O objetivo desse trabalho foi avaliar estratégias de imobilização de lipases produzidas pelo fungo endofítico Cercospora kikuchii através do uso de suportes não convencionais (subprodutos agroindustriais e quitosana). Investigou-se o uso de equipamentos de secagem (estufa, leito de jorro, leito fluidizado, liofilizador e \"spray dryer\") para desidratação dos derivados imobilizados obtidos. A imobilização por ligação covalente, usando glutaraldeído, epicloridrina e metaperiodato de sódio como agentes ligantes, apresentou valores para retenção da atividade enzimática superiores à imobilização por adsorção e encapsulação. Nos ensaios de imobilização utilizando glutaraldeído e secagem em leito de jorro, os melhores valores obtidos foram para a celulose microcristalina com retenção da atividade enzimática de 179,1%, seguido da casca de arroz 173,9%. A palha de milho foi o melhor suporte na imobilização covalente e secagem em estufa, com retenção de mais de 100% da atividade enzimática inicial. Na secagem por liofilização houve destaque para a casca de arroz (163,6%) seguida de palha de milho (157,2%) e cana de açúcar (154,6%). Utilizando quitosana como suporte e secagem em leito fluidizado, o valor para a retenção da atividade enzimática foi de 93,9% empregando-se o glutaraldeído como agente ligante. Na secagem do sistema quitosana-lipase em estufa a retenção da atividade enzimática foi de 68,2% e para secagem por liofilização esse valor foi superior a 80,0%. Realizou-se a caracterização dos materiais utilizados como suportes e estes apresentaram área superficial relativamente alta, elevada porosidade e estrutura constituída de macroporos. Estas características foram importantes por proporcionar a obtenção da enzima imobilizada com alta retenção da atividade catalítica. Alguns parâmetros bioquímicos e cinéticos da lipase na forma livre foram diferentes da lipase imobilizada. A alteração mais evidente foi a afinidade ao substrato (Km), que se mostrou dependente do protocolo de imobilização utilizado. Avaliou-se o potencial de aplicação biotecnológica dos derivados imobilizados que apresentaram maior retenção da atividade enzimática. Para a lipase imobilizada em casca de arroz o rendimento de transesterificação (produção de biodiesel) foi superior a 96,0% após 72 horas de reação enquanto que para as microesferas de quitosana esse valor foi atingido após 120 horas. Os produtos obtidos da transesterificação do óleo de coco estão de acordo com a especificação da Agência Nacional de Petróleo (ANP). Na avaliação da atividade de esterificação, a máxima concentração de butirato de butila foi obtida após 6 horas de reação, correspondendo a uma taxa de conversão de aproximadamente 99,0%, quando utilizou-se quitosana como suporte. Para o uso da casca de arroz, a máxima concentração de butirato de butila foi obtida também após 6 horas de reação, correspondendo a uma taxa de conversão de 92,5%. Este trabalho demonstrou que suportes de baixo custo permitiram a obtenção de derivados imobilizados com características semelhantes àqueles obtidos com o uso de polímeros sintéticos, os quais apresentaram excelente potencial para síntese de biodiesel e de butirato butila. / The objective of this study was to evaluate strategies for immobilization of lipases produced by the endophytic fungus Cercospora kikuchii through the use of unconventional supports (agroindustrial by-products and chitosan). The use of different drying process (oven, spouted bed, fluidized bed, freeze drying and spray drying) for dehydration of immobilized derivatives obtained by adsorption, covalent binding and encapsulation was investigated. The covalent immobilization (using glutaraldehyde, epichlorohydrin and sodium metaperiodate as crosslinking agents) was the best process for the enzymatic activity retention. For covalent immobilization using glutaraldehyde and spouted bed drying, the best values were obtained for microcrystalline cellulose with enzymatic activity retention of 179.1%, followed by rice husk and corn straw with 173.9% and 169.8%, respectively. Corn stover was the best support in the covalent immobilization and oven drying, with retention 100.0% of the initial enzyme activity. For freeze-drying rice husk was the best support (163.6%) followed by corn stover (157.2%), sugar cane bagasse (154.6%) and corn cob (129.5%). Utilizing chitosan as support and fluidized bed drying, the value for the retention of enzymatic activity was 93.9% employing glutaraldehyde as activating agent. For chitosan-lipase drying using oven, the enzymatic activity retention was 68.2% and using freeze-drying the retention of enzymatic activity was higher than 80.0%. The support characterization was carried out and showed high surface area, high porosity and macropore structure. These characteristics were important for providing immobilized derivatives with high catalytic activity retention. Some biochemical and kinetic parameters of lipase in free form were different from the immobilized lipase. The most important changes was the substrate affinity (Km) which was dependent of immobilization protocol used. The last experimental part of this study was the biotechnological applications of the best immobilized derivatives produced. For the immobilized lipase onto rice husk the transesterification yield (biodiesel production) was above 96.0% after 72 hours of reaction while for the use of chitosan microspheres this value was reached after 120 hours. The viscosity values for the biodiesel samples are in accordance with specifications recommended by Brazilian Petroleum Agency (ANP) to be used as biofuel. The immobilized derivatives catalytic power was measured in terms of esterification activity too. The maximum concentration for butyl butyrate was obtained after 6 hours, corresponding to conversion rate of 99.0% when chitosan was used as support. Using rice husk, the maximum butyl butyrate concentration was obtained after 6 hours of reaction, corresponding to conversion rate of 92.5%. This work demonstrated that cheap supports are biocompatible with lipases, rendering immobilized derivatives with characteristics similar to or better than those previously obtained with synthetic polymers. The immobilized derivatives showed excelente potential for biodiesel production and butyl butyrate synthesis.

