Orientador: Helena Teixeira Godoy / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:39:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_EleniceCarlaEmidio_M.pdf: 877481 bytes, checksum: 0115f62caab877a3e3e74dfe26ca0466 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: No Brasil, o feijão obteve ampla difusão cultural e atualmente o país é considerado o maior produtor e consumidor do grão. Essa leguminosa é citada internacionalmente como uma fonte de folatos, um grupo de vitaminas pertencentes ao complexo B. Entretanto, é quase inexistente o levantamento de dados sobre o teor de folatos em feijões brasileiros. Os folatos participam de dois processos biológicos importantes: o ciclo de metilação, que consiste na transferência de carbonos e a biossíntese do DNA, fundamental para a manutenção das células. Sua deficiência está relacionada a problemas na formação do tubo neural em fetos, doenças cardiovasculares e alguns tipos de câncer. Deste modo, torna-se necessário um método eficiente para detectar e quantificar os folatos presentes nas diferentes variedades de feijão consumidas no país. O objetivo do trabalho foi determinar o teor de folatos por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), utilizando diferentes métodos de hidrólise enzimática, além de aplicar o método em quatro variedades de feijão comum (carioca, preto, vermelho e branco) e uma variedade de feijão de corda, avaliando o efeito do cozimento sobre os folatos presentes. Em comparação como os outros tratamentos, apenas o tratamento tri-enzimático foi mais eficiente na identificação e quantificação dos folatos. Nos feijões, foram detectatos somente o tetraidrofolato (THF) e o 5-metiltetraidrofolato (5-MTHF). Os folatos foram separados utilizando uma coluna C18 como fase estacionária, solução acidificada com ácido acético/acetonitrila como fase móvel, e detectados por fluorescência (?exc. 290 nm e ?emis 360 nm). Os limites de detecção e quantificação foram, respectivamente, 0,9 ng/mL e 5,4 ng/mL para o THF, e 0,7 ng/mL e 4,2 ng/mL para o 5-MTHF. O método apresentou linearidade na faixa de trabalho, além de repetitividade e reprodutibilidade. Nos feijões crus o teor de THF variou de 20,3 a 1484 µg/100g e o teor de 5-MTHF variou de não determinado a 60 µg/100g. Já nos feijões cozidos, que foram processados de acordo com a recomendação dos fabricantes, o teor de THF variou de 15,3 a 1207 µg/100g, e de 5-MTHF variou de não determinado a 31,3 µg/100g. Observou-se que as perdas por processamento foram significativas e diferentes entre as variedades de feijões, sendo o 5-MTHF o composto mais suceptível. Além disso, as perdas foram ainda maiores quando o feijão foi submetido ao remolho antes do cozimento, como no feijão branco. No feijão de corda foram encontrados os maiores teores de folatos, embora tenha sido encontrado apenas o THF. Houve diferenças significativas entre os três lotes de cada variedade, que pode ser devido à diversidade das condições de cultivo e variação de genótipos do feijão. Os dados mostram que o feijão brasileiro é uma boa fonte de folatos presentes na dieta / Abstract: The beans have been widespread used as a traditional food in Brazil and nowadays the country is the largest producer and consumer of this grain. This legume is referred internationally as a source of folates, which belong to the group of vitamins B complex. However, the data about folates from Brazilian beans are almost nonexistent. Folates take part in two important biological processes: the methylation cycle, that is the transfer of carbon, and the biosynthesis of the DNA, essential for cell maintenance. The folates deficiency is related to problems in neural tube formation in fetuses, cardiovascular disease and some cancers. Thus, it becomes necessary to develop an efficient method for detecting and quantifying folate present in different varieties of beans consumed in Brazil. The aim of this study was to determine the content of folates by high performance liquid chromatography (HPLC), using different enzymatic hydrolysis methods, and apply the method on four common bean (carioca, black, white and red) and a cowpea, as well as evaluating the effect of cooking process on the content of folates. The tri-enzyme treatment compared to other treatments was the most efficient for identification and quantification of the folates. Only the tetrahydrofolate (THF) and 5-methyltetrahydrofolate (5-MTHF) were detected in the beans. Folates were separated using a C18 column as the stationary phase, acidified solution with acetic acid/acetonitrile as the mobile phase, and were detected by fluorescence (290 nm and ?exc. ?emis 360 nm). The limits of detection and quantification were, respectively, 0.9 ng/mL and 5.4 ng/mL for THF, and 0.7 ng/mL and 4.2 ng/mL for 5-MTHF. The method was linear in the working range including repeatability and reproducibility. In raw beans the THF content ranged from 20.3 to 1484 µg/100g and the amount of 5-MTHF ranged from 60 µg/100g to not determined. Whereas for the cooked beans, which were cooked according to the manufacturer's recommendations, the content of THF ranged from 15.3 to 1207 µg/100g and the amount of 5-MTHF ranged from 31.3 µg/100g to not determined. It was observed that the losses due the process were significant between the different varieties of beans, were the 5-MTHF compound was more susceptible to degradation. Furthermore, the losses were even greater when the beans were subjected to soaking before cooking, as in white beans. In cowpea were found the highest levels of folates, although it has been found only THF. There were significant differences among the three batches of each variety, which may be due to the different growing conditions and variation in the bean genotypes. The data show that the Brazilian beans are a good source of folate present in the diet / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestra em Ciência de Alimentos

