Orientador: Marcos Silveira Buckeridge / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-12T18:38:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lisboa_CesarGustavoSerafim_D.pdf: 1945488 bytes, checksum: 831197d663c65044a02bdfd7ba13598f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Aplicações biotecnológicas de polissacarídeos de plantas: uma estratégia sustentável para a produção em demanda. Atualmente, a busca por novas fontes de materiais pode levar ao depósito de patentes. Isto é importante para que novos produtos, que apresentem características inovadoras, potencial de redução de custos, rotas de produção ambientalmente corretas, partição de benefícios e, finalmente, possibilitem a exploração de novos mercados de maneira sustentável. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de uso de polissacarídeos de plantas de diferentes fontes nos setores de alimentos, farmacosméticos e papel. Os resultados são apresentados na forma de um artigo e 4 patentes. Os xiloglucanos de sementes de espécies nativas de plantas (Hymenaea courbaril) e de plântulas de eucalipto foram aplicados no processo de confecção do papel, demonstrando que suas propriedades mecânicas podem ser melhoradas. Resultados similares foram obtidos com galactomananos de sementes de Sesbania virgata e Dimorphandra mollis. O xiloglucano de H. courbaril foi estudado mais profundamente e demonstrou-se que pode ser também aplicado em cosméticos, pois não é citotóxico, é capaz de espessar formulações e interfere na produção de colágeno pela pele. As propriedades reológicas do galactomanano de D. mollis foram estudadas em comparação a outros galactomananos já utilizados na indústria. Demonstrou-se que ele é apropriado para várias aplicações em alimentos. Como um todo, nossos resultados indicam que tanto os polissacarídeos de sementes de espécies nativas como o de eucalipto podem ser utilizados em várias aplicações de tal forma que possam fazer parte de programas de uso sustentável da biodiversidade, levando a benefícios tecnológicos e também sociais. / Abstract: Biotechnological applications of plant polysaccharides: a sutainable strategy for production and demand. Nowdays, the search for new sources of materials can lead to new patent deposits. This is important because new products that display innovative features, cost reduction potential, environmentally clean production routes, partition of benefits and finally, may turn possible to explore differential market shares. These may be excellent socio-environmental and market shares for biotechnology companies. In this context, the present work aimed at evaluating the potential of use of plant polysaccharides from different sources in the food, farmacosmetic and paper industrial sectors. In the present work, we present studies that focus on the use of seed polysaccharides on applications on paper, cosmetics and food industries. The results are presented in the form of one article and 4 patents. The xyloglucan from seeds of native tropical tree species (Hymenaea courbaril - jatobá, Copaifera langsdorffii - copaiba) and from seedlings of Eucalyptus grandis (eucalypt) were applied to paper making and we demonstrated that several properties of paper can be improved by using these xyloglucans during preparation. Similar results were obtained with galactomann ans from Sesbania virgata and Dimorphandra mollis, two fast-growing legume trees. The polymers increased paper resistance to mechanical stress so that they can be applied for applications where more resistant papers (such as rapping paper) are used. The xyloglucan from H. courbaril was studied more deeply, demonstrating that it can be applied in cosmetics as it is not cytotoxic and can be used to improve skin biochemistry such as collagen production. Galactomannan from D. mollis was studied from the rheological point of view and its properties were compared with other commercially used galactomannans. Our results showed that D. mollis galactomannan is appropriate to several applications in food industries. As a whole, our results indicate that both, native seeds and seeds of eucalyptus, might be used in several industrial applications so that these might be used as part of programs of sustainable use of biodiversity, leading to social and technological benefits to society. / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Orientador: Katia Tannous / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:38:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baroni_EricodeGodois_M.pdf: 4653492 bytes, checksum: abc40b6bb4cc970c83b082daf28c5195 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo realizar o estudo cinético da pirólise do endocarpo do fruto do tucumã mediante termogravimetria em atmosfera de nitrogênio para análise da decomposição térmica, assim como a obtenção dos parâmetros cinéticos, aplicando modelos cinéticos globais e de reações independentes e paralelas. A energia de ativação, fator pré-exponencial e ordem de reação foram calculados utilizando dois conjuntos de experimentos. O primeiro, obtido de Nascimento (2012), utilizando taxas de aquecimento de 5°C/min a 20°C/min e diâmetro médio de 499 µm. O segundo conjunto de dados termogravimétricos foi obtido de modo a avaliar a influência do diâmetro de partícula (de 128,04 µm a 499,55 µm) considerando taxa de aquecimento de 10°C/min e da taxa de aquecimento (de 2,5°C/min a 15°C/min) com diâmetro médio de 128,04 µm. A partir do primeiro conjunto de dados, foram calculados os parâmetros cinéticos por meio de três modelos de reação isoconversionais global (Ozawa-Flynn-Wall, Coats-Redfern modificado e Friedman), em que foram calculadas energias de ativação entre 149 