A crescente demanda de combustível leva a procura por um que seja produzido a partir de uma fonte limpa e renovável. A biofermentação da batatadoce (Ipomoea batatas (L.) Lam) para a produção de biocombustíveis gera um resíduo que muitas vezes é descartado no campo mas por ser rico em proteínas e carboidratos outros usos e aplicações podem e devem ser exploradas. O objetivo deste trabalho foi estudar a composição e estrutura química fina dos carboidratos presentes no coproduto proveniente da biofermentação etanólica de batata-doce. O coproduto foi submetido a duas extrações aquosas consecutivas, extração aquosa fria (AQF) e uma extração aquosa quente (AQQ). Os carboidratos extraídos, fracionados (oligossacarídeos e polissacarídeos), purificados e hidrolisados foram submetidos a diferentes técnicas cromatográficas (Cromatografia em camada delgada, cromatografia liquida de alta eficiência e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas) visando a composição monossacarídica e quantificação destes. A caracterização estrutural dos carboidratos for feita por meio de ressonância magnética nuclear. Foi possível quantificar e identificar por meio de técnicas de alta precisão (CG e CLAE) os monossacarídeos presentes. Glicose é o principal componente da fração oligossacarídica e a galactose da polissacarídica, foi possível ainda identificar a presença de manose, xilose, ramnose e arabinose em menores quantidades. A análise estrutural mostrou que a fração polissacarídica tem como componente uma possível arabinogalactana do tipo I (com cadeia principal composta de (1→4)-β-Galp). Estes polímeros são amplamente estudados em virtude dos seus benéficos quando ingeridos, dentre eles combatem diversos vírus prejudiciais, atividade bifidogênica, benefícios relacionados ao sistema imune e relacionadas ao câncer. Assim, faz-se necessário o estudo continuado deste coproduto além de suas possíveis atividades biológicas. / The growing in the demand and need for fuels lead to the search for a renewable and clean source. The biofermentation of sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam) for the production of biofuel generates a waste which is in the most times disposable in field, but the characteristics of this waste (rich in protein and carbohydrate) makes it susceptible for being studied and other uses exploited, making it a coproduct of the production. The goal of this work was the study of the composition and chemical structure of the carbohydrates found in the coproduct of the fermentation of sweet potato. Underwent this coproduct to two consecutive water extractions, cold-water extraction (CWE) and hot-water extraction (HWE). The extracted, fractioned (oligosaccharides and polysaccharides), hydrolyzed and purified carbohydrates underwent to different chromatography techniques (Thin layer chromatography, high precision liquid chromatography and gas chromatography with mass spectrometry) to clarify the composition and quantity of monosaccharides. Nuclear magnetic resonance (NMR) was used to the structural characterization of the carbohydrates. With the use of high precision techniques (GC-MS and HPLC) it was possible to identify and quantify the sugars. Glucose is the main component founded in the oligosaccharide fraction and galactose in the polysaccharides, was possible to identify the presence of mannose, xylose, rhamnose and arabinose in fewer quantities. The structural analyses show that the polysaccharide fraction has a type I arabinogalactana (composed by (1→4)-β-Galp as the backbone). Those polymers are highly studied because of the benefits when ingested, for example the combat to virus, bifidogenic activity, related to be beneficial to the immune system and to cancer. Therefore, the continued study of this coproduct is necessary and the possible health benefits.

A fibra de soja (FS) é um resíduo agroindustrial lignocelulósico proveniente do processamento da soja, que, apesar de apresentar potencial para aproveitamento em bioprocessos, é empregado em produtos com baixo valor agregado, como ração animal. A fibra apresenta composição rica em hemicelulose e baixa concentração de lignina, o que destaca ainda mais seu potencial como substrato em bioprocessos. Tendo em vista o presente contexto, este trabalho teve como objetivo o aproveitamento da fibra de soja na produção das enzimas hemicelulolíticas xilanase e arabinofuranosidase por meio do cultivo em estado sólido de duas linhagens de Aspergillus nidulans recombinantes, e a subsequente aplicação dessas enzimas na produção de xilo-oligossacarídeos (XOS). A produção das enzimas foi realizada em três etapas avaliando-se os seguintes fatores: umidade, onde quatro diferentes níveis de umidade foram testados (53 %, 68 %, 76 % e 81 %), adição ou não de tampão HEPES e presença de maltose em duas concentrações (2% e 6 %). As maiores atividades enzimáticas ocorreram em cultivo com umidade de 68 %, presença do tampão HEPES (100 mM), ausência de maltose e em tempos de cultivo de 72 h para xilanase e 96 h para arabinofuranosidase. A produção de XOS foi obtida a partir da aplicação dos extratos enzimáticos brutos obtidos na etapa anterior tendo como substrato a fibra de soja. As produções de xilobiose (X2), xilotriose (X3) e xilotetraose (X4) foram otimizadas por planejamento composto central (DCCR), gerando uma superfície de resposta a partir das variáveis temperatura e concentração de xilanase. A melhor condição obtida (50 °C e 117 U·g-1 de FS) foi utilizada para avaliar a produção de XOS pela adição em conjunto do extrato bruto contendo xilanase com o extrato bruto contendo diferentes concentrações de arabinofuranosidase. O rendimento na produção de XOS neste trabalho foi de 28,8 % (p/p), sendo 138,36 mg·g-1 de xilana a concentração de xilobiose, 96,96 mg·g- 1 de xilana a concentração de xilotriose e 53,04 mg·g-1 de xilana a concentração de xilotetraose, todas em 9 h de reação. A fibra de soja demonstrou ser um substrato adequado para a produção de xilanase e arabinofuranosidase, sendo