Orientador: Telma Teixeira Franco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T23:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Delgado_PaulaAparecida_D.pdf: 2150542 bytes, checksum: 6d1fcc0446226d64e7f55a55da813d57 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Polissacarídeos são os principais constituintes do café verde, torrado e solúvel, sendo principalmente galactomananos e arabinogalactanos. Um aspecto importante em relação a estes polissacarídeos é a insolubilidade, umas das possíveis razões para a formação de sedimentos na produção de café solúvel, reduzindo o rendimento do processo. Em face disto, o objetivo deste trabalho foi investigar a redução de sedimentos em extrato de café pela ação de enzimas. Diversas preparações comerciais de pectinases foram selecionadas e suas diferentes atividades determinadas. Rohapect B1L apresentou a maior atividade de mananase. Adicionalmente, a maioria das preparações estudadas apresentou outras atividades enzimáticas, tais como mananase, endoglucanase, xilanase, além da atividade atestada pelos fabricantes. Frações solúveis e insolúveis do extrato de café e sedimento foram preparadas e suas composições determinadas. Os principais componentes do extrato de café e sua fração insolúvel foram carboidratos e proteínas, enquanto que a fração insolúvel do sedimento apresentou também uma fração significativa de lignina. Pela análise dos carboidratos, galactose, arabinose e manose foram os principais monossacarídeos obtidos após hidrólise ácida, confirmando a presença de galactomananos e arabinogalactanos. Galactomanano com baixo grau de ramificação foi o principal polissacarídeo encontrado nas frações insolúveis. Biopectinase CCM, Rohapect B1L, Pectinase 444L e Galactomananase ACH foram as preparações enzimáticas mais eficientes na redução de sedimento do extrato de café, sendo Rohapect B1L e Galactomananase ACH as mais viáveis, cujas concentrações ótimas foram 0,3 e 0,1 mgproteína/gsubstrato, respectivamente. A massa molecular média dos components do extrato de café foi 18 kDa, a qual decresceu 6,6% após hidrólise com Rohapect B1L. O principal açúcar liberado por esta enzima foi a manose, sugerindo sua ação sobre as cadeias de mananos do café, devido a alta atividade de mananase. Os extratos hidrolisados pelas preparações enzimáticas Rohapect B1L e Galactomananase ACH foram avaliados sensorialmente. Provadores treinados verificaram uma pequena a moderada diferença entre os extratos hidrolisados e o controle; entretanto, o tratamento enzimático não alterou a aceitação das amostras por parte dos consumidores. Os resultados mostraram boas perspectivas para a utilização de enzimas no processo de redução de sedimentos em extratos de café solúvel / Abstract: Polysaccharides are the main components of green, roasted and soluble coffee, and they are mainly galactomannans and arabinogalactans. An important aspect about these polysaccharides is the insolubility, possibly one of the reasons for the sediments formation in the production of instant coffee, reducing the yield of the process. Thus, the aim of this work was to investigate the reduction of sediments in coffee extract by the action of enzymes. Several commercial preparations of pectinases were selected and their different activities were determined. Rohapect B1L presented the highest mannanase activity. Most of the commercial pectinases assayed presented other enzyme activities, like mannanase, endoglucanase, xylanase, besides the activity stated by the manufacturers. Soluble and insoluble fractions from coffee extract and sediment were prepared and their chemical composition determined. The main components of extract and its insoluble fraction were carbohydrates and proteins, while the insoluble fraction of sediment presented also a significant amount of lignin. Based on the carbohydrate analysis, galactose, arabinose and mannose were the main monosaccharides obtained after acid hydrolysis, confirming the presence of galactomannans and arabinogalactans. Galactomannan with low degree of branching was found to be the main polysaccharide of the insoluble fractions. Biopectinase CCM, Rohapect B1L, Pectinase 444L and Galactomannanase ACH were found to be themost effective enzyme preparations on the sediment reduction of coffee extract, being Rohapect B1L and Galactomannanase ACH the more viable ones, which optimumconcentrations were 0.3 and 0.1 mgprotein/gsubstrate, respectively. The average molecular weight of the coffee extract components was 18 kDa, which decreased 6.6% after hydrolysis with Rohapect B1L. The main sugar released by this enzyme preparation was mannose, suggesting its action on coffee mannans, due to the high activity of mannanase. The extracts hydrolyzed by Rohapect B1L and Galactomannanase ACH were evaluated for the sensory quality. Trained panelists indicated a small to moderate difference between the hydrolyzed extracts and the control; however, the enzymatic treatment did not alter the consumers¿ acceptance of the coffee extract. The results showed good perspectives for the use of enzymes in reducing sediments in coffee extracts / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Carlos Eduardo Vaz Rossell / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:59:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_MarinaOliveiradeSouza_M.pdf: 13614518 bytes, checksum: 8a7fafce0407822a32d8f9833a1d2d86 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O objetivo desta dissertação é apresentar a descrição e a simulação de processos de produção de etanol a partir do caldo e do bagaço da cana-de-açúcar, visando o levantamento do consumo de energia destes processos. Foram consideradas melhor ias no processo convencional de produção de etanol a partir do caldo, tais como a realização de eficientes tratamento e esterilização do caldo, a condução da fermentação a temperaturas mais baixas (28°C) do que as utilizadas atuamente, o estudo de configuração de destilação duplo efeito e a otimização de processos de desidratação para produção de etanol anidro. O processo de produção de etanol a partir do bagaço da cana-de-açúcar é baseado em um processo de hidrólise do tipo Organosolv com ácido diluído em três etapas: pré-hidrólise da hemicelulose, deslignificação Organosolv e hidrólise da celulose. Considerando-se a utilização de 70 % do bagaço gerado nas