Dissertations / Theses on the topic 'Xilol'

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4271.pdf: 2061359 bytes, checksum: d5d5be0fbad8f579e2af6eb9e9cc446e (MD5) Previous issue date: 2012-02-28<br>Universidade Federal de Sao Carlos<br>Endoxylanase, an important industrial enzyme, cleaves ß-1,4-xylanosidic bounds in xylan chains, main plant hemicellulose component. Xylan can be explored to produce many products, among them xylo-oligosaccharides, XOS, made of xylose monomers (2 to 7 units). XOS are considered to be prebiotic ingredients and can improve human s health. XOS are produced by xylan hydrolysis, and enzymatic hydrolysis is considered to be the most advisable to reach better product with less environmental prejudice. Beechwood and sugarcane bagasse were used in this work to produce XOS. Pretreatments explored to solubilize xylan from lignocellulosic material were autohydrolisis with microwave application, organosolv without catalyst and alkaline NaOH pretreatment. Organosolv-ethanol pretreatment was able to extract circa 45% of xylan in oligomeric form, when using 180°C, 60 min and 50% etanol (v/v). Alkaline pretreatment extracted 53% of xylan from biomass. Two xylanases were considered to be applicable for XOS production over enzymatic hydrolysis, the commercial NOVOZYES NS 22036 and a xylanase from B.subtilis. there was low production of monomers after enzymatic hydrolysis. Commercial enzymes produced by NOVOZYMES NS 50014 nand NS 22036 were immobilized onto glyoxyl-agarose gels 10 BCL and 6 BCL by multipoint covalent immobilization technique. Chemical amination using ethilendiamine was applied to introduce amine groups on the enzyme surface, which caused enzymatic inactivation These procedures could improve enzymatic stability of endoxylanases, in 40 times for the NS 50014, with a &#964;½ of 30 h and in 120 times for the NS 22036, with &#964;½ of 24 hours, at 70°C. It is demonstrated in this work, that the enzymatic hydrolysis using immobilized and stabilized endoxylanases of substrates extracted from pretreated lignocellulosic material is possible in order to produce XOS.<br>A endo-xilanase; cuja função é romper ligações ß-1,4-xilanosídicas de cadeias de xilana, principal componente da hemicelulose de plantas; é uma importante enzima industrial. A partir da xilana nobres produtos podem ser obtidos, dentre eles os xilooligossacarídeos (XOS), cadeias curtas formadas por unidades de xilose (2 a 7 unidades). Os XOS são reconhecidos por trazerem benefícios à saúde e são considerados ingredientes prebióticos. A obtenção de XOS se dá pela hidrólise da xilana, ácida ou enzimática. O processo enzimático é mais adequado sob ponto de vista ambiental e pela melhor qualidade do produto gerado. Neste trabalho, cujo objetivo foi obter XOS hidrolisados a partir de material lignocelulósico com uso de endo-xilanase imobilizada, foram utilizadas biomassa de pó de serra de madeira de faia (madeira dura) e de bagaço de cana de açúcar. Estudou-se os pré-tratamentos hidrotérmico com uso de micro-ondas, organossolve-etanol sem catalisador e extração alcalina com NaOH. Com os processos organossolve realizados em bagaço de cana de açúcar e em biomassa de faia pôde-se recuperar, na forma de xilana solúvel, 43% e 45% das matérias primas, respectivamente, quando se aplicaram as condições de processo de 60 min, 50% de etanol (v/ v) e 170°C ou 180°C. Semelhantemente eficiente, o tratamento de bagaço de cana de açúcar com NaOH 4% a 121°C por 60 min resultou em uma extração de 53%. Ensaios de análise de três xilanases comerciais e uma xilanase sintetizada por B.subtilis indicaram que a última, e as xilanases NOVOZYMES NS 50014 e NS 22036 produziram preferencialmente XOS e produziram xilose em concentrações reduzidas. Através da técnica por imobilização multipontual, imobilizaram-se enzimas comerciais NS 50014 e NS 22036 em agarose-glioxil 10 BCL e 6BCL, respectivamente. A transformação química dessas proteínas através de reação de aminação com EDA; introduzindo-se grupos amino adicionais nas xilanases; foi aplicada e com ela a estabilidade térmica das enzimas foi possibilitada, apesar de ter causado perda de sua atividade catalítica. A xilanase NS 50014 aminada e imobilizada em agarose-glioxil atingiu um fator de estabilidade de 40 vezes em relação à enzima solúvel diluída, com &#964;½ de 30 horas a 70°C, enquanto que a NS 22036 120 vezes, com &#964;½ de 24 horas na mesma temperatura. Verificou-se, portanto, que é possível se produzir XOS a partir de xilana extraída de materiais lignocelulósicos com enzima imobilizada, pois a hidrólise de xilana de pó de serra de faia tratado com processo organosolv foi hidrolisada pelo derivado de xilanase NS 50014 e analogamente, o derivado da xilanase NS 22036 foi utilizado na hidrólise de xilana de bagaço de cana de açúcar extraído com tratamento alcalino. Em ambos os casos, produziu-se XOS em grandes concentrações e xilose em pouca quantidade.