produzidas altas concentrações de ambas as enzimas. Através da aplicação dessas enzimas obteve-se alta conversão de xilana em diferentes XOS, principalmente aqueles com baixo grau de polimerização, utilizados industrialmente como ingrediente alimentar. / Soybean fiber (SF) is a lignocellulosic agroindustrial residue from the processing of soybean, which, despite having potential in bioprocesses, is used in products with low added value. The fiber is rich in hemicellulose and low concentrations of lignin, which further highlights its potential as a bioprocesses substrate. Considering present context, this work had as objective the use of soybean fiber in production of hemicellulolytic enzymes xylanase and arabinofuranosidase under solid state cultivation of two strains of recombinant Aspergillus nidulans, and the subsequent application of these enzymes in the production of xylooligosaccharides (XOS). Enzyme production was performed in three stages, with the following factors: moisture, where four different moisture levels were tested (53 %, 68 %, 76 % and 81 %), addition or absence of HEPES buffer and presence of maltose in two concentrations (2 % and 6 %). The major enzymatic activities occurred in cultures with moisture of 68 %, presence of HEPES buffer (100 mM), absence of maltose and at 72 h culture times for xylanase and 96 h for arabinofuranosidase. The production of XOS was obtained from the application of the crude enzymatic extracts obtained in the previous step with soybean fiber as the substrate. The production of xylobiose (X2), xylotriose (X3), and xylotetraose (X4) was optimized by central composite design (CCD), generating a response surface from the temperature and xylanase concentration variables. The best condition obtained (50 °C and 117 U·g-1 of SF) Was used to evaluate XOS production by the addition of the crude xylanase-containing crude extract containing the crude extract containing different concentrations of arabinofuranosidase. The yield of XOS in this work was 28.8 % (w/w), being the concentration of xylobiose 138.36 mg·g-1 of xylan, xylotriose concentration 96.96 mg·g-1 of xylan, and xylotetraose concentration 53.04 mg·g-1 of xylan in 9 h of reaction. Soybean fiber has been shown to be a suitable substrate for the production of xylanase and arabinofuranosidase, with high concentrations of both enzymes produced. Through the application of these enzymes, high conversion of xylan to different XOS was achieved, especially those with low degree of polymerization, used industrially as a food ingredient.

A ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase) é a única enzima capaz de catalisar a reação de ciclização a partir do amido e, assim, formar oligossacarídeos cíclicos conhecidos como ciclodextrinas (CDs). Através desta reação é produzida uma mistura de α-, β- e γ-CD que, respectivamente, contém 6, 7 e 8 resíduos de glicose. As CDs têm atraído enorme atenção devido ao seu grande potencial de aplicação em diversas áreas da indústria. Potencial este proporcionado por sua estrutura cônica, com interior hidrofóbico, capaz de encapsular sólidos, líquidos e gases, conferindo propriedades importantes e protegendo-os. Neste trabalho foi estudada a imobilização de uma CGTase em sílica mesoporosa de forma direcionada às cisteínas presentes em sua superfície, alterando a exposição do sítio ativo. A ligação via cisteínas nativas da proteína aumentou em quatro vezes a eficiência da imobilização, quando comparada a ligação via grupamento amino. Esta, no entanto, apresentou maior atividade enzimática em faixas mais amplas de temperatura e pH, além de maior estabilidade operacional, mantendo 100 % de sua atividade após 200 h de reação contínua a 60 °C e pH 4. Ainda que apresentando menor estabilidade da ligação, o derivado obtido por ligação dissulfeto manteve 40 % da atividade inicial durante 200 h e então, o suporte pôde ser recarregado e reutilizado por igual período. Os suportes desenvolvidos apresentaram estabilidade satisfatória, possibilitando o uso do derivado imobilizado em reator de leito fixo operado de forma contínua. Quando avaliado em relação a produção das três ciclodextrinas principais, o derivado cuja imobilização da enzima ocorreu via grupamento amino, evidenciou a possibilidade de modulação da produção apenas variando as condições de reação. α- e β-CD foram produzidas preferencialmente em pH 8,0 e 2 min (3,44 mg mL-1 e 3,51 mg mL-1, respectivamente), enquanto que pH mais ácido (4,0) e maior tempo de reação (141 min) favoreceram a formação de γ-CD (3,35 mg mL-1), com baixa formação α-CD (0,75 mg mL-1). Por fim, os resultados deste estudo evidenciam a importância da imobilização da CGTase para a estabilização de sua estrutura a fim de aplicá-la em sistemas contínuos de produção de CDs onde é possível modular o perfil dos produtos gerados em função das condições de reação, aumentando assim a produtividade do biocatalisador. / Cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) is the only enzyme capable of catalyzing the cyclization reaction from the starch and thus forming cyclic oligosaccharides known as cyclodextrins (CDs). Through this reaction, is produced a mixture of α-, β- and γ-CD containing, 6, 7 and 8 glucose residues respectively. Cyclodextrins (CD) have been attracting considerable attention because of its great potential for application in various areas of industry. This potential is provided by its conical structure with hydrophobic interior, capable of encapsulating solids, liquids and gases, changing important features and protecting them. In this work, the immobilization of CGTase in mesoporous silica was studied in a way directed to cysteines present on its surface, altering the exposure of the active site. The connection via native cysteine of the protein increased by four times the efficiency of immobilization compared to amino groups connection. The binding of amino groups, however, showed greater enzymatic activity in wider ranges of temperature and pH, and higher operational