As cascavéis são classificadas como grupo monofilético contendo dois gêneros descritos ao grupo: Crotalus ssp. e Sistrurus ssp., os quais surgiram no México a aproximadamente 20 milhões de anos, colonizando então, praticamente todo o continente americano. Fatores como dieta, dimorfismo sexual, ontogenia, mutações e distribuição geográfica podem influenciar na composição dos venenos e consequentemente no envenenamento. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o perfil proteico, bem como as propriedades enzimáticas e imunológicas dos venenos de algumas espécies e subespécies de Crotalus ssp. (C. atrox, C. scutulatus scutulatus, C. viridis viridis, C. vegrandis, C. durissus cascavella, C. d. collilineatus e C. d. terrificus). Os resultados indicaram pouca variabilidade entre os perfis eletroforéticos dos venenos, contudo as diferenças foram na concentração relativa das proteínas. A análises proteômica identificou alguns componentes dos venenos e serinopeptidases, metalopeptidases e fosfolipases A2 foram as mais abundantes. Além disso, por zimografia, observou-se que todos os venenos analisados apresentaram atividade proteolítica e que os venenos norte-americanos em todos os zimogramas foram mais hidrolíticos. Em caseína, a atividade enzimática dos venenos foi menos intensa comparado aos outros substratos. Em relação às gelatinases das amostras estudadas, pôde ser observado inibição da atividade enzimática induzida por alguns componentes utilizando EDTA, principalmente nos venenos de C. atrox e C. vegrandis. Em relação à inibição das serinopeptidases, foi observado que todas as gelatinases dos venenos crotálicos apresentaram inibição total ou parcial da atividade hidrolítica. Houve variabilidade entre as hialuronidases encontradas dos venenos crotálicos, tanto em relação à massa das enzimas e intensidade da degradação, quanto em diferentes pHs. Nos ensaios enzimáticos quantitativos (azocaseinolítico fosfolipásico e peptidásico) os venenos Norte Americanos demonstraram conter mais proteases em relação aos venenos Sul Americanos. Por Western Blotting, as amostras reagiram com os anticorpos presentes nos soros anti-crotálico e anti-botrópico, apresentando reatividade antigênica cruzada entre as amostras homólogas e heterólogas. Além disso, houve imunoreatividade entre o soro anti-jararagina e alguns componentes de todos os venenos crotálicos norte-americanos. / The rattlesnakes are classified as a monophyletic group containing two genera referring to the group: Crotalus ssp. and Sistrurus ssp., which arose in Mexico 20 millions of years ago, colonizing then, practically all the American continent. Some scientific works indicate that factors such as diet, sexual dimorphism, ontogeny, mutations and distribution may influence the composition of the venoms and consequently the poisoning. The present work aims to characterize the enzymatic and immunological properties of the venoms of some species and subspecies of Crotalus ssp. (C. atrox, C. scutulatus scutulatus, C. viridis viridis, C. vegrandis, C. durissus cascavella, C. collilineatus and C. d. terrificus). The results indicated few variability among the electrophoretic profiles of the venoms, however the differences were in the relative concentration of the proteins. The proteomic analysis identified serinopeptidases, metallopeptidases and phospholipases A2, which were the most abundant components of the venoms. In addition, zymography assays indicate that the all the venoms showed proteolytic activity, furthermore, the North American venoms, presented more hydrolysis in all zimograms. The caseinolytic activity was less intense compared with other substrates. Regarding the gelatinolytic activity of the samples, inhibition of the enzymatic activity of some components could be observed using EDTA, mainly in the C. atrox and C. vegrandis venoms. Partial or total inhibition was observed of the serinopeptidases activity of the crotalic gelatinases. Among the hyaluronidases, variations between crotalic venoms, in relation to the enzymes mass and degradation intensity were identified. In addition, when incubated at different pHs, the hyaluronidase profile presented different patterns in the activity. In the quantitative enzymatic assays (azocaseinolytic phospholipasic, peptidasic) the North American venoms displayed higher activity in relation to the South American venoms. In the Western Blotting assays, the samples reacted with antibodies present in the Brazilian anti-crotalic and bothropic sera, indicating cross-reactive antigenicity between the homologous and heterologous samples. Besides that, there was immunoreactivity between the anti-jararrhagin serum and some components of all North American crotalic venoms.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações. / The microreactor is part of a set of devices in a new and promising technology, which can be called micro manufactured, active in fields such as chemical, biological, pharmaceutical, chemical engineering and biotechnology. It is a device that enables chemical reactions, such as conventional reactors, but with smaller dimensions, in the micrometer scale channels. Miniaturization technology devices for chemical reactions is expanding promoting an important development, with microsystems covering most effective devices, configuration and specific geometries and lower power consumption, where reactions with high transportation fees can be used for many different purposes such as fast reactions, mixing, temperature sensitive reactions, homogenization temperature or even precipitation of nanoparticles. Because of its scale is greatly reduced compared to the macro scale, provide a system which allows an investigation of the process in a short time, being very useful for screening for substrates, enzymes, reaction conditions, and the determination of kinetic parameters. One of the advantages of using microreactors is that this equipment requires small amounts of reagents for performing a catalytic reaction of action, and is very important when dealing with enzyme as a catalyst. This study aimed to study the enzymatic biodegradation of 2,4,6-Trichlorophenol with the use of laccase and Soybean Peroxidase enzymes in microreactor Syrris with volume of 250 ?l, which allows the study of very fast kinetics. For degradation analyzes were used two enzymes, laccase concentrations of 0.05; 0.1 and 0.2 mg / ml; and Soybean peroxidase at concentrations of 0.0005; 0.001 and 0.002 mg / ml with the addition of Hydrogen Peroxide. Through trials was obtained experimental data from enzyme reaction, allowing the verification of the initial reaction rate and its kinetics. Later, there was the analysis simulation using the experimental data, which through a system of ODEs initially estimating the rate constants k1, k2 and k3 using the ESTIMA tool, which had two answers, a typical response of least squares, and another answer to the initial rate, which was best represented by the parameters obtained. The method used in substrate degradation, the microreactor was efficient, allowing low substrate consumption detection for determining the initial rate in the short residence time. Before the tests with Laccase and Soybean Peroxidase, the microreactor is also an effective equipment in the repeatability and reproducibility of the data obtained at different concentrations.

