Na produção do etanol 2G, as celulases representam um componente importante do custo. Com base em informações da literatura e resultados obtidos no Laboratório de Engenharia Bioquímica da Escola Politécnica da USP, foi feito um estudo do custo de produção das celulases via fermentação em estado sólido (FES) em escala industrial. Foram consideradas as seguintes variáveis no processo de produção das celulases, denominadas cenários de produção: concentração das celulases no meio de cultura de 1 a 150 FPU/gms; produtividade em celulases em 0,11 e 0,45FPU/gms.h; atividade de celulase na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar entre 7 e 30 FPU/g de substrato seco; massa de bagaço de cana a ser hidrolisada entre 5 e 30% do bagaço gerado numa usina sucroalcooleira de referência (1.000.000 ton. de cana-de-açúcar /ano); custo dos substratos para a FES variando entre US$6,00 a US$12,00 por tonelada para o bagaço de cana-de-açúcar (80% da massa do meio) e US$80,00 a US$110,00 por tonelada para o farelo de trigo (20% da massa do meio); capacidade volumétrica dos reatores de FES variando entre 5 e 50 m3. Os impactos das variáveis consideradas foram: concentração de celulases no meio de cultura, acima de 45FPU/gms causam reduções menores que 5% no custo de produção; produtividades iguais em celulases (0,45FPU/gms.h), apresenta um processo 11% menos custoso para aquela com maior produção de enzimas, em relação ao tempo de fermentação; destinação de até 10% do bagaço gerado pela usina, reduz em 7% o custo de produção das celulases e a dosagem de celulase não causa redução significativa nos custos de produção, assim como o custo das matérias-primas; o aumento da capacidade dos reatores de FES causam redução de até 47% no custo de produção das celulases. A análise de regressão linear das variáveis apresentadas indica qual o impacto percentual dobre o custo de produção das celulases: quantidade de bagaço de cana-de-açúcar destinado à hidrólise (0,6%), atividade enzimática para a reação de hidrólise (0,3%), produção de celulase (73,4%), volume dos reatores de inóculo (0,5%), volume dos reatores de FES (2,7%), tempo de crescimento do inóculo (0,1%), tempo de fermentação (3,7%), custo do bagaço de cana-de-açúcar (0,9%), custo do farelo de trigo (0,6%) e outras variáveis não analisadas (17,2%). Conclui-se que, com os dados atuais sobre FES, a probabilidade de se obter um processo em escala industrial com custo de produção de celulase menor que US$0,50/100.000FPU é de 15%. Desenvolvimento de culturas microbianas mais produtivas em celulases e tecnologias mais avançadas de reatores de grande escala, são necessárias à viabilidade da produção das celulases via FES para aplicação na hidrólise de celulose. / In ethanol 2G production, cellulases are an important component of the cost. Based on information from literature and results obtained in the Labotatório de Engenharia Bioquímica da Escola Politécnica da USP, a study was made of the production cost of cellulases via solid state fermentation (SSF) on industrial scale. The following variables were considered in the production of cellulases, called \"production scenarios\": the concentration of cellulase in the culture medium from 1 to 150 FPU / gms; productivity cellulases in 0.11 and 0.45 FPU / gms.h; cellulase activity in the hydrolysis of bagasse from sugar cane between 7 and 30 FPU / g substrate dry mass; cane bagasse hydrolyzed to be between 5 and 30% of sugarcane bagasse generated in a reference plant (1,000,000 ton of cane sugar per year) and the cost of substrates for SSF ranging from $ 6.00 to $ 12.00 per ton for the sugarcane bagasse (80% by weight of medium) and $ 80, 00 to $ 110.00 per ton for wheat bran (20% of the mass medium); volumetric capacity of the reactors of FES ranged between 5 and 50 m3. The impacts of the variables considered were: concentration of cellulase in the culture medium above 45FPU/gms cause reductions of less than 5% of the cost of production; for equal productivities of cellulose (0.45 FPU / gms.h) shows a process 11% less costly when the production of enzymes is higher in relation to fermentation time; using up to 10% of sugarcane bagasse generated by the reference plant, reduces by 7% the cost of production of cellulases and cellulase dosage does not cause significant reduction in production costs as well as the cost of raw materials; increasing the capacity of the reactors of FES cause a reduction of up to 47% on cost of production of cellulases. The linear regression analysis of the variables presented indicates what percentage impact the production cost of cellulases: The amount of bagasse cane sugar for the hydrolysis (0.6%), enzymatic activity for the hydrolysis reaction (0, 3%), production of cellulase (73.4%), the reactor volume of inoculum (0.5%), volume of the reactors of FES (2.7%), time of growth of the inoculum (0.1%) fermentation time (3.7%), cost of sugarcane bagasse (0.9%), cost of wheat bran (0.6%) and other variables not analyzed (17.2%). It was concluded that with current data on FES, the probability of obtaining a process on an industrial scale with production cost of cellulase less than $ 0.50/100.000FPU is 15%. Development of microbial cultures more productive in cellulases and more advanced technologies for large-scale reactors are necessary for the viability of the production of cellulases for FES for application in the hydrolysis of cellulose.

