Neste trabalho, apresentamos a eletrossíntese de um novo polímero condutor derivado do polipirrol (PPI) funcionalizado com um grupo carboxílico, o polipirrol-2-ácido carboxílico (PPI-2-COOH), e o seu uso como transdutor amperométrico em biossensores pelo uso da polifenol oxidase (PFO). São apresentadas todas as etapas de síntese e de caracterização dos filmes poliméricos em microeletrodos e o preparo e a resposta dos biossensores montados para a detecção de um composto fenólico. Nossos estudos sobre eletrossíntese, respostas eletroquímicas dos filmes, juntamente com resultados de microgravimetria e modelagem molecular de dímeros e trímeros derivados de PI-2-COOH, permitiram com que pudéssemos sugerir pela primeira vez um mecanismo de eletropolimerização deste monômero em meio não aquoso. Na caracterização dos filmes por espectroscopia in situ no UV-visível e infravermelho próximo foram observadas duas bandas idênticas às transições pi-pi* características dos filmes de PPI no seu estado neutro e de maior dopagem, confirmando a possibilidade de haver duas conformações na cadeia do PPI-2-COOH. Com a modelagem molecular de um oligômero formado a partir da oxidação do PI-2-COOH, verificamos que para cada 4 anéis heterocíclicos acoplados entre si na posição 4-5, um par de anéis se encontrava em um plano diferente do segundo par de anéis, mantendo este padrão em toda a extensão da cadeia polimérica. A resposta redox dos filmes nos permitiu observar a preferência do polímero pela entrada de cátions em sua estrutura. Nos espectros de FTIR também comprovamos a presença do grupo carboxílico na estrutura do polímero, o que permitiu uma imobilização enzimática por ligação covalente. A confecção de microeletrodos destinados para a análise por injeção em fluxo (FIA) nos possibilitou uma economia de reagentes, praticidade e boa reprodutibilidade das medidas. Os biossensores amperométricos obtidos pela imobilização covalente da PFO sobre filmes de PPI-2-COOH apresentaram um pH ótimo de funcionamento em 9,4 e um potencial ótimo de trabalho em +70 mV vs Ag/QRE. Finalizamos nosso trabalho obtendo as respostas amperométricas dos biossensores para a detecção de um composto fenólico, pirocatecol, com uma linearidade entre as concentrações de 5x10-4 até 2,5x10-2 mol/L. / In this work, we present the electrochemical synthesis of a new conducting polymer derived of polypyrrole (PPI) functionalized by carboxylic group, the polypyrrole-2-carboxylic acid, and its application as amperometric transducer in biosensor by use of polyphenol oxidase (PFO). All the steps of syntheses and characterization of the polymer film in microelectrodes and response of the biosensor build for detection of phenolic compost. Our study about electrosyntheses, electrochemical response of the films (PPI-2-COOH) together with microgravimetry result and the molecular modeling of dimer and trimer derived from PI-2-COOH allowed one to suggest, for the first time, the mechanism of electropolymerization of this monomer in non-aqueous medium. When the technique of in-situ ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS in-situ) was observed two bands, identical to the transition pi-pi* which are characteristics of the PPI films on their neutral state and of bigger doping, confirming the possibility that there may be two conformations in the PPI-2-COOH chain. With the molecular modeling of an oligomer formed by PI-2-COOH oxidation, we verified that for each four heterocyclic ring coupled together in the position 4-5, there´s a pair of rings, maintaining this pattern in all the extension of the polymeric chain. The redox response through the electrochemical measurement we could observe in FTIR the polymer preference for the cations adsorption. On the FTIR measurements, we could also observe the presence of the carboxylic group in the polymers structure, which is needed for the enzymatic immobilization by covalent binding. The fabrication of the microelectrode destined to flow injection analysis (FIA), made possible not only to save a lot of reagents, but also demonstrated praticity in the experimental set up and good reproducibility of results. Hence, the obtaining of amperometric biosensor by covalent binding of PFO on the PPI-2-COOH film, presented good pH in 9.4 and great work potential in +70 mV vs Ag/AgCl. We finish the work with the amperometric response of the biosensor in the detection of pyrocatechol, forming a straight line between the concentrations of 5x10-4 to 2.5x10-2 mol/L.