kJ/mol e 159 kJ/mol, fator pré-exponencial de aproximadamente 13 ?1-ns-1 e as ordens de reação de aproximadamente 6. A função de conversão foi definida como correspondente a um mecanismo reacional de n-ésima ordem, baseando-se em onze diferentes equações disponíveis na literatura. Para esse conjunto de dados, o modelo de reações independentes e paralelas (MRIP) foi aplicado considerando reações para hemicelulose, celulose e lignina. Adicionalmente, com o segundo conjunto de dados, o MRIP foi aplicado considerando três e quatro reações, em que foi considerada uma reação adicional associada às reações secundárias de decomposição. A aplicação do MRIP de três reações a partir de dados de Nascimento (2012), gerou desvios relativos próximos aos obtidos com os dados deste trabalho (~4% e ~3%, respectivamente). Entretanto, a aplicação do MRIP de quatro reações gerou desvios relativos ainda menores (~2%), em que energias de ativação, de aproximadamente 128 kJ/mol, 198 kJ/mol, 133 kJ/mol e 150 kJ/mol, foram estimadas para as reações de hemicelulose, celulose, lignina e reações secundárias, respectivamente. As ordens de reação para hemicelulose e celulose foram próximas à unidade, enquanto que para lignina e reações secundárias, variaram de 6 a 8. Com isso, concluiu-se que a aplicação do MRIP de quatro reações descreve favoravelmente o processo de decomposição térmica para cada taxa de aquecimento considerada. Como finalização do trabalho, avaliou-se a capacidade preditiva e descritiva, por meio de curvas simuladas da conversão em função da temperatura. O modelo simulado de quatro reações, utilizando os parâmetros cinéticos com três taxas de aquecimento (5°C/min, 7,5°C/min e 10°C/min), mostrou-se preditivo até a temperatura de 360°C para as taxas de aquecimento de 2,5°C e 15°C/min. Complementarmente, aplicando os parâmetros cinéticos médios com taxas de aquecimento de 2,5°C/min a 15°C/min, a capacidade descritiva demonstrou boa concordância entre dados experimentais e simulados para todo o intervalo de temperatura, denotando a habilidade do modelo em descrever o processo de decomposição do endocarpo do fruto de tucumã / Abstract: This work aims to perform a kinetic study of the pyrolysis of tucumã fruit endocarp by using thermogravimetry in nitrogen atmosphere to analyze the thermal decomposition and to estimate the kinetic parameters through global reaction models and independent parallel reaction models. The activation energy, pre-exponential factor, and reaction order were calculated using two sets of data. The first, obtained by Nascimento (2012), applying heating rates from 5°C/min to 20°C/min and mean diameter of 499 µm. The second thermogravimetry data set was obtained in order to evaluate the influence of the particle diameter (from 128,04 µm to 499,55 µm) considering heating rate of 10°C/min, and heating rates (from 2,5°C/min to 15°C/min) with mean diameter of 128,04 µm. Using the first data set, the kinetic parameters were calculated using three isoconversional global reaction models (Ozawa-Flynn-Wall, modified Coats-Redfern, and Friedman), in which were found activation energies between 149 kJ/mol and 159 kJ/mol, pre-exponential factor of about 13 ?1-ns-1 and reaction orders of about 6. The conversion function was defined, corresponding to an nth order reaction mechanism, based on eleven different equation available in the literature. For this data set, the independent parallel reaction model (IPRM) was applied considering reaction for hemicellulose, cellulose, and lignin. Additionally, with the second data set, the IPRM was applied considering three and four reactions, in which an additional reaction was associated to the secondary decomposition reactions. By the application of the three reactions IPRM from the data of Nascimento (2012), close relative deviations were obtained with the data from this work (~4% and ~3%, respectively). However, the application of the four reactions IPRM, relative deviations even lower were obtained (~2%), in which activation energies of about 128 kJ/mol, 198 kJ/mol, 133 kJ/mol, and 150 kJ/mol were estimated for the reactions hemicellulose, cellulose, lignin, and secondary reactions, respectively. The reaction orders for hemicellulose and cellulose were close to unit, while for lignin and secondary reactions varied from 6 to 8. Therewith, it was observed that the application of the four reactions IPRM describes favorably the thermal decomposition process for each heating rate considered. For this work¿s completion, the predictive and descriptive capacity were evaluated using simulated curves of conversion as a function of temperature. The four reactions simulated model using the kinetic parameters with three heating rates (5°C/min, 7,5°C/min, and 10°C/min) was predictive up to 360°C for the heating rates of 2,5°C/min and 15°C/min. Complementarily, using the mean kinetic parameters obtained at heating rates from 2,5°C/min to 15°C/min, the descriptive capacity showed a good agreement between experimental and simulated data for the whole temperature interval, denoting the model¿s ability in describing the decomposition process of tucumã fruit endocarp / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Lúcia Maria Carareto Alves / Resumo: A produção de etanol de segunda geração (2G) obtido a partir de material lignocelulósico para ser eficiente e economicamente viável necessita encontrar melhores opções no processo de transformar celulose e hemicelulose em hexoses e pentoses para que possam ser fermentadas. Com isto, o objetivo deste trabalho foi estudar organismos que compõem o consórcio bacteriano, com capacidade de desconstruir a biomassa lignocelulósica liberando açúcares. O