A linhagem S1M29 de Penicillium echinulatum é um fungo filamentoso cujo sistema celulolítico tem potencial para aplicação em processos de degradação de materiais lignocelulósicos visando a obtenção de produtos com interesse biotecnológico, como o etanol de segunda geração. A abundância de biomassas lignocelulósicas associada à busca por alternativas aos combustíveis fósseis faz aumentar o interesse em estudos que envolvam a elucidação dos mecanismos de secreção de enzimas lignocelulolíticas. Neste estudo, o P. echinulatum S1M29 foi crescido em condições de indução para a produção de endoglicanases, celobiohidrolases, β-glicosidases, xilanases e swoleninas. Foram avaliados os perfis enzimáticos em géis de poliacrilamida e o padrão de expressão gênica para estas proteínas. Observou-se que a produção enzimática foi favorecida pela presença de celulose Celufloc E® e bagaço de cana-de-açúcar (BCA) no meio de cultivo em comparação à glicose, sendo que o uso de resíduo de biomassa proporcionou a obtenção dos melhores rendimentos. Resultado semelhante foi atingido na análise dos perfis de secreção enzimática em gel de poliacrilamida, sugerindo ainda, a presença de uma endoglicanase constitutiva de aproximadamente 80 kDa. O estudo de qRT-PCR revelou a presença de quatro genes para endoglicanases com padrão de expressão distintos, destacando-se um acúmulo de transcritos 9779,19 vezes superior à amostra calibradora do gene egl1 em 24 h de cultivo no meio formulado com celulose Celufloc E®. Este mesmo gene gerou 1257,58 vezes mais transcritos acumulados que a amostra calibradora em meio suplementado com BCA. Na avaliação da expressão relativa do gene para celobiohidrolase obteve-se expressão superior no meio formulado com BCA em 48 h em relação ao meio com celulose Celufloc E® em 24 h, correspondendo, respectivamente, a 6464,49 e 3093,26 vezes mais transcritos acumulados que a amostra calibradora. O gene para β-glicosidase expressou-se em meio formulado com BCA no início do cultivo, embora a atividade desta enzima tenha ocorrido ao final do cultivo. A expressão de xilanases foi mais significativa com o uso de celulose Celufloc E® no meio de cultivo. Já o gene para swolenina apresenta um perfil de expressão com valores semelhantes em comparação ao uso de celulose Celufloc E® e BCA no meio de cultivo, apesar da presença de BCA ter proporcionado uma expressão mais tardia. Para todos os genes avaliados foram verificados valores muito reduzidos de expressão quando a glicose foi utilizada como fonte de carbono para o P. echinulatum. Observou-se ainda uma expressão coordenada de genes codificadores de endoglicanases, celobiohidrolase, β-glicosidase e swolenina. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq. / The strain S1M29 of Penicillium echinulatum is a filamentous fungus that presents a cellulolytic system with potential for application in the degradation process of lignocellulosic materials to obtain products of biotechnological interest, such as second-generation ethanol. The availability of lignocellulosic biomass associated with the search for alternatives to fossil fuels increases the interest in studies that involve understanding the secretion mechanisms of lignocellulolytic enzymes. In this study, P. echinulatum S1M29 was grown under inducing conditions for the production of endoglucanases, cellobiohydrolases, β-glucosidases, xylanases and swollenins. The enzyme secretion profiles were evaluated in polyacrylamide gels and the pattern of gene expression for these proteins was also assessed. It was observed that enzyme production was enhanced in the presence of cellulose Celufloc E® and sugar cane bagasse (SCB) in the culture medium compared to glucose, with the use of biomass residue providing the best yields. A similar result was obtained analyzing enzyme secretion profiles in polyacrylamide gels, suggesting the presence of constitutive endoglucanases of approximately 80 kDa. Studies with qRT-PCR revealed the presence of four genes encoding endoglucanases with distinct expression patterns, standing out an accumulation of transcripts from egl1 gene 9779.19 times higher than the calibrator sample in 24 h of growth in medium formulated with cellulose Celufloc E®. The same gene generated 1257.58 more accumulated transcripts than the reference sample in medium supplemented with SCB. Evaluation of gene expression for cellobiohydrolase yielded higher expression levels in the medium formulated with SCB in 48 h, in comparison to the medium containing cellulose Celufloc E® in 24 h, corresponding, respectively, to 6464.49 and 3093.26 more accumulated transcripts than the reference sample. The β-glucosidase gene was expressed in medium formulated with SCB at the beginning of growth, as opposed to that seen for activity of this enzyme, which occurred at the end of cultivation. The xylanase expression was more significant with the use of cellulose Celufloc E® in the culture medium. On the other hand, the gene for swollenin presents an expression profile with similar values compared to using cellulose Celufloc E® and SCB in the culture medium, although the presence of SCB has provided a later expression. Very low values of gene expression have been found for all genes evaluated when glucose was used as carbon source for P. echinulatum. A coordinated expression of endoglucanases, cellobiohydrolase, β-glucosidase and swollenin was was also verified.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS.

