Made available in DSpace on 2014-06-12T15:04:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7523_1.pdf: 2350468 bytes, checksum: 72ad4a741028a348bc5725a9d32c1bb0 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Este trabalho objetivou investigar o potencial biotecnológico de Curvularia lunata UFPEDA885/URM6179 na produção de enzimas lignolíticas e biossurfactante utilizando óleo diesel como substrato. Para seleção deste fungo, utilizou-se ácido gálico e solução de Manachini acrescida de óleo diesel (2%), seguida da quantificação de lacase (LaC), lignina peroxidase (LiP) e manganês peroxidase (MnP). Posteriormente, realizou-se planejamento fatorial completo 32 variando pH e temperatura, para otimização da produção das enzimas lignolíticas e avaliou-se o efeito do pH e temperatura na atividade e estabilidade enzimática. Para a produção de biossurfactante, realizou-se um delineamento composto central rotacional 24 variando: inóculo, NH4NO3, MnSO4H2O e CuSO45H2O. Inoculou-se o fungo em meio mineral Bushnell Haas modificado, acrescido de 2% de óleo diesel, onde foram avaliados: tensão superficial e os efeitos do pH, temperatura e salinidade (NaCl) na atividade emulsificante e na estabilidade da emulsão. Por fim, verificou-se a toxicidade do biossurfactante e a biorremoção de óleo automotivo em solo arenoso. C. lunata UFPEDA885 foi selecionado como produtor das três enzimas do sistema lignolítico. No planejamento fatorial, observou-se otimização na produção de LaC em nove vezes (1940U/L+4). Esta enzima, apesar de instável nas condições testadas, foi produzida em maior quantidade por C. lunata UFPEDA885, em pH 3,4 a 65ºC. Houve otimização na produção de LiP (1480U/L+6) em 24 vezes, sendo estável, com pH ideal para produção de 6,2 a 65ºC. A maior produção de MnP por C. lunata UFPEDA885 foi 820U/L +3,5, um aumento de cerca de 15 vezes, sendo esta enzima estável, com maior produção em pH de 3,4 a 50ºC. C. lunata UFPEDA 885 produz biossurfactante, reduzindo a tensão superficial até 32,9mN/m. Este fungo é capaz de emulsificar até 98% de óleo automotivo, com elevada estabilidade em diferentes valores de pH, temperatura e salinidade. Houve baixa toxicidade frente a sementes de Cucumis sativa e a CL50 para Artemia salina ocorreu a 25% de extrato bruto do biossurfactante. Por fim, houve remoção de 93,5% de óleo automotivo em solo arenoso pelo extrato bruto produzido. C. lunata UFPEDA885 é indicado para produção de LiP, MnP, biossurfactante e bioemulsificante, utilizando óleo diesel como substrato visando aplicação industrial e na biorremediação

Orientador: Edison Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T04:51:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_JoaoViniciosWirbitzkida_M.pdf: 8775567 bytes, checksum: 35a926d080f0ec01d62b71fe89882b3d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: As pastilhas de freio são materiais compósitos que têm sido constantemente aperfeiçoadas, principalmente pela substituição por materiais que melhorem o desempenho destes elementos ou diminuam os impactos ao homem e ao meio ambiente. Com a procura de materiais de fontes renováveis para substituir materiais sintéticos, a lignina, uma macromolécula natural encontrada em vegetais e abundantemente na madeira, se torna uma alternativa altamente viável para emprego em diversos tipos de materiais, entre eles os materiais compósitos. O objetivo desta pesquisa é desenvolver resinas com substituição parcial da resina fenólica por teores diversos de lignosulfonato de amônio e estudar o comportamento de pastilhas de freios fabricadas com tais resinas e reforçadas com fibras de aramida. São empregados ensaios analíticos de caracterização (FT-IR, DSC, TGA, DMA, ângulo de contato, MEV e EDS) e métodos já utilizados na indústria automobilística (ensaio Krauss e desgaste) para caracterizar e verificar o desempenho desses materiais. O lignosulfonato, apesar de possuir menos grupos fenólicos disponíveis para a reação de reticulação que o próprio fenol livre, é capaz de reagir formando uma matriz polimérica, porém as propriedades tribológicas ficam um pouco comprometidas. O coeficiente de atrito médio encontrado é de aproximadamente µm=0,4, um pouco acima dos valores de pastilhas comerciais, entretanto apresentam boa estabilidade quanto ao desempenho dos freios e ao desgaste. A estrutura do compósito vista com auxílio de microscópio eletrônico se apresenta pouco homogênea. Os resultados satisfatórios e compatíveis com os atuais materiais de fricção possibilitam a incorporação desta resina no processo de fabricação de materiais de fricção. / Abstract: Brake pads are composite materials, which have been constantly improved, mainly by the replacement of materials that improve the performance of the braking process, or that reduce the impacts of it on human beings and environment. Through the search for renewable materials to replace the synthetic ones, lignin becomes a highly viable alternative to be employed in several kinds of materials, including the composite ones. Lignin can be found in vegetables and it is plentiful in wood. This research aims to develop a resin with partial replacement of phenolic resin by different contents of ammonium lignosulfonate and to study the behavior of brake pads produced with these resins and reinforced with aramid fibers. Analytical characterization (FT-IR, DSC, TGA, DMA, contact angle, SEM and EDS) and methods commonly used in automotive industry (Krauss method and wear) are used to characterize and verify the performance of these materials. Despite lignosulfonate has less phenolic groups available for reticulation reaction than free phenol itself, it is able to react forming a polymeric matrix, but tribological properties are compromised a bit. Average friction coefficient found is about µm=0,4, a value slightly