O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol. / Cheese whey, an industrial by-product with highly pollutant characteristics, is a substrate for cell growth, rich in nutrients and with great potential for use in bioprocesses. The utilization of alternative and low cost substrates for the production of ethanol, such as industrial waste, has been recently studied with promising results. In this context, the aim of this work was to optimize the bioconversion of cheese whey into ethanol in bioreactors using immobilized Kluyveromyces marxianus as biocatalyst and evaluate the mass transfer limitations in Ca-alginate beads by measuring the diffusion coefficient. Similar ethanol yields (0.44±0.01 g EtOH g sugar-1) were found when testing the ethanol production by three strains of K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 and CCT 2653) in batch fluidized bed bioreactor, a decrease in conversion efficiency (83.3 to 66.1%) and ethanol productivity (0.96 to 0.78 g L- 1.h-1) was observed with the increase of fermentation temperature (30-40ºC) by immobilized K. marxianus CBS 6556. Continuous fluidized and packed bed bioreactors with different dilution rates (0.1 to 0.3 h-1) were performed. Values indicated that the increase of dilution rate led to a decrease in lactose utilization and ethanol production and an increase in ethanol productivity (QP). Similar ethanol yields (YEtOH/S) were obtained for all dilution rates tested, in both bioreactor systems. The highest ethanol productivity (3.5 g L-1h-1) was obtained at dilution rate of 0.3 h-1 in the fluidized bed bioreactor, with 87% of the theoretical conversion. The highest ethanol concentration (27.9 g L-1) was obtained at dilution rate of 0.1 h-1. The SEM micrographies of beads demonstrated that the cell immobilization in the Ca-alginate was effective. Lactose and ethanol mass transfer studies in Ca-alginate beads was performed by measuring the diffusion coefficient based on the mathematical approach of the Fick’s second Law. Different experimental conditions were tested. Results showed that diffusion coefficients were independent from the concentration of lactose (25, 50 and 75 g L-1) and ethanol (25 and 50 g L-1), as well as from the concentration of Ca-alginate (3, 4 and 6%), but were affected by temperature, increasing from 4.67×10-10 m2 s-1 to 6.96×10-10 m2 s-1 for lactose, and from 1.46×10-10 m2 s-1 to 2.68×10-10 m2 s-1 for ethanol.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado Juliana Penso.pdf: 783619 bytes, checksum: 6925a5dd78fd8cb85ac7d524f68cfe5b (MD5) Previous issue date: 2012-03-23 / A bioconversão utiliza o arsenal enzimático presente em sistemas biológicos para modificar quimicamente compostos orgânicos. Este trabalho descreve a utilização de cepas do fungo filamentoso Beauveria bassiana spp. na produção de derivados da naringenina, flavonóide de elevado interesse farmacoterapêutico, e a avaliação das suas potenciais atividades vasodilatadora e antiproliferativa. Realizou-se uma seleção que incluiu, além da cepa de Beauveria bassiana ATCC 7149, diversas cepas de Beauveria bassiana spp. isoladas de amostras de solo do cerrado brasileiro e denominadas: IP3a, IP6, IP8, IP11, IP94, IP98, IP127, IP132, IP147 e IP153. A cepa da coleção ATCC mostrou melhor perfil de produção de derivados e foi utilizada para ensaio em escala semipreparativa. O meio de cultura líquido Peptone Dextrose Soy Meal (PDSM) foi utilizado para a bioconversão de naringenina na concentração de 0,5 mg/mL, a 27ºC e 200 r.p.m. Após 96 horas da adição do substrato, o micélio foi removido por filtração, o sobrenadante extraído com acetato de etila e o micélio com acetona. A cromatografia em coluna das frações resultantes empregou sílica gel como fase estacionária e acetato de etila e metanol, na proporção 95:5, como fase móvel. Foi possível purificar um derivado com rendimento de 38%, que foi identificado por infravermelho, espectrometria de massas e ressonância magnética nuclear de 