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T06:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_DanieleLongo_M.pdf: 2642371 bytes, checksum: 08fe9958b60f1f20bc5bb385ae8820e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos compreende uma etapa de adsorção das enzimas celulases a esse material, e as chamadas isotermas de adsorção são curvas extremamente úteis nesse estudo, pois indicam a forma como o soluto (adsorbato) adsorverá no adsorvente; dão uma estimativa da quantidade máxima de soluto que o adsorvente adsorverá, entre outras características importantes. São empregadas também para a obtenção de condições mais favoráveis e eficientes na conversão da biomassa a açúcares fermentescíveis. Assim, para melhor entendimento de como o processo da adsorção enzimática interfere nos rendimentos da hidrólise enzimática da celulose, este trabalho abordou estudos específicos, tais como, a determinação da cinética e dos parâmetros das isotermas de adsorção das enzimas do complexo celulolítico sobre diferentes biomassas. Trabalhou-se com o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado hidrotérmico (BH) que apresentou 31,97% de lignina em sua composição e organossolve (BO), com 4,42% de lignina, e também com Avicel e com um isolado de lignina (IL). Os experimentos de cinética e isoterma de adsorção foram realizados em duplicata com volume reacional de 15 mL contendo tãmpão citrato de sódio 50 mM pH 4.8 complementado com with 0.02% de azida sódica por grrama de substrato onde a biomassa foi adicionada. Nos ensaios de cinética, os fracos foram incubados em um shaker (Marconi AM-832) a 50ºC e 4ºC, onde a agitação variou de 40 a 250 rpm. Foram recolhidas amostras dos frascos em tempos pré-determinados e centrifugadas por 15 min a 4,000 rpm para remoção dos materiais insolúveis. O teor de proteína do sobrenadante foi determinado usando o método de Bradford. As isotermas de adsorção da celulase para as biomassas foram conduzidas pela variação da quantidade proteica da enzima celulase (0,1 ¿ 4,5 mg/mL). Os dados experimentais foram estimados pela isoterma de adsorção de Langmuir usando o software OriginPro8.0. Os parâmetros Emax e Kp obtidos pelo ajuste dos dados experimentais mostraram-se diferentes para os diferentes materiais. Uma maior capacidade de adsorção (36,93 mg celulase/g de substrato) e, consequentemente, uma afinidade maior da enzima celulase pelo bagaço pré-tratado foi observada para o pré-tratamento hidrotérmico, pois a celulase, além de adsorver na celulose, também adsorve na lignina, em menor extensão. Os dados obtidos da isoterma de adsorção da celulase sobre o IL confirmam a adsorção improdutiva da enzima na lignina (Emax= 11,92 mg/g) e mostram como esses estudos da adsorção das enzimas em IL são importantes, porque se torna possível distinguir a adsorção a porções da celulose e frações da lignina. A agitação exerceu influência significativa no fenômeno de adsorção, onde o aumento da agitação até 150 rpm melhorou a mistura entre as enzimas e o substratos, porém, a partir de 200 rpm não foram observadas mudanças significativas nos perfis de enzima adsorvida. Palavras-chaves: Lignocelulose, cinética de adsorção, isoterma de Langmuir, hidrólise enzimática / Abstract: The enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass involves one step of adsorption of cellulase enzymes on this material, and the adsorption isotherms are curves extremely useful for this research, because they show how the solute (adsorbate) will adsorb on the adsorbent; give an estimate of what is highest quantity of solute adsorbed by the adsorbent, among other information. They are also used to attain more favorable and efficient conditions in the conversion of biomass into fermentable sugars. Therefore, for a better understanding of how the enzymatic adsorption process interferes in the enzymatic hydrolysis of cellulose yields, this study has proposed specific studies, such as the determination of the kinetics and parameters of adsorption isotherms of enzymes from cellulolityc complex on different biomasses. Sugarcane bagasse hydrothermal pretreated (BH), which presented 31.97% (w/w) of lignin in its composition, and the organosolv (BO), with 4.42% (w/w) of lignin, were evaluated, as well as Avicel and an isolated lignin (IL). The adsorption kinetics and isotherm experiments assays were performed in duplicate with reaction volume of 15 mL of sodium citrate buffer 50 mM pH 4.8 supplemented with 0.02% sodium azide per gram of substrate to which biomass was added. The adsorption kinetics assays the flasks were incubated in shaker (Marconi AM-832) at 50ºC and 4ºC where the stirring ranged from 40 to 250 rpm. Flasks were withdrawn at different time intervals and centrifuged repeatedly for 15 min in a centrifuge at 4,000 rpm to remove insoluble materials. The protein content of the supernatant was determined using Bradford method (Bradford, 1976). Cellulase adsorption isotherm on biomasses was conducted by varying the amount of cellulase protein (0.1¿4.5 mg/mL). The experimental data were fit to the Langmuir adsorption isotherm using the software OriginPro 8.0. The parameters Emax and Kp estimated by experimental data adjustment showed different values to the different materials. The highest adsorption capacity (36.93 mg of cellulase/ g of substrate) and, consequently, the highest affinity of the cellulase enzyme for the pretreated bagasse was found for the hydrothermal pretreated bagasse, as cellulase, besides adsorbing on cellulose, also adsorbs on lignin to a lesser extent. The cellulase adsorption on IL data confirms the unproductive adsorption of the enzyme on lignin (Emax = 11.92 mg/g) and shows how these adsorption studies of enzymes in IL are relevant, because it becomes feasible to distinguish the adsorption on portions of cellulose and on lignin fractions. Stirring had significant influence on the adsorption phenomenon, with the increase in stirring up to 150 rpm improving the mixture of enzymes and substrate; however, over 200 rpm stirring influence was not significant. Key-words: Lignocellulose, adsorption kinetics, Langmuir isotherm, enzymatic hydrolysis / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_ChristianeCurieldosSantosde_M.pdf: 