Com o intuito de elucidar os efeitos das propriedades físicas e morfológicas na efetividade da sacarificação enzimática das fibras de bagaço de cana-de-açúcar, este trabalho propõe o uso de diferentes métodos de processamento físico-químicos e -mecânicos para a modificação da estrutura da parede celular. Os tratamentos físico-mecânicos, através de fenômenos de fibrilação e delaminação, promovem a abertura estrutural das fibras e aumentam a acessibilidade às enzimas hidrolíticas, porém sem modificar a composição química do material. Para uma compreensão abrangente da ação dos métodos físico-mecânicos propostos nas características estruturais, as fibras de bagaço foram previamente tratadas por métodos físico-químicos - hidrotérmico e organossolve - de modo a obter cinco materiais de diferentes composições químicas. O estudo dos tratamentos físico-mecânicos foi realizado empregando-se equipamentos de diferentes configurações, cujos modos de ação e consequente impacto nas fibras diferem entre si, sendo estes dois tipos de refino - refinador de discos Bauer e moinho Jokro, e um tipo de moagem - moinho criogênico. A variável do refino em moinho Jokro foi o tempo de tratamento, enquanto as variáveis do processamento em refinador de discos foi o tempo de refino e a distância entre os discos. Já as condições da moagem criogênica foram definidas de modo a obter amostras homogêneas do ponto de vista macroscópico. As modificações provocadas na estrutura das fibras foram determinadas a partir das análises das áreas superficiais externa (dimensões das fibras) e interna (porosidade da parede celular), além da organização cristalina das fibrilas celulósicas. Primeiramente, estudou-se de modo detalhado os efeitos dos métodos mecânicos nas propriedades estruturais das amostras de bagaço, interpretando-se como os efeitos primários do refino evoluem de acordo com a severidade e o tipo tratamento empregado a partir das caracterizações dos efeitos secundários. Posteriormente, confrontaram-se os resultados obtidos nas análises físicas e morfológicas com o rendimento de açúcares obtido na hidrólise enzimática. Os resultados permitiram constatar que, enquanto o moinho Jokro promoveu um grande aumento no rendimento de glicose obtido por culminar, simultaneamente, no aumento da estrutura capilar pela intensa fibrilação interna, e da área superficial externa tanto pela formação de elementos finos quanto pela redução das dimensões das fibras por corte, o refinador de discos Bauer levou a uma melhoria menos pronunciada na hidrolisabilidade por resultar no aumento da porosidade, porém sem expressivos corte e fibrilação externa das fibras. Diferentemente, a moagem criogênica promoveu apenas a drástica e heterogênea redução das dimensões das fibras, enquanto não permitiu mudanças significativas na hidrolisabilidade das amostras. Por fim, os valores dos parâmetros estruturais determinados foram analisados pelo método estatístico de componentes principais (PCA) visando quantificar por qual fator cada uma destas características influencia na extensão da hidrólise da celulose do bagaço. A PCA permitiu visualizar que os fatores relacionados à superfície interna da parede celular, como a área de poros acessíveis e a dimensão lateral do cristalito de celulose, são os principais aspectos que regem o rendimento de sacarificação da biomassa lignocelulósica. Os resultados deste estudo permitiram assim a proposta de um modelo de predição do comportamento de hidrólise das amostras de bagaço. / In order to elucidate the effects of the physical and morphological properties on the effectiveness of enzymatic saccharification of sugarcane bagasse fibers, this work proposes different methods of physico-chemical and -mechanical processing to modify the cell wall structure. Through fibrillation and delamination phenomena, physico-mechanical treatments promote the structural opening of the fibers and increase the accessibility to hydrolytic enzymes, but without modifications on the chemical composition of the processed material. For a thorough comprehension about the action of the proposed physico-mechanical methods on the structural characteristics, the bagasse fibers were previously treated by physico-chemical methods - hydrothermal and organosolv - to obtain five materials with different chemical composition. The study of the physico-mechanical treatments was performed by equipment with different configuration, which operating modes and consequent impact on the fibers differ from each other. The equipment were two types of refiner - Bauer discs refiner and Jokro mill - and one type of mill - cryogenic mill. The refining variable considered for the Jokro mill was the refining time, while the processing variables for the disc refiner were the refining time and the discs gap. Concerning the cryogenic mill, the operation conditions were defined to achieve macroscopic homogeneous samples. Modifications on the fibers structure were assessed by analysis of the external and internal surfaces (fibers dimension and the cell wall porosity, respectively), as well as the crystalline organization of the cellulosic fibrils. Firstly, it was performed a thorough study concerning the effects of the mechanical methods in the structural properties of the bagasse samples. In this study, it was interpreted how the primary effects of refining evolve according to severity and type of treatment from the characterization of the secondary effects. Then, the results acquired in the physical and morphological analysis were confronted with the glucose yield obtained in the enzymatic hydrolysis. The results showed that the Jokro mill promoted a great increase in the glucose yield by culminating, simultaneously, in the increase of the capillary structure by the intense internal fibrillation, and of the external surface area both by the formation of fines as by the reduction of the dimensions of fibers by cutting. In turns, the Bauer discs refiner leaded to a lower improvement of the bagasse pulps hydrolysability, which was a consequence of the increased porosity, but without expressive cut and external fibrillation of the fibers. In a different way, the cryogenic milling promoted just a drastic and heterogeneous reduction of the fibers dimensions, without any significant change in the hydrolysability of the samples. Finally, the determined values of the structural parameters were analyzed by the statistical method of the principal component analysis (PCA), aiming to quantify by which factor each one of these characteristics influences in the extent of hydrolysis of bagasse cellulose. The PCA showed that the factors related to the internal surface of the cell wall, such as the accessible pore area and the lateral dimension of the cellulose crystallite, are the main aspects that govern the saccharification yield of the lignocellulosic biomass. The results of this study allowed the proposal of an empiric prediction model of the hydrolysis behavior of the bagasse samples.

