Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-04-02T17:14:06Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1090044 bytes, checksum: 6560b87b6a8c4dee0acf6c600e718a6d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-02T17:14:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1090044 bytes, checksum: 6560b87b6a8c4dee0acf6c600e718a6d (MD5) Previous issue date: 2017-07-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esse trabalho, que está apresentado em dois capítulos, teve como objetivos extrair as hemiceluloses das fibras de milho por processo alcalino (cold caustic extraction = CCE) e funcionalizar as mesmas para produção de carboximetilxilanas de alto valor agregado. No Capítulo 1 foi avaliada a extração alcalina a frio de xilanas de fibras de milho, utilizando-se diferentes concentrações de NaOH a temperatura ambiente por 5 horas. As fibras de milho foram caracterizadas quantitativamente quanto aos seus conteúdos de celulose, hemiceluloses (xilanas), ligninas, extrativos, ácidos urônicos totais, grupos acetilas e cinzas. As xilanas extraídas em álcali foram caracterizadas por FT-IR, viscosidade, teor de xilanas e pureza. Os resultados indicam que foi possível extrair xilanas de fibras de milho com alta pureza e com baixa degradação, embora os rendimentos de extração tenham sido relativamente baixos (4,0- 23,9%). A estrutura mais provável das xilanas de fibra de milho é de um acetato de 4-O-metil-glicuronoarabino-xilana. Elas apresentam grande potencial como fonte para aplicações comerciais de alto valor agregado e de larga escala, dando uma destinação nobre a um resíduo de baixo valor. No Capítulo 2, foi avaliada a utilização das xilanas de fibras de milho para a obtenção de derivados hemicelulósicos através de reações de modificação química. Neste estudo, as xilanas foram derivatizadas pela técnica de carboximetilação por ser a mais versátil para se obter éteres de hemiceluloses solúveis e com funções aniônicas, tendo potenciais aplicações. Foi investigada a carboximetilação de xilanas de fibra de milho com monocloroacetato de sódio em meio alcalino alcoólico de 2- propanol em diferentes proporções. As amostras de carboximetilxilanas obtidas foram caracterizadas quanto ao grau médio de substituição, por FT-IR, DSC e rendimento. Os resultados indicam que foi possível obter carboximetilxilanas a partir de xilanas extraídas de fibra de milho, com altos grau de substituição, rendimento e entalpia de fusão. Conclui-se que é possível se obter derivados hemicelulósicos que excluem a utilização de condições extremas de solventes e temperatura, sendo a fibra de milho uma excelente fonte de matéria-prima. / This work, which is presented in two chapters, aimed to extract the hemicelluloses of the fibers of corn by alkaline process (cold caustic extraction = CCE) and the functionalization of the same for production of carboximetilxilanas of high added value. In chapter 1, the cold alkaline extraction of xylans from corn fibers was evaluated using different concentrations of NaOH at room temperature for 5 hours. The corn fibers were characterized quantitatively as cellulose contents, hemicelluloses (xylans), lignins, extractives, total uronic acids, acetyl groups and ashes. The xylans extracted in alkali were characterized by FT-IR, viscosity, xylan content and purity. The results indicate that it was possible to extract xylans from high purity corn fibers with low degradation, although extraction yields were relatively low (4.0-23.9%). The most likely structure of the corn fiber xylans is a 4-O-methyl-glucuronoarabino-xylan acetate. They have great potential as a source for high value-added and large-scale commercial applications, giving a noble destination to a low value waste. In Chapter 2, the use of corn fiber xylans to obtain hemicellulosic derivatives through chemical modification reactions was evaluated. In this study, xylans were derivatized by the carboxymethylation technique because it is the most versatile to obtain ethers of soluble hemicelluloses and with anionic functions, having potential applications. Carboxymethylation of corn fiber xylans with sodium monochloroacetate in alcoholic alkaline medium of 2-propanol in different proportions was investigated. The carboxymethylxylan samples obtained were characterized for the average degree of substitution, FT-IR, DSC and yield. The results indicate that it was possible to obtain carboxymethylxylans from xylans extracted from corn fiber, with high degree of substitution, yield and enthalpy of fusion. It is concluded that it is possible to obtain hemicellulosic derivatives which exclude the use of extreme conditions of solvents and temperature, the corn fibers being an excellent source feedstock.