stability, while maintaining 100 % of its activity after 200 h of continuous reaction at 60 °C and pH 4. Although showing less stable connection, the derivative obtained by disulfide bond retained 40 % of the initial activity for 200 h and then, the support could be reloaded and reused for the same period. Developed supports showed satisfactory stability, enabling the use of the derivative assets in a packed bed reactor and operated continuously. It was demonstrated the possibility of modulating the CDs production just varying the reaction conditions, using the derivative of which the enzyme immobilization occurred via amino group, to evaluate the production of three main cyclodextrins. α- and β-CD were produced preferentially at pH 8.0 and 2 min (3.44 mg mL-1 and 3.51 mg mL-1, respectively), whereas the more acid pH (4.0) and longer reaction (141 min) favored the formation of γ-CD (3.35 mg mL-1 and 0.75 mg mL-1 of α-CD). Finally, the results of this study show the importance of the immobilization of CGTase to the stabilization of its structure in order to apply it in continuous CD production systems, where it is possible to modulate the profile of the products generated as a function of the reaction conditions, thus increasing the productivity of the biocatalyst.

A ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase) é a única enzima capaz de catalisar a reação de ciclização a partir do amido e, assim, formar oligossacarídeos cíclicos conhecidos como ciclodextrinas (CDs). Através desta reação é produzida uma mistura de α-, β- e γ-CD que, respectivamente, contém 6, 7 e 8 resíduos de glicose. As CDs têm atraído enorme atenção devido ao seu grande potencial de aplicação em diversas áreas da indústria. Potencial este proporcionado por sua estrutura cônica, com interior hidrofóbico, capaz de encapsular sólidos, líquidos e gases, conferindo propriedades importantes e protegendo-os. Neste trabalho foi estudada a imobilização de uma CGTase em sílica mesoporosa de forma direcionada às cisteínas presentes em sua superfície, alterando a exposição do sítio ativo. A ligação via cisteínas nativas da proteína aumentou em quatro vezes a eficiência da imobilização, quando comparada a ligação via grupamento amino. Esta, no entanto, apresentou maior atividade enzimática em faixas mais amplas de temperatura e pH, além de maior estabilidade operacional, mantendo 100 % de sua atividade após 200 h de reação contínua a 60 °C e pH 4. Ainda que apresentando menor estabilidade da ligação, o derivado obtido por ligação dissulfeto manteve 40 % da atividade inicial durante 200 h e então, o suporte pôde ser recarregado e reutilizado por igual período. Os suportes desenvolvidos apresentaram estabilidade satisfatória, possibilitando o uso do derivado imobilizado em reator de leito fixo operado de forma contínua. Quando avaliado em relação a produção das três ciclodextrinas principais, o derivado cuja imobilização da enzima ocorreu via grupamento amino, evidenciou a possibilidade de modulação da produção apenas variando as condições de reação. α- e β-CD foram produzidas preferencialmente em pH 8,0 e 2 min (3,44 mg mL-1 e 3,51 mg mL-1, respectivamente), enquanto que pH mais ácido (4,0) e maior tempo de reação (141 min) favoreceram a formação de γ-CD (3,35 mg mL-1), com baixa formação α-CD (0,75 mg mL-1). Por fim, os resultados deste estudo evidenciam a importância da imobilização da CGTase para a estabilização de sua estrutura a fim de aplicá-la em sistemas contínuos de produção de CDs onde é possível modular o perfil dos produtos gerados em função das condições de reação, aumentando assim a produtividade do biocatalisador. / Cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) is the only enzyme capable of catalyzing the cyclization reaction from the starch and thus forming cyclic oligosaccharides known as cyclodextrins (CDs). Through this reaction, is produced a mixture of α-, β- and γ-CD containing, 6, 7 and 8 glucose residues respectively. Cyclodextrins (CD) have been attracting considerable attention because of its great potential for application in various areas of industry. This potential is provided by its conical structure with hydrophobic interior, capable of encapsulating solids, liquids and gases, changing important features and protecting them. In this work, the immobilization of CGTase in mesoporous silica was studied in a way directed to cysteines present on its surface, altering the exposure of the active site. The connection via native cysteine of the protein increased by four times the efficiency of immobilization compared to amino groups connection. The binding of amino groups, however, showed greater enzymatic activity in wider ranges of temperature and pH, and higher operational stability, while maintaining 100 % of its activity after 200 h of continuous reaction at 60 °C and pH 4. Although showing less stable connection, the derivative obtained by disulfide bond retained 40 % of the initial activity for 200 h and then, the support could be reloaded and reused for the same period. Developed supports showed satisfactory stability, enabling the use of the derivative assets in a packed bed reactor and operated continuously. It was demonstrated the possibility of modulating the CDs production just varying the reaction conditions, using the derivative of which the enzyme immobilization occurred via amino group, to evaluate the production of three main cyclodextrins. α- and β-CD were produced preferentially at pH 8.0 and 2 min (3.44 mg mL-1 and 3.51 mg mL-1, respectively), whereas the more acid pH (4.0) and longer reaction (141 min) favored the formation of γ-CD (3.35 mg mL-1 and 0.75 mg mL-1 of α-CD). Finally, the results of this study show the importance of the immobilization of CGTase to the stabilization of its structure in order to apply it in continuous CD production systems, where it is possible to modulate the profile of the products generated as a function of the reaction conditions, thus increasing the productivity of the biocatalyst.