O foco deste estudo correspondeu a hidrólise enzimática da polpa celulósica de sisal previamente mercerizada (20g de polpa.L-1, solução aquosa de NaOH 20%) via agitação mecânica (50°C,3h, M-AgMec-50°) e ultrassom (25°C,1h) a 20% (M-US-20%) e 40% (M-US-40%) de amplitude. As polpas mercerizadas apresentaram as seguinte propriedades: M-AgMec-50° 97,4% de α-celulose, cristalinidade (Ic) de 68% e massa molar média viscosimétrica (MMvis) de 94618,0g.mol-1, M-US-20% 95% de α-celulose, Ic de 68% e MMvis de 87581,6g.mol-1, M-US-40% 91,2% de α-celulose, Ic de 66% e MMvis de 81786,9g.mol-1. As reações de hidrólise (48h) foram realizadas utilizando enzimas celulase comercial (Accellerase 1500) e enzimas obtidas a partir do crescimento do fungo Aspergillus sp. Alíquotas constituídas por polpas não reagidas e licor foram retiradas do meio durante a reação. As polpas não reagidas foram caracterizadas em relação a Ic, MMvis, comprimento e espessura e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os licores foram avaliados pelo método Miller (DNS) e cromatografia líquida de alta eficiência(CLAE). Na hidrólise da polpa celulósica de sisal M-AgMec-50°, variou-se a quantidade de enzimas utilizadas (0,5 (HE-SAG-0,5); 0,7 (HE-SAG-0,7) e 0,9 (HE-SAG-0,9) mL de complexo enzimático. g-1 polpa celulósica). O maior rendimento de glicose (98%), obtido via CLAE, correspondeu a HE-SAG-0,9, sendo esta proporção de enzimas utilizada para as reações usando as polpas M-US-20% (HE-SU20-0,9), M-US-40%(HE-SU40-0,9). Dentre todas as polpas consideradas, o melhor rendimento de glicose foi para HE-SAG-0,9 pois, a presença de maior quantidade de hemiceluloses nas polpas celulósicas tratadas via ultrassom (HE-SU20-0,9 HE-SU40-0,9) prejudicou o acesso das enzimas às cadeias de celulose. As análises das polpas não reagidas mostraram que as enzimas celulases no geral agiram primeiramente na região não cristalina. Comportamentos variados foram observados com relação a Ic e MMvis, dependendo do intervalo de tempo transcorrido durante a reação. Considerando o pico de maior densidade de comprimento para as fibras de HE-SAG-0,5; HE-SAG-0,7 e HE-SAG-0,9, a variação durante a reação foi de [129-215] μm para [77-129] μm. As fibras de comprimentos superiores a [359-599] μm passaram a ser menores, aumentando a concentração de fibras com comprimentos menor que 359μm no meio. Para HE-SAG-0,5; HE-SAG-0,7; HE-SAG-0,9 o pico de maior densidade para a espessura variou de [28-39] para [11-23] μm, e para HE-SU20-0,9 e HE-SU40-0,9 este variou de [18-30] μm para [14-18] μm. O conjunto de resultados indicou que as enzimas agiram principalmente a partir das superfícies das fibras. As reações utilizando as enzimas celulases comercial e obtidas a partir do fungo Aspergillus foram realizadas utilizando outros substratos, além de M-AgMec-50° (HE-SAG-0,5; H-Aspergillus-SAG-1,5), ou seja, celulose microcristalina (HE-MICRO-0,5; H-Aspergillus-MICRO-1,5) e papel filtro (HE-PFT-0,5; H-Aspergillus-PFT-1,5). Dos três substratos utilizados, o papel filtro apresentou maior quantidade de hemiceluloses, e por isto, para as duas enzimas, observou-se para esta amostra o maior teor de açúcar redutor (DNS). A enzima fúngica, para todos os substratos, produziu um teor de açúcar muito menor que o obtido usando enzima comercial. As enzimas foram avaliadas via eletroforese de proteínas, sendo que para as enzimas fúngicas, foram observadas bandas de endoglucanases e exoglucanases, confirmando que durante o crescimento do fungo houve a formação das enzimas celulases. No entanto, as respectivas bandas das celulases comerciais mostraram que estas enzimas estão presentes em concentração consideravelmente maior, comparativamente as obtidas a partir do fungo Aspergillus sp. Ao comparar os resultados de Ic, MMvis, comprimento e espessura para todas as polpas não reagidas, usando as enzimas comercial e fúngica, observou-se que as enzimas fúngicas, nas condições consideradas no presente estudo atuaram de forma significativamente menos intensa que a comercial. Os estudos envolvendo as enzimas fúngicas requisitam aprofundamento. Dentre os resultados obtidos, destaca-se a alta conversão a glicose da polpa celulósica M-AgMec-50°, o que indicou que a hidrólise enzimática de polpa celulósica de sisal, com características similares à esta, apresenta grande potencial para produção de açúcares via catálise enzimática, visando obtenção de etanol. / This study corresponds to the enzymatic hydrolysis of previously mercerized pulp sisal (20g polpa.L-1 aqueous 20% NaOH) via mechanical agitation (50° C, 3h, M-AgMec-50°) and ultrasound (25° C, 1h) at 20% (M-US-20%) and 40% (-M-US 40%) of amplitude. The mercerized pulp had the following properties: M-AgMec-50° 97.4% of α-cellulose, 68% of crystallinity (Ic) and average viscometric molecular weight (MMvis) of 94618,0g.mol-1, M-US-20% 95% of α-cellulose, 68% of Ic and MMvis of 87581,6 g.mol-1, M-US-40% 91.2% α-cellulose, 66% of Ic and 81786,9g .mol-1 of MMvis. The hydrolysis reactions (48 h) were performed using commercial enzymes cellulase (Accellerase 1500) and enzymes obtained from the growth of the fungus Aspergillus sp. Aliquots constituted of unreacted pulp and liquor were taken from the medium during the reaction. The unreacted pulps were characterized with respect to Ic, MMvis, length and thickness and scanning electron microscopy (SEM). The liquors were analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) and by the Miller method (DNS). In the hydrolysis of the cellulose pulp sisal M-AgMec -50°, the amount of enzymes used was varied (0.5 (HE- SAG-0.5), 0.7 (HE-SAG-0.7) and 0.9 (HE-SAG-0.9) mL enzyme complex.g-1 pulp). The highest yield of glucose (98%), obtained via HPLC, corresponded to HE-SAG-0.9. This proportion of enzymes was used for the reactions using the pulps M-US-20% (HE-SU20-0,9) and M-US-40% (HE-SU40-0,9). Among all the considered pulps, the best performance for glucose was HE-SAG-0.9 as the presence of greater amounts of hemicellulose in pulps treated via ultrasonic (HE-HE-SU 20-0,9 SU40-0,9 ) made it difficult for the enzymes to access the cellulose chains. The analysis of unreacted pulps showed that, in general, cellulase enzymes act primarily on the non-crystalline region. Different behaviors were observed with respect to Ic and MMvis, depending on the time interval elapsed during the reaction. Considering the peak density