1384731 bytes, checksum: f7030b49c79eb391a1b548ff3f6f0a5d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: No presente trabalho o desempenho do pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com alta concentração de sólidos utilizando peróxido de hidrogênio alcalino foi avaliado. O objetivo foi aumentar a concentração de sólidos no pré-tratamento em relação a trabalhos anteriores (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Inicialmente um planejamento fatorial 23 foi realizado para avaliar a influência da temperatura (°C) e concentração de peróxido de hidrogênio alcalino (% v/v) no pré-tratamento, assim como da concentração de celulase (FPU/g bagaço) usada na hidrólise, na concentração de glicose obtida após a hidrólise enzimática. Este planejamento resultou em um modelo linear, que foi usado para determinar o caminho de máxima inclinação, seguindo o procedimento descrito por BARROS NETO el al. (2001). Novos experimentos foram realizados, determinando-se a vizinhança do ponto ótimo e, finalmente, um planejamento em estrela foi realizado em torno desta região, determinando-se as condições de pré-tratamento que resultam em concentração máxima de glicose após hidrólise (0,4014 g glicose/ g de bagaço bruto) quando o pré-tratamento foi realizado com 15% de sólidos e a hidrólise com 3% de sólidos. Este valor corresponde ao rendimento de 95,38% em glicose, obtido realizando-se o pré-tratamento por 1 hora, a 65ºC e concentração de peróxido de 8% v/v em pH de 11,5 e a etapa de hidrólise com concentração de celulase de 15 FPU/g e de ?-glicosidase de 25 CBU/g. Concentração de glicose de 0,3846±0,0014 g glicose/ g de bagaço bruto, correspondente a rendimento de 90,87±0,33% em glicose, foi obtida realizando-se o pré-tratamento a 55ºC e com 7% v/v de peróxido de hidrogênio alcalino, na mesma concentração de sólidos e tempo de pré-tratamento e considerando as mesmas condições de hidrólise. Esta concentração de peróxido corresponde a 0.47 mL de peróxido/ g de bagaço ou 0.69 g de peróxido/g bagaço, concentração bastante menor do que a usada nos trabalhos anteriores, que era superior a 2g de peróxido/g bagaço / Abstract: In this work the performance of the pretreatment of sugarcane bagasse with high solids concentration using alkaline hydrogen peroxide was evaluated. The objective was to increase the solids concentration in the pretreatment in relation to previous work (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Initially, a 23 factorial design was performed to evaluate the influence of temperature (°C) and alkaline hydrogen peroxide concentration (% v / v) in the pretreatment, as well as of the cellulase concentration (FPU / g pulp) used in the hydrolysis, in the concentration of glucose obtained after enzymatic hydrolysis. This design resulted in a linear model that was used to determine the maximum slope direction by following the procedure described in BARROS NETO et al. (2001). Further experiments were performed to identify the optimal region and, finally, a central composite design was performed around this region to determine the pretreatment conditions that result in maximum concentration of glucose after hydrolysis (0.4014 g glucose / g of raw bagasse) when the pre-treatment was conducted at 15% solids and the hydrolysis with 3% solids. This corresponds to a 95.38% glucose yield, obtained by performing pretreatment for 1 hour at 65 °C using 8% (v/v) of hydrogen peroxide at pH 11.5. Hydrolysis was conducted using 15 FPU cellulase/g bagasse and 25 CBU ?-glucosidase/g bagasse. Glucose concentration of 0.3846 ± 0.0014 g glucose/g of raw bagasse, corresponding to a 90.87 ± 0.33% glucose yield, was obtained by performing pretreatment at 55 °C with 7% v/v of alkaline hydrogen peroxide at the same concentration of solids and pre-treatment time and considering the same hydrolysis conditions. This concentration corresponds to 0.47 mL peroxide/g bagasse or 0.69 g peroxide/g bagasse, much lower than the concentrations used in previous studies, that were higher than 2 g peroxide/g bagasse / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Aparecida Silva, Luís Augusto Barbosa Cortez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T14:10:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_Eduardode_M.pdf: 3652452 bytes, checksum: 3c96199687c9d6dce654909d2b6c1ee7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Visando propor alternativas ao tratamento físico do bagaço de cana-de-açúcar destinado a processos de conversão de energia, analisou-se o desempenho de um equipamento desenvolvido na Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri / Unicamp), o qual permite a contínua separação das partículas de bagaço, consumindo menos energia do que outras formas de obtenção de partículas de diferentes tamanhos, como moagem, corte ou combinação destes. O equipamento classificador pneumático tem seu princípio de funcionamento baseado em teorias da fluidodinâmica. Basicamente, este separa o bagaço em três frações distintas, denominadas fina, média e grossa, de acordo com o as dimensões de suas partículas, através do arraste destas em uma coluna de ar. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência do tamanho de partícula de bagaço na conversão de celulose em glicose por meio da hidrólise enzimática, tendo sido submetidas amostras de bagaço integral moído e de frações de bagaço; as frações fina e média do modo como haviam sido classificadas enquanto as amostras da fração grossa foram moídas. Para os experimentos de classificação pneumática foi desenhada uma matriz experimental 2² fatorial variando-se a taxa de alimentação de bagaço e a vazão de ar na coluna de classificação. Os melhores resultados obtidos para hidrólise enzimática ocorreram para as frações finas classificadas, embora estas apresentassem diâmetros médios de partículas superiores aos do bagaço moído. O melhor resultado foi obtido quando os fatores utilizados foram taxa de alimentação de 15 kg/h e a vazão de ar 110 m³/h, com tal fração representando 36,74% da massa do bagaço classificado, com diâmetro médio geométrico de partícula de 0,437 milímetros, e conversão de celulose em glicose de 64,11% após 72 horas de hidrólise (Enzimas: cellulase NS 50013, 15 FPU/g de matéria seca, e ?