-de-açúcar e quando armazenada por longos períodos, se torna um habitat ideal para o desenvolvimento de comunidades microbianas que atuam na desconstrução da lignocelulose. Nossas análises de dados de sequenciamento de DNA metagenômico sugerem que a torta de filtro armazenada por 40 dias possui uma microbiota com características funcionais e ecológicas exclusivas em relação a outros ambientes com elevada disposição de material lignocelulósico. Assim como em ambientes de compostagem, os filos mais abundantes são Actinobacteria, Proteobacteria, Firmicutes e Bacteroidetes. Dentre os principais genes que estes micro-organismos possuem, estão Glicosiltransferases, Carboidrato Esterases e Glicosil Hidrolases, que atuando em conjunto, são passíveis de desconstruírem a lignocelulose e participarem na liberação de açúcares menores, ácidos orgânicos e outros nutrientes. Neste trabalho, identificamos novas enzimas da família AA10 que oxidam a celulose cristalina, demostrando o potencial deste ambiente em possibilitar a adaptação de micro-organismos que expressam enzimas capazes de desestruturar a celulose altamente condensada, possibilitando a liberação de moléculas de glicose. A comunidade microbiana pode acessar nutrientes como Fósforo e Nitrogênio através da despolimerização da biomassa vegetal ou decomposição da microbiota morta. No ciclo biogeoquímico do nitrogênio, a evaporação de amônia é reduzida pela assimilação desta substância pela comunidade microbiana, sendo que a amônia é produzida pela via de amonificação de nitrato e nitrito. Outro ciclo biogeoquímico identificado na torta de filtro foi o do carbono, ocorrendo diminuição da emissão de metano e gás carbônico devido ao uso destas moléculas no metabolismo microbiano. Por apresentar muitas espécies de micro-organismos termofílicos e funções ecológicas similares a compostagens que alcançaram fase termofílica, a torta de filtro armazenada por 40 dias não aparenta conter micro-organismos patogênicos em elevada abundância, o que poderia ser um indício de sua segurança biológica se usado como adubo no solo. No entanto, recomenda-se que novos estudos sejam realizados neste tipo de ambiente agrícola, afim de avaliar como se comportam principalmente os fungos Neosartorya fumigata e Paracoccidioides brasiliensis, os quais são identificados como agentes patogênicos mas que também são encontrados vivendo na natureza como organismos saprofíticos e em interação com alguns mamíferos, sem causar doença. / The filter cake presents residual bagasse from the process of extracting the sugarcane juice and when stored for long periods, it becomes an ideal habitat for the development of microbial communities that act in the deconstruction of lignocellulose. Our analyzes of metagenomic DNA sequencing data suggest that the filter cake stored for 40 days has a microbiota with unique functional and ecological characteristics compared to other environments with high lignocellulosic material. Thus in composting environments, the most abundant phyla are Actinobacteria, Proteobacteria, Firmicutes, and Bacteroidetes. Glycosyltransferases, Carbohydrate Estersases and Glycoside Hydrolases, which act together, are capable of deconstructing lignocellulose and participate in the release of smaller sugars, organic acids and other nutrients. In this work, we identify new enzymes of the AA10 family that oxidize crystalline cellulose, demonstrating the potential of this environment to enable the adaptation of microorganisms that express enzymes capable of destabilizing highly condensed cellulose, allowing the release of glucose molecules. The microbial community can access nutrients such as Phosphorus and Nitrogen through the depolymerization of the plant biomass or decomposition of the dead microbiota. In the biogeochemical cycle of nitrogen, the evaporation of ammonia is reduced by the assimilation of this substance by the microbial community, and ammonia is produced by ammonification of nitrate and nitrite. Another biogeochemical cycle identified in the filter cake was that of carbon, with a decrease in the emission of methane and carbon dioxide due to the use of these molecules in microbial metabolism. Because it contains many species of thermophilic microorganisms and ecological functions similar to composting that reached the thermophilic phase, the filter cake stored for 40 days does not appear to contain pathogenic microorganisms in high abundance, which could be an indication of its biological safety if used as soil fertilizer. However, it is recommended that new studies be carried out in this type of agricultural environment, in order to evaluate the behavior of the fungi Neosartorya fumigata and Paracoccidioides brasiliensis, which are identified as pathogens but are also found living in nature as saprophytic organisms and in interaction with some mammals, without causing disease.