A biomassa vegetal pode ser uma importante fonte de obtenção de diversos produtos a partir da desestruturação de suas frações por um vasto grupo de enzimas. No entanto, a geração de compostos de alto valor agregado a partir da biomassa lignocelulósica requer o desenvolvimento de novos sistemas enzimáticos. Pensando nisso, a prospecção e a caracterização de novas enzimas que estão presentes no secretoma de fungos degradadores da biomassa lignocelulósica tem sido fonte de pesquisa por pesquisadores do mundo todo. O objetivo deste trabalho foi prospectar, clonar e expressar de maneira heteróloga o gene codificante de uma enzima putativa do fungo termofílico T. terrestris em cepas do fungo filamentoso A. nidulans A773 e promover sua caracterização bioquímica e biofísica. O gene da enzima foi amplificado, clonado e inserido no vetor pEXPYR antes de ser inserido no sistema de expressão do A. nidulans. Os transformantes obtidos foram induzidos em meio mínimo de cultivo contendo 3% (m/v) de maltose e 1% (m/v) de glicose em meio estacionário para a produção, seguido da purificação da enzima. Estudos bioquímicos foram realizados para determinar o pH e a temperatura ótima de reação, bem como, a especificidade aos substratos e a determinação dos parâmetros cinéticos. A termoestabilidade da enzima também foi avaliada por estudo de dicroísmo circular (DC). Além disso, foi avaliado o efeito colaborativo entre uma xilanase GH10 e a enzima em estudo na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado. A enzima obtida por expressão heteróloga foi caracterizada como uma xilo-oligossacarídeo oxidase (XylO). Por meio da análise filogenética das sequências de aminoácidos entre a enzima expressa e outras enzimas oxidativas, a XylO foi classificada como pertencente a família das flavoproteínas e subfamília das BBE. A enzima TtXylO demonstrou ter especificidade em oligossacarídeos de C5 apresentando boa atividade enzimática em substratos complexos de xilana. A enzima possui pH ótimo de 5,5 e temperatura ótima de 25 ºC. As análises de DC indicaram temperatura de desnaturação de 62,7 ºC, caracterizando esta enzima como termofílica. Contudo, novos estudos ainda são necessários para avaliar os produtos gerados a partir da oxidação dos diferentes xilo-oligossacarídeos pela XylO e seu potencial uso na indústria.<br>Plant biomass is an important source for generation of several products obtained from enzymatic cleavage of its fractions by a large group of enzymes. However, the generation of high value compounds from lignocellulosic biomass requires the development of new enzymatic systems. Considering that, prospection and characterization of enzymes present in the biomass-degrading fungi secretome has been a source of study by researchers around the world. The aim of this work was to prospect, clone and heterologously express a putative enzyme encoding gene from the thermophilic fungus T. terrestris in A. nidulans A773 strains and to promote its biochemical and biophysical characterization. The gene was amplified, cloned and inserted into the pEXPYR vector before being inserted into A. nidulans expression system. The transformants were induced by culture in minimal médium containing 3% (w/v) maltose and 1% (w/v) glucose by stationary culture for the production, followed by enzyme purification. Biochemical analyses were performed to determine optimum pH and temperature as well as the substrate specificities and kinetic parameters. The enzyme thermostability was also evaluated by circular dichroism (CD). In addition, the collaborative effect between the enzyme and a GH10 on hydrolys of pre-treated sugarcane bagasse was evaluated. The enzyme obtained by heterologous expression was characterized as a xylooligosaccharide oxidase (XylO). Phylogenetic analysis between amino acid sequences of expressed enzyme and other oxidative enzymes classified XylO as belonging to flavoproteins family and subfamily of BBE. TtXylO has been shown to have specificity on C5 oligosaccharides exhibiting good enzymatic activity on complex xylan substrates. The enzyme has an optimum pH of 5.5 and optimum temperature of 25 ºC. DC analyses showed melting temperature of 62.7 ºC, characterizing this enzyme as thermophilic. In general, further studies are still needed to evaluate the products generated from oxidation of xylooligosaccharides by XylO and their potential use in the industry.