cultivo foi realizado em meio BHB (Bushnell Haas Broth) com bagaço de cana-de-açúcar por 5 e 10 dias para 2a e 20a semana de cultivo. Foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura avaliando aderência das bactérias à fibra. Além de avaliar composição das frações fibrosas residuais do cultivo e determinar açúcares, essas análises mostraram que com 5 dias para 2a semana houve maior degradação da lignocelulose e liberação de açúcares. As populações bacterianas presentes no consórcio foram estudadas pelo sequenciamento parcial do gene de 16S rRNA, mostrando que existem gêneros com capacidade de degradar a biomassa, como Caulobacter, Pseudoxanthomonas, Chryseobacterium, Sphingomonas, Rhizobium e Dokdonella. Através dos estudos realizados, se pode visualizar que o consórcio conseguiu degradar a biomassa e liberar glicose no meio de cultivo, constituindo assim, uma ferramenta que poderá ser aplicada em processos de obtenção de etanol de segunda geração / Abstract: The production of second generation (2G) ethanol obtained from lignocellulosic material to be efficient and economically viable needs to find better options in the process of turning cellulose and hemicellulose into hexoses and pentoses so that they can be fermented. Thus, the objective of this work was to study organisms that make up the bacterial consortium, with the ability to deconstruct lignocellulosic biomass releasing sugars. Cultivation was carried out in BHB (Bushnell Haas Broth) medium with sugarcane bagasse for 5 and 10 days for the 2nd and 20th week of cultivation. Scanning electron microscopy analyzes were performed to evaluate bacteria adherence to the fiber. In addition to evaluating the composition of the residual fibrous fractions of the crop and determining sugars, these analyzes showed that with 5 days to the 2nd week there was greater lignocellulose degradation and sugar release. The bacterial populations present in the consortium were studied by partial sequencing of the 16S rRNA gene, showing that there are genera with the ability to degrade biomass, such as Caulobacter, Pseudoxanthomonas, Chryseobacterium, Sphingomonas, Rhizobium and Dokdonella. Through the studies, it can be seen that the consortium managed to degrade the biomass and release glucose in the culture medium, thus constituting a tool that can be applied in processes of obtaining second generation ethanol. / Mestre

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This study investigated the coagulation diagrams using tannin as organic coagulant, from renewable source, associated or not, to the inorganic coagulant aluminium sulphate and to coagulation auxiliaries sodium aluminate (inorganic) and cationic hemicellulose (from renewable source) for treatment of industrial laundry effluent. The methodology consisted of removing oils and greases, followed by filtration, pH adjustment, and application of the coagulants and auxiliaries at various concentrations. Coagulant tannin is mostly effective in removing turbidity in acid pH\'s (3 to 5) when used at concentrations higher than 1000 ppm, possibly acting under the adsorption mechanisms and formation of bridges, and adsorption, and charge neutrality. When associated to sodium aluminate at ratio 3:1 (v/v) tannin, sodium aluminium oxide), it permitted larger removals of turbidity on acid regions for two ranges of concentration (lower than 1500 ppm and higher than 3750 ppm), indicating that the tannin/sodium aluminium oxide interaction is not favourable to undo itself and interact with the effluent particles. The association of tannin with aluminium sulphate presented the largest removals of turbidity at all pH ranges and concentrations investigated, possibly by an interaction between cation Al3+ and the hydroxyls bonded to the tannin benzene ring forming a chelate with more stability and interaction with suspended particles, stabilizing the flocs formed by this interaction. The addition of cationic hemicellulose offers improvements to the removal of turbidity at the basic pH region (worst tannin performance) provided by tannin, however, its action is conditioned to the tannin efficiency in the coagulation process. The possible interactions between the hemicellulose and the effluent suggest interactions of the type hydrogen bridges and dipole-dipole interactions. The use of tannins associated to cationic hemicellulose allows treatment of industrial laundry effluent with formation of sludge of more biodegradability, which is an advantage from the sustainability point-of-view. / O presente trabalho investigou os diagramas de coagulação, utilizando o coagulante orgânico tanino, proveniente de fonte renovável, associado ou não, ao coagulante inorgânico sulfato de alumínio e aos auxiliares de coagulação aluminato de sódio (inorgânico) e hemicelulose catiônica (de fonte renovável) para o tratamento de efluente de lavanderia industrial. A metodologia consistiu na retirada de óleos e graxas, seguida de filtração e ajuste de pH e aplicação dos coagulantes e auxiliares em diversas concentrações. O coagulante tanino possui maior eficácia na remoção de turbidez em pHs ácidos (3 a 5) quando utilizado em concentrações superiores a 1000 ppm possivelmente, atuando sob os mecanismos de adsorção e formação de pontes e adsorção e neutralização de cargas. Quando associado ao aluminato de sódio em proporção 3:1 ((v/v) tanino/aluminato de sódio), permitiu maiores remoções de turbidez em regiões ácidas para duas faixas de concentração (menores que 1500 ppm e maiores que 3750 ppm ), indicando que a interação entre o tanino e aluminato de sódio não é favorável para se desfazer e interagir com as partículas do efluente. A associação do tanino