moendas como matéria prima do processo de hidrólise estudado, seria possível aumentar a produção de etanol em cerca de 17 %, considerando somente a fermentação das hexoses obtidas a partir da celulose do bagaço. A realização do processo de hidrólise leva a um aumento do consumo de energia do processo, que pode ser compensado pela otimização do processo convencional de produção .de etanol a partir do caldo da cana-de-açúcar, do aproveitamento da palha e de subprodutos do processo de hidrólise como a lignina, e da integração térmica do processo integrado, que utiliza caldo e bagaço como matéria prima para produção de etanol. O equacionamento do consumo energético da produção integrada de etanol a partir da cana-de-açúcar e do bagaço de cana-de-açúcar constitui um obstáculo à viabilização técnica e econômica do processo de hidrólise. Este trabalho visa apresentar então colaborações no sentido de superar este obstáculo, considerando-se a produção de etanol a partir do bagaço de cana-de-açúcar por meio de um processo de hidrólise do tipo Organosolv com ácido diluído / Abstract: The main objective of this dissertation is to present the description and simulation of bioethanol production processes from sugarcane juice and bagasse, considering the evaluation of energy consumption. Some improvements were considered for the conventional bioethanol production process from sugarcane juice, such as efficient juice treatment, sterilization and concentration, lower fermentation temperatures (28°C) than the ones used nowadays in the industry, study of a double effect distillation sys tem and optimization of dehydration processes for anhydrous bioethanol production. The process considered for bioethanol production from sugarcane bagasse is based on an Organosolv process with dilute acid hydrolysis, carried on three non-simultaneous steps: prehydrolysis of hemicellulose, Organosolv delignification and cellulose hydrolysis. The use of 70 % of sugarcane bagasse generated on the mills as raw material for the hydrolysis process allows an increase in bioethanol production of 17 %, considering exclusively the fermentation of the hexose obtained from the cellulose fraction of sugarcane bagasse. An increase on energy consumption is observed when bagasse is used as raw material in the hydrolysis process, but it may become feasible considering the optimization of conventional bioetlJ.anol production process, the use of sugarcane trash and lignin as fuel in boilers and the thermal integration of the integrated process, which uses sugarcane juice and bagasse as raw materiaIs for bioethanol production. Evaluation of the energy consumption of the integrated production of ethanol from sugarcane and sugarcane bagasse constitutes an obstacle for the technical and economical feasibility of the hydrolysis processo This work aims to present contributions to help surpass this obstacle, considering the production of ethanol from sugarcane bagasse using an Organosolv process with dilute acid hydrolysis / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Após as crises de petróleo ocorridas no século passado, vários países buscaram o desenvolvimento de novos combustíveis a fim de reduzir a dependência deste recurso natural. O Brasil foi um deles e criou o Programa Nacional do Álcool (Pró-Álcool) para incentivar a produção de etanol. Hoje, mais de 80% da frota nacional de veículos rodam ou somente com etanol ou com a mistura de gasolina e etanol. Para atender a crescente demanda de etanol, sem competir com áreas cultiváveis voltadas para produção de alimentos, fontes de materiais lignocelulósicos podem ser utilizadas com o intuito de se aproveitar a fração celulósica para obtenção de açúcar fermentável. Neste trabalho propôs-se avaliar o efeito de tecnologias de pré-tratamento dos subprodutos sucroalcooleiros (bagaço e palha de cana), seguida ou não de uma etapa de deslignificação, sobre a conversão enzimática da celulose de cada biomassa vegetal. Os materiais lignocelulósicos foram pré-tratados por explosão a vapor (bagaço), impregnação a vapor (palha) e por ultrassom (bagaço e palha). A etapa de pré-tratamento por explosão a vapor foi realizada no reator industrial de 5 m3 sob a condição de 200°C por 7min, das Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. A etapa de pré-tratamento por impregnação de vapor foi realizada em reator de 20 L sob as condições de 180, 185, 190, 195 °C por 10 min e 190°C por 15 min. Já a etapa de pré-tratamento por ultrassom foi realizada em banho de ultrassom a 55°C por 40 min e radiação de 40 kHz/120W. Os materiais pré-tratados foram deslignificados sob a condição de NaOH 1% (m/v), 100°C por 1h, variando somente o tamanho reator em função da quantidade de biomassa disponível. Para o bagaço explodido a vapor, a deslignificação organosolv também foi testada, variando as condições numa matriz de planejamento L18 de Taguchi. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados empregando Celluclast 1.5L (15 FPU/g de amostra) e ?-Glucosidase (10 UI/g de amostra). Das três técnicas de pré-tratamento avaliadas (explosão a vapor, impregnação a vapor e ultrassom), somente os métodos baseados em vapor foram eficientes na desagregação dos constituintes dos subprodutos sucroalcooleiros. Esses métodos foram capazes de remover grande parte da hemicelulose (acima de 70%) e uma parte da lignina (<40%), elevando a digestibilidade da celulose pelas enzimas celulolíticas (conversão de 66 a 68%). O método de pré-tratamento com ultrassom provocou o aumento da recalcitrância dos materiais lignocelulósicos tanto para o agente deslignificante (soda cáustica) como para as celulases, sendo, portanto, um método não indicado, dentro da faixa das condições avaliadas, para um processo de conversão dos subprodutos sucroalcooleiros em açúcares fermentáveis. A etapa de deslignificação com soda cáustica foi essencial para elevar a digestibilidade dos materiais lignocelulósicos pré-tratados por explosão a vapor ou com ultrassom. Entretanto, para a palha pré-tratada hidrotermicamente, a etapa de extração alcalina não promoveu um efeito positivo sobre a conversão enzimática de celulose. De forma geral, observou-se que o bagaço de cana apresenta um potencial ligeiramente maior para conversão em açúcares fermentáveis em comparação com a palha de cana. / After the oil crises occurred in the last century, many