OF THE THESIS TITLED "AUTOHYDROLYSIS OF AGRICULTURAL BYPRODUCTS FOR THE PRODUCTION OF XYLO-OLIGOSACCHARIDES"<br/>Débora A. Nabarlatz <br/>Lignocellulosic biomass is a fully renewable resource that can be used as raw material for the production of a wide variety of ompounds, such as biomass&#8208;derived fuels, power, chemicals or materials. In the present research, agricultural residues typical from the Mediterranean region of Spain, were used for the production of xylo&#8208;oligosaccharides with potential applications in the food and pharmaceutical field.<br/>  <br/>Autohydrolysis reaction was tested at several temperatures and reaction times to produce these xylo&#8208;oligosaccharides. It was found that the increase in the temperature and longer reaction times increased the depolymerization of xylan and the fomation of low molar mass products. Cellulose and lignin remained quantitatively in the solid, which suggests that the solid residue could be used to recover them in a subsequent step. The maximal yield of xylo&#8208;oligosaccharides was around 63 wt% for almond shells at 190°C and 19 min of reaction. The molar mass distribution of the products was very broad (between 100 to 106 g/mol), and was strongly dependent on the reaction conditions and the raw material used.<br/>  <br/>All the xylo&#8208;oligosaccharides obtained by autohydrolysis reaction showed structural features of a partially O&#8208;acetylated 4&#8208;O&#8208;methylglucuronoxylan with different degrees of substitution depending on the raw material where they came from.<br/>  <br/>Several purification methods were tested for the removal of impurities and/or separation in different molecular weight fractions. The precipitation using a non solvent allowed to recover between 85% and 95% of the theoretical <br/>1<br/>xylo&#8208;oligosaccharides for corncobs and almond shells, respectively, obtained at 169°C and 25 min of reaction. The yield of product precipitated tended to be much lower at higher reactions times, since the low molar mass oligomers and monomers were soluble in the ethanol&#8208;water mixture.<br/>  <br/>The ultrafiltration using polymeric membranes seems the most promising method for the removal of low molar mass impurities, and also for the separation in different molecular weight fractions. The results obtained demonstrated that the 1 kDa membrane was the more selective for the removal of lignin&#8208;derived impurities. It was also observed that the increase in the pressure of operation decrease the selectivity, and for this reason the membranes should be operated at low pressure to maximize it, although this will imply a larger area for the same flow rate of permeate.<br/>  <br/>The adsorption of impurities on activated carbons was tested, and it was higher for lignin&#8208;related products than for xylo&#8208;oligosaccharides. The retention for lignin&#8208;derived products was limited because part of them seemed to be linked to the xylo&#8208;oligosaccharides.<br/>  <br/>Preliminary results obtained with the experiments using enzymatic membrane reactors showed that is possible to depolymerize dexrans and separate dextran oligomers in only one step, which suggest that the same treatment could be applied for the production of low molar mass xylo&#8208;oligosaccharides useful for food applications.<br/>  <br/>The antioxidant activity was measured for the different xylo&#8208;oligosaccharides obtained, and it was higher for xylo&#8208;oligosaccharides from corncobs and olive stones. It was found that all of them have a strong antioxidant activity compared with natural products, making them potential candidates for their use as food additives.<br/>  <br/>Preliminary results about the immunomodulatory activity of xylo&#8208;oligosaccharides from almond shells demonstrated that they showed dose&#8208;dependent direct mitogenic as well as comitogenic activities, similarly as the <br/>2<br/>immunogenic water&#8208;soluble arabinoglucuronoxylan from corncobs used as positive control. The activities in the whole doses range were about 30% lower in comparison to the control. Further studies have to be done in the possible applications of these xylo&#8208;oligosaccharides, determining the corresponding combination of reaction/separation process to obtain the required product.<br/>  <br/><br>DE LA TESIS TITULADA "AUTOHIDRÓLISIS DE RESIDUOS PROCEDENTES DE LA AGRICULTURA PARA LA PRODUCCIÓN DE XILO-OLIGOSACÁRIDOS"<br/>DÉBORA A. NABARLATZ <br/>La biomasa lignocelulósica es un recurso completamente renovable, que está cobrando cada vez mayor importancia debido a que puede ser utilizado para la producción de una amplia variedad de comuestos, tales como biocombustibles, biopolímeros, etc. Para esta tesis, se han utilizado diversos residuos procedentes de cultivos agrícolas (típicos de la región del Mediterráneo en España), con el objetivo de producir xilo&#8208;oligosacáridos con potencial aplicación en la industria alimentaria y farmacéutica.