Neste trabalho, apresentamos a eletrossíntese de um novo polímero condutor derivado do polipirrol (PPI) funcionalizado com um grupo carboxílico, o polipirrol-2-ácido carboxílico (PPI-2-COOH), e o seu uso como transdutor amperométrico em biossensores pelo uso da polifenol oxidase (PFO). São apresentadas todas as etapas de síntese e de caracterização dos filmes poliméricos em microeletrodos e o preparo e a resposta dos biossensores montados para a detecção de um composto fenólico. Nossos estudos sobre eletrossíntese, respostas eletroquímicas dos filmes, juntamente com resultados de microgravimetria e modelagem molecular de dímeros e trímeros derivados de PI-2-COOH, permitiram com que pudéssemos sugerir pela primeira vez um mecanismo de eletropolimerização deste monômero em meio não aquoso. Na caracterização dos filmes por espectroscopia in situ no UV-visível e infravermelho próximo foram observadas duas bandas idênticas às transições pi-pi* características dos filmes de PPI no seu estado neutro e de maior dopagem, confirmando a possibilidade de haver duas conformações na cadeia do PPI-2-COOH. Com a modelagem molecular de um oligômero formado a partir da oxidação do PI-2-COOH, verificamos que para cada 4 anéis heterocíclicos acoplados entre si na posição 4-5, um par de anéis se encontrava em um plano diferente do segundo par de anéis, mantendo este padrão em toda a extensão da cadeia polimérica. A resposta redox dos filmes nos permitiu observar a preferência do polímero pela entrada de cátions em sua estrutura. Nos espectros de FTIR também comprovamos a presença do grupo carboxílico na estrutura do polímero, o que permitiu uma imobilização enzimática por ligação covalente. A confecção de microeletrodos destinados para a análise por injeção em fluxo (FIA) nos possibilitou uma economia de reagentes, praticidade e boa reprodutibilidade das medidas. Os biossensores amperométricos obtidos pela imobilização covalente da PFO sobre filmes de PPI-2-COOH apresentaram um pH ótimo de funcionamento em 9,4 e um potencial ótimo de trabalho em +70 mV vs Ag/QRE. Finalizamos nosso trabalho obtendo as respostas amperométricas dos biossensores para a detecção de um composto fenólico, pirocatecol, com uma linearidade entre as concentrações de 5x10-4 até 2,5x10-2 mol/L. / In this work, we present the electrochemical synthesis of a new conducting polymer derived of polypyrrole (PPI) functionalized by carboxylic group, the polypyrrole-2-carboxylic acid, and its application as amperometric transducer in biosensor by use of polyphenol oxidase (PFO). All the steps of syntheses and characterization of the polymer film in microelectrodes and response of the biosensor build for detection of phenolic compost. Our study about electrosyntheses, electrochemical response of the films (PPI-2-COOH) together with microgravimetry result and the molecular modeling of dimer and trimer derived from PI-2-COOH allowed one to suggest, for the first time, the mechanism of electropolymerization of this monomer in non-aqueous medium. When the technique of in-situ ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS in-situ) was observed two bands, identical to the transition pi-pi* which are characteristics of the PPI films on their neutral state and of bigger doping, confirming the possibility that there may be two conformations in the PPI-2-COOH chain. With the molecular modeling of an oligomer formed by PI-2-COOH oxidation, we verified that for each four heterocyclic ring coupled together in the position 4-5, there´s a pair of rings, maintaining this pattern in all the extension of the polymeric chain. The redox response through the electrochemical measurement we could observe in FTIR the polymer preference for the cations adsorption. On the FTIR measurements, we could also observe the presence of the carboxylic group in the polymers structure, which is needed for the enzymatic immobilization by covalent binding. The fabrication of the microelectrode destined to flow injection analysis (FIA), made possible not only to save a lot of reagents, but also demonstrated praticity in the experimental set up and good reproducibility of results. Hence, the obtaining of amperometric biosensor by covalent binding of PFO on the PPI-2-COOH film, presented good pH in 9.4 and great work potential in +70 mV vs Ag/AgCl. We finish the work with the amperometric response of the biosensor in the detection of pyrocatechol, forming a straight line between the concentrations of 5x10-4 to 2.5x10-2 mol/L.

