Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-09-26T14:51:02Z No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T18:48:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T18:48:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T18:48:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Xylooligosaccharides (XOS) are short-chain polymers of xylose (2 to 7 units) which can be produced by enzymatic hydrolysis of the xylan from the lignocellulosic feedstocks. XOS have a great potential as probiotic ingredients, and when they are incorporated in diets, they can provide many health benefits. The worldwide interest in the use of lignocellulosic residues is constantly growing, and in this scenario the soybean hull arises as a potential residue of the Brazilian agroindustry. The bioconversion of these residues to value-added products requires suitable pretreatments to deconstruct/disorganize the recalcitrant lignocellulosic complex, separating its main fractions: cellulose, hemicellulose, and lignin. In this context, this work did evaluate different biomass pretreatments aiming to produce XOS by the action of a Bacillus subtilis endoxylanase. Initially, the conditions for maximum catalytic activity of this enzyme were evaluated changing pH, buffer, and temperature. Among these parameters, 50 mM citrate buffer, pH 5.5, and 45 oC were the one that gave highest activity. The in nature soybean hull (previously chemically characterized) was hydrolyzed with soluble endoxylanase with different enzyme loads (40, 80, and 100 U/g biomass) under preestablished pH and temperature, producing around 55 mg RS/g dry biomass. This result, though little expressive, showed the viability of XOS production from soybean hull. However, this approach requires a suitable pretreatment of the lignocellulosic biomass to improve the endoxylanase accessibility to the C-5 fraction. Several pretreatments were performed in the soybean hulls, such as, enzymatic deproteinization, hydrogen peroxide/acetic acid pretreatment, and organosolv-ethanol pretreatment. For some pretreatments, reagent concentration and reaction time were evaluated, as well as, sequential pretreatment. Besides, enzymatic hydrolysis of the in nature soybean hull under microwave irradiation was also evaluated. The deproteinization of the soybean hull was not very efficient to the enzymatic hydrolysis of the remnant solid (production of 30 mg RS/dry biomass). However, this pretreatment allows the protein recovery as a high nutritional value hydrolysate. The pretreatment of the deproteinized soybean hulls with hydrogen peroxide solution (5 M, 1 h) removed 56% lignin without cellulose losses. However, this pretreatment did not contribute to an efficient action of the endoxylanase to the hemicellulose fraction (production of around 30 mg RS/g dry biomass). The organosolv-(50% v/v)ethanol pretreatment of the deproteinized soybean hulls promoted the removal of around 50% lignin, with low solubilization of hemicellulose (<17%), producing a poor substrate for the endoxylanase. The organosolv pretreatments with 50 and 70% (v/v) ethanol of the in nature soybean hull were able to solubilize around 30% hemicellulose, allowing the production of around 76 and 49 mg RS/g dry biomass, respectively, after hydrolysis with endoxylanase. Finally, the microwave action on the lignocellulosic biomass probably decreased the biomass recalcitrance, because the hydrolysis of the in nature soybean hulls catalyzed by the endoxylanase (100 IU / g of biomass) yielded approximately 100 mg of RS/g dry biomass. On the other hand, the hydrolysis performed in a reactor under conventional heating produced only 52 mg RS/g dry biomass. The results of this work did show that the combination of microwave irradiation and enzymatic hydrolysis might be a promising alternative to produce XOS. Keywords: soybean hulls; xylo-oligosaccharides; pretreatments / Xilo-oligossacarídeos (XOS) são polímeros de xilose de cadeia curta (2 a 7 unidades) que podem ser obtidos por hidrólise enzimática da xilana presente na fração de hemicelulose dos materiais lignocelulósicos. XOS possuem um grande potencial como ingredientes prebióticos, e quando incorporados na dieta, podem fornecer muitos benefícios à saúde. O interesse mundial no aproveitamento de resíduos lignocelulósicos é cada vez maior, e no cenário nacional a casca de soja se destaca como um potencial resíduo da agroindústria brasileira. Para viabilizar a bioconversão desses resíduos em produtos de interesse comercial (etanol 2G e XOS, por exemplo) são necessários pré-tratamentos, que atuam desconstituindo/desorganizando a estrutura altamente recalcitrante do complexo lignocelulósico e separando as frações principais da biomassa: celulose, hemicelulose e lignina. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar diferentes pré-tratamentos da biomassa para produzir sequencialmente XOS por ação de uma endoxilanase de Bacillus subtilis. Inicialmente as condições de máxima atividade catalítica dessa enzima foram avaliadas variando pH, tampão e temperatura. Dentre as variáveis estudadas, as que contribuíram para uma melhor atividade da endoxilanase foram tampão citrato de sódio (50mM) pH 5,5 e 45 °C. A casca de soja in natura (previamente caracterizada quimicamente) foi hidrolisada com endoxilanase solúvel com diferentes cargas enzimáticas (40, 80 e 100 U/g casca) nas condições de pH e temperatura pré-estabelecidas, produzindo em média 55 mg de AR/g biomassa seca. Esse resultado, embora pouco expressivo, demonstrou a viabilidade da produção de XOS a partir de casca de soja, requerendo, entretanto, um pré-tratamento adequado para melhorar a acessibilidade da endoxilanase à fração C-5 da biomassa. Os pré-tratamentos avaliados foram a desproteinização enzimática da casca, prétratamento com peróxido de hidrogênio e ácido acético e pré-tratamento organossolve-etanol, variando nestes, as concentrações de solventes, tempo de reação e pré-tratamentos sequenciais. Adicionalmente, realizou-se a hidrólise enzimática da casca de soja in natura em reator micro-ondas. A desproteinização da casca de soja mostrou-se ineficiente para a hidrólise da fração sólida remanescente com endoxilanase (produção de 30 mg de AR/g biomassa seca), embora esse pré-tratamento permita a recuperação de proteínas como um hidrolisado de alto valor nutricional. O pré-tratamento com peróxido de hidrogênio (5 M, 1 h) para casca de soja desproteinizada removeu 56% de lignina sem perdas de celulose, entretanto, este pré-tratamento não contribuiu para uma eficiente atuação da endoxilanase sobre a fração hemicelulósica (produção de aproximadamente 30 mg de AR/g biomassa seca). O pré-tratamento organossolve-etanol 50% (v/v) da casca de soja desproteinizada removeu em torno de 50% de lignina com baixa solubilização de hemicelulose (< 17%), gerando, portanto, um líquido com baixa concentração de substrato para a ação da endoxilanase. Os pré-tratamentos organossolve-etanol 50 e 70% (v/v) da casca de soja in natura foram capazes de solubilizar em torno de 30% da hemicelulose, sendo possível a produção de 76 e 49 mg de AR/g de biomassa seca, respectivamente, após hidrólise com endoxilanase. Por fim, a ação das microondas sobre a biomassa lignocelulósica provavelmente reduziu a recalcitrância da biomassa, pois a hidrólise da casca in natura com endoxilanase (100 U/g de casca) produziu aproximadamente 100 mg de AR/g de biomassa seca, ao contrário da hidrólise conduzida em reator com aquecimento convencional que produziu em torno de 52 mg de AR/g de biomassa seca. Os resultados deste trabalho indicam que a combinação de irradiação micro-ondas e hidrólise enzimática pode ser uma alternativa promissora para a produção de XOS.