1H e 13C como naringenina-7-β-O-glicosídeo. O derivado foi avaliado quanto ao seu potencial vasodilatador utilizando o modelo de aorta de rato isolada e mostrou capacidade vasodilatadora menor que a apresentada pela naringenina. Entretanto, a naringenina e seu derivado glicosilado parecem exercer seu efeito vasodilatador por mecanismos diferentes. O potencial antiproliferativo do derivado 7-β-O-glicosilado e da naringenina também foi avaliado, in vitro, pelo método de exclusão do azul de tripano em células Jurkat, derivadas de leucemia linfoide humana aguda. O derivado não apresentou vantagem em relação ao composto inicial quanto à atividade antiproliferativa. O método de bioconversão apresentado é útil na bioconversão de naringenina a naringenina-7-β-O-glicosídeo em bons rendimentos. O derivado apresenta potencial antiproliferativo e vasodilatador, embora tais potenciais não sejam maiores do que o apresentado pelo composto inicial.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:11:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao francislene.pdf: 751721 bytes, checksum: e2b594633244a718bb345021ea1ae355 (MD5) Previous issue date: 2009-06-30 / The bioconversion is an area of the biotechnology that has increased in an expansive way, and it includes enzymatic reactions by microorganisms. These microorganisms that present enzymatic systems similar to those present in mammalian systems, it s the cytochrome P450 (CYP450). That s why the biotransformation an important alternative constitute as models for drug metabolism study. The Pycnoporus sanguineus is a filamentous fungi, basidiomycete of the Polyporaceae family and laccase producer (EC 1.10.3.2), an oxidoreductase enzyme. It was evaluated the influence of flavonoids naringin, naringenin, and quercetin in the growth of P. sanguineus, production of laccase in differents culture media. It was performed various conditions of reaction, such as temperature, agitation and the time of the flavonoids addition. The bioconversion processes were carried out for 24 up to 96 hours and monitored by TLC and HPLC to confirm the existence of potential metabolites. It was used purified laccase of the Pycnoporus sanguineus to evalute the participation of laccase in metabolites of naringin production. Pycnoporus sanguineus developed in differents culture media tested. Naringenin and naringin presented the capability to induce the laccase production by P. sanguineus, whereas quercetin and rutin inhibited the laccase production. The incubation using PDSM did not producted laccase. It was detected several of metabolites, whereas the incubations using quercetin acquired fourteen differents metabolites and the incubations using naringenin producted nine metabolites and naringin producted eight metabolites. In biocatalytic assay under 28ºC and 150rpm using naringin it was not detected the presence of metabolites / A bioconversão é uma área da biotecnologia que tem crescido extensamente e inclui reações enzimáticas por meio de microrganismos. Dentre os microrganismos utilizados destacam-se os fungos filamentosos, que apresentam um sistema enzimático semelhante ao dos seres humanos, o citocromo P450 (CYP, P450), responsável pelo metabolismo dos fármacos. O Pycnoporus sanguineus é um basidiomiceto da família Polyporaceae produtor de lacase (EC 1.10.3.2), que é uma enzima da classe das oxidoredutases. Neste trabalho, foi avaliada a influência dos flavonóides naringina, naringenina e quercetina no crescimento de P. sanguineus e produção de lacase em diferentes meios de culturas. Foram utilizadas condições reacionais variadas como alteração de temperatura, agitação e o tempo de adição dos flavonóides. As reações de bioconversão de flavonóides por P. sanguineus foram realizadas por um período de 24 a 96 horas e monitoradas por CCD e CLAE para verificar a presença de possíveis metabólitos. Aplicou-se a lacase purificada do P. sanguineus para avaliar a participação desta enzima na produção dos metabólitos da