Orientador: Eleonora Cano Carmona / Banca: Hamilton Cabral / Banca: Márcia Regina Brochetto / Resumo: Neste trabalho, uma linhagem de Penicillium chrysogenum foi utilizada para produzir xilanases utilizando um resíduo agroindustrial como substrato. O principal objetivo foi melhorar a produção da xilanase, verificando a influência de diferentes substratos, agitação, pH e temperatura de cultivo. A linhagem foi cultivada em meio líquido de Vogel suplementado com diversos substratos puros como a xilose, glicose, xilano de aveia, Avicel e carboximetilcelulose (CMC), e complexos como farelo de trigo, farelo de aveia, bagaço de cana-de-açúcar, bagaço de cevada, casca de laranja e sabugo de milho. Testes granulométricos com bagaço de cana-de-açúcar e bagaço de cevada foram realizados para avaliar a influência dessa característica sobre a produção de xilanase. A melhor produção foi obtida com bagaço de cana-de-açúcar a 1% (m/v) com granulometria entre 2-1 mm. Nos ensaios cinéticos a melhor produção foi obtida em cultivos estáticos, por 8 dias, sendo produzida quantidade duas vezes maior de enzima do que em cultivos agitados. O melhor pH de cultivo para a produção de xilanases foi de 5,0 e a temperatura de 20 ºC. A enzima foi purificada por uma estratégia de duas etapas, sendo uma cromatografia de troca iônica e outra de filtração em gel, apresentando ao final uma recuperação de 18,8% com um fator de purificação de 24,9. As propriedades da enzima bruta e da purificada foram pH ótimo de 6,0 e 6,5, respectivamente, e a temperatura ótima para ambas de foi a 45 ºC. As meias vidas a 40, 45, 50, 55 e 60 ºC, para a xilanase bruta foram de 37, 28, 16, 2, e 1 minuto e para a xilanase purificada foram de 35, 31, 10, 3 e 2 minutos, respectivamente. A maior estabilidade ao pH da enzima bruta ocorreu em pH 6,0 e também se mostrou estável na região alcalina, entre 8,0 e 10,0; já a enzima purificada apresentou maior estabilidade na... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, a strain of Penicillium chrysogenum has been used to produce xylanases using agroindustrial waste as substrate. The main objective was to improve the production of xylanase, by checking the influence of substrate, agitation, pH and temperature of cultivation. The strain was cultivated in liquid Vogel's medium supplemented with various substrates as pure xylose, glucose, oat xylan, Avicel and carboxymethylcelullose (CMC), and complexes such as wheat bran, oat bran, sugar cane bagasse, brewers spent grain, orange peel and corncob. Granulometric tests with crushed sugar cane bagasse and brewers spent grain were conducted to evaluate the influence of this characteristic on production of xylanase. The best production was obtained with crushed sugar cane bagasse to 1% (w/v) with particle size between 2-1 mm. In kinetic experiments, the best production was obtained in static cultivation for 8 days, which is produced twice as much enzyme in agitated cultures. The bets pH cultivation for the production of xylanase was pH 5.0 and temperature of 20 °C. The enzyme was purified by a two-step strategy, being a ion exchange chromatography and a gel filtration, presenting the ultimate recovery of 18,8% with a purification factor of 24,9. The properties of the crude enzyme and purified were optimum pH of 6,0 and pH 6.5, respectively, and the temperature was great for both of 45 ºC. The half of 40, 45, 50, 55 and 60 ° C for xylanase crude were 37, 28, 16, 2, 1 minutes and for the xylanase purified were 35, 31, 10, 3 and 2 minutes, respectively. The increased stability at the pH of the crude enzyme was at pH 6,0 and also stable in the alkaline region, between 8.0 and 10.0, whereas the purified enzyme was most stable in the range of 4.5 to 10.0. The xylanase activity present in crude filtrate and purified enzyme, suffered inhibition... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Cecilia Sulzbacher Caruso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:39:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SierraAristizabal_RuthVeronica_M.pdf: 1527858 bytes, checksum: 19be6c21b6ac83bc742a54aa2002ae6a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Material lignocelulósico, como bagaço de cana de açúcar, é matéria prima potencial para produção de biocombustíveis de segunda geração. Hidrolisado hemicelulósico (H-H) rico em xilose pode ser fermentado por leveduras oleaginosas para a produção de lipídeos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi adaptar a Lipomyces starkeyi DSM 70296 em meios de cultivo contendo H-H de bagaço de cana-de-açúcar. O H-H com 12 g/L de xilose, 2 g/L de glicose, 10 g/L de ácido acético, 0,7 g/L de furfural e 1,3 g/L de HMF foi obtido após sete etapas de sequenciais de extração de bagaço previamente explodido a vapor. A levedura foi adaptada por engenharia evolutiva em meio de cultivo contendo concentrações crescentes de H-H. Como resultado, obteve-se a levedura adaptada ao meio de cultivo contendo 30% de H-H, a qual apresentou maior produtividade celular (113,90 mg/L/h) e concentração celular (9,79 g/L) em relação à cepa não adaptada (73,54 mg/L/h e 5,21 g/L, respectivamente). Fermentações em biorreator em meio sintético e contendo 30% de H-H apresentaram velocidades especificas máximas de crescimento (?max) de 0,117 e 0,122 h-1, respectivamente. Através de