com o sulfato de alumínio apresentou as maiores remoções de turbidez em todas as faixas de pH e concentrações investigadas, possivelmente, por uma interação entre o cátion Al3+ e as hidroxilas ligadas ao anel benzênico do tanino formando um quelato com maior estabilidade e interação com as partículas suspensas, estabilizando os flocos formados por esta interação. A adição da hemicelulose catiônica oferece melhorias para remoção de turbidez na região de pHs básicos (pior atuação do tanino) proporcionado pelo tanino, porém sua ação está condicionada a eficácia do tanino no processo de coagulação. As possíveis interações entre a hemicelulose e o efluente sugerem interações do tipo pontes de hidrogênio e dipolo-dipolo. O uso dos taninos associado à hemicelulose catiônica permite o tratamento do efluente de lavanderia industrial com a formação de um lodo de maior biodegradabilidade, sendo esta uma vantagem do ponto de vista da sustentabilidade. / Mestre em Química

A parede celular de plantas é formada basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. A formação dos polímeros de hemicelulose depende do suprimento de precursores chamados de açúcares-nucleotídeos. A biossíntese das diferentes estruturas de hemicelulose da parede celular envolve a participação de enzimas pertencentes às famílias das glicosiltransferases (GTs). Estudos feitos em Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Oryza sativa (arroz) e Zea mays (milho) auxiliaram na descoberta de 11 enzimas da via de interconversão nucleotídeo-açúcar e de enzimas da família das glicosiltransferases (GTs), como as GT2, GT8, GT43, GT47, GT61 e GT75, envolvidas na biossíntese de hemicelulose. O presente trabalho visa a identificação de genes da via de biossíntese de hemicelulose da parede celular de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) e análise filogenética entre Arabidopsis thaliana (planta modelo de eudicotiledôneas), Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Zea mays, Sorghum bicolor e Saccharum spp. Foram identificados os genes das famílias GT2, GT8, GT43, GT47, GT61, GT75, CSL, Epimerase e UDPG em cana-de-açúcar a partir da busca em sete bibliotecas de RNA-Seq utilizando as sequências de O. sativa, Z. mays e S. bicolor como referência. Os domínios específicos de cada família gênica foram confirmados através do programa PFAM e consequentemente anotados. A identificação e anotação das sequencias possibilitou a construção de bancos de sequências das famílias envolvidas na biossíntese de hemicelulose para as espécies A. thaliana, B. distachyon, O. sativa, Z. mays e S. bicolor. Foram identificadas para cada espécie, respectivamente, um total de 67, 49, 49, 60 e 56 genes bona fides. O presente trabalho, além da identificação de genes nas diferentes espécies, permitiu a identificação e seleção de 27 genes candidatos envolvidos na biossíntese de hemicelulose em cana-de-açúcar e possivelmente envolvidos na recalcitrância da parede celular nas diferentes bibliotecas de RNA-Seq de cana-de-açúcar. / The plant cell wall is mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin. The formation of hemicellulose polymers lies on the supply of the so-called sugar-nucleotide precursors. The diverse hemicellulose structures biosynthesis of cell wall involves the participation of enzymes belonging to the families of glycosyltransferases (GTs). Studies in Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Oryza sativa (rice) and Zea mays (corn) aid the discovery of 11 enzymes of the nucleotide sugar interconversion pathway and enzymes of the GT family, as GT2, GT8, GT43, GT47, GT61 e GT75, involved in the hemicelluloses biosynthesis. This study aims to the identification of hemicellulose biosynthesis pathway genes from the cell wall of sugarcane (Saccharum spp.) and phylogenetic analysis of Arabidopsis thaliana (eudicotyledonous plant model), Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Zea mays, Sorghum bicolor and Saccharum spp. The genes of the GT2, GT8, GT 43, GT47, GT61, GT75, CSL, epimerase and UDPG families were identified in sugarcane from a search in seven RNA-Seq libraries using the sequences of O. sativa, Z. mays and S. bicolor as reference. The specific domains of each gene family have been confirmed through the PFAM program and consequently noted. The identification and annotation of the sequences enabled the construction of sequences banks of the families involved in hemicellulose biosynthesis in the species A. thaliana, B. distachyon, O. sativa, Z. mays and S. bicolor. It was identified for each species, respectively, a total of 67, 49, 49, 60 and 56 bona fides genes. This work, in addition to the identification of genes in different species, allowed the identification and selection of 27 candidate genes involved in the biosynthesis of hemicelluloses in sugarcane and possibly involved in cell wall recalcitrance in the different sugarcane RNA-Seq libraries.