MENDES, Francisco Rogênio da Silva. Blendas e filmes de galactomanana e xiloglucana: caracterização físico-química. 2015. 92 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Anderson Silva Pereira (anderson.pereiraaa@gmail.com) on 2017-01-04T20:47:58Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_frsmendes.pdf: 4536625 bytes, checksum: 0bccbc297a617df8cede4d29292c8d24 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-04T22:33:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_frsmendes.pdf: 4536625 bytes, checksum: 0bccbc297a617df8cede4d29292c8d24 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-04T22:33:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_frsmendes.pdf: 4536625 bytes, checksum: 0bccbc297a617df8cede4d29292c8d24 (MD5) Previous issue date: 2015 / Plant hemicelluloses have been widely used in the industry due to their ability to form edible and biodegradable films with glycerol as plasticiser. This work aimed to obtain hemicellulose-based films using Caesalpina pulcherrima and Tamarindus indica seeds as sources, also to evaluate the physicochemical properties of these blends. Both hemicelluloses were obtained by aqueous extraction followed by ethanol precipitation. T. indica and C. pulcherrima seeds showed yields of 25% and 20% galactomannan (GalCp) and xyloglucan (XilTi), respectively. The XilTi showed the lowest content of nitrogen related to proteins, as those are the most contaminant in these extractions. On the other hand, xyloglucans showed the highest ash content when compared to galactomannans. Through GPC the estimated molecular weight was 4.35 x 106 g / mol and 2.03 x 106 g / mol for GalCp and XilTi, respectively. The mannose / galactose ratio for GalCp was determined by 1H NMR 2.52: 1. Glucose / xylose / galactose ratio for XilTi was obtained by 13C NMR (2.6: 2.4: 1). All blends solutions showed a nonlinear relationship between the shear stress and the strain rate at 25 °C, presenting a non-Newtonian behaviour. FTIR revealed absorptions in the range 3000-3500 cm-1 typical for carbohydrates, concerning to the vibrational stretch (OH) bands in the range of 2926-2899 cm-1 attributed to symmetric and asymmetric vibrations of the grouping CH. Also, the bands at 815 cm-1 and 872 cm-1 were detected which refer to the stretch of the anomeric conformations of polysaccharides, α-D-galactopironose and β-D-mannopyranose, respectively. The FTIR spectrum for xyloglucan apart from the bands at 3000-3500 cm-1 and 2926-2899 cm-1, showed bands at 820 cm-1 and 870 cm-1 which are attributed to stretching of the links in α-D-xylose and β-D-galactose monosaccharides. Moreover, it was detected absorptions around 800-1200 cm-1 which are specific for xyloglucan polysaccharides. The obtained films by casting method showed no significant difference between their thicknesses and showed water vapour permeability ranging from 1,604 to 2,474 (g.mm/h.KPa.m). Through atomic force microscopy over the surface of the films, parameters such as texture, waviness and roughness were estimated. All blend-based films presented low irregular surfaces. In sum, the films and blends based on plant cell wall polysaccharides reserve is promising due to its biodegradability and come from renewable sources. / As hemiceluloses têm sido bastante utilizadas na indústria por, possuirem a capacidade de formar filmes comestíveis e biodegradáveis juntamente com plastificante geralmente glicerol. O objetivo desta pesquisa foi formular blendas e filmes à base de hemiceluloses de Caesalpina pulcherrima (Cp) e Tamarindus indica (Ti) e avaliar suas propriedades físico-químicas. As hemiceluloses foram obtidas por extração aquosa seguida de precipitação com etanol 96 %. As blendas e filmes foram preparados pelo método de casting. As sementes apresentaram rendimentos de 25% e 20% de galactomanana (GalCp) e xiloglucana (XilTi) respectivamente. Na composição centesimal, a XilTi apresentou menor teor de proteínas como contaminante, quando comparado com a GalCp. No entanto, a xiloglucana mostrou maior teor de cinza em relação à galactomanana. A massa molar aparente foi obtida por GPC foi de 4,35 x 106 g/mol e 2,03 x 106 g/mol para GalCp e XilTi, respectivamente. A razão de manose/galactose da GalCp determinada por RMN 1H foi de (2,52:1). Enquanto que a razão de glucose/xilose/galactose para a XilTi obtida por RMN 13C foi de (2,6:2,4:1). As soluções filmogênicas apresentaram uma relação não linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação a 25°C, caracterizando-se como fluídos não newtonianos. A espectroscopia na região do infravermelho revelou absorções na região 3000-3500 cm-1 característica de carboidratos cíclicos, atribuída ao estiramento vibracional (O-H) e bandas de absorção entre 2926-2899 cm-1 atribuída às vibrações simétricas e assimétricas do grupamento C-H e as bandas em 815 cm-1 e 872 cm-1 referem-se ao estiramento das conformações anoméricas das unidades α-D-galactopironose e β-D-manopiranose, respectivamente. O espectro de FTIR para a xiloglucana foi identificado além das bandas em 3000-3500 cm-1 e 2926-2899 cm-1, mostrou absorções em 820 cm-1 e 870 cm-1 que é atribuída ao estiramento das ligações das unidades α-D-xilose e β-D-galactose, revelou também absorções entre 800-1200 cm-1 que representa a região de identidade para xiloglucana. As blendas e filmes não apresentaram permeabilidade ao vapor de água variando entre 1,604 e 2,474 (g.mm/h. kPa.m). A microscopia de força atômica permitiu determinar os parâmetros de superfície, onde se verificou pequenas irregularidades de superfícies. Em suma, filmes e blendas a base de polissacarídeos de reserva de parede celular de plantas é promissor devido a sua biodegradabilidade e por serem provenientes de fontes renováveis.