higher than the one of commercial brake pads. However, they show good stability related to braking performance and wear. Composite structure observed with the aid of scanning electron microscopy shows itself a heterogeneous material. Satisfactory results, compatible with current friction materials, allow the incorporation of this resin in the process of manufacturing friction materials. / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientadores : Maricilda Palandi de Mello, Laura Maria Mariscal Ottoboni / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-07T06:32:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Macedo_MariaLucilaHernandez_D.pdf: 8964545 bytes, checksum: 16383686e34d10c2bbb189472bbbc21f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Ceriporiopsis subvermispora é um basidiomiceto classificado como white-rot, que apresenta alta seletividade de degradação da lignina quando crescido em madeira. De maneira geral, existem três tipos de enzimas lignolíticas: manganês peroxidases (MnP), lignina peroxidases (LiP) e lacases. Estas enzimas atuam degradando estruturas fenólicas e não fenólicas da lignina. Até o momento, acredita-se que o sistema ligninolítico do fungo C. subvermispora seja composto por isoenzimas da família MnP e de lacases, pelo fato da atividade de LiPs não ter sido identificada, embora possua genes desta classe de enzimas. Diferentes estudos têm sido conduzidos como sistemas modelo de ligninólise, com diferentes linhagens de C. subvermispora e outros fungos white-rot visando uma possível aplicação da ligninólise biológica na biopolpação e na indústria de papel. Apesar da importância promissora do fungo C. subvermispora na aplicação industrial, o metabolismo celular e o sistema extracelular que esse organismo utiliza para decompor a madeira ainda não estão bem esclarecidos. Embora os estudos de atividades de enzimas extracelulares e de seus produtos gerem muitas informações a respeito dos mecanismos de ação de fungos lignolíticos, há necessidade de se integrar a estas informações resultados de expressão gênica durante o processo de biodegradação. Com isto este trabalho tem como objetivo contribuir com estudos moleculares do fungo durante a decomposição das madeiras de Pinus taeda e Eucalyptus grandis em pontos selecionados durante o período de 5 a 60 dias de crescimento. Para a caracterização de genes, foram obtidos rnRNAs de cada estágio de crescimento e submetidos às técnicas de RT-PCR e Display Diferencial. Foram utilizados dois primers ancoradores T12NC e T12NG, assim como três primers aleatórios (OPJ01, OPJ04, OPJ1O). Noventa e um fragmentos diferenciais foram visualizados em autorradiografias de géis de onde foram isolados, clonados e seqüenciados. As seqüências obtidas foram submetidas à analise por comparação de homologias em bancos de dados utilizando o programa BLASTX versão 2.2.14 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)Para a confirmação da expressão diferencial das seqüências com similaridade a proteínas envolvidas na degradação da madeira, foi utilizada a metodologia de PCR em tempo real. Três genes relacionados no processo de biodegradação foram encontrados, oxalato oxidase, celobioidrolase e manganês super oxido desmutase. Oxalato esta envolvido na produção de peróxido de hidrogênio que é utilizado como co-substrato para a ação de MnP. O radical superóxido desmutase reduz Mn+2, também originando peróxido de hidrogênio que atua na formação de Mn +3 capaz de oxidar compostos fenólicos e não fenólicos dos componentes da lignina. Já a celobioidrolase esta envolvida na cIivagem da cadéia terminal de polissacarídeos que compõem a celulose. O padrão de expressão observada por RT-PCR quantitativo mostrou que os genes de oxalato e superóxido desmutase foram altamente expressos durante os primeiros 15 dias de cultivo na madeira de P. taeda e nos períodos de 40 a 60 dias em E. grandis. Já a celobioidrolase apresentou maior expressão no décimo dia de cultivo nas duas madeiras. De modo geral estes resultados correlacionam-se a análise da atividade enzimática dos extratos de cultura do fungo em P. taeda e E. grandis / Abstract: Lignin is a heterogeneous and highly cross-linked macromolecule that is particularly resistant to biological degradation but some specialized fungi developed the ability to degrade this complex molecule. Most of these fungi belong to the basidiomycetes and are responsible for the white-rot decay processo One of them, Ceriporiopsis subvermispora, has been extensively studied due to its potential applicability in industrial processes. Ceriporiopsis subvermispora is a white-rot fungus that shows high selectivity towards lignin degradation through a mechanism composed mainly by maganese-dependent peroxidase (MnP) and lacase. Both activities are secreted as isoenzyme farnilies, with isoelectrofocusing patterns that vary according to the composition of the growth media. Although the industrial applicability of this fungus has been recognized, its biochemical and rnolecular lignolytic processes are not completely understood. The present study provides additional data for evaluating the molecular processes involving the first steps of wood biodegradation by C. subvermispora cultivated in Pinus taeda and Eucalyptus grandis for periods ranging from 5 to 60 days. U sing the differential display reverse transcription PCR technique (DDRT-PCR), a total of 91 differentially expressed cDNA fragments were identified by comparing band intensities among fingerprints obtained with rnRNA from cultivated mycelia. Sixty-one differential fragments were sequenced and identified by alignment analysis with GenBank sequences using the BLASTX function. Three . genes oxalate oxidas e, manganese superoxide desrnutase and cellobiohydrolase, derivates ITom biodegradation by