planejamento experimental 23 foram determinados os efeitos do ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural (HMF) no crescimento e produção de lipídeos da levedura. Resultados indicaram que o ácido acético apresentou efeito significativo sobre os parâmetros cinéticos aumentando a duração da fase lag até em 34 horas, além da redução da produtividade celular (Px) e da velocidade de consumo de substrato (rs). Adicionalmente foram verificados efeitos sinérgicos positivos entre ácido acético conjuntamente com furfural e HMF. Testes indicaram a possibilidade de altos níveis de inibição dos produtos gerados pela degradação da lignina em concentrações acima de 7,32 g/L / Abstract: Lignocellulosic materials, such sugar cane bagasse, as reported as potential feedstocks for production of second generation biofuels, through hemicellulose hydrolysates (H-H) extraction rich in xylose and the subsequent fermentation with oleaginous yeast for lipids production. In this regard, the objective of this study was to adapt the Lipomyces starkeyi DSM 70296 in culture media containing H-H of sugar cane bagasse. The H-H with 12 g/L of xylose, 2 g/L of glucose, 10 g/L acetic acid, 0.7 g/L of furfural and 1.3 g/L of HMF was obtained after seven sequential extraction steps of bagasse previously pretreated by steam explosion. The yeast was adapted by evolutionary engineering in culture medium containing increasing concentrations of H-H. As result, there was obtained the yeast adapted to culture medium containing 30% of H-H, which showed higher cell productivity (113.90 mg/L/h) and cell concentration (9.79 g/L) compared to not adapted strain (73.54 mg/L/h and 5.21 g/L, respectively). Fermentation in Bioreactor in synthetic medium and containing 30% of H-H medium showed maximum specific growth rate (?max) of 0.117 and 0.122 h-1, respectively. Through experimental design 23 was determined the effects of acetic acid, furfural and hydroxymethylfurfural (HMF) on growth and yield lipid yeast. As result, there was obtained that acetic acid had significant effect on kinetic parameters by increasing the duration of lag phase up to 34 hours, besides reduction of cell productivity (Px) and rate of substrate consumption (rs). Additionally positive synergistic effects were observed when acetic acid is found in culture media with furfural and HMF. Preliminary tests indicate the possibility of high levels of inhibition of products generated by lignin degradation at concentrations above 7.32 g/L / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Fabio Marcio Squina, Roberto Ruller / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:46:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoffmam_ZairaBruna_M.pdf: 4922807 bytes, checksum: df6edae9e54a10424f07783fcf889151 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O etanol de segunda geração, produzido a partir dos polissacarídeos da biomassa lignocelulósica, apresenta-se como uma alternativa promissora para tornar a matriz energética brasileira sólida e, em grande parte, renovável. A biomassa é composta basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose devem ser hidrolisadas a açúcares monoméricos fermentescíveis para produzir etanol. Entretanto, a tarefa de propor um processo enzimático de hidrólise eficiente e de baixo custo com a finalidade de sacarificar a biomassa é desafiadora, pois os polissacarídeos que a compõem são complexos e recalcitrantes. Embora as hemiceluloses representem cerca de 30% dos açúcares do bagaço da cana-de-açúcar, uma das biomassas mais promissoras para a produção de etanol de segunda geração no Brasil, ainda poucos estudos são direcionados ao estudo da sacarificação dessa fração de polissacarídeos. Hemicelulases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise dos polissacarídeos hemicelulósicos, e que em atuação sinérgica com celulases promove a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar de maneira mais eficiente que as classes de enzimas isoladamente. A primeira parte dessa dissertação apresenta a caracterização bioquímica e biofísica de uma arabinofuranosidase GH51 do micro-organismo Bacillus subtilis 168. ?-L-arabinofuranosidases são hemicelulases que hidrolisam terminais não redutores de polissacarídeos contendo arabinose. A AbfA mostrou-se robusta, atuando numa ampla faixa de temperatura, e capaz de liberar monômeros de arabinose hidrolisando 1,5-?-L-arabinoheptaose a partir da extremidade não-redutora. A análise dos dados de SAXS combinada com simulações de dinâmica molecular mostrou que a AbfA em solução é hexamérica, com cada subunidade contendo uma molécula com domínio catalítico em enovelado na forma de barril (?/?)8 seguido por um domínio acessório ?-sandwich. Esses dados evidenciam que a estrutura quaternária pode ser importante para o desempenho de atividade das arabinofuranosidases da família 51. A segunda parte da dissertação aborda uma avaliação da influência dos domínios de ligação a carboidratos na atividade de xilanases mesofílicas e termofílicas. Xilanases são hemicelulases que catalisam a hidrólise de ligações endo-1,4-?