Este estudo avaliou a ocorrência e as características da hemicelulose em gramíneas e sua correlação com a recalcitrância da biomassa lignocelulósica frente à digestão enzimática. As amostras de gramíneas incluíram seis híbridos de cana-de-açúcar com teores variados de lignina e hemicelulose, além de uma variedade de sorgo forrageiro. Os entrenós de cana-de-açúcar madura foram fracionados em três regiões distintas: medula, interface medula-córtex e córtex. O sorgo foi fracionado em: medula e córtex. As medulas apresentaram alto teor de glucanas (40-55%) e baixo teor de ligninas (14-22%). O teor de xilanas aumentou da medula (14-20%) para o córtex (20-23%). A composição da hemicelulose também foi avaliada. Xilose (9- 23%), glicose (1-12%) e arabinose (1-4%) foram os monômeros mais abundantes ao fim das análises. As medulas apresentaram xilanas mais arabinosiladas e alta deposição de glucanas não celulósicas. O teor de (1 ? 3),(1 ? 4)-ß-D-glucanas foi elevado nas medulas (1,4-15%) e diminuiu no sentido do córtex (0,1 - 1%). As arabinoxilanas de cana-de-açúcar foram submetidas à um estudo estrutural, confirmando que as cadeias de xilanas são substituídas. A lignina foi avaliada por pirólise acoplada com espectrometria de massas, revelando uma estrutura HGS em cana-de-açúcar e uma razão S/G sem um padrão progressivo entre as frações do entrenó. As amostras de cana-de-açúcar também foram avaliadas quanto à distribuição de hemiceluloses entre os diferentes tecidos e células através de microscopia de imunofluorescência. Uma análise preliminar revelou que anticorpos específicos para xilana e (1 ? 3),(1 ? 4)-ß-D-glucana se ligaram aos extratos hemicelulósicos. Cortes das amostras foram tratados com os anticorpos CRCC-M140 e LM11 (para xilanas menos e mais substituídas) e outro contra (1 ? 3),(1 ? 4)-ß-Dglucanas. Epítopos de xilanas menos substituídas estiveram presentes principalmente em feixes vasculares e não foram detectados em parênquima de medulas. Epítopos de arabinoxilana foram encontrados em todas as frações e tipos celulares. A imunofluorescência de (1-->3),(1-->4)-ß-D-glucanas mostrou que estes estão depositados principalmente em células do parênquima de medulas; em feixes vasculares estes foram detectados apenas em células do floema e protoxilema. O índice de cristalinidade foi estimado para as amostras. Altos índices de cristalinidade foram encontrados para amostras do córtex (0,44-0,56). As amostras (sem prétratamentos) foram digeridas com enzimas celulolíticas comerciais. As medulas foram hidrolisadas mais facilmente (32-85% de conversão de glucanas após 72h), enquanto amostras do córtex foram mais recalcitrantes (2-9%). As interfaces apresentaram conversões intermediárias (7-46%). A hidrólise da xilana ocorreu em menor escala para todas frações, possivelmente devido ao alto grau de substituição das xilanas. A digestibilidade das glucanas foi diretamente proporcional ao grau de substituição das xilanas (R2=0,86) e ao teor de (1-->3),(1-->4)-ß-D-glucanas nas amostras (R2 = 0,92). Entre as amostras de gramíneas, aqueles que apresentam menor recalcitrância reuniram características que incluem baixo teor de lignina, alto teor de (1-->3),(1-->4)- ß-D-glucanas e alto grau de substituição das xilanas. Essas características poderiam ser utilizadas como indicadores nos processos de geração e seleção de plantas para a produção de biomassas lignocelulósicas de elevada digestibilidade. / This work assessed the occurrence and features of hemicellulose in grasses as related to lignocellulosic biomass recalcitrance to enzymatic hydrolysis. The grasses materials included six sugarcane hybrids with varying lignin and hemicellulose content, besides a variety of forage sorghum. The mature sugarcane internodes were dissected into three different regions: pith, pith-rind interface and rind. The sorghum was dissected into pith and rind. Pith samples presented high glucan content (40- 55%) and low lignin content (14-22%). The xylan content increased from pith region (14-20%) to rind (20-23%). Hemicellulose composition was also assessed. Xylose (9- 23%), glucose (1-12%) and arabinose (1-4%) were the most abundant monomers at the end of the analyzes. Pith samples had the most arabinosilated xylans and high content of non-cellulosic glucans. The (1-->3),(1-->4)-ß-D-glucan content was high in piths (1,4-15%) and decreased towards rind (0,1-1%). The sugarcane arabinoxylans were submitted to a study of their structure, which confirmed the xylan backbone was substituted. Lignin was assessed by pyrolysis coupled with mass spectrometer, which showed an HGS polymer in sugarcane and a S/G ratio without a progressive pattern between internode fractions. The sugarcane samples were also evaluated as related to hemicellulose distribution between different tissues and cells by immunofluorescence microscopy. A preliminary analysis showed that antibodies specific to xylan and mixed-linkage glucan bound to hemicellulose extracts. Plant sections were treated with the antibodies CRCC-M140 and LM11 (for less and more substituted xylans) and another one against mixed-linkage glucans. Less decorated xylan epitopes were mainly present in vascular bundles and were not detected in pith parenchyma. Arabinoxylan epitopes were found in all fractions and cell types. The mixed-linkage glucan immunofluorescence showed they were mainly deposited in parenchyma cells from piths; they were only detected in phloem and protoxylem cells in vascular bundles. The crystallinity index was estimated for all samples. High crystallinity indexes were found in rind samples (0,44-0,56). The non-pretreated materials were digested with commercial cellulolytic enzymes. Piths were easily hydrolyzed (32-85% of glucan conversion after 72h), while rind samples were more recalcitrant (2-9%). Interface samples showed intermediary conversions (7-46%). Xylan hydrolysis occurred in a less extent for all fractions, possibly due to a high substitution level on xylans. The glucan digestibility was proportionally related to the substitution level of xylan (R2=0,86) and the mixed-linkage glucan content (R2 = 0,92). Among the grasses samples, those with lower recalcitrance had features such as low lignin content, high mixed-linkage glucan content and high substitution level of xylans. These features could serve as indicators in the process of generation and selection of plants for lignocellulosic biomass production with high digestibility degree.