Neste trabalho, apresentamos a eletrossíntese de um novo polímero condutor derivado do polipirrol (PPI) funcionalizado com um grupo carboxílico, o polipirrol-2-ácido carboxílico (PPI-2-COOH), e o seu uso como transdutor amperométrico em biossensores pelo uso da polifenol oxidase (PFO). São apresentadas todas as etapas de síntese e de caracterização dos filmes poliméricos em microeletrodos e o preparo e a resposta dos biossensores montados para a detecção de um composto fenólico. Nossos estudos sobre eletrossíntese, respostas eletroquímicas dos filmes, juntamente com resultados de microgravimetria e modelagem molecular de dímeros e trímeros derivados de PI-2-COOH, permitiram com que pudéssemos sugerir pela primeira vez um mecanismo de eletropolimerização deste monômero em meio não aquoso. Na caracterização dos filmes por espectroscopia in situ no UV-visível e infravermelho próximo foram observadas duas bandas idênticas às transições pi-pi* características dos filmes de PPI no seu estado neutro e de maior dopagem, confirmando a possibilidade de haver duas conformações na cadeia do PPI-2-COOH. Com a modelagem molecular de um oligômero formado a partir da oxidação do PI-2-COOH, verificamos que para cada 4 anéis heterocíclicos acoplados entre si na posição 4-5, um par de anéis se encontrava em um plano diferente do segundo par de anéis, mantendo este padrão em toda a extensão da cadeia polimérica. A resposta redox dos filmes nos permitiu observar a preferência do polímero pela entrada de cátions em sua estrutura. Nos espectros de FTIR também comprovamos a presença do grupo carboxílico na estrutura do polímero, o que permitiu uma imobilização enzimática por ligação covalente. A confecção de microeletrodos destinados para a análise por injeção em fluxo (FIA) nos possibilitou uma economia de reagentes, praticidade e boa reprodutibilidade das medidas. Os biossensores amperométricos obtidos pela imobilização covalente da PFO sobre filmes de PPI-2-COOH apresentaram um pH ótimo de funcionamento em 9,4 e um potencial ótimo de trabalho em +70 mV vs Ag/QRE. Finalizamos nosso trabalho obtendo as respostas amperométricas dos biossensores para a detecção de um composto fenólico, pirocatecol, com uma linearidade entre as concentrações de 5x10-4 até 2,5x10-2 mol/L. / In this work, we present the electrochemical synthesis of a new conducting polymer derived of polypyrrole (PPI) functionalized by carboxylic group, the polypyrrole-2-carboxylic acid, and its application as amperometric transducer in biosensor by use of polyphenol oxidase (PFO). All the steps of syntheses and characterization of the polymer film in microelectrodes and response of the biosensor build for detection of phenolic compost. Our study about electrosyntheses, electrochemical response of the films (PPI-2-COOH) together with microgravimetry result and the molecular modeling of dimer and trimer derived from PI-2-COOH allowed one to suggest, for the first time, the mechanism of electropolymerization of this monomer in non-aqueous medium. When the technique of in-situ ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS in-situ) was observed two bands, identical to the transition pi-pi* which are characteristics of the PPI films on their neutral state and of bigger doping, confirming the possibility that there may be two conformations in the PPI-2-COOH chain. With the molecular modeling of an oligomer formed by PI-2-COOH oxidation, we verified that for each four heterocyclic ring coupled together in the position 4-5, there´s a pair of rings, maintaining this pattern in all the extension of the polymeric chain. The redox response through the electrochemical measurement we could observe in FTIR the polymer preference for the cations adsorption. On the FTIR measurements, we could also observe the presence of the carboxylic group in the polymers structure, which is needed for the enzymatic immobilization by covalent binding. The fabrication of the microelectrode destined to flow injection analysis (FIA), made possible not only to save a lot of reagents, but also demonstrated praticity in the experimental set up and good reproducibility of results. Hence, the obtaining of amperometric biosensor by covalent binding of PFO on the PPI-2-COOH film, presented good pH in 9.4 and great work potential in +70 mV vs Ag/AgCl. We finish the work with the amperometric response of the biosensor in the detection of pyrocatechol, forming a straight line between the concentrations of 5x10-4 to 2.5x10-2 mol/L.