Esta dissertação apresenta um estudo de diferentes metodologias de imobilização (fisissorção, quimissorção com carboxibenzaldeído e quimissorção com glutaraldeído) da lipase de Burkholderia cepacia em nanopartículas magnéticas e sua aplicação na resolução cinética de alcoóis secundários racêmicos. O método de imobilização por fisissorção resultou na imobilização de 0,21 mg de proteína em 20 mg de nanopartículas magnéticas. Para a mesma quantidade de nanopartículas magnéticas, o método de quimissorção com carboxibenzaldeído imobilizou 0,26 mg de proteína contra 0,28 mg de proteína pelo método de quimissorção com glutaraldeído, a melhor relação encontrada neste trabalho. A atividade enzimática foi avaliada na resolução cinética de alcoóis secundários racêmicos [(RS)-2-bromo-1-(fenil)etanol, (RS)-2-bromo-1-(4-nitrofenil)etanol, (RS)-1-(4-nitrofenil)etanol e (RS)-1-(fenil)-1,2-etanodiol] via reação de transesterificação enantiosseletiva. O efeito de diferentes parâmetros reacionais para a resolução cinética foi estudado, como agente acilante, quantidade de substrato, solvente, quantidade de nanopartículas magnéticas (suporte), velocidade de agitação, tempo e temperatura reacionais. Os melhores parâmetros encontrados foram acetato de vinila como agente acilante, tolueno como solvente e sob agitação de 800 rpm. Observou-se que após 30 dias de estocagem da lipase imobilizada por fisissorção sua atividade foi mantida. Além disso, estudou-se a reciclagem da enzima imobilizada, durante a resolução cinética. A melhor temperatura e tempo reacional foram determinados para cada método de imobilização. A quimissorção com glutaraldeído foi o melhor método de imobilização para a reciclagem da enzima, pois durante 8 ciclos de resolução cinética a conversão (50 %) e a enantiosseletividade (>99 %) foram mantidas. Com base nesses resultados, pode-se concluir que o processo de imobilização permite um aumento da estabilidade da enzima quando comparada com a enzima livre, permitindo sua reutilização por vários ciclos reacionais. / This dissertation describes studies about different immobilization methodologies (physisorption, chemisorption with carboxibenzaldehyde and chemisorption with glutaraldehyde) of the Burkholderia cepacia lipase on magnetic nanoparticles and its application in the enzymatic kinetic resolution of chiral secondary alcohols. The physisorption method immobilized 0.21 mg of protein per 20 mg of magnetic nanoparticles. Using the same amount of magnetic nanoparticles, the chemisorption method with carboxibenzaldehyde immobilized 0.26 mg of protein against 0.28 mg for the chemisorption with glutaraldehyde, the best result found in this work. The enzymatic activity was determined in the enzymatic kinetic resolution of chiral secondary alcohols [(RS)-2-bromo-1-(phenyl)ethanol, (RS)-2-bromo-1- (4-nitrophenyl)ethanol, (RS)-1-(4-nitrophenyl)ethanol and (RS</I<)-1-(phenyl)- 1,2-ethanodiol] via enantioselective transesterification reaction. The effect of several reaction parameters for the kinetic resolution was studied, such as acetyl donor, substrate concentration, solvent, amount of magnetic nanoparticles (support), agitation speed, reaction time and temperature. The best results were obtained using vinyl acetate as acetyl donor, toluene as solvent, and 800 rpm as agitation speed. Regarding the physisorption method, after 30 days as storing time the enzymatic activity remained the same. Besides, the reusability of immobilized lipase was evaluated. The best temperature and reaction time in the kinetic resolution were determined for each immobilization method. The chemisorption with glutaraldehyde was the best immobilization method for the enzyme reusability, because even after 8 cycles of the kinetic reaction, the conversion (50 %) and enantioselectivity (>99 %) remained the same. Based on these results, it is possible to conclude that the immobilization process increased the enzyme stability when compared to the free enzyme, allowing its reusability for many reaction cycles.

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a class of fused-ring aromatic compounds that are ubiquitous environmental pollutants due to their toxic properties. The importance of preventing PAHs contamination has been recognized by the Unites States Environmental Protection Agency which has proposed 16 PAHs as priority pollutants, including fluoranthene. Biodegradation is considered as one of the major removal ways of these compounds. In this context, the search for new sources of natural microorganisms is extremely important. One of the most promising source is Peat, which consists in a organic soil formed through a complex process of decomposition and humification of plant residues by microbial oxidation. In addition to the huge biological and genetic pool which can be explored directly from this natural resource, biotechnologic applications using immobilized microbial cells is also an aspect that has gained importance due to various advantages. Thus, this study aims to investigate the biodegradation of in vitro fluoranteno using microorganisms isolated from Santo Amaro das Brotas peat-Sergipe, as well as, develop immobilized chitosan beads for the same purpose. Using this PAH as sole carbon source, it was possible to isolated 8 bacteria and 3 fungi identified as belonging to Bacillus sp., Serratia sp., Penicillium sp. and Fusarium sp. All strains were tested for their ability to degrade 100 mg L-1 of fluoranthene during different incubation periods: 5 and 10 days for bacteria, and 14 and 28 days for fungi. It was found that the duration of the incubation period was proportional to the degree of biodegradation. Analysis of metabolites enabled identification of three compounds common to all the microorganisms: 2,3-dimethyl-9H-fluoren-9-one, carbazole, and bis (octyl) benzene-1,2-dicarboxylate. In general, it was possible to observe the formation of aliphatic metabolites, probably showing a particular feature of these microorganisms from tropical peat. Regarding to microbial immobilization,the Serratia sp. AC-11 strain was selected for trapping in chitosan beads that were then used to biodegrade fluoranthene (at 100 mg L-1). The beads produced were uniform in size, with an average diameter of 3 mm, and were characterized by SEM and FTIR. The immobilized bacteria were able to degrade 76% of fluoranthene in 5 days and 84% in 10 days, at a degradation rate that was almost 50% higher than achieved using free-living cells. Furthermore, the beads with immobilized bacteria had the advantage of being reusable, with satisfactory biodegradation obtained during continuous cycles of use. The numbers of viable cells in the chitosan beads revealed the capacity of the strain to grow and multiply during the biodegradation