-D-xilosídicas na molécula de xilano. Fusões gênicas uniram end-to-end um CBM6 de Clostridium thermocellum aos domínios catatalíticos xilanásicos das enzimas GH10 termofílica (de Thermotoga petrophila) e GH11 mesofílica (de Bacillus subtilis 168). O CBM6 alterou o padrão de hidrólise das quimeras termofílicas e aumentou a constante de eficiência da quimera mesofílica, quando comparadas as enzimas nativas respectivas. Além disso, na hidrólise da biomassa da cana-de-açúcar a xilanase quimérica mesofílica suplementou o coquetel comercial Accellerase 1500, liberando mais açúcares redutores. Dessa forma a fusão ao CBM6 mostrou-se uma alternativa para construir enzimas com melhor desempenho cinético / Abstract: The second generation ethanol, produced from lignocellulosic biomass polysaccharides, presents itself as a promising alternative to make the Brazilian energy matrix solid and largely renewable. Biomass is composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose must be hydrolyzed in fermentable monomeric sugars to produce ethanol. However, the task of proposing a process for enzymatic hydrolysis efficient and low cost in order to saccharify the biomass is challenging because its polysaccharides are complex and recalcitrant, so it requires the presence of several different catalytic activities for hydrolysis. Although hemicelluloses represent about 30% of sugars from sugarcane bagasse, one of the most promising biomass for the production of second generation ethanol in Brazil, few studies are directed to the saccharification study of this polysaccharidic fraction. Hemicellulases are glycoside hydrolases that catalyze the hydrolysis of hemicellulosic polysaccharides and works synergistically with cellulases promoting the hydrolysis of sugarcane bagasse more efficiently than each one class of enzymes alone. The first part of this dissertation presents the biochemistry and biophysics characterization of a GH51 arabinofuranosidase from microorganism Bacillus subtilis 168. ?-Larabinofuranosidases are hemicellulases that hydrolyze linkages in terminal nonreducing ends of polysaccharides containing arabinose. The AbfA showed itself robust, working in a wide temperature range, and able to release arabinose monomers hydrolyzing 1,5-?-L-arabinoheptaose from the non-reducing end. The analysis of SAXS data in combination with molecular dynamics simulations showed that AbfA solution is hexameric, with each subunit containing a molecule with catalytic domain coiled in the form of barrel (?/?)8 followed by a ?-sandwich domain accessory. These results evidence and corroborate data that the quaternary structure may be important for the activity of GH51 arabinofuranosidases family. The second part of the thesis adresses an evaluation of the influence of carbohydratebinding modules, non-catalytic domains of polysaccharides recognition, in the activity of mesophilic and thermophilic xylanases. Xylanases are hemicellulases that catalyze the hydrolysis of endo-1 ,4-?-D-xylosidic linkages in xylan molecule. Gene fusions joined end-to-end a CBM6 from Clostridium thermocellum to catalytic xylanasic domains of enzymes thermophilic GH10 (from Thermotoga petrophila) and mesophilic GH11 (from Bacillus subtilis 168). The CBM6 changed the hydrolysis pattern of thermophilic chimeras increased the efficiency constant of mesophilic chimera, when compared to the respective native enzymes. Furthermore, in the sugarcane biomass hydrolysis mesophilic chimeric xylanase supplemented the commercial cocktail Accellerase 1500, releasing more reducing sugars. In conclusion, the CBM6 fusion proved itself an alternative to construct enzymes with better kinetic performance / Mestrado / Bioquimica / Mestra em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Fabio Marcio Squina / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T07:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brenelli_LiviaBeatriz_M.pdf: 3254921 bytes, checksum: 742abc7bd539c101669cd20c8861717d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo agroindustrial abundante no Brasil que pode ser utilizado como matéria-prima em uma biorrefinaria para produção de compostos com interesse industrial. A dificuldade para conversão do bagaço de cana e outros materiais lignocelulósicos em biocombustíveis ou insumos químicos é atribuída às suas características químicas e morfológicas. Neste sentido, um dos principais desafios que envolvem esta bioconversão é a desconstrução da parede celular de forma eficiente e economicamente viável. O aproveitamento do bagaço de cana para produção de ácido ferúlico e de xilooligossacarídeos pode representar uma estratégia interessante de bioconversão de um resíduo agroindustrial em moléculas de alto valor agregado. O estudo descrito nesta dissertação aborda o desenvolvimento de uma rota biotecnológica utilizando o bagaço de cana para produção de ácido ferúlico, empregando a enzima feruloil esterase do fungo Aspergillus clavatus, e xilooligossacarídeos, fazendo uso de endo-xilanase e arabinofuranosidase, dos fungos Penicillium funiculosum e Aspergillus niger, respectivamente. Neste