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-26T10:38:48Z No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T11:17:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T11:18:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T11:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) Previous issue date: 2016-04-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The complex cell wall structure of lignocellulosic biomass makes pretreatment one of the most relevant 2G ethanol production process steps due to the difficulty of hydrolyzing lignocellulose to fermentable sugars and the cost of the process as a whole. The optimization of enzymatic hydrolysis conditions is crucial for reaching high yields that make the process feasible. In this way, the aim of this work is to assess the stages of pretreatment and enzymatic hydrolysis of the cellulosic fraction of straw sugarcane. All samples were chemically characterized before and after the pretreatment step. Hydrothermally pretreatment was evaluated in four conditions: 170ºC / 5 min, 170ºC / 15 min, 220°C / 5 min, 220°C / 5 min, and 195ºC / 10 min. Higher hemicellulose removal (85.58%) was found at 195ºC / 10 min. This operational condition was set as a reference. Hydrolysis experiments were carried out in Erlenmeyer flasks at 50ºC, 250 rpm and pH 4.8, with a reaction volume of 50 mL. Two sets of experiments were performed. In the first, the effect of substrate concentration was evaluated varying solid load (5; 10; 15; 20% msolid/vsolution) with enzyme load constant in 13 FPU.gbiomass. At 72h of enzymatic reaction, cellulose conversions were: 72% (5% of solids), 84% (10% of solids), 72% (15% of solids), and 59% (20% solids). In the second set, the enzyme (Cellic®CTec2) load effect (3; 7; 10; 13; 16; 40 FPU/gbiomass) with solid load settled at 15% (msolid/vsolution), was assessed. For assays with 15% of solid load, cellulose conversions were: 48% (3 FPU/gbiomass), 58% (7 FPU/gbiomass), 66% (10 FPU/gbiomass), 72% (13 FPU/gbiomass), 71% (16 FPU/gbiomass), and 74% (40 FPU/gbiomass). A trade-off between solid load and enzyme dosage was found (15% m/v and 13 FPU/gbiomass) which results in 72,4% of cellulose to glucose conversion. After that it was studied the products inhibition effect on hydrolysis was assessed. glucose and cellobiose (10 and 30g.L-1) caused a higher inhibitory effect. Xylose did not show the significant inhibitory effect on β-glucosidase. However, glucose and cellobiose had significant inhibitory effects on endoglucanase and exoglucanase as well as on β-glucosidase. Hydrolysis experiments were conducted in the batch reactor (3 L) with 10% solids to compare the performance with the hydrolysis conducted in Erlenmeyer flasks. At 72h hydrolysis cellulose to glucose, conversion was obtained in 84.8% (Erlenmeyer flask) and 80.2% (in the reactor); hydrolysis profiles obtained were similar in both conditions evaluated. In face of this, it was opted by conduct experiments in bioreactor (50 mL) using solid loads of 15 and 20% showed the best cellulose to glucose conversions when compared to those carried out in shake flasks in the same conditions. / A complexa estrutura da parede celular da biomassa lignocelulósica torna o pré-tratamento uma das etapas operacionais do processo de produção do etanol 2G mais relevantes, devido tanto à dificuldade de se hidrolisar lignocelulose a açúcares fermentescíveis quanto ao custo do processo como um todo. A otimização das condições de pré-tratamento hidrotérmico e hidrólise enzimática é crucial, para atingir altos rendimentos que tornem o processo de produção de etanol 2G viável. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar as etapas de pré-tratamento hidrotérmico e hidrólise enzimática da fração celulósica da palha de cana-de-açúcar. Todas as amostras foram caracterizadas quimicamente antes e após o pré-tratamento. Neste estudo foram avaliadas quatro condições de pré-tratamento: 170oC/5 min., 170oC/15 min., 220ºC/5 min, 220ºC/15 min e 195oC/10 min. A amostra proveniente do tratamento a 195oC/10 min. foi a que obteve maior remoção de hemicelulose, 85,58%, sendo essa condição de tratamento empregada como referência. Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados em frascos de Erlenmeyer a 50oC, 250 rpm e pH 4,8 (volume reacional de 50 mL). Foram avaliados o efeito da carga de sólidos (5, 10, 15 e 20% m/v) mantendo a carga enzimática em 13 FPU/gbiomassa. Em 72h de hidrólise as conversões de celulose obtidas foram: 72% (5% de sólidos), 84% (10% de sólidos), 72 % (15% de sólidos) e 59% (20% de sólidos). Em seguida foram avaliados o efeito da carga de enzima (3, 7, 10, 13, 16, e 40 FPU/gbiomasssa) mantendo a carga de sólidos em 15%. Nos experimentos realizados com 15% de sólidos as conversões obtidas foram: 48% (3 FPU/gbiomasssa), 58% (7 FPU/gbiomasssa), 66% (10 FPU/gbiomasssa), 72% (13 FPU/gbiomasssa), 71% (16 FPU/gbiomasssa) e 74% (40 FPU/gbiomasssa). Considerou-se como melhor resultado o ensaio com 15% de sólidos e 13 FPU/gcelulose, que resultou em 72,4% de conversão de celulose em glicose. Em seguida foi estudado o efeito de inibição dos produtos durante a hidrólise obtendo-se um maior efeito inibidor para a glicose e celobiose (10 e 30g.L-1). A xilose não apresentou efeito inibidor significativo sobre a -glicosidase, porém a glicose e a celobiose apresentaram efeitos inibitórios significativos tanto nas endoglucanase e exoglucanase quanto na -glicosidase. Foram realizados experimentos de hidrólises em reator de bancada (3 L) com 10% de sólidos para comparar o desempenho com as hidrólises realizadas em frascos de Erlenmeyer. Em 72h de hidrólise as conversões de celulose a glicose obtidas foram de 84,8% (em frasco de Erlenmeyer) e de 80,2% (em reator), os perfis de hidrólises obtidos foram similares em ambas às condições avaliadas. Diante do que foi colocado, optou-se pela realização de experimentos em reator (50 mL) nas cargas de sólidos de (15 e 20%) que então apresentaram melhores conversões de celulose a glicose quando comparados com os resultados de experimentos realizados em frascos de Erlenmeyer nas mesmas cargas de sólidos.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-07T10:26:14Z No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T12:04:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T12:08:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T12:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) Previous issue date: 2016-04-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Currently, one of the major challenges for second generation ethanol is to reduce the cost of cellulolytic enzymes. Thus, the development of bioprocesses for the enzyme production on-site and strategies to increase the final yield of the enzymatic hydrolysis are required to ensure that biomass conversion to be economically feasible. Therefore, the objective of this work was to study the production and characterization of enzyme cocktails involved in the degradation of plant biomass by filamentous fungi Trichoderma reesei and Aspergillus niger grown in sequential fermentation and evaluate the application of these cocktails in the saccharification process of sugarcane bagasse. Firstly, evaluation and validation of sequential fermentation cultivation methodology to different strains of Trichoderma. Cultivation were made using sugarcane bagasse "in natura" and pretreated by steam explosion, as a carbon source. The result more significantly was observed for T. reesei Rut C30, the endoglucanase production was 4.2-fold higher than the values obtained in conventional submerged fermentation. The enzyme extracts were characterized in terms of optimum pH and temperature and endoglucanase profile. The thermostability was directly influenced by the type of carbon source and type of cultivation method. Subsequently, the proteomic analysis were performed of enzyme cocktails from T. reesei Rut C30 and A. niger A12 produced by submerged and sequential fermentation in the presence of pretreated bagasse. The performance of the enzyme cocktail in saccharification of pretreated bagasse showed that the combination of enzyme cocktails from T. reesei and A. niger produced by sequential fermentation had a yield than 3-fold higher than the enzyme cocktails of submerged fermentation. In order to evaluate the action of the enzyme cocktails produced by T. reesei and A. niger in sugarcane bagasse saccharification, the last step of the work was to study the additives effects during the sugarcane bagasse hydrolysis aiming at reducing non-productive adsorption of enzymes into lignin. The saccharification results in the presence of soybean protein were 2-fold higher than the controls (no additive) to the enzyme cocktails of two fungi studied produced by solid state fermentation, indicating the