-glucosidase NS 50010, 50 UI/g de matéria seca; 2% de sólidos; temperatura: 47 °C; pH: 5,0). Tais resultados indicam que a composição e estrutura da partícula são fatores mais importantes do que suas dimensões / Abstract: Aiming to propose alternatives to the physical pretreatment of the sugarcane bagasse for energy conversion processes it was analyzed the performance of a device developed at the School of Agricultural Engineering (Feagri / Unicamp), which allows the continuous separation of particles of bagasse, consuming less energy than other ways of obtaining particles of different sizes as milling, grinding and chipping or a combination of these. The pneumatic classifier equipment has its operation principle based on fluid dynamics theories. Basically, the bagasse is dragged within an air column where it is separated in three different fractions, called fine, medium and coarse, according to the particle sizes. The scope of this study was to evaluate the influence of particle size of the bagasse on the enzymatic hydrolysis yields, thus samples of milled integral bagasse and bagasse fractions were subjected to hydrolysis; fine and medium fractions as they had been classified while coarse fractions were previously milled. For experiments of pneumatic classification it was designed an experimental matrix 2² factorial by varying the bagasse feed rate and the air flow in the classification column. The best results for enzymatic hydrolysis occurred for classified fine fractions even showing an average diameter of particles higher than the milled bagasse. The best one was obtained when the used parameters were feed rate of 15 kg/h and air flow of 110 m³/h, with this fraction representing 36.74% of the classified bagasse mass with geometric mean particle diameter of the 0.437 mm, and conversion of cellulose to glucose of 64.11% after 72 hours of hydrolysis (Enzymes: NS 50013 cellulase, Novozymes, 15 FPU/g of dry matter, and ?-glucosidase 50 010 NS, Novozymes, 50 IU/g of dry matter; 2% of solids; temperature: 47 °C; pH: 5,0). These results indicate that the particles composition and structure are more important factors than its size / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Silvia Azucena Nebra de Pérez, Joaquim Eugênio Abel Seabra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MosqueiraSalazar_KleverJoao_M.pdf: 3838720 bytes, checksum: c2f6132a9e3da195a47d32604b8252c3 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção e o consumo de biocombustíveis têm aumentado rapidamente nos últimos anos, no entanto, esse crescimento tem levantado questões a respeito da sua sustentabilidade. Uma nova configuração da produção de biocombustíveis, chamados de segunda geração, a partir principalmente de resíduos agroindustriais como o bagaço de cana-de-açúcar, se apresenta como uma solução frente àquelas questões, ao aumentar a produção com o mesmo volume de recursos. Não obstante, a sua sustentabilidade no que diz respeito ao uso da água ainda precisa ser comprovada, devido a que o consumo de água na fase industrial é considerado um ponto crítico decorrente do seu aumento durante o processo de hidrólise, ao se desenvolver este em soluções com baixas concentrações de sólidos. Assim, este estudo objetiva a avaliação de alguns aspectos da sustentabilidade da produção integrada de etanol de primeira e segunda geração a partir da cana-de-açúcar para diferentes cenários, comparada ao processo convencional, através do impacto no consumo de água por litro de combustível produzido, e mediante uma análise exergética do processo visando determinar a influência deste processo nos custos exergéticos dos produtos da planta. Foi realizado um inventário dos consumos de água por cada processo durante a produção de etanol, e identificou-se ainda o potencial de reúso dos efluentes visando a redução da captação externa de água. Os resultados revelaram que mesmo com a introdução do novo processo, através de adequadas medidas de reúso como o fechamento de circuitos de água, e o tratamento dos novos efluentes na produção integrada, produzindo inclusive biogás, é possível atingir patamares de captação de água muito próximos aos já existentes no atual setor sucroalcooleiro. Por outro lado, desde a visão da termodinâmica, quando considerados como produtos o etanol anidro e a eletricidade excedente no processo convencional, foi alcançada uma eficiência de segunda lei igual a 28%, enquanto no processo integrado, considerando ademais ao biogás como produto, foram atingidos maiores desempenhos na gestão dos recursos com valores na faixa de 35 a 37% devido ao aumento da produção de etanol e eletricidade excedente. Adicionalmente, foram encontrados aumentos entre 13,5% e 10,2% nos custos exergéticos do etanol anidro durante a produção integrada, decorrente principalmente das maiores irreversibilidades geradas na caldeira com o aumento da produção de vapor / Abstract: Production and consumption of biofuels have been growing rapidly in the last few years; however, this rapid growth has raised questions regarding its sustainability. A new configuration of biofuel production, the so called second generation biofuels, mainly produced from agroindustrial residues such as sugarcane bagasse, appears as a solution to those issues, increasing production with the same amount of resources. Nevertheless, its sustainability relative to water use has still to be proven; because of water use in industrial stage is considered critical, due to its increase during the hydrolysis process, which occurs in solutions with low concentrations of solids. Thus, this study aims the assessment of some sustainability topics of the integrated production of first and second generation ethanol from sugarcane compared to the conventional process, through the impact on consumption of water per liter of fuel produced, and by an exergy analysis of the process to