<br/>  <br/>Se propuso una etapa de reacción basada en la autohidrólisis para la producción de los xilo&#8208;oligosacáridos. Se estudió el efecto de los parámetros de reacción en las características de los xilo&#8208;oligosacáridos obtenidos, observándose que el incremento en la temperatura de reacción junto con tiempos de reacción más largos, aumentan el grado de depolimerización del xilano y la formación de productos de bajo peso molecular. La celulosa y la lignina permanecen en el sólido, lo que sugiere que dicho residuo sólido puede ser recuperado y utilizado en una etapa subsiguiente para la producción de otroscomponentes. El máximo rendimiento de xilo&#8208;oligosacáridos es alrededor del 63% (peso/peso) para la cáscara de almendra a 190ºC y 19 min de reacción. La distribución de masa molar de los productos (xilo&#8208;oligosacáridos, monómeros y productos de bajo peso molecular) es muy amplia (entre 100 a 106 g/mol), siendo ésta fuertemente dependiente de las condiciones de reacción, y del material original utilizado.   <br/>1<br/>La estructura química de los xilo&#8208;oligosacáridos obtenidos es la misma para todos los residuos agrícolas estudiados, siendo en todos los casos del tipo 4&#8208;O&#8208;metil&#8208;glucuronoxilano parcialmente acetilado, con diferentes grados de sustitución dependiendo de la especie de origen.<br/>  <br/>Se evaluaron también diversos métodos de purificación con el objetivo de remover el material de bajo peso molecular, y/o separar en fracciones de diferente peso molecular. La precipitación con un no solvente (etanol) permite recuperar entre el 85% y el 95% (para marlos de maíz y cáscara de almendra, respectivamente) de la cantidad teórica presente en la solución, obtenida a 169ºC y 25 min de reacción. El rendimiento del producto precipitado disminuye considerablemente a tiempos de reacción mayores, debido a que los oligómeros de bajo peso molecular junto con los monómeros permanecen solubles en la mezcla etanol&#8208;agua.<br/>  <br/>La ultrafiltración con membranas poliméricas parece el método más prometedor para la eliminación de impurezas de bajo peso moleular. Los resultados demuestran que la membrana con MWCO 1 kDa es la más selectiva para la eliminación de las impurezas derivadas delignina.<br/>  <br/>La adsorción de impurezas en carbones activados comerciales también fue evaluada. Se pudo observar que la adsorción es mayor para los productos derivados de lignina y las impurezas de bajo peso molecular que ara los xilo&#8208;oligosacáridos. La retención para los compuestos derivados de la lignina se ve limitada porque parte de ellos parecen estar enlazados a los xio&#8208;oligosacáridos.<br/>  <br/>Se han realizado algunos estudios para evaluar las posibles aplicaciones de los xilo&#8208;oligosacáridos obtenidos. Con este propósito, se determinó su actividad antioxidante, encontrando que los procedentes del hueso de oliva o marlos de maíz tenían la mayor actividad antioxidante. Esta actividad es muy alta si se la compara con la actividad antioxidante de frutos naturales, lo que hace a estos xilo&#8208;oligosacáridos candidatos potenciales para su uso como aditivos alimentarios. En un estudio diferente, se evaluó la actividad inmuno&#8208;<br/>2<br/>modulatoria de los xilo&#8208;oligosacáridos procedentes de la cáscara de almendra. Se encontró que estos xilo&#8208;oligosacáridos poseen actividad, tanto mitogénica como comitogénica, siendo ésta un 30% menor comparada con la del control.<br/>  <br/>En el futuro, otros estudios deberían llevarse a cabo sobre las posibles aplicaciones de estos xilo&#8208;oligosacáridos, determinando la combinación correspondiente de los pasos de reacción y purificación de acuerdo al producto requerido.

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.<br>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.

Orientador: Roberto da Silva<br>Banca: Gustavo Orlando Bonilla Rodriguez<br>Banca: Eduardo da Silva Martins<br>Resumo: Xilanases são enzimas que agem na despolimerização da cadeia de xilana, principal componente da hemicelulose. Elas possuem diversas aplicações industriais tais como, na indústria de alimentos, do papel e de bioenergia. Neste contexto, há destaque para a produção de xilo-oligossacarídeos (XOS), que são considerados prebióticos. Estes possibilitam que probióticos sejam capazes de modular positivamente a microbiota intestinal, causando benefícios ao indivíduo hospedeiro. Nesse sentido, a busca de xilanases microbianas destaca-se como uma estratégia sustentável para a produção de prebióticos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi purificar e caracterizar uma xilanase do fungo Myceliophthora heterothallica F.2.1.4 e aplicar esta e duas xilanases recombinantes GH11 do referido fungo para obtenção de XOS. A enzima nativa purificada, com massa molecular estimada em 27 kDa, apresentou atividade máxima em pH 4,5 e 65 °C, e manteve média maior que 90% de sua atividade residual quando exposta a temperaturas entre 30 e 60 °C por 1 hora. Essa enzima pode ser caracterizada como uma endoxilanase pertencente à família GH11. Foram produzidos XOS do bagaço pré-tratado com ozonólise seguida de extração alcalina, xilana extraída do bagaço in natura e xilana beechwood. Os produtos da hidrólise enzimática dos diferentes substratos foram identificados por eletroforese capilar e/ou HPAE-PAD, sendo que o hidrolisado de xilana beechwood pela xilanase nativa purificada, após 12 horas de hidrólise,...