trabalho, estas enzimas recombinantes foram super expressas em sistema heterólogo, sendo a feruloil esterase expressa em Escherichia coli, enquanto a xilanase e a arabinofuranosidase expressas em Aspergillus nidulans como hospedeiro. O emprego da feruloil esterase resultou na liberação de ácido ferúlico e outros compostos fenólicos com capacidade antioxidante, utilizando o bagaço de cana e o arabinoxilano de trigo como substrato. O pré-tratamento químico do bagaço de cana mostrou ser adequado para aumentar a eficiência deste processo de conversão enzimática. A atividade sinérgica da endo-xilanase e arabinofuranosidase propiciou uma melhor eficiência na produção de xilooligossacarídeos a partir do bagaço de cana. Os estudos aqui descritos, quanto à utilização de bagaço de cana-de-açúcar como substrato para produção destes compostos com apelo biotecnológico, são inéditos na literatura. Além disso, os resultados deste trabalho, também contribuíram para a melhor compreensão do mecanismo de ação destas enzimas sobre este tipo de biomassa, bem como na elucidação de quais enzimas são necessárias para conversão do bagaço de cana em bioprodutos / Abstract: Sugarcane bagasse is an abundant agroindustrial residue in Brazil that can be used as feedstock biorefineries for the production of bioactive compounds of industrial interest. The difficulty on the convertion of sugarcane bagasse and other lignocellulosic materials into biofuels or chemicals is attributed to their chemical and morphological characteristics. Thus, one of the main challenges involved in this bioconversion route is the efficient and economically viable deconstruction of plant cell wall. The use of bagasse for the production of ferulic acid and xylooligosaccharides may represent an interesting alternative route for bioconversion of an agroindustrial residue into value-added molecules. This dissertation describes the development of a biotechnological approaches using sugarcane bagasse for the production of ferulic acid by employing the feruloyl esterase enzyme from the fungus Aspergillus clavatus. Likewise, the production of xylooligosaccharides was also described using arabinofuranosidase and endo-xylanase from the fungi Penicillium funiculosum and Aspergillus niger, respectively. These recombinant enzymes were over expressed in heterologous systems, meanwhile the feruloyl esterase was expressed in Escherichia coli, the arabinofuranosidase and xylanase were expressed in Aspergillus nidulans as host. Ferulic acid and other phenolic compounds with antioxidant capacity were released by the action feruloyl esterase using sugarcane bagasse and wheat arabinoxylan as substrate. Chemical pretreatment of the sugarcane bagasse proved to be suitable to increase the efficiency of the enzymatic conversion process. The synergistic activity of the endo-xylanase and arabinofuranosidase enzymes led to greater efficiency on the production of xylooligosaccharides from sugarcane bagasse. The studies described here, regarding the use of sugarcane bagasse as substrate for production of these compounds with biotechnological appealing are unprecedented in literature. Furthermore, the results of this work also contributed to better understanding the mechanism of enzyme action on this type of biomass, as well as to determine which enzymes are important for conversion of sugarcane bagasse into bioproducts / Mestrado / Fármacos, Medicamentos e Insumos para Saúde / Mestra em Biociências e Tecnologia de Produtos Bioativos

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Eduardo Coselli Vasco de Toledo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Polowski_NataschaVigdis_M.pdf: 4178236 bytes, checksum: 955c3738e418197b8c3759e9d8e7d75f (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Em nível global, a indústria de celulose e papel está começando a experimentar os beneficios dos recentes desenvolvimentos na área de modelagem e controle de processos.Técnicas avançadas de simulação e controle oferecem ferramentas que permitem a análise e o projeto eficiente para processos multivariáveis não lineares e que envolvem o projeto, a inferência, a otimização e o controle automático do processo. A indústria de celulose utiliza cozinhadores, conhecidos como digestores, que são vasos de pressão onde os cavacos de madeira são tratados com licor de cozimento (hidróxido de s ódio e sulfeto de sódio) de composição determinada, a pressão e temperatura estabeleci das, visando a produção de polpa celulósica. Dentro deste contexto, os digestores podem ser classificados como contínuo (Kamyr) e descontínuo (Batch). O objetivo deste trabalho é estudar o processo de obtenção da polpa celulósica a partir da análise dos principais fenômenos fisico - químicos que ocorrem em um digestor kraft descontínuo. As predições a partir do modelo utilizado (Mirams e Nguyen, 1994) permitem a avaliação do comportamento dinâmico e a análise da sensibilidade paramétrica do processo, observando-se quais os parâmetros operacionais e as variáveis do processo que mais influenciam o comportamento do reator. O modelo do digestor