of greater length for the fibers HE-SAG-0.5; HE-SAG-0.7 and HE-SAG-0.9, the variation during the reaction was [129-215] μm for [77-129] μm. The fibers of lengths greater than [359-599] μm became smaller, thus increasing the concentration of fibers with lengths smaller than 359μm in the medium. For HE-SAG-0.5; HE-SAG-0.7; HE-SAG-0.9 the peak of greater density of thickness varied from [28-39] to [11-23] μm and, for HE-SU20-0,9 and HE-SU40-0,9 that varied from [18-30] μm to [14-18] μm. The set of results indicated that the enzymes acted primarily from the fiber surfaces. Reactions using commercial cellulases and enzymes obtained from Aspergillus sp fungus were performed using other substrates in addition to M-AgMec-50°(HE-SAG-0,5; H-Aspergillus-SAG-1,5), which were microcrystalline cellulose (HE-MICRO-0,5; H-Aspergillus-MICRO-1,5) and filter paper (HE-PFT-0.5, H-Aspergillus-PFT-1,5). Out of the three substrates used, the filter paper showed a higher amount of hemicellulose, and therefore the highest concentration of reducing sugars (DNS) was observed in this sample for the two enzymes. For all the substrates, the fungal enzyme produced a much lower level of sugar than that obtained by using commercial enzyme. The enzymes were evaluated by electrophoresis of proteins. The bands of endoglucanases and exoglucanases were observed in the fungal enzymes, confirming that during the growth of the fungus there was the formation of cellulase enzymes. However, the respective bands of commercial cellulases showed that these enzymes are present in considerably higher concentration when compared to those obtained from the fungus Aspergillus sp. When comparing the results of Ic, MMvis, length and thickness for all the unreacted pulps using commercial and fungal enzymes under the conditions considered in this study, it was observed that fungal enzymes acted significantly less intensely than the commercial ones. Studies involving fungal enzymes need deepening. Among the obtained results, there is a high conversion of the glucose pulp AgMec-M50°, which indicated that the enzymatic hydrolysis of cellulosic pulps with features similar to the pulp used in the present study, has great potential for the production of sugars via enzymatic catalysis aiming at the production of ethanol.

According to national and international policies in order to protect environment regarding renewable sources of energy, biogas is one of the best alternative to reduce waste and pollution and getting energy. Biogas is the gas that is produced by some kinds of microorganisms in anaerobic condition from organic waste treatment. Technology of biogas plants is varies and there is no standard procedure that is applicable worldwide. Methane (biogas), which is produced from wastes and it is known widely since 1973. By organic waste degradation methane is produced and waste volume will be reduced. Some surveys prove that during anaerobic digestion only 50% of organic matter is degraded. Anaerobic degradation has some steps that are hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis. Since hydrolysis is rate-limited step it can be improved by some pretreatment and some action like improving monitoring system can show that the efficiency of biogas will increase. There are three main pretreatment methods. During this study digestate sludge from different waste treatment plants were pretreated. First experience was pretreating digestate sludge from Sobacken, Falköping, Västerås by Enzyme Addition (Cellolase) and the measuring of biogas (methane) has done by Gas Chromatograph (GC). Second experience was pretreating digestate sludge by Acid (Sulfuric acid). The data of those measurements are shown that the amount of biogas was increased two times in the case of Västerås by enzyme addition, which is about 70% of theoretical expectation of this pretreatment and pretreating digestate sludge of Sobacken by acid pretreatment could increase the amount of biogas two times as well that was about 60% of theoretical estimation. By proper gas chromatograph and choosing one kind of waste and pretreating that by just one kind of pretreatment in each experience and following the results and going further the biogas efficiency will increase significantly because still 50% organic matter is inside the digester. / Uppsatsnivå: D

A 3D-printed microfluidic lab-on-a-disc (LOAD) device was designed and manufactured using a low cost ( ̃£1600) consumer grade fused deposition modelling (FDM) Ultimaker 2+ 3D printer with imbedded microfluidic channels 1 mm wide, 400 μm depth and with a volumetric capacity of approximate 23 μl. FDM printers are not typically used, or are capable, of producing the fine detailed structures required for microfluidic fabrication; in addition 3D-printed objects can suffer from poor optical transparency. However, in this work, imbedded microfluidic channels were produced and the optical transparency of the device was improved though manufacture optimisation to such a point that optical colourimetric assays can be performed in a microfluidic cuvette device with sample path length of 500 μm and volumetric capacity of 190 μl. When acetone vapour treatment was used, it was possible to improve transparency of plastic samples by up to a further 30%. The LOAD device is capable of being spun using an unmodified optical disc drive (ODD), demonstrating the centrifugation based separation of plasma from whole blood in a low-cost FDM 3D-printed microfluidic LOAD device. A cholesterol assay and glucose assay was developed and optimised using cholesterol oxidase (ChOx) or glucose oxidase (GlOx) respectively and horseradish peroxidase (HRP) for the oxidative coupling of chromotropic acid (CTA) and 4-aminoantipyrine (AAP). This produced a blue quinoneimine dye with a broad absorbance peaking at 590 nm for the quantification of cholesterol/glucose in solution. The colourimetric enzymatic cascade assays were developed for use within low-cost FDM 3D-printed microfluidic devices to demonstrate the capabilities and functionality of the devices. For comparison, the assay was run in standard 96 well plates with a commercial plate reader. The results demonstrated that the quantification of 0-10 mM glucose solution using a 3D-printed microfluidic optical device had a performance comparable to a plate reader assay; glucose assay in whole blood samples R2 = 0.96.