potential use of soybean protein as an additive to minimize non-productive adsorption of the enzyme into lignin. Overall, this study presents an interesting final contribution in the cellulase production process and the application of the enzyme cocktail in the hydrolysis of sugarcane bagasse. / Atualmente, um dos grandes desafios para a produção de etanol de segunda geração consiste em diminuir o custo das enzimas celulolíticas. Assim, o desenvolvimento de bioprocessos para produção das enzimas on-site e estratégias para aumentar o rendimento final da hidrólise enzimática são necessários para assegurar que a conversão de biomassa seja economicamente viável. Para tanto, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção e caracterização de coquetéis enzimáticos envolvidos na degradação da biomassa vegetal pelos fungos filamentosos Trichoderma reesei e Aspegillus niger cultivados por fermentação sequencial, bem como avaliar a aplicação dos mesmos no processo de sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar. Primeiramente foi realizada a avaliação e validação da metodologia de cultivo de fermentação sequencial para diferentes linhagens de Trichoderma. Os cultivos foram feitos utilizando o bagaço de cana “in natura” e prétratado por explosão a vapor, como fonte de carbono. O melhor resultado foi observado para T. reesei Rut C30, em que a produção de endoglucanase foi 4,2 vezes maior do que os valores obtidos em cultivo convencional de fermentação submersa. Os extratos enzimáticos foram caracterizados em termos de pH e temperatura ótimos e perfil de endoglucanase. A termo-estabilidade foi diretamente influenciada pelo tipo de fonte de carbono e tipo de cultivo. Posteriormente, foram realizadas as análises proteômicas dos coquetéis enzimáticos do T. reesei Rut C30 e A. niger A12 produzidos por fermentação submersa convencional e fermentação sequencial, na presença de bagaço de cana prétratado. A performance dos coquetéis enzimáticos na sacarificação do bagaço de cana pré-tratado mostraram que a combinação dos coquetéis enzimáticos de T. reesei e A. niger produzidos por fermentação sequencial tiveram um rendimento 3 vezes maior do que os coquetéis da fermentação submersa. A fim de explorar melhor a ação dos coquetéis enzimáticos produzidos por T. reesei e A. niger na sacarificação do bagaço, na última etapa do trabalho foi estudo o efeito de aditivos durante a hidrólise do bagaco de cana visando à redução da adsorção improdutiva de enzimas na lignina. Os resultados de sacarificação na presença da proteína de soja foram 2 vezes maiores do que os controles (sem aditivo) para os coquetéis enzimáticos dos dois fungos estudados produzidos por fermentação em estado sólido, indicando o potencial do uso da proteína de soja como aditivo para minimizar a adsorção improdutiva das enzimas na lignina. De modo geral, o presente trabalho conseguiu uma contribuição final interessante no processo de produção das celulases e a aplicação do coquetel enzimático na hidrólise do bagaço de cana.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5507.pdf: 1818716 bytes, checksum: f253091b70b1a6a711750c2be095f5e5 (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Instant coffee is one of the main products generated by food industry worldwide, consisting of solubilized fraction from roasted and grounded coffee by heat treatment in two steps: thermal extraction at 125 0C, followed by thermal hydrolysis at 180 0C of not solubilized fraction in the previous step. With a high overall yield (~ 50%) due to high temperatures used in thermal hydrolysis step in order to solubilize carbohydrates present in the coffee, this step is characterized by high energy consumption and generation of unwished volatile compounds (acetaldehyde, furfural and 5 -hydroxy methyl furfural) from thermal degradation of coffee beans constituents. The goal of this study was to evaluate the feasibility of conducting hydrolysis and solubilization of polysaccharides remaining in coffee residue after thermal extraction step (low temperature) through enzymatic hydrolysis. This alternative was further compared to the industrial process conventionally employed. Enzymatic hydrolysis experiments were performed at 50 0C and pH 5.0, using roasted arabica coffee residue obtained after thermal extraction conducted at 125 0C (Steps I and II) or at 165 0C (Step III). Solubilized fraction by thermal extraction, thermal or enzymatic hydrolysis were characterized in terms of volatiles from thermal degradation (GC-MS), carbohydrate composition (HPAEC-PAD) and sensorial evaluation. In Step I of this study, 11 commercial enzyme preparations, presenting enzymatic activities of galactomannanases, cellulases, galactanases and &#946;-glucanases, among others, able to act in coffee biopolymers (arabinogalactans - AGs, galactomannans - GMs and cellulose) were tested. Three enzyme preparations (Powercell, Galactomannanase-HBI and Ultraflo® XL) were selected due to their high activity in standard substrates (463 FPU / g, 18,554 IU / g and 1.028 IU / mL, respectively). In Step II, the influence of the concentration of enzymatic preparations Powercell, Galactomannanase-HBI and Ultraflo ® XL (independent variables) on the performance of the enzymatic process was investigated by running 11 experiments performed according to a full factorial design in two levels. Results showed that Ultraflo® XL preparation did not contribute for carbohydrates solubilization nor for yield increasing (p-value> 0.49), while enzymes present in the preparations Galactomannanase and Powercell influenced significantly the response variables favoring the release of glucose, arabinose, mannose and glactose as free and total sugars (p-value <0.1). The best results were achieved in the experimental condition conducted with 0.12% of Powercell, 0.10% of galactomannanase, and 0.12% of Ultraflo® XL, reaching up 22.3% of yield with reduced concentration of unwished volatiles. Products obtained by the three processes were also compared, resulting in similar yields for thermal extraction and enzymatic hydrolysis, whereas thermal hydrolysis yield was approximately 60% higher, due to a high solubilization of galactose. However, this product contained double concentrations of unwished volatiles compounds. In order to improve the yield of the alternative process (thermal extraction followed by enzymatic hydrolysis), in Step III the extraction temperature influence in a range of 125 to 175 0C was studied. Results showed that it is possible to increase thermal extraction temperature to 165 0C, without additional generation of unwished volatiles and with 80% increase of yield in this stage, when compared to the traditional process performed at 125 0C. Residue unsolubilized at 165 0C was then processed by thermal hydrolysis (180 0C) and enzymatic hydrolysis in 3 different experimental conditions of factorial design performed in Step II. Achieved yields were similar in thermal and enzymatic hydrolysis (~ 28%). It was also noticed that increase of thermal extraction temperature enhanced coffee biopolymers solubilization by the enzymes action, again with reduced formation of undesirable volatiles. Sensorial evaluation of soluble coffees obtained by the different process was conducted. Product generated at 125 and 165 0C showed characteristics similar to roasted and grinded coffee fresh brew. Yet, thermal hydrolyzed products in Stages II and III stood out by high acidity, while the enzymatic hydrolyzed product showed characteristic strongly bitter in Step II and neutral characteristic in Stage III, although enzymatic hydrolysis can be improved it can be used for instant coffee production. / O café solúvel é um dos principais produtos gerados pela indústria de alimentos mundial, consistindo na fração solubilizada do café torrado e moído por tratamento térmico em duas etapas: extração térmica a 125 0C, seguida por hidrólise térmica a 180 0C da fração não solubilizada na etapa anterior. Com elevado rendimento total (~ 50 %) na solubilização dos carboidratos presentes no café devido à alta temperatura empregada na etapa de hidrólise térmica, essa etapa se caracteriza por alto consumo de energia, além da geração de compostos voláteis indesejados (acetaldeído, furfural e 5-hidroxi metil furfural) provenientes da degradação térmica dos constituintes dos grãos de café. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de efetuar a hidrólise e solubilização dos polissacarídeos presentes no resíduo do café obtido após a etapa de extração térmica (baixa temperatura) por meio de hidrólise enzimática, além de comparar essa alternativa com o processo industrial convencionalmente empregado. Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados a 50 0C e pH 5,0, utilizando o resíduo de café arábica torrado obtido após extração térmica conduzida a 125 0C (Etapas I e II) ou a 165 0C (Etapa III). A fração solubilizada por extração térmica e pela hidrólise térmica ou enzimática foi caracterizada em termos de voláteis provenientes de degradação térmica por (GC-MS), composição de carboidratos (HPAEC-PAD) e avaliação sensorial. Na Etapa I do presente estudo, foram inicialmente testados 11 preparados enzimáticos comerciais apresentando atividades enzimáticas de galactomananases, celulases, galactanases e &#946;-glucanases, dentre outras, capazes de atuar nos principais biopolímeros do café (arabinogalactanos - AGs, galactomananos - GMs e celulose), sendo selecionados os produtos Powercell, Galactomananase-HBI e Ultraflo® XL devido à maior atividade enzimática em substratos padronizados (463 FPU/g, 18.554 UI/g e 1.028 UI/mL, respectiviamentes). Na Etapa II, a influência da concentração dos preparados Powercell, Galactomananase-HBI e Ultraflo® XL (variáveis independentes) no desempenho do processo de hidrólise enzimática foi investigado por meio de 11 experimentos executados de acordo com um planejamento fatorial completo em dois níveis. Os resultados mostraram que o preparado Ultraflo® XL não contribuiu (p-valor > 0,49) para solubilização de carboidratos ou aumento de rendimento, enquanto que as enzimas presentes nos preparados Powercell e Galactomananase influenciaram significativamente as respostas, favorecendo a liberação de glicose, arabinose, glactose e manose como açúcares livres e totais (p-valor < 0,1). Os melhores resultados foram alcançados na condição experimental conduzida com 0,12 % de Powercell, 0,10 % de Galactomananase, e 0,12 % de Ultraflo® XL, alcançando-se 22,3 % de rendimento com reduzida concentração de voláteis indesejados. Os produtos obtidos pelos três processos foram ainda comparados, obtendo-se rendimentos semelhantes nas extrações térmica e hidrólise enzimática, enquanto o rendimento da hidrólise térmica foi aproximadamente 60% superior devido principalmente à maior solubilização de galactose, apresentando porém o dobro de voláteis indesejados. Buscando-se aumentar o rendimento do processo alternativo (extração térmica seguida por hidrólise enzimática), na Etapa III do estudo, a influência da temperatura de extração térmica foi variada de 125 a 175 0C. Os resultados mostraram que é possível elevar a temperatura da extração térmica até 165 0C, sem geração adicional de voláteis indesejados e com aumento de 80 % no rendimento desta etapa em relação ao processo tradicional realizado a 125 0C. O resíduo não solubilizado a 165 0C foi então processado por hidrólise térmica (180 0C) e hidrólise enzimática em 3 diferentes condições experimentais avaliadas no planejamento fatorial realizado na Etapa II. Os rendimentos alcançados foram semelhantes para a hidrólise térmica e hidrólise enzimática (~28 %), constatando-se que o aumento da temperatura da extração térmica favoreceu a solubilização dos biopolímeros do café pela ação das enzimas, novamente com reduzida formação de voláteis indesejados. Efetuou-se avaliação sensorial dos cafés solúveis obtidos, sendo que os produtos gerados a 125 e 165 0C apresentaram características semelhantes ao café de coador. Já o hidrolisado obtido termicamamente nas Etapas II e III se destacou pela elevada acidez, enquanto o hidrolisado enzimático gerado na Etapa II apresentou característica fortemente amarga e o da Etapa III característica neutra, mostrando que embora necessite ser aprimorada, a hidrólise enzimática pode ser utilizada na fabricação de café solúvel.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3594.pdf: 4727343 bytes, checksum: 286ef46bfae3e1cd8fe2debcf9995fb6 (MD5) Previous issue date: 2011-03-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / Sugarcane bagasse is an abundant lignocelulosic byproduct, due to the high ethanol production from sugarcane juice, which turns this residue an attractive alternative for obtaining cellulosic ethanol and other products of higher value added. However, the use of bagasse requires a pre-treatment step for better use of its fractions. It was proposed in this study, an evaluation of different operational conditions of bagasse Organsolv pre-treatment, followed or not by alkaline delignification, acid catalyzed or not, aiming the application of cellulose to ethanol production and xylan to produce xylo-oligosaccharides (XO). The pretreatment reactions were conducted in a high pressure reactor (Parr) under different temperature conditions (150, 170 and 190°C), time (10, 30, 60 and 90min), ethanol concentration (30, 50 and 70%), with solid:liquid ratio of 1:10 (w/v) and stirring speed of 300 rpm. The pre-treatments with higher severity factor were followed by delignification with 1% NaOH (w/v) at 100°C for 1 hour. Acid catalysis with 1% H2SO4 (w/w) was used in the pretreatment condition at 190°C/10min/50%ethanol with or without the alkaline delignification step. The evaluation of pre-treatment efficiency was carried out using structural, chemical and gravimetric characterization of the obtained solid fraction, cellulose enzymatic conversion in the hydrolysis of this fraction and ethanol yield after hydrolisate fermentation. The liquid fraction was characterized with respect to its xylan yield and the ratio obtained between xylan oligomers and xylose. The conditions of higher severity factor presented higher lignin and hemicelulose solubilization with average values of 80% and 86,3%, respectively, and average cellulose degradation of 2,4%. The same conditions, when associated with alkaline delignification, led to a increase on lignin and hemicelulose solubilization, 89,7% and 96,8%, respectively. However, the average initial cellulosic fraction loss of 14% was depicted. The use of acid catalyst, despite having promoted increase in solubilization of lignin (4%) and hemicelulose (12%), led to a expressive degradation of the cellulosic fraction, with mass loss of 34% and 12,6%, with and without alkaline delignification, respectively. The pre-treatment condition at 190°C/10min/50%ethanol promoted a higher enzymatic conversion (61,2%) with cellulose degradation of only 1% and after alkaline delignification step, reached 88,2%. The alkaline delignification led to a conversion increase for all the conditions tested, but also led to significant cellulose losses. On the other hand, the use of the acid catalyst had no significant effect on enzymatic hydrolysis. The fermentation of the hydrolisates was equally satisfactory for all the conditions evaluated, with average yield of 80%. The SEM analysis showed changes on the morphological structure of the fiber compared to the in natura bagasse, for the different pre-treatment conditions. The black liquor obtained after the pretreatment was evaluated with respect to its hemicelulosic fraction, obtaining 54,5% of xylooligomers and only 2% of xylose at the best condition (170°C/60min/50%ethanol), with 75% of recovery yield of xylan initially present in the bagasse. / Bagaço de cana é um subproduto lignocelulósico abundante no Brasil, devido à alta produção de etanol a partir do caldo de cana-de-açúcar, o que torna esse material uma atraente alternativa para obtenção de etanol celulósico e outros produtos de maior valor agregado. O uso de bagaço, entretanto, requer etapa de pré-tratamento para melhor aproveitamento de suas frações. Neste trabalho, propôs-se avaliar diferentes condições operacionais de pré-tratamento organossolve do bagaço, seguido ou não de deslignificação alcalina, catalisado ou não com ácido, visando à aplicação da celulose para produção de etanol e da xilana para produção de xilooligossacarídeos (XOS). As reações de pré-tratamento foram realizadas em reator de alta pressão (Parr) sob