Orientador : Marcos Silveira Buckeridge / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-01T23:02:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_DenisUbedade_D.pdf: 4155053 bytes, checksum: 1463b199c6ca8a4f9deec69cf97a67f6 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: As hemiceluloses são polissacarídeos que representam um dos componentes da parede celular vegetal e estão intimamente associados à celulose, definindo as propriedades estruturais na parede além de desempenhar funções na regulação do crescimento e desenvolvimento das plantas. Os xiloglucanos (Xg) e os galactomananos são hemiceluloses presentes tanto em parede primária (função estrutural) como em parede de reserva em sementes de algumas espécies (função de reserva). A interação entre celulose e as hemiceluloses pode ser analisada in vitro, possibilitando o estudo e a caracterização dos fatores que atuam sobre esta interação, consequentemente, tornando-se uma ferramenta importante para a compreensão de como o metabolismo e a arquitetura da parede são controlados. Em vista disto, este trabalho teve como objetivos: 1) analisar o efeito de variações na estrutura fina do xiloglucano (diferentes graus de ramificação com galactose e fucose) sobre sua capacidade de interação com celulose; 2) analisar o efeito do tamanho da molécula sobre a capacidade e sobre a energia envolvida nos processos de adsorção e 3) com base na capacidade de interação com celulose, avaliar o potencial das hemiceluloses (xiloglucano e galactomanano) como aditivos para o incremento das propriedades físicas do papel. Os resultados mostraram que, tanto o grau de ramificação como o tamanho da molécula afetam a interação entre Xg e celulose. Enquanto o grau de galactosilação e fucosilação estão relacionados com a força de ligação entre os polissacarídeos, o tamanho da molécula do Xg afeta a sua capacidade (quantidade) de interação à celulose, consequentemente a auto-interação. Estes dados sugerem que, a ausência da fucose nos Xgs de reserva, associada a sua provável síntese a partir de fragmentos de baixo peso molecular, possibilitariam a ligação (de baixa energia) entre as moléculas, permitindo tanto um eficiente empacotamento, como o fácil acesso às enzimas e expansinas durante o processo de desmonte e mobilização das reservas. As regiões fucosiladas do Xg estariam associadas àquelas regiões da parede primária sob maior pressão (alongamento, turgor), ou ainda, na manutenção da arquitetura da parede de reserva em tecidos de sementes que acumulam tais polissacarídeos. Do ponto de vista tecnológico, o uso das hemiceluloses (xiloglucano e galactomanano) são potenciais produtos alternativos para o incremento das propriedades mecânicas do papel / Abstract: Hemicelluloses are polysaccharides present in plant cell wall that are specifically associated to cellulose. They are related to the structural properties of the wall and act on the regulation of plant growth and development. Xyloglucans (Xg) and galactomannans are hemicelluloses present in primary cell walls, where they have a structural function and in secondary cell walls (as storage polysaccharides) of seeds of some dicotyledonous species. Results of in vitro experiments can be used as important tools to understand how cell wall metabolism and architecture are controlled. In this work, we had the following objectives: 1) to evaluate the effect of variations of the fine structure of Xg (degree of galactosylation and fucosylation) on its binding capacity to cellulose; 2) to analyse the effect of molecular weight of Xg on binding and energy involved in adsorption processes and 3) to assess the potential of hemicelluloses (Xg and galactomannan) as wet-end additives in order to improve the mechanical properties of paper sheets. Our results showed that both the branching degree and the molecular weight of Xg molecules affected the interaction with cellulose. The strength of binding to cellulose was related with the degree of galactosylation and fucosylation. H oweve r, the Xg molecular weight strongly affected its binding capacity (amount) and possibly its capacity of self-association. These data suggest that the absence of fucose in storage Xgs, associated to its biosynthesis as low molecular weight fragments, would allow the low energy binding among the molecules thus affording a rather efficient packing of the polymers in the case of the storage wall. It would also facilitate the access of the hydrolases (and maybe expansins) during the period of storage mobilisation. On the other hand, the fucosylated regions, characteristic of primary cell walls of growing tissues, would be associated with regions of the wall under higher pressure. From the biotechnological point of view, the hemicelluloses (Xg and galactomannan) are potential alternative products to be used to improve the mechanical properties of paper / Doutorado / Doutor em Biologia Vegetal