Orientador: Fernando Broetto / Banca: Luiz Antonio Gallo / Banca: Magali Leonel / Resumo: Os sub-produtos da industrialização da mandioca são partes constituintes da própria planta, gerados em função do processo tecnológico adotado no seu beneficiamento. Tanto a qualidade como a quantidade dos sub-produtos pode variar em função de fatores diversos, como cultivar, idade da planta, tempo após a colheita, tipo e regulagem do equipamento industrial, etc. Considerando-se os principais tipos de processamento de raízes de mandioca no Brasil, como a fabricação de farinha de mandioca e a extração de fécula, os sub-produtos gerados podem ser sólidos ou líquidos. Como sólidos, destaca-se a casca marrom, a entre casca, o descarte, a crueira, a fibra, o bagaço e a varredura. A crueira é constituída por pedaços de raízes e entre casca, separados por peneiras antes do forno, no processamento da farinha de mandioca. Neste trabalho, realizaram-se todas as etapas para a caracterização físico-química da crueira. No aspecto energético, avaliaram-se dois processos para obtenção de hidrolisado a partir de amostras de crueira, para obtenção de álcool fino. Primeiramente utilizou-se a via de hidrólise com ataque ácido, que foi descartada, devido dificuldades de processo e maior custo; e paralelamente, o material foi tratado por hidrólise enzimática em escala laboratorial, bem como em batelada. Para ambos os processos de hidrólise enzimática, determinou-se a eficiência e rendimento econômico para produção de álcool fino, onde verificou-se um rendimento de 65,8%. Uma tonelada de crueira é capaz de produzir aproximadamente 370 litros de álcool fino, visando sua reciclagem por parte das farinheiras. Concluiu-se que o resíduo crueira pode ser considerado economicamente viável como substrato para produção de álcool fino, e que a eficiência do processo é melhor quando a hidrólise é realizada por ação enzimática. / Abstract: Sub-products of the cassava industrialization are constituent parts of the proper plant, generated in function of the adopted technological process in its improvement. As much the quality as the amount of sub-products can vary in function of diverse factors, as to cultivate, age of the plant, time after the harvest, type and regulation of the industrial equipment, etc. Considering the main types of processing of cassava roots in Brazil, as the cassava flour production and the extration of starch, the sub generated products can be solid or liquid. As solid, it is pointed out brown rind, between rind, the discarding, the crueira, the fiber, the bagasse and varredura. The crueira is constituted by pieces of roots and between rind, separate for bolters before the oven, in the processing of the cassava flour. In this work, all the stages for the physical-chemistry crueira characterization had been become fullfilled. In the energy aspect, two processes for hidrolisate attainment had been evaluated from samples of crueira, for fine alcohol attainment. First it was used hydrolysis way with acid attack, that was discarded, because of difficulties of process and higher cost; parallel, the material was treated by enzymatic hydrolysis in laboratorial scale, as well as in bath. For both enzymatic hydrolysis processes, it was determined efficiency and economic income for fine alcohol production, where a 65,8% income was verified. A ton of crueira is capable to produce 370 liters of fine alcohol approximately, aiming at its recycling on the part of the cassava flour industry. It was concluded that the crueira residue can be considered economically viable as substratum for fine alcohol production, and the efficiency of the process is better when the hydrolysis is carried through by enzymatic action. / Mestre

Como conseqüência do aumento da produção de cana nos últimos anos, ocorreu o aumento da quantidade de resíduos agroindustriais gerados a partir deste processo, sendo os principais a palha e o bagaço da cana-de-açúcar. O potencial de produção desses resíduos representa em média 14% da massa da cana processada. A celulose é o principal constituinte desses materiais e pode dar origem a outros materiais por meio de reações de derivatização. Entre os derivados de celulose mais importantes, estão os éteres e os ésteres de celulose. A celulose também pode ser fragmentada, a fim de se utilizar seu monômero formador, a glicose. O presente trabalho teve como objetivo extrair a celulose da palha e do bagaço de cana para utilizá-la na produção de dois derivados, o acetato de celulose e a carboximetilcelulose, além de fragmentá-la a glicose, visando a estudar a hidrólise enzimática necessária para produção de etanol celulósico. Para isso, foram testadas duas vias de obtenção da celulose, uma via denominada ácida e outra, denominada alcalina. Ao término de cada etapa das vias, os materiais produzidos foram caracterizados quimicamente com a finalidade de se elucidar o que acontecia em cada etapa. Ao final dos dois processos, o material obtido foi submetido às reações de acetilação e de carboximetilação. Os derivados de celulose foram caracterizados quanto aos seus graus de substituição e por FTIR. Com o acetato de celulose, foram produzidas membranas através de dois métodos distintos, a evaporação de solvente e a inversão de fases. Essas membranas foram caracterizadas fisicamente por MEV, DMA e teste de permeabilidade. Elas também foram testadas quanto à remoção de íons cobre em solução em estado estacionário. Todos os materiais obtidos nas duas vias testadas foram hidrolisados enzimaticamente utilizando-se as enzimas Celluclast 1.5L e ?