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-06-08T18:45:11Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luane Ferreira Garcia - 2016.pdf: 1247655 bytes, checksum: 7639a387a5a3d1f4157419202b05240e (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-09T11:35:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luane Ferreira Garcia - 2016.pdf: 1247655 bytes, checksum: 7639a387a5a3d1f4157419202b05240e (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-09T11:35:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luane Ferreira Garcia - 2016.pdf: 1247655 bytes, checksum: 7639a387a5a3d1f4157419202b05240e (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) Previous issue date: 2016-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Hormones are released constantly in sewage, originated by of human/animal excreta, or waste of pharmaceutical industries, not treated satisfactorily. The eviction of these pollutants in water resources produces great environmental impact, as disruption in animals’ endocrine system. The 17α-ethinylestradiol (EE2) is the most popular synthetic estrogen, which is found in water and in considerable concentrations. Several strategies are being studied to remedy this pollutant. Enzymes as laccases, which have low specificity, are able to oxidize various pollutants, thus suggesting their potential in the treatment of effluents. Another alternative are the electrochemical processes as electro-oxidation and electrocoagulation. The aim of this study was to evaluate the removal efficiency of the EE2 for biological or/and electrochemical process. The crude extract containing the laccase from Pycnoporus sanguineus was immobilized in Ca/Cu-alginate-chitosan beads. For partial characterization were determined optimum pH and optimum temperature of enzyme activity, for free and immobilized enzyme. Biological remediation was performed in these conditions: shaking (100 rpm); temperature at 28°C (± 2); times of 4, 8 and 24 hours; EE2 solution buffered at pH 4 and 5, and EE2 solution without addition of buffer. For the electrochemical remediation: magnetic stirring; voltage of 2.5, 5 and 7.5 V; times of 10, 20 and 40 minutes; pHs 5 and 7. For bio-electrochemical remediation the best conditions were used. In the remediation assays of the EE2 with immobilized enzyme, the best result was obtained for the support Ca-alginate-chitosan with 89.81% (± 2.71) removal, in sodium acetate buffer pH 5.0 and 24 hours of treatment. Under the same conditions to the free enzyme, 91.81% (± 0.86) of removal was obtained. For electrochemical remediation with titanium electrode, 86.21% (± 9.30) was removed in pH 7 phosphate buffer and 40 minutes. For sequential bio-electrochemical remediation, EE2 concentrations were below the limit of detection of the chromatograph, with the removal by immobilized enzyme acting in unbuffered solution. It can be concluded that the two technologies are very effective for the removal of the EE2. / Hormônios são lançados constantemente em esgotos, sejam oriundos de excretas humanas ou animais, sejam de resíduos provenientes das indústrias farmacêuticas, não tratados de forma eficaz. O despejo destes micropoluentes nos recursos hídricos produz grande impacto ambiental, como desregulação do sistema endócrino em animais. O 17α-etinilestradiol (EE2) é o mais popular estrogênio sintético, sendo encontrado nos recursos hídricos em concentrações consideráveis. Diversas estratégias estão sendo estudadas para remediação deste poluente. Enzimas como as lacases, que possuem baixa especificidade, são capazes de oxidar diversos poluentes, sugerindo assim seu potencial no tratamento de efluentes. Outra alternativa são os processos eletroquímicos, como a eletro-oxidação e eletrocoagulação. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de remoção do EE2 por processo biológico ou/e eletroquímico. O extrato bruto contendo a lacase de Pycnoporus sanguineus foi imobilizado em beads de quitosana-alginato-Ca/Cu. Para caracterização parcial da enzima livre e imobilizada foram determinados pH e temperatura ótima de atividade enzimática. A remediação biológica foi realizada nas condições: agitação (100 rpm); temperatura em 28°C (± 2); tempos de 4, 8 e 24 horas; solução de EE2 tamponada em pHs 4 e 5, e solução do hormônio sem adição de tampão. A remediação eletroquímica: agitação magnética; tensão de 2,5, 5 e 7,5 V; tempos de 10, 20 e 40 minutos; solução de EE2 tamponada em pHs 5 e 7. Para remediação bio-eletroquímica, de modo sequencial, foram utilizadas as condições mais adequadas para ambas as tecnologias. Nos ensaios de remediação do hormônio EE2 com a enzima imobilizada, o melhor resultado foi obtido para beads de quitosana-alginato-Ca com remoção de 89,81% (± 2,71) em tampão acetato de sódio pH 5 e 24 horas de tratamento. Nas mesmas condições, para a enzima livre foi obtido 91,81% (± 0,86) de remoção. Para remediação eletroquímica, com eletrodo de titânio foi removido 86,21% (± 9,30) do EE2, em tampão fosfato pH 7 e 40 minutos. Para a remediação bio-eletroquímica em modo sequencial, obteve-se remoção do EE2 em concentrações abaixo do limite de detecção do cromatógrafo, com a enzima imobilizada atuando em solução não tamponada. Conclui-se que as duas tecnologias são bastante eficientes para a remoção do EE2, podendo ser utilizadas separadamente ou em conjunto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5238.pdf: 5294587 bytes, checksum: 025b13ac00d18b1830afac47325d6ffe (MD5) Previous issue date: 2013-04-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this study, our goal was evaluate the interactive forces between the Atomic force microscope tip (AFM tip) and an important enzyme responsible to fatty acids synthesis in all living beings (Acetyl CoA Carboxylase - fic biosensors to detect pesticides molecules used in agriculture. The AFM tip can be functionalized through its oxidation with spacer molecules. In order to simulate computationally this modified AFM tip that was called surface spacer-agent (SSA) using molecular dynamic (MD) simulations, the force field (FF) parameters had to be calculated. The FF parameters were obtained using quantum mechanical calculations and were implemented in an appropriate FF protocol. Three types of geometric molecular orientations of the ACCase were evaluated as a starting point to enzymatic immobilization, but only one was used to MD simulation. The criteria to define xyz orientation were basically based on the active sites from the ACCase enzyme are available to interact with molecules from the bulk and the surface contact area of the enzyme interacting with SSA ensure an strong interaction force to maintain the enzyme immobilized on the tip. Surface contact area, hydrogen bonds and protein stability were the parameters monitored during the MD trajectory as the enzymeherbicide interactions using a combination of molecular docking and molecular dynamics. The clusters formed using docking calculations in different regions along the ACCase enzyme were submitted to MD simulations in order to measure interactive energies of the system. / Neste estudo, o objetivo foi quantificar e analisar as forças de interação entre a ponta do microscópio de força atômica (AFM) modificada quimicamente com moléculas ligantes e uma importante enzima responsável pela síntese de ácidos graxos em todos os seres vivos, a Acetil CoA carboxilase - ACCase. Nosso objetivo é desenvolver biossensores específicos para a detecção de pesticidas usados na agricultura. A fim de simular computacionalmente esta superfície modificada, utilizando a metodologia de dinâmica molecular (MD), os parâmetros campo de força foram desenvolvidos e implementados no modelo computacional aqui proposto. Estes parâmetros foram obtidos utilizando cálculos de mecânica quântica e implementados no campo de força do programa de MD utilizado. Três tipos de orientações moleculares da ACCase foram avaliadas como ponto de partida para os cálculos de MD, porém, apenas uma posição foi utilizada para a simulação. Os critérios para