determine its influence in the exergetic cost of the main plant's products. It was perfomed an inventory of water consumption by each process during ethanol production and it was even identified the potential of effluents for recycling in order to reduce water withdrawal. Results showed that considering the introduction of the new process, and through appropriate procedures of reuse, such as closing water circuits and treatments of new effluents from integrated production, producing even biogas, it is possible to achieve water withdrawals close enough to those existing in current ethanol plants. Moreover, from the thermodynamic point of view, considering ethanol and surplus electricity as the major products in the conventional process, it was obtained a second law efficiency equal to 28%, while in the integrated process, when considering biogas also as a product, it was reached a greater performance in resources management with values in the range of 35 to 37% owing to the larger ethanol and surplus electricity production. Additionally, increases between 13,5 and 10,2% in the exergetic costs of anhydrous ethanol in the integrated production were found mainly due to irreversibilities generated in the boiler for steam production / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Hélia Harumi Sato / Texto em português e inglês / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T21:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_RuannJanserSoaresde_M.pdf: 2807315 bytes, checksum: e6965e5648d4556cb18db9b7869a58c4 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As proteases constituem um dos mais importantes grupos de enzimas produzidos comercialmente, apresentando diversas aplicações nas indústrias de alimentos e farmacêutica. A utilização de proteases na hidrólise enzimática de proteínas para obtenção de peptídeos com propriedades antioxidantes tem recebido grande notoriedade nas pesquisas científicas. Nesse contexto, o presente trabalho visou estudar a produção e caracterização bioquímica de protease de Aspergillus oryzae LBA 01 obtida por processo fermentativo em estado sólido e avaliar a aplicação desta protease e de preparações comerciais na hidrólise de proteínas para obtenção de hidrolisados com atividade antioxidante. A maior produção de protease por A. oryzae LBA 01 foi observada em meio de cultivo composto de farelo de trigo, peptona (2,0% p/p) e extrato de levedura (2,0% p/p) sob as seguintes condições: 50,0% de umidade inicial, inóculo de 107 esporos.g-1 e incubação a 23°C por 72h. A caracterização bioquímica, realizada por planejamento experimental, mostrou que a protease apresentou maior atividade na faixa de pH 5,0-5,5 e 55-60°C, e estabilidade no intervalo de pH 4,5-6,0 após 1h de tratamento na faixa de temperatura de 35-45°C. Proteína isolada de soja, soro de leite e clara de ovo apresentaram aumento expressivo nas suas propriedades antioxidantes quando hidrolisadas com diferentes proteases microbianas. A aplicação de protease comercial Flavourzyme® 500L, obtida de A. oryzae, para a hidrólise de proteína isolada de soja, resultou na obtenção de hidrolisados com maior atividade antioxidante quando comparados aos hidrolisados preparados com as proteases de A. oryzae LBA 01 e a protease comercial Alcalase® 2.4L de Bacillus licheniformis. As condições de hidrólise, definidas a partir de delineamento composto central rotacional (DCCR), foram: concentração de substrato de 90,0 mg.mL-1 e adição de 70,0 U de protease por mL de mistura reacional (U.mL-1), resultando em 775,17 e 11,83 Trolox EQ µmol.g-1, para os ensaios de ORAC e DPPH, respectivamente. Os hidrolisados de soro de leite com maior capacidade antioxidante foram obtidos com a protease de A. oryzae LBA 01. A adição de 70,0 U.mL-1 de protease a solução de soro de leite 80,0 mg.mL-1, resultou em 424,32 e 16,39 Trolox EQ µmol.g-1, para os ensaios de ORAC e DPPH, respectivamente. Na preparação de hidrolisados de proteínas de clara de ovo, a utilização de 30,0 mg.mL-1 de substrato e 20,0 U.mL-1 da protease comercial Flavourzyme® 500L de A. oryzae, resultou em 1.193,12 e 19,05 Trolox EQ µmol.g-1 para os ensaios de ORAC e DPPH, respectivamente. Os maiores valores de atividade antioxidante, para os três substratos, foram detectados entre 30 e 180 minutos de incubação, onde o grau de hidrólise variou de 40,0 a 66,0%. Os resultados obtidos mostraram que a preparação de protease de A. oryzae LBA 01 obtida por fermentação em estado sólido e posterior concentração por precipitação com sulfato de amônio, diálise e liofilização, apresentou atividade enzimática semelhante às preparações comerciais avaliadas, tendo, portanto, potencial para aplicação na hidrólise proteica. A hidrólise enzimática, nas condições de estudo avaliadas, aumentou de 2 a 23 vezes a capacidade antioxidante de proteína isolada de soja, soro de leite e clara de ovo, mostrando-se um processo eficaz para obtenção de peptídeos com atividade antioxidante / Abstract: Proteases are one of the most important groups of enzymes produced commercially, with several applications in the food and pharmaceutical industries. The use of proteases in the enzymatic hydrolysis of proteins to obtain peptides with antioxidant properties has gained great notoriety in scientific research. In this context, the main objectives of the present study were to optimize the production of the protease from Aspergillus oryzae LBA 01 by solid state fermentation, and to determine its biochemical characteristics. The application of this protease and of commercial preparations to protein hydrolysis, and the study of the antioxidant properties of the hydrolysates obtained, was evaluated. The optimum fermentation medium was composed of wheat bran, 2.0% (w/w) peptone and 2.0% (w/w) yeast extract, and the conditions for maximum protease production were an initial moisture content of 50.0%, an inoculum level of 107 spores.g-1 and incubation at 23°C for 72h. The biochemical characterization, evaluated using an experimental design, showed that the enzyme was most active in the pH range 5.0-5.5 and 