countries have been to develop new fuels to reduce dependence on this natural resource. Brazil was one of them and created the National Alcohol Program (Pro-álcool) to promote the production of ethanol. Today, more than 80% of the national vehicles run on ethanol or with a mixture of gasoline and ethanol. To supply the growing demand for ethanol, without it to affect the food production farmland, sources of lignocellulosic materials can be used in order to take advantage of the cellulosic fraction for production of fermentable sugar. This work had objective to evaluate the effect of pretreatment technologies of sugarcane byproducts (bagasse and straw), followed or not by a stage of delignification, on the cellulose enzymatic conversion of each biomass. The lignocellulosic materials were pretreated by steam explosion (bagasse), vapor impregnation (straw) and ultrasound (bagasse and straw). The steam explosion pretreatment was carried out in 5 m3 industrial reactor under the condition of 200 °C for 7 min, from Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. The steam impregnation pretreatment was carried out in 20 L reactor under conditions of 180, 185, 190, 195 °C for 10 min and 190 °C for 15 min. The ultrasound pretreatment was performed in the ultrasonic bath at 55 °C for 40 min and 40 kHz/120W radiation. The pretreated materials were deslignified on condition of 1% (w/v) NaOH, 100 °C for 1 h, using different sizes of reactors due to amount of biomass available. For the steam exploded bagasse, one stage of organosolv delignification was also tested varying the conditions in a L18 Taguchi matrix. The enzymatic hydrolysis tests were performed using Celluclast 1.5L (15 FPU/g of material) and ?-Glucosidase (10 IU/g of material). From three pretreatment techniques evaluated (steam explosion, steam impregnation and ultrasonic), only the vapor-based methods were efficient in the breakdown of the constituents of sugarcane byproducts. These methods were able to remove most of the hemicellulose (above 70%) and a part of the lignin (<40%), increasing the cellulose digestibility by cellulolytic enzymes (conversion 66-68%). The ultrasound pretreatment increases the recalcitrance of lignocellulosic materials both for the caustic soda and for cellulases. Therefore, this pretreatment method is not indicated, within the conditions range assessed, for a conversion process of sugarcane byproducts to fermentable sugars. The delignification stage with caustic soda was essential to increase the digestibility of lignocellulosic materials pretreated by steam explosion or ultrasound. However, for the straw pretreated hydrothermically, the alkaline extraction did not cause a positive effect on the enzymatic conversion of cellulose. Overall, it was observed that sugarcane bagasse has a slightly higher potential for conversion to fermentable sugars in relation to sugarcane straw.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-03-02T19:40:52Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-03T11:37:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-03T11:37:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / From the economic point of view it is important to process high charges of solid in enzimatic hydrolysis of the lignocellulosic residues for the production of 2G ethanol, but batch operation with high initial charges of substrate can cause inefficient mixture, damaging the reactional process. An attractive alternative is operating the reactors in fed batch. The aim of this work was to determine, applying the theory of optimal control, the optimal feeding profile of substrate in bench reactor. For this, it was tested two kinetic of Michaelis-Menten: pseudo-homogeneous Michaelis-Menten kinetic and Michaelis Menten kinetic with inhibition by the product, in the last kinetic was obtained the best fit to experimental data. The developed algorithm was run in Matlab® software and the simulation results were experimentally validated. Enzymatic hydrolysis assays were performed with hydrothermally pre-treated sugar cane straw followed by the alkaline delignification. It was obtained good fiting of the simulation data with respect to the experimental data, with values of glucose final concentration close to 164.647 g/L (triplicate average) and in simulation the concentration was 174.93 g/L. Proving that the sugar cane straw, besides being a good feedstock cheap and abundant, it has a great energetic potential. Furthermore, the optimal control strategy was very efficient in optimization of the proposed problem. / Do ponto de vista econômico é importante processar elevadas cargas de sólidos na hidrólise enzimática dos resíduos lignocelulósicos para a produção de etanol 2G, mas operação em batelada com altas cargas iniciais de substrato pode causar uma mistura ineficiente, prejudicando o processo reacional. Uma alternativa atraente é operar os reatores em batelada alimentada. O objetivo deste trabalho foi determinar, aplicando a teoria do controle ótimo, o perfil ótimo de alimentação de substrato em reator de bancada. Para isso, foram testadas duas cinéticas de Michaelis-Menten, a cinética de Michaelis Menten psêudo-homôgenea e a cinética de Michaelis Menten com inibição competitiva pelo produto, onde nesta última cinética foi obtido o melhor ajuste aos dados obtidos experimentalmente. O algoritmo desenvolvido foi executado no software Matlab® e os resultados das simulações foram experimentalmente validados. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados com palha de cana-de-açúcar pré- tratada hidrotérmicamente, seguido pela deslignificação alcalina com NaOH. Foram obtidos bons ajustes dosdados simulados com respeito aos dados experimentais, com valores de concentração final de glicose de 164,647 g / L (média da triplicata) e na simulação a concentração foi 174,93 g / L. Provando que a palha de cana-de-açúcar, além de ser uma matéria-prima barata e abundante, tem um grande potencial energético. Além disso, a estratégia de controle ótimo foi eficiente na otimização do problema proposto.