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Fernando Ferreira Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T10:30:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo_FlaviaCosta_D.pdf: 6145744 bytes, checksum: 199799932d8959740a6ec52e8963bcb8 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os cupins são insetos pertencentes à Ordem Isoptera, com mais de 3.000 espécies descritas. São importantes agentes de degradação de madeira e compostos celulósicos em geral. Entretanto, essas mesmas características tornam algumas das espécies danosas por destruírem estruturas de edificações, sendo responsáveis por prejuízos da ordem de milhões de dólares. Uma destas espécies-praga é o Coptotermes gestroi. Originária do sudeste asiático foi introduzida no Brasil no início do século XX, estabelecendo-se ao longo daregião costeira, mas com uma clara expansão para o interior do país. O ciclo de vida de C .gestroi inicia com a eclosão do ovo, a larva originada pode se transformar tanto em um operário (linhagem áptera) como em uma ninfa (linhagem ninfal), a qual pode originar um rei ou uma rainha. Além disso, o operário pode se transformar em soldado, sob indução do hormônio juvenil. Assim sendo, o objetivo do presente trabalho foi a avaliação da expressão gênica nas diversas castas e estágios de vida de C.gestroi visando a identificação de genes relacionados ao ciclo de vida e com possível aplicação biotecnológica. Para isso,foi deita a análise de uma biblioteca de cDNA de cabeça de operários previamente construída. Para melhor compreender genes diferencialmente expressos entre as castas,outras quatro bibliotecas subtrativas foram confeccionadas. Alguns dos genes identificados foram genes selecionados para a validação pelo método de PCR em tempo Real. O seqüenciamento de segunda geração (454) foi realizado com amostras de soldados e operários e mais de 110.000 transcritos foram identificados. Dentre eles destacam-se as Hexamerinas I e II, a epóxido hidroláse do hormônio juvenil e genes relacionados à musculatura. Quanto aos genes com potencial biotecnológico dezenove enzimas envolvidasna quebram da lignocelulose foram identificadas e serão investigadas para confirmar o papel destas neste processo. / Abstract: Termites are insects belonging to the Order Isoptera, with more than 3,000 describedspecies. These insects are important wood and cellulosic compounds degraders. However, these same characteristics make some of them harmful species to mankind, by destroying buildings, accounting for million dollars losses. One of these pest species is Coptotermesgestroi. Originated from Southeast Asia, it was introduced in Brazil in the early twentieth century, establishing colonies along the coastal region, but with a clear expansion into thecountry. The life cycle of C. gestroi works as follows: after hatching from the egg, thelarvae can become either a worker (apterous lineage) or a nymph (nymphal lineage), whichcan lead to a king or a queen. In addition, the worker can become a soldier, under inductionof juvenile hormone. Therefore, the purpose of this study was the evaluation of gene expression in different castes and developmental stages of C.gestroi in order to identifygenes related to different life cycles and biotechnological potential. To accomplish this, weanalized a workers head cDNA library previously prepared. To better understand genes differentially expressed between castes, other four subtractive libraries were constructed. Some of the genes identified were selected for validation by Real Time PCR. Secondgeneration sequencing (454) was performed with samples of workers and soldiers and morethan 110,000 transcripts were identified. Among them stand out Hexamerins I and II, thejuvenile hormone epoxide hydrolase and genes related to muscle formation. As for geneswith biotechnological potential, nineteen enzymes involved in lignocellulose's break downwere identified and will be investigated to confirm their role in this process. / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:40:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_AbraaoBrito_M.pdf: 2917750 bytes, checksum: 29760331e4f1d1b092f62811a8190fa9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Leveduras têm sido pouco estudadas na produção de amilases, celulases e gomas. As amilases podem ser utilizadas tanto na indústria de alimentos quanto na farmacêutica e química. Cada aplicação requer uma peculiaridade quanto à especificidade, estabilidade, temperatura e pH. Fungos e bactérias são as fontes mais comuns de _-amilase para uso comercial e para a pesquisa científica. As enzimas envolvidas na degradação da celulose são denominadas ¿complexo celulase¿. A aplicação de celulases produzidas por via microbiana em indústrias de papel e celulose pode viabilizar uma redução significativa do impacto ecológico promovido por este tipo de indústria. Gomas são polissacarídeos de alto peso molecular de origem vegetal ou microbiana que podem ser dissolvidos ou dispersados em água. Estes polissacarídeos desempenham papel importante como componente da maioria dos alimentos, uma vez que podem alterar