process. The findings revealed that the peat environment could provide a useful source of PAH-degrading microorganisms.. The new bioproduct produced represents a low cost, efficient, eco-friendly, and practical solution for use in the bioremediation of areas contaminated by fluoranthene. / Os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) são uma classe de compostos poluentes formados por dois ou mais anéis aromáticos fundidos, que possuem risco significativo de contaminação da biota por apresentar propriedades tóxicas. Devido a isso, a Agência de Proteção Ambiental Americana selecionou 16 HPAs prioritários para o monitoramento ambiental, dentre eles o Fluoranteno. Uma das formas de se remediar estes compostos do ambiente é pela biodegradação. Nesse contexto, a procura por novas fontes naturais de micro-organismos é de suma importância. Uma das possíveis fontes promissoras é a turfa, a qual consiste em um solo orgânico formado através de oxidação microbiológica de restos de plantas. Além do enorme pool biológico e genético que pode ser explorado diretamente desse recurso natural, aplicações biotecnológicas com o uso de células microbianas imobilizadas também são uma vertente que tem ganhado importância. Diante disso, este estudo propõe investigar a biodegradação in vitro do fluoranteno utilizando micro-organismos isolados da turfa de Santo Amaro das Brotas - Sergipe, assim como desenvolver um bioproduto centrado na produção de esferas de quitosana imobilizadas com bactéria para o mesmo fim. Utilizando este HPA como única fonte de carbono, foi possível isolar 8 bactérias e 3 fungos, os quais foram identificados como pertencentes aos gêneros Bacillus sp., Serratia sp., Penicillium sp. e Fusarium sp. Todos eles foram testados quanto à sua capacidade em degradar o fluoranteno (100 mg L-1) durante diferentes períodos de incubação: 5 e 10 dias para as bactérias; 14 e 28 dias para fungos. Foi verificado que a duração do período de incubação foi proporcional ao grau de biodegradação. As melhores taxas de biodegradação entre as bactérias e os fungos foram alcançadas, respectivamente, pelo isolado Bacillus sp. AC-25 em 10 dias (49%) e pelo Penicillium sp. AC-1 em 28 dias (64%). A análise dos metabólitos identificou a presença de compostos com diferentes grupos funcionais, incluindo três metabólitos comuns a todos os micro-organismos: 2,3-dimetil-9H-fluoreno-9-ona, carbazol, e bis (octil) benzeno-1,2-dicarboxilato. Em geral, foi possível observar a formação de metabólitos alifáticos, provavelmente, mostrando uma particularidade no metabolismo destes micro-organismos, o qual está relacionado ao ambiente da turfa.Com relação à imobilização em esferas de quitosana, foi observado que o isolado Serratia sp. AC-11 foi o que melhor se adaptou as condições necessárias. Estas esferas imobilizadas produzidas foram caracterizadas por MEV e FT-IR. Em apenas 1 dia, elas foram capazes de degradar 56% do fluorantreno, 76% em 5 dias e 84% em 10 dias, apresentando uma taxa de degradação de quase 50% a mais quando comparada a célula livre. Além disso, estas esferas apresentaram a vantagem de reutilização durante ciclos contínuos com biodegradação satisfatória do HPA. Diante dos resultados obtidos, observa-se que a turfa foi uma fonte útil de micro-organismos capazes de degradar o fluoranteno e possibilitou a geração de um novo bioproduto caracterizado principalmente por ser eco-amigável, possuir baixo custo associado, eficiência de degradação e possível aplicação industrial destinado a biorremediação de áreas contaminadas por HPAs.

Este trabalho teve por objetivo a preparação e caracterização de membranas de polissulfona (PSU) e a imobilização da enzima lipase nestes filmes, para a produção de membranas enantiosseletivas, visando utilização futura em separação de misturas quirais. Membranas de PSU foram preparadas pelo processo de inversão de fase, utilizando clorofórmio como solvente e água como agente coagulante para a inversão. Foram preparadas membranas com diferentes espessuras e os seguintes parâmetros para a inversão de fase foram definidos: concentração das soluções, tempo de evaporação do solvente, secagem e tratamento térmico. As membranas foram caracterizadas, visando a utilização em processo de eletrodiálise (ED) e imobilização da enzima lipase PS. Para a imobilização foi utilizado o glutaraldeído como agente bifuncional para ligação da enzima ao polímero. Na imobilização foram determinados os parâmetros cinéticos velocidade máxima (Vmáx) e constante de Michaelis-Menten (Km), a quantidade de enzima imobilizada nas membranas pelo método de Bradford e a atividade da enzima livre e imobilizada através da hidrólise do acetato de p-nitrofenila (PNPA). As membranas de PSU preparadas por inversão são hidrofóbicas, e apresentaram características de permesseletividade e capacidade de troca iônica inferiores às apresentadas pelas membranas comerciais Selemion®; CMT e CMV e resistência elétrica superior à destas membranas. O diâmetro dos poros nas membranas é menor que 100 nm. . A quantidade máxima de enzima imobilizada foi de 2,35 mg .g-1 de polímero em 18 horas de imobilização com um rendimento de 61,2%. A atividade da enzima decai após a imobilização, de 14780 U.g-1 (enzima livre) para 1184 U.g-1 (enzima imobilizada). / Preparation and characterization of polysulfone (PSU) membranes and the immobilization of lipase enzyme in these membranes to produce enantioselective membranes, in order to separate chiral compounds, is the subject of the present work. PSU membranes were prepared by phase inversion, using chloroform as solvent and water as nonsolvent. Membranes with different thickness were prepared and phase inversion parameters such as (solution concentrations, solvent evaporation time, drying and thermal treatment) were investigated. Membranes were characterized, in order to use them in electrodialysis process (ED) and in the lipase PS enzyme immobilization. For immobilization, bifunctional agent glutaraldehyde was used to link the enzyme to the polymer. On immobilization, the kinetic constants (Km e Vmax), the amount of immobilized enzyme with Bradford method and the activity of free and immobilized enzyme with p-nitrophenyl acetate (PNPA) hydrolysis, were determined. PSU membranes prepared by phase inversion are hydrophobic and, when compared with Selemion®; CMT and CMV commercial membranes, present lower permeselectivity, lower ion exchange capability and higher resistance. Membranes pore diameter is lower than 100 nm. The maximum amount of immobilized enzyme in the membranes reached 2.35 mg per gram of polymer after 18 hours of immobilization with a 61,2% yield . Enzyme activity decays after immobilization , from 14780 U.g-1 (free enzyme) to 1184 U.g-1 (immobilized enzyme).