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar como algumas condições de pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com H2SO4 diluído influenciam a distribuição granulométrica do bagaço de cana, a composição química dos sólidos pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos, além da digestibilidade enzimática dos sólidos pré-tratados. Para isso, previamente, uma amostra de bagaço de cana-de-açúcar in natura foi caracterizada quanto suas composições percentuais; a distribuição granulométrica de suas fibras também foi avaliada antes e após o pré-tratamento. O pré-tratamento do bagaço com H2SO4 diluído foi realizado em reator piloto, aquecido por vapor direto, com capacidade de 100 L, onde o teor inicial de sólidos foi fixado em 15% (p/p). A temperatura (131,91-168,09 °C), tempo de residência (11,90-48,09 min) e concentração ácida (0,19 - 3,81 p/p) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23. Após o pré-tratamento, os bagaços pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos foram caracterizados quanto suas composições químicas. A composição química dos bagaços in natura e pré-tratados, assim como a composição química dos hidrolisados, foi determinada por gravimetria, espectrofotometria e cromatografia líquida de alta eficiência. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente sendo que a maior variação foi observada para hemicelulose (0,14-17,62 %). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram a composição química do bagaço pré-tratado, sendo que a variável com maior poder de influência no teor de celulose, hemicelulose e lignina dos sólidos foi a concentração ácida, seguida da temperatura e tempo de reação. Xilose foi o açúcar predominante nos hidrolisados hemicelulósicos variando de 1,43 a 21,05 g/L, de acordo com o planejamento. A concentração de furfural variou entre 0,08 e 4,68 g/L. Condições severas de pré-tratamento acarretaram na maior remoção de hemicelulose dos bagaços pré-tratados, porém nestas mesmas condições foram encontradas baixas concentrações de xilose e altas concentrações de furfural nos hidrolisados. A concentração de xilose no hidrolisado se mostrou dependente da temperatura e da concentração ácida. A variável com maior influência na formação de furfural foi a temperatura, seguida pela concentração ácida e tempo. A digestibilidade enzimática dos bagaços obtidos de acordo com planejamento experimental em 24 h variou de 25,35 a 63,76%, conforme a composição química dos sólidos. A temperatura de pré-tratamento foi o fator que exerceu maior influência na conversão da celulose dos sólidos. Com o intuito de avaliar o efeito da lavagem dos sólidos na digestibilidade enzimática da celulose, bagaços pré-tratados obtidos nas condições mais branda e severa de pré-tratamento, lavados e não-lavados, foram submetidos à sacarificação enzimática. A sacarificação de bagaços não-lavados foi prejudicada pela presença de inibidores nos hidrolisados hemicelulósicos, variando entre 0- 23,9%, em 72h. As condições de pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar que maximizam a concentração de xilose no hidrolisado hemicelulósico e a sacarificação enzimática do bagaço pré-tratado são diferentes. O pré-tratamento com H2SO4 diluído acarretou na diminuição do tamanho das partículas do bagaço de cana. / This study aimed to evaluate how certain pretreatment conditions of sugarcane bagasse with dilute H2SO4 influence the size distribution of sugarcane bagasse, the chemical composition of solids pretreated and hemicellulosic hydrolysate, as well the enzymatic digestibility of pretreated solids. For that, previously, a sample of in natura sugarcane bagasse was characterized in terms of chemical composition; the size distribution of fibers was also evaluated before and after the pretreatment. The experiments of pretreatment of bagasse with dilute H2SO4 were conducted in a pilot reactor, heated by direct steam, with a capacity of 100 L, where the initial solids content was fixed at 15% (w / w). The temperature (131.91 to 168.09 ° C), residence time (11.90 to 48.09 min) and acid concentration (0.19 to 3.81 w / w) varied according to a factorial design 2³ . After pretreatment, the pretreated bagasse and hemicellulosic hydrolysates were characterized in terms of their chemical compositions. The chemical composition of in natura and pretreated bagasse , as well the chemical composition of the hydrolysates, was determined by gravimetry, spectrophotometry and high-efficiency liquid chromatography. According to the condition of pretreatment, cellulose, hemicellulose and lignin content in pretreated bagasse differed substantially, and the major variation was observed for hemicellulose content (0.14 to 17.62%).The three factors evaluated in the pretreatment influenced the chemical composition of pretreated bagasse, and the variable with greatest influence on the content of cellulose, hemicellulose and lignin concentration of solids was acid concentration, followed by temperature and reaction time.. Xylose was the predominant sugar in hemicellulose hydrolysates ranging from 1.43 to 21.05 g / L, according to the experimental design. Furfural concentration varied between 0.08 and 4.68 g / L. Severe conditions of pretreatment resulted in greater removal of hemicellulose from pretreated bagasse, but under these conditions were found low concentrations of xylose and high concentrations of furfural in the hydrolysates. The concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate were dependet of temperature and acid concentration. The variable with greatest influence on the formation of furfural was temperature, followed by acid concentration and time. The enzymatic digestibility of the pretreated solids, obtained according to experimental design, in 24 h, ranged from 25.35 to 63.76% depending on the chemical composition of solids. The temperature of the pretreatment was the factor that showed greater influence on the conversion of cellulose solids. In order to evaluate the effect of washing the solids in the enzymatic digestibility of cellulose, pretreated bagasses obtained in milder and severe conditions of pretreatment, non-washed and washed solids, were submitted to enzymatic saccharification. Saccharification of non-washed solids was impaired by the presence of inhibitors in hemicellulosic hydrolysates, ranging from 0 to 23.9% in 72h. The pretreatment conditions of sugarcane bagasse that maximize the concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate and enzymatic saccharification of pretreated bagasse are different. Pretreatment with dilute H2SO4 resulted in the decrease of particle size of bagasse.

