Made available in DSpace on 2014-07-29T15:26:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Wagner Rodrigues de Carvalho.pdf: 2607795 bytes, checksum: 19e8481b5eb319af71b9e1f22666f1d9 (MD5) Previous issue date: 2008-06-30 / Xylanases have been used in the biobleaching of paper pulps, in bioconversion of plant biomass, for food and feed industries, among others. For successful selection of xylanases suitable for specific industrial applications it is important to characterize enzymes isolated from different sources. The thermophilic fungus Humicola grisea var. thermoidea is described as a good producer of extracellular endoxylanases and the Hxyn2 gene from this fungus was isolated and expressed in yeast Pichia pastoris. The aim of this project was focused on the production, purification and biochemical characterization of the recombinant HXYN2 (HXYN2r) enzyme and application on enzymatic hydrolysis of lignocellulosics substrates. The culture conditions of P. pastoris in flasks, using the 12.3 transformant and BMMY-U medium, were optimized and the best xylanolytic activity was 478.2 U/mL after 96 h, with a protein concentration of 100 mg/L, using 2.34% (w/v) of nitrogen sources (yeast extract plus urea 1.34:1.0% - w/v), 1% (v/v) of methanol, and OD600 of 10. The HXYN2r enzyme was purified by gel filtration chromatography with a yield of 6.4% and showed optimum pH and temperature values of 6.5 and 60ºC, respectively, maintaining 100% of initial activity after 4 h of incubation at pH 5.5, 6.5 and 7.5. The half-life time was 18 min at 60ºC and the enzyme was 100% stable after 3 h of incubation at 50ºC. Km and Vmax values were 7.9 mg/mL e 235.4 μmol/(mL.min), respectively. The HXYN2r enzyme were used on the enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse (SCB), corn cob (CC) and foliar sample of sugarcane (FSC) alone or with the enzymes of xylanolytic and cellulolytic system produced by H. grisea fungus. For enzymatic hydrolysis experiments, the substrates were milled and pretreated with 0.25% (w/v) of H2SO4 by 30 min. On the enzymatic hydrolysis the best conversion yield of hemicellulosic fractions were obtained using PpHXYN2r supplemented with EHg: 42.8% to CC, 9.6% to SCB and, a mean of 20% to foliar samples. / As endoxilanases têm sido utilizadas no biobranqueamento da polpa de papel, na bioconversão da biomassa de plantas, nas indústrias alimentícias e de ração animal, entre outras. Para a seleção de endoxilanases que possam ser empregadas em processos industriais específicos é importante caracterizar enzimas isoladas de diferentes fontes. O fungo termofílico Humicola grisea var. thermoidea é um bom produtor de endoxilanases extracelulares e o gene que codifica uma das endoxilanases (HXYN2) deste fungo foi isolado e expresso na levedura Pichia pastoris. O presente trabalho se concentrou na produção, purificação e caracterização bioquímica da endoxilanase recombinante HXYN2 e na sua aplicação na hidrólise enzimática de substratos lignocelulósicos. As condições de cultivo da levedura P. pastoris em frascos, utilizando o transformante 12.3 e o meio BMMY-U foram otimizadas e obteve-se uma atividade xilanolítica de 478,2 U/mL após 96 h de cultivo, com uma concentração de 100 mg/L de proteínas, utilizando 2,34% (p/v) de fontes de nitrogênio (extrato de levedura e urea 1,34:1,0% - p/v), 1% (v/v) de metanol e DO600 de 10. A enzima HXYN2r foi purificada por cromatografia de filtração em gel com um rendimento de 6,4% e apresentou pH e temperatura ótimos de 6,5 e 60ºC, respectivamente, mantendo 100% da atividade inicial após 4 h de incubação nos pH s 5,5, 6,5 e 7,5. O tempo de meia-vida foi de 18 min a 60ºC e a enzima manteve 100% da atividade após 3 h de incubação a 50ºC. Os valores de Km e Vmáx foram 7,9 mg/mL e 235,4 μmol/(mL.min), respectivamente. A enzima HXYN2r foi aplicada na hidrólise enzimática de sabugo de milho (SM), bagaço de cana-de-açúcar (BCA) e palha de cana-de-açúcar (PCA) sozinha ou em conjunto com as enzimas do sistema xilanolítico e celulolítico produzidas pelo fungo H. grisea. Para os experimentos de hidrólise enzimática os substratos testados foram moídos e submetidos a uma etapa de pré-tratamento com 0,25% (p/v) de H2SO4 por 30 min. Nos ensaios de hidrólise enzimática as melhores taxas de conversão da fração hemicelulósica dos substratos foram obtidas utilizando-se a PpHXYN2r suplementado com o EHg: 42,8% para o SM; 9,6% para o BCA e, em média 20% para as amostras foliares.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Medeiros Bastos.pdf: 1326982 bytes, checksum: fa537bd70ed08e84642f9fc192266e56 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / Endoxylanases are the main group of enzymes involved in the hydrolysis of xylan. This enzymes have application in industrial proposes, like as drink, food, feed, clothes industries and for bleaching cellulose paper pulps. In bread making the xylanases have been used to improve processing and product quality of loaf, leading soft dough and loaf with larger volume as well as an improved crumb structure. The xylanolitic enzymes produced by filamentous fungi constitute an enzymatic pool with distinct activities which make their use in industrial process more difficult, the obtainment of recombinant microorganisms constitutes a strategy to achieve suitable enzymes to industrial process. The thermophilic fungus Humicola grisea var. thermoidea