<br>Abstract: Xylanases are enzymes that act in depolymerization of the xylan chain, the main component of hemicellulose. They have various industrial applications such as, food, paper and bioenergy industries. In this context, highlight the production of xylooligosaccharides (XOS), which are considered prebiotics. The XOS can be used with probiotic microorganisms to be able to positively modulate an intestinal microbiota, presenting benefits to the individual host. In this sense, a search for microbial xylanases stands out as a sustainable strategy for a production of prebiotics. Therefore, the objective of this work was to purify and characterize an xylanase of the fungus Myceliophthora heterothallica F.2.1.4 and to apply two recombinant enzymes of the same fungus to produce XOS. The enzyme, with the molecular weight estimated at 27 kDa, is at the maximum temperature of 4.5 and 65 °C, and continues more than 90% of its residual activity when exposed to temperatures between 30 and 60 °C for 1 hour. The purified native enzyme is presented as an endoxylanase for the GH11 family. XOS was produced from pretreated bagasse with ozonolysis followed by alkaline extraction, xylan extracted from the bagasse in natura and beeechwood xylan. The products of the enzymatic hydrolysis of the different substrates were identified by capillary electrophoresis and/or HPAE-PAD, being that the beechwood Xylan hydrolysate by xylanase purified native, after 12 hours of hydrolysis, showed 234.2 mg/g of xylan. Evaluated enzymes have potential for applications in the production of xylooligosaccharides for use as prebiotics<br>Mestre

Submitted by FRANCIANE CRISTINA DE FIGUEIREDO null (francf_4@hotmail.com) on 2016-05-09T18:39:20Z No. of bitstreams: 1 Efeito prebiótico de xilo-oligossacarídeos produzidos a partir da hemicelulose do bagaço de cana-de-açúcar utilizando extração alcalina e hidrólise de xilanases fúngicas.pdf: 1560444 bytes, checksum: 8ceefe052a8a84e57864dcbc36d1e6d0 (MD5)<br>Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-12T19:20:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 figueiredo_fc_me_rcla.pdf: 1560444 bytes, checksum: 8ceefe052a8a84e57864dcbc36d1e6d0 (MD5)<br>Made available in DSpace on 2016-05-12T19:20:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 figueiredo_fc_me_rcla.pdf: 1560444 bytes, checksum: 8ceefe052a8a84e57864dcbc36d1e6d0 (MD5) Previous issue date: 2016-04-07<br>Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)<br>Os xilo-oligossacarídeos (XOs) e fruto-oligossacarídeos (FOs) apresentam atividades prebióticas, favorecendo a melhora nas funções intestinais, ação imunológica, antimicrobiana e outros benefícios à saúde. A produção dos XOs pode ser realizada pela utilização de materiais lignocelulósicos (MLCs). O objetivo deste trabalho foi aperfeiçoar a extração de hemicelulose a partir do bagaço de cana-de-açúcar, além de comparar a produção de XOs com xilanases de Trichoderma reesei QM 9414 e Aspergilus fumigatus M51. Foram feitos testes de digestibilidade “in vitro” e também de fermentação “in vitro” com bactérias probióticas e patogênicas para avaliar o potencial prebiótico de XOs produzidos por tratamento alcalino e compará-los com XOs e FOs comerciais. Os pré-tratamentos alcalinos desenvolvidos com 10% de KOH a 70ºC (tratamento 1) e com 5% de KOH a 121ºC (tratamento 3) se mostraram similares ao método que utiliza 24% de KOH a 35ºC (método ZD) para extração de hemicelulose, porém são mais simplificados e econômicos. O tratamento 1 apresentou redução de 54,1% de KOH e 1,98% de etanol e o tratamento 3 reduziu em 76,2% o KOH e 40,9% o etanol. Estes três experimentos de extração de hemicelulose foram selecionados para os testes de hidrólise enzimática com xilanases dos fungos T. reesei e A. fumigatus para produção de XOs. A hidrólise com enzimas de T. reesei se mostrou mais vantajosa apenas para produção de xilose (54,9%) em 24 horas, utilizando-se hemicelulose produzida pelo tratamento número 3. Testes com enzimas de A. fumigatus apresentaram melhor rendimento de XOs (27,1%) em 24 horas e menor rendimento de xilose (19,6%), com hemicelulose do tratamento 1 (XOs LABI). Experimentos de fermentação “in vitro” demonstraram a capacidade de Lactobacillus e Bifidobacterium fermentarem XOs e FOs comerciais, destacando-se a preferência de B. breve e L. brevis por XOs comercial, enquanto B. lactis e L. acidophilus demonstraram preferência por FOs comercial. B. longum cresceu tanto nos XOs e FOs comerciais e B. animalis não cresceu em nenhum oligossacarídeo comercial. Salmonella enterica em 4 horas não cresceu quando os oligossacarídeos estavam presentes, diferentes dos meios com outras fontes de carboidratos, comprovando-se a seletividade destes prebióticos por linhagens probióticas. Os XOs LABI não foram capazes de estimular o crescimento da maioria das bactérias probióticas, embora tenham inibido o crescimento de S. enterica e resistido à ação de enzimas digestivas. Estes dados indicam a provável ação prebiótica dos XOs LABI e a necessidade de purificação do produto para eliminar possíveis resíduos da extração, os quais inibem fortemente o crescimento dos micro-organismos estudados.