definir a orientação espacial da enzima na superfície tiveram com base a localização dos sítios ativos da enzima e a área de contato da enzima com a superfície funcionalizada. Este último parâmetro foi levado conta com a intenção de assegurar uma força de interação forte o suficiente para manter a enzima imobilizada na ponta sem que haja o despreendimento da mesma devido a fracas interações. Superfície de contacto, ligações de hidrogênio e estabilidade estrutural da proteína foram os parâmetros avaliados e monitorados. As regiões da enzima expostas para interação com as moléculas do bulk foram avaliadas utilizando uma combinação de docking molecular e dinâmica molecular. Os clusters formados dos cálculos de docking em diferentes regiões da enzima ACCase foram submetidos a simulação por MD para o cálculo das energias envolvidas no sistema.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2017-10-16T11:32:32Z No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (producaointelectual.bco@ufscar.br) on 2017-10-31T16:29:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (producaointelectual.bco@ufscar.br) on 2017-10-31T16:29:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T16:41:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In ethanol production process from hemicellulosic fraction, the use of xylooligomers (XOS) as substrate reduce the contamination risk, favoring its application at industrial scale. Thus, a biocatalyst, containing xylanases, xylose isomerase (XI) and yeast co-immobilized in calcium alginate gel, was developed and XOS simultaneous hydrolysis, isomerization and fermentation (SHIF) process was studied. Firstly, xylanases from Multifect CX XL A03139 (XAS-5), a commercial enzyme preparation, and the recombinant xylanase from Bacillus subtilis (XynA) were selected to compose biocatalyst beads. XAS-5 presented better conversion (78.7%) and higher xylose production in the hydrolysis of beechwood xylan, while XynA showed exclusive endoxylanase activity. The immobilization and stabilization of XynA were performed in chitosan-glutaraldehyde, chitosan-glyoxyl and agarose-glyoxyl. Although the enzyme was efficiently immobilized on all supports, the agarose-glyoxyl-XynA derivative was notable for exhibiting remarkable stabilization under tested conditions (8600 times). Studies of SHIF process were carried out with birchwood xylan, leading to ethanol production (0.160 g/g and 0.092 g/L.h) and xylose accumulation, which indicated XI activity decrease. Further experiments were then performed to to identify possible inhibitors of XI (pH, Ca2+, Mg2+ and xylooligosaccharides). Ca2+ was identified as an inhibitor, while Mg2+ acts as an activator of the enzyme, and both actions are potentiated at acidic pHs. XI is also inhibited by XOS, with a decrease of 31.6% in XI activity in the presence of 7.0 g/L of xylobiose. For this reason, it was decided to evaluate SIF process with a recombinant yeast, capable of expressing XI. In batch runs, GSE16-T18 (T18) yeast encapsulated in alginate gel was capable to ferment xylose efficiently, consuming 40 g/L of xylose in 4 h and producing 14.4 g/L of ethanol, with yield of 0.422 g/g and productivity of 3.61 g/L.h. Calcium alginate gel encapsulation also contributed to protect yeast from the action of inhibitors, such as acetic acid. The encapsulated T18 was able to perform 10 consecutive cycles in repeated batch (yeast extract-peptone medium with 40 g/L of xylose), keeping the same productivity and high yields. It also fermented efficiently sugarcane bagasse hydrolysate, containing 60 g/L of fermentable sugars and high grade of inhibitors. The modified yeast to be more tolerant to acetic acid, GSE16-T18 HAA1, was also studied, exhibiting superior performance in comparison to T18 for hydrolysate fermentations. Continuous experiments were conducted in a fixed bed reactor using the T18-HAA1 yeast immobilized, with different xylose concentrations (40, 60, 80 and 120 g/L) in the feed medium. The reactor was operated up to 15 days, without bacterial contamination, with yield of 0.45 g/g, productivity of 4.8 g/L.h and selectivity of 31 gethanol/gxylitol (60 g/L of xylose in the feed). For the concentrations higher than 60 g/L, the conversion decreased after 4 