Orientador: Eleni Gomes / Coorientador: Marney Pascoli Cereda / Banca: Ana Lúcia Barreto Penna / Banca: Christiane da Costa Carreira Nunes / Banca: Luiz Carlos Basso / Banca: Sandra Regina Ceccato Antonini / Resumo: A biomassa lignocelulósica é fonte alternativa para a produção de etanol. Entre os substratos produzidos no Brasil, o bagaço de cana-de-açúcar é abundante e disponível. Um uso compatível com a geração do bagaço seria a produção de etanol. Duas formas de hidrólise do bagaço são possíveis, a química e a enzimática. Qualquer que seja a via de hidrólise, o mosto conterá D-xilose por ser a pentose mais abundante na constituição do material lignocelulósico. A disponibilidade de mi-cro-organismos que fermentam pentoses é imprescindível para desenvolvimento de processos de produção de etanol hemicelulósico. Para contornar essa limitação, a pesquisa buscou selecionar cepas de leveduras capazes de converter em etanol a xilose presente no meio semissintético e no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Para tanto realizou-se coletas de amostras de caldo de cana e flo-res, e o isolamento das cepas foi feito em meio contendo xilose como fonte de carbono. Fez-se uma triagem por meio dos testes biológicos de avaliação de produção de etanol seguindo a metodologia de rastreio em placas. As leveduras que apresentaram respostas positivas no teste das placas foram identificadas por meio do sequenciamento dos domínios D1/D2 do rDNA. De um total de cento e sessenta e cinco cepas isoladas, quatro foram selecionadas por sua possível capacidade de fer-mentar D-xilose. Essas leveduras foram identificadas como Wickerhamomyces ano-malus, Schizosaccharomyces pombe e Starmerella meliponinorum. Foram feitas avaliações quantitativas da produção de etanol a partir da xilose e, para fins de comparação, também foi avaliada a produção de etanol a partir da glicose. As leve-duras que produziram etanol em meio semissintético foram selecionadas para fer-mentação em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Para essa avaliação, o bagaço de cana foi submetido à hidrólise ácida... / Abstract: The biomass lignocellulosic is an source alternative for the production of etha-nol. Among the substrates produced in Brazil sugar cane bagasse is abundant and available. Compatible with the generation of bagasse use would be the production ethanol. Two ways are possible hydrolysis of bagasse, the chemical and enzymatic. Whatever the route of the hydrolysis the must contain D-xylose to be the most abun-dant pentose in the constitution of the lignocellulosic material. The availability of mi-cro-organisms that ferment pentose sugars is essential for the development of pro-cesses for production of hemicellulosic ethanol. To overcome this limitation the re-search sought to select strains of yeast capable of converting xylose present in the semisynthetic medium and hemicellulose in bagasse hydrolyzate of cane sugar into ethanol. To both samples was performed on samples of flowers and cane juice and isolation of the strains was done in medium containing xylose as a carbon source. There was screened by means of biological tests for the evaluation of ethanol pro-duction following the methodology for screening plates. The yeasts that showed posi-tive responses in the test plates were identified through sequencing of D1 / D2 do-mains of the rDNA. A total of one hundred sixty-five isolates, four were selected for their possible ability to ferment D-xylose. These Yeast were idenfified as Wicker-hamomyces anomalus, Schizosaccharomyces pombe and Starmerella meliponino-rum. Quantitative evaluation of ethanol production from xylose were made and for comparison were also evaluated ethanol production from glucose. The yeast that produced ethanol in semisynthetic medium were selected for fermentation of hemi-cellulose hydrolyzate bagasse cane sugar. For this evaluation sugarcane bagasse was subjected to acidic hydrolysis and concentrated detoxified with active charcoal. Cell growth and viability by counting in a Neubauer chamber, glucose, xylose, xylitol ... / Doutor

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-02-25T17:18:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) PDF - Camilla Aquino Azevedo de Lucena.pdf: 2741876 bytes, checksum: a08dcc542ad13293807b17d3b9a600df (MD5) / Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-03-09T12:34:51Z No. of bitstreams: 1 PDF - Camilla Aquino Azevedo de Lucena.pdf: 2741876 bytes, checksum: a08dcc542ad13293807b17d3b9a600df (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-03-09T12:38:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Camilla Aquino Azevedo de Lucena.pdf: 2741876 bytes, checksum: a08dcc542ad13293807b17d3b9a600df (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-09T12:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Camilla Aquino Azevedo de Lucena.pdf: 2741876 bytes, checksum: a08dcc542ad13293807b17d3b9a600df (MD5) Previous issue date: 2014-09-08 / Biodegradable films prepared from biopolymers such as polysaccharides, proteins, lipids or combinations of those components have received great interest in recent years. Xylan is the major hemicellulose in the plant kingdom and it accounts for onethird of renewable biomass available on earth. The aim of this work was to develop and characterize biodegradable films of xylan from corn cobs with potential use as transdermal formulations. Films were produced by casting the film-forming dispersions with different concentrations of xylan and glycerol. In addition, the gelatin was incorporated to xylan films. According to macroscopic characterization, three films were selected to evaluate the thickness, solubility, biodegradability, opacity, water content and microscopic morphology of the films. The best formulation was selected to study the incorporation of the drug (drug content and release profile). The results show that the macroscopic aspect of xylan/gelatin films was better than films containing only xylan, probably due the high solubility of the gelatin in the films. The increase in the polysaccharide concentration affected the films solubility, opacity, water content and thickness of films. The drug content was 87.88% and the drug release occurred mainly in the first 4h, followed by a slow release until the end of the study. / Filmes biodegradáveis desenvolvidos a partir de biopolímeros como polissacarídeos, proteínas, lipídeos ou através da combinação destes polímeros tem recebido grande interesse nos últimos anos. A xilana é a principal hemicelulose presente no reino vegetal e é responsável por um terço da biomassa renovável disponível na terra. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar filmes biodegradáveis à base xilana de sabugo de milho com potencial uso em formulações transdérmicas. Os filmes foram produzidos através da secagem das dispersões filmogênicas com diferentes concentrações de xilana e glicerol. Adicionalmente, a gelatina foi incorporada aos filmes. De acordo com a caracterização macroscópica foram escolhidas três formulações para caracterização de espessura, solubilidade, biodegradabilidade, opacidade, conteúdo de água e análise microscópica. Com base nestes resultados foi escolhido o filme para os estudos de incorporação do fármaco (teor e perfil de liberação). Os resultados mostraram que o aspecto macroscópico dos filmes de xilana/gelatina foi melhor que o dos filmes de xilana, isso ocorreu provavelmente devido à alta solubilidade da gelatina. O aumento da concentração de xilana afetou a solubilidade, conteúdo de água, espessura e opacidade dos filmes. O teor de diclofenaco sódico presente no filme foi de 87,88% e a liberação do fármaco se deu principalmente nas primeiras 4 horas, seguida de uma liberação lenta até o final do estudo.