has proved to be a good source of xylanolitic enzymes. The gene Hxyn2 from H. grisea codes a xylanase with 23 kDa that belongs to G/11 family of glycosil-hydrolases. Its cDNA was cloned in the vector pHILD2 and expressed in yeast Pichia pastoris under the control of the promoter AOX1. The transformants were chosen trough genetic stability and capacity to produce and secrete the enzyme HXYN2r into culture medium. The purified HXYN2r showed a high xylanolitic activity with an optimum temperature of 60 ºC and an optimum pH value of 6.5. The aim of this project was the production, purification and application of HXYN2r enzyme in bread making tests. The production in the optimized medium obtained 100 mg of active xylanase per liter of medium BMMY-U. This quantify of enzyme presented 40% of the total proteins in culture supernatants. The proteins of culture supernatants was concentrated by liofylization and fractionated by into a chromatographic column of gel filtration Sephacryl S-100. The purified xylanase presented specific activity of 2250 U/mg and the purification profit was 6.4%. The 23 kDa protein was confirmed by the activity on Zymogram assay. The pure xylanase was added at the rate of 45 and 90 U/Kg of wheat flour in the bread making tests. In this rates it was not observed any effect of xylanase in specific volume either in crumb structure. The HXYN2r enzyme was partially purified by a heat treatment (45 min at 60 °C) and was concentrated by liofylization and a yield of 17.9% was obtained. The partially purified HXYN2r was added at the rates of 500, 1500, 3000, 4500 and 6000 U/kg of wheat flour. The added xylanase improved the specific volume and the crumb structure, but any effect was observed in the moisture content of the loaf. The best result was the rise of 16.0 % in loaf specific volume with the dose of 3000 U/kg of wheat flour. This effect was similar to the obtained with a commercial xylanase added to the dough in equal dose. The results presented suggest that the xylanase from H. grisea can be used in bread making to improve specific volume. / As endoxilanases formam o principal grupo de enzimas hidrolíticas envolvidas na degradação da xilana. Estas enzimas têm vasta aplicação no setor industrial, como nas indústrias de bebidas, alimentícia, têxtil, de rações e de celulose (biobranqueamento). As xilanases têm sido empregadas na panificação para melhorar o processamento e a qualidade do pão, levando a obtenção de uma massa mais macia, pães com maior volume e com melhor estrutura de miolo. As enzimas xilanolíticas produzidas por fungos constituem um conjunto enzimático com atividades distintas, dificultando a sua utilização direta nos processos industriais. Uma estratégia utilizada atualmente se baseia na obtenção de microrganismos recombinantes que produzam enzimas com atividades específicas e adequadas aos diferentes processos industriais. O fungo termofílico Humicola grisea var. thermoidea tem sido uma boa fonte de enzimas xilanolíticas. O gene Hxyn2 deste fungo codifica uma endoxilanase de 23 kDa pertencente a família G/11 das glicosil hidrolases. Para a produção da enzima recombinante HXYN2r, o cDNA correspondente ao gene Hxyn2 (cDNA-xyn2) foi clonado no vetor pHILD2 e expresso na levedura P. pastoris sob o controle do promotor AOX1. Os transformantes foram selecionados quanto à estabilidade genética e capacidade de produzir e secretar a enzima HXYN2r ativa para o meio de cultura. A enzima HXYN2r purificada apresentou temperatura ótima a 60°C e pH ótimo de 6,5. O presente trabalho teve como objetivo a produção, purificação e aplicação da enzima HXYN2r em testes de panificação. A produção da enzima foi realizada em condições ótimas, obtendo 100 mg de proteína/L de meio BMMY-U (Meio de cultura complexo contendo metanol e uréia), sendo que a quantidade de enzima no meio de cultura representou 40% do total das proteínas secretadas. Para a purificação de HXYN2r, as proteínas do sobrenadante de cultura foram concentradas por liofilização e fracionadas por cromatografia de gel filtração S-100. A enzima purificada apresentou uma atividade específica de 2250 U/mg, com um rendimento de purificação de 6,4%. A proteína de aproximadamente 23 kDa foi confirmada pela presença de uma banda de xilanase no gel de zimograma. A enzima pura foi adicionada à massa para testes de panificação nas concentrações de 45 e 90 U /kg de farinha, nestas concentrações não foi observado alteração no volume específico dos pães e nem na estrutura do miolo. A enzima HXYN2r também foi parcialmente purificada por tratamento térmico (60 °C por 45 min) e concentrada por liofilização, obtendo um rendimento de 17,9 %. A enzima HXYN2r parcialmente purificada foi testada na panificação nas concentrações de 500, 1500, 3000, 4500 e 6000 U/Kg de farinha. A suplementação da xilanase aumentou o volume específico dos pães, melhorou a estrutura do miolo e não foi observada nenhuma alteração no conteúdo de umidade dos pães em relação ao pão controle. O melhor resultado apresentado foi o aumento de 16,0 % no volume específico dos pães suplementados com 3000 U de HXYN2r por quilo de farinha, resultado semelhante ao obtido com a adição de uma preparação enzimática comercial contendo xilanase nas mesmas concentrações. Os resultados apresentados sugerem que a xilanase do H. grisea pode ser usada na panificação para a melhoria do volume específico dos pães.