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Mestrado FINAL.pdf: 1488636 bytes, checksum: c1d993759439dd885efc25277ad9b4d3 (MD5) Previous issue date: 2011-01-28 / The hydrolytic activity of enzymes produced by Trichoderma asperellum, immobilized biodegradable films, as growth inhibitor of microorganisms was tested. The inhibitory activity was demonstrated on Aspergillus niger, Penicillium sp. and Sclerotinia sclerotiorum, microorganisms usually related to the attack and/or food contamination at the field or packaged. We used two polymer blends with different compositions, cassava starch and poly-butylene adipate-co-terephthalate (Ecoflex®, BASF Chemical Company) and other composed for polyvinyl alcohol (PVA) and polysaccharide cashew gum (PEJU). T. asperellum was induced to produce enzymes involved in the attack mycoparasite (N-acetylglucosaminidases, &#946;-1,3-glucanases, chitinases and proteases) by the addition of crude chitin in the growth medium. The enzymes produced in major quantity were N-acetylglucosaminidase and chitinase. The pool of enzymes produced in the experiments was then used for immobilization tests. The immobilization process was performed in films by two methods: covalent and ionic bonding. In both methods, the presence of immobilized hydrolytic enzymes resulted in reduced growth of microorganisms, but the covalent immobilization of the results were more expressive. S.sclerotiorum was the microorganism most sensitive, followed by A. niger and Penicillium sp. To confirm the action of hydrolytic enzymes produced by T. asperellum and evaluate the effects they produce cell wall of microorganisms and other structures, the films with enzyme immobilized by covalent bonding were subjected to scanning electron microscopy. The structures most affected were hyphae and spores. Overall, the synergistic action of all enzymes produced by T. asperellum, reduced the growth of microorganisms when immobilized on the surface of the films Starch-Ecoflex® and PVA-PEJU. Moreover, the polymer blends tested exhibited desirable characteristics for future use in food packaging and most importantly, also provide efficient systems for the immobilization of enzymes. / O trabalho foi conduzido com o objetivo de testar a ação de enzimas hidrolíticas produzidas por Trichoderma asperellum, imobilizadas em filmes biodegradáveis, como agente inibidor do crescimento de microrganismos. A atividade inibitória foi testada sobre Aspergillus niger, Penicillium sp. e Sclerotinia sclerotiorum, microrganismos geralmente relacionados com o ataque e, ou, contaminação de alimentos, seja no campo ou embalados. Foram utilizadas duas blendas poliméricas de diferentes composições, uma a base de amido de mandioca e poli-butileno-adipato-co-tereftalato (Ecoflex®; BASF Chemical Company) e outra a base de álcool polivinílico (PVA) e polissacarídeo de caju (PEJU). T. asperellum foi induzido a produzir as enzimas envolvidas no processo de ataque micoparasita (N-acetilglicosaminidases, &#946;-1,3-glicanases, quitinases e proteases) pela adição de quitina bruta no meio de crescimento. As enzimas produzidas em maior quantidade foram N-acetilglicosaminidases e quitinases. O pool de enzimas produzidas foi então utilizado nos experimentos de imobilização. O processo de imobilização foi realizado nos filmes por dois métodos: ligação covalente ou ligação iônica. Em ambos os métodos, a presença de enzimas hidrolíticas imobilizadas resultou em redução do crescimento dos microorganismos, porém na imobilização por ligação covalente os resultados foram mais expressivos. S.sclerotiorum foi o microrganismo mais sensível, seguido por A. niger e Penicillium sp. Para confirmar a ação hidrolítica das enzimas produzidas por T. asperellum e avaliar os efeitos por elas produzidos na parede celular e demais estruturas dos microrganismos, os filmes com enzima imobilizada por ligação covalente foram submetidos à microscopia eletrônica de varredura. As estruturas mais afetadas foram hifas e esporos. De forma geral, a ação sinérgica de todas as enzimas produzidas por T. asperellum reduziu visivelmente o crescimento dos microrganismos quando imobilizadas na superfície dos filmes Amido-Ecoflex® e PVA-PEJU. Além disso, as blendas poliméricas testadas apresentaram características desejáveis para futuro uso em embalagens de alimentos e principalmente, também constituem sistemas eficientes para imobilização de enzimas.

O xilitol vem se destacando nas áreas alimentícia, odontológica, farmacêutica e médica, além de apresentar significativo potencial de aplicação em outros segmentos industriais (têxteis e químicos). Os benefícios do xilitol abriram as portas para novas áreas de venda além de crescimento no setor de póliols e adoçantes no mercado mundial. O presente trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia tecnicamente e economicamente viável para a obtenção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana-de-açúcar, utilizando biorreator de leito fluidizado com células da levedura Candida guilliermondii FTI 20037 imobilizadas em suporte natural de alginato de cálcio. Para avaliar a viabilidade técnica deste processo biotecnológico, foram realizados fermentações em bateladas simples conforme um planejamento fatorial 23 com três pontos centrais. Em seguida, foi avaliada a influência das variáveis, fluxo de fluidização, fator de concentração do hidrolisado e vazão do ar no fator de rendimento (Yp/s) e na produtividade volumétrica (Qp). Segundo os resultados obtidos, observou-se que apenas o aumento no fluxo de fluidização exerceu uma influência positiva no fator de rendimento e na produtividade do processo. Tal fato é devido a uma melhor transferência de oxigênio do meio para o interior do suporte de imobilização, resultando em maior consumo de xilose e produção de xilitol. O processo biotecnológico utilizado neste trabalho resultou em, uma concentração final de xilitol de 34 g/L a partir de uma concentração inicial de xilose de 49 g/L, um fator de rendimento (Yp/s) de 0,7 g/g (equivalente a 76 % de eficiência de bioconversão) e uma produtividade volumétrica (Qp) de 0,44 g/L.h, após 72h de fermentação. Foram realizados também fermentações em bateladas repetidas com reciclo das células imobilizado, nas condições de fermentação otimizadas e indicadas pela análise estatística realizada. Verificou-se que, o fator de rendimento (Yp/s) e a produtividade volumétrica (Qp) do processo apresentaram pequenas variações ao longo das 6 bateladas repetidas (B1-B6), com uma produção final média de 31,5 g/L de xilitol. Entretanto, a partir da batelada B7 observou-se, uma diminuição de 44 % na concentração final do xilitol produzido (17 g/L) e de 28% no número final de células viáveis imobilizadas (3,4 x1010 mL/cel.) em comparação com as bateladas B1-B6 (valor médio de 4,7x1010 mL/cel.), após 72 h de fermentação. Esta redução no crescimento das células