descontínuo considera a difusão nos poros da madeira iniciada durante a impregnação dos cavacos. Outra característica do modelo é a sua adaptação de modo a considerar as reações de deslignificação como reações simultâneas de três diferentes tipos de lignina, sendo que a mais reativa reage mais rapidamente. Esta abordagem apresenta um novo ponto de vista para a teoria das três fases da reação, uma vez que seus resultados podem ser interpretados como se a reação de cada lignina fosse responsável por uma fase específica da reação (deslignificação inicial, principal e residual). Com relação à solução do modelo, esta foi baseada no Método das Linhas, a qual consiste na utilização do Método da Colocação Ortogonal para a discretização das equações parciais do modelo. A integração temporal das equações diferenciais ordinárias foi resolvida pelo integrador LSODE, (V asco de Toledo, 1999). Os resultados obtidos pelo modelo reproduziram as principais características dinâmicas do sistema, possibilitando compreender as etapas principais na obtenção da celulose sob determinadas condições operacionais do digestor. Isso permite a sua utilização para estudos de controle, otimização e projeto de reator descontínuos de forma segura e eficiente / Abstract: Global1y, the Kraft pulping process is beginning to get use of the benefits of the recent developments in the modeling area and process control. Advanced techniques of simulation and control offer tools that allow the analysis and efficient design of multivariable non-linear process, involving the optimization and the advanced control of the process. The pulp industry uses some equipment named digesters, which are pressure vessels where the chip of wood are treated with cooking liquor (sodium hydroxide and sodium sulfide) with defined composition, established pressure and temperature, aiming to the cellulosic pulp production. In this context, the digesters can be c1assified as continuous (Kamyr) and discontinuous digester (Batch). The aim of this work is to study the production process of the cellulosic pulp from the analysis of the Physical-Chemical Phenomena that occur in a discontinuous kraft digester. The predictions from the considered model (Mirams e Nguyen, 1994) allow the evaluation of the dynamic behavior and the analysis of the parametric sensitivity of the process, observing which is the operational parameter and variable of process that influence the most reactor behavior. The model for a descontinuous digester considers the diffusion into the wood pores initiated during the impregnation of the chips. Another characteristic of the model is its adaptation in order to consider the delignification reactions as simultaneously reactions with three different types of lignin, with the most reactive lignin reacting more quickly. This approach present a new point of view for the theory of three phases of the reaction, interpreting its results as if the reaction qf each lignin was responsible for a specific phase of the reaction (initial delignification, bulk and residual). Regarding the solution of the model it was based on "Line Method", which consist on usaged of Orthogonal Collocation for discretization of the partial differential equations. The temporal integration of the ordinary differential equations was solved by integrator LSODE (Vasco de Toledo, 1999). The obtained results from the model reproduced the main dynamic characteristics of the system, making possible the knowledge of the main stages in the production of the cellulose under determined operational conditions of the digester. These results can them be used in control, optimization and design studies in a safe and efficient way / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_ThiagoCostaFerreira_D.pdf: 13438556 bytes, checksum: add103a09a2f775dbe590afd1507f3e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta Tese foram investigados sistemas biológicos relacionados à hidrólise da biomassa lignocelulósica. O trabalho de tese está subdividido em três partes. Na primeira parte foram investigadas, mediante simulações por dinâmica molecular, as características estruturais e dinâmicas que conferem termoestabilidade a laminarinases, enzimas da família das glicosideo hidrolases de grande interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis para a produção industrial de etanol celulósico. Na segunda parte do trabalho, desenvolvemos e tornamos publicamente disponível um programa de computador, denominado cellulose-builder, que visa automatizar a construção de arquivos em formato PDB que representem cristalitos de celulose. Os arquivos em formato PDB gerados pelos nosso programa podem ser utilizados como configuração inicial em simulações por dinâmica molecular de sistemas que contenham fases cristalinas da celulose. O programa permite gerar cristalitos de forma e tamanho arbitrários, permitindo expor qualquer face cristalográfica de quatro alomorfos da celulose cristalina. Visando contribuir para o melhor entendimento em nível molecular da estrutura da parede celular vegetal e elucidar os modos de interação entre a