Este estudo avaliou a ocorrência e as características da hemicelulose em gramíneas e sua correlação com a recalcitrância da biomassa lignocelulósica frente à digestão enzimática. As amostras de gramíneas incluíram seis híbridos de cana-de-açúcar com teores variados de lignina e hemicelulose, além de uma variedade de sorgo forrageiro. Os entrenós de cana-de-açúcar madura foram fracionados em três regiões distintas: medula, interface medula-córtex e córtex. O sorgo foi fracionado em: medula e córtex. As medulas apresentaram alto teor de glucanas (40-55%) e baixo teor de ligninas (14-22%). O teor de xilanas aumentou da medula (14-20%) para o córtex (20-23%). A composição da hemicelulose também foi avaliada. Xilose (9- 23%), glicose (1-12%) e arabinose (1-4%) foram os monômeros mais abundantes ao fim das análises. As medulas apresentaram xilanas mais arabinosiladas e alta deposição de glucanas não celulósicas. O teor de (1 ? 3),(1 ? 4)-ß-D-glucanas foi elevado nas medulas (1,4-15%) e diminuiu no sentido do córtex (0,1 - 1%). As arabinoxilanas de cana-de-açúcar foram submetidas à um estudo estrutural, confirmando que as cadeias de xilanas são substituídas. A lignina foi avaliada por pirólise acoplada com espectrometria de massas, revelando uma estrutura HGS em cana-de-açúcar e uma razão S/G sem um padrão progressivo entre as frações do entrenó. As amostras de cana-de-açúcar também foram avaliadas quanto à distribuição de hemiceluloses entre os diferentes tecidos e células através de microscopia de imunofluorescência. Uma análise preliminar revelou que anticorpos específicos para xilana e (1 ? 3),(1 ? 4)-ß-D-glucana se ligaram aos extratos hemicelulósicos. Cortes das amostras foram tratados com os anticorpos CRCC-M140 e LM11 (para xilanas menos e mais substituídas) e outro contra (1 ? 3),(1 ? 4)-ß-Dglucanas. Epítopos de xilanas menos substituídas estiveram presentes principalmente em feixes vasculares e não foram detectados em parênquima de medulas. Epítopos de arabinoxilana foram encontrados em todas as frações e tipos celulares. A imunofluorescência de (1-->3),(1-->4)-ß-D-glucanas mostrou que estes estão depositados principalmente em células do parênquima de medulas; em feixes vasculares estes foram detectados apenas em células do floema e protoxilema. O índice de cristalinidade foi estimado para as amostras. Altos índices de cristalinidade foram encontrados para amostras do córtex (0,44-0,56). As amostras (sem prétratamentos) foram digeridas com enzimas celulolíticas comerciais. As medulas foram hidrolisadas mais facilmente (32-85% de conversão de glucanas após 72h), enquanto amostras do córtex foram mais recalcitrantes (2-9%). As interfaces apresentaram conversões intermediárias (7-46%). A hidrólise da xilana ocorreu em menor escala para todas frações, possivelmente devido ao alto grau de substituição das xilanas. A digestibilidade das glucanas foi diretamente proporcional ao grau de substituição das xilanas (R2=0,86) e ao teor de (1-->3),(1-->4)-ß-D-glucanas nas amostras (R2 = 0,92). Entre as amostras de gramíneas, aqueles que apresentam menor recalcitrância reuniram características que incluem baixo teor de lignina, alto teor de (1-->3),(1-->4)- ß-D-glucanas e alto grau de substituição das xilanas. Essas características poderiam ser utilizadas como indicadores nos processos de geração e seleção de plantas para a produção de biomassas lignocelulósicas de elevada digestibilidade. / This work assessed the occurrence and features of hemicellulose in grasses as related to lignocellulosic biomass recalcitrance to enzymatic hydrolysis. The grasses materials included six sugarcane hybrids with varying lignin and hemicellulose content, besides a variety of forage sorghum. The mature sugarcane internodes were dissected into three different regions: pith, pith-rind interface and rind. The sorghum was dissected into pith and rind. Pith samples presented high glucan content (40- 55%) and low lignin content (14-22%). The xylan content increased from pith region (14-20%) to rind (20-23%). Hemicellulose composition was also assessed. Xylose (9- 23%), glucose (1-12%) and arabinose (1-4%) were the most abundant monomers at the end of the analyzes. Pith samples had the most arabinosilated xylans and high content of non-cellulosic glucans. The (1-->3),(1-->4)-ß-D-glucan content was high in piths (1,4-15%) and decreased towards rind (0,1-1%). The sugarcane arabinoxylans were submitted to a study of their structure, which confirmed the xylan backbone was substituted. Lignin was assessed by pyrolysis coupled with mass spectrometer, which showed an HGS polymer in sugarcane and a S/G ratio without a progressive pattern between internode fractions. The sugarcane samples were also evaluated as related to hemicellulose distribution between different tissues and cells by immunofluorescence microscopy. A preliminary analysis showed that antibodies specific to xylan and mixed-linkage glucan bound to hemicellulose extracts. Plant sections were treated with the antibodies CRCC-M140 and LM11 (for less and more substituted xylans) and another one against mixed-linkage glucans. Less decorated xylan epitopes were mainly present in vascular bundles and were not detected