A fibra de soja (FS) é um resíduo agroindustrial lignocelulósico proveniente do processamento da soja, que, apesar de apresentar potencial para aproveitamento em bioprocessos, é empregado em produtos com baixo valor agregado, como ração animal. A fibra apresenta composição rica em hemicelulose e baixa concentração de lignina, o que destaca ainda mais seu potencial como substrato em bioprocessos. Tendo em vista o presente contexto, este trabalho teve como objetivo o aproveitamento da fibra de soja na produção das enzimas hemicelulolíticas xilanase e arabinofuranosidase por meio do cultivo em estado sólido de duas linhagens de Aspergillus nidulans recombinantes, e a subsequente aplicação dessas enzimas na produção de xilo-oligossacarídeos (XOS). A produção das enzimas foi realizada em três etapas avaliando-se os seguintes fatores: umidade, onde quatro diferentes níveis de umidade foram testados (53 %, 68 %, 76 % e 81 %), adição ou não de tampão HEPES e presença de maltose em duas concentrações (2% e 6 %). As maiores atividades enzimáticas ocorreram em cultivo com umidade de 68 %, presença do tampão HEPES (100 mM), ausência de maltose e em tempos de cultivo de 72 h para xilanase e 96 h para arabinofuranosidase. A produção de XOS foi obtida a partir da aplicação dos extratos enzimáticos brutos obtidos na etapa anterior tendo como substrato a fibra de soja. As produções de xilobiose (X2), xilotriose (X3) e xilotetraose (X4) foram otimizadas por planejamento composto central (DCCR), gerando uma superfície de resposta a partir das variáveis temperatura e concentração de xilanase. A melhor condição obtida (50 °C e 117 U·g-1 de FS) foi utilizada para avaliar a produção de XOS pela adição em conjunto do extrato bruto contendo xilanase com o extrato bruto contendo diferentes concentrações de arabinofuranosidase. O rendimento na produção de XOS neste trabalho foi de 28,8 % (p/p), sendo 138,36 mg·g-1 de xilana a concentração de xilobiose, 96,96 mg·g- 1 de xilana a concentração de xilotriose e 53,04 mg·g-1 de xilana a concentração de xilotetraose, todas em 9 h de reação. A fibra de soja demonstrou ser um substrato adequado para a produção de xilanase e arabinofuranosidase, sendo produzidas altas concentrações de ambas as enzimas. Através da aplicação dessas enzimas obteve-se alta conversão de xilana em diferentes XOS, principalmente aqueles com baixo grau de polimerização, utilizados industrialmente como ingrediente alimentar. / Soybean fiber (SF) is a lignocellulosic agroindustrial residue from the processing of soybean, which, despite having potential in bioprocesses, is used in products with low added value. The fiber is rich in hemicellulose and low concentrations of lignin, which further highlights its potential as a bioprocesses substrate. Considering present context, this work had as objective the use of soybean fiber in production of hemicellulolytic enzymes xylanase and arabinofuranosidase under solid state cultivation of two strains of recombinant Aspergillus nidulans, and the subsequent application of these enzymes in the production of xylooligosaccharides (XOS). Enzyme production was performed in three stages, with the following factors: moisture, where four different moisture levels were tested (53 %, 68 %, 76 % and 81 %), addition or absence of HEPES buffer and presence of maltose in two concentrations (2 % and 6 %). The major enzymatic activities occurred in cultures with moisture of 68 %, presence of HEPES buffer (100 mM), absence of maltose and at 72 h culture times for xylanase and 96 h for arabinofuranosidase. The production of XOS was obtained from the application of the crude enzymatic extracts obtained in the previous step with soybean fiber as the substrate. The production of xylobiose (X2), xylotriose (X3), and xylotetraose (X4) was optimized by central composite design (CCD), generating a response surface from the temperature and xylanase concentration variables. The best condition obtained (50 °C and 117 U·g-1 of SF) Was used to evaluate XOS production by the addition of the crude xylanase-containing crude extract containing the crude extract containing different concentrations of arabinofuranosidase. The yield of XOS in this work was 28.8 % (w/w), being the concentration of xylobiose 138.36 mg·g-1 of xylan, xylotriose concentration 96.96 mg·g-1 of xylan, and xylotetraose concentration 53.04 mg·g-1 of xylan in 9 h of reaction. Soybean fiber has been shown to be a suitable substrate for the production of xylanase and arabinofuranosidase, with high concentrations of both enzymes produced. Through the application of these enzymes, high conversion of xylan to different XOS was achieved, especially those with low degree of polymerization, used industrially as a food ingredient.

A ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase) é a única enzima capaz de catalisar a reação de ciclização a partir do amido e, assim, formar oligossacarídeos cíclicos conhecidos como ciclodextrinas (CDs). Através desta reação é produzida uma mistura de α-, β- e γ-CD que, respectivamente, contém 6, 7 e 8 resíduos de glicose. As CDs têm atraído enorme atenção devido ao seu grande potencial de aplicação em diversas áreas da indústria. Potencial este proporcionado por sua estrutura cônica, com interior hidrofóbico, capaz de encapsular sólidos, líquidos e gases, conferindo propriedades importantes e protegendo-os. Neste trabalho foi estudada a imobilização de uma CGTase em sílica mesoporosa de forma direcionada às cisteínas presentes em sua superfície, alterando a exposição do sítio ativo. A ligação via cisteínas nativas da proteína aumentou em quatro vezes a eficiência da imobilização, quando comparada a ligação via grupamento amino. Esta, no entanto, apresentou maior atividade enzimática em faixas mais amplas de temperatura e pH, além de maior estabilidade operacional, mantendo 100 % de sua atividade após 200 h de reação contínua a 60 °C e pH 4. Ainda que apresentando menor estabilidade da ligação, o derivado obtido por ligação dissulfeto manteve 40 % da atividade inicial durante 200 h e então, o suporte pôde ser recarregado e reutilizado por igual período. Os suportes desenvolvidos apresentaram estabilidade satisfatória, possibilitando o uso do derivado imobilizado em reator de leito fixo operado de forma contínua. Quando avaliado em relação a produção das três ciclodextrinas principais, o derivado cuja imobilização da enzima ocorreu via grupamento amino, evidenciou a possibilidade de modulação da produção apenas variando as condições de reação. α- e β-CD foram produzidas preferencialmente em pH 8,0 e 2 min (3,44 mg mL-1 e 3,51 mg mL-1, respectivamente), enquanto que pH mais ácido (4,0) e maior tempo de reação (141 min) favoreceram a formação de γ-CD (3,35 mg mL-1), com baixa formação α-CD (0,75 mg mL-1). Por fim, os resultados deste estudo evidenciam a importância da imobilização da CGTase para a estabilização de sua estrutura a fim de aplicá-la em sistemas contínuos de produção de CDs onde é possível modular o perfil dos produtos gerados em função das condições de reação, aumentando assim a produtividade do biocatalisador. / Cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) is the only enzyme capable of catalyzing the cyclization reaction from the starch and thus forming cyclic oligosaccharides known as cyclodextrins (CDs). Through this reaction, is produced a mixture of α-, β- and γ-CD containing, 6, 7 and 8 glucose residues respectively. Cyclodextrins (CD) have been attracting considerable attention because of its great potential for application in various areas of industry. This potential is provided by its conical structure with hydrophobic interior, capable of encapsulating solids, liquids and gases, changing important features and protecting them. In this work, the immobilization of CGTase in mesoporous silica was studied in a way directed to cysteines present on its surface, altering the exposure of the active site. The connection via native cysteine of the protein increased by four times the efficiency of immobilization compared to amino groups connection. The binding of amino groups, however, showed greater enzymatic activity in wider ranges of temperature and pH, and higher operational stability, while maintaining 100 % of its activity after 200 h of continuous reaction at 60 °C and pH 4. Although showing less stable connection, the derivative obtained by disulfide bond retained 40 % of the initial activity for 200 h and then, the support could be reloaded and reused for the same period. Developed supports showed satisfactory stability, enabling the use of the derivative assets in a packed bed reactor and operated continuously. It was demonstrated the possibility of modulating the CDs production just varying the reaction conditions, using the derivative of which the enzyme immobilization occurred via amino group, to evaluate the production of three main cyclodextrins. α- and β-CD were produced preferentially at pH 8.0 and 2 min (3.44 mg mL-1 and 3.51 mg mL-1, respectively), whereas the more acid pH (4.0) and longer reaction (141 min) favored the formation of γ-CD (3.35 mg mL-1 and 0.75 mg mL-1 of α-CD). Finally, the results of this study show the importance of the immobilization of CGTase to the stabilization of its structure in order to apply it in continuous CD production systems, where it is possible to modulate the profile of the products generated as a function of the reaction conditions, thus increasing the productivity of the biocatalyst.