As enzimas constituem parte essencial à vida, sendo catalisadores capazes de aumentar em várias ordens de grandeza a velocidade da reação. As lipases, que catalisam a hidrólise de triacilglicerídeos, são enzimas versáteis e de fácil obtenção e por isso estão presentes em diversos setores da indústria e também constituem tema de estudo no meio acadêmico. Tem-se como os objetivos principais deste trabalho a elaboração de um método para se avaliar a cinética hidrólise de lipase suportada por intermédio de espectroscopia de fluorescência. O sistema utilizado foi o DAQ (diaceto-quinizarina) / quinizarina. Este sistema é propício, pois a DAQ, que não é fluorescente, quando hidrolisada resulta na quinizarina, altamente fluorescente. Para se tratar a cinética de hidrólise foi desenvolvido um modelo considerando-se duas etapas seqüenciais de hidrólise, uma vez que a enzima catalisa a quebra de apenas um grupo éster por ciclo catalítico. O modelo mostrou-se bastante fiel no ajuste dos dados experimentais obtidos, sendo possível obter a constante cinética envolvida no processo global de hidrólise, que constitui uma combinação linear das constantes cinéticas dos processos elementares. / Enzymes are essential to life and are capable to increase in many orders of magnitude the velocity of reaction. Lipases, that catalyses the hydrolysis of triacylglyceride, are versatile enzymes and easy to obtain and are present in many industry segments and also constitutes academic studies. The objective of this work is the elaboration of a method to evaluate the hydrolysis kinetic of immobilized lipase through fluorescence spectroscopy. The system used was DAQ (diacetate-quinizarin) / quinizarin. This system is auspicious because DAQ, not-fluorescent, when hydrolyzed results quinizarin, highly fluorescent. To treat the hydrolysis kinetic, a model that consider a twostep sequential reaction were developed, once the enzymes breaks only one ester in each catalytic cycle. The model agreed with the experimental data, and it was possible to obtain the global kinetic constant, that is a linear combination of the elementary constants

O contato com as cerdas da lagarta de Premolis semirufa (Pararama) desperta sintomas da inflamação aguda e nos indivíduos poliacidentados pode causar deformidades comuns às sinovites crônicas (pararamose). No presente estudo foi mostrado que o extrato das cerdas da lagarta apresenta intensa atividade proteolítica, sendo capaz de ativar o Sistema Complemento, promover hidrólise de C3, C4 e C5 e a geração de anafilatoxinas. Análises cromatográficas do extrato permitiram o isolamento de uma serinoprotease de 82 kDa capaz de promover tais atividades. Em modelo murino, foi verificado que o extrato é capaz de induzir altos títulos de anticorpos, pronunciada reação inflamatória, ativação de linfócitos T e APCs, bem como produção de citocinas pró-inflamatórias. Os dados obtidos demonstram a existência, no extrato das cerdas da pararama, de várias enzimas que podem atuar em conjunto na geração e desenvolvimento das manifestações clínicas da pararamose. / The contact with the Premolis semirufas caterpillar bristles (Pararama) causes symptoms of the acute inflammation and, in the individuals after multiple accidents, joint deformities common to chronic synovitis (pararamose) can occur. In the current study it was shown that caterpillar bristles extract has intense proteolytic activity, being able to activate the Complement System, induce cleavage of C3, C4 and C5, and the generation of anaphylatoxins. Chromatographic analysis of the extract allowed the isolation of a serine protease with Mr of 82 kDa able to promote such activities. In murine model, it was demonstrated that the extract is able to induce high antibody titers, a pronounced inflammatory reaction, activation of T lymphocytes and APCs, as well as the generation of proinflammatory cytokines. The data obtained demonstrate the existence, in the pararama bristles extract, of numerous enzymes that can act together in the generation and development of clinical manifestations of pararamose.