<br>The xylo-oligosaccharides (XOs) and fructo-oligosaccharides (FOs) have prebiotic activities, improving bowel function, immunological and antimicrobial activity and other health benefits. XOs production can be accomplished by the use of lignocellulosic materials (LCMs). The goal of this work was to improve the hemicellulose extraction from sugarcane bagasse and to compare the XOs production using xylanases from Trichoderma reesei QM 9414 and Aspergillus fumigatus M51. We performed "in vitro" digestibility tests and also "in vitro" fermentation with probiotic and pathogenic bacteria to evaluate the prebiotic potential of XOs produced by alkali treatment and compared it with commercial XOs and FOs. Alkaline pretreatments developed with 10% KOH at 70° C (treatment 1) and 5% KOH at 121° C (treatment 3) were similar to the method using 24% KOH at 35° C (ZD method) for hemicellulose extraction, but they were more simplified and economical. Treatment 1 presented a reduction of 54.1% KOH and 1.98% ethanol and treatment 3 reduced KOH in 76.2% and ethanol in 40.9%. These three hemicellulose extraction experiments were selected for XOs production in the enzymatic hydrolysis tests with fungal xylanases of T. reesei and A. fumigatus. Hydrolysis with T. reesei enzymes proved advantageous only for xylose production (54.9%) at 24 hours, using hemicellulose produced by treatment number 3. Testing with A. fumigatus enzymes showed better XOs production (27.1%) at 24 hours and lower release of xylose (19.6%), using hemicellulose obtained by treatment 1 (XOs LABI). Fermentation experiments "in vitro" showed the ability of Lactobacillus and Bifidobacterium to ferment commercial XOs and FOs, emphasizing the preference of L. brevis and B. breve for commercial XOs while B. lactis and L. acidophilus demonstrated preference for commercial FOs. B. longum grew in both XOs and commercial FOs and B. animalis did not grow in any commercial oligosaccharide. Regarding the cultivation of Salmonella enterica, in four hours there was no growth where oligosaccharides were present, opposed to medium with other sources of carbohydrate, confirming the selectivity of this prebiotic by probiotic bacteria. XOs LABI were not able to stimulate the growth of most probiotic bacteria, although they inhibited the growth of S. enterica and resisted the digestives enzymes. These results indicate the probable prebiotic action of XOs LABI and the need of purification to eliminate possible residues from the extraction, which strongly inhibit the growth of the microorganisms studied.

Orientador: Pedro de Oliva Neto<br>Banca: Michel Brienzo<br>Banca: João Claudio Thomeo<br>Resumo: Os xilo-oligossacarídeos (XOs) e fruto-oligossacarídeos (FOs) apresentam atividades prebióticas, favorecendo a melhora nas funções intestinais, ação imunológica, antimicrobiana e outros benefícios à saúde. A produção dos XOs pode ser realizada pela utilização de materiais lignocelulósicos (MLCs). O objetivo deste trabalho foi aperfeiçoar a extração de hemicelulose a partir do bagaço de cana-de-açúcar, além de comparar a produção de XOs com xilanases de Trichoderma reesei QM 9414 e Aspergilus fumigatus M51. Foram feitos testes de digestibilidade "in vitro" e também de fermentação "in vitro" com bactérias probióticas e patogênicas para avaliar o potencial prebiótico de XOs produzidos por tratamento alcalino e compará-los com XOs e FOs comerciais. Os pré-tratamentos alcalinos desenvolvidos com 10% de KOH a 70ºC (tratamento 1) e com 5% de KOH a 121ºC (tratamento 3) se mostraram similares ao método que utiliza 24% de KOH a 35ºC (método ZD) para extração de hemicelulose, porém são mais simplificados e econômicos. O tratamento 1 apresentou redução de 54,1% de KOH e 1,98% de etanol e o tratamento 3 reduziu em 76,2% o KOH e 40,9% o etanol. Estes três experimentos de extração de hemicelulose foram selecionados para os testes de hidrólise enzimática com xilanases dos fungos T. reesei e A. fumigatus para produção de XOs. A hidrólise com enzimas de T. reesei se mostrou mais vantajosa apenas para produção de xilose (54,9%) em 24 horas, utilizando-se hemicelulose produzida pelo tratamento número 3. Testes com enzimas de A. fumigatus apresentaram melhor rendimento de XOs (27,1%) em 24 horas e menor rendimento de xilose (19,6%), com hemicelulose do tratamento 1 (XOs LABI). Experimentos de fermentação "in vitro" demonstraram a capacidade de Lactobacillus e Bifidobacterium fermentarem XOs e FOs (Resumo completo clicar acesso eletrônico abaixo)<br>Abstract: The xylo-oligosaccharides (XOs) and fructo-oligosaccharides (FOs) have prebiotic activities, improving bowel function, immunological and antimicrobial activity and other health benefits. XOs production can be accomplished by the use of lignocellulosic materials (LCMs). The goal of this work was to improve the hemicellulose extraction from sugarcane bagasse and to compare the XOs production using xylanases from Trichoderma reesei QM 9414 and Aspergillus fumigatus M51. We performed "in vitro" digestibility tests and also "in vitro" fermentation with probiotic and pathogenic bacteria to evaluate the prebiotic potential of XOs produced by alkali treatment and compared it with commercial XOs and FOs. Alkaline pretreatments developed with 10% KOH at 70° C (treatment 1) and 5% KOH at 121° C (treatment 3) were similar to