Thesis (MTech (Food Technology))--Cape Peninsula University of Technology, 2018. / Lipase-catalysed chemical transformations are today routinely considered by synthetic organic chemists as economical and competitive “green chemistry” alternatives. Although lipases can effortlessly be produced on a large-scale by fermentation, their industrial application was, until recently, limited to the detergent, oleo-chemistry and dairy industry. However, during the last few decades, the biotechnological application of lipases has expanded significantly, becoming indispensable in the manufacture of pharmaceuticals, pesticides, single cell protein production, biosensor preparations and waste management. Similarly, lipases have become a vital ingredient in the contemporary food processing industry with applications ranging from fruit juice production to baked foods, vegetable fermentations and dairy enrichment. Furthermore, lipases are routinely used as flavour development agents in cheese, butter and margarine products. Lipases are also applied in the leather industry for processing hides and skins and for treatment of activated sludge and other aerobic waste product treatments where its action enhances oxygen transfer. While lipases currently account for less than 21 % of the enzyme market, a growing interest in lipases is reflected by the publication of an average of 1000 research papers per year and the growing number of available lipases since the 1980s. There is a sustained interest to bioprospect for novel lipase enzymes from available unexplored biodiversity. This study aimed to screen for lipase-producing microorganisms resident in olive wastewater biofilms. Lipase activity of positive isolates was subsequently also quantitatively determined to select for the highest producers of true lipases. A Geotrichum candidum isolate from olive mill wastewater biofilms was selected for subsequent studies based on its superior lipase production phenotype. Using a yeast mediated ligation approach the G. candidum GCL1 lipase gene was cloned and heterologously expressed in Saccharomyces cerevisiae as an enzyme production host. The recombinant lipase was purified and analysed in terms of substrate specificity, pH optima, temperature optima and stability as well as organic solvent tolerance. The G. candidum gcl1 lipase presented enhanced thermo- and organic solvent-stability that are highly sought after traits for industrial application.

Lipases hidrolisam triacilgliceróis a glicerol e ácidos graxos. Neste trabalho foram estudadas as lipases digestivas no mosquito Aedes aegypti (larva e adulto) e no carrapato Amblyomma cajennense, vetores de Dengue e da Febre Maculosa. As lipases estudadas pertencem a família das lipases neutras, são estáveis em ampla faixa de pH e em altas temperaturas. Estas enzimas apresentam maior eficiência hidrolítica sobre substratos de cadeias carbônicas curtas (butirato e heptanoato). As lipases digestivas nas duas fases de desenvolvimento do mosquito são distintas cinéticamente. O estudo combinado do genoma de Ae. aegypti e PCR comprovaram a expressão diferencial destas enzimas constituintes de uma família multigênica envolvida na expressão de lipases digestivas provavelmente reguladas pela dieta. / Lipases hidrolyse triacylglycerol to glycerol and fat acids. In the present work we studied the digestive lipases from Aedes aegypti (larvae and adults) and Amblyomma cajennense. Studied lipases belong to the neutral lipase family, stable in a large range of pH and to high temperatures. These enzymes have a higher catalytic efficiency upon short substrates like butyrate and heptanoate. The digestive lipases from both larval and adult mosquitoes are kinetically distinct. Combined study of Ae.aegypti genome and PCR showed the differential expression of lipases which belong to a multigenic family of enzymes probably regulated by diet.