A hidrólise enzimática de celulose representa, em relação à hidrólise ácida, uma alternativa limpa para produção de etanol. No entanto, existem duas dificuldades: o alto custo das enzimas e recalcitrância das regiões cristalinas da celulose. Para o primeiro problema, propomos a imobilização de celulase, um complexo enzimático que sinergicamente promove a degradação da celulose em glicose e celobiose, sobre wafers de silício. Apesar da atividade enzimática de celulase adsorvida ser em geral menor que a de celulase livre, a imobilização de celulases provou ser vantajosa, pois permite até seis reusos, mantendo um nível de atividade apenas 20% inferior ao original. Quanto à questão da recalcitrância das regiões cristalinas da celulose, utilizamos diferentes pré-tratamentos de celulose, a fim de reduzir a sua cristalinidade e o seu grau de polimerização, além de também modificar a estrutura supramolecular da celulose e a quantidade de poros que esta apresenta, avaliando todos estes parâmetros quantitativamente frente à atividade enzimática livre e imobilizada. A sacarificação enzimática de celulase livre e imobilizada foi determinada na hidrólise de celulose microcristalina (Avicel), e dois tipos de celulose nativa, algodão e eucalipto. Avicel foi pré-tratada a partir da (i) dissolução e degradação em ácido fosfórico, (ii) dissolução em acetato de 1-etil-3-metil-imidazólio (EMIMAc), e (iii) da hidrólise por endoglucanases adsorvidas, uma enzima do complexo enzimático celulase. Celulose de eucalipto e algodão foram mercerizadas a fim de se retirar contaminantes. A hidrólise com celulase livre levou a taxas de conversão de celulose à glicose que não apresentaram correlação com o índice de cristalinidade, nem com o grau de polimerização, mas apresentaram correlação direta com a capacidade de absorção de água, também chamada de constante de capilaridade. As taxas de conversão obtidas na presença de celulase adsorvida apresentaram correlação inversa com a constante de capilaridade, evidenciando que o mecanismo de hidrólise neste caso é fortemente dependente da camada de hidratação da celulose. / Enzymatic hydrolysis of cellulose represents, in relation to acid hydrolysis, a clean alternative for production of ethanol. However, there are two difficulties: the high cost of enzymes and the recalcitrance of the crystalline regions of cellulose. For the first problem, we propose the immobilization of cellulase, an enzymatic complex which synergistically promotes the degradation of cellulose to glucose and cellobiose, onto Si wafers. Although the enzymatic activity of immobilized cellulase is generally lower than that of free cellulase, immobilization has proven to be advantageous since it allows up to six reuses maintaining the activity level at 80% of the original one. Concerning the recalcitrance of the crystalline regions of cellulose, we used different cellulose pretreatments in order to reduce its crystallinity and degree of polymerization, and to modify the cellulose supramolecular structure along with the amount of pores. All these parameters were quantitatively correlated with the activity of free and immobilized cellulase. The enzymatic activity of free and immobilized enzyme was determined by the hydrolysis of microcrystalline cellulose (Avicel), and two types of native cellulose, cotton and eucalyptus. Avicel was pretreated in three different ways: (i) dissolution and degradation in phosphoric acid, (ii) dissolution in 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate (EMIMAc), and (iii) hydrolysis by immobilized endoglucanase, an enzyme that is part of the cellulase enzyme complex. Eucalyptus and cotton pulp were mercerized in order to remove contaminants. Hydrolysis with free cellulase yielded cellulose to glucose conversions that were neither correlated with the crystallinity index nor with the degree of polymerization, but were directly correlated with the cellulose ability to absorb water (capillary constant). The conversion rates obtained in the presence of immobilized cellulase correlated inversely with the capillary constant values, indicating that hydrolysis mechanism in this case is strongly dependent on the hydration layer of cellulose

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-12T17:47:09Z No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 3341806 bytes, checksum: 01a9ea92db8351da3b0d30ea2a019200 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:53:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 3341806 bytes, checksum: 01a9ea92db8351da3b0d30ea2a019200 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:53:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucasfagundesesteves.pdf: 3341806 bytes, checksum: 01a9ea92db8351da3b0d30ea2a019200 (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Neste trabalho foram utilizadas metodologias teóricas para a descrição do mecanismo de ação de complexos binucleares de platina(II) do tipo 1,1/c,c e 1,1/t,t. Inicialmente foi elucidada a influência do arranjo conformacional da cadeia espaçadora na estabilidade de complexos binucleares, através da construção de um parâmetro topológico chamado grau de distorção (λ). Para a construção do parâmetro λ, foi realizada uma busca conformacional no nível PM3 utilizando o método de Monte Carlo (MC) para o ligante desses complexos binucleares, a molécula de 1,6-hexanodiamina. O parâmetro λ, correlaciona-se linearmente com a energia PM3 dos confôrmeros obtidos, aumentando o seu valor à medida que a energia total diminui. O parâmetro λ correlaciona-se fortemente com as energias relativas em fase gás ( ) e em fase aquosa ( ) após a inclusão das esferas de coordenação metálica dos complexos 1,1/c,c e 1,1/t,t em determinadas conformações e posterior otimização no nível DFT com o funcional B3LYP e o conjunto de funções de base 6-31+G(d,p) para todos os átomos, exceto para a platina, a qual foi tratada com o pseudopotencial LANL2DZ. As reações de hidrólise dos complexos 1,1/c,c e 1,1/t,t foram estudadas em fase gás no nível B3LYP/6-31+G(d,p)/LANL2DZ e em fase aquosa com os modelos PCM/UAHF e PCM/Bondi. As constantes de velocidade calculadas para a reação direta em fase aquosa resultaram em valores muito próximos daqueles determinados experimentalmente, os quais são da ordem de 10-5s-1, para os complexos 1,1/c,c e 1,1/t,t. Durante