days of continuous operation, indicating loss of cell viability due to hazardous effect of ethanol when present at 30 g/L or more, as well as limitation of oxygen and nutrients in the system. / No processo de produção de etanol a partir da fração hemicelulósica, a utilização de xilooligômeros como substrato reduz o risco de contaminação, favorecendo o emprego da tecnologia em escala industrial. Para isso, um biocatalisador contendo xilanases, xilose isomerase (XI) e levedura co-imobilizadas em gel de alginato de cálcio foi desenvolvido e o processo de hidrólise, isomerização e fermentação simultâneos (SHIF) de xilooligômeros foi estudado. Primeiramente, as xilanases presentes no produto Multifect CX XL A03139 (XAS- 5) e a xilanase recombinante de Bacillus subtilis (XynA) foram selecionadas para compor os beads do biocatalisador. XAS-5 apresentou melhor conversão (78,7%) e maior produção de xilose na hidrólise da xilana de faia, enquanto XynA apresentou exclusiva atividade de endoxilanase. Realizou-se a imobilização e estabilização da XynA em quitosanaglutaraldeído, quitosana-glioxil e agarose-glioxil. Apesar da enzima ser eficientemente imobilizada nos três suportes, o derivado agarose-glioxil-XynA se destacou por apresentar uma estabilização notável nas condições testadas (8600 vezes). Estudos do processo SHIF foram realizados com xilana de bétula, observando-se produção de etanol (0,160 g/g e 0,092 g/L.h) e acúmulo de xilose, indicando redução da atividade da XI. Realizou-se então, um estudo para identificar possíveis inibidores da XI (pH, Ca2+, Mg2+ e XOS), constatando-se que Ca2+ é um inibidor enquanto Mg2+ é um ativador da enzima, sendo suas ações potencializadas em pHs ácidos. Comprovou-se também que XI é inibida por XOS, observando-se queda da atividade de XI (31,6%) na presença de 7,0 g/L de xilobiose. Desta forma, tornou-se interessante avaliar o processo SIF com uma levedura recombinante, capaz de expressar XI. Em ensaios em batelada, a levedura GSE16-T18 (T18), encapsulada em gel de alginato, mostrou-se eficiente na fermentação de xilose, consumindo 40 g/L de xilose em 4 h e produzindo 14,4 g/L de etanol, com rendimento de 0,422 g/g e produtividade de 3,61 g/L.h. O encapsulamento em gel de alginato de cálcio também protegeu a levedura da ação de inibidores, como o ácido acético. A T18 encapsulada foi capaz de realizar 10 ciclos consecutivos em bateladas repetidas (meio contendo extrato de levedura, peptona e 40 g/L de substrato), mantendo mesma produtividade e elevado rendimento, além de fermentar eficientemente hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana, contendo 60 g/L de açúcares fermentescíveis e alto teor de inibidores. A levedura GSE16-T18 HAA1, modificada geneticamente para ser mais tolerante ao ácido acético, foi também estudada, com resultados superiores a T18 nas fermentações de hidrolisado. Fermentações em modo contínuo foram realizadas em reator de leito fixo utilizando a levedura T18-HAA1 imobilizada, com diferentes concentrações de xilose na alimentação (40, 60, 80 e 120 g/L). O reator foi operado por até 15 dias, sem ocorrência de contaminação por bactérias, com rendimento 0,45 g/g, produtividade em etanol de 4,8 g/L.h e seletividade de 31 getanol/gxilitol (60 g/L de xilose na alimentação). Para as concentrações superiores a 60 g/L, a conversão diminuiu após 4 dias de operação contínua, indicando perda de viabilidade celular devido à ação do etanol quando presente em concentrações acima de 30 g/L e da limitação de oxigênio e nutrientes no sistema.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-21T14:30:40Z No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T20:04:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T20:04:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T20:10:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRASac.pdf: 11251604 bytes, checksum: 6c180d000983f8c0f5a08597c2d53676 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Cassava is cultivated worldwide, being Brazil the fourth largest producer. The root industrial processing in the country, aiming to obtain mainly flour and starch, generates carbohydrate-rich residues (e.g., starch, cellulose, and hemicellulose), which could be used to produce value-added products by enzymatic