Orientador: Márcia Justino Rossini Mutton / Coorientador: Sarita Cândida Rabelo / Banca: Carlos Eduardo Vaz Rossell / Banca: Maria das Graças de Almeida Felipe / Banca: Sandra Regina Ceccato Antonini / Banca: Eleni Gomes / Resumo: A produção de etanol no Brasil é desenvolvida principalmente através do caldo e melaço de cana-de-açúcar. Considerando-se o aumento da demanda por combustíveis, a biomassa lignocelulósica surge como alternativa pois é o recurso biológico renovável mais abundante da terra. A produção de cana-de-açúcar gera diversos resíduos, como a palhada, deixada no campo após a colheita mecanizada, e o bagaço, que é separado do caldo na operação de moagem dos colmos de cana, e atualmente existem programas de melhoramento genético que visam o desenvolvimento de variedades com altos teores de lignina, para o uso na geração de energia elétrica. Essa biomassa lignocelulósica é composta por cerca de 70% de polímeros de açúcar, materiais que têm grande potencial para a produção de etanol. Este estudo foi realizado objetivando o uso da palhada, bagaço e clones de cana energia, através de pré-tratamento e hidrólise, avaliando seus potenciais para a produção de etanol. Utilizou-se 6 amostras de biomassa: a palhada de três variedades de cana-de-açúcar, coletadas em épocas diferentes; bagaço de cana; e dois clones de cana energia. Estes materiais foram caracterizados com relação a composição de celulose, hemicelulose, lignina, extrativos e cinzas e, logo após, passaram por pré-tratamento ácido, do qual foi obtido um licor, que foi concentrado e destoxificado, para o uso no processo fermentativo. Utilizou-se a estirpe de levedura Rhodotorula glutinis que apresenta habilidade de assim... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Ethanol production in Brazil is mainly developed through sugarcane juice and molasses. Considering the increased demand for fuels, lignocellulosic biomass appears as an alternative because it is the most abundant renewable biological resource on earth. Sugar cane production generates various residues, such as straw, left in the field after mechanized harvesting, and bagasse, which is separated from the broth in the milling operation of sugarcane fields, and there are currently breeding programs that Aim at the development of varieties with high lignin contents, for use in the generation of electric energy. This lignocellulosic biomass is composed of about 70% of sugar polymers, which materials have great potential for the production of ethanol. This study was carried out with the objective of using straw, bagasse and sugar cane clones, through pre-treatment and hydrolysis, evaluating its potential for ethanol production. Six biomass samples were used: the straw of three sugarcane varieties, collected at different times; sugarcane bagasse; And two sugar cane clones. These materials were characterized with respect to the composition of cellulose, hemicellulose, lignin, extractives and ashes and, thereafter, underwent acid pretreatment, from which a liquor was obtained, which was concentrated and detoxified, for use in the fermentation process. The yeast strain Rhodotorula glutinis was used which has the ability to assimilate xylose. Fermentations were performed in three replicates, evaluating the cell viability, viability of shoots and shoots of the cells. The consumption of xylose and ethanol production were also evaluated. The amount of mineral nutrients at all stages of this research was analyzed. The enzymatic hydrolysis of cellulignin was performed and the composition of the hydrolyzate was evaluated. From the dried biomass, analyzes of scanning electron (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Jackson Antônio Marcondes de Souza / Coorientador: Daniel Guariz Pinheiro / Coorientador: Luciano Takeshi Kishi / Resumo: A torta de filtro apresenta bagaço residual oriundo do processo de extração do caldo de cana-de-açúcar e quando armazenada por longos períodos, se torna um habitat ideal para o desenvolvimento de comunidades microbianas que atuam na desconstrução da lignocelulose. Nossas análises de dados de sequenciamento de DNA metagenômico sugerem que a torta de filtro armazenada por 40 dias possui uma microbiota com características funcionais e ecológicas exclusivas em relação a outros ambientes com elevada disposição de material lignocelulósico. Assim como em ambientes de compostagem, os filos mais abundantes são Actinobacteria, Proteobacteria, Firmicutes e Bacteroidetes. Dentre os principais genes que estes micro-organismos possuem, estão Glicosiltransferases, Carboidrato Esterases e Glicosil Hidrolases, que atuando em conjunto, são passíveis de desconstruírem a lignocelulose e participarem na liberação de açúcares menores, ácidos orgânicos e outros nutrientes. Neste trabalho, identificamos novas enzimas da família AA10 que oxidam a celulose cristalina, demostrando o potencial deste ambiente em possibilitar a adaptação de micro-organismos que expressam enzimas capazes de desestruturar a celulose altamente condensada, possibilitando a liberação de moléculas de glicose. A comunidade microbiana pode acessar nutrientes como Fósforo e Nitrogênio através da despolimerização da biomassa vegetal ou decomposição da microbiota morta. No ciclo biogeoquímico do nitrogênio, a evaporação de amônia é ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The filter cake presents residual bagasse from the process of extracting the sugarcane juice and when stored for long periods, it becomes an ideal habitat for the development of microbial communities that act in the deconstruction of lignocellulose. Our analyzes of metagenomic DNA sequencing data suggest that the filter cake stored for 40 days has a microbiota with unique functional and ecological characteristics compared to other environments with high lignocellulosic material. Thus in composting environments, the most abundant phyla are Actinobacteria, Proteobacteria, Firmicutes, and Bacteroidetes. Glycosyltransferases, Carbohydrate Estersases and Glycoside Hydrolases, which act together, are capable of deconstructing lignocellulose and participate in the release of smaller sugars, organic acids and other nutrients. In this work, we