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Previous issue date: 2013-12-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / Xylanase and feruloyl esterase (FAE) are two enzymes of great importance for plant biomass decomposition. The hemicellulose, one of the biomass constituents, has a great structural variety, so that for its complete deconstruction, several groups of enzymes are required, including mainly xylanases. These enzymes act on the β-1,4 glycosidic bonds between the xylose residues. Xylanase activity can be enhanced in the presence of esterases, such as feruloyl esterase (FAE), since the latter catalyzes the hydrolysis of linkages which make cell wall structure to be more intricated. Such connections are formed mainly by the ferulic acid esterified to sugar residues attached to the carbohydrate main chain. It is noteworthy that the ferulic acid cross-links to hemicellulose, pectin and lignin structures. Both enzymes are of interest in many sectors, for example, during the saccharification for bioethanol production and bleaching stages of pulp and paper industry. Therefore, this study aimed to select and cultivate filamentous fungi from the Amazon rainforest capable of synthesizing FAE and xylanase, and to evaluate the application of these enzymes in the hydrolysis of sugar cane bagasse. Initially, a screening was conducted on agar plates containing ethyl ferulate. Among eleven fungi tested, seven showed a clear halo around the colony, as indicative of FAE production. Then, the fungi were cultivated in liquid nutrient medium supplemented with 1% wheat bran, and, based on productivity values, three strains of Aspergillus oryzae (P21C3, P6B2 and P27C3) were chosen for cultivation in a stirred tank bioreactor. After 24 hours of cultivation of the P21C3 strain in the bioreactor, it was obtained a crude enzyme extract with 74.85 UI.mL-1 and 47.02 UI.L-1 of xylanase and FAE activity, respectively. This extract was used for the hydrolysis of hydrothermal pretreated sugarcane bagasse with supplementation of a commercial cellulolytic enzyme preparation. These hydrolysis reactions resulted in conversions of 51.2% (cellulose to glucose) and 78.1% (hemicellulose to xylose). Furthermore, the addition of the on-site produced enzyme extract increased the glucose release by 35.8% and the xylose release by 53.8%. / A xilanase e a feruloil esterase (FAE) são duas enzimas de grande relevância na decomposição da biomassa vegetal. Um dos constituintes da biomassa, a hemicelulose, possui uma grande variedade estrutural, de modo que, para sua completa desconstrução, são necessários diversos grupos de enzimas, entre as quais se pode destacar a xilanase. Esta age sobre as ligações glicosídicas β-1,4 entre resíduos de xilose. Sua atividade pode ser incrementada na presença de esterases, tal como a feruloil esterase (FAE), haja vista que esta catalisa a hidrólise de ligações que ajudam a tornar a estrutura mais intricada. Tais ligações são formadas, principalmente, por ácido ferúlico esterificado a resíduos de açúcares anexados à cadeia principal do carboidrato. Vale ressaltar que o ácido ferúlico promove conexões entre os componentes da hemicelulose, pectina e lignina. Ambas as enzimas despertam interesse em diversos setores, como nos processos de sacarificação e de branqueamento, nas indústrias de bioetanol e de papel e celulose, respectivamente. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivos selecionar e cultivar fungos filamentosos produtores de xilanase e feruloil esterase e avaliar a aplicação dessas enzimas na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, foi realizada uma seleção em placas com ferulato de etila, entre onze fungos filamentosos isolados da região amazônica, sendo que sete formaram halo claro ao redor da colônia, como indicativo de produção de FAE. Em seguida, os fungos foram cultivados em meio líquido suplementado com 1% de farelo de trigo, e, com base nos valores de produtividade, foram escolhidas três linhagens de Aspergillus oryzae (P21C3, P27C3 e P6B2), para o cultivo em biorreator de tanque agitado. Após 24 horas de cultivo do isolado P21C3 em reator, obteve-se um extrato enzimático com 74,85 UI.mL-1 de xilanase e 47,02 UI.L-1 de FAE, o qual foi empregado para hidrólise de bagaço de cana com pré-tratamento hidrotérmico, junto ao preparado enzimático comercial de celulases. Nestas condições, obteve-se uma conversão de 51,2% (celulose em glicose) e de 78,1% (hemicelulose em xilose), sendo que, a adição do extrato enzimático obtido nesse trabalho proporcionou um ganho de 35,8% na liberação de glicose e de 53,8% na liberação de xilose.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/7038 |
| Date | 13 December 2013 |
| Creators | Braga, Cleiton Márcio Pinto |
| Contributors | Farinas, Cristiane Sanchez |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Biotecnologia, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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