Orientador: Luciana Francisco Fleuri / Resumo: As inulinases catalisam a hidrólise da inulina, produzindo inulo-oligossacarídeos, frutose e glicose, por isso, possuem várias aplicações industriais. A fermentação submersa é mais usada na produção industrial de inulinase, contudo a fermentação em estado sólido tem demonstrado bons resultados quanto à obtenção de enzimas a baixo custo. O yacon (Smallanthus sonchifolius) é um tubérculo com alta concentração de antioxidantes e frutanos e por isso tem atraído o interesse na área de alimentos. A fermentação em estado sólido utilizando o yacon como substrato possui potencial para a produção de enzimas e também para utilização na alimentação animal. Objetivou-se com este trabalho avaliar a produção de inulinases utilizando 16 espécies fúngicas filamentosas cultivadas em fermentação em estado sólido utilizando resíduos agroindustriais como substrato, bem como identificar a melhor combinação substrato/micro-organismo para utilização do preparado enzimático sólido como prebiótico em rações de frango de corte. A atividade da inulinase foi muito superior com a utilização da farinha de yacon como substrato em fermentação em estado sólido em relação ao farelo de trigo, farelo de soja e bagaço de cana-de-açúcar, independente do fungo utilizado. As inulinases provenientes da farinha de yacon demonstraram grande amplitude de pH e temperatura, independente do micro-organismo fermentante. O preparado enzimático sólido de farinha de yacon com Aspergillus niger 40018 apresentou alta atividade d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Inulinases catalyze the inulin hydrolysis, yielding inulo-oligosaccharides, fructose and glucose, therefore, they have many industrial applications. The submerged fermentation is more used at inulinase industrial production, however the solid state fermentation (SSF) has showed good results regarding to low cost enzymes. The yacon (Smallanthus sonchifolius) is a tuber root with high content of antioxidants and fructans and because of this it has attracted interest of food area. The solid state fermentation using the yacon root as substrate has potential to produce enzymes and to use in animal feeding. The aim of this work was to evaluate the inulinase production of 16 filamentous fungal species growing in solid state fermentation (SSF) on agroindustrial wastes as substrate, as well as to identify the best combination substrate/microorganism of the solid enzymatic preparation (SEP) to use as prebiotic in broilers diets. The inulinase activity was higher with yacon flour than wheat bran, soybean bran and sugarcane bagasse, independently of fungus. The inulinases from yacon flour showed large pH and temperature amplitude, independently of fungus. The SEP of yacon flour and Aspergillus niger 40018 showed high lipase and antioxidant activity and high fructooligosaccharides and it was selected to further trials with broilers. There was no alteration on performance, caecum pH and lipid profile with the SEP. The SEP promoted a stronger reduction of Salmonella Enteritidis number afte... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A fibra de soja (FS) é um resíduo agroindustrial lignocelulósico proveniente do processamento da soja, que, apesar de apresentar potencial para aproveitamento em bioprocessos, é empregado em produtos com baixo valor agregado, como ração animal. A fibra apresenta composição rica em hemicelulose e baixa concentração de lignina, o que destaca ainda mais seu potencial como substrato em bioprocessos. Tendo em vista o presente contexto, este trabalho teve como objetivo o aproveitamento da fibra de soja na produção das enzimas hemicelulolíticas xilanase e arabinofuranosidase por meio do cultivo em estado sólido de duas linhagens de Aspergillus nidulans recombinantes, e a subsequente aplicação dessas enzimas na produção de xilo-oligossacarídeos (XOS). A produção das enzimas foi realizada em três etapas avaliando-se os seguintes fatores: umidade, onde quatro diferentes níveis de umidade foram testados (53 %, 68 %, 76 % e 81 %), adição ou não de tampão HEPES e presença de maltose em duas concentrações (2% e 6 %). As maiores atividades enzimáticas ocorreram em cultivo com umidade de 68 %, presença do tampão HEPES (100 mM), ausência de maltose e em tempos de cultivo de 72 h para xilanase e 96 h para arabinofuranosidase. A produção de XOS foi obtida a partir da aplicação dos extratos enzimáticos brutos obtidos na etapa anterior tendo como substrato a fibra de soja. As produções de xilobiose (X2), xilotriose (X3) e xilotetraose (X4) foram otimizadas por planejamento composto central (DCCR), gerando uma superfície de resposta a partir das variáveis temperatura e concentração de xilanase. A melhor condição obtida (50 °C e 117 U·g-1 de FS) foi utilizada para avaliar a produção de XOS pela adição em conjunto do extrato bruto contendo xilanase com o extrato bruto contendo diferentes concentrações de arabinofuranosidase. O rendimento na produção de XOS neste trabalho foi de 28,8 % (p/p), sendo 138,36 mg·g-1 de xilana a concentração de xilobiose, 96,96 mg·g- 1 de xilana a concentração de xilotriose e 53,04 mg·g-1 de xilana a concentração de xilotetraose, todas em 9 h de reação. A fibra de soja demonstrou ser um substrato adequado para a produção de xilanase e arabinofuranosidase, sendo produzidas altas concentrações de ambas as enzimas. Através da aplicação dessas enzimas obteve-se alta conversão de xilana em diferentes XOS, principalmente aqueles com baixo grau de polimerização, utilizados industrialmente como ingrediente alimentar. / Soybean fiber (SF) is a lignocellulosic agroindustrial residue from the processing of soybean, which, despite having potential in bioprocesses, is used in products with low added value. The fiber is rich in hemicellulose and low concentrations of lignin, which further highlights its potential as a bioprocesses substrate. Considering present context, this work had as objective the use of soybean fiber in production of hemicellulolytic enzymes xylanase and arabinofuranosidase under solid state cultivation of two strains of recombinant Aspergillus nidulans, and the subsequent application of these enzymes in the production of xylooligosaccharides (XOS). Enzyme production was performed in three stages, with the following factors: moisture, where four different moisture levels were tested (53 %, 68 %, 76 % and 81 %), addition or absence of HEPES buffer and presence of maltose in two concentrations (2 % and 6 %). The major enzymatic activities occurred in cultures with moisture of 68 %, presence of HEPES buffer (100 mM), absence of maltose and at 72 h culture times for xylanase and 96 h for arabinofuranosidase. The production of XOS was