the method using 24% KOH at 35° C (ZD method) for hemicellulose extraction, but they were more simplified and economical. Treatment 1 presented a reduction of 54.1% KOH and 1.98% ethanol and treatment 3 reduced KOH in 76.2% and ethanol in 40.9%. These three hemicellulose extraction experiments were selected for XOs production in the enzymatic hydrolysis tests with fungal xylanases of T. reesei and A. fumigatus. Hydrolysis with T. reesei enzymes proved advantageous only for xylose production (54.9%) at 24 hours, using hemicellulose produced by treatment number 3. Testing with A. fumigatus enzymes showed better XOs production (27.1%) at 24 hours and lower release of xylose (19.6%), using hemicellulose obtained by treatment 1 (XOs LABI). Fermentation experiments "in vitro" showed the ability of Lactobacillus and Bifidobacterium to ferment commercial XOs and FOs, emphasizing the preference of L. brevis and B. breve for commercial XOs while B. lactis and L. acidophilus demonstrated preference for commercial FOs. B. longum grew in both (Complete abstract click electronic access below)<br>Mestre

Título original: Hidrólise enzimática de hemicelulose com endoxilanase I de Aspergillus versicolor para produção de xilooligossacarídeos e avaliação do seu efeito prebiótico<br>Orientador: Eleonora Cano Carmona<br>Coorientador: Michel Brienzo<br>Banca: Fernando Masarin<br>Banca: Sandra Regina Caccato Antonini<br>Resumo: Hemiceluloses são polissacarídeos com ligações do tipo β-1,4 sendo o principal tipo encontrado em gramíneas as xilanas, estruturas com cadeia principal de xilose. O pseudocaule de bananeira é um resíduo agrícola da colheita de banana que apresenta em média 19,1 % de xilana em sua composição. Xilanas apresentam grande potencial econômico e uma importante aplicação dessa macromolécula é a produção de xilo-oligossacarídeos (XOS). XOS são oligômeros de xilose, reconhecidos por seu efeito prebiótico, além de possuírem diversas propriedades biológicas que promovem a saúde. A produção de XOS pode ser realizada por hidrólise enzimática através da ação de endoxilanase na cadeia da xilana. No entanto, é importante que a hemicelulose seja extraída da biomassa lignocelulósica e que o extrato enzimático seja livre de β-xilosidase, enzima que hidrolisa XOS a xilose. Tendo em vista o aumento da demanda de compostos que previnem doenças e promovem a saúde, o objetivo desse trabalho foi a produção de xilo-oligossacarídeos, a partir da hidrólise enzimática de hemiceluloses extraídas de pseudocaule de bananeira, usando a endoxilanase I de Aspergillus versicolor e avaliar a ação prebiótica dos compostos produzidos. A xilanase I de Aspergillus versicolor foi produzida pelo crescimento do microrganismo em meio contendo xilana proveniente de farelo de trigo. A enzima foi purificada por cromatografia de troca iônica (DEAE-Sephadex A-50) e cromatografia de exclusão molecular (Sephadex G-75). Previame... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)<br>Abstract: Hemicelluloses are polysaccharides with β-1,4 bonds and the main type found in grasses is xylan, xylose main chain structures. The banana pseudostem is an agricultural residue of the banana crop that presents on average 19.1% of xylan in its composition. Xylans present great economic potential and an important application of this macromolecule is the production of xylooligosaccharides (XOS). XOS are sugar oligomers composed of xylose units recognized for their prebiotic effect, besides having diverse biological properties that promote the health. The production of XOS can be carried out by enzymatic hydrolysis through the action of endoxylanase on the xylan chain. However, it is important that the hemicellulose is extracted from the lignocellulosic biomass and that the enzyme extract is free from β-xylosidase, an enzyme that hydrolyzes XOS to xylose. Because of the increase demand for compounds that prevent disease and promote health, the objective of this study was xylo-oligosaccharides production from the enzymatic hydrolysis of hemicelluloses extracted from banana pseudostem using Aspergillus versicolor endoxylanase I and evaluate the prebiotic action of the compounds produced. A xylanase from Aspergillus versicolor was produced by the growth of the microorganism in medium containing xylan (wheat bran). The enzyme was purified through ion exchange chromatography (DEAE-Sephadex A-50) and molecular exclusion chromatography (Sephadex G-75). Pior to the hemicellulose extractio... (Complete abstract click electronic access below)<br>Mestre