diferentes condições de temperatura (150, 170 e 190°C), tempo (10, 30, 60 e 90min), concentração de etanol (30, 50 e 70%), com relação sólido:líquido de 1:10 (m/v) e agitação de 300 rpm. Os pré-tratamentos com maior grau de severidade foram seguidos de deslignificação com NaOH 1% (m/v) a 100°C por 1h. Catálise ácida com H2SO4 1% (m/m) foi utilizada na condição de tratamento a 190°C/10min/50% etanol com e sem a etapa de deslignificação alcalina. A avaliação de eficiência do pré-tratamento foi feita através da caracterização estrutural, química e gravimétrica da fração sólida obtida, da conversão enzimática da celulose na hidrólise dessa fração e do rendimento em etanol após fermentação do hidrolisado. A fração líquida foi caracterizada quanto ao rendimento da extração de xilana e à proporção obtida entre oligômeros de xilana e xilose. As condições de maior grau de severidade para os pré-tratamentos apresentaram maior solubilização de lignina e hemicelulose com média de 80% e 86,3%, respectivamente, e degradação média de celulose de 2,4%. Essas mesmas condições, quando acrescidas de deslignificação alcalina, levaram a aumento na solubilização de lignina e hemicelulose, 89,7% e 96,8%, respectivamente, porém houve uma perda média de 14% da fração celulósica inicial. Já o uso de catalisador ácido, embora tenha promovido aumento na solubilização de lignina (4%) e de hemicelulose (12%), levou a uma expressiva degradação da fração celulósica, com perda mássica de 34% e 12,6%, com e sem a etapa de deslignificação alcalina, respectivamente. A condição de pré-tratamento a 190°C/10min/50% etanol promoveu maior conversão enzimática (61,2%) com degradação de apenas 1% de celulose e, após etapa de deslignificação alcalina, atingiu 88,2%. A deslignificação alcalina conduziu a aumento na conversão para todas as condições testadas, mas também levou a perdas significativas de celulose. Por outro lado, o uso de catalisador ácido não teve efeito significativo na hidrólise enzimática. A fermentação desses hidrolisados foi igualmente satisfatória para todas as condições avaliadas, com rendimento médio de 80%. As análises de MEV mostraram alterações na estrutura morfológica da fibra em relação ao bagaço in natura, para as diferentes condições de pré-tratamento. O licor negro obtido após pré-tratamento foi avaliado quanto sua fração hemicelulósica obtendo, para a melhor condição (170°C/60min/50% etanol), 54,5% de xilooligômeros e apenas 2% de xilose, com rendimento de 75% na recuperação da xilana presente inicialmente no bagaço.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3641.pdf: 2915031 bytes, checksum: 75a88eb9fcd13120c484443ffeae1a1a (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this work was evaluated the sugarcane bagasse (SCB) pretreatment by aqueous ammonia, an alkaline method. Samples of SCB (in natura and steam exploded unwashed) were pretreated with ammonium hydroxide solution (NH4OH) at 1:5 solid-liquid ratio (by weight), in a bench scale. Preliminary assays were carried out employing NH4OH solution (28% w/w) at room temperature 24 ± 3 &#8304;C by 7, 15 and 30 days. In these experiments, it was observed that the pretreatment was selective in removing lignin and hemicellulose. New experiments were carried out using at 50&#8304;C and NH4OH 15% during 30, 60 and 90 minutes. In these pretreatments the same behavior was observed. In the next assays, it decided to fix the reaction time in 60 minutes and the temperature in 100&#8304;C. Samples of in nature and steam exploded SCB were pretreated at diffent NH4OH concentrations (4 to 15%). Enzymatic hydrolysis assays were carried out in Erlenmeyers flasks (50&#8304;C, pH 4.8 and 250 rpm) using 30 FPU/g bagasse (Accellerase 1500, Genencor) and 5 CBU/g bagasse (BG, Genencor). Experiments were carried out employing in natura SCB (pretreated conditions 4, 10 and 15% NH4OH solution, 60 min., 100&#8304;C) with 3% of solid loading. A glucose conversion of 64.2% was reached in the best condition (10% NH4OH solution). Experiments were carried out employing steam exploded SCB (5, 10 e 15% NH4OH solution, 60 min. and 100&#8304;C) with 5% of solid loading. A glucose conversion of 79.9% was reached in the best condition (15% NH4OH solution). Hydrolysis experiments using higher solid loading (5% for in natura and 10% for steam exploded) and 30 FPU/g cellulose (Accellerase 1500) were carried out. A glucose conversion of 69.6% for in natura and 82.2% for steam exploded SCB were obtained. Fermentation assays (250 rpm, 30&#8304;C) employing commercial and industrial Saccharomyces cerevisiae were conducted, in a rich and poor medium. A theoretical fermentation yield up to 78% was found for the poor medium and around 88% for the rich medium. The industrial S. cerevisiae shows a value of yield slightly superior to those of commercial strain. Samples of SCB (before and after pretreatment) were analyzed by scanning electron micrograph (SEM). / O objetivo deste trabalho foi avaliar a etapa de pré-tratamento do bagaço de cana de açúcar empregando amônia aquosa, um método alcalino. Amostras de bagaço (in natura e explodido a vapor não lavado) foram tratadas na proporção 1:5 (massa de bagaço seco por massa de solução de NH4OH), em escala de bancada. Ensaios preliminares foram realizados empregando solução 28% (m/m) de NH4OH, a temperatura ambiente 24 ± 3 &#8304;C por 7, 15 e 30 dias em recipiente fechado. Nestes experimentos verificou-se que o pré-tratamento foi seletivo na remoção de lignina e hemicelulose. Novos experimentos foram realizados fixando-se a temperatura em 50&#8304;C e a concentração de NH4OH em 15%. Avaliaram-se tempos de reação de 30, 60 e 90 min. Nestes prétratamentos o mesmo comportamento foi observado. Nos próximos ensaios o tempo de reação foi fixado em 60 min e a temperatura em 100&#8304;C. Amostras de bagaço foram pré-tratadas em soluções de NH4OH (4 a 15%). Experimentos de hidrólise enzimática foram realizados em frascos de Erlenmeyer (50&#8304;C, pH 4,8 e 250 rpm) empregando 30 FPU/g bagaço (Accellerase 1500, Genencor) e 5 CBU/g bagaço (BG, Genencor). Na hidrólise das amostras de bagaço in natura (pré-tratadas com soluções de NH4OH 4, 10 e 15%, 60 min, 100&#8304;C) com carga de sólidos de 3% a melhor conversão em glicose foi de 64,2% (amostra tratada NH4OH 10%). Na hidrólise da amostra de bagaço explodido (pré-tratadas com NH4OH 5, 10 e 15%, 60 min e 100&#8304;C) com carga de sólidos de 7% a melhor conversão em glicose foi de 79,9% (amostra tratada com NH4OH 15 %). Hidrólises com maior carga de sólidos, 5% (bagaço in natura) e 10% (bagaço explodido), utilizando 30 FPU/g celulose (Accellerase 1500, Genencor) foram realizadas. Nestes ensaios obteve-se conversão em glicose de 69,6% (bagaço in natura) e 82,2% (bagaço explodido). Experimentos de fermentação alcoólica (250 rpm, 30&#8304;C) foram realizados empregando levedura Saccharomyces cerevisiae (comercial e industrial) em meios de cultivo denominados rico e pobre . A eficiência na conversão da glicose em etanol nos experimentos foi acima de 78% (meio pobre ) e da ordem de 88% (meio rico ). A levedura industrial apresentou eficiência um pouco superior à comercial. As amostras de bagaço (antes e após o pré-tratamento) foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3645.pdf: 2905111 bytes, checksum: 1e7eebe36006a888b885d9d8b5b94f9e (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this study was to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse raw and exploded with diluted sulfuric acid, water and sodium hydroxide in order to obtain Xylooligosaccharides in hemicellulose and production of second generation ethanol. The experiments with sugarcane bagasse and exploded with diluted acid and water respectively were performed according to the methodology CCRD (Central Composite Rotatable Design) with two replications at the center point response variables were: amount of xylose (g), acid concentration acetic acid and furfural (g / l) and xyllo-oligomers yield (%). Pretreatment with sodium hydroxide was carried out with sugarcane bagasse according to the methodology of factorial design with two replications at the central point in order to evaluate the influence of time of pretreatment (t), and hydroxide concentration sodium in the release of