C. subvermispora on Pinus taeda wood chips culture, were analysed and compared the expression in Eucalyptus grandis culture. Oxalate and superoxide dismutase genes were expressed during the first growth period (to 15 days) in P. taeda cuIture and 40-60 days in E. grandis wood. On the other hand cellobiohydrolase gene showed high expression at 10 day culture in both wood. This results are correlate with C. subvermispora enzymatic activities during biopulping of P. taeda e E. grandis / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Neste trabalho, 2 diferentes procedimentosforam utilizados para a extração de lignina a partir do licor negro, caracterizando-se quimicamente as amostras de lignina obtidas em relação a umalignina comercial, visando a aplicação no desenvolvimento de sensores voltamétricos. A análise elementar, espectroscopia na região do infravermelho, análise térmica e caracterização eletroquímica do material mostraram que, tanto a origem da lignina quanto a metodologia de obtenção da mesma, a partir do licor negro, podem fornecer materiais com propriedades químicas distintas, embora possuam comportamento eletroquímico similar. Observou-se, também, que a lignina só pode ser armazenada na forma sólida,devido à oxidação pelo oxigênio dissolvidodurante o tempo em que a solução mãe é armazenada.No entanto, a oxidação dalignina é necessária quando se tem por objetivo o desenvolvimento de sensores voltamétricos, devido a predominância de carbonos sp2na estrutura químicaoxidada, condição em que se obtém maior condutividade. Constatou-se também a necessidade de utilizar um transdutor metálico para o desenvolvimento de eletrodos qumicamente modificados com este material, visto que os eletrodos de carbono modificados com lignina oxidada ou não oxidada não apresentaram atividade eletroquímica. Devido à pequena porcentagem de enxofre existente na estrutura química, a lignina oxidada tende a se organizar pelos grupamentos SH quando na presença de ouro, expondo os grupamentos quinônicos eletroativos. A lignina oxidada ainda foi utilizada no preparo de eletrodo de pasta de carbono com nanopartículas de ouro, na qual a lignina oxidada impregnada no grafite atua como redutor \"in-situ\" do ouro, permitindo o preparo de um sensor voltamétrico versátil, capaz de realizar a determinação de ácido ascórbico, dopamina, nitrito e iodato. No que tange ao comportamento eletroquímico de fármacos e estudos de interação fármaco-DNA, eletrodos de carbono foram modificados com DNAdupla fita com a finalidade de monitorar a interação DNA-Gemcitabina.O fármaco não apresentou atividade eletroquímica tanto na região positiva quanto na região negativa de potencial. A interação do mesmo com o DNA promove a condensação/agregação das duplas fitas do DNA em uma primeiraetapa, seguida da clivagem do nucleosídeo guanosina, formando guanina livre. O comportamento eletroquímico de leflunomida e sulfasalazina, dois fármacos aplicados ao tratamento da artrite reumatóide, foi estudado e mecanismos de oxidação foram propostos para cada fármaco. / The chemical properties of samples of lignin, which were precipitated from black liquor using two different methodologies (precipitation with CO2 and H2SO4), were studied and the results compared to those obtained from a commercial lignin sample in order to prepare voltammetric sensors. The elementary analysis, infrared spectroscopy, thermal analysis and electrochemical characterization of the material demonstrated that both, the source of lignin and the precipitation method from the black liquor, can provide lignin samples with different chemical properties, although the electrochemical behavior of all samples has been the same. Lignin could only be stored in solid form as lignin in the black liquor is slowly and quantitatively oxidized by dissolved oxygen, preventing the extraction procedures. However, the lignin as extracted from black liquor cannot be used to modify solid electrodes due its high resistivity. The previous oxidation of the all material was necessary when the aim was its application on the sensors development. The electrical conductivity in the oxidized lignin was achieved, probably due to the predominance of sp2 hybridized carbon atoms, which improved orbital overlapping in the material. In addition, it was necessary to use a metallic transducer to produce electrodes modified with films of lignin with good electrochemical activity. The films drying time was also important parameter, which suggested a specific organization of lignin macromolecules over the electrode surface. Due to the small percentage of sulfur in the material, the oxidized lignin tended to be organized by the SH groups in the presence of metallic substrates, exposing its electroactive quinone groups. The oxidized lignin was further used to prepare carbon paste electrodes modified with gold nanoparticles, in which the impregnated oxidized lignin on graphite acted as an \"in situ\" reducing agent towards HAuCl4.The resulting composite allowed the preparation of a versatile voltammetric sensor, capable of detecting ascorbic acid, dopamine, nitrite and iodate. Regarding the electrochemical behavior and drug interaction studies DNA-molecule, carbon electrodes were modified with double strand DNA with the purpose of monitoring Gemcitabine-DNA interaction. The drug showed no electrochemical activity both, in the positive and the negative potential. The Gemcitabine-DNA interaction promoted condensation / aggregation of the double strand DNA in a first step, followed by cleavage of the nucleoside guanosine in the form of free guanine. In addition, the electrochemical behavior of sulfasalazine and leflunomide, two pharmacological compounds applied to the treatment of rheumathoid arthritis, were studied and their oxidation mechanisms were proposed.