imobilizadas pode ser explicada pela possível difusão e acúmulo de materiais insolúvel proveniente do hidrolisado, ao longo das 7 bateladas remetidas, para o interior do suporte de imobilização propiciando assim limitações na transferência de xilose no meio de fermentação para o interior das células encapsuladas. Com o objetivo de avaliar o custo de produção de xilitol, foi realizado um estudo técnico-econômico para a produção de xarope de xilitol de 80% de pureza, utilizando hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em uma planta piloto com capacidade de processar 1 tonelada de bagaço. Segundo os resultados obtidos deste estudo, observou-se que este processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente viável com um payback de 24 meses e uma TIR (Taxa interna de retorno) de 51,7%, sendo o preço estimado para a venda do xarope de xilitol no mercado de R$ 211,60. Visando reduzir o custo de venda deste xarope e aumentar a competitividade do xilitol em relação a outros póliols encontrados no mercado, foram sugeridas modificações em algumas etapas do processo realizado neste trabalho (aumento na eficiência da hidrólise para 80% e a utilização de resinas de troca iônica no tratamento do hidrolisado hemicelulósico). O processo modificado resultou em uma redução no preço de venda do xarope de xilitol, sendo este valor estimado a R$ 113,10, correspondendo a apenas 28 % do preço de venda do xilitol cristalizado no mercado interno (R$ 402,50). O processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente promissor para uma futura implantação em nível industrial. / Xylitol is being distinguished for its application in the industries of food, odontology and pharmacy; furthermore, it presents a potential use in other industrial segments (textiles and chemicals). The different benefits of xylitol will open doors for new selling areas which will lead to its growth in the international market of polyols and alternative sweeteners. The present work had as an objective the contribution in the development of a technically and economically viable technology for the production of xylitol starting from the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse, using a fluidized bed bioreactor with yeast cells of Candida guilliermondii FTI 20037 immobilized in a natural support of calcium alginate. To evaluate the technical viability of this biotechnological process, they were realized simple batch fermentations according to a factorial design 23 with three central points. Furthermore, it was evaluated the influence of the variables, fluidization flux, hydrolysate concentration factor and air flux in the process yield (Yp/s) and volumetric productivity (Qp). According to the obtained results it was observed that, only an increase in the fluidizations flux exercised a positive influence in process yield and volumetric productivity. This fact is due to a better oxygen transfer to the inside of the immobilization support, resulting in a higher xylose consumption and xylitol production. The biotechnological process used in this work resulted in, a final concentration of xylitol of 34 g/L starting from an initial concentration of xylose of 49 g/L, a yield (Yp/s) of 0.7 g/g (corresponding to 76 % of bioconversion efficiency) and a volumetric productivity (Qp) of 0.44 g/L.h, after 72h of fermentation. Also they were realized repeated batch fermentations with the recycle of the immobilized cells, using the optimized fermentation conditions as indicated by the statistical analysis previously done. It was verified that, the yield (Yp/s) and the volumetric productivity (Qp) of the process have presented small variations throughout the 6 repeated batch fermentations (B1-B6), with an average final production of 31,5 g/L of xylitol. On the other hand, at the end of the batch fermentation B7 it was observed a decrease of 44% in the final concentration of the produced xylitol (17 g/L) and 28% in the final number of viable immobilized cells (3.4 x1010 mL/cells) in comparison with the batch fermentations B1-B6 (average value of 4.7x1010 mL/cells), after 72h of fermentation. This reduction in the growth rate of the immobilized cells can be explained by the possible diffusion and accumulation of insoluble substances originating from the hemicellulosic hydrolysate, during the 7 repeated batch fermentations, into the interior of the immobilization support resulting in limitations in xylose transference from the fermentation medium into the encapsulated cells. With the objective to evaluate the production cost of xylitol, it was realized a technicaleconomical study for the production of a xylitol syrup with 80% of purity, using hemicellulosic hydrolysate from sugarcane bagasse in a pilot plant with the capacity to process 1 tons of bagasse. According to the results obtained in this study, it was observed that the biotechnological process for xylitol production has shown to be economically viable with a payback period of 24 months and a TIR of 51. 7%, considering that the selling price of xylitol syrup (80% of purity) was estimated to be R$ 211.60 in the internal market. Aiming to reduce the selling cost of xylitol syrup and increase its competitiveness in relation to other polyols found in the market, they were suggested modifications in some stages of the process used in this work (increase in the hydrolysis efficiency to 80% and the utilization of ionic exchange resins in the treatment of the hemicellulosic hydrolysate). The modified process resulted in a reduction in the selling price of xylitol syrup, being this value estimated in R$ 113.10 corresponding to only 28% of the selling price of crystallized xylitol in the internal market (R$ 402.50). The biotechnological production of xylitol has shown to be economically promising for future implantation at industrial level.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-06-08T18:45:11Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luane Ferreira Garcia - 2016.pdf: 1247655 bytes, checksum: 7639a387a5a3d1f4157419202b05240e (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-09T11:35:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luane Ferreira Garcia - 2016.pdf: 1247655 bytes, checksum: 7639a387a5a3d1f4157419202b05240e (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-09T11:35:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luane Ferreira Garcia - 2016.pdf: 1247655 bytes, checksum: 7639a387a5a3d1f4157419202b05240e (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) Previous issue date: 2016-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Hormones are released constantly in sewage, originated by of human/animal excreta, or waste of pharmaceutical industries, not treated satisfactorily. The eviction of these pollutants in water resources produces great environmental impact, as disruption in animals’ endocrine system. The 