obtained from the application of the crude enzymatic extracts obtained in the previous step with soybean fiber as the substrate. The production of xylobiose (X2), xylotriose (X3), and xylotetraose (X4) was optimized by central composite design (CCD), generating a response surface from the temperature and xylanase concentration variables. The best condition obtained (50 °C and 117 U·g-1 of SF) Was used to evaluate XOS production by the addition of the crude xylanase-containing crude extract containing the crude extract containing different concentrations of arabinofuranosidase. The yield of XOS in this work was 28.8 % (w/w), being the concentration of xylobiose 138.36 mg·g-1 of xylan, xylotriose concentration 96.96 mg·g-1 of xylan, and xylotetraose concentration 53.04 mg·g-1 of xylan in 9 h of reaction. Soybean fiber has been shown to be a suitable substrate for the production of xylanase and arabinofuranosidase, with high concentrations of both enzymes produced. Through the application of these enzymes, high conversion of xylan to different XOS was achieved, especially those with low degree of polymerization, used industrially as a food ingredient.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-05-07T12:43:52Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1485034 bytes, checksum: 8945717831159eb4cf758de474dd2842 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T12:43:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1485034 bytes, checksum: 8945717831159eb4cf758de474dd2842 (MD5) Previous issue date: 2017-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A raiz do yacon tornou-se amplamente conhecida por ser fonte de frutanos do tipo inulina, em especial os frutooligossacarídeos (FOS). Os FOS são compostos biofuncionais, classificados como fibras alimentares solúveis que, além de apresentarem características prebióticas, contribuem para redução da glicemia pós-prandial. Diante disso, pesquisas que visam potencializar a extração e purificação dessas substâncias são de grande interesse para indústria farmacêutica e alimentícia. O presente estudo teve como objetivos: (i) encontrar as combinações de amplitude e tempo de exposição do extrato do yacon a ondas ultrassônicas, com frequência de 20 kHz e potência máxima de 500 W, que contribua para maximizar a quantidade de FOS no extrato do yacon; (ii) verificar a influência do tratamento ultrassônico, nas condições otimizadas, na quantidade de FOS presente nas frações solúveis e insolúveis do yacon, após separação; (iii) avaliar a influência da variação do pH, o comportamento cinético e isotérmico de adsorção de soluções monocomponentes de FOS, sacarose, glicose e frutose em duas diferentes resinas catiônicas (UBK 530 e UBK 535L), e sugerir hipóteses sobre os mecanismo que envolve o processo de adsorção. O uso do ultrassom de sonda, trabalhando com 60% de amplitude por 5,5 minutos, aumenta quase 3 vezes o conteúdo de FOS no extrato do yacon, chegando a 8,58 g de FOS por 100g de yacon. Em adição, as quantidades de glicose e frutose não aumentaram significativamente quando comparado ao extrato não sonicado. Esta condição otimizada contribuiu para separação das frações solúveis e insolúveis, de forma que a maior parte dos FOS tenha sido transferido para a fração solúvel. Por último, verificou-se que a quantidade de FOS, frutose e sacarose adsorvida é maior em pH 3,5. O equilíbrio de adsorção destes açúcares e da glicose ocorre rapidamente, em aproximadamente 60 minutos, e o modelo cinético pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou aos dados. Tanto a isoterma de Langmuir quanto a de Freundlich se ajustaram bem aos dados de adsorção de FOS, sacarose, glicose e frutose. O mecanismo de adsorção da frutose se deve a complexação com íons cálcio presente na resina. Resinas contendo sódio adsorvem melhor sacarose dispersa em solução contendo potássio. É provável que a exclusão por tamanho também seja essencial para separação de carboidratos de tamanho maior. No entano, ainda há necessidade de estudos futuros que visam encontrar condições de adsorção de multicomponentes que irão permitir a recuperação dessas substâncias com alta pureza e em escala industrial. / The yacon root has become widely known to be a source of inulin-type fructan, especially fructooligosaccharides (FOS). FOS are biofunctional compounds classified as soluble dietary fibers, wich contribute to the reduction of postprandial blood glucose, and also have prebiotic characteristics. Therefore, research aimed at enhancing the extraction and purification of these substances is of great interest for the pharmaceutical and food industry. The present study aimed to: (i) find the best combination of amplitude of ultrasound waves and time for the yacon extraction, using an ultrasound probe with a frequency of 20 kHz and a maximum power of 500 W which contributes to maximize the amount of FOS in the yacon extract; (ii) verify the influence of the ultrasonic treatment, under optimized conditions, on the amount of FOS present in the soluble and insoluble fractions of yacon extract, after separation; (iii) evaluate the influence of pH variation, kinetic and isothermal adsorption behavior of FOS, sucrose, glucose and fructose monocomponent solutions on two different cationic resins (UBK 530 and UBK 535L), and to suggest hypotheses about the mechanism involved in the adsorption process. The use of ultrasound probe, working at 60% amplitude for 5.5 minutes, increases almost 3 times the FOS content in yacon extract, reaching 8.58 g of FOS per 100 g of yacon root. In addition, the amounts of glucose and fructose did not increase significantly when compared to the non-sonicated extract. This optimized condition contributed to the separation of the soluble and insoluble fractions, so that most of the FOS was transferred to the soluble fraction. Finally, it was found that the amount of adsorbed FOS, fructose and sucrose is higher at pH 3.5. The adsorption equilibrium of these sugars and of glucose occurs rapidly, in approximately 60 minutes, and the pseudo-second order kinetic model was the best fit for the data. For the isotherms both the Langmuir and Freundlich models fitted well to the adsorption data of FOS, sucrose, glucose and fructose. The mechanism of adsorption of fructose is due to the complexation with calcium ions present in the resin. Resins containing sodium as counter-ion adsorb better dispersed sucrose in potassium-containing solution. It is likely that size exclusion is also essential for separating larger carbohydrates. However, there is still a need for future studies to find conditions of adsorption of multicomponents that will allow the recovery of these substances with high purity and industrial scale.