expressivamente as propriedades reológicas de fluidos. Neste experimento foram selecionadas cepas de leveduras selvagens coletadas na Floresta Amazônica, Pantanal, Mata Atlântica e Cerrado capazes de produzir as enzimas dos complexos amilase e celulase (CMCase - carboximetilcelulase, celobiase e FPase ¿ atividade em papel de filtro) e, ainda, gomas. Em primeira instância, realizou-se uma triagem com verificação da capacidade produtiva das enzimas e gomas em meio sólido. Numa segunda etapa, as leveduras selecionadas do processo de triagem foram submetidas à produção das enzimas ainda em meios sólidos, com determinação da atividade. As cepas que produziram enzimas com maior atividade em meios sólidos foram também testadas em meios líquidos sob agitação de 150 rpm em temperatura controlada de 30 °C por 96 h para produção de amilases e 120 ou 240 h para produção de celulases. As leveduras potencialmente produtoras de gomas foram selecionadas comparando-se a similaridade das colônias com as da bactéria Xanthomonas campestris em meio de cultura seletivo. Das 390 cepas testadas no processo de triagem, foram selecionadas 45 cepas, consideradas potencialmente produtoras de amilases (12,31 %); 84 (21,54 %), produtoras de CMCase; 46 (11,79 %), produtoras de celulases e 35 (8,97 %), produtoras de gomas. Entre as leveduras previamente selecionadas como produtoras de enzimas em meio sólido, foram escolhidas 5 cepas produtoras de amilases e 15 produtoras de celulases para o estudo de produção de enzimas em frascos agitados. A levedura AAO15, coletada na região do Cerrado foi selecionada como maior produtora de amilase, sendo que a enzima apresentou maior atividade a 60 °C. Quanto à produção de celulases, se destacaram as cepas AQ6 na produção de CMCase e celobiase e AY7 na produção de FPase, coletadas na Floresta Amazônica e Mata Atlântica, respectivamente / Abstract: The production of amylases, cellulases and gums by yeasts has a great importance on different areas, however only a few studies has been found in literature. Amylases are enzymes that may be used in different areas, such as food, pharmaceutics and chemical industry. Each application requires specific conditions of specificity, stability, temperature and pH. Fungae and bacteria are most common source of a-amylase for commercial use and scientific research. The applicability of cellulase produced by microbial way on paper and cellulose industry leads to a significant reduction on environmental impact of these industries. Gums are high molecular polysaccharides from vegetal or microbial origin that may be dissolved or dispersed in water. Such polysaccharides play an important role in food formulation, once they can strongly modify rheological properties of fluids. In this study, different varieties of wild yeasts collected from various Brazilian regions were screened in order to evaluate their ability to produce amylase, cellulase and gums. A first screening was carried out to evaluate the ability of production of enzymes and gums in solid media. The enzymatic activity of the previously screened yeasts was calculated. The varieties with higher activity were tested in stirred media at 150 rpm and 30 °C for 96 hours for amylase, and 120 and 240 hours for cellulase. To evaluate the ability for gum production, yeasts with colonies similar to the ones of Xantomonas Campestris, at analogous conditions, were considered. Initial screening tested 390 varieties: 45 varieties produced amylase (12,31 %), 84 (21,54 %), produced CMCase; 46 (11,79 %), produced cellulases and 35 (8,97 %), produced gums. In solid media, 5 and 15 yeasts were selected for the study of amylase and cellulase production, respectively. Such yeasts were submitted to stirred media assays. The coded AAO15 yeast, from ¿Cerrado¿, has shown the highest amylolitic activity at 60 °C. For cellulolitic activity, coded yeast AQ6 from Amazon Forest, has shown higher CMCase and cellobiase activity, while AY7, from Mata Atlantica, has shown higher FPase activity / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valerio_AmandaAbdalla_D.pdf: 3553304 bytes, checksum: 97ba97062f1c23d4b29447c0b9a7316d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.-) são enzimas que hidrolisam ligações glicosídicas. Neste trabalho realizamos estudos funcionais e estruturais de duas glicosídeo hidrolases: a celulase XF0810 de Xylella fastidiosa e a lisozima digestiva 1 de Musca domestica (MdL1). A celulase XF0810 está anotada no genoma da X. fastidiosa como membro da família 5 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.4). Após a amplificação, clonagem, expressão e purificação da mesma; prosseguimos com os experimentos de filtração em gel analítica, dicroísmo circular, DLS, ensaio enzimático e cristalização desta proteína. Foi feito um estudo de modelagem onde ficou evidenciado que a XF0810 não pertenceria à família 5 pois quatro dos sete resíduos conservados que caracterizam esta família foram substituídos, incluindo os dois resíduos catalíticos de glutamato essenciais para o mecanismo de clivagem de retenção. Isto foi comprovado através da ausência de atividade nos ensaios