17α-ethinylestradiol (EE2) is the most popular synthetic estrogen, which is found in water and in considerable concentrations. Several strategies are being studied to remedy this pollutant. Enzymes as laccases, which have low specificity, are able to oxidize various pollutants, thus suggesting their potential in the treatment of effluents. Another alternative are the electrochemical processes as electro-oxidation and electrocoagulation. The aim of this study was to evaluate the removal efficiency of the EE2 for biological or/and electrochemical process. The crude extract containing the laccase from Pycnoporus sanguineus was immobilized in Ca/Cu-alginate-chitosan beads. For partial characterization were determined optimum pH and optimum temperature of enzyme activity, for free and immobilized enzyme. Biological remediation was performed in these conditions: shaking (100 rpm); temperature at 28°C (± 2); times of 4, 8 and 24 hours; EE2 solution buffered at pH 4 and 5, and EE2 solution without addition of buffer. For the electrochemical remediation: magnetic stirring; voltage of 2.5, 5 and 7.5 V; times of 10, 20 and 40 minutes; pHs 5 and 7. For bio-electrochemical remediation the best conditions were used. In the remediation assays of the EE2 with immobilized enzyme, the best result was obtained for the support Ca-alginate-chitosan with 89.81% (± 2.71) removal, in sodium acetate buffer pH 5.0 and 24 hours of treatment. Under the same conditions to the free enzyme, 91.81% (± 0.86) of removal was obtained. For electrochemical remediation with titanium electrode, 86.21% (± 9.30) was removed in pH 7 phosphate buffer and 40 minutes. For sequential bio-electrochemical remediation, EE2 concentrations were below the limit of detection of the chromatograph, with the removal by immobilized enzyme acting in unbuffered solution. It can be concluded that the two technologies are very effective for the removal of the EE2. / Hormônios são lançados constantemente em esgotos, sejam oriundos de excretas humanas ou animais, sejam de resíduos provenientes das indústrias farmacêuticas, não tratados de forma eficaz. O despejo destes micropoluentes nos recursos hídricos produz grande impacto ambiental, como desregulação do sistema endócrino em animais. O 17α-etinilestradiol (EE2) é o mais popular estrogênio sintético, sendo encontrado nos recursos hídricos em concentrações consideráveis. Diversas estratégias estão sendo estudadas para remediação deste poluente. Enzimas como as lacases, que possuem baixa especificidade, são capazes de oxidar diversos poluentes, sugerindo assim seu potencial no tratamento de efluentes. Outra alternativa são os processos eletroquímicos, como a eletro-oxidação e eletrocoagulação. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de remoção do EE2 por processo biológico ou/e eletroquímico. O extrato bruto contendo a lacase de Pycnoporus sanguineus foi imobilizado em beads de quitosana-alginato-Ca/Cu. Para caracterização parcial da enzima livre e imobilizada foram determinados pH e temperatura ótima de atividade enzimática. A remediação biológica foi realizada nas condições: agitação (100 rpm); temperatura em 28°C (± 2); tempos de 4, 8 e 24 horas; solução de EE2 tamponada em pHs 4 e 5, e solução do hormônio sem adição de tampão. A remediação eletroquímica: agitação magnética; tensão de 2,5, 5 e 7,5 V; tempos de 10, 20 e 40 minutos; solução de EE2 tamponada em pHs 5 e 7. Para remediação bio-eletroquímica, de modo sequencial, foram utilizadas as condições mais adequadas para ambas as tecnologias. Nos ensaios de remediação do hormônio EE2 com a enzima imobilizada, o melhor resultado foi obtido para beads de quitosana-alginato-Ca com remoção de 89,81% (± 2,71) em tampão acetato de sódio pH 5 e 24 horas de tratamento. Nas mesmas condições, para a enzima livre foi obtido 91,81% (± 0,86) de remoção. Para remediação eletroquímica, com eletrodo de titânio foi removido 86,21% (± 9,30) do EE2, em tampão fosfato pH 7 e 40 minutos. Para a remediação bio-eletroquímica em modo sequencial, obteve-se remoção do EE2 em concentrações abaixo do limite de detecção do cromatógrafo, com a enzima imobilizada atuando em solução não tamponada. Conclui-se que as duas tecnologias são bastante eficientes para a remoção do EE2, podendo ser utilizadas separadamente ou em conjunto.

Nesta dissertação estão descritos os resultados obtidos sobre a preparação de nanocascas funcionalizadas (nanopartículas ocas) de ouro/prata de diâmetro de 50 nm e imobilização de diferentes lipases (Burkholderia cepacia (BCL) e pâncreas de porco (PPL)). [Obs.: A imagem do esquema pode ser visto no arquivo PDF] Inicialmente as nanocascas de ouro/prata (NSs AgAu) foram sintetizadas e caracterizadas, através de imagens de MEV e MET. Através destas imagens algumas características das NSs AgAu foram elucidadas, como seu tamanho e sua característica oca. Em seguida, a funcionalização das NSs AgAu com diferentes moléculas mercapto-alcanóicas e uma molécula mercapto-amina foi realizada. Depois de funcionalizadas as NSs-funcionalizadas foram ativadas, com glutaraldeído ou EDC, para que assim elas ficassem aptas à imobilização das lipases, via ligação covalente. Para a BCL foi possível imobilizar 0,155-0,282 mg de proteína/3 mg do suporte. No caso da PPL uma menor quantidade de enzima foi imobilizada (0,035-0,048 mg/3 mg do suporte). A atividade da enzima imobilizada foi testada frente à reação de acetilação enantiosseletiva do (R,S)-1-feniletanol com acetato de vinila (RCE, resolução cinética enzimática). Excelentes resultados de conversão (50%) e seletividade (E > 200) foram conseguidos com a BCL imobilizada em todos os suportes. A PPL livre não catalisava a acetilação deste substrato e quando esta enzima foi imobilizada nas diferentes NSs-funcionalizadas, os resultados apresentados para acetilação enantiosseletiva do (R,S)-1-feniletanol com acetato de vinila foram interessantes. Nesse caso conseguimos alcançar conversões de até 4% do substrato R à sua forma acetilada com excelente enantiosseletividade ( > 99% e.e. do produto). Como uma alternativa de demonstrar a atividade enzimática da BCL imobilizada em reação tradicional de hidrólise, o teste da hidrólise do palmitato de p-Nitrofenila pela BCL livre e imobilizada foi realizado. Este teste revelou que a BCL imobilizada nas NSs-funcionalizadas catalisavam a hidrólise do palmitato de p-Nitrofenila mais rápido que a enzima livre, comprovando os bons resultados obtidos na RCE, mostrando que os sistemas onde tínhamos a BCL imobilizada foram mais eficientes que a enzima livre. As NSs AgAu, NSs-funcionalizadas e até as nanocascas contendo as lipases imobilizadas foram caracterizadas por de imagens de MEV e MET, análises de FT-IR e método de Bradford. Outros estudos com os sistemas contendo a BCL imobilizada foram elucidados. Diferentes funcionalizadores de diferentes tamanhos foram utilizados e a influência de