O presente projeto teve como objetivo selecionar a melhor rota enzimática para produção de monoglicerídeos empregando lipase imobilizada em matriz obtida pela técnica sol-gel, visando total aproveitamento do glicerol gerado como sub-produto na obtenção de biodiesel. Para alcançar o objetivo proposto foram analisadas duas metodologias: (1) esterificação do glicerol com ácidos graxos e (2) glicerólise do óleo de babaçu; testando lipases de diferentes fontes como Candida antarctica B, Thermomyces lanuginosus, Candida rugosa, Pseudomonas fluorescens, Burkholderia cepacia, Peniccillium camembertii e pâncreas de porco, imobilizadas em polissiloxano álcool polivinílico (POSPVA). As preparações de lipase imobilizada disponíveis comercialmente como Lipozyme IM20, Novozym 435, Lipozyme RM IM e Lipozyme TL IM foram também utilizadas. As atividades experimentais foram, inicialmente, direcionadas para o estabelecimento das condições adequadas da esterificação, investigando a influência de diversos parâmetros, tais como: proporção molar dos reagentes, tamanho da cadeia carbônica e grau de insaturação dos ácidos graxos e fonte de lipase. Verificou-se que meios reacionais contendo excesso de glicerol favoreceram a síntese de ésteres glicéricos, entretanto, tanto a velocidade reacional como a conversão molar foram dependentes do tamanho da cadeia carbônica e grau de insaturação dos ácidos graxos testados. Os experimentos realizados permitiram também selecionar a lipase Candida antarctica B como fonte de lipase mais adequada, sendo alcançada uma elevada concentração de monolaurina em 12 h de reação (24,15%). Para obtenção de monoglicerídeo pela rota de glicerólise do óleo de babaçu, o melhor desempenho foi alcançado pela lipase Burkholderia cepacia, revelando uma formação de 10% (m/m) de monoglicerídeos em apenas 3h de reação. A análise comparativa do desempenho das duas rotas indicou que a esterificação foi mais eficiente que a glicerólise, sendo então selecionada para estudos de otimização. Um planejamento experimental completo 22 foi proposto para verificar a influência simultânea das variáveis x1 (temperatura entre 45-65ºC) e x2 (razão molar glicerol/ ácido láurico na faixa 3:1 a 5:1) na formação de monolaurina, empregando a lipase Candida antarctica B imobilizada em POS-PVA. De acordo com a análise estatística, a formação de monolaurina foi fortemente influenciada pela variável (x2) razão molar entre glicerol e ácido láurico, enquanto que a influência da temperatura (x1) foi pouco significativa. O modelo matemático proposto: y = 24,16 + 2,51 x1 + 4,43x2 - 2,74 x1x2, permitiu prever as condições que favorecem o alcance de elevados rendimentos de formação de monolaurina, sendo a reação maximizada (31,35%) para meios reacionais constituídos de glicerol e ácido láurico numa razão molar de 5:1 e temperatura de incubação de 45ºC. Essas condições foram também adequadas para síntese de monolaurina empregando outras fontes de lipase, como a lipase de Penicillium camembertii cujo desempenho foi altamente eficiente para obtenção de monoglicerídeos, alcançando valores mais competitivos de formação de monolaurina (51%), podendo, portanto, ser uma alternativa interessante para ser considerada no desenvolvimento de futuros trabalhos. / The objective of this project was to select the best enzymatic route to produce monoglycerides using lipase immobilized on matrix obtained by sol-gel technique, aiming to contribute for a better utilization of the glycerol generated as by-product in the biodiesel synthesis. For this purpose two methodologies were analyzed: (1) direct esterification of the glycerol with fatty acids and (2) glycerolysis of the babassu oil, testing lipases from different sources as Candida antarctica B, Thermomyces lanuginosus, Candida rugosa, Pseudomonas fluorescens, Burkholderia cepacia, Penicillium camemberti and porcine pancreas immobilized on polysiloxane-polyvinyl alcohol particles (POS-PVA). The commercial immobilized lipase preparations as Lipozyme IM20, Novozym 435, Lipozyme RM IM and Lipozyme TL IM were also used. The experimental activities were, initially, addressed to establish appropriate conditions for the monoglycerides synthesis by direct esterification such as: reactants molar ratio, carbon chain size and insaturation degree of the fatty acids and lipase source. Reaction performance was found to be dependent on the glycerol/lauric acid molar ratio, requesting higher amount of glycerol to reach high reaction conversion. It was also verified that the molar conversion were strongly dependent on both carbon chain size and insaturation degree of the tested fatty acids. Experiments also allowed to select Candida antarctica B as catalyst to carry esterification reactions and the highest monolaurin formation occurred at 12 h reaction (24.15%). For the synthesis of monoglycerides by the glycerolysis route using babassu oil as a starting material, the best performance was attained by the lipase Burkholderia cepacia, revealing a formation of 10% (m/m) of monoglyceryde in 3h reaction. The comparative performance of the two routes for the monoglycerides synthesis demonstrated that the direct esterification was more efficient than the glycerolysis, being selected for additional optimization studies. A full factorial design 22 was proposed to verify the simultaneous influence of the variables: x1 (temperature in the range from 45 to 65ºC) and x2 (glycerol/ lauric acid molar ratio in the range from 3:1 to 5:1) in the monolaurin formation, using as catalyst lipase Candida antarctica B immobilized on POS-PVA. In agreement with the statistical analysis, the monolaurin formation was strongly influenced by the variable (x2) glycerol/ lauric acid molar ratio. The proposed mathematical model: y = 24.16 + 2.51 x1 + 4.43x2 - 2.74 x1x2 allowed to predict conditions that favored to attain high monolaurin yield. The reaction was maximized (31.35%) for substrate containing glycerol/lauric acid molar ratio of 5:1 and at incubation temperature of 45ºC. Those conditions were also appropriated for the monolaurin synthesis using other lipase sources, as the lipase of Penicillium camembertii that performance was found to be highly efficient for monoglycerides reaching more competitive values for monolaurin formation (51%) and can be turn out, therefore, an interesting alternative to be considered in futures works.