Os métodos analíticos empregados atualmente para a caracterização química de materiais lignocelulósicos foram desenvolvidos para a madeira e são empregados com pequenas modificações ao bagaço e à palha da cana-de-açúcar. A não existência de metodologia específica para estes materiais leva a obtenção de resultados inadequados e dificultam tanto o planejamento quanto a interpretação de resultados. Sendo assim, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver metodologias analíticas específicas para a caracterização química da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. A determinação de lignina foi estudada a partir da hidrólise e solubilização da celulose e hemiceluloses em solução de ácido sulfúrico. A fração insolúvel foi analisada por análise elementar, espectroscopia no infravermelho, espectrometria de ressonância magnética nuclear de C13 no estado sólido e análise termogravimétrica (TGA). Os açúcares hidrolisados e produtos derivados destes foram analisados por meio de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Foi realizada uma análise de holocelulose que é complementar à determinação de lignina. O procedimento consiste no tratamento do material lignocelulósico (pré-extraído com cicloexano/etanol) com solução de clorito de sódio em meio ácido. Os resultados obtidos não apresentaram similaridade nas correlações entre os métodos analíticos, entretanto mostraram que o bagaço integral e suas frações separadamente apresentam comportamentos diferentes, frente ao tratamento ácido, o que ressalta a necessidade de métodos analíticos específicos. / The analytical methods currently used for chemical characterization of lignocellulosic materials were developed for wood and are applied with minor modifications for sugar cane bagasse and straw analysis. The lack of specific methodology for these materials leads to inadequate results and hamper both the planning and the interpretation of results. Thus, the main aim of this work is to develop specific analytical methodologies to the chemical characterization of sugar cane bagasse and straw. The determination of lignin was studied by the hydrolysis and dissolution of the polysaccharide fraction in sulfuric acid solution. The insoluble fraction was analyzed by elemental analysis, Fourier Transform Infrared (FT-IR), Carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C NMR), Gel permeation chromatography (GPC) and Thermogravimetric analysis (TGA). The sugars and derivatives of these hydrolysates were analyzed by High performance liquid chromatography (HPLC). It was also performed a complementary analysis from the holocellulose content determinations in order to check the values obtained by the klason procedure. The results showed the dependence of sulfuric acid concentration on lignin content determinations and the role of condensation reactions in the lignin characteristics. Despite the similarities in chemical composition, klason lignins obtained from straw exhibited very low molar masses. Preliminary results obtained from holocellulose determinations showed also the need for optimized oxidation procedures in order to be successful applied to sugar cane bagasse analysis.

A utilização de dióxido de carbono em condições sub e supercríticas (em associação com co-solventes) em processos de deslignificação/polpação já se encontra descrito na literatura especializada. Esta técnica se beneficia da elevada difusibilidade apresentada por fluidos no estado sub/supercrítico. Quando aplicada em processos de polpação, a utilização destes fluidos nestas condições pode proporcionar vantagens nas etapas de impregnação e de processamento dos efluentes gerados no processo. Visando aplicar o potencial da elevada difusibilidade apresentada pelo dióxido de carbono supercrítico, realizou-se o estudo comparativo do desempenho dos processos kraft, organossolve convencional e supercrítico frente à deslignificação de diferentes espécies (Eucalyptus grandis e Pinus taeda), empregando-se amostras de diferentes dimensões. O processo kraft se mostrou mais eficiente com o emprego de cavacos, enquanto que a utilização de dióxido de carbono supercrítico, com o uso de co-solvente etanol/água (processo SFE), foi mais eficiente com amostras de maiores dimensões (cubos de 3,5 x 3,5 x 4,0cm). Dentro dos intervalos considerados para as variáveis utilizadas nos diferentes processos de polpação, as polpas obtidas pelo processo SFE a partir de amostras de seção quadrada 3,5 x 3,5cm apresentaram maior conteúdo de holocelulose e maior alvura, evidenciando um elevado rendimento livre de lignina. Estudou-se também o uso de acetona/água e de dioxano/água como co-solventes em processos realizados com dióxido de carbono no estado supercrítico. Os resultados obtidos foram comparados com estudos anteriores realizados com álcoois alifáticos e indicaram a maior efetividade do uso de dioxano/água e 1-propanol/água. Foram realizados também estudos empregando amônia como fluido supercrítico no tratamento de cavacos de Pinus taeda, com o intuito de verificar a capacidade nucleofílica da amônia frente às reações de deslignificação. As reações foram realizadas com o uso exclusivo de amônia e na presença de etanol, água e misturas etanol/água como cosolventes. A análise dos resultados obtidos evidenciou a ocorrência pouco significativa de remoção de lignina, com migração desta para a periferia dos cavacos. As ligninas obtidas nos diferentes estudos foram