route, mainly using immobilized enzymes that are more operationally stable, allowing to be easily recovered and reused in the process. Thus, this work aimed the biotransformation of residual starch from cassava processing in maltose, using immobilized β-amylase in a Couette–Taylor–Poiseuille vortex flow reactor, which can promote perfect mixture under lower shear stress in the reactional medium compared to the conventional stirred-tank reactor. Cassava bagasse and peel of two starch-processing industries from São Paulo State were physicalchemically characterized and showed about 47% and 55% (dry mass) of residual starch, respectively. The starch was enzymatically extracted from the residues using a α- amylase, followed by maltose production catalyzed by immobilized barley β-amylase. Among the immobilization methods studied in this work, the best one for β-amylase was protein aggregation using bovine serum albumin (BSA) or soybean protein (PS) as protein feeder, followed by cross-linking with glutaraldehyde (CLEA technique). This protocol yielded immobilized β-amylase with 82.67% and 53.26% of recovered activity, respectively. Besides, the CLEAs were highly stables at 40oC, retaining more than 80% of the initial activity after 12 hours. The maltose syrup production from starch was performed using a Couette–Taylor–Poiseuille vortex flow reactor, in order to evaluate the β-amylase CLEAs (in this case CLEA of β-amylase prepared with soybean protein, here named CLEA-β-PS). It was achieved around 70% of maltose conversion in a short reaction time (4 hours), showing that is viable the use of residual starch as raw material for the production of maltose catalyzed by β-amylase CLEA in a Couette–Taylor– Poiseuille vortex flow reactor. / A mandioca é cultivada em todo mundo, sendo o Brasil o quarto maior produtor. O processamento industrial da raiz no país visa principalmente à produção de farinha e fécula, gerando resíduos ricos em carboidratos (amido, celulose, hemicelulose) que poderiam gerar produtos de valor agregado por biocatálise enzimática, particularmente usando enzimas imobilizadas, por serem mais estáveis operacionalmente e poderem ser facilmente recuperadas e reutilizadas no processo. Assim, este trabalho teve como objetivo a biotransformação do amido residual dos resíduos do processamento da mandioca em maltose, usando a enzima β-amilase imobilizada em reator de fluxo em vórtices (RFV) Couette–Taylor–Poiseuille, reator este que pode promover mistura perfeita com menor tensão cisalhante no meio reacional, comparado a um reator de mistura perfeita convencional. Os resíduos bagaço e casca de mandioca de duas fecularias do interior de São Paulo foram caracterizados físico-quimicamente e apresentaram teores de amido por volta de 47% e 55% (b.s.), respectivamente. A extração do amido dos resíduos foi realizada enzimaticamente utilizando uma α-amilase, então, o amido liquefeito foi utilizado na produção de maltose catalisada pela β-amilase de cevada imobilizada. Dentre os métodos de imobilização estudados, o mais satisfatório para a imobilização de β-amilase foi a reticulação de enzimas agregadas (CLEA), utilizando albumina de soro bovino (BSA) ou proteína de soja (PS) como proteínas inertes, retendo 82,67% e 53,26% da atividade oferecida, respectivamente. Os CLEAs apresentaram estabilidades ao pH ligeiramente maiores que a β-amilase livre em seus respectivos valores de pH mais estáveis. Além disso, os CLEAs foram muito estáveis a 40ºC, retendo mais de 80% da atividade inicial após 12 horas de encubação. A conversão do amido em maltose foi realizada em um RFV, com a finalidade de estudar seu comportamento frente aos CLEAs de β-amilase (neste estudo CLEA de β-amilase preparado na presença de proteína de soja, aqui nomeado CLEA-β-PS). A conversão de amido em maltose foi de aproximadamente 70% em curto tempo de reação (4 horas), demonstrando a viabilidade do uso de amido residual como matéria-prima para a produção de maltose catalisada por CLEA de β-amilase em reator de fluxo em vórtices de Couette–Taylor–Poiseuille. Palavras chave: resíduos de mandioca, amido, maltose, beta-amilase de cevada, imobilização enzimática, CLEA, reator de fluxo em vórtices.

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