Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11612/6628
Autor(a): Welter, Áurea
Orientador: Guarda, Emerson Adriano
Título: Avaliação do potencial celulolítico de fungos filamentosos do bioma cerrado visando à produção de bioetanol
Palavras-chave: Celulases fúngicas. Paraphaeosphaeria arecacearum. Biomassa lignocelulósica. Otimização. Hidrólise enzimática. Fungal cellulases. Paraphaeosphaeria arecacearum. Lignocellulosic biomass. Optimization. Enzymatic hydrolysis
Data do documento: 27-Jun-2019
Editor: Universidade Federal do Tocantins
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade e Biotecnologia da Amazônia Legal - Bionorte
Citação: WELTER, Áurea. Avaliação do potencial celulolítico de fungos filamentosos do bioma cerrado visando à produção de bioetanol. 2019. 120f. Tese (Doutorado em Biotecnologia e Biodiversidade) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade e Biotecnologia Rede Bionorte, Palmas, 2019.
Resumo: Atualmente, há um crescente interesse na produção etanol celulósico, sendo uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis. Fontes produtoras de celulases, como fungos tem sido investigadas, no entanto, os associados a detritos foliares em decomposição, são pouco estudados neste sentido. Nesse contexto, objetivou-se avaliar a produção do complexo celulolítico por fungos filamentosos associados a detritos foliares em decomposição, em riacho do Bioma Cerrado e, selecionar um isolado, a fim de otimizar a produção de celulases para posterior aplicação na hidrólise de materiais lignocelulósicos. Um total de 27 isolados foram submetidos a fermentação submersa, na presença de carboximetilcelulose, por sete dias, a 35 °C e agitação constante a 150 rpm, e os apresentaram maior atividade de celulase total foram identificados por sequenciamento da região ITS do rDNA. Para otimizar a produção celulases foi realizado inicialmente um planejamento Placket-Burman para a triagem de variáveis significativas, em seguida estas foram otimizadas aplicando um delineamento composto central rotacional. Definida a melhor condição de produção de celulases, esta foi utilizada no cultivo do isolado selecionado e o extrato enzimático bruto assim obtido, utilizado para caracterização bioquímica parcial. O extrato enzimático bruto bem como uma preparação enzimática comercial foram aplicados na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar e de casca de arroz, ambos pré tratados com peróxido de hidrogênio em meio alcalino, avaliando-se a produção de açúcares redutores. Os 27 isolados produziram celulases, no entanto, oito apresentaram melhor atividade sendo que esta variou de 0,272 a 0,343 U/mL, 0,355 a 0,485 U/mL, e 0,250 a 0,335 U/mL respectivamente, para celulase total, endoglicanase e exoglicanase. A partir do sequenciamento da região ITS do rDNA, estes isolados foram identificados, a saber, Aspergillus sydowii, Cladosporium sp., Paraphaeosphaeria arecacearum, Penicillium simplicissimum e Penicillium citrinum. A produção de celulases por Paraphaeosphaeria arecacearum, a nova fonte produtora de celulases identificada no presente estudo, foi otimizada obtendo-se máxima produção na presença de peptona (4 gL-1), pH 4,0 e 11 dias de cultivo, sendo esta de 6,32 U.g-1 ss para celulase total, 7,58 U.g-1 ss para endoglicanase e 5,08 U.g-1 ss para exoglicanase. A caracterização bioquímica parcial do extrato enzimático bruto, indicou uma atividade ótima para celulase total e endoglicanase em pH 5,5 e temperatura 50 °C e, para exoglicanase em pH 5,0 e temperatura de 45 °C. O extrato enzimático bruto foi utilizado na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar e casca de arroz sendo que após 72 horas de hidrólise, a produção de açúcares redutores totais foi de 60,7 mg.g-1 na presença do bacaço de cana e 37,2 mg.g-1 quando empregado a casca de arroz, o que corresponde a eficiência de respectivamente, 51% e 61,7% menor do extrato bruto se comparado a preparação comercial. As celulases produzidas por Paraphaeosphaeria arecacearum mostram- se promissoras na hidrólise de materiais lignocelulósicas objetivando a produção de biocombustíveis. Destaca-se a importância dos resultados obtidos no presente trabalho como pesquisa básica, pois não há relatados na literatura acerca da produção de celulases por Paraphaeosphaeria arecacearum.
Abstract: Currently, there is a growing interest in cellulosic ethanol production, and is a promising alternative to fossil fuels. New cellulase-producing sources such as fungi have been investigated, however, those associated with decomposing foliar debris are little studied in this sense. In this context, the objective was to evaluate the production of the cellulolytic complex by filamentous fungi associated with decomposing foliar debris in the stream and to select an isolate in order to optimize the cellulase production for later application in the hydrolysis of lignocellulosic materials. A total of 27 isolates were submitted to submerged fermentation in the presence of carboxymethylcellulose for seven days at 35 ° C and constant agitation at 150 rpm and the highest total cellulase activity were identified by sequencing of the rDNA ITS region. The selected isolate to optimize the production cellulases was initially performed a Placket-Burman planning for the screening of significant variables, then these were optimized applying a rotational central compound design. The best cellulase production condition was defined this was used in the culture of the isolate and the crude enzyme extract thus obtained, used for partial biochemical characterization. From the knowledge of the conditions of the best activity of the total cellulase, the crude enzymatic extract as well as a commercial enzymatic preparation were applied in the hydrolysis of sugarcane bagasse and rice husk, both pretreated with hydrogen peroxide in medium the production of reducing sugars. The 27 isolates studied produced cellulases; however, eight presented the best activity, ranging from 0.272 to 0.343 U / mL, 0.355 to 0.485 U / mL, and 0.250 to 0.335 U / mL, respectively, for total cellulase, endoglicanase and exoglycanase. From the sequencing of the ITS region of the rDNA, these isolates were identified, namely, Aspergillus sydowii, Cladosporium sp., Paraphaeosphaeria arecacearum, Penicillium simplicissimum and Penicillium citrinum. The production of cellulases by Paraphaeosphaeria arecacearum, the new source of cellulases identified in the present study, was optimized obtaining maximum yield in the presence of 4 gL-1 peptone, pH 4.0 and 11 days of cultivation, being 6, 32 U.g-1 ss for total cellulase, 7.58 U.g-1 ss for endoglycanase and 5.08 U.g-1 ss for exoglycanase. The partial biochemical characterization of the crude enzyme extract indicated an optimal activity for total cellulase and endoglycanase at pH 5.5 and temperature 50 ° C and for exoglicanase at pH 5.0 and temperature of 45 ° C. The crude enzymatic extract was used in the hydrolysis of sugarcane bagasse and rice hulls, and after 72 hours of hydrolysis, the production of total reducing sugars was 60.7 mg.g-1 in the presence of sugarcane bagasse and 37.2 mg.g-1 when the rice husk was used, which corresponds to efficiency respectively, 51% and 61.7% lower than the crude extract when compared to commercial preparation. Paraphaeosphaeria arecacearum shows promise in the hydrolysis of lignocellulosic materials with the objective of producing biofuels. It is important to note the importance of the results obtained in this work as a basic research, since there are no reports in the literature about the production of cellulases by Paraphaeosphaeria arecacearum.
URI: http://hdl.handle.net/11612/6628
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