As indústrias de alimentos têm procurado desenvolver novas tecnologias visando à obtenção de produtos mais saudáveis que possuam características sensoriais apreciadas pelo consumidor. Entre os produtos alimentícios, os óleos e gorduras podem ser destacados em função de sua importância nas características sensoriais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi otimizar as condições reacionais e operacionais para reestruturação da gordura de leite por interesterificação enzimática com óleo de soja, empregando lipase de Rhizopus oryzae imobilizada em matriz híbrida orgânico-inorgânica sílica-álcool polivinílico (SiO2-PVA). Nas primeiras etapas do trabalho, o sistema imobilizado foi empregado na condução das reações em modo batelada em reator de tanque agitado, por 48 h. As condições reacionais que favoreceram a maximização do grau de interesterificação (GI), minimização do teor de ácidos graxos livres e obtenção de produto interesterificado com consistência na faixa ideal (200 a 800 g/cm2) foram: 65% de gordura de leite na mistura reacional, 500 unidades de atividade por grama de meio, 10% de umidade no derivado imobilizado e temperatura de reação de 45 ºC. Nessas condições, obteve-se um produto interesterificado com consistência de 385 gf/cm2. Em seguida, foram realizados testes de interesterificação da gordura de leite com óleo de soja em reator de tanque agitado operando em batelada com a adaptação de cesta (central ou lateral) no seu interior, para isolar o sistema imobilizado do contato com as partes mecânicas do agitador. A cesta na configuração central foi selecionada, uma vez que em 4h de reação permitiu a obtenção de um produto interesterificado com adequado valor de consistência (387 gf/cm2), mais elevado grau de interesterificação (8,01%) e mais baixo teor de ácidos graxos livres (4,61 %), além da maior facilidade no manuseio, se comparado à cesta lateral. Nos testes em reatores operando em modo contínuo, empregou-se a lipase de Rhizopus oryzae imobilizada em SiO2-PVA, por adsorção física. Foram efetuadas quatro reações em leito fixo, e avaliadas duas fontes comerciais distintas de gordura. A partir da interesterificação da gordura de leite oriunda de uma das marcas comerciais avaliadas, obteve-se um produto com consistência adequada (712,08 gf/cm2), em apenas 12 minutos. Finalmente, foram realizadas duas reações em leito fluidizado empregando-se a lipase comercial Novozym® 435 e a lipase de Rhizopus oryzae imobilizada em SiO2-PVA. Os resultados revelaram que a lipase de Rhizopus oryzae representa um biocatalisador com potencial para modificação da gordura de leite, uma vez que apresentou maior redução percentual (52,31 %) da consistência dos produtos em relação à mistura reacional, comparativamente aos resultados observados empregando-se Novozym® 435 (33,97 %) como biocatalisador. Os resultados obtidos foram satisfatórios e permitiram a determinação de condições de processo em diferentes tipos de biorreatores, contribuindo com o desenvolvimento de tecnologias nacionais de processos enzimáticos em escala industrial para a fabricação de produtos de interesse econômico e social. / The food industries have been interested to develop new technologies to obtain healthier products with sensory characteristics appreciated by the consumer. Among food products, oil and fat could be highlighted due to their importance in sensory characteristics. In this matter, the purpose of this study has been to optimize the reaction and operational conditions to restructure fat of milk by enzymatic interesterification with soybean oil, using immobilized lipase of Rhizopus oryzae in organic-inorganic polysiloxane-polyvinyl alcohol (SiO2-PVA) hybrid matrix. Firstly, the immobilized system has been used in the reactions on batch mode in stirred tank reactor for 48 hours. The reaction conditions that allowed the maximization of the interesterification degree, the minimization of the free fatty acids content and to have an interesterified product with the consistency in the target range (200 to 800 g/cm2) were: 65% milk fat in the reaction mixture, 500 units of activity per gram of medium, 10% humidity in the immobilized derivative and reaction temperature of 45 ºC. Under these conditions, an interesterified product with 385 gf/cm2 consistency was obtained. Following, tests of interesterification of milk fat with soybean oil were carried out in stirred tank reactor in batch mode and with a basket (central or lateral) inside the vessel aiming to isolate the immobilized system of the contact with mechanical parts of the mixer. The basket in the central configuration has been selected because, in 4 hours of reaction, it allowed to obtain an interesterified product with an adequate value of consistency (387.00 gf/cm2), the highest interesterification degree (8.01%) and the lowest free fatty acids content (4.61%), besides an easy handling compared to the lateral basket configuration. In tests on reactors operating in continuous mode, Rhizopus oryzae lipase immobilized by physical adsorption in SiO2-PVA was used. Four reactions have been performed in packed bed reactor, and two different commercial sources of fat have been evaluated. In the interesterification of milk fat of one of the commercial marks evaluated, a product with adequate consistency (712.08 gf/cm2) was obtained in just 12 minutes. Finally, two reactions in fluidized bed have been performed using the commercial lipase Novozym® 435 and Rhizopus oryzae lipase immobilized in SiO2-PVA. The results showed the Rhizopus oryzae lipase is a biocatalyst with potential for modification of milk fat, considering its use resulted in a higher percentual reduction (52.31 %) of the products consistency in relation to the reaction mixture, comparatively to the observed when Novozym® 435 (33.97 %) was used as biocatalyst. The obtained results were satisfactory and allowed the determination of process conditions in different kinds of bioreactors, besides to contribute to the development of national technologies of enzymatic processes in industrial scale for the manufacturing of products of economic and social interest.