naringina. O fungo cresceu nos meios de cultura testados. A naringenina e a naringina apresentaram a capacidade de induzir a produção de lacase pelo fungo, enquanto a quercetina inibiu a produção da mesma. Nas incubações com o meio PDSM não houve a produção de lacase. Nos ensaios de bioconversão foram detectados vários metabólitos nas incubações com microrganismo inteiro, sendo que nas incubações com quercetina foram obtidos catorze metabólitos diferentes. Nas incubações com naringenina foram produzidos nove metabólitos e a naringina levou à produção de oito metabólitos. No ensaio biocatalítico a 28°C e 150rpm na presença de naringina não foi evidenciada a presença de metabólitos

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Keyla Rejane Magno.pdf: 1794858 bytes, checksum: 9cd1c907ace1356742b91041a2db9ea1 (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / The study of bioconversion of biologically active compounds by microorganisms, mainly filamentous fungi and their possible glycosylated derivatives have been extensively explored and have brought promising results. Microbial models of animal metabolism, based on the similarity of the hepatic metabolism and microbial enzyme, became an alternative for the elucidation of metabolic routes of both drugs as well as new drug candidates. In this context, the objective of this study was to explore the ability of filamentous fungi to promote the bioconversion of entacapone and perform the identification, purification and characterization of derivatives formed. We selected eight filamentous fungi Absidia blakesleana ATCC 26617, Aspergillus candidus ATCC 1009, Beauveria bassiana ATCC 7159, Beauveria sp, Cunninghamella echinulata ATCC 9244, Cunninghamella echinulata ATCC 9245, Cunninghamella elegans ATCC 26169 and Rhizopus arrhizuz ATCC 11145, six of them proved to be effective in the metabolism of entacapone, Cunninghamella echinulata ATCC 9245 being the most promising. Were detected 5 different functionalized derivatives, one of which the majority was characterized by Nuclear Magnetic Resonance of Carbon (13C NMR) and Hydrogen (1H NMR), High-Performance Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometer (HPLC-MS/MS) and Infrared Spectroscopy (IR) as a β-glycosylated derivative of entacapone (E, Z): 4 hydroxy-5-nitrophenyl-3-O-(β)-D-glucopyranose-(E)-2-cyano-N, N-diethyl-3-acrylamide. / O estudo da bioconversão de compostos biologicamente ativos por microrganismos, principalmente fungos filamentosos, e seus possíveis derivados glicosilados têm sido bastante explorado e têm trazido resultados promissores. Os modelos microbianos do metabolismo animal, baseados na similaridade do metabolismo hepático e enzimático microbiano, tornaram-se uma alternativa para a elucidação da rota metabólica tanto de fármacos bem como de candidatos a novos fármacos. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi explorar a capacidade dos fungos filamentosos em promover a bioconversão da entacapona e realizar a identificação, purificação e caracterização dos derivados formados. Foram selecionados oito fungos filamentosos Absidia blakesleeana ATCC 26617, Aspergillus candidus ATCC 1009, Beauveria bassiana ATCC 7159, Beauveria sp, Cunninghamella echinulata ATCC 9244, Cunninghamella echinulata ATCC 9245, Cunninghamella elegans ATCC 26169 e Rhizopus arrhizuz ATCC 11145, seis deles demonstraram ser eficazes na metabolização da entacapona, sendo a Cunninghamella echinulata ATCC 9245 a mais promissora. Foram detectados 5 diferentes derivados funcionalizados, dos quais um, o majoritário, foi caracterizado por Ressonância Magnética Nuclear de Carbono (RMN 13C) e Hidrogênio (RMN 1H), Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a Espectrometria de Massa (CLAE-EM/EM) e Espectroscopia no Infravermelho (IV) como derivado β-glicosilado da entacapona (E, Z): 4 hidroxi-5-nitrofenil-3-O-(β)-D-glicopiranose-(E)-2-ciano-N,N-dietil-3-acrilamida.