sugars after hydrolysis. The pretreatment of sugarcane bagasse with fresh H2SO4 concentration 0.8% v / v, 13 minutes at 100 º C allowed 94% extraction of xylan in the form of scyllo-oligomers, with a minimum of xylose, furfural and acetic acid showing as a condition favorable for the extraction of XOS production. The pretreatment of sugarcane bagasse was used only blown hot water already there due to acetic acid, due to the fact that exploded bagasse have already undergone a process of pre-treatment self-hydrolysis at the plant. Provided by washing with water in the ratio 1:5 (w / v) for 5 minutes at 70 ° C allowed the extraction of 80% xylose from bagasse which was already dissolved in the material, this fraction was 62.5% in the form oligomers. If this condition is unfavorable for the production of XOS is great because the production of monomer (xylose), which required a purification step which is very costly. If ethanol is the desired end product is a slight increase in the need of pretreatment conditions for improved xylose production by hydrolysis step by the enzyme xylanase or using acid as catalyst. For the pretreatment of sugarcane bagasse early experiments proved inconclusive for obtaining a correlation between the length, amount of NaOH used in the hydrolysis and fermentation yields. With the experimental design was obtained for 7% NaOH, 30 minutes (min.) 76% of hydrolysis efficiency with a maximum production of glucose 62 g / l and 90% efficiency of fermentation with an average yield of 20g / L ethanol. The materials were characterized chemically and physically before and after the stages of pretreatment showing the openness and better availability of fibers for the enzymatic process. / O objetivo deste trabalho foi a otimização do pré-tratamento de bagaço de cana in natura e explodido com ácido sulfúrico diluído, água e hidróxido de sódio visando a obtenção de xilooligômeros na fração hemicelulósica e produção de etanol de segunda geração. Os experimentos com o bagaço in natura e explodido com ácido diluído e água respectivamente foram realizados de acordo com a metodologia DCCR (Delineamento Composto Central Rotacional) com duas repetições no ponto central tendo como variáveis resposta: quantidade de xilose (g), concentração de ácido acético e furfural (g/L) e rendimento em xilooligômeros (%). O pré-tratamento com hidróxido de sódio foi realizado com o bagaço in natura de acordo com a metodologia do planejamento fatorial com duas repetições no ponto central com o objetivo de avaliar a influência do tempo de pré-tratamento (t), e concentração de hidróxido de sódio na liberação de açúcares após hidrólise. O Pré-tratamento do bagaço de cana in natura com concentração H2SO4 0,8% v/v, 13 minutos a 100ºC permitiu 94% de extração de xilana na forma de xilooligômeros, com um mínimo de xilose, furfural e ácido acético se mostrando assim como uma condição de extração favorável para produção de xilooligossacarídeos (XOS). No pré-tratamento do bagaço de cana explodido foi utilizado somente água quente devido a já existência de ácido acético, devido ao fato do bagaço explodido já ter sido submetida a um processo de pré-tratamento de auto-hidrolise na usina. Na condição de lavagem com água na relação 1:5 (m/v) por 5 minutos a 70 ºC permitiu a extração de 70% de xilose do bagaço que já se encontrava solubilizada no material, desta fração 45% se encontrava na forma de oligômeros. Essa se condição é desfavorável para produção de XOS pois é grande a produção de monômero (xilose), sendo necessária uma etapa de purificação que é muito onerosa. Se o etanol for o produto final desejado é preciso um leve aumento nas condições do pré-tratamento para maior produção de xilose, por etapa de hidrólise pela enzima xilanase ou utilizando ácido como catalisador. Para o pré-tratamento do bagaço in natura os primeiros experimentos se mostraram inconcludentes para a obtenção de uma correlação entre tempo e quantidade de NaOH utilizado nos rendimentos de hidrólise e fermentação. Com o planejamento fatorial obteve-se para 7% NaOH 30 min. 75,3% de eficiência de hidrólise com uma máxima produção de glicose de 61,4 g/l e eficiência de 90% de fermentação com uma média de produção de 20g/L de etanol e para 4% NaOH 60 min 60 min. uma solubilização da xilana do bagaço in natura de 65%, com 55% na forma oligomérica.Os materiais foram caracterizados quimicamente e fisicamente antes e após as etapas de pré-tratamento mostrando a abertura e a melhor disponibilidade das fibras para o processo enzimático.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-09-05T11:13:14Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2191418 bytes, checksum: 390f27b802ca1ca1ab160e3f42f0366f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-05T11:13:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2191418 bytes, checksum: 390f27b802ca1ca1ab160e3f42f0366f (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / The utilization of goat viscera to obtain protein hydrolysates presents itself as an option to increase the income of the rural producer, since the viscera exhibit high nutritional value, with protein content similar to that of goat meat. In this context, the aim of this thesis was to obtain, through the enzymatic hydrolysis of goat viscera, a new product, a protein hydrolyzate, with alimentary and / or functional properties to be used directly or indirectly in human and / or animal feed, Goat slaughter by-products. A first chemical composition study was carried out to investigate the potentials of three goat viscera (lung, heart and liver) and their mixture in a ratio of 1: 1: 1 for use as new functional products and / or ingredients. The results showed that individual and mixed goat viscera present a remarkable nutritional quality, with a high protein content (average of 18 g / 100 g), excellent total amino acid profile, all essential amino acids being present. Twenty-two fatty acids were identified, with seven being saturated, fifteen unsaturated, with emphasis on C18: 2n6t. The analytical data of hydrophobicity, electrophoretic profile and total amino acids indicate its potential to obtain protein hydrolyzates with technological applications. Subsequently, considering the results of the potential chemical composition and the lack of studies on the use of goat viscera in functional products, a second study was performed to obtain a protein hydrolyzate of viscera. In this study, the mixture of viscera, Alcalase® 2,4L and Brauzyn® enzymes was used in a DCCR². Therefore, the independent variables were the time and the enzymatic loading in the hydrolysis process and dependent variable the degree of hydrolysis of the proteins. From these studies was registered a patent BR102015023135-0, and carried out the chemical characterization and some functional properties of hydrolysates that presented higher (> GH) and lower degree of hydrolysis (<GH). The protein hydrolysates of goat viscera presented excellent nutritional quality, with high protein content (16.8 to 22.6 g / 100g), balanced amino acid profile in essential amino acids, hydrophilicity profile with hydrophilic characteristic and reduced fat content (2.3 to 6.4 g / 100g). Hydrolyzates also exhibited significant technological functional properties, such as solubility (maximum value of 59% in Alcalase® GH hydrolyzate), oil retention capacity (> 6 ml oil / g proteins in <GH hydrolysates), emulsifying property (63.2 to 64.8 ml oil / g proteins) and emulsion stability (95.3 to 97.2%). In addition, in the studies of antioxidant potential, it was possible to observe higher percentages of reduction of free radical ABTS • + in comparison with the tests than for free radical DPPH •. In view of these results, we can conclude that goat viscera are ingredients that present potential for use in the manufacture and production of new products, such as protein hydrolysates, which have wide technological applicability, as well as add value to the by-products of slaughter. / O aproveitamento de subprodutos do abate de caprinos para obtenção de hidrolisados proteicos apresenta-se como opção para o aumento da renda do produtor rural, uma vez que as vísceras exibem elevado valor nutricional, com teores de proteínas similares ao da carne caprina. Neste