-glicosidase. Em todas as vias estudadas e para os dois materiais analisados, foram obtidos como produtos finais, materiais com alto teor de celulose (em torno de 90%) e baixo de teor de lignina (menor que 4%), sendo a via alcalina considerada a de melhor desempenho, pois ocorreu menor perda de celulose nessa via do que na via ácida. Foram produzidos acetatos de celulose com grau de substituição 3, ou seja, triacetatos, ideais para a produção de membranas. Contudo, a presença da lignina, mesmo em pequena quantidade, não permitiu que fossem produzidas membranas com alta resistência mecânica. Em geral as membranas foram capazes de remover cerca de 15,0% dos íons cobres em uma solução aquosa. Dos dois métodos estudados, o de inversão de fases foi o que produziu as melhores membranas. Quanto à carboximetilcelulose, foram produzidas CMCs de diferentes características e mais uma vez a lignina interferiu no processo, quanto mais lignina possuía o material antes da produção de CMC, menor foi o grau de substituição obtido. Nas reações de hidrólise enzimática, quanto mais puro era o material em relação ao teor de celulose, maior foi a concentração de glicose no hidrolisado, sendo alcançadas concentrações em torno de 85,00%. / As a consequence of sugarcane increased production in recent years, there was an increased of residues generation from this process, being the straw and bagasse the main ones. The production potential of these wastes represents around 14% of the processed sugarcane mass. Cellulose is the main constituent of these materials and may give rise to other materials by derivatization reactions. Among the most important derivatives of cellulose, are ethers and esters of cellulose. Cellulose can also be fragmented in order to use its monomer, the glucose. The present work aims at extracting the cellulose from sugarcane straw and bagasse to use it in the production of two derivatives, cellulose acetate and carboxymethylcellulose and to fragment it into glucose for studying the enzymatic hydrolysis, which is a required step for ethanol cellulosic production. For this, it was tested two pathways of cellulose obtaining, the acid route and the alkaline route. At the end of each stage of the process, the materials were characterized chemically in order to elucidate what occurred in each step. After finishing both processes, the material was subjected to reactions of acetylation and carboxymethylation. The cellulose derivates were characterized physically for its degree of substitution and for FTIR. The cellulose acetate was utilized to produce membranes through two different methods, the solvent evaporation and the phase inversion. The membranes were characterized for MEV, DMA and permeability test. They were also tested for cooper ions removal. All materials produced at both pathways were hydrolyzed enzymatically for the enzymes Celluclast 1.5L and ?-glucosidase. In all cases, the final material presented high level of cellulose (about 90,0%) and low level of lignin (low than 4,0%). The alkaline route can be considered the one which achieved the best results, since it was in this pathway that the lowest cellulose lost occurred. The cellulose acetates presented a degree of substitution 3, in other words, they are triacetates, ideal for membrane production. Nevertheless, the presence of lignin, even in low amount, did not allow producing membranes with high mechanic resistance. In general, the membranes were able to remove about 15,0% of cooper ions in a aqueous solution. Between the methods carried out, the phase inversion was the one which produced membranes with the best properties. In relation to carboxymethylcellulose, it was obtained CMCs with different characteristics and, once more, the lignin interfered in the process. The more lignin content before CMC production, the less degree of substitution obtained. In the reactions of enzymatic hydrolysis, the highest cellulose purity proportioned the highest glucose concentrations in the hidrolysates, and it was reached conversion values around 85,00%.

O foco deste estudo correspondeu a hidrólise enzimática da polpa celulósica de sisal previamente mercerizada (20g de polpa.L-1, solução aquosa de NaOH 20%) via agitação mecânica (50°C,3h, M-AgMec-50°) e ultrassom (25°C,1h) a 20% (M-US-20%) e 40% (M-US-40%) de amplitude. As polpas mercerizadas apresentaram as seguinte propriedades: M-AgMec-50° 97,4% de α-celulose, cristalinidade (Ic) de 68% e massa molar média viscosimétrica (MMvis) de 94618,0g.mol-1, M-US-20% 95% de α-celulose, Ic de 68% e MMvis de 87581,6g.mol-1, M-US-40% 91,2% de α-celulose, Ic de 66% e MMvis de 81786,9g.mol-1. As reações de hidrólise (48h) foram realizadas utilizando enzimas celulase comercial (Accellerase 1500) e enzimas obtidas a partir do crescimento do fungo Aspergillus sp. Alíquotas constituídas por polpas não reagidas e licor foram retiradas do meio durante a reação. As polpas não reagidas foram caracterizadas em relação a Ic, MMvis, comprimento e espessura e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os licores foram avaliados pelo método Miller (DNS) e cromatografia líquida de alta eficiência(CLAE). Na hidrólise da polpa celulósica de sisal M-AgMec-50°, variou-se a quantidade de enzimas utilizadas (0,5 (HE-SAG-0,5); 0,7 (HE-SAG-0,7) e 0,9 (HE-SAG-0,9) mL de complexo enzimático. g-1 polpa celulósica). O maior rendimento de glicose (98%), obtido via CLAE, correspondeu a HE-SAG-0,9, sendo esta proporção de enzimas utilizada para as reações usando as polpas M-US-20% (HE-SU20-0,9), M-US-40%(HE-SU40-0,9). Dentre todas as polpas consideradas, o melhor rendimento de glicose foi para HE-SAG-0,9 pois, a presença de maior quantidade de hemiceluloses nas polpas celulósicas tratadas via ultrassom (HE-SU20-0,9 HE-SU40-0,9) prejudicou o acesso das enzimas às cadeias de celulose. As análises das polpas não reagidas mostraram que as enzimas celulases no geral agiram primeiramente na região não cristalina. Comportamentos variados foram observados com relação a Ic e MMvis, dependendo do intervalo de tempo transcorrido durante a reação. Considerando o pico de maior densidade de comprimento para as fibras de HE-SAG-0,5; HE-SAG-0,7 e HE-SAG-0,9, a variação durante a reação foi de [129-215] μm para [77-129] μm. As fibras de comprimentos superiores a [359-599] μm passaram a ser menores, aumentando a concentração de fibras com comprimentos menor que 359μm no meio. Para HE-SAG-0,5; HE-SAG-0,7; HE-SAG-0,9 o pico de maior densidade para a espessura variou de [28-39] para [11-23] μm, e para HE-SU20-0,9 e HE-SU40-0,9 este variou de [18-30] μm para [14-18] μm. O conjunto de resultados