identify new enzymes of the AA10 family that oxidize crystalline cellulose, demonstrating the potential of this environment to enable the adaptation of microorganisms that express enzymes capable of destabilizing highly condensed cellulose, allowing the release of glucose molecules. The microbial community can access nutrients such as Phosphorus and Nitrogen through the depolymerization of the plant biomass or decomposition of the dead microbiota. In the biogeochemical cycle of nitrogen, the evaporation of ammonia is reduced by the assimilation of this substance by the microbial community, and ammonia is produced by ammonification of nitrate and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-09-20T16:47:37Z No. of bitstreams: 1 2016_LorenaCardosoCintra.pdf: 15762332 bytes, checksum: de12e23f747150193dbbfe502dc41117 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-12-01T12:27:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LorenaCardosoCintra.pdf: 15762332 bytes, checksum: de12e23f747150193dbbfe502dc41117 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-01T12:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LorenaCardosoCintra.pdf: 15762332 bytes, checksum: de12e23f747150193dbbfe502dc41117 (MD5) / A lignocelulose é o principal componente da biomassa vegetal, sendo constituída por celulose, hemicelulose e lignina. A xilana é o principal componente da hemicelulose e para a sua completa degradação é necessário a ação cooperativa de um sistema composto por várias enzimas, incluindo endo-xilanases (XYN), β-xilosidases (XYL) e α-L-arabinofuranosidases (ABF). No presente trabalho, foi realizada a produção de hemicelulases recombinantes e a aplicação na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) pré-tratado por explosão a vapor. As primeiras enzimas produzidas foram duas XYLs do fungo Humicola grisea var. thermoidea, sendo esse o primeiro trabalho a reportar a caracterização de genes de XYLs de H. grisea, bem como, a sua expressão heteróloga e caracterização bioquímica. Os dois genes, hxylA e hxylB, foram identificados a partir do genoma de H. grisea, um com 984 pb e outro com 1617 pb, respectivamente. Nenhum íntron e peptídio sinal foi encontrado e o domínio catalítico de GH43 estava presente em ambas. Os cDNAs correspondente as duas enzimas foram utilizados para a transformar duas linhagens de Pichia pastoris, GS115 e SMD1168. Uma otimização da produção da enzima denominada HXYLA foi realizada por meio de planejamento experimental 23. A influência da densidade celular inicial, concentração de metanol e fonte de nitrogênio foi avaliada e o parâmetro mais significativo para a produção foi a concentração de metanol. A enzima HXYLA purificada foi utilizada para a realização da caracterização enzimática quanto ao pH e temperatura ótimos (7,0 e 50 °C), efeito de íons e reagentes químicos na atividade de HXYLA, substrato específico e parâmetros cinéticos. A enzima HXYLA apresentou atividade de β- xilosidase e α-L-arabinofuranosidase, sendo uma enzima bifuncional e altamente tolerante a xilose, com elevado valor de Ki (350 mM). Além das β-xilosidases, foi produzida e purificada uma endoxilanase (HXYN2) recombinante de H. grisea a partir de um clone de P. pastoris obtido pelo grupo de pesquisa do laboratório de Biotecnologia de Fungos (LBF/UFG). Além dessas hemicelulases, uma α- L-arabinofuranosidase (ABF3) de Penicillium purpurogenum teve seu cDNA introduzido em P. pastoris e a enzima foi produzida com sucesso. Após a produção hetoróloga das enzimas, foi utilizado um planejamento experimental 23 para avaliar a melhor formulação contendo as três hemicelulases recombinantes (HXYN2, ABF3 e HXYLA) para a hidrólise do BCA pré-tratado por explosão a vapor, sendo possível estabelecer uma mistura capaz de realizar a conversão da fração residual de xilana em xilose, sendo a bioconversão eficiente da fração de xilana do BCA uma etapa imprescindível para o aproveitamento da xilose. A melhor formulação contendo as três hemicelulases recombinantes foi obtido com a menor concentração de ABF3, sendo que essa enzima foi a que exerceu efeito mais significativo durante a hidrólise do BCA. Além disso, o coquetel contendo as hemicelulases recombinantes foi utilizado para suplementar uma mistura de celulases comerciais aumentando significativamente a liberação de glicose a partir do BCA, o que mostrou a capacidade das hemicelulases de melhorar a digestibilidade de celulose e tornar o processo de hidrólise mais eficiente. Nossos resultados mostram o potencial de atividades acessórias para aumentar a hidrólise enzimática, tais como XYNs, ABFs e XYLs, que estão ausentes ou presentes em pequenas proporções nas celulases comerciais. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Lignocellulose is the main component of plant biomass, which consists of cellulose, hemicellulose and lignin. Xylan is the main component of hemicellulose and for its complete degradation is required cooperative action of a system consisting of several enzymes including endo-xylanases (XYN), β- xylosidases (XYL) and α-L-arabinofuranosidases (ABF). In the present work, the production of recombinant hemicellulases and its application in the hydrolysis of sugarcane bagasse (SCB) pretreated by steam explosion was performed. The first enzymes produced were two XYLs from Humicola grisea var thermoidea and this was the first study to report the genes characterization of XYLs from H. grisea, as well its heterologous expression and biochemical characterization. The two genes, hxylA and hxylB, were identified