O glicerol é um dos resíduos mais abundantes na produção do biodiesel e sua disponibilidade está atrelada diretamente à intensidade de produção do biocombustível. Apesar da diversidade de aplicações industriais para o glicerol, a procura de novos usos é estimulada pela crescente disponibilidade e forte diminuição do seu custo. Desta forma, este trabalho procurou contribuir com uma nova alternativa para a aplicação do excesso deste poliálcool, propondo sua esterificação com o ácido caprílico - um antimicrobiano natural. A produção de monocaprilina, dicaprilina e tricaprilina a partir da esterificação do glicerol com ácidos graxos utilizando a lipase imobilizada Lipozyme RM IM sn-1,3 específica teve seu rendimento otimizado por um planejamento experimental do tipo DCCR - Delineamento Composto Central Rotacional. Assim, dois fatores foram considerados no planejamento experimental: temperatura e proporção molar de ácido caprílico. Estas variáveis foram estabelecidas em dois níveis nos seguintes intervalos: a temperatura variou de 30 a 70°C e a proporção molar (ácido caprílico:glicerol) de 2:1 a 6:1, resultando em 11 experimentos. O tempo foi fixado em 6 horas. A porcentagem total de acilgliceróis pode ser obtida tanto por titulação quanto por cromatografia gasosa. O planejamento experimental demonstrou ser eficiente, pois, obteve-se alto rendimento em produtos na maioria dos experimentos, onde se pôde notar que a melhor condição para produção de caprilinas ocorreu quando se combinou baixa temperatura e baixa proporção molar de ácido caprílico no substrato glicerol. As análises quantitativas revelaram que o melhor rendimento resultou em 87,8% de caprilinas. Adicionalmente, a síntese de caprilinas foi estudada em dois tipos de reatores descontínuos: munido ou não de membrana de microfiltração, para avaliar a possibilidade de reuso do biocatalisador. As reações ocorreram na melhor condição experimental do planejamento proposto e em três ciclos de bateladas sucessivas. A membrana de microfiltração aliada à enzima imobilizada demonstrou ser um instrumento importante para diminuir o custo da reação visto que, com seu uso a enzima reteve 82,7% de sua atividade inicial. / Glycerol is one of the most abundant residues in biodiesel production and its availability is directly linked to the intensity of biofuel production. Despite the diversity of industrial applications for glycerol, the demand for new uses is stimulated by increasing the availability and strong decrease of its cost. Thus, this study intended to propose a new alternative for using this polyalcohol, through its esterification with caprylic acid - a natural antimicrobial. The reaction was catalyzed by immobilized lipase (Lipozyme RM IM, sn-1-3 specific®) resulting mono, di and tricaprylin. The reactions were designed by using the statistical method called \"Delineation Central Composite Rotational (DCCR)\". Taking into account the variation of two parameters, i.e., temperature (from 30ºC to 70ºC) and molar ratio caprylic acid/glycerol (from 2:1 to 6:1) the DCCR pointed to the realization of eleven tests. The time was set at 6 hours. The total percentage of acylglycerols were obtained either by titration or by gas chromatography. The experimental design showed to be efficient because a high yield was achieved in most of the experiments, and the best condition for caprylins production occurred when low temperature and low caprylic acid/glycerol molar ratio were combined. Quantitative analysis revealed that the best yield resulted in 87.8% of caprylins. Additionally, caprilyns synthesis was studied by using a batch reactor coupled or not with microfiltration membrane. The reactions were performed under the best experimental condition pointed out by the DCCR and the enzyme reutilized threefold through successive batches. After that the enzyme retained about 83% of its original activity.