indicou que as enzimas agiram principalmente a partir das superfícies das fibras. As reações utilizando as enzimas celulases comercial e obtidas a partir do fungo Aspergillus foram realizadas utilizando outros substratos, além de M-AgMec-50° (HE-SAG-0,5; H-Aspergillus-SAG-1,5), ou seja, celulose microcristalina (HE-MICRO-0,5; H-Aspergillus-MICRO-1,5) e papel filtro (HE-PFT-0,5; H-Aspergillus-PFT-1,5). Dos três substratos utilizados, o papel filtro apresentou maior quantidade de hemiceluloses, e por isto, para as duas enzimas, observou-se para esta amostra o maior teor de açúcar redutor (DNS). A enzima fúngica, para todos os substratos, produziu um teor de açúcar muito menor que o obtido usando enzima comercial. As enzimas foram avaliadas via eletroforese de proteínas, sendo que para as enzimas fúngicas, foram observadas bandas de endoglucanases e exoglucanases, confirmando que durante o crescimento do fungo houve a formação das enzimas celulases. No entanto, as respectivas bandas das celulases comerciais mostraram que estas enzimas estão presentes em concentração consideravelmente maior, comparativamente as obtidas a partir do fungo Aspergillus sp. Ao comparar os resultados de Ic, MMvis, comprimento e espessura para todas as polpas não reagidas, usando as enzimas comercial e fúngica, observou-se que as enzimas fúngicas, nas condições consideradas no presente estudo atuaram de forma significativamente menos intensa que a comercial. Os estudos envolvendo as enzimas fúngicas requisitam aprofundamento. Dentre os resultados obtidos, destaca-se a alta conversão a glicose da polpa celulósica M-AgMec-50°, o que indicou que a hidrólise enzimática de polpa celulósica de sisal, com características similares à esta, apresenta grande potencial para produção de açúcares via catálise enzimática, visando obtenção de etanol. / This study corresponds to the enzymatic hydrolysis of previously mercerized pulp sisal (20g polpa.L-1 aqueous 20% NaOH) via mechanical agitation (50° C, 3h, M-AgMec-50°) and ultrasound (25° C, 1h) at 20% (M-US-20%) and 40% (-M-US 40%) of amplitude. The mercerized pulp had the following properties: M-AgMec-50° 97.4% of α-cellulose, 68% of crystallinity (Ic) and average viscometric molecular weight (MMvis) of 94618,0g.mol-1, M-US-20% 95% of α-cellulose, 68% of Ic and MMvis of 87581,6 g.mol-1, M-US-40% 91.2% α-cellulose, 66% of Ic and 81786,9g .mol-1 of MMvis. The hydrolysis reactions (48 h) were performed using commercial enzymes cellulase (Accellerase 1500) and enzymes obtained from the growth of the fungus Aspergillus sp. Aliquots constituted of unreacted pulp and liquor were taken from the medium during the reaction. The unreacted pulps were characterized with respect to Ic, MMvis, length and thickness and scanning electron microscopy (SEM). The liquors were analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) and by the Miller method (DNS). In the hydrolysis of the cellulose pulp sisal M-AgMec -50°, the amount of enzymes used was varied (0.5 (HE- SAG-0.5), 0.7 (HE-SAG-0.7) and 0.9 (HE-SAG-0.9) mL enzyme complex.g-1 pulp). The highest yield of glucose (98%), obtained via HPLC, corresponded to HE-SAG-0.9. This proportion of enzymes was used for the reactions using the pulps M-US-20% (HE-SU20-0,9) and M-US-40% (HE-SU40-0,9). Among all the considered pulps, the best performance for glucose was HE-SAG-0.9 as the presence of greater amounts of hemicellulose in pulps treated via ultrasonic (HE-HE-SU 20-0,9 SU40-0,9 ) made it difficult for the enzymes to access the cellulose chains. The analysis of unreacted pulps showed that, in general, cellulase enzymes act primarily on the non-crystalline region. Different behaviors were observed with respect to Ic and MMvis, depending on the time interval elapsed during the reaction. Considering the peak density of greater length for the fibers HE-SAG-0.5; HE-SAG-0.7 and HE-SAG-0.9, the variation during the reaction was [129-215] μm for [77-129] μm. The fibers of lengths greater than [359-599] μm became smaller, thus increasing the concentration of fibers with lengths smaller than 359μm in the medium. For HE-SAG-0.5; HE-SAG-0.7; HE-SAG-0.9 the peak of greater density of thickness varied from [28-39] to [11-23] μm and, for HE-SU20-0,9 and HE-SU40-0,9 that varied from [18-30] μm to [14-18] μm. The set of results indicated that the enzymes acted primarily from the fiber surfaces. Reactions using commercial cellulases and enzymes obtained from Aspergillus sp fungus were performed using other substrates in addition to M-AgMec-50°(HE-SAG-0,5; H-Aspergillus-SAG-1,5), which were microcrystalline cellulose (HE-MICRO-0,5; H-Aspergillus-MICRO-1,5) and filter paper (HE-PFT-0.5, H-Aspergillus-PFT-1,5). Out of the three substrates used, the filter paper showed a higher amount of hemicellulose, and therefore the highest concentration of reducing sugars (DNS) was observed in this sample for the two enzymes. For all the substrates, the fungal enzyme produced a much lower level of sugar than that obtained by using commercial enzyme. The enzymes were evaluated by electrophoresis of proteins. The bands of endoglucanases and exoglucanases were observed in the fungal enzymes, confirming that during the growth of the fungus there was the formation of cellulase enzymes. However, the respective bands of commercial cellulases showed that these enzymes are present in considerably higher concentration when compared to those obtained from the fungus Aspergillus sp. When comparing the results of Ic, MMvis, length and thickness for all the unreacted pulps using commercial and fungal enzymes under the conditions considered in this study, it was observed that fungal enzymes acted significantly less intensely than the commercial ones. Studies involving fungal enzymes need deepening. Among the obtained results, there is a high conversion of the glucose pulp AgMec-M50°, which indicated that the enzymatic hydrolysis of cellulosic pulps with features similar to the pulp used in the present study, has great potential for the production of sugars via enzymatic catalysis aiming at the production of ethanol.