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao tatiana caixeta.pdf: 1247560 bytes, checksum: 9a8db14d432a3fef6831f021a1d1d628 (MD5) Previous issue date: 2007-09-12 / Bioconversion reactions using filamentous fungi have been extensively exploited and the results obtained are interesting for metabolism studies. The microbial models of animal metabolism, based on the similarity between mammalian metabolism and enzymatic microbial, became a promising alternative for the elucidation of metabolic routes of drugs. In this context, the aim of this work was to promote bioconversion studies with the N-phenylpiperazine derivative LASSBio 579, (1-[1-(4-Chlorophenyl)-1H-pyrazol-4-methyl]-4-phenyl-piperazine), a potencial lead of drugs prototypes. For that HPLC and TLC analytical methodologies were developed and tested for monitoring the bioconversion reactions for this compound. Beneath the documented catalytic activity for different microorganism, fiftteen of filamentous fungi were employed in this study: Absídia blakesleana ATCC 26617; Absídia blakesleana ATCC 10148b; Aspergillus candidus ATCC 2023; Aspergillus ochraceus ATCC 1009; Beauveria bassiana ATCC 7149; Chaetonium indicum LCP 984200; Cunninghamella echinulata ATCC 9244; Cunninghamella echinulata ATCC 9245; Cunninghamella elegans ATCC 36112; Cunninghamella elegans ATCC 26169; Curvularia lunata NRRL 2380; Fusarium roseum ATCC 14717; Mortierella isabelina NRRL 1757; Mucor griseocyanus ATCC 1207a; Rhizopus arrhizus ATCC 11145. Cunninghamella echinulata ATCC 9244 and Aspergillus candidus ATCC 2023 were chosen for studies in semi-preparative scales due to their capacity of producing a bigger variety of metabolites and one of them in greater amount, respectively. Five different derivatives were detected of which three were characterized by NMR and MS (LaBioCon 23, 24 and 25) as hidroxylated, glycosylated and methylpiperazine derivatives respectively, being this last comparative one and identified as being the mammalian derivate of LASSBio 579. / As reações de bioconversão utilizando fungos filamentosos têm sido bastante exploradas e os resultados obtidos são interessantes para estudos do metabolismo. Os modelos microbianos do metabolismo animal, baseados na similaridade do metabolismo hepático e enzimático microbiano, tornaram-se uma alternativa promissora para a elucidação da rota metabólica de fármacos. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi a realização de estudos de bioconversão com o derivado N-fenilpiperazínico, LASSBio 579, (1-[-(4-clorofenil)-1H-pirazol-4-metil]-4-fenil-piperazina), um potencial candidato a protótipo de fármacos. Para isso foram desenvolvidas e testadas metodologias analíticas por cromatografia em camada delgada e cromatografia líquida de alta eficiência para monitorar as reações de bioconversão desse composto. Diante da atividade catalítica documentada para diferentes microrganismos, foram empregados nesse estudo quinze fungos filamentosos: Absídia blakesleana ATCC 26617; Absídia blakesleana ATCC 10148b; Aspergillus candidus ATCC 2023; Aspergillus ochraceus ATCC 1009; Beauveria bassiana ATCC 7149; Chaetonium indicum LCP 984200; Cunninghamella echinulata ATCC 9244; Cunninghamella echinulata ATCC 9245; Cunninghamella elegans ATCC 36112; Cunninghamella elegans ATCC 26169; Curvularia lunata NRRL 2380; Fusarium roseum ATCC 14717; Mortierella isabelina NRRL 1757; Mucor griseocyanus ATCC 1207a; Rhizopus arrhizus ATCC 11145. As cepas Cunninghamella echinulata ATCC 9244 e Aspergillus candidus ATCC 2023 foram as de escolha para estudos em escala semi-preparativa devido a respectiva capacidade de produzir uma maior diversidade de metabólitos e um desses derivados em maior quantidade. Foram detectados cinco diferentes derivados dos quais três foram caracterizados por ressonância magnética nuclear e espectrometria de massas (LaBioCon 23, 24 e 25) como derivados hidroxilado, glicosilado e metilpiperazínico respectivamente, sendo este último comparado e identificado como sendo o metabólito animal do LASSBio 579.