caracterizadas por diferentes técnicas analíticas e não apresentaram diferenças significativas entre as amostras obtidas nos diferentes processos estudados. / The utilization of carbon dioxide under sub/supercritical conditions (in association with co-solvents) in delignification/pulping reactions has already been reported in the literature. This technique takes advantage of the high diffusivity presented by fluids at the supercritical state. When applied to pulping processes the utilization of these fluids can lead to advantages mainly in the impregnation and effluent treatment steps. In an attempt to apply the high diffusivity exhibited by supercritical carbon dioxide, this work presents the results obtained in the comparative study of the performance of the kraft, organosolv and supercritical processes in the delignification of different species (Eucalyptus grandis and Pinus taeda), employing samples with different dimensions. The kraft process presented a higher efficiency in the treatment of wood chips while the supercritical carbon dioxide, with ethanol/water as co-solvent, (SFE process) was more efficient in the treatment of high dimension samples (3.5 x 3.5 x 4.0 cm). In the experimental conditions applied in this study, the pulps obtained in the SFE treatment of samples with square section 3.5 x 3.5 cm showed higher holocellulose content and higher brightness which corresponds to high free of lignin pulp yield. It was also studied the utilization of acetone/water and dioxane/water as co-solvents in the carbon dioxide supercritical pulping process. The results were compared with previous studies performed with aliphatic alcohols and indicated a higher efficiency of the dioxane/water and 1-propanol/water mixtures. The utilization of supercritical ammonia in the treatment of Pinus taeda wood chips was also studied in order to verify the nucleophilic capability of this fluid in the delignification reactions. The reactions were performed with ammonia, exclusively, and in the presence of different co-solvents (ethanol, water and ethanol/water mixtures). The results of the delignifications showed the occurrence of low amount of lignin removal, with migration of lignin to the periphery of the wood chips. The lignins isolated from the reactions performed in this work were characterized by different analytical techniques. The results indicated no significant differences among the samples obtained in the different delignification processes.

The aim of this study was to optimize methane production by investigating hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse impregnated with acid (H2SO4) and alkaline H2O2 using substrate (g kg-1) -inoculum (g kg-1) ratio of 1:2. Batch reactors were realized under mesophilic conditions (37 °C). A central composite design (CCD) involving three factors; temperature (°C), time (min), and chemical compound concentration (H2O2 (%v/v) and H2SO4 (%w/v)) was utilized to optimize hydrothermal pretreatment. Thirty-two hydrothermal pretreatments were conducted according to CCD. H2O2 assisted hydrothermal pretreatment resulted in higher solid recovery (93.13%), higher percent glucan increase (139.52%), and lower lignin recovery (76.48%) in pretreated solid fraction in comparison to H2SO4 impregnated hydrothermal pretreatment. In the latter case, lower solid yield (12.27%), glucan recovery (187.01%) and higher lignin recovery (358.85%) was recorded. Higher COD solubilization (25.20 g L-1), lower total phenolic (content 658.13 ppm), higher sulfate (7240 mg L-1), furfural (925.77-2216.47 mg L-1) and 5-hydroxymehtylfurfural (70.95-970.08 mg L-1) were observed in liquid hydrolysate of H2SO4 assisted hydrothermal pretreatment. While lower COD solubilization (17.75 mg L-1), higher total phenolic content (3005.63 ppm), lower concentration of furfural (0-56.91 mg L-1) and 5-hydroxymethylfurfural (2.56-56.60 mg L-1) was recorded with H2O2 assisted hydrothermal pretreatment. Concerning methane production for H2O2 assisted conditions, 5.59 Nmmol g-1 TVS (2% H2O2) to 13.49 Nmmol g-1 TVS (6% H2O2) was recorded. However, pretreatment with 7.36% H2O2 resulted in 14.43 Nmmol g-1 TVS, which was 118.16% higher comparing to untreated sugarcane bagasse (6.60 Nmmol g-1 TVS). Methanogenic inhibition was recorded for most of the H2SO4.pretreated reactor (1 – 3 %w/v H2SO4). Minimum CH4 production observed was 0.58 Nmmol g-1 TVS in pretreatment O-HSO (2% w/v H2SO4). Acetic acid was the predominant volatile fatty acid observed in digestion process of H2O2 treated batch reactor however was not recorded in H2SO4 treated batch reactors. Microbial community analysis indicated the prevalence of unclassified AUTHM297, Clostridium, and Treponema related genera in H2O2 treated reactors. Genera related aromatic compound degradation were identified and abundant in H2SO4 treated reactors. Methanolinea, Methanobacterium, and Methanosaeta were abundant methanogens in both pretreatments. Hydrogen peroxide assisted hydrothermal pretreatment was verified as a better choice for methane production comparing to sulfuric acid assisted hydrothermal pretreatment primarily on account of higher lignin solubilization, higher glucan recovery, and lower furanic compounds production. / O objetivo deste estudo foi otimizar a produção de metano investigando as condições do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço da cana de açúcar sob impregnação de ácido (H2SO4) e álcali (H2O2) utilizando-se a razão substrato (g kg-1) inóculo (g kg-1) de 1:2. Os reatores em batelada foram mantidos em condições mesofílicas (37 ºC). Para otimizar as condições de pré-tratamento hidrotérmico, o design de composto central rotacional (DCCR) foi realizado utilizando três fatores: temperatura (ºC), tempo (min) e concentração do composto químico (H2O2 (%v/v) e H2SO4 (% p/v)). Trinta e dois pré-tratamentos hidrotérmicos foram realizados de acordo com a concepção do DCCR. O pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço, com H2O2 resultou em maior recuperação de sólidos (93,13%), elevado percentual de glicana (139,52%) e menor recuperação de lignina (76,48%) da fração sólida pré-tratada, se comparada aquele com H2SO4. Nesse último caso, observou-se menor rendimento de sólidos (12,27%) e glucanas (187,01%) e maior recuperação de lignina (358,85%). No líquido hidrolisado do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço com H2SO4 foi observada elevada solubilização de DQO (25,20 g L-1), menor teor de fenóis totais (658,13 mg L-1), elevado sulfato (7240 mg L-1), furfural (925,77 - 2216,47 mg L-1 e 5-hidroximetilfurfural (70,95 - 970,08 mg L-1). Enquanto, foi registrado menor solubilização de DQO (17,27 g L-1), maior teor de fenóis totais (3005,63 ppm), e menor concentração de furfural (0 - 56.91 mg L-1), 5-hidroximetilfurfural (2,56 - 50,60 mg L--1 com H2O2. Em relação ao a produção de metano nas condições com H2O2, observou-se 5.59 Nmmol g-1 STV (2%v/v H2O2) a 13.49 Nmmol g-1 STV (6%v/v H2O2). No tratamento com 7.36% de H2O2 observou-se 14,43 Nmmol g-1 STV que foi 118.16% maior se comparado com o bagaço não-tratado (6,60 Nmmol g-1 STV). Inibição metanogênica foi observada na maioria dos reatores pré-tratados com H2SO4 (1 – 3% p/v), e a produção mínima observada foi de 0.58 Nmmol g-1 TVS no pré-tratamento com 2% p/v de H2SO4. Ácido acético foi o principal ácido orgânico volátil observado somente no reatores por tratamento de H2O2. Por meio da A análise da comunidade microbiana, para o domínio Bacteria, foi observado prevalência dos gêneros AUTHM297, Clostridium e Treponema nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2O2. Gêneros relacionados à degradação de compostos aromáticos foram identificados e estiveram em maior abundância nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2SO4. Methanolinea, Methanobacterium, e Methanosaeta foram os microrganismos do domínio Archaea mais abundantes e identificados em ambos os pré-tratamentos. O pré-tratamento hidrotérmico assistido com H2O2 foi a melhor opção em relação ao H2SO4, devido a maior solubilização de lignina, maior recuperação de glucano e baixa produção de compostos furânicos.

Orientador: Paulo Mazzafera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T03:44:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_Pedro_D.pdf: 6852680 bytes, checksum: b600bcf1dc03598d34cbd378b1a5725a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Eucalyptus globulus é amplamente cultivado devido à alta produção de celulose, fibras pouco densas e flexíveis, tornando-se industrialmente vantajoso. A lignina é fundamental para o desenvolvimento das plantas superiores, pois confere resistência mecânica, hidrofobicidade do xilema e facilita o transporte de água ao longo do vegetal. A biossíntese da lignina ocorre a partir de três precursores formados na via dos fenilpropanoides e, posteriormente incorporados: p-hidroxifenil (H), guaiacil (G) e siringil (S). Na última etapa da biossíntese de lignina temos as enzimas peroxidases de classe III que exercem papel fundamental. A tese foi divida em quatro capítulos. O Capítulo I aborda a caracterização de genes de referência que podem ser utilizados para a normalização de dados de PCR em tempo real para Eucalyptus sob diferentes tipos de tratamentos ¿ estresses abióticos. Duas abordagens foram utilizadas para o cálculo do gene mais estável e, dentre as análises realizadas, três genes se destacaram aos demais, independentemente do tratamento proposto: IDH, SAND e ACT. No Capítulo II, é descrito uma condição in vitro que propicia acúmulo diferencial de lignina em Eucalyptus globulus. Desse modo, identificamos duas peroxidases de classe III que eram preferencialmente induzidas com o acúmulo de lignina¿ EglPrx121 e EglPrx122. O Capítulo III descreve parcialmente uma peroxidase de classe III induzida no escuro. Experimentos de microdisecção e hibridização in situ corroboram a hipótese de que esse gene possa estar relacionado com a deposição de lignina em Eucalyptus globulus. Por fim , o Capítulo IV descreve um abordagem inédita na utilização de espectrometria de massas acoplada a um sistema de imagem na caracterização de precursores de lignina ¿ unidades S e G que são amplamente utilizados na caracterização de plantas quanto a recalcitrância.. Esses trabalhos podem servir de base para estudos posteriores envolvendo biologia molecular básica para arbóreas e caracterização de madeira e suas propriedades / Abstract: Eucalyptus globulus is widely cultivated due pulp content, low flexible and density fibers, becoming industrially advantageous . Lignin is essential for the development of higher plants, confers mechanical strength, xylem hydrophobicity and facilitates water transport through the plant. The biosynthetic lignin pathway occurs from three precursors and subsequently incorporated as: p- hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G), and