As cascavéis são classificadas como grupo monofilético contendo dois gêneros descritos ao grupo: Crotalus ssp. e Sistrurus ssp., os quais surgiram no México a aproximadamente 20 milhões de anos, colonizando então, praticamente todo o continente americano. Fatores como dieta, dimorfismo sexual, ontogenia, mutações e distribuição geográfica podem influenciar na composição dos venenos e consequentemente no envenenamento. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o perfil proteico, bem como as propriedades enzimáticas e imunológicas dos venenos de algumas espécies e subespécies de Crotalus ssp. (C. atrox, C. scutulatus scutulatus, C. viridis viridis, C. vegrandis, C. durissus cascavella, C. d. collilineatus e C. d. terrificus). Os resultados indicaram pouca variabilidade entre os perfis eletroforéticos dos venenos, contudo as diferenças foram na concentração relativa das proteínas. A análises proteômica identificou alguns componentes dos venenos e serinopeptidases, metalopeptidases e fosfolipases A2 foram as mais abundantes. Além disso, por zimografia, observou-se que todos os venenos analisados apresentaram atividade proteolítica e que os venenos norte-americanos em todos os zimogramas foram mais hidrolíticos. Em caseína, a atividade enzimática dos venenos foi menos intensa comparado aos outros substratos. Em relação às gelatinases das amostras estudadas, pôde ser observado inibição da atividade enzimática induzida por alguns componentes utilizando EDTA, principalmente nos venenos de C. atrox e C. vegrandis. Em relação à inibição das serinopeptidases, foi observado que todas as gelatinases dos venenos crotálicos apresentaram inibição total ou parcial da atividade hidrolítica. Houve variabilidade entre as hialuronidases encontradas dos venenos crotálicos, tanto em relação à massa das enzimas e intensidade da degradação, quanto em diferentes pHs. Nos ensaios enzimáticos quantitativos (azocaseinolítico fosfolipásico e peptidásico) os venenos Norte Americanos demonstraram conter mais proteases em relação aos venenos Sul Americanos. Por Western Blotting, as amostras reagiram com os anticorpos presentes nos soros anti-crotálico e anti-botrópico, apresentando reatividade antigênica cruzada entre as amostras homólogas e heterólogas. Além disso, houve imunoreatividade entre o soro anti-jararagina e alguns componentes de todos os venenos crotálicos norte-americanos. / The rattlesnakes are classified as a monophyletic group containing two genera referring to the group: Crotalus ssp. and Sistrurus ssp., which arose in Mexico 20 millions of years ago, colonizing then, practically all the American continent. Some scientific works indicate that factors such as diet, sexual dimorphism, ontogeny, mutations and distribution may influence the composition of the venoms and consequently the poisoning. The present work aims to characterize the enzymatic and immunological properties of the venoms of some species and subspecies of Crotalus ssp. (C. atrox, C. scutulatus scutulatus, C. viridis viridis, C. vegrandis, C. durissus cascavella, C. collilineatus and C. d. terrificus). The results indicated few variability among the electrophoretic profiles of the venoms, however the differences were in the relative concentration of the proteins. The proteomic analysis identified serinopeptidases, metallopeptidases and phospholipases A2, which were the most abundant components of the venoms. In addition, zymography assays indicate that the all the venoms showed proteolytic activity, furthermore, the North American venoms, presented more hydrolysis in all zimograms. The caseinolytic activity was less intense compared with other substrates. Regarding the gelatinolytic activity of the samples, inhibition of the enzymatic activity of some components could be observed using EDTA, mainly in the C. atrox and C. vegrandis venoms. Partial or total inhibition was observed of the serinopeptidases activity of the crotalic gelatinases. Among the hyaluronidases, variations between crotalic venoms, in relation to the enzymes mass and degradation intensity were identified. In addition, when incubated at different pHs, the hyaluronidase profile presented different patterns in the activity. In the quantitative enzymatic assays (azocaseinolytic phospholipasic, peptidasic) the North American venoms displayed higher activity in relation to the South American venoms. In the Western Blotting assays, the samples reacted with antibodies present in the Brazilian anti-crotalic and bothropic sera, indicating cross-reactive antigenicity between the homologous and heterologous samples. Besides that, there was immunoreactivity between the anti-jararrhagin serum and some components of all North American crotalic venoms.