55-60°C. The enzyme was stable from pH 4.5 to 6.0 after 1h incubation at 35-45°C. Soy protein isolate, bovine whey protein and egg white protein exhibited increases in antioxidant activity when hydrolyzed with the different microbial proteases. For the hydrolysis of soy protein isolate, application of the commercial protease Flavourzyme® 500L from A. oryzae resulted in hydrolysates with greater antioxidant activity as compared to hydrolysates prepared with the protease from A. oryzae LBA 01 and the commercial protease Alcalase® 2.4L from Bacillus licheniformis. The hydrolysis conditions, as defined by a central composite rotational design (CCRD), were: 90.0 mg.mL-1 substrate concentration plus 70.0 U of protease per mL of reaction mixture (U.mL-1), which resulted in 775.17 and 11.83 Trolox EQ µmol.g-1 as determined by the ORAC and DPPH assays, respectively. For the whey protein hydrolysates, the greatest antioxidant activity was obtained with the protease from A. oryzae LBA 01. According to the CCRD, the use of 80.0 mg.mL-1 of bovine whey protein and 70.0 U.mL-1 of protease resulted in 424.32 and 16.39 Trolox EQ µmol.g-1, respectively, as determined by the ORAC and DPPH assays. For the egg white protein, hydrolysis with 20.0 U.mL-1 of Flavourzyme® 500L from A. oryzae with 30.0 mg.mL-1 substrate concentration, resulted in 19.05 and 1,193.12 Trolox EQ µmol.g-1, respectively, as determined by the ORAC and DPPH assays. The maximum antioxidant activities were obtained in the range from 30 to 180 min of hydrolysis, with a degree of hydrolysis of about 40.0-66.0%. The results showed that the protease preparation from A. oryzae LBA 01 obtained by solid state fermentation produced enzymatic activity similar to that of the commercial preparations, and was an attractive enzyme to apply in protein hydrolysis. Under the conditions evaluated in this study, enzymatic hydrolysis resulted in a 2.0- to 23.0-fold increases in antioxidant activity for the soy protein isolate, bovine whey protein and egg white protein, being an effective process to obtain peptides with antioxidant activity / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

A exploração indiscriminada dos combustíveis fósseis vem alertando para o colapso próximo do suprimento de energia. Fontes alternativas vêm sendo exploradas com o propósito de apresentarem-se como combustíveis com o mesmo potencial, além de estarem inseridas em um contexto de desenvolvimento sustentável. O Brasil, por consolidar sua posição com forte mercado agroindustrial e dispor de uma grande variedade de unidades agrícolas possui como subprodutos uma alta quantidade de resíduos, como o sabugo de milho. Assim, buscam-se viabilizar metodologias que tornem a exploração desta fonte economicamente vantajosa para a obtenção de etanol de segunda geração (2G). Novas metodologias vêm propondo o emprego de tensoativos como aditivos tanto no prétratamento quanto na hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos. Neste contexto, o presente trabalho objetivou estudar a hidrólise enzimática do sabugo de milho pré-tratado por ácido diluído na presença de diferentes concentrações do tensoativo Tween 80 em associação com a dosagem do complexo enzimático Cellic CTec2 para a obtenção de um hidrolisado rico em glicose para obtenção de etanol pela levedura Scheffersomyces stipitis CBS 6054 através do processo SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation). Os ensaios foram conduzidos de acordo com planejamento experimental 23 com face centrada e 3 repetições no ponto central. As variáveis estudadas foram: concentração de surfactante no pré-tratamento e na hidrólise enzimática e dosagem do complexo enzimático. Os resultados mostraram que o uso do surfactante no pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído surtiu maior efeito na remoção de lignina e hemicelulose quando empregado na concentração de 10% (m/m). Nesta condição foi possível observar um aumento (21,1%) na perda de celulose em relação ao pré-tratamento sem a presença de surfactante. A maior diminuição na cristalinidade (81,23%) foi com o uso de 10% do tensoativo. A análise da superfície de resposta permitiu determinar as condições ótimas do processo SHF para obtenção de máximo rendimento em glicose (entre 80 e 90 %) que foi quando a concentração de surfactante no pré-tratamento aumentou de 0 a 10 % (m/m) mantendo-se constante em seu nível superior a concentração de surfactante na hidrolise enzimática (10 % m/m) com redução na dosagem de enzima (25,50 FPU/gmaterial lignocelulósico seco). Nestas condições experimentais obteve-se favorecimento no rendimento em glicose (80,54%) e concentração em glicose (61,98 g/L) no meio reacional concomitantemente com o favorecimento no rendimento em xilose (70,66%). Esta levedura fermentou concomitantemente os açúcares (glicose, xilose e celobiose) a etanol com elevados fator de conversão (0,37 g/g) e produtividade volumétrica (1,02 getanol/L.h). A velocidade especifica máxima de consumo destes açúcares foi favorecida na seguinte ordem: glicose, celobiose e xilose. Após esta fermentação foi obtido um material com uma superfície mais porosa e fragmentada. Este fato evidenciou que o complexo enzimático agiu eficientemente quebrando a celulose cristalina obtendo um material amorfo. Espera-se que este trabalho tenha contribuído para o desenvolvimento de uma tecnologia alternativa para a produção de etanol por via biotecnológica a partir da fração lignocelulósica do sabugo de milho, a fim de mitigar os impactos ambientais intrínsecos ao processo. / The indiscriminate exploitation of fossil fuels has been warning of the near collapse of the energy supply. Alternative sources have been explored with the purpose of presenting themselves as fuels with the same potential, besides being inserted in a context of sustainable development. Brazil, by consolidating its position with a strong agroindustrial market and having a wide variety of agricultural units, has as a by-product a high amount of waste, such as corn cob. Thus, we seek to make feasible methodologies that make the