A leptospirose é causada por bactérias do gênero Leptospira e constitui um problema de saúde pública mundial, por acometer humanos e animais. Sua patogênese ainda é pouco esclarecida, especialmente quanto aos processos de invasão, adesão e colonização dos hospedeiros. Recentemente, proteínas secretadas por leptospiras foram identificadas por proteômica e análises in silico, algumas das quais apresentam possível envolvimento no desenvolvimento de quadros hemorrágicos, bem como podem ser possíveis antígenos para diagnóstico. Sendo assim, o presente trabalho propôs a clonagem em vetor de expressão heteróloga bacteriano das sequências codificantes das proteínas Sph2, LipA, ColA e LipL32 de L. interrogans sorovar Copenhageni, caracterização funcional das proteínas recombinantes purificadas e estudo do seu potencial uso no diagnóstico para a leptospirose. Essas proteínas foram escolhidas por possivelmente estarem envolvidas na patogênese de leptospiras. Para tanto, as sequências correspondentes aos genes das proteínas foram clonadas nos vetores de expressão em Brevibacillus choshinensis e Escherichia coli. A produção de soro policlonal e técnicas de ELISA, western-blotting e imuno-histoquímica foram realizadas para avaliar a funcionalidade das proteínas recombinantes purificadas. Também foram realizados testes de comprovação e caracterização da atividade enzimática para proteína LipA, que se apresenta como uma provável lipase na análise in silico. Os resultados obtidos mostraram que o sistema de expressão em Brevibacillus foi eficiente na expressão das proteínas, porém com baixo rendimento na purificação das proteínas Sph2, ColA e LipA. A proteína recombinante LipL32 purificada não apresentou diferença na sua atividade antigênica, em relação aos dois sistemas de expressão utilizados. Experimentos de Western - blotting demonstraram a presença de proteína LipA em diferentes sorovares patogênicos de Leptospira spp. A proteína LipA apresentou atividade lipásica sobre ésteres graxos de p-nitrofenil, sendo uma provável lipase euritérmica. Os dados obtidos com a análise de imuno-histoquímica sugerem que esta proteína possa participar dos eventos que levam a lesões na membrana celular no tecido hepático. Resultados de ELISA com soro de pacientes mostraram que as proteínas ColA e Sph2 são potenciais antígenos para diagnóstico da leptospirose. Apenas a proteína ColA apresentou ação hemorrágica na pele de camundongos. Estes resultados indicam que as proteínas LipA, ColA e Sph2 podem estar envolvidas em mecanismos patogênicos na leptospirose. / Leptospirosis is caused by bacteria of the genus Leptospira and it is a public health problem worldwide, for affecting humans and animals. Its pathogenesis is still unclear, especially regarding the processes of invasion, adhesion and colonization of hosts. Recently, proteins secreted by leptospires were identified by proteomics and in silico analyzes, some of which present possible involvement in the development of hemorrhagic conditions, as well they could be possible antigens for the diagnosis. Thus, the present work proposed the cloning into bacterial heterologous expression vectors of the coding sequences of the Sph2, LipA, ColA and LipL32 proteins of L. interrogans serovar Copenhageni, the functional characterization of the purified recombinant proteins and the study of their potential use in the diagnosis for the Leptospirosis. These proteins were chosen because they may be involved in the pathogenesis of leptospires. To that end, the coding sequences were cloned into the expression vectors in Brevibacillus choshinensis and Escherichia coli. The production of polyclonal serum and ELISA, Western-blotting and immunohistochemistry techniques were performed to evaluate the functionality of the purified recombinant proteins. Also, tests were carried out to prove and characterize the enzymatic activity of LipA protein, which presents as a probable lipase in the in silico analysis. The obtained results showed that the expression in the Brevibacillus system was efficient, but with low yield in the purification of Sph2, ColA and LipA proteins. The purified recombinant LipL32 protein showed no difference in its antigenic activity, in relation to the two expression systems used. Western-blotting experiments demonstrated the presence of LipA protein in different pathogenic serovars of Leptospira spp. The LipA protein showed lipase activity on p-nitrophenyl fatty esters, being a probable eurythermic lipase. The data obtained with the immunohistochemical analysis suggest that this protein can participate in the events that lead to cell membrane lesions in the hepatic tissue. ELISA results using serum from patients showed that ColA and Sph2 proteins are potential antigens for the diagnosis of leptospirosis. Only the ColA protein presented hemorrhagic action on the mice skin. These results indicate that LipA, ColA and Sph2 proteins may be involved in pathogenic mechanisms in leptospirosis.