contexto, a presente tese objetivou a obtenção, através da hidrólise enzimática a partir dos sub-produtos do abate de caprinos, um hidrolisado proteico, com propriedades alimentícias e/ou funcionais para ser utilizado direta ou indiretamente na alimentação humana e/ou animal, agregando-se valor aos subprodutos do abate caprino. Um primeiro estudo de composição química foi realizado, para pesquisar as potencialidades de três vísceras caprinas (pulmão, coração e fígado) e de sua mistura na proporção de 1:1:1 para aproveitamento como novos produtos e/ou ingredientes funcionais. Os resultados mostraram que as vísceras caprinas, individuais e em sua mistura, apresentam destacável qualidade nutricional, com elevado teor de proteína (com média de 18 g/100g), excelente perfil de aminoácidos totais, estando presentes todos os aminoácidos essenciais. Foram identificados vinte e dois ácidos graxos, sendo sete saturados, quinze insaturados, com destaque para o C18:2n6t. Os dados analíticos de hidrofobicidade, perfil eletroforético e de aminoácidos totais indicam sua potencialidade para obtenção de hidrolizados proteicos com aplicações tecnológicas. Posteriormente, considerando os resultados da potencialidade da composição química e a inexistência de estudos sobre o aproveitamento de vísceras caprinas em produtos funcionais, realizou-se um segundo estudo, para obter um hidrolisado proteico de vísceras. Neste estudo foi utilizada a mistura de vísceras, as enzimas Alcalase® 2,4L e Brauzyn® em um DCCR². Portanto, as variáveis independentes foram o tempo e a carga enzimática no processo de hidrólise e variável dependente o grau de hidrólise das proteínas. A partir destes estudos foi registrada uma patente BR102015023135-0, e realizada a caracterização química e algumas propriedades funcionais dos hidrolisados que apresentaram maior (> GH) e menor grau de hidrólise (< GH). Os hidrolisados proteicos de vísceras caprinas apresentaram excelente qualidade nutricional, com conteúdo elevado de proteína (16,8 a 22,6 g/100g), perfil de aminoácidos balanceado em aminoácidos essenciais, perfil de hidrofobicidade com característica hidrofílica e reduzido teor de gordura (2,3 a 6,4 g/100g). Os hidrolisados exibiram também propriedades funcionais tecnológicas significativas, tais como solubilidade (valor máximo de 59% no hidrolisado de >GH da Alcalase®), capacidade de retenção de óleo (> 6 ml óleo/g proteínas nos hidrolisados de < GH), propriedade emulsificante (63,2 a 64,8 ml óleo/g proteínas) e estabilidade da emulsão (95,3 a 97,2%). Adicionalmente nos estudos de potencialidade antioxidante foi possível observar maiores percentuais de redução do radical livre ABTS•+ em comparação com os testes que para o radical livre DPPH•. Diante destes resultados, podemos concluir que as vísceras caprinas são ingredientes que apresenta potencial de utilização na fabricação e produção de novos produtos, como os hidrolisados proteicos, que possuem larga aplicabilidade tecnológica, além de agregar valor aos subprodutos do abate.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Atualmente, tem-se estudado diversos tipos de pré- tratamentos para reduzir a recalcitrância da biomassa lignocelulósica com intuito de aumentar sua digestibilidade química/enzimática, para que esta possa ser utilizada na produção de etanol e/ou outros bioprodutos de valor agregado. Neste estudo avaliou-se o efeito do pré-tratamento de explosão a vapor catalisada por ácido cítrico e hidróxido de sódio, e do pré-tratamento de deslignificação alcalina nas propriedades químicas e estruturais do bagaço de cana-de-açúcar (BCA), bem como sobre o processo de hidrólise enzimática. O pré-tratamento de explosão a vapor foi realizado em reator de 1,4L sob temperatura de 180 °C com tempo de retenção de 5 min. A etapa de deslignificação com NaOH (2% m:m) foi realizada a 120 °C, sob refluxo de 4h. A caracterização química e estrutural da biomassa in natura e pré-tratada foi realizada por FTIR, MEV, DRX. A hidrólise enzimática foi realizada com volume final de 20 mL constituído de 3% de BCA (massa seca), tampão de citrato de sódio 50 mM (pH=5,0) e 10 FPU do complexo enzimático Cellic® CTec 3. Os frascos foram mantidos sob agitação de 150 rpm a 50ºC por 72 h. Retirou-se alíquotas de 1,5 mL após 0, 12, 24, 36, 48 e 72h para determinação de açúcares redutores totais (ART) pelo método do ácido 3,5-dinitrosalicílico (DNS). O bagaço de cana-de-açúcar apresentou 24,22% de lignina, 27,61% de hemiceluloses e 42,77% de celulose, no entanto após o pré-tratamento de explosão a vapor catalisado com ácido cítrico, obteve-se uma biomassa com menor quantidade de hemiceluloses (16,16%) e com formação de fissuras na parede celular da fibra. O bagaço pré-tratado por explosão a vapor com NaOH apresentou completa desestruturação da fibra, remoção de 65% da lignina e preservação da fração hemicelulósica. Depois de submeter à biomassa lignocelulósica sem tratamento e pré-tratada por explosão a vapor ao processo de deslignificação alcalina observou-se a completa desestruturação da matriz lignocelulósica e a solubilização de 85-90% da lignina em todas as amostras. O índice de cristalinidade da biomassa após os prétratamentos teve uma aumento quando comparado ao material in natura, podendo este ser associado à remoção de componentes amorfos, como a lignina e hemiceluloses, e também da fração amorfa da celulose. Frente ao percentual mássico de biomassa utilizada no processo de hidrólise enzimática valor teórico correspondente a 100% de sacarificação equivale, aproximadamente, a 33,0 g.L-1. Após a hidrólise enzimática (72h) da biomassa in natura e pré-tratada por explosão a vapor obteve-se uma maior concentração de ART e um maior percentual de sacarificação para o bagaço de cana obtido a partir da explosão a vapor com NaOH (23,05 g.L-1, 69,15% de sacarificação). Já na hidrólise da biomassa in natura após processo de deslignificação alcalina a concentração de ART aumentou em 18,33 g.L-1, enquanto que para o bagaço pré-tratado por explosão a vapor com água, ácido cítrico e NaOH seguido da deslignificação alcalina o aumento de ART, correspondeu a 19,67 g.L-1, 19,93 g.L-1 e 6,87 g.L-1. Diante da produção de ART após deslignificação notou-se que o percentual de sacarificação para a biomassa sem tratamento elevou-se de 11,88% para 69,15%, enquanto que para o bagaço após explosão a vapor e deslignificação este percentual ficou entre 82,05% - 89,79%. Por fim, cabe ressaltar que no BCA previamente pré-tratado por explosão a vapor com NaOH, a remoção de lignina após o segundo pré-tratamento teve um acréscimo de apenas 20% e a concentração de ART de 6,87 g.L-1. Dessa forma, acredita-se que ao aumentar a concentração da solução de NaOH para realizar a explosão a vapor poderia-se não necessitar da realização da etapa de deslignificação. / Nowadays, there is various types of studied pre-treatments to reduce the lignocellulosic biomass recalcitrance in order to increase its chemical / enzymatic digestibility, so that it can be used in ethanol production and / or other bioproducts value. This study evaluated the effect of steam explosion pretreatment catalyzed by citric acid and sodium hydroxide, and alkaline delignification pretreatment over chemical and structural properties of sugarcane bagasse, as well as the enzymatic hydrolysis process. Steam explosion pretreatment was conducted in a 1.4 L reactor at temperature of 180 °C and 5 min hold time. The delignification step with NaOH (2% m:m) was performed at 120 °C under reflux for 4 hours. Chemical and structural characterization of raw and pretreated biomass was performed by FTIR, SEM and XRD. Enzymatic hydrolysis was performed with final volume of 20 mL consisting 3% SCB on dryweight basis, sodium citrate buffer 50 mM (pH = 5.0) and 10 FPU of Cellic® Ctec 3 enzyme complex. Flasks were kept under agitation of 150 rpm at 50 °C during 72 h. It was analyzed 1.5 mL aliquots after 0, 12, 24, 36, 48 and 72 hours to determinate total reducing sugars (TRS) by acid 3,5-dinitrosalicílic method (DNS). Sugarcane bagasse showed 24.22% lignin, 27.61% hemicelluloses and 42.77% of cellulose, however after steam explosion pretreatment catalyzed by citric acid, it was obtained a biomass with lesser hemicelluloses amount (16.16%) and cracks formation