exploitation of this source economically advantageous to obtain second generation etanol (2G). New methodologies have proposed the use of surfactants as additives in both pretreatment and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. In this context, the present work aimed to study the enzymatic hydrolysis of diluted-acid pretreated corn cob in the presence of different concentrations of the Tween 80 surfactant in combination with the dosage of the Cellic CTec2 enzymatic complex to obtain a glucose rich hydrolysate to produce ethanol by the yeast Scheffersomyces stipitis CBS 6054 in SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) process. The experiments were conducted according to experimental design 23 with centered face and 3 repetitions at the central point. The variables studied were: concentration of surfactant in the pretreatment and in the enzymatic hydrolysis and dosage of the enzymatic complex. The results showed that the use of surfactant in the pretreatment with diluted sulfuric acid had a greater effect on the removal of lignin and hemicellulose when used at the concentration of 10% (w/w). In this condition, the cellulose content was decreased by 21.1% as compared with the amount presents in the diluted-acid corn cob pretreatment without surfactant. The greatest decrease in crystallinity (81.23%) was with the use of 10% of the surfactant. The response surface analysis allowed to determine the optimum conditions of the SHF process to obtain maximum glucose yield (between 80 and 90%), when the pre-treatment surfactante concentration increased from 0 to 10% (w/w) with a reduction in the enzyme dosage (25,50 FPU/g dry lignocellulosic material) at a higher level than the surfactant concentration in the enzymatic hydrolysis. In these experimental conditions, glucose yield (80.54%) and glucose concentration (61.98 g/L) in the reaction medium were favored concomitantly with xylose yield (70.66%). This yeast concomitantly fermented the sugars (glucose, xylose and cellobiose) to ethanol with high conversion factor (0.37 g/g) and volumetric productivity (1.02 getanol/L.h). The maximum specific velocity of consumption of these sugars was favored in the following order: glucose, cellobiose and xylose. After this fermentation was obtained a material with a more porous and fragmented surface. This fact evidenced that the enzymatic complex acted efficiently breaking down the crystalline cellulose obtaining an amorphous material. It is hoped that this work had contributed to the development of an alternative technology to produce ethanol by Biotechnological route from the corn cob lignocellulosic fraction in order to mitigate the environmental impacts intrinsic to the process.

La conservation des mangues 4ème gamme est limitée par le brunissement enzymatique et la perte de fermeté dus aux différentes opérations de transformation. Cette thèse propose un nouvelle approche pour améliorer la conservation de mangues 4ème gamme : l’application de traitements thermiques par immersion et/ou la conservation sous atmosphère modifiée : passive ou active (5% O2 – 5 % CO2) ou des enrobages (chitosane). Ce travail a permis tout d’abord de déterminer un couple température / temps optimal: 50 °C / 30 min qui permet de maintenir la qualité de plusieurs variétés de mangue (Keitt, Kent, Tommy Atkins). Les effets du traitement thermique sur l’intensité respiratoire, la couleur, la fermeté, les teneurs en antioxydants : vitamine C, caroténoïdes et phénols totaux, et sur l’activité de plusieurs enzymes (pour la fermeté : PME, PG, b-GAL ; et pour la couleur : PPO et PAL) ont été étudiés. Ces travaux ont montré que durant 9 jours à 6 °C, le traitement thermique maintient principalement la couleur par réduction de l’activité de la PPO et réduit la perte en fermeté par réduction de l’activité des enzymes pectolytiques (PME et b-GAL). Par ailleurs, les atmosphères modifiées semblent moins efficaces pour le maintien de la couleur et de la fermeté des mangues 4ème gamme. L’association du traitement 50°C/ 30 min avec une conservation sous atmosphère modifiée apporte peu d’effets additionnels et a même parfois un effet inhibiteur / The storage of fresh-cut mangoes is limited by the enzymatic browning and the loss of firmness due to the various operations of process. This work proposes a new approache to improve the storage of fresh-cut mangoes by: application of heat treatments by dipping with, or not, a storage under modified atmosphere: passive or active (5% O2 - 5% CO2) or using coatings (chitosane). The first step of this work was to determine the traitement 50 °C/30 min as an optimal treatment which maintian the quality of several varieties of mango (Keitt, Kent, Tommy Atkins). Effects of the heat treatment on the respiratory intensity, the color, firmness, the contents antioxydants: vitamin C, carotenoids and phenols total, and on the activity of several enzymes (PME, PG, b-GAL: for firmness; and PPO and PAL for colour changes) were studied. This work showed that during 9 days at 6 °C, the heat treatment maintains mainly the color by reduction of the activity of PPO and reduces the loss in firmness by reduction of the activity of the pectolytic enzymes (PME et b-GAL). In addition, the modified atmospheres seem less effective for the maintenance of the color and the firmness of freshcut mangoes. Combination of heat treatment with a modified atmosphere storage and have less additional effects and has even sometimes an inhibiting effect