cada um deles sobre a atividade enzimática foi estudado. Por exemplo, quando as NSs AuAg foram funcionalizadas com moléculas mercapto-alcanóicas menores, como por exemplo, o ácido mercapto acético, melhores resultados para a RC do (R,S)-1-feniletanol foram conseguidos. As diferentes formas de ativação da NSs-funcionalizadas utilizando glutaraldeído ou EDC, para consequente imobilização da BCL não resultaram em alterações da atividade enzimática na RC, apresentando valores idênticos para RCE. Experimentos para testar a estabilidade dos sistemas contendo a BCL imobilizada também foram feitos. Descobrimos que é possível armazenar a BCL imobilizada nos diferentes sistemas à - 4 °C por até 28 dias. O estudo da reciclagem destes sistemas revelou que por até 3 ciclos os sistemas conseguiram manter 90% da atividade enzimática. / This dissertation presents the results achieved on the preparation of functionalized gold/silver nanoshells (hollow nanoparticles, 50 nm) and immobilization of different lipases (Burkholderia cepacia (BCL) and porcine pancreatic (PPL)). Initially Gold/Silver nanoshells (NSs Ag Au) were synthesized and characterized through SEM and TEM pictures. By these images some characteristics of NSs AgAu were elucidated, as its size and hollow feature. The functionalization NSs AgAu with different mercapto-alkanoic molecules and mercapto-amine molecule was next step performed. After the functionalized NSs-functionalized were activated with glutaraldehyde or EDC, after that they remained suitable for the immobilization of lipases via covalent bond. BCL was possible immobilized 0.155-0.282 mg protein/3 mg of support. And the PPL a smaller amount of enzyme was immobilized (from 0.035-0.048 mg / 3 mg of support). The activity of the immobilized enzyme was assayed by the reaction enantioselective acetylation of (R,S)-1-phenylethanol with vinyl acetate (KR, kinetic resolution). Excellent conversion results (50%) and selectivity (E > 200) were achieved with the immobilized BCL. The free PLP did not catalyzed acetylation of the substrate and when this enzyme was immobilized on NSs-functionalized the results for enantioselective acetylation of (R,S)-1-phenylethanol with vinyl acetate were interesting. In this case we achieve conversions of 4% of the substrate (R) to acetylated form with excellent enantioselectivity (> 99% e.e. of the product). As alternative to demonstrate the enzymatic activity of BCL immobilized on traditional hydrolysis reaction, the hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate by free and immobilized BCL was performed. This test revealed BCL immobilized on NSs-functionalized catalyzed hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate faster than free enzyme, confirming the good results obtained in KR, showing that systems which had immobilized BCL were more efficient than the enzyme free. The NSs AgAu, NSs-functionalized and Nanoshells containing the immobilized lipases were characterized by SEM and TEM images , FT-IR analysis , the Bradford method. Other studies with systems containing immobilized BCL were elucidated. Different spacers with different sizes were used for functionalized the nanoshells, and the influence of each of the enzymatic activity was studied. For example, when the NSs were functionalized with smaller molecules mercapto-alkanoic and cysteamine best results for the KR (R,S)-1-(phenyl)ethanol were obtained. The different forms of activation of NSs-functionalized using glutaraldehyde or EDC, for subsequent immobilization of BCL did not result in changes in enzyme activity in the KR . Experiments to test the stability of systems containing immobilized BCL were also made . We found it possible to store the BCL immobilized on different systems at - 4 ° C for 30 days. The study of the recycling of these systems was made and by 3 cycles systems maintain 90% of the enzyme activity.

Os nanotubos naturais da paligorsquita, por apresentarem propriedades físicas e químicas específicas, têm potencial uso como nano sorventes e matrizes para imobilização, retenção, e solidificação de radionuclídeos presentes em efluentes nucleares. No processo de desenvolvimento de materiais com propriedades de sorção visando a incorporação e imobilização de radionuclídeos, as etapas mais importantes são a geração de sítios ativos simultaneamente com o aumento da área superficial específica e tratamento térmico adequado para conduzir ao colapso estrutural. Neste estudo foram avaliados parâmetros e condições determinantes no processo de ativação dos nanotubos naturais da paligorsquita visando a sorção de radionuclídeos de interesse na estrutura dos nanotubos e a avaliação posterior dos parâmetros que afeitam ao colapso estrutural por tratamento térmico. Por este estudo constatou-se que a otimização do processo de ativação ácida é fundamental para o aumento da capacidade de sorção de níquel usando estruturas de nanotubos naturais ativados. A condição otimizada de ativação superficial, mantendo a integridade estrutural foi removido cerca de 33,3% dos cátions de magnésio, equivalente a 6,30·10-4 mol·g-1 de magnésio em massa, aumentando a área superficial específica em 42,8%. Este aspecto permitiu a incorporação de mesma concentração molar de níquel presente nos rejeitos radioativos líquidos em um tempo de processo de 80min. / Natural palygorskite nanotubes show suitable physical and chemical properties and characteristics to be use as potential nanosorbent and immobilization matrix for the concentration and solidification of radionuclides present in nuclear wastes. In the development process of materials with sorption properties for the incorporation and subsequent immobilization of radionuclides, the most important steps are related with the generation of active sites simultaneously to the increase of the specific surface area and suitable heat treatment to producing the structural folding. This study evaluated the determining parameters and conditions for the activation process of the natural palygorskite nanotubes aiming at the sorption of radionuclides in the nanotubes structure and subsequent evaluation of the parameters involve in the structural folding by heat treatments. The optimized results about the maximum sorption capacity of nickel in activated natural nanotubes show that these structures are apt and suitable for incorporation of radionuclides similar to nickel. By this study is verified that the optimization of the acid activation process is fundamental to improve the sorptions capacities for specifics radionuclides by activated natural nanotubes. Acid activation condition optimized maintaining structural integrity was able to remove around 33.3 wt.% of magnesium cations, equivalent to 6.30·10-4 g·mol-1, increasing in 42.8% the specific surface area and incorporating the same molar concentration of nickel present in the liquid radioactive waste at 80 min.