syringyl (S). The last step have class III peroxidases playing a key role. The thesis is divided into four chapters. Chapter I, characterization of reference genes which may be used for qPCR normalization for Eucalyptus under different treatments - abiotic stresses . Two approaches were used to calculate the most stable gene and we selected three genes, regardless of the proposed treatment: IDH, SAND and ACT. In Chapter II , is described in vitro condition that promotes differential accumulation of lignin in Eucalyptus globulus. We identified two class III peroxidases that were preferentially induced with the accumulation of lignin - EglPrx121 and EglPrx122. Chapter III describes one class III peroxidase induced in the dark condition. Microdissection and in situ hybridization support the hypothesis that this gene might be related to the deposition of lignin in Eucalyptus globulus. Finally , Chapter IV describes a novel approach for mass spectrometry coupled to an imaging system for the characterization lignin precursors - S and G units which are widely used to correlate plants and their recalcitrance. These thesis can be used for further studies involving basic molecular biology to characterize tree and wood properties / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutor em Biologia Vegetal

Orientador: Paulo Mazzafera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T15:58:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sobczak_JullyanaCristinaMagalhaesSilvaMoura_D.pdf: 7349939 bytes, checksum: 6eb326ffabf9657fb56fa2027dc9ae6a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A lignina é um complexo composto fenólico vegetal cujas propriedades lhe permitem desempenhar suas funções, as quais são, principalmente, suporte mecânico dos tecidos vegetais e condução eficiente de seiva no xilema. Atualmente, a lignina é intensamente estudada, pois sua característica hidrofóbica, altamente resistente à degradação química e enzimática, a torna indesejável durante a produção do papel e biocombustíveis. Assim, diversos estudos estão sendo conduzidos com o objetivo de se entender a biossíntese de lignina, de modo a reduzir o conteúdo ou alterar a reatividade da lignina em plantas utilizadas nestes processos. Pelo presente trabalho foi estudada a lignificação em espécies de eucaliptos utilizados para a produção de papel, utilizando-se tratamentos de baixa temperatura e estresse hídrico como moduladores da lignificação. Foram feitas análises bioquímicas da lignina e estudos da expressão de genes de sua rota biossintética, em duas regiões distintas do caule (ápice e base caulinar), em plantas submetidas aos estresses e em plantas controle. Feito isto, buscou-se relacionar a expressão dos genes analisados com as alterações bioquímicas observadas, com ênfase nas alterações que poderiam ser benéficas do ponto de vista da produção do papel. Foi observado que em híbridos urograndis P42 (Eucalyptus urophylla S. T. Blake x Eucalyptus grandis Hill ex-Maiden), a redução da expressão de LACA8, CAD2 e 4CL0 e o aumento da expressão de POX8.1 e CCR1 podem estar relacionados com as respostas bioquímicas benéficas observadas, isto é, aumento de coniferaldeído, lignina solúvel e digestibilidade da celulose. Em Eucalyptus globulus Labill, análises de plantas submetidas à seca indicaram que a redução da expressão de LACA0 e CCR1, e o aumento da expressão de POX4 e HCT1, podem estar relacionados com o aumento da digestibilidade da celulose. Além disso, uma expressão reduzida de LACA1, LACA6 e DIRI0 podem estar relacionadas com a redução no total de lignina e coniferaldeído. Adicionalmente, em E. globulus, a análise de plantas expostas a frio indicou que a redução da expressão do gene CAD1 pode estar relacionada com o aumento da lignina solúvel. Finalmente, em híbridos uroglobulus (E. urophylla S. T. Blake x E. grandis Hill ex-Maiden) x (E. globulus), comparações das amostras de bases caulinares do ensaio de seca indicaram que a redução da expressão de DIRI0 pode estar relacionada com o aumento da lignina solúvel. Deste modo, este trabalho pode indicar alguns genes possivelmente relacionados com alterações da lignina que poderiam ser benéficas do ponto de vista da produção do papel e, eventualmente, desejáveis para a produção de biocombustíveis, embora este último caso não fosse o foco do trabalho / Abstract: Lignin is a complex plant phenolic compound whose properties allow it to perform its functions, which are mainly the mechanical support of plant tissues and efficient xylem sap conduction. Currently, lignin is intensively studied because its hydrophobic feature and high resistance to chemical and enzymatic degradation makes it undesirable for the production of paper and biofuels. Thus, several studies are being conducted with the goal of understanding the biosynthesis of lignin in order to reduce the content or change the reactivity of lignin in plants used in these processes. In this work, it was studied the lignification in Eucalyptus species used for paper production. Low temperature and water stress treatments were used as modulators of lignification. Biochemical analysis of lignin and gene expression studies were performed in two distinct regions of the stem (stem tips and bases) for plants exposed to stress and control plants. After this, the observed biochemical changes (preferentially those which could be beneficial to paper production) were related to results of gene