feitos com a proteína purificada. A MdL1 pertence à família 22 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.17) e foi cristalizada com o ligante Nacetilquitotetraosídeo para a difração de raios X. A resolução da estrutura (2H5Z no PDB) foi realizada por meio do método de substituição molecular tendo como modelo a estrutura nativa. A análise comparativa da MdL1 com outras lisozimas de quatro classes diferentes de animais mostrou grande semelhança e pequenas diferenças apenas na região das voltas. Estas diferenças foram utilizadas para explicar as características especiais de uma lisozima com função digestiva. A volta na região definida pelos resíduos 98-100 apresenta uma deleção na MdL1, tornado-a menos exposta ao solvente, podendo justificar a resistência à proteólise. O resíduo Gln100 participa de uma interação com o ligante. Os resíduos Thr107 e Asn46 são apontados como responsáveis pelo decréscimo dos pKa dos grupos carboxilas dos resíduos catalíticos Glu32 e Asp50, respectivamente. A diminuição dos pKa explica o pH ótimo mais ácido característico de lisozimas digestivas / Abstract: Glycoside hydrolases (EC 3.2.1.-) are enzymes that hydrolyze glycoside bonds. In this work we studied functional and structural features of two glycoside hydrolases: the cellulase XF0810 of Xylella fastidiosa and the digestive lysozyme 1 of Musca domestica (MdL1). The cellulase XF0810 is annotated in the genome of X. fastidiosa as member of family 5 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.4). After the amplification, cloning, expression and purification of XF0810; we continued with the experiments of analytical gel filtration, circular dichroism, DLS, enzymatic assay and crystallization of this protein. A homology model was built which showed that XF0810 did not belong to family 5 because four of seven conserved residues that characterize the family were substituted, including the two catalytic residues of glutamate that are essential for the retention hydrolysis mechanism. This was further confirmed by the absence of activity in the assays (exocellulase with PNPc) performed with the purified protein. The MdL1 belongs to the family 22 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.17) and was crystallized with the ligand N-acetilchitotetraose for X-ray diffraction. The resolution of the structure (2H5Z in PDB) was accomplished by molecular replacement with the native structure as the searching model. The comparative analysis of MdL1 with other lysozymes of four different classes of animals showed a high similarity and few differences appeared only in the loops¿ regions. These differences were used to explain the special characteristics of the lysozyme with a digestive function. The loop in the region defined by residues 98-100 presents one deletion in the MdL1, becoming less exposed to the solvent, this might justify the proteolysis resistance. The residue Gln100 participates directly in an interaction with the ligand. The residues Thr107 and Asn46 are pointed out as responsible for a reduction in the pKa of the carboxyl groups of catalytic residues Glu32 e Asp50, respectively. The reduction in pKa explains the more acidic pH optimum that characterizes the digestive lysozymes / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-01T14:42:20Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielle Pires Nogueira - 2016.pdf: 2016091 bytes, checksum: eb50931397d77906f88aaeec4a5fa5d0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-01T14:42:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielle Pires Nogueira - 2016.pdf: 2016091 bytes, checksum: eb50931397d77906f88aaeec4a5fa5d0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-01T14:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielle Pires Nogueira - 2016.pdf: 2016091 bytes, checksum: eb50931397d77906f88aaeec4a5fa5d0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 / Due to the recent research for new fuels from renewable sources ethanol has been gaining momentum, because it can be produced from diverse raw materials, such as agro-industrial residues. The objective with this work was to study the production of reducing sugar by dilute acid, and enzymatic hydrolysis of the orange bagasse from juice industry. The orange bagasse was collected, cut into pieces, and crushed. Granulometry, and the contents of moisture, ashes, holocellulose, cellulose, hemicelulose, soluble and insoluble lignin were determined. The pre-treatment was done with calcium hydroxide following what was previously tested by Silva et al. (2013). A pre-test of the enzymes combination was done using 2 g of pre-treated biomass, in dry base, using 3 FPU/mL of cellulase, and 0 U/g and 3 U/g of xylanase. For the hydrolysis two central composite factorial 2³ designs were done, with the answer in total reducing sugars (ART). For the dilute acid hydrolysis the factors were HCl concentration, temperature, and time, and for the enzymatic the concentrations of cellulase and xylanase and time. The granulometry showed that 47.75% of the biomass with diameter over 0.833 mm, 32.84% of the biomass with an average diameter of 0.564 mm, and 