esta dissertação também foi avaliada a influência da conformação na primeira barreira de hidrólise de complexos 1,1/c,c, mostrando que algumas conformações, que em um primeiro momento são instáveis, podem gerar barreiras de reação menores do que as conformações mais estáveis. Foram estudados os mecanismos de coordenação de complexos 1,1/c,c com a guanina em fase gás e fase aquosa no mesmo nível de teoria utilizado durante a etapa de hidrólise. / In this work, theoretical methods were used to describe the action mechanism of binuclear platinum(II) complexes named 1,1/c,c and 1,1/t,t. Initially, the influence of the conformational arrangement of the diamine chain on the stability of binuclear complex was elucidated, through the construction of a new topological parameter called distortion degree λ. In order to create the λ parameter, were performed a conformational search at PM3 level of theory using Monte Carlo (MC) method only for the ligand of these binuclear complexes, the 1,6-hexanediamine molecule. The λ parameter linearly correlates with the PM3 energy of the conformers, increasing its value, as the total energy decreases. The λ parameter has a strong correlation with the relative energies in gas phase ( ) and aqueous phase ( ) after the inclusion of the metallic coordination sphere of the 1,1/c,c and 1,1/t,t complexes in some specific conformations. Subsequent optimization has been carried out at DFT approach with the B3LYP functional and the 6-31+G(d,p) Pople’s basis set for all atoms, except for platinum, which was treated with LANL2DZ pseudopotential. The hydrolysis reaction of 1,1/c,c and 1,1/t,t complexes were studied in gas phase at B3LYP/6-31+G(d,p)/LANL2DZ level and in aqueous phase with the PCM/UAHF and PCM/Bondi model. The calculated rate constants for the forward reaction in aqueous phase lead to values very close to those experimentally resolute, which are about 10-5s-1 for the 1,1/c,c and 1,1/t,t complexes. During this study the influence of conformation on the first hydrolysis barrier of 1,1/c,c complex were also evaluated, showing that some conformations, which at the first moment were considerable unstable, can generate lower reaction barriers than the most stable conformations. The coordination mechanism of 1,1/c,c complex with guanine in gas and aqueous phase at the same level of theory used during the hydrolysis step were also studied and compared with literature.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2016-08-08T16:59:46Z No. of bitstreams: 1 raphaeldasilvaalvim.pdf: 4975859 bytes, checksum: 45288f5cf716f2e219a7c41484f3c591 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-08-09T11:55:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 raphaeldasilvaalvim.pdf: 4975859 bytes, checksum: 45288f5cf716f2e219a7c41484f3c591 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-09T11:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 raphaeldasilvaalvim.pdf: 4975859 bytes, checksum: 45288f5cf716f2e219a7c41484f3c591 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / O agente VX, O-etil metillfosfonotioato de S-2-(diisopropilamino)etila, é um dos principais agentes neurotóxicos e a busca por formas de degrada-lo é consideravelmente importante. Neste trabalho, a hidrólise de um composto organofosforado tipo-VX (metilfosfonotioato de O,S-dimetila, DMPT) pela quimissorção dissociativa na superfície de MgO(001) foi estudada pela teoria do funcional da densidade com condições de contorno periódicas. Um mecanismo de degradação que envolve as reações das moléculas de DMPT e de água foi proposto e investigado em dois tipos de modelos de superfície de MgO(001): terraço e dopada com Al. Conformações, diferenças de energia livre, estados de transição e barreiras de reação foram calculados. Inicialmente, foi verificado que apenas a ligação neurotóxica P-S é quebrada na hidrólise do composto DMPT, que pode ocorrer espontaneamente em todo o intervalo de temperatura analisado (100-600 K). Na quimissorção dissociativa da molécula de DMPT, a formação do intermediário MgO:[PO(CH3)(OCH3)]+[SCH3]− é termodinamicamente menos estável que os produtos de hidrólise a partir da temperatura de aproximadamente 335 K para a superfície dopada com Al, que é muito menor que o mesmo processo calculado no terraço (a partir de 500 K). De acordo com a análise de barreira reacional, a possível reconstituição da ligação P-S não ocorre em ambos modelos de superfície de MgO(001) analisados. Contudo, a barreira de energia eletrônica para a reação de dissociação na superfície dopada com Al é cerca de 49,0 kJ/mol menor do que no terraço. Simultaneamente, o processo de formação dos íons H+ e OH- no terraço de MgO(001) é relevante como a etapa inicial de hidroxilação dessa superfície e faz parte do mecanismo de hidrólise catalisada do composto DMPT. A adsorção de uma, duas e três moléculas de água foram obtidas apenas sobre o terraço de MgO(001), pois sabe-se que as moléculas de água são dissociadas espontaneamente em defeitos pontuais. A variação da energia livre de Gibbs para os processos de adsorção e dissociação foi calculada no intervalo de temperatura de 100-600 K. Os resultados termodinâmicos mostraram que a adsorção de uma única molécula de água não conduz à dissociação. Para o dímero e trímero de moléculas de água, uma molécula se dissocia enquanto que as outras moléculas co-adsorvidas estabilizam as espécies iônicas H+ e OH- sobre a superfície. Nos dois casos, os produtos de dissociação na superfície convergiram para a formação de ligações de hidrogênio entre a hidroxila formada e as moléculas de água. Como consequência dessas interações, a superfície protonada coexiste com os íons hidroxila adsorvidos. As barreiras de energia eletrônica não são grandes o suficiente para desfavorecer a dissociação parcial de duas (23,2 kJ/mol) e três (24,9 kJ/mol) moléculas de água, porque elas seriam facilmente superadas. Portanto, a etapa inicial para a hidrólise no terraço de MgO(001) começa a partir de duas moléculas de água, mas o produto dissociado é mais estável quando existem três moléculas de água quimissorvidas. Em relação à migração dos íons H+ e OH- após a dissociação, as barreiras de energia eletrônica calculadas mostraram que esse processo na superfície de MgO(001) é desfavorável. Assim, os processos de dissociação das moléculas de