expression. It was observed that in urograndis P42 hybrids (Eucalyptus urophylla S. T. Blake x Eucalyptus grandis Hill ex-Maiden), the reduction of the expression of LACA8, CAD2 and 4CL0 and the increased expression of POX8.1 and CCR1 may be related to the beneficial biochemical responses observed, that is, an increased coniferaldehyde, soluble lignin and cellulose digestibility. In Eucalyptus globulus Labill, analysis of plants submitted to drought treatments indicated that a reduced expression of LACA0 and CCR1, and an increased expression of POX4 and HCT1, may be related to increased digestibility of cellulose. Besides that, a reduced expression of LACA1, LACA6 and DIRI0 may be related to the reduction in total lignin and coniferaldehyde. Additionally, in E. globulus, analysis of plants exposed to cold indicated that the reduction of the expression in CAD1 may be related to the increase in soluble lignin. Finally, in uroglobulus hybrids (E. urophylla S. T. Blake x E. grandis Hill ex-Maiden) x (E. globulus), comparisons of stem bases of plants subjected to drought treatments indicated that reduced expression of DIRI0 may be associated with increased soluble lignin. In this way, this work indicates some genes possibly related to changes in lignin that could be beneficial for production of paper and possibly be desirable for the production of biofuels, although this latter case was not the focus of the work / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Orientador: Paulo Mazzafera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:24:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesarino_Igor_D.pdf: 8868735 bytes, checksum: c2f0579fef15f4e7a7a37e4b77a434f3 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A lignina é um heteropolímero complexo depositado principalmente na parede celular secundária de tipos celulares especializados, conferindo força mecânica e rigidez para as plantas se manterem eretas e também proporcionando hidrofobicidade para que células condutoras transportem água e nutrientes por longas distâncias. Embora a lignina seja essencial para o desenvolvimento da planta, este polímero é o principal componente da parede celular responsável pela recalcitrância da biomassa vegetal, sendo que sua presença afeta negativamente o uso do material lignocelulósico para a produção de biocombustíveis e biomateriais. Diversas evidências suportam um papel para peroxidases e laccases no processo de polimerização da lignina. No entanto, identificar genes/isoformas relacionados(as) com o processo de polimerização de lignina e caracterizar seu mecanismo de ação estão entre as tarefas mais desafiadoras acerca do metabolismo deste polímero fenólico. Neste trabalho, uma abordagem técnica abrangente foi aplicada com o objetivo de se identificar potenciais candidatos envolvidos na oxidação dos monômeros de lignina. No capítulo I, atividade enzimática e o perfil proteômico de peroxidases de classe III foram analisados durante o desenvolvimento do colmo de cana-de-açúcar. No capítulo II, células em suspensão foram usadas como valiosa ferramenta para isolar e caracterizar peroxidases de classe III potencialmente envolvidas na polimerização de lignina. Finalmente, no capítulo III, a combinação de análises de co-expressão, expressão tecido/tipo celular específica e complementação de um mutante de Arabidopsis thaliana permitiu a caracterização de uma laccase fortemente relacionada com a polimerização de lignina em cana-de-açúcar. Acreditamos que estes foram os primeiros trabalhos a caracterizar peroxidases e laccases em cana-de-açúcar, além de terem contribuído para aumentar o conhecimento acerca do metabolismo de lignina nesta importante cultura dedicada à bioenergia / Abstract: Lignin is a complex heteropolymer deposited in the secondarily thickened walls of specialized plant cells to provide strength and rigidity for plants to stand upright and hydrophobicity to conducting cells for long-distance water transport. Although lignin is essential for plant growth and development, this phenolic polymer is the major plant cell wall component responsible for biomass recalcitrance and its presence negatively affects the use of ligriocellulose as a source for biofuels and bio-based materiais. Several evidences support the role of peroxidases and laccases in lignin polymerization. However, the identification and characterization of peroxidases/laccases involved in lignin polymerization is still a major bottleneck. Here, we carried out a comprehensive approach to identify candidate genes related to the combinatorial coupling of lignin monomers. ln chapter I, we analyzed the enzymatic activity and proteomic profile of class III peroxidases during sugarcane stem development. ln chapter II, suspension cell culture was used as a tool for the characterization of class III peroxidases potentially involved in lignin polymerization. Finally, in chapter III, we provide evidence for the role of a laccase gene in lignin biosynthesis in sugarcane, by using a combination of co-expression analysis, tissue-specific expression analysis and genetic complementation of an Arabidopsis thaliana mutant. To our knowledge, these are the first reports on the characterization of peroxidases and laccases in sugarcane, which might ultimately improve our understanding of the lignin metabolism in this important bioenergy crop / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutor em Biologia Vegetal