19.41% of the biomass with diameter under 0.295 mm. The moisture content prior to drying was 84.69% and 7.38%, the ashes content was 3.79%. The cellulose content was 22.90% and the hemicellulose was 3.39%. The lignin content was 9.90%. The reducing sugar results for the acid hydrolysis varied from 9.32±0.68 mg ART per g of biomass to 30.15±0.31 mg ART per g biomass, the most significant factor was temperature, and the least was time. It was not possible to find the optimum region with the studied factors. The reducing sugar results for the enzymatic hydrolysis varied from 75.33±3.82 mg ART per g biomass to 99.66±0.62 mg ART per g biomass, the most significant factor was the cellulase concentration, and the least significant the xylanase concentration. The studied factors did not show the optimum region to maximize the reducing sugars content. The enzymatic hydrolysis produced larger concentrations of reducing sugars than the acid hydrolysis. / Frente as recentes buscas por novos combustíveis de fontes renováveis o etanol de segunda geração tem ganhado força, por poder ser produzido a partir de diversas matérias primas lignocelulósicas, como os resíduos agroindustriais. Objetivou-se com este trabalho estudar a geração de açúcares redutores por hidrólises ácida diluída e enzimática do bagaço de laranja proveniente da indústria de suco. O bagaço de laranja foi coletado, cortado, seco e moído. Granulometria, umidade, cinzas, concentrações de holocelulose, celulose, hemicelulose e lignina solúvel e insolúvel foram determinadas. O pré-tratamento foi realizado com hidróxido de cálcio de acordo com o previamente testado por Silva et al. (2013). Foi realizado um pré-teste da combinação das enzimas. Para as hidrólises foram feitos dois planejamentos fatoriais do tipo composto central 2³, com resposta em açúcares redutores totais (ART). Para a hidrólise ácida diluída os fatores estudados foram concentração de HCl, temperatura e tempo de hidrólise, na enzimática as concentrações de celulase e hemicelulase e o tempo. Na análise granulométrica encontrou-se 47,75% da biomassa com diâmetro superior a 0,833 mm, 32,84% de biomassa com diâmetro médio de 0,564 mm e 19,41% com diâmetro inferior a 0,295 mm. A umidade da biomassa antes da secagem foi de 84,69%, depois da secagem de 7,38% e as cinzas 3,79%. O conteúdo de celulose foi de 22,90% e o de hemicelulose 3,39%. O conteúdo de lignina foi de 9,90%. Houve uma perda de massa média de 30,03% no pré-tratamento. O pré-teste indicou um efeito positivo na combinação das enzimas para geração de açúcares redutores. Os resultados de açúcares redutores da hidrólise ácida variaram de 9,32±0,68 mg ART por g de biomassa a 30,15±0,31 mg ART por g biomassa, o fator mais significativo foi a temperatura e o menos o tempo, não foi possível encontrar a região ótima com os fatores estudados. Os resultados de açúcares redutores da hidrólise enzimática variaram de 75,33±3,82 mg ART por g biomassa a 99,66±0,62 mg ART por g biomassa, o fator mais significativo foi a concentração de celulase e o menos a concentração de xilanase. Com os fatores estudados não foi possível encontrar a região ótima de geração de açúcares redutores. A hidrólise enzimática gerou maiores concentrações de açúcares redutores que a hidrólise ácida.

Periplaneta americana apresenta em seu tubo digestivo pelo menos oito atividades β-glucanásicas distintas. Destas, cinco puderam ser purificadas até a homogeneidade e parcialmente caracterizadas. LAM (Mr=46.000) apresenta atividade exclusiva sobre laminarina, é inibida por altas concentrações de substrato e gera oligossacarídeos de baixo grau de polimerização (1 a 4) a partir de laminarina solúvel. LIQl (Mr=24.600) é capaz de hidrolisar laminarina e liquenana, produzindo oligossacarídeos de grau de polimerização 1, 2 e 4 a partir de laminarina solúvel e um único oligossacarídeo (grau de polimerização entre 3 e 4) a partir de liquenana. LIQ 2 (Mr= 22.300) é capaz de clivar laminarina e liquenana e é inibida por laminarina, clivando apenas ligações internas ao polímero. CELl e CEL2 (Mr=71.600 e 72.700) clivam liquenana e carboximetilcelulose, também atacando apenas ligações internas destes polissacarídeos. CELl e CEL2 também são capazes de atacar celulose cristalina. Todas as β-glucanases purificadas apresentam um pH ótimo em torno de 6,0, próximo ao pH luminal, e são relativamente estáveis em condições fisiológicas. Estas enzimas são purificadas a partir da fração solúvel do tubo digestivo do inseto em quantidades muito pequenas (até 7µg), o que inviabiliza sua caracterização estrutural refinada. Além destas proteínas, o sistema β-glucanásico de P. americana conta com duas celulases de baixo peso molecular (Mr= 15.000 e 17.000), e uma atividade ainda não caracterizada. Aparentemente, estas enzimas estão envolvidas na digestão incompleta da celulose e hemiceluloses ingeridas pelo inseto. LIQ 1 possui capacidade lítica sobre células de Saccharomyces cerevisiae, podendo estar envolvida na defesa do epitélio contra agentes infecciosos. / P. americana midgut has at least eight β-glucanases. Five were purified and partially characterized. LAM (Mr=46,000) is active only upon soluble laminarin, is inhibited by high amounts of substrate, and releases small oligosaccharides (1 to 4 glucoses). LIQ1 (Mr=24,600) is active upon laminarin and lichenan, releasing oligosaccharides with 1,2 and 4 glucosyl residues from soluble laminarin and only one oligossacharide, with a degree of polimerization between 3 and 4, from lichenan. LIQ2 (Mr=22,300) is active upon laminarin and lichenan and hydrolyzes only internal bond. CEL1 and CEL2 are active upon lichenan and carboxymethylcellulose, hydrolyzing internal bonds in these substrates. CEL1 and CEL2 also attack AVICEL. All β-glucanase activities have an optimum pH around 6.0 (near luminal pH) and are stable under physiological conditions. These enzymes are purified in very low amounts (up to 7µg from 10 animais). P. americana &#946,-glucanasic system also has two cellulases of low molecular weight (Mr= 15,000 and 17,000), and another not yet characterized. Probably these enzymes are involved in incomplete digestion of cellulose and hemicellulose ingested by the insect. LIQ 1 lyses Saccharomyces cerevisiae cells, and may be involved in epithelium defense against microorganisms.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-05-25T11:53:11Z No. of bitstreams: 2 Indianara Kawana Bueno.pdf: 2050489 bytes, checksum: 3865a86596759f1ff761267b04d8a615 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T11:53:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Indianara Kawana Bueno.pdf: 2050489 bytes, checksum: 3865a86596759f1ff761267b04d8a615 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / The research for renewable energy sources became even more essential due the imminent depletion of the fossil fuel sources. In this context Brazil has a prominent position on the world stage, since it has already used ethanol from sugar cane for some decades. The second generation ethanol (2G) is produced from the lignocellulosic biomass of the vegetable, which is composed by cellulose, hemicellulose and lignin. The hydrolysis of these compounds requires a specific and high cost enzymatic cocktail. On this scenario, the Trichoderma reesei fungus gains spotlight, since it is one the microorganisms with the highest potential to produce hydroliytic enzymes. Therefore, the attempt to increase the cellulases production of this fungus is an important for the production of biofuels more attractive to the market. The aim of this work is to confirm the deletion of the sequence which codifies the zinc finger motif of the transcription factor ACE1 for cellulose repression from the T. reesei RUT-C30 strain and to characterize the enzymatic production of these mutant strains named T. reesei RUT-C30Δzface1. The enzymatic quantification was carried using the substrates carboxymethyl cellulose, microcrystalline cellulose and Whatman paper filter. The deletion confirmation occurred by the absence of the amplification gene ace1 on the mutants and the amplification of a 429 pb fragment of the RUT-C30 parental strain when the same primers and PCR conditions where used. These results suggest that the deletion of the zinc finger motif of the from ACE1 transcription factor is a prominent way to achieve an economically viable production of bioethanol. / Com a depleção eminente das fontes de combustíveis fósseis, torna-se cada vez mais imprescindível a busca por fontes renováveis de energia. Neste âmbito, o Brasil tem destaque no cenário mundial, pois já utiliza o etanol a partir da cana-de-açúcar há algumas décadas. O etanol de segunda geração (2G) é produzido a partir da massa lignocelulolítica do vegetal, que é composta de celulose, hemicelulose e lignina. A hidrólise desses compostos necessita de um coquetel enzimático específico e de alto custo. Neste cenário, o fungo Trichoderma reesei ganha destaque, pois é um dos microrganismos com maior potencial para produção de enzimas hidrolíticas. Desta forma, as tentativas de aumentar a produção de celulases desse fungo, torna a produção do bioetanol uma alternativa mais atrativa ao mercado. Este trabalho teve como objetivos confirmar a deleção da sequência que codifica o dedo de zinco do fator de transcrição do repressor de celulase ACE1 da linhagem T. reesei RUT-C30 e caracterizar a produção enzimática dessas linhagens mutantes denominadas T. reesei RUT-C30Δzface1. A confirmação de deleção ocorreu pela ausência de amplificação do gene ace1 nos mutantes e amplificação de um fragmento de 479 pb na linhagem parental RUT-C30, quando utilizados os mesmos primers e condições de reação de PCR. A dosagem enzimática com os substratos carboximetilcelulose (CMC), celulose microcristalina (Avicel®) e papel de filtro Whatman (PF), mostraram que o RUT-C30Δzface1 tem a atividade celulolítica aumentada em até 3,2 vezes em Avicel e 2,1 vezes em CMC e PF em comparação à linhagem parental RUT-C30. Em 24 horas de hidrólise os mutantes apresentaram liberação de açúcar 1,4 vezes maior em relação ao RUT-C30. Estes resultados sugerem que a deleção parcial do fator de transcrição ACE1 é um proeminente caminho para a conquista de uma produção de bioetanol economicamente viável.