Hemicelulose extraída do bagaço de cana-de-açúcar foi hidrolisada por enzimas de Thermoascus aurantiacus, Trichoderma reesei e Aspergilus niger para obtenção de xilo-oligossacarídeos (XOs). A hemicelulose foi extraída com hidróxido de sódio na presença de antraquinona, sulfito de sódio ou peróxido de hidrogênio. O uso de antraquinona ou sulfito aumentou o rendimento de extração, porém a hemicelulose apresentou baixa solubilidade em água, propriedade inadequada para a hidrólise enzimática. A extração da hemicellulose com peróxido de hidrogênio em meio alcalino foi otimizada através de um planejamento fatorial completo 24 variando-se a concentração de H2O2 de 2 a 6% (m/v), tempo de reação de 4 a 16 h, temperatura de 20 a 60°C e presença ou não de 0,5% de sulfato de magnésio. No ponto central o rendimento de extração de hemicelulose foi de 94,5% com remoção de mais que 88% da lignina. Um rendimento de 86% de hemicelulose com baixo teor de lignina (5,9%) foi obtido em 6% de peróxido de hidrogênio por 4h a 20°C. Nessa condição a hemicelulose apresentou massa molar de 21.000 g/mol, composição aproximada de 81% xilose, 4% de arabinose, 4% de glicose e 3% de ácidos urônicos, alta solubilidade em água (90 % em massa) e coloração amarelo claro. As enzimas usadas na hidrólise dessa hemicelulose foram produzidas pelo cultivo dos fungos em meio sólido contento farelo de trigo. Em todos os extratos foi observada baixa atividade de endoglucanase e β-xilosidase e elevadas atividades de endo-β-1,4-xilanase. A máxima atividade de xilanase foi produzida por T. aurantiacus (1500 U/g), enquanto A. niger produziu 500 U/g e T. reesei 240 U/g, em 5 dias de cultivo. O perfil de produção de XOs com enzimas de T. aurantiacus e T. reesei foi semelhante, o principal produto foi xilobiose, seguido por xilose, xilotriose, xilotetraose e xilopentaose, sendo esses XOs de cadeia linear. A hidrólise da hemicelulose com enzimas de A. niger produziu exclusivamente xilose, consequência da presença de elevada atividade de β-xilosidase. A velocidade de conversão da hemicelulose em XOs com as enzimas de T. reesei foi maior no início da reação (6 h), diminuindo a partir de 24 h, período em que inicia a produção de xilose. A influência da concentração de substrato e carga de xilanase na conversão da hemicelulose em XOs foi avaliada através de um planejamento experimental 22 com face centrada. A condição otimizada da hidrólise (2,6% substrato e 60 U/g de endo-β-1,4-xilanase) com o extrato de T. aurantiacus resultou em 42% de conversão em XOs. A otimização da hidrólise da hemicelulose com o extrato de T. reesei resultou em uma conversão máxima de 20%, com ótimo de 3,8 % de substrato e 87,5 U/g de endo-β-1,4-xilanase. A eficiência da hidrólise com enzimas de T. aurantiacus foi maior que a obtida com alguns extratos comerciais testados neste trabalho. Além disso, apresentaram capacidade de degradar hemiceluloses de diferentes fontes: bétula e semente de aveia, com composições variadas. Diferenças na composição de açúcares e teor de lignina não interferiram na ação dessas enzimas. A hidrólise enzimática mostrou-se mais apropriada para a produção de XOs do que a auto-hidrólise, que gerou predominantemente xilose e houve formação de furfural. Apesar do curto tempo de reação, a produção de XOs foi menor e há necessidade de purificação para obtenção de um produto final com características desejáveis. / Hemicellulose extracted from sugarcane bagasse was hydrolyzed by enzymes from Thermoascus aurantiacus, Trichoderma reesei and Aspergilus niger to cause the degradation of xylan to xylooligosaccharides (XOs). Hemicellulose was extracted with hydrogen peroxide in the presence of antraquinone, sodium sulphite or hydrogen peroxide. Hemicelluloses extracted with antraquinone or sulphite presented low solubility in water, which is not appropriated to enzymatic hydrolysis. To maximize the hemicellulose yields several extraction conditions were examined applying the 24 factorial design: H2O2 concentration from 2 to 6% (w/v), reaction time from 4 to 16 h, temperature from 20 to 60°C, and magnesium sulfate absence or presence (0.5%, w/v). This approach allowed selection of conditions for the extraction of low and high lignin content hemicellulose. At midpoint the yield of hemicellulose was 94.5% with more than 88% of lignin removed. Hemicellulose in 86% yield with low lignin content (5.9%) was obtained with 6% H2O2 treatment for 4 h and 20°C. This hemicellulose is much lighter in color than samples obtained at the midpoint condition