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo efetivo de síntese enzimática de biodiesel em reator de leito fixo, conectados em série, a partir de óleos vegetais operando em modo contínuo. Para o desenvolvimento do projeto, foram selecionados óleos vegetais de baixo impacto na cadeia alimentícia, tais como óleos de babaçu, macaúba e coco que apresentam composição predominantemente láurica (35-47%). A enzima selecionada para condução dos experimentos foi a lipase microbiana de Burkholderia cepacia imobilizada covalentemente em matriz híbrida sílica-PVA com comprovada eficiência na síntese de biodiesel a partir de diferentes matérias-primas lipídicas. Todos os experimentos foram efetuados na ausência de solventes a 50?C utilizando etanol como doador do grupo acila. Foram testados reatores de leito fixo (um estágio) e em série (dois estágios). A etapa inicial do trabalho consistiu em testes de desempenho do reator (um estágio) verificando a influência das propriedades dos óleos vegetais no rendimento do processo e atividade do biocatalisador. Apesar do biocatalisador ter apresentado elevado tempo de meia- vida > 373 h, nas condições testadas, independente do óleo usado a concentração máxima de ésteres esperada não foi alcançada (68,2%) limitando os rendimentos para valores máximos de 87,5%. Para contornar as restrições identificadas foi adotada uma configuração de reator de leito fixo dois estágios incorporando uma coluna recheada com resina catiônica (Lewatit GF 202) para adsorção do glicerol formado como subproduto. O desempenho do reator foi avaliado para substratos constituídos de óleos láuricos na razão molar óleo: etanol de 1:12, definindo os limites de operação em termos de vazão do substrato. Foi quantificado o desempenho do sistema para 4 diferentes vazões volumétricas correspondendo a tempos espaciais entre 7 a 17h e determinadas para cada condição a influência do tempo espacial na concentração de ésteres de etila formados, rendimentos de transesterificação e produtividade. O funcionamento do sistema foi comprovado quantitativamente para tempos espaciais no reator de 14h, fornecendo rendimentos de transesterificação médios de 95,9 ± 4,1% e valores médios de produtividade de 41,5 ± 1,5 mg.g-1.h-1. As amostras de biodiesel purificadas apresentaram viscosidade cinemática média de 5,5 ± 0,3 mm2.s-1, valor que atende a norma americana ASTM (D6751) e a brasileira pela resolução ANP n°14/2012. A lipase imobilizada em SiO2-PVA foi estável quanto à suas características morfológicas e catalíticas revelando tempo médio de meia-vida (t1/2) superior a 500 h. O emprego da configuração de reatores de leito fixo (PBR) em duplo estágio pode elevar os níveis de rendimento de transesterificação, aumentar a produtividade de biodiesel, por consequência reduzir o custo global do processo. As características globais do desempenho do sistema contínuo proposto torna atrativa a continuidade dos estudos em escala ampliada de processo. / The aim of this study was to develop an effective enzymatic continuous process to obtain biodiesel from vegetable oils in two-stage packed bed reactors. For this, non- edible vegetable oils (babassu, macaw palm and coconut) having predominant lauric acid (35-47%) composition were assessed. The selected enzyme was the microbial lipase from Burkholderia cepacia covalent immobilized on hybrid matrix silica-PVA (SiO2-PVA) which showed already satisfactory performance in the biodiesel synthesis from different lipid feedstocks. All experiments were carried out in solvent free system at 50°C using ethanol as acyl acceptor. Packed bed reactors (simple and two-stages) were tested. Preliminary work was focused on the determination of the influence of the properties of the vegetable oils on the process yield and biocatalyst activity using simple packed bed reactor. Under the conditions used, the biocatalyst was found to have high half-life time > 373 h and independent of the used oil the maximum concentration expected esters was not reached (68.2%) limiting the maximum yield to 87.5%. To overcome such constraints a two-stage packed bed reactor incorporating a column with cationic resins (Lewatit GF 202) to remove the glycerol formed as by-product was proposed. The reactor performance was evaluated for substrates consisting of lauric oils at molar ratio of oil-to-ethanol of 1:12, determining its operation limits in terms of substrate flow rate. The system performance was quantified for four different flow rates corresponded to spatial times from 7 to 17 h. For each condition, the influence of spatial times in the ethyl esters formation, transesterification yields and productivities were determined. The reactor operation was demonstrated for spatial time of 14 h, attaining transesterification yields of 95.9 ? 4.1% and productivities of 41.5 ? 1.5 mg.g-1.h-1.The immobilized lipase on SiO2-PVA was found to be stable regarding its morphological and catalytic characteristics, showing half-life time (t1/2) higher than 500 h. Biodiesel purified samples showed average kinematic viscosity of 5.5 ± 0.3 mm2.s-1, value that meets the criteria established by the American National Standard ASTM (D6751) and Brazilian ANP resolution No. 14/2012. Therefore, the continuous packed-bed reactor connected in series and glycerol separation system has a great potential for achieving high level of transesterification yields, raising biodiesel productivity, consequently decreasing industrial process cost. The performance characteristics of the proposed continuous system made attractive to develop further studies aiming at scaling up the process.

Neste trabalho, foi avaliada a reatividade de compostos orgânicos contendo boro frente a reações catalisadas por enzimas. Diferentes exemplos de álcoois secundários quirais contendo boro foram acetilados enantiosseletivamente pela lipase de Candida antarctica (CALB). Todas as reações ocorreram com excelente enantiosseletividade (E >200) e ambos os produtos acetilados, bem como os álcoois remanescentes foram obtidos com alto excesso enantiomérico (ee >99%). Além da resolução cinética enzimática, foi avaliado também o processo de resolução cinética dinâmica quimio-enzimática, empregando complexos de rutênio como agentes de racemização. Após estabelecer as condições adequadas para a reação, foi possível obter o produto acetilado de configuração-(R) com 83% de conversão, mantendo a enantiosseletividade observada na reação de resolução cinética enzimática. Como extensão ao trabalho realizado com os álcoois contendo boro, foi estudada a resolução cinética de aminas primárias quirais contendo boro. Foram avaliadas diversas condições reacionais para alcançar a máxima