Orientadores: Florencia Cecilia Menegalli, Franciele Maria Pelissari Molina / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-25T00:00:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tibolla_Heloisa_M.pdf: 30429584 bytes, checksum: 643238deef75b3825c3b74575e11f722 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A presente dissertação objetivou estudar o potencial da técnica de hidrólise enzimática na produção de nanofibras de celulose (NFCs) a partir da casca de bananas verdes da variedade "Terra" (Musa paradisiaca). Na primeira etapa do trabalho, o farelo da casca da banana foi caracterizado com base em suas propriedades físico-químicas, funcional e estrutural. Na segunda etapa, testou-se combinações de tratamentos (químico, hidrólise enzimática e tratamento mecânico) para isolar nanofibras de celulose. Na terceira etapa do trabalho avaliou-se a influência das condições de processo (pH, temperatura, concentração de enzima e concentração de substrato) na hidrólise enzimática com xilanase. Os experimentos foram realizados empregando-se um planejamento fatorial fracionado 24-1 com três pontos centrais. As NFCs foram caracterizadas quanto ao diâmetro, distribuição do comprimento, potencial zeta, grupos funcionais por FTIR, cristalinidade por difração de raios-X (DRX), concentração de NFCs produzidas e característica morfológica por microscopia eletrônica de transmissão (MET). A quarta e última etapa, foi realizada com o intuito de estudar a adição de mais uma hidrólise enzimática, usando o complexo celulolítico, na produção de NFCs. O farelo apresentou uma estrutura irregular, com teor de celulose de 7,5% e índice de cristalinidade de 15%. A presença de componentes amorfos (hemicelulose e lignina) foi constatada no farelo através da análise de grupos funcionais. Como resultados da segunda etapa, foram obtidas partículas de celulose em dimensões micro e nanométricas, evidenciando que o tratamento com potencial para produzir NFCs foi o branqueamento do farelo com KOH 5%, hidrólise enzimática com xilanase e celulase e após, desintegração das fibrilas com homogeneização mecânica, obtendo-se partículas com diâmetro médio de 14,9 nm. Na terceira etapa da pesquisa, as imagens da microscopia confirmaram que o tratamento com a enzima xilanase foi eficaz no isolamento de fibras de celulose na escala nanométrica. O diâmetro médio apresentado pelas mesmas foi de 8,8 nm. Em água neutra, as suspensões de nanofibras apresentaram potencial zeta alto e negativo, na faixa de -22,8 e -29,5, o que minimiza as interações que levam à formação de agregados de nanofibras, colaborando para a formação de uma suspensão coloidal mais estável. O índice de cristalinidade do farelo foi de 15,0% e das nanofibras variou entre 48,5 e 61,0%, demonstrando que o tratamento utilizado promoveu a remoção das frações amorfas. Os resultados obtidos a partir do planejamento fatorial mostrou que a enzima xilanase opera sobre o isolamento do NFCS em uma ampla faixa de condições do processo, dentro do intervalo de estudo. Os resultados encontrados na quarta etapa demonstraram que as cadeias de celulose das nanofibras foram reduzidas à monômeros de açúcares, principalmente glicose, visto que o complexo celulolítico atua de forma sinérgica na degradação total da celulose. O farelo da casca de banana é um resíduo agroindustrial com potencial uso para produção de nanopartículas. A hidrólise enzimática com xilanase mostrou-se ser uma técnica promissora na produção de nanofibras de celulose com alto desempenho como material de reforço em compósitos, sendo desnecessária a realização de um tratamento com a enzima celulase / Abstract: This dissertation aimed to study the potential use of the technique of enzymatic hydrolysis in the production of cellulose nanofibers (CNFs) from peel unripe bananas of the variety "Terra" (Musa paradisiaca). In the first stage of the work, the bran of the peel banana was characterized on the basis of their physicochemical, structural and functional properties. In the second stage, to isolate cellulose nanofibers, we tested combination of treatments (chemical, enzymatic hydrolysis and mechanical treatment). In the third stage of the study was evaluate the influence of process conditions (pH, temperature, enzyme concentration and substrate concentration) on enzymatic hydrolysis with xylanase. The experiments were performed employing a fractional factorial design 24-1 with three center points. The NFCS were characterized by diameter, length distribution, zeta potential, functional groups by FTIR, crystallinity by X-rays diffraction (XRD) and morphology features by transmission electron microscopy (TEM). The fourth and final stage was performed in order to study the efficiency of further enzymatic hydrolysis using cellulolytic complex to produce NFCS. The bran presented an irregular structure, with amount of cellulose of 7.5% and the crystallinity index of 15%. The presence of amorphous components (hemicellulose and lignin) was noted in the bran by functional groups analysis. As a result of the second stage, cellulose particles in micro and nanometric dimensions were obtained, indicating that the treatment with the potential to produce NFCS was bleaching bran with KOH 5%, enzymatic hydrolysis with cellulase and xylanase and after mechanical homogenization for disintegration of the fibrils, yielding particles with an average diameter of 14.9 nm. In the third step of research, the images of the microscope confirmed that the treatment with enzyme xylanase was effective in the isolation of cellulose fibers in the nanoscale. The average diameter presented by the same was 8.8 nm. In neutral water, suspensions of nanofibers showed high and negative zeta potential in the range of -22.8 and -29.5, which minimizes the interactions that lead to the formation of aggregates of nanofibers, contributing to the formation of a colloidal suspension more stable. The crystallinity index of the bran was 15.0% and the nanofibers was between 48.5 and 61.0%, demonstrating that the treatment promoted the removal of the amorphous fractions. Results obtained from the factorial design showed that xylanase enzyme operates on the isolation of the NFCS in a wide range of process conditions, within the evaluated range. The results found in the fourth step showed that the cellulose chains of the nanofibers were reduced to monomers sugars, especially glucose, since the cellulolytic complex acts synergistically in overall degradation of cellulose. The bran banana peel is an agricultural waste with potential use for production of nanoparticles. The enzymatic hydrolysis with xylanase was shown to be a promising technique for producing cellulose nanofibers with high performance as reinforcing material in composites, due to its ability to make it unnecessarily performing a treatment with cellulase enzyme, which was detrimental to the formation of NFCS / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestra em Engenharia de Alimentos