A indústria cosmética tem se dedicado a desenvolver produtos com apelo antienvelhecimento no intuito de prevenir, retardar e amenizar rugas, englobando assim diversos benefícios para pele em um único produto. Dessa forma, é de fundamental importância avaliar a influência da associação de diferentes ativos cosméticos em uma mesma formulação no que se refere à eficácia da mesma. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo desenvolver formulações cosméticas contendo oligossacarídeos da alfafa, polissacarídeos da mandioca e filtros solares, bem como a analisar a influência desses componentes no sensorial, textura e eficácia clínica de tais formulações após uma única aplicação (efeitos imediatos) e com o uso prolongado (efeitos em longo prazo). Para tal, formulações cosméticas, contendo ou não filtros solares e ativos objeto de estudo, isolados ou em associação, foram desenvolvidas e submetidas a estudo de estabilidade. As formulações estáveis foram analisadas quanto à textura, espalhabilidade e sensorial. Foram avaliados os efeitos imediatos das formulações com relação a hidratação, função barreira e microrrelevo da pele. Ademais, foi realizada a eficácia clínica das formulações após 45 dias de aplicação na hidratação, função barreira, controle da oleosidade, propriedades mecânicas e microrrelevo da pele. Além disso, foi avaliada a quantidade e largura de poros, padrão de coloração de manchas na pele, ecogeneicidade e espessura da derme. De acordo com os resultados as formulações desenvolvidas foram estáveis e a formulação que contendo filtros e ativos obteve melhores resultados em relação a textura, espalhabilidade e sensorial. No estudo de eficácia clínica, a formulação multifuncional contendo filtros solares e os ativos mostrou efeitos mais pronunciados na melhora da hidratação, microrrelevo e viscoelasticidade da pele. Com relação à influência dos componentes da formulação, a presença de filtros solares na formulação interferiu negativamente nos efeitos imediatos na hidratação e função barreira da pele e positivamente nos parâmetros relacionados ao microrrelevo cutâneo. Os oligossacarídeos de alfafa e polissacarídeos da mandioca mostraram influência positiva e sinergismo na melhora das propriedades mecânicas da pele. Em síntese, a formulação contendo a associação de ativos e filtros solares mostrou eficácia na melhora imediata e em longo prazo das condições gerais da pele envelhecida, além de possuir características sensoriais que atenderam às expectativas das voluntárias, mostrando a importância. Por fim, este estudo mostrou a importância do conhecimento dos componentes das formulações cosméticas e da combinação de substâncias ativas e filtros solares para a elaboração de protocolos de Pesquisa & Desenvolvimento para a obtenção de cosméticos multifuncionais eficazes / The cosmetic industry has been dedicated to develop products with anti-aging appeal in order to prevent, delay and soften wrinkles, combining many benefits for the skin in a single product. Thus, it is crucial to evaluate the influence of the association of different cosmetic actives in the same formulation as regards the effectiveness thereof. In this context, the present study aimed to develop cosmetic formulations containing oligosaccharides alfalfa, polysaccharides cassava and sunscreens, as well as to analyze the influence of these components in the sensory, texture and clinical efficacy of such formulations after a single application (immediate effect) and prolonged use (long-term effects). The cosmetic formulations, with or without sunscreens and active ingredients studied, alone or in combination, were developed and undergone to stability studies. The stable formulations were analyzed regarding texture, spreadability and sensory. The immediate effects of the formulations were evaluated in relation to moisture, barrier function and skin microrelief. Furthermore, the clinical efficacy of the formulations were performed after 45 days of application and were observed the hydration, barrier function, control of sebum, mechanical properties and the skin microrelief. In addition, the number and width of pores staining pattern of spots, echogenicity and thickness of the dermis was evaluated. According to the results the developed formulations were stable and the formulation containing filters and actives showed better results in relation to texture, spreadability and sensory. In the study of clinical efficacy, multifunctional formulation containing sunscreens and actives showed more pronounced effects in improving hydration, micro relief and skin viscoelasticity. Regarding the influence of the formulation components, the presence of sunscreens in the formulation had a negative influence on the immediate effects on the skin hydration and barrier function and positive influence in the parameters related to the skin microrelief. The oligosaccharides and polysaccharides alfalfa cassava showed positive influence and synergism in improving the mechanical properties of the skin. In summary, the correlation of the techniques used were essential to the establishment of a stable multi-functional formulation, with sensory characteristics that met to the expectations of the volunteers and with proven clinical efficacy improving immediate and long-term effects of the general conditions of aging skin. Finally, this study showed the importance of knowledge of cosmetic formulations components for directing the Research & Development of effective multifunctional cosmetics.