and was found suitable for subsequent enzymatic hydrolysis. The molecular weight of hemicellulose was 21,000 g/mol with composition of aproximately 81% xylose, 4% arabinose, 4% glucose and 3% uronic acids, high water solubility (90 %). Enzymes for hemicellulose hydrolysis were produced by the fungi on wheat bran. Cellulases and hemicellulases were present in all extracts especially the endo-β-1,4-xylanase. The profile of production of XOs obtained on hydrolysis with enzymes from T. aurantiacus and T. reesei was similar, with the main product xylobiose, followed by xylose, xylotriose, xylotetraose and xylopentaose, and these XOs showed linear chain. The hydrolysis of hemicellulose with enzymes of A. niger produced exclusively xylose, a consequence of β-xylosidase content. The rate of conversion of hemicellulose in XOs with enzymes of T. reesei was higher at the beginning of the reaction (6 h), decreasing from 24 h, when starts the production of xylose. The influence of substrate concentration and loading of xylanase in conversion of hemicellulose to XOs was evaluated by an 22 full factorial design with centered face. Optimization of hydrolysis (2.6% substrate and 60 U/g endo-β-1,4-xylanase) with the extract of T. aurantiacus resulted in 42 % conversion XOs. The optimization with the extract of T. reesei resulted in a conversion of hemicellulose up to 20%, with optimal substrate 3.8% and 87.5 U/g endo-β-1,4-xylanase. The efficiency of hydrolysis by enzymes from T. aurantiacus was superior to commercial extracts, and showed ability to degrade hemicelluloses of different compositions (birchwood and oat spelt). The structural differences, such as branches and lignin content did not affect the action of these enzymes. The differences in the efficiency and extent of enzymatic hydrolysis by enzymes of these fungi might have occurred in function of differences in physicochemical properties and specific activity. The enzymatic hydrolysis was more appropriate for production of XOs than autohydrolysis, which generated predominantly xylose and formation of furfural. Despite of short reaction time, the production of XOs was low and purification is needed in order to obtain a final product with desirable characteristics.

Hemicelulose extraída do bagaço de cana-de-açúcar foi hidrolisada por enzimas de Thermoascus aurantiacus, Trichoderma reesei e Aspergilus niger para obtenção de xilo-oligossacarídeos (XOs). A hemicelulose foi extraída com hidróxido de sódio na presença de antraquinona, sulfito de sódio ou peróxido de hidrogênio. O uso de antraquinona ou sulfito aumentou o rendimento de extração, porém a hemicelulose apresentou baixa solubilidade em água, propriedade inadequada para a hidrólise enzimática. A extração da hemicellulose com peróxido de hidrogênio em meio alcalino foi otimizada através de um planejamento fatorial completo 24 variando-se a concentração de H2O2 de 2 a 6% (m/v), tempo de reação de 4 a 16 h, temperatura de 20 a 60°C e presença ou não de 0,5% de sulfato de magnésio. No ponto central o rendimento de extração de hemicelulose foi de 94,5% com remoção de mais que 88% da lignina. Um rendimento de 86% de hemicelulose com baixo teor de lignina (5,9%) foi obtido em 6% de peróxido de hidrogênio por 4h a 20°C. Nessa condição a hemicelulose apresentou massa molar de 21.000 g/mol, composição aproximada de 81% xilose, 4% de arabinose, 4% de glicose e 3% de ácidos urônicos, alta solubilidade em água (90 % em massa) e coloração amarelo claro. As enzimas usadas na hidrólise dessa hemicelulose foram produzidas pelo cultivo dos fungos em meio sólido contento farelo de trigo. Em todos os extratos foi observada baixa atividade de endoglucanase e β-xilosidase e elevadas atividades de endo-β-1,4-xilanase. A máxima atividade de xilanase foi produzida por T. aurantiacus (1500 U/g), enquanto A. niger produziu 500 U/g e T. reesei 240 U/g, em 5 dias de cultivo. O perfil de produção de XOs com enzimas de T. aurantiacus e T. reesei foi semelhante, o principal produto foi xilobiose, seguido por xilose, xilotriose, xilotetraose e xilopentaose, sendo esses XOs de cadeia linear. A hidrólise da hemicelulose com enzimas de A. niger produziu exclusivamente xilose, consequência da presença de elevada atividade de β-xilosidase. A velocidade de conversão da hemicelulose em XOs com as enzimas de T. reesei foi maior no início da reação (6 h), diminuindo a partir de 24 h, período em que inicia a produção de xilose. A influência da concentração de substrato e carga de xilanase na conversão da