resolução cinética destas aminas via acilação enantiosseletiva catalisada pela lipase CALB. Excelente enantiosseletividade (E >200) e altos excessos enantioméricos (até >99%) foram obtidos utilizando acetato de etila tanto como reagente doador de acila como solvente da reação. Adicionalmente, foi investigada a reação de biorredução de cetonas pró-quirais contendo boro. Os melhores resultados foram obtidos com as enzimas álcool desidrogenases (ADHs) purificadas dos microorganismos Rhodococcus ruber e Lactobacillus brevis. A ADH de R. ruber (ADH-A) promoveu a biorredução das cetonas aos respectivos álcoois de configuração-(R) com excelente enantiosseletividade (ee >99%), enquanto a ADH de L. brevis (ADH-LB) catalisou a redução de alguns exemplos de cetonas aos respectivos álcoois de configuração-(S), também com excelente enantiosseletividade. / In this work, was evaluated the reactivity of boron-containing organic compounds in enzyme-catalyzed reactions. Different examples of boron-containing chiral secondary alcohols were resolved by enantioselective acetylation mediated by lipase from Candida. antarctica (CALB). All reactions showed excellent enantioselectivities (E >200) and both remaining substrates and acetylated product were obtained in high enantiomeric excesses (up to >99%). Besides the enzymatic kinetic resolution, the chemoenzymatic dynamic kinetic resolution was also evaluated, using ruthenium complexes as racemization agents. After establishing the best conditions, the acetylated (R)-product was obtained with 83% conversion, maintaining the high enantioselectivity observed in the enzymatic kinetic resolution. As an expansion of work with boron-containing alcohols, the kinetic resolution of boron-containing chiral amines was studied. Several reaction conditions were studied to achieve the kinetic resolution of boron-containing amines via enantioselective acylation mediated by CAL-B. Excellent enantioselectivity (E >200) and high enantiomeric excess (up to >99%) of both the remaining amines and amides were obtained using ethyl acetate as both acyl donor and the reaction solvent. Additionally, the bioreduction of pro-chiral boron-containing ketones was investigated. The best results were obtained with purified alcohol dehydrogenases (ADH) from Rhodococcus ruber and Lactobacillus brevis. The ADH from R. ruber (ADH-A) mediated the bioreduction of ketones to their respective (R)-alcohols with excellent enantioselectivity (ee >99%), while the ADH from L. brevis (ADH-LB) catalyzed the reduction of some ketones to their respective (S)-alcohols, also with excellent enantioselectivity (ee >99%).

Neste trabalho, foi avaliada a resolução cinética de ésteres carboxílicos β-borilados, catalisada por lipases, através de hidrólise e transesterificação. Foram sintentizados ésteres contendo diferentes cadeias carbônicas. A hidrólise enantiosseletiva catalisada por CAL-B forneceu o correspondente ácido carboxílico β-borilado com excesso enantiomérico moderado (e.e. 62%), enquanto os ésteres β-borilados metílico e etílico foram recuperados com excelente pureza enantiomérica (e.e.>99%). A reação de transesterificação enantiosseletiva entre ésteres carboxílicos β-borilados e álcoois, catalisada por CAL-B, demonstrou uma alta seletividade somente quando etanol e (β-pinacolilboronato)-butanoato de metila foram usados como substratos, levando a formação de (β-pinacolilboronato)-butanoato de etila enantioenriquecido (e.e.>99%). Entretanto, ésteres contendo longas cadeias carbônicas ligadas à carboxila não sofreram as reações desejadas, mesmo em temperaturas mais elevadas. Adicionalmente, foi investigada a reação de aminação redutiva assimétrica, catalisada por ω-transaminases, de cetonas pró-quirais contendo grupos borônicos (ácido, éster ou trifluoroborato de potássio). Após as sínteses de cetonas aromáticas e alifáticas, os melhores resultados para a biotransformação foram obtidos com ω-transaminases (R)-seletivas de Arthrobacter sp. e Aspergillus terreus e (S)-seletiva de Chromobacterium violaceum. Sob as condições otimizadas, foram obtidas altas conversões (94%) com perfeitas enantiosseletividades (e.e.>99%), proporcionando assim uma nova via de acesso a aminas (R) ou (S) contendo boro em condições reacionais suaves. / In this work, the kinetic resolution of β-borylated carboxylic esters via lipase-catalyzed hydrolysis and transesterification reactions was evaluated. Esteres with different carbon chains were synthesized. The enantioselective hydrolysis catalyzed by CAL-B furnished the corresponding β-borylated carboxylic acid with reasonable enantiomeric excess (ee 62%), while both methyl and ethyl β-borylated carboxylic esters were recovered with excellent enantiomeric purity (ee>99%). The enantioselective transesterification reaction of β-borylated carboxylic esters and several alcohols, catalyzed by CAL-B, only indicated a high selectivity when ethanol and methyl-(β-pinacolylboronate)-butanoate were used as substrates, which gave the enantioenriched ethyl-(β-pinacolylboronate)-butanoate (ee >99%). However, esters with longer carbon chains or steric hindrance at the carboxyl group did not undergo the desired reactions, even at high temperatures. Additionally, the asymmetric reductive amination ω-transaminase catalyzed of boron-containing (acid, ester or potassium trifluoroborate) prochiral ketones was investigated. After the syntheses of aromatic and aliphatic ketones, the best results of biotransformation were obtained with (R)-selective ω-transaminases from Arthrobacter sp. and Aspergillus terreus and (S)-selective one from Chromobacterium violaceum. Under the optimized conditions, high conversions (94%) with perfect enantioselectivities (ee >99%) were found, providing a new access to (R) or (S) boron-containing amines under mild reaction conditions.