in pith parenchyma. Arabinoxylan epitopes were found in all fractions and cell types. The mixed-linkage glucan immunofluorescence showed they were mainly deposited in parenchyma cells from piths; they were only detected in phloem and protoxylem cells in vascular bundles. The crystallinity index was estimated for all samples. High crystallinity indexes were found in rind samples (0,44-0,56). The non-pretreated materials were digested with commercial cellulolytic enzymes. Piths were easily hydrolyzed (32-85% of glucan conversion after 72h), while rind samples were more recalcitrant (2-9%). Interface samples showed intermediary conversions (7-46%). Xylan hydrolysis occurred in a less extent for all fractions, possibly due to a high substitution level on xylans. The glucan digestibility was proportionally related to the substitution level of xylan (R2=0,86) and the mixed-linkage glucan content (R2 = 0,92). Among the grasses samples, those with lower recalcitrance had features such as low lignin content, high mixed-linkage glucan content and high substitution level of xylans. These features could serve as indicators in the process of generation and selection of plants for lignocellulosic biomass production with high digestibility degree.

A parede celular de plantas é formada basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. A formação dos polímeros de hemicelulose depende do suprimento de precursores chamados de açúcares-nucleotídeos. A biossíntese das diferentes estruturas de hemicelulose da parede celular envolve a participação de enzimas pertencentes às famílias das glicosiltransferases (GTs). Estudos feitos em Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Oryza sativa (arroz) e Zea mays (milho) auxiliaram na descoberta de 11 enzimas da via de interconversão nucleotídeo-açúcar e de enzimas da família das glicosiltransferases (GTs), como as GT2, GT8, GT43, GT47, GT61 e GT75, envolvidas na biossíntese de hemicelulose. O presente trabalho visa a identificação de genes da via de biossíntese de hemicelulose da parede celular de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) e análise filogenética entre Arabidopsis thaliana (planta modelo de eudicotiledôneas), Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Zea mays, Sorghum bicolor e Saccharum spp. Foram identificados os genes das famílias GT2, GT8, GT43, GT47, GT61, GT75, CSL, Epimerase e UDPG em cana-de-açúcar a partir da busca em sete bibliotecas de RNA-Seq utilizando as sequências de O. sativa, Z. mays e S. bicolor como referência. Os domínios específicos de cada família gênica foram confirmados através do programa PFAM e consequentemente anotados. A identificação e anotação das sequencias possibilitou a construção de bancos de sequências das famílias envolvidas na biossíntese de hemicelulose para as espécies A. thaliana, B. distachyon, O. sativa, Z. mays e S. bicolor. Foram identificadas para cada espécie, respectivamente, um total de 67, 49, 49, 60 e 56 genes bona fides. O presente trabalho, além da identificação de genes nas diferentes espécies, permitiu a identificação e seleção de 27 genes candidatos envolvidos na biossíntese de hemicelulose em cana-de-açúcar e possivelmente envolvidos na recalcitrância da parede celular nas diferentes bibliotecas de RNA-Seq de cana-de-açúcar. / The plant cell wall is mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin. The formation of hemicellulose polymers lies on the supply of the so-called sugar-nucleotide precursors. The diverse hemicellulose structures biosynthesis of cell wall involves the participation of enzymes belonging to the families of glycosyltransferases (GTs). Studies in Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Oryza sativa (rice) and Zea mays (corn) aid the discovery of 11 enzymes of the nucleotide sugar interconversion pathway and enzymes of the GT family, as GT2, GT8, GT43, GT47, GT61 e GT75, involved in the hemicelluloses biosynthesis. This study aims to the identification of hemicellulose biosynthesis pathway genes from the cell wall of sugarcane (Saccharum spp.) and phylogenetic analysis of Arabidopsis thaliana (eudicotyledonous plant model), Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Zea mays, Sorghum bicolor and Saccharum spp. The genes of the GT2, GT8, GT 43, GT47, GT61, GT75, CSL, epimerase and UDPG families were identified in sugarcane from a search in seven RNA-Seq libraries using the sequences of O. sativa, Z. mays and S. bicolor as reference. The specific domains of each gene family have been confirmed through the PFAM program and consequently noted. The identification and annotation of the sequences enabled the construction of sequences banks of the families involved in hemicellulose biosynthesis in the species A. thaliana, B. distachyon, O. sativa, Z. mays and S. bicolor. It was identified for each species, respectively, a total of 67, 49, 49, 60 and 56 bona fides genes. This work, in addition to the identification of genes in different species, allowed the identification and selection of 27 candidate genes involved in the biosynthesis of hemicelluloses in sugarcane and possibly involved in cell wall recalcitrance in the different sugarcane RNA-Seq libraries.