hemicelulose em XOs foi avaliada através de um planejamento experimental 22 com face centrada. A condição otimizada da hidrólise (2,6% substrato e 60 U/g de endo-β-1,4-xilanase) com o extrato de T. aurantiacus resultou em 42% de conversão em XOs. A otimização da hidrólise da hemicelulose com o extrato de T. reesei resultou em uma conversão máxima de 20%, com ótimo de 3,8 % de substrato e 87,5 U/g de endo-β-1,4-xilanase. A eficiência da hidrólise com enzimas de T. aurantiacus foi maior que a obtida com alguns extratos comerciais testados neste trabalho. Além disso, apresentaram capacidade de degradar hemiceluloses de diferentes fontes: bétula e semente de aveia, com composições variadas. Diferenças na composição de açúcares e teor de lignina não interferiram na ação dessas enzimas. A hidrólise enzimática mostrou-se mais apropriada para a produção de XOs do que a auto-hidrólise, que gerou predominantemente xilose e houve formação de furfural. Apesar do curto tempo de reação, a produção de XOs foi menor e há necessidade de purificação para obtenção de um produto final com características desejáveis. / Hemicellulose extracted from sugarcane bagasse was hydrolyzed by enzymes from Thermoascus aurantiacus, Trichoderma reesei and Aspergilus niger to cause the degradation of xylan to xylooligosaccharides (XOs). Hemicellulose was extracted with hydrogen peroxide in the presence of antraquinone, sodium sulphite or hydrogen peroxide. Hemicelluloses extracted with antraquinone or sulphite presented low solubility in water, which is not appropriated to enzymatic hydrolysis. To maximize the hemicellulose yields several extraction conditions were examined applying the 24 factorial design: H2O2 concentration from 2 to 6% (w/v), reaction time from 4 to 16 h, temperature from 20 to 60°C, and magnesium sulfate absence or presence (0.5%, w/v). This approach allowed selection of conditions for the extraction of low and high lignin content hemicellulose. At midpoint the yield of hemicellulose was 94.5% with more than 88% of lignin removed. Hemicellulose in 86% yield with low lignin content (5.9%) was obtained with 6% H2O2 treatment for 4 h and 20°C. This hemicellulose is much lighter in color than samples obtained at the midpoint condition and was found suitable for subsequent enzymatic hydrolysis. The molecular weight of hemicellulose was 21,000 g/mol with composition of aproximately 81% xylose, 4% arabinose, 4% glucose and 3% uronic acids, high water solubility (90 %). Enzymes for hemicellulose hydrolysis were produced by the fungi on wheat bran. Cellulases and hemicellulases were present in all extracts especially the endo-β-1,4-xylanase. The profile of production of XOs obtained on hydrolysis with enzymes from T. aurantiacus and T. reesei was similar, with the main product xylobiose, followed by xylose, xylotriose, xylotetraose and xylopentaose, and these XOs showed linear chain. The hydrolysis of hemicellulose with enzymes of A. niger produced exclusively xylose, a consequence of β-xylosidase content. The rate of conversion of hemicellulose in XOs with enzymes of T. reesei was higher at the beginning of the reaction (6 h), decreasing from 24 h, when starts the production of xylose. The influence of substrate concentration and loading of xylanase in conversion of hemicellulose to XOs was evaluated by an 22 full factorial design with centered face. Optimization of hydrolysis (2.6% substrate and 60 U/g endo-β-1,4-xylanase) with the extract of T. aurantiacus resulted in 42 % conversion XOs. The optimization with the extract of T. reesei resulted in a conversion of hemicellulose up to 20%, with optimal substrate 3.8% and 87.5 U/g endo-β-1,4-xylanase. The efficiency of hydrolysis by enzymes from T. aurantiacus was superior to commercial extracts, and showed ability to degrade hemicelluloses of different compositions (birchwood and oat spelt). The structural differences, such as branches and lignin content did not affect the action of these enzymes. The differences in the efficiency and extent of enzymatic hydrolysis by enzymes of these fungi might have occurred in function of differences in physicochemical properties and specific activity. The enzymatic hydrolysis was more appropriate for production of XOs than autohydrolysis, which generated predominantly xylose and formation of furfural. Despite of short reaction time, the production of XOs was low and purification is needed in order to obtain a final product with desirable characteristics.

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