celulose e a hemicelulose (dois componentes importantes da parede celular vegetal), na terceira parte deste trabalho empregamos o programa cellulose-builder para construir cristais de celulose com xilanos (hemiceluloses) adsorvidos em diversas faces cristalográficas e utilizamos simulações por dinâmica molecular para estudar em nível atômico a interação entre xilanos e diversas faces cristalográficas do alomorfo I-beta da celulose. Também investigamos o efeito de substituintes comumente presentes em hemiceluloses (acetil e glucuronil) nos parâmetros geométricos e energéticos da interação entre celulose e hemicelulose / Abstract: This Thesis comprises the study of biological systems related to the hydrolysis of lignocellulosic biomass. The work is divided in three parts. In the first part we investigated, by means of molecular dynamics simulations, the structural and dynamical features that confer thermostability to laminarinases, enzymes belonging to the glycoside hydrolase family, which are of great interest in the development of viable tecnologies aiming the industrial production of cellulosic ethanol. In the second part of the Thesis work we developed and made publicly available a computer program, named cellulose-builder, whose purpose is to automatize the construction of PDB-format files representing cellulose crystallites. The PDB-format files generated by our program can be used as starting configurations in molecular dynamics simulations of systems containing crystalline phases of cellulose. The program enables one to generate crystallites of arbitrary size and shape, making it possible to expose any crystallographic face of four cellulose allomorphs. Aiming to contribute to a better understanding of the plant cell wall structure at the molecular level and to elucidate the modes of interaction between cellulose and hemicellulose (two major components of the plant cell wall), in the third part of this work we employed the computer program cellulose-builder to set up cellulose crystals with xylans (hemicelluloses) adsorbed onto several crystallographic faces and applied molecular dynamics simulations to study, at the atomic level, the interactions between xylans and several crystallographic faces of cellulose's allomorph I-beta. We also investigated the effect of substituents commonly occurring in hemicelluloses (namely acetyl and glucuronyl) in geometric and energetic parameters resulting from the interaction between cellulose and hemicellulose / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Quimica

Orientadores: Anete Pereira de Souza, Sindélia Freitas Azzoni / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:41:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CrivelenteHorta_MariaAugusta_D.pdf: 3752680 bytes, checksum: 5c6614f862b61ef2ba585e9b45933597 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Buscando contribuir com o desenvolvimento da tecnologia de produção do etanol de segunda geração, o presente estudo analisa o transcriptoma de T. harzianum IOC-3844 utilizando técnicas de sequenciamento high-thoughput. O principal objetivo dessas análises foi identificar, caracterizar e catalogar os transcritos expressos por T. harzianum relacionados com a degradação de substratos complexos, como o bagaço de cana de açúcar, revelando o conjunto de genes envolvidos na degradação da biomassa. A análise do transcriptoma do fungo Trichoderma harzianum sob condições que induzem a degradação da biomassa permitiu a identificação de sequências de genes potencialmente eficazes no processo de biodegradação, uma etapa essencial à compreensão do processo de hidrólise enzimática. O sequenciamento resultou em 246 milhões de sequências com 72 pb, o que corresponde a 14,7 GPB analisados. Após a montagem , 32.494 contigs foram gerados, submetidos à identificação e classificados de acordo com sua identidade. Todas as sequências de contigs foram comparados com o banco de dados do NCBI, Gene Ontology (GO terms), Enciclopédia de Genes Kyoto (KEGG), Carbohydrate Active-Enzymes (CAZYmes). Foram identificados 487 CAZymes no transcriptoma, inclusive aquelas ligadas as reações químicas de despolimerização de celulose e hemicelulose. As sequências classificadas como atividade catalítica (6.975) e atividade reguladora (143) podem estar envolvidas com esse tipo de reação.A análise permitiu definir o principal conjunto de genes envolvidos na degradação da celulose e de hemicelulose do T. harzianum , e genes acessórios relativos à despolimerização de biomassa. Uma análise dos níveis de expressão permitiu determinar os conjuntos de genes diferencialmente expressos em diferentes condições de cultivo. Os resultados obtidos acrescentam conhecimento sobre a constituição do genoma, as atividades de expressão gênica do fungo Trichoderma harzianum e fornece informações importantes a respeito dos mecanismos genéticos de degradação de biomassa que o fungo utiliza. As informações obtidas poderão ser utilizadas para outras espécies de fungos filamentosos com potencial para a biodegradação / Abstract: In order to contribute to the development of