on fiber cell wall were observed. The bagasse pretreated by steam explosion by NaOH showed complete destructuring of fiber and lignin removal was 65%, while hemicellulosic fraction was preserved. After submitting untreated and pretreated lignocellulosic biomass by steam explosion to alkaline delignification process, complete destructuring and solubilization of the lignocellulosic matrix was observed with 85-90% lignin removal in all samples. The crystallinity index of biomass after pretreatments increased when compared to raw material and this could be associated to amorphous components removal, such as lignin and hemicelluloses, and also the amorphous cellulose fraction. The theoretical value corresponding to 100% of saccharification corresponds to approximately 33.0 g·L-1, compared to the mass percentage of biomass used in the enzymatic hydrolysis process. After 72 h enzymatic hydrolysis of raw and pretreated biomass by steam explosion, the highest concentration of total reducing sugars (TRS) and the highest percentage of saccharification were obtained for sugarcane bagasse (23.05 g·L-1, 69,15% saccharification). In in nature biomass hydrolysis, after alkaline delignification process, ART concentration increased 18.33 g·L-1, while pretreated biomass by steam explosion with water, citric acid and NaOH followed by alkaline delignification increase TRS to 19.67 g·L-1, 19.93 g·L-1 and 6.87 g·L-1. After delignification, it was noted that saccharification percentage for untreated biomass increased from 11.88% to 69.15%, while for bagasse after steam explosion and delignification this percentage was between 82.05% - 89.79%. Lastly, it should be noted that in biomass previously pretreated by NaOH steam explosion, lignin solubilization after the second pretreatment had an increase of only 20% and TRS concentration of 6.87 g·L-1. Thus, it is believed that increasing NaOH solution concentration to perform steam explosion could not need to implement delignification step. / Dissertação (Mestrado)

Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-25T20:04:30Z No. of bitstreams: 1 kelly de moraes - secagem de anchoita engraulis anchoita nas formas de fil e pasta modificada enzimaticamente propriedades termodinmicas e caractersticas do produto.pdf: 2747332 bytes, checksum: ab754f5cd42a22ad7b534668c49b496e (MD5) / Approved for entry into archive by dayse paz (daysepaz@hotmail.com) on 2016-04-26T14:58:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kelly de moraes - secagem de anchoita engraulis anchoita nas formas de fil e pasta modificada enzimaticamente propriedades termodinmicas e caractersticas do produto.pdf: 2747332 bytes, checksum: ab754f5cd42a22ad7b534668c49b496e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-26T14:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kelly de moraes - secagem de anchoita engraulis anchoita nas formas de fil e pasta modificada enzimaticamente propriedades termodinmicas e caractersticas do produto.pdf: 2747332 bytes, checksum: ab754f5cd42a22ad7b534668c49b496e (MD5) Previous issue date: 2011 / O objetivo deste trabalho foi estudar a secagem de filés de anchoita in natura e modificados enzimaticamente, em secadores de leito fixo (camada delgada) e leito móvel (leito de jorro), sendo avaliadas as propriedades termodinâmicas e as características do produto final. Em relação às propriedades termodinâmicas, a modificação enzimática dos filés de anchoita promoveu aumento da umidade de monocamada e das constantes relacionadas às multicamadas. Isto levou a um aumento de até 170% na intensidade da ligação da água, mostrada através das entalpias diferencial e integral, e uma diminuição 193% no número de sítios ativos livres e 520% da mobilidade molecular, mostrada através das entropias diferencial e integral, respectivamente. Com a hidrólise também ocorreu aumento, em média, de 29% na área superficial de sorção e diminuição do tamanho dos poros. O processo de dessorção mostrou ser controlado pela entalpia, sendo espontâneo para o filé in natura e não espontâneo para o modificado. Com respeito à cinética de secagem, o aumento da intensidade da ligação da água e diminuição do tamanho dos poros, com a modificação enzimática, acarretou maior dificuldade remoção de água, o que foi comprovado pela diminuição da difusividade efetiva de umidade (Def) do material modificado (0,74×10-10 a 1,84×10-10 m2 /s) em relação aos filés in natura com pele voltada para baixo (3,3×10-10 a 8,6×10-10 m2 /s), nas temperaturas estudadas (50, 60 e 70ºC). Na secagem dos filés, a menor alteração ocorreu na condição de 60ºC para as amostras secas pelos dois lados. Nesta condição, a solubilidade, digestibilidade in vitro e atividade antioxidante específica (AAE) diminuiram 25%, 6% e 10%, respectivamente; os conteúdos de lisina e metionina disponíveis foram de 7,21 e 2,64 g/100gproteína, respectivamente; o índice de TBA de 1,16 mgMDA/kg; a atividade antioxidante específica de 1,91 µMDPPHseq/gptna solmin. Em relação à secagem da pasta modificada enzimaticamente, a melhor condição de operação foi a uma temperatura de 60 ºC e espessura de 2,5 mm. Nestas condições os produtos apresentaram baixa oxidação lipídica (0,93mgMDA/kg), redução na lisina disponível de 16%, estando dentro do limite recomendado para pescado, e perda de 20% na AAE. Na secagem em leito de jorro da suspensão protéica modificada enzimaticamente (SPME), a menor redução no conteúdo de lisina disponível (9%) e a menor perda na AAE (8%) ocorreram a temperatura do ar de entrada de 90ºC, concentração da suspensão de 6,5% e vazão de alimentação da suspensão de 200 mL/h. O produto desidratado em leito de jorro caracterizou-se como uma fonte protéica de elevado valor biológico, considerando o perfil de seus aminoácidos essenciais, pois foi capaz de atender às recomendações nutricionais recomendadas pela FAO/WHO. / The aims of this work was to study the drying of in natura anchovy fillets and enzymatic modified in fixed bed (thin layer) and moving bed (spouted bed) dryers, it was being evaluated the thermodynamic properties and the final product characteristics. In relation to the thermodynamic properties, the enzymatic modification of anchovy fillets showed an increase in monolayer moisture and in constant related to multilayer. Which led to an increase of 170% the intensity of water bound, shown through the differential and integral enthalpies, and a decrease of 193% in the number of free active sites and 520% of the molecular mobility, shown through the differential and integral entropies, respectively. With the enzymatic hydrolysis was also increased of 29% on sorption surface area and consequent reduction in pore size. The desorption process showed to be controlled by enthalpy, being spontaneous for the fillet and non-spontaneous for the modified. With respect to drying kinetics, the increased intensity of water bound and decreased pore size, with the enzymatic modification, resulted in a more difficult removal of water, which can be shown by decreased effective moisture diffusivity (Def) of the modified material (from 0.74×10-10 to 1.84×10-10 m2 /s) in relation to in natura fillet with skin side down (from 3.3×10-10 to 8.6×10-10 m2 /s) at studied temperatures (50, 60 and 70 ºC). In the drying anchovy fillets the lower change was in condition at 60 °C with air flow for two sides of the samples. In this condition, the solubility, in vitro digestibility and specific antioxidant activity decrease 25%, 6% and 10%, respectively; the contents of available lysine and methionine were 7.21 and 2.64 g/100protein, respectively; the TBA value was 1.16 mgMDA/kg. With respect the drying of enzymatic modified fillet (paste), the best drying condition was obtained at 60 ºC and thickness sample 2.5 mm, in which the TBA value was 0.93 mgMDA/kgsample, reduction in available lysine about 16% and specific antioxidant activity loss of 20.2%. Drying in spouted bed of paste, the lower reduction in available lysine (9%) and loss of specific antioxidant activity (8%) occurred at 90 °C, 6.5% and 200 mL/h. In these operation conditions, the dehydrated product was characterized as a high biological protein source value, taking into account the essential amino acids profile, it was able meet to recommended by FAO/WHO.