DMPT e H2O na superfície de MgO(001) devem acontecer em regiões próximas para facilitar a etapa seguinte do mecanismo de reação proposto, que é a recombinação iônica de [PO(CH3)(OCH3)]+, [SCH3]-, HO- e H+ para a subsequente formação dos produtos P1 [HOPO(CH3)(OCH3)] e P2 [HSCH3]. Os produtos P1 e P2 não se acumulam sobre a superfície dopada com Al porque estas moléculas são dessorvidas. Portanto, se comparado com a reação de hidrólise do composto de DMPT, 335 K é uma temperatura ideal a fim de se evitar a acumulação dos produtos sobre os defeitos pontuais analisados, com a consequente dessorção espontânea de P1 e P2 e a reconstituição do MgO na etapa final do processo catalítico. No entanto, os sítios do terraço também podem participar do mecanismo de hidrólise catalisada do composto DMPT a partir de 500 K. Neste trabalho, a superfície de MgO(001) atua como um possível catalisador para a degradação do agente VX, mas com uma maior seletividade dos sítios dopados com Al do que os sítios do terraço. Da mesma forma, estes resultados têm uma variedade de importantes aplicações, bem como uma referência para posteriores estudos da reação do composto VX na superfície de MgO(001) com outros tipos de defeitos ou superfícies. Assim, esses resultados contribuem cientificamente para a área de catálise e superfícies de óxidos na desativação química de agentes neurotóxicos, especialmente os agentes tipo-V. Além disso, o presente trabalho permitirá o desenvolvimento de novas tecnologias para a defesa nacional, a fim de permitir a degradação química desses tipos de compostos sem afetar o meio ambiente. / The VX agent, O-ethyl S-(2-diisopropylethylamino)ethyl methylphosphonothioate, is one of the main neurotoxic agents, thus the search for ways to degrate it is considerably important. In this work, the hydrolysis of a VX-like organophosphorus compound (O,S-dimethyl methylphosphonothioate, DMPT) by the dissociative chemisorption on the MgO(001) surface was studied by density-functional theory using periodic boundary conditions. A degradation mechanism involving the reactions of the DMPT and water molecules was proposed and investigated on two types of MgO(001) surfaces: terrace and Al-doped. Conformations, free energy differences, transition states e reaction barriers were calculated. Firstly, it was verified that only the P-S neurotoxic bond breaks in the hydrolysis of the DMPT compound, which can occur spontaneously throughout the analyzed temperature range (100-600 K). In the dissociative chemisorption of the DMPT molecule, the formation of intermediate MgO:[PO(CH3) (OCH3)]+[SCH3]− is thermodynamically fewer stable than the hydrolysis products from the temperature of about 335 K for the Al-doped surface, which is less than the same process calculated on the surface without defects (from 500 K). According to a reactional barrier analysis, the possible reconstitution of the P-S bond does not occur on both cases of analyzed MgO(001) surface models. However, the electronic energy barrier for the dissociation reaction on the Al-doped sites is about 49.0 kJ/mol less than the one on the terrace. At the same time, the process of the formation of H+ and OH− ions on the MgO(001) terrace is relevant as the hydroxylation initial step of this surface and it is part of the catalyzed hydrolysis mechanism of the DMPT compound. The adsorption of one, two and three water molecules were only obtained on the MgO(001) terrace because it is known that water molecules are dissociated spontaneously on point defects. The variation of the Gibbs free energy for the adsorption and dissociation processes was calculated in the 100-600 K temperature range. The thermodinamic results showed that the adsorption of a single water molecule does not lead to dissociation. For the dimer and trimer of water molecules, one molecule dissociates while the others co-adsorbed stabilize the H+ and HO− ionic species on the surface. In the two cases, the dissociation products on the surface converged for the formation of hydrogen bonds among the formed hydroxyl and water molecules. As a consequence of these interactions, the protonated surface coexists with the adsorbed hydroxyl ions. The electronic energy barriers are not large enough to forbid the partial dissociation of two (23.2 kJ/mol) and three (24.9 kJ/mol) water molecules because they would be easily surmounted. Therefore, the initial step for the hydrolysis on the MgO terrace starts from two water molecules, but the dissociated product is more stable when there are three water molecules III chemisorbed. Regarding the migration of the H+ and HO− ions after the dissociation, the calculated electronic energy barriers showed that this process on the MgO(001) surface is unfavorable. Thus, the dissociation processes of the DMPT and H2O molecules on the MgO(001) surface should happen in close regions to facilitate the next step of the proposed reaction mechanism, which is the ionic recombination of [PO(CH3)(OCH3)]+, [SCH3]-, HO- and H+ for the subsequent formation of the P1 [HOPO(CH3)(OCH3)] and P2 [HSCH3] products. The products P1 and P2 did not accumulate on the Al-doped surface because these molecules are desorbed from 197 K. Therefore, if compared to the hydrolysis reaction, 335 K is an ideal temperature to avoid the accumulation of the products on the analyzed point defects, with the consequent spontaneous desorption of P1 and P2 and the MgO reconstitution in the final step of the catalytic process. However, the sites of the terrace can also participate of the DMPT catalyzed hydrolysis mechanism from 500 K. In this work, the MgO(001) surface works as a catalyst for the degradation of VX agent, but with higher selectivity of the Al-doped sites than that of the terrace sites. In the same way, these results have an important variety of applications, as well as reference for further studies of the VX compound reaction on the MgO(001) surface with other kinds of defects or other surfaces. Thus, these results scientifically contribute to the area of catalysis and oxide surfaces in the chemical deactivation of neurotoxic agents, especially the V-type agents. Furthermore, this work will enable the development of new technologies for national defense in order to enable the chemical degradation of these types of compounds without affecting the environment.