Ce projet porte sur la synthèse d'oligonucléotides modifiés décorés par des groupements chimiques rappelant les chaines latérales des acides aminés impliqués dans la catalyse enzymatique des protéases à sérine, à savoir l'acide aspartique (Asp), la sérine (Ser) et l'histidine (His) afin d'en mimer l'activité protéolytique. L'approche synthétique de type phosphoramidite a été mise en oeuvre. De ce fait nous avons synthétisé des phosphoramidites fonctionnalisés avec une fonction acide carboxylique rappelant l'Asp, une fonction hydroxyle pour la Ser ou un imidazole pour l'His, correctement protégés pour être ensuite incorporés au sein de séquences oligonucléotidiques, et des phosphoramidites convertibles, qui portent une fonction chimique réactive permettant une conjugaison post synthèse supportée et automatisée de l'oligonucléotide. Ces deux types de phosphoramidites offrent la possibilité de les combiner et donc d'obtenir des séquences hautement fonctionnalisées. Les séquences oligonucléotidiques ont été choisies afin d'apporter un contrôle topologique structurant. Les structures secondaires envisagées sont de type bulge, épingle à cheveux et jonction trois voies car stables grâce aux appariements Watson et Crick entre les bases tout en ayant une flexibilité importante due à la présence de bases non appariées. Les travaux présentés dans ce manuscrit décrivent la synthèse des phosphoramidites modifiés ainsi que l'incorporation du nucléotide convertible de type alcyne au sein de séquences qui ont été conjuguées par CuAAC, et qui ont permi d'obtenir une jonction trois voies qui a été caractérisée par dichroïsme circulaire, gel de polyacrylamide et par dénaturation thermique. / We are interested in the synthesis of modified oligonucleotides decorated by chemical fonctions mimicking the amino acids side chains involved in enzymatic catalysis of serine proteases, acid aspartic (Asp), serine (Ser) and histidine (His), in order to mimic proteolytic activity. The phosphoramidite synthetic approach was choosen. We synthesised functionnalized phosphoramidites bearing either a carboxylic acid function reminding Asp, a hydroxyle function for Ser or an imidazole for His properly protected for their incorporation in oligonucleotides sequences, and convertible phosphoramidites, bearing a reactive function that permits a conjugation post automated oligonucleotides solid phase synthesis. Oligonucleotides sequences have been choosen in order to have a perfect structural control. The envisaged secondary structures are bulge, hairpin and three way junction because of their stability, thanks to Watson et Crick base pairing, and their flexibility thanks to the unpaired bases. The work presented here regards the synthesis of modified phosphoramidites and their incorporation of the convertible alkyne in sequences then conjugated by CuAAC reaction to form a three way junction whose stability and physico-chemical behavior have been evaluated.

La bioraffinerie, avec l’utilisation de la biomasse végétale comme matière première renouvelable, est un moyen alternatif aux ressources fossiles qui s’amenuisent pour l’obtention de molécules d’intérêt, de biomatériaux ou de biocarburant nécessaires à notre vie quotidienne. Les hémicelluloses constituent 20 à 45% de la biomasse végétale et sont riches en pentoses (D-xylose en particulier) dans le cas des xylanes. Dans le cadre du projet multi-partenaires XYLOCOS, financé par la Région Champagne-Ardenne et le FEDER, l’objectif de cette thèse consiste en l’utilisation d’une xylanase pour mettre au point la préparation par voie enzymatique ou chimio-enzymatique de nouveaux β-xylosides et β-xylobiosides présentant des aglycones de différentes natures et d’évaluer leurs propriétés biologiques. L’étude d’une xylanase GH11 a d’abord été réalisée pour améliorer son activité de transglycosylation en présence de divers accepteurs. Une étude de modélisation in silico a été effectuée et a conduit à cibler la mutation du résidu W126. Les paramètres cinétiques et les propriétés de transglycosylation de la xylanase sauvage et du mutant ont été comparés et ont montré que le mutant a une capacité de transglycosylation améliorée. La synthèse de séries de xylosides et xylobiosides comportant une partie aglycone aromatique par voie enzymatique ou présentant des hétérocycles triazoles diversement fonctionnalisés par voie chimio-enzymatique a été effectuée. L’influence de la nature de la partie aglycone mais également du degré de polymérisation des différents xylosides sur leur capacité à amorcer la biosynthèse de glycosaminoglycanes a été étudiée en présence d’un modèle cellulaire. L’ensemble des xylosides et xylobiosides synthétisés amorce la biosynthèse des GAGs. Les résultats obtenus montrent que les xylosides sont plus efficaces que leurs analogues xylobiosides. Certains xylosides à aglycones hydrophobes représentent de bons candidats pour des applications cosmétiques. / Biorefinery, with the use of plant biomass as a renewable raw material, is an alternative means to fossil resources for obtaining molecules of interest, biomaterials or biofuel. Hemicelluloses represent about 20 to 45% of the plant biomass and are rich in pentoses (D-xylose in particular) in the case of xylans. XYLOCOS is a multi-partner project funded by the Champagne-Ardenne Region and the FEDER. In this context the objective of this work consists in the use of a xylanase to develop the enzymatic or chemo-enzymatic synthesis of new β-xylosides and β-xylobiosides featuring different kinds of aglycone moieties and to assess their biological properties.First, the study of a GH11 xylanase was carried out to improve its transglycosylation activity in the presence of various acceptors. A in silico study was performed and led to target the mutation of W126 residue. Kinetic parameters and transglycosylation properties of the wild and mutant xylanases were compared and showed that the mutant has an improved capacity for transglycosylation.The synthesis of xylosides and xylobiosides bearing an aromatic aglycone part by an enzymatic transformation or functionalized triazole heterocycles by a chemo-enzymatic pathway was performed. The influence of the nature of the aglycone part but also the degree of polymerization of different xylosides was studied through their ability to initiate the biosynthesis of glycosaminoglycans in the presence of a cell model. All the xylosides and xylobiosides prepared act as GAGs primers. The obtained results show that xylosides are more efficient primers than the corresponding xylobiosides. Xylosides carrying hydrophobic aglycones represent good candidates for cosmetic applications.