second-generation ethanol technology, this study analyzes the transcriptome of T. harzianum IOC-3844 using high-thoughput sequencing techniques. The main objective of this analysis was to identify, characterize and catalog the transcripts expressed by T. harzianum related to the degradation of complex substrates such as sugar cane bagasse, revealing the set of genes involved in the degradation of biomass. The analysis of the transcriptome of the fungus Trichoderma harzianum under conditions that induce the degradation of biomass allowed the identification of genes potentially effective in the biodegradation process, an essential step for understanding the enzymatic process. Sequencing resulted in 246 million sequences with 72 bp, which corresponds to 14.7 GBP analyzed. After assembly, 32,494 contigs were generated, identified and classified according to their identity. All sequence contigs were compared with NCBI database, Gene Ontology (GO terms), Kyoto Encyclopedia of Genes (KEGG), Carbohydrate Active-Enzymes (CAZYmes). 487 CAZymes were identified in the transcriptome, including those related to reactions of cellulose and hemicellulose depolymerization. Sequences classified as catalytic activity (6,975) and regulatory activity (143) may be involved with this type of reaction. This analysis define the set of genes involved in the degradation of cellulose and hemicellulose of T. harzianum, and accessories genes related to depolymerization of the biomass. An analysis of expression levels was used to calculate the set of differentially expressed genes in different culture conditions. The results add to knowledge about the composition of the genome and gene expression activity of the fungus Trichoderma harzianum, and provides important information regarding the genetic mechanisms of biomass degradation that the fungus uses. The information obtained may be used for other species of filamentous fungi with potential for biodegradation / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Javier Telis Romero / Banca: Fernanda Maria Pagane Guereschi Ernandes / Resumo: O milho é uma das culturas mais produzidas no Brasil e durante o seu processamento apresenta como rejeitos o sabugo, caule, folhas e a palha que podem ser utilizados como biomassa para produção de bioetanol de segunda geração. Estima-se que para cada tonelada de milho produzido 2,3 toneladas são rejeitos. Entretanto, para a utilização deste substrato é necessário um tratamento inicial de hidrólise ácida, básica ou enzimática para a remoção da lignina e hemicelulose deixando exposta a celulose, que pode ser utilizada como substrato por microrganismos. Portanto, este trabalho teve como objetivo estudar a produção de etanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 a partir do sabugo de milho hidrolisado que foi utilizado como substrato. Para isto variaram-se diferentes concentrações de ácido sulfúrico (2,5; 5,0; 7,5 e 10,0%) em diferentes tempos de aquecimento em autoclave (15 e 30 minutos). Foi avaliado o efeito da desintoxicação nos hidrolisados para a remoção de compostos inibidores da fermentação produzidos durante a hidrólise nos diferentes tempos de aquecimento e o efeito de diferentes velocidades de agitação (0, 50 e 100 rpm) na fermentação do hidrolisado. Foi avaliada a produção de etanol utilizando o meio hidrolisado de sabugo de milho (na concentração de 20, 40 e 60 g/L de açúcares redutores). Também foi estimada a produção de etanol utilizando um meio sintético adicionado de glicose (nas concentrações de 40 e 60 g/L) que serviu como padrão de comparação na... / Abstract: Corn is one of the most produced crops in Brazil and it can be grown in any soil or climate. During its processing, it presents as tailings the cob, stem, leaves and straw that can be used as biomass for bioethanol production. It is estimated that for each ton of corn produced 2,3 tons are tailings. However, the use of this substrate requires an initial treatment of acidic, basic or enzymatic hydrolysis for the removal of lignin and hemicellulose exposing cellulose, which can be used as a substrate by microorganisms. Therefore, the aim of this research is to study the ethanol production on the yest Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 from hydrolyzed corn cob wich was used as substrate. For this purpose, different concentrations of sulfuric acid (2,5, 5,0, 7,5 and 10,0%) were used under different autoclaving heating periods (15 and 30 minutes). The effect of detoxification on hydrolysates to remove fermentation inhibitor compounds produced during the hydrolysis at the different heating periods and the effect of different stirring rates (0, 50 and 100 rpm) was evaluated in the fermentation of hidrolizate. The ethanol production was evaluated using a hydrolyte environment (at concentration of 40 and 60 g/L). The ethanol production was also evaluated using a synthetic medium added with glucose (at concentrations of 20, 40 and 60 g/L), which will serve as a comparison standard when using the medium containing hydrolyzed corn cob. The results indicate that the best H2SO4 ... / Mestre