from the H. grisea genome, with 984 bp and 1617 bp, respectively. No intron and signal peptide were found and the GH43 catalytic domain was present in both. The cDNAs of both enzymes were used to transform two strains of Pichia pastoris, GS115 and SMD1168. A production optimization of enzyme denominated HXYLA was performed by a 23 factorial design. The influence of the initial cell density, methanol concentration and nitrogen source was assessed and the most significant parameter for the HXYLA production was methanol concentration. The purified enzyme was used to carry out the enzymatic characterization as optimal pH and temperature (7.0 and 50 °C), effect of ions and chemical reagents in HXYLA activity, substrate specific and kinetic parameters. HXYLA is a bifunctional enzyme, displaying β-xylosidases and α-Larabinofuranosidases activity, also that enzyme was highly tolerant xylose with high Ki value (350 mM). In addition to β-xylosidases, a recombinant endo-xylanase (HXYN2) from H. grisea was produced and purifield from a P. pastoris clone obtained by the research group from Fungal Biotechnology Laboratory (LBF/UFG). It was also produced one α-L-arabinofuranosidases (ABF3) from Penicillium purpurogenum which had its cDNA introduced in P. pastoris and the enzyme has been successfully produced. After the production of these enzymes, a 23 factorial design was used to evaluate the best formulation containing the three recombinant hemicellulases (HXYN2, ABF3 and HXYLA) for the SCB pretreated by steam explosion hydrolysis. It was possible to formulate a mixture capable to performing the conversion of the xylan fraction in the xylose, being efficient bioconversion of SCB xylan fraction an essential step for the utilization of xylose. The best formulation containing these three recombinant hemicellulases was obtained with the lowest concentration of ABF3, and it had most significant effect exerted during SCB hydrolysis. Also, the cocktail containing recombinant hemicellulases was used to supplement a mixture of commercial cellulase and it showed significantly increasing the release of glucose from the SCB hydrolysis, which showed the ability of hemicellulases to improve the digestibility of cellulose and make the hydrolysis process more efficient. Our results showed the potential for auxiliary activities to increase the enzymatic hydrolysis, such as XYNs, ABFs and XYLs who are absent or present in small amounts in comercial cellulases.

Orientador: Michel Brienzo / Banca: Fernando Masarin / Banca: Jonas Contiero / Resumo: Materiais como o bagaço de cana-de-açúcar, são fartos na natureza e representam fontes renováveis para a extração de moléculas de interesse econômico, como as hemiceluloses. Entretanto, os métodos de extração dessas macromoléculas precisam ser melhor desenvolvidos para aplicação industrial. Deste modo, o objetivo principal do trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia de extração de hemicelulose com alto rendimento e pureza utilizando frações da biomassa de cana-de-açúcar: folha e colmo: entrenó, nó e fração externa. Foram avaliadas duas estratégias: uma prévia deslignificação da biomassa; e deslignificação da hemicelulose extraída de material não deslignificado. As hemicelulose extraídas foram avaliadas como substrato para determinação de atividade enzimática de xilanase. O método de extração de hemicelulose empregou 10g de cada biomassa tratadas com peróxido de hidrogênio em concentrações de 3 e 6% (m/v), em volume reacional de 200mL, por 4h, a 75 rpm, a 25˚C. Após a reação, o pH foi corrigido com HCl 6 mols/L até 6, e cerca de 4 lavagens com etanol foram aplicadas. As reações de deslignificação das biomassas ocorreram em condições específicas para cada reagente: clorito de sódio (5, 10 e 20% m/m a 80°C/1 a 3h), peróxido de hidrogênio (5, 10 e 20% m/m a 25°C/4h) e sulfito de sódio (5,10 e 20% m/m a 121°C/30 min). A deslignificação da hemicelulose seguiu a mesma metodologia da deslignificação da biomassa, no entanto com concentração de 10% do reagente de deslignificaç... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Materials such as sugarcane bagasse are abundant in nature and represent renewable sources for the extraction of molecules of economic interest, such as hemicelluloses. However, the extraction methods for these macromolecules need to be better developed for industrial application. Thus, the main objective of the work has been the development of a hemicellulose extraction method with high yield and purity using fractions of sugarcane biomass: leaf and stem: internode, node, and external fraction. Two strategies have been evaluated: a prior delignification of the biomass, and the delignification of the hemicellulose extracted from nondelignified material. The extracted hemicellulose has been evaluated as a substrate for the determination of enzymatic activity of xylanase. The hemicellulose extraction method has employed 10g of each biomass treated with hydrogen peroxide in concentrations of 3 and 6% (m/v), in a reaction with volume of 200mL, for 4h, at 75 rpm, at 25ºC. After the reaction, the pH has been corrected with HCl 6 mol/L to 6, and about 4 washes with ethanol have been applied. The biomass delignification reactions have occurred under specific conditions for each reagent: sodium chlorite (5, 10, and 20% w/w 80 °C / 1 to 3h), hydrogen peroxide (5, 10, and 20% w/w 25°C/4h), and sodium sulfite (5.10 and 20% w/w 121°C/30 min). The delignification of the hemicellulose has followed the same methodology of delignification of the biomass, however with a concentration of 10% of... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Pedro de Oliva Neto / Banca: Michel Brienzo / Banca: João Claudio Thomeo / Resumo: Os xilo-oligossacarídeos (XOs) e fruto-oligossacarídeos (FOs) apresentam atividades prebióticas, favorecendo a melhora nas funções intestinais, ação imunológica, antimicrobiana e outros benefícios à saúde. A produção dos XOs pode ser realizada pela utilização de materiais lignocelulósicos (MLCs). O objetivo deste trabalho foi aperfeiçoar a extração de hemicelulose a partir do bagaço de cana-de-açúcar, além de comparar a produção de XOs com xilanases de Trichoderma reesei QM 9414 e Aspergilus fumigatus M51. Foram feitos testes de digestibilidade "in vitro" e também de fermentação "in vitro" com bactérias probióticas e patogênicas para avaliar o potencial prebiótico de XOs produzidos por tratamento alcalino e compará-los com XOs e FOs comerciais. Os pré-tratamentos alcalinos desenvolvidos com 10% de KOH a 70ºC (tratamento 1) e com 5% de KOH a 121ºC (tratamento 3) se mostraram similares ao método que utiliza 24% de KOH a 35ºC (método ZD) para extração de hemicelulose, porém são mais simplificados e econômicos. O tratamento 1 apresentou redução de 54,1% de KOH e 1,98% de etanol e o tratamento 3 reduziu em 76,2% o KOH e 40,9% o etanol. Estes três experimentos de extração de hemicelulose foram selecionados para os testes de hidrólise enzimática com xilanases dos fungos T. reesei e A. fumigatus para produção de XOs. A hidrólise com enzimas de T. reesei se mostrou mais vantajosa apenas para produção de xilose (54,9%) em 24 horas, utilizando-se hemicelulose produzida pelo tratamento número 3. Testes com enzimas de A. fumigatus apresentaram melhor rendimento de XOs (27,1%) em 24 horas e menor rendimento de xilose (19,6%), com hemicelulose do tratamento 1 (XOs LABI). Experimentos de fermentação "in vitro" demonstraram a capacidade de Lactobacillus e Bifidobacterium fermentarem XOs e FOs (Resumo completo clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The xylo-oligosaccharides (XOs) and fructo-oligosaccharides (FOs) have prebiotic activities, improving bowel function, immunological and antimicrobial activity and other health benefits. XOs production can be accomplished by the use of lignocellulosic materials (LCMs). The goal of this work was to improve the hemicellulose extraction from sugarcane bagasse and to compare the XOs production using xylanases from Trichoderma reesei QM 9414 and Aspergillus fumigatus M51. We performed "in vitro" digestibility tests and also "in vitro" fermentation with probiotic and pathogenic bacteria to evaluate the prebiotic potential of XOs produced by alkali treatment and compared it with commercial XOs and FOs. Alkaline pretreatments developed with 10% KOH at 70° C (treatment 1) and 5% KOH at 121° C (treatment 3) were similar to the method using 24% KOH at 35° C (ZD method) for hemicellulose extraction, but they were more simplified and economical. Treatment 1 presented a reduction of 54.1% KOH and 1.98% ethanol and treatment 3 reduced KOH in 76.2% and ethanol in 40.9%. These three hemicellulose extraction experiments were selected for XOs production in the enzymatic hydrolysis tests with fungal xylanases of T. reesei and A. fumigatus. Hydrolysis with T. reesei enzymes proved advantageous only for xylose production (54.9%) at 24 hours, using hemicellulose produced by treatment number 3. Testing with A. fumigatus enzymes showed better XOs production (27.1%) at 24 hours and lower release of xylose (19.6%), using hemicellulose obtained by treatment 1 (XOs LABI). Fermentation experiments "in vitro" showed the ability of Lactobacillus and Bifidobacterium to ferment commercial XOs and FOs, emphasizing the preference of L. brevis and B. breve for commercial XOs while B. lactis and L. acidophilus demonstrated preference for commercial FOs. B. longum grew in both (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eleonora Cano Carmona / Coorientador: Michel Brienzo / Banca: Hamilton Cabral / Banca: Sandra Regina Ceccato Antonini / Banca: Sandra Imaculada Maintinguer / Banca: Lara Durães Sette / Resumo: Biomassa lignocelulósica é a principal fonte de carbono renovável no planeta. Seus constituintes majoritários são celulose, hemiceluloses e lignina. Hemiceluloses são polissacarídeos ramificados sendo o principal tipo as xilanas, estruturas com cadeia principal de xilose. Dentre as diversas enzimas hidrolíticas, que atuam sobre a estrutura de xilanas, estão as α-L-arabinofuranosidases, que catalisam a hidrólise de ligações entre α-L-arabinofuranosídeos e a cadeia principal do polissacarídeo. Neste trabalho, uma linhagem de Aspergillus hortai CRM1919, isolada de solo próximo a lagoas salinas e alcalinas da região da Nhecolândia no Pantanal Matogrossense, foi utilizada para produzir α-L-arabinofuranosidases. Resíduos agroindustriais foram utilizados como substrato para o cultivo do fungo. O objetivo principal foi otimizar a produção de α-L-arabinofuranosidases e aumentar a produção a fim de se obter um filtrado enzimático rico nessa atividade, para posteriormente purificá-la e aplicá-la na degradação de biomassa. A linhagem foi cultivada em meio líquido de Vogel suplementado com diferentes substratos, dentre eles alguns subprodutos da agroindústria. As maiores produções de α-arabinofuranosidases ocorreram nos cultivos com polpa cítrica e casca de laranja a 1% (m/v) em cultivos estáticos por 4 dias, com pH inicial de 2,5 e temperatura de 30 ºC. Após todas as etapas de otimização, o extrato bruto apresentou atividade quinze vezes maior do que nos cultivos iniciais. A enzima foi p... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Lignocellulosic biomass is the main source of renewable carbon on the planet. Its major constituents are cellulose, hemicelluloses and lignin. Hemicelluloses are branched polysaccharides being the main type the xylan, xylose main chain structures. Among the various hydrolytic enzymes that act on the xylan structure there are the α-L-arabinofuranosidases, which catalyze the hydrolysis of linkages between α-L-arabinofuranosides and the polysaccharide main chain. In this work, a strain of Aspergillus hortai CRM1919, isolated from soil near saline and alkaline lagoons of the Nhecolândia region in Pantanal Matogrossense, was used to produce α-L-arabinofuranosidases. Agroindustrial wastes were used as substrate for the fungus cultivation. The main objective was to optimize the production of α-L-arabinofuranosidases and increase the yield in order to obtain a rich enzymatic filtrate in this activity, to later purify it and apply it in the hydrolysis of biomass. The strain was cultivated in Vogel liquid medium supplemented with different substrates, among them some by-products of agroindustry. The highest production of α-arabinofuranosidases occurred in cultures with citrus pulp and orange peel at 1% (w/v) in static cultures for 4 days, with an initial pH of 2.5 and temperature of 30 ºC. After all the optimization steps, the crude extract presented activity fifteen times higher than the initial cultures. The enzyme was purified by a three-step strategy, with ammonium sulfate precipit... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-02-14T17:37:04Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 588722 bytes, checksum: 445f6d0f5de47f3b46cdd4e8e5761a06 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T17:37:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 588722 bytes, checksum: 445f6d0f5de47f3b46cdd4e8e5761a06 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15 / A demanda de polpa solúvel praticamente dobrou na última década, influenciada fortemente pela alta do preço do algodão. Esse aumento incentivou um grande volume de investimento neste setor da indústria de celulose. Diante disso, novas tecnologias para a produção de polpa solúvel tem sido estudadas com o objetivo de otimizar a produção, reduzir custos e preservar o meio ambiente. Por isso, o objetivo desse trabalho foi estudar os processos de extração alcalina e a hidrólise enzimática para extrair a hemicelulose presente na polpa de celulose. Foi investigada a influência do tempo, concentração da solução alcalina, temperatura e consistência durante processo de extração. No tratamento enzimático foi avaliado a performance de oito enzimas comerciais, a dosagem e temperatura e pH ótimo de reação das mesmas. As melhores condições de cada tratamento foram combinadas obtendo uma sequência de branqueamento alternativa para o processo de procução de celulose solúvel grau acetato convencional. A melhor condição utilizando apenas o tratamento de extração alacalina para alcançar os parâmetros de polpa grau acetato removeu 50% da hemicelulose residual. Essa condição foi uma concentração de 85 g.L-1 de álcali durante 30 min a uma temperatura de 30 °C e a consistência de 12%. A condição ótima para o tratamento enzimático variou com a enzima testada, para a enzima escolhida, o pH ótimo foi 7,0 e a temperatura de 65 °C. Nessas condições e com uma dosagem de 900 mL de enzima/t o tratamento alcançou 12% de remoção de hemicelulose. As sequências de branqueamento alcançaram os requerimentos necessários para celulose solúvel grau acetato, apesar disso, o tratamento puramente alcalino produz uma polpa de maior qualidade com maior viscosidade e menor teor de hemicelulose. / The demand for dissolving pulp nearly doubled in the last decade, strongly influenced by the high price of cotton. This increase has encouraged a large volume of investing in this pulp industry sector. For this reason, new technologies for the production of dissolving pulp has been studied in order to optimize the production, reduce costs and protect the environment. Therefore, the objective of this work was to study the alkaline extraction and enzymatic hydrolysis processes to extract hemicellulose present in the cellulose pulp. The influence of time, concentration of the alkaline solution, temperature and consistency during the extraction process was investigated. In the enzymatic treatment was evaluated the performance of eight commercial enzymes, the dosage and optimum temperature and pH of the reactions. The best conditions for each treatment were combined obtaining an alternative bleaching sequence for the conventional production process of dissolving pulp acetate degree. The best condition using only the alkaline extraction treatment to achieve the acetate degree pulp parameters removed 50% of the residual hemicellulose. This condition was 85 g.L-1 concentration of alkali during 30 min at 30 ° C and 12% of consistency. The optimum conditions for the enzymatic treatment changed according to the enzyme tested. For the chosen enzyme, the optimum pH and temperature was 7.0 and 65 ° C, respectively. Under these conditions and with a dosage of 900 mL of enzyme/t, the treatment reached 12% hemicellulose removal. The bleaching sequences reached the requirements needed for acetate grade dissolving pulp, yet the pure alkali treatment produces higher quality pulp with higher viscosity and lower hemicellulose content.