A recomendação de doses de nitrogênio (N) para a cana-de-açúcar (Saccharum spp.) com base em testes de solo é essencial para o aumento da sustentabilidade desse agroecossistema. Além disso, pouco se conhece sobre as reações do N orgânico dissolvido (NOD) na zona de transição palha-solo nos canaviais. A influência das formas minerais de N (N-NH4+ e N-NO3-) na mineralização de carbono (C) nessa região transitória também é desconhecida. Desse modo, os objetivos do estudo foram: i) correlacionar diversos métodos para a predição do N mineralizável do solo com parâmetros de resposta da cana-de-açúcar ao N; ii) quantificar os processos de mineralização de C e sorção de compostos do NOD aplicados em palha e solo (ambos amostrados na zona de transição); e iii) determinar a mineralização C e o conteúdo de N mineral em palha e solo de cana-de-açúcar (provenientes da zona de transição) pela adição de 14C-glicose associada ou não à fontes minerais de N. Entre 2006 e 2013 foram instalados 21 experimentos de curva de resposta da cana-de-açúcar ao N no Estado de São Paulo, Brasil, para correlacionar métodos de natureza biológica, química, microbiológica e isotópica (15N), com a produtividade de colmos (PCC) e extração de N (ENC) no tratamento controle, produção relativa da cultura (PRC) e com a dose de N necessária para obtenção de 90% da PRC (DN 90% PRC). As amostragens de solo foram realizadas nas camadas de 0-20 e 20-40 cm. Foram detectadas fracas correlações entre a incubação anaeróbia e a PCC, e o N extraível por KCl a quente por 4 h e o N extraível por tampão fosfato-borato a pH 11,2 com a ENC. Os métodos não se correlacionaram com a PRC e a DN 90% PRC. Nenhum método é recomendado no ajuste de doses de N para aplicação em soqueiras de cana-de-açúcar no Estado de São Paulo. Para o estudo das reações do NOD e do N mineral, amostras de palha e solo foram coletadas na região de transição entre os dois materiais, em dois sítios experimentais localizados no Estado de São Paulo. A mineralização de C e sorção de mistura de aminoácidos, peptídeos, ureia e proteína (todos marcados em 14C) foi determinada pela aplicação dos compostos em palha e solo. A mineralização de C e conteúdo de N mineral pela adição de 14C-glicose com ou sem as formas de N mineral (N-NH4+ e N-NO3-) também foi avaliada. Existem diferenças acentuadas entre a palha e solo relacionadas à dinâmica do NOD, perfil da comunidade microbiana e imobilização de N. Em geral, o conteúdo de 14C restante dos compostos do NOD foi maior no solo em relação à palha. Os peptídeos e a ureia apresentaram rápida mineralização de C, enquanto que a sorção da proteína foi maior no solo em comparação com a palha. A associação da 14C-glicose com N-NO3- resultou em maior mineralização de 14C na palha de ambos os sítios. Ocorreu intensa imobilização de N-NH4+, sobretudo no resíduo de cana-de-açúcar. / Recommendation of nitrogen (N) rates for sugarcane (Saccharum spp.) based upon soil testing is essential for increasing the sustainability of this agroecosystem. In addition, little is known about the dynamics of dissolved organic nitrogen (DON) in the straw-soil transition zone in sugarcane fields. The influence of mineral N forms in the carbon (C) mineralization in this transitional region is also unknown. Thus, the objectives of this study were: i) correlate several methods to predict the soil mineralizable N with sugarcane N response parameters; ii) quantifying the C mineralization and sorption processes of DON compounds applied to straw and soil (both sampled in the transition zone); and iii) determine the C mineralization and mineral N content in straw and soil (from the transition zone) by addition of 14C-glucose with or without mineral sources of N. Between 2006 and 2013, 21 sugarcane N response trials were performed in the State of São Paulo, Brazil, to correlate biological, chemical, microbiological and isotopic (15N) methods with stalks yield (SYC) and total N uptake (NUC) in the control treatment, relative stalks yield (RSY) and the N rate required to achieve 90% of the RSY (NR 90% RSY). Soil sampling was performed at 0-20 and 20-40 cm depths. Weak correlations were detected between anaerobic incubation and the SYC, and the hot KCl extractable N and phosphate-borate buffer at pH 11.2 extractable N with NUC. Methods did not correlate with RSY and the NR 90% RSY. No method is recommended for adjusting N fertilizer rates for application on sugarcane ratoons in the state of São Paulo, Brazil. To study the reactions of DON and mineral N, straw and soil samples were collected in the transition region between the two materials, in two experimental sites located in the State of São Paulo. The C mineralization and sorption of 14C-labelled amino acids mix, peptides, urea and protein was performed by addition of the compounds in straw and soil. The C mineralization and mineral N content by the addition of 14C-glucose with or without mineral N forms (NH4+-N and NO3--N) was also checked. There are marked differences between straw and soil regarding to the DON dynamics, microbial community profile and N immobilization. In general, the 14C remaining of the applied DON compounds in the soil was higher when compared to the straw. Peptides and urea had a rapid C mineralization, while the protein sorption was higher in the soil than the straw. The use of 14C-glucose with NO3--N intensified 14C mineralization in the straw of both sites. There was an intense immobilization of NH4+-N, mainly in the sugarcane residue.