Neste trabalho, foram realizados pré-tratamentos para maximizar o fracionamento dos componentes da biomassa e alcançar uma alta valorização do material. Relatamos uma integração de etapas de pré-tratamentos obter três produtos de alto valor agregado em um conceito de biorrefinaria: xilooligosacarídeo (XOS), xilose e celulose nanofibrilhada (CNF). Foi estudada a maximização de valor da fração hemicelulosica do bagaço de cana-de-açúcar através de extração hidrotérmica, de preferência na forma de XOS, e também se avaliou a produção de CNF, um nanomaterial emergente com inúmeras aplicações em diversos setores, como papel, têxteis e eletrônicos. Para selecionar a melhor condição de solubilização de hemicelulose na forma de XOS, as condições do processo hidrotérmicos foram avaliadas com planejamento experimental estatístico 23, com rotação do tipo estrela, a fim de analisar o efeito combinado de temperatura, tempo e concentração de ácido (H2SO4). A melhor condição experimental para produzir XOS com alto rendimento e seletividade foi a 182 °C durante 5,5 minutos e sem adição de ácido, obtendo um hidrolisado com recuperação de 43 % da xilana inicial na forma de XOS e apenas 2 % na forma de xilose. Um segundo tratamento hidrotérmico foi realizado com o objetivo de remover a xilana residual do bagaço tratado, de preferência na forma de XOS. Devido à alta recalcitrância do material, não foi possível encontrar uma condição experimental para obter alta seletividade para XOS no segundo pré-tratamento e, portanto, foi escolhido obter um hidrolisado rico em xilose, um produto que também possui diversas aplicações. As melhores condições experimentais para se obter um hidrolisado rico em xilose foram determinadas a 168 ° C durante 5,5 minutos e 1,01% m/m de H2SO4, obtendo-se uma recuperação de 36 % da xilana presente inicialmente no bagaço na forma de xilose e apenas 3 % na forma de XOS, sendo este um processo altamente seletivo para recuperação da xilana na forma monomérica. A fração sólida oriunda das etapas de extração da xilana foi deslignificada com NaOH e branqueada em duas etapas, com H2O2 em meio alcalino e com NaClO2 em meio ácido, obtendo pasta celulósica com alto teor de celulose (88,9% m/m de celulose). A polpa celulósica foi processada em um refinador de disco mecânico (SupermassColloider) para produzir celulose nanofibrilada (CNF-B). As propriedades morfológicas do CNF-B foram avaliadas e verificou-se que foi semelhante à nanocelulose de polpa Kraft (CNF-K), em relação as suas dimensões, produzida nas mesmas condições. Além disso, a produção do CNF-B consumiu cerca de um terço da energia necessária para obter o CNF-K. O balanço de massa final do processo mostrou uma alta recuperação dos carboidratos originais em produtos de alto valor agregado. A recuperação da xilana foi de cerca de 88% m/m, sendo 43% m/m de XOS e 36% m/m de xilose. O alto conteúdo recuperado dos coprodutos demonstra a alta seletividade das otimizações realizadas. Por fim, o processo obteve alta recuperação e conversão de celulose à CNF-B, com um rendimento de 88% m/m.<br>A pretreatment has been pursued to maximize the biomass components and achieve a high material´s valorization. Here, we report an integration of pathways, which have been effective to obtain three high value-added products in a biorefinery concept: XOS, xylose and cellulose nanofibrillated (CNF). The maximization of hemicellulose fraction was studied through hydrothermal extraction from sugarcane bagasse, preferably oligosaccharides (XOS) form, and it was also evaluated CNF production, an emerging nanomaterial with numerous applications in diverse sectors such as paper, textiles and electronics. To select the best condition of hemicellulose solubilization in the form of XOS, the hydrothermal process conditions were evaluated with statistical experimental design to analyze the combined effect of temperature, time and acid concentration (H2SO4). The best experimental condition to produce XOS with high yield and selectivity was at 182 ° C for 5.5 minutes and without acid addition, obtaining a hydrolysate with 75% w/w of XOS content, which corresponds to 43% w/w of the original xylan. A second hydrothermal treatment was performed with the aim of remove a residual xylan from treated bagasse, focusing in XOS form. Because of the high susceptibility of the material, it was not possible to find an experimental condition to achieve high selectivity for XOS in the second pretreatment and, therefore, it was chosen to obtain a hydrolyzate rich in xylose, a product with many applications as well. The best experimental conditions to the hydrolyzate system based in xylose was determined at 168 ° C for 5.5 minutes and 1.01% w/w H2SO4, obtaining a xylose\'s yields of 36% w/w (initial xylan). The solid fraction of the second hydrothermal step was deslignificated with NaOH and bleached in two steps, with H2O2 at alkaline medium and with NaClO2 at acid medium, obtaining cellulosic pulp with high cellulose content (88.9% w/w of cellulose). Cellulosic pulp was processed in a mechanical disc refiner (SupermassColloider) to produce fibrillated nanocellulose (CNF-B). The morphological properties of the CNF-B were evaluated, and it was found to be similar to Kraft pulp nanocellulose (CNF-K) produced at same conditions. Besides that, the production of CNF-B consumed about one third of the energy required to obtain CNF-K. CNF-B and CNF-K were also compared in terms of mean diameter and it was obtained 56.72 nm and 36.83 nm, respectively. The final mass balance of the process showed a high recovery of the original carbohydrates in means of high value-added product. The recovery of xylan was around 88%, being 43% w/w of XOS and 36% w/w of xylose. The high content recovered of the co-products demonstrate the high selectivity of the optimizations performed. Thus, this resulted in a high recovery and conversion of cellulose in the CNF-B with a yield of 88% w/w.