https://hdl.handle.net/1884/39815 2026-05-06T00:22:21Z https://hdl.handle.net/1884/101815 Optimization in the production and purification of fungal glucoamylase from the fungus Aspergillus oryzae 1808 for its potential application in the pretreatment of milled corn for conversion into bioethanol Resumo: Os biocombustíveis, como o bioetanol, destacam-se como alternativas sustentáveisaos combustíveis fósseis, por serem menos poluentes e derivados de fontes renováveis. Aprodução de bioetanol a partir de matérias primas amiláceas, como o milho, tem ganhadodestaque, especialmente por meio da hidrólise enzimática do amido presente nesses produtos.Nesse processo, enzimas como as alfa-amilases e glucoamilases desempenham um papelcrucial, catalisando a quebra do amido em moléculas menores, como a glicose, queposteriormente é fermentada para a produção de bioetanol. Além dessas, outras enzimas,como xilanases, celulases e lipases, também são amplamente utilizadas no tratamento debiomassa para a produção de biocombustíveis. As glucoamilases, em especial, são enzimasresponsáveis por catalisar a conversão de oligossacarídeos e dissacarídeos provenientes dahidrólise de compostos amiláceos anteriores em moléculas de glicose. O Brasil, um dosprincipais produtores de milho do mundo, desempenha um papel importante, gerando umagrande quantidade de produtos amiláceos que poderiam ser aproveitados. O principalobjetivo desta pesquisa foi a otimização da produção de glucoamilases fúngicas utilizando omilho moído como substrato, além de avaliar seu potencial hidrolítico para produzir glicose.Este trabalho foi dividido em duas partes; a primeira foi uma revisão bibliográfica focada nasdiferentes enzimas que são utilizadas para a produção de biocombustíveis e o efeito que ospré-tratamentos podem ter sobre a matéria orgânica produtora de biocombustíveis. A segundacontém ensaios experimentais buscando a otimização na produção e recuperação de umaglucoamilase proveniente do fungo Aspergillus oryzae LPB1808. Depois de analisar os dadosobtidos, foi possível produzir uma glucoamilase usando o fungo Aspergillus oryzaeLPB1808, em uma fermentação submersa (SmF), utilizando produtos agroindustriais (milhomoido), e foi possível identificar uma ß-glucoamilase com um peso molecular de 60-65 kDa.Após a concentração e pré-purificação por meio de micro e ultrafiltração, foi alcançada umaatividade final de 47,62 U/mL. Além disso, a enzima purificada conseguiu hidrolisar o milhomoído, produzindo 0,232 g de glicose por grama de milho moído, indicando que a enzimafúngica apresenta um rendimento de 43,44% em comparação com a versão comercial.; Abstract: Biofuels, such as bioethanol, are emerging as sustainable alternatives to fossil fuelsdue to their lower environmental impact and their derivation from renewable sources. Theproduction of bioethanol from starch-based raw materials, such as corn, has gainedconsiderable attention, particularly through the enzymatic hydrolysis of starch present inthese products. In this process, enzymes such as alpha-amylases and glucoamylases play acrucial role by catalyzing the breakdown of starch into smaller molecules, such as glucose,which is subsequently fermented for bioethanol production. In addition to these enzymes,others such as xylanases, cellulases, and lipases are also widely employed in biomasstreatment for biofuel production. Glucoamylases, in particular, are responsible for catalyzingthe conversion of oligosaccharides and disaccharides derived from the hydrolysis of starchbasedcompounds into glucose molecules. Brazil, one of the leading corn producers globally,plays an important role by generating a significant amount of starch-based products that couldbe utilized. The main objective of this research was to optimize the production of fungalglucoamylases using ground corn as a substrate, as well as to evaluate its hydrolytic potentialfor glucose production. This work was divided into two parts; the first was a literature reviewfocused on the various enzymes used for biofuel production and the effect that pretreatmentscan have on biomass, which is crucial for biofuel generation. The second part involvedexperimental assays aiming to optimize the production and recovery of a glucoamylasederived from the fungus Aspergillus oryzae LPB1808. After analyzing the obtained data, itwas possible to produce glucoamylase using Aspergillus oryzae LPB1808 in submergedfermentation (SmF), utilizing agro-industrial products (milled corn), and a ß-glucoamylasewith a molecular weight of 60-65 kDa was identified. After concentration and prepurificationvia micro and ultrafiltration, a final activity of 47.62 U/mL was achieved.Furthermore, the purified enzyme was able to hydrolyze the milled corn, producing 0.232 gof glucose per gram of milled corn, indicating that the fungal enzyme exhibits an efficiencyof 43.44% compared to the commercial version. Orientador: Prof. Dr. Luiz Alberto Junior Letti; Coorientadora: Profa. Dra. Luciana Porto de Souza Vandenberghe; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 28/02/2025; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/97979 Otimização biotecnológica de Kappaphycus alvarezii para a produção de bioetanol Resumo: A produção de bioetanol de terceira geração a partir da macroalga vermelha Kappaphycus alvarezii foi investigada através de uma abordagem integrada de biorrefinaria marinha. A caracterização da biomassa revelou composição favorável com 41,23% de carboidratos fermentescíveis, 19,29% de proteínas e ausência de lignina, facilitando significativamente os processos de conversão em comparação às biomassas lignocelulósicas terrestres. O processo de hidrólise ácida foi otimizado por um Delineamento Composto Central Circunscrito, identificando as condições ótimas de 126°C, 3% H SO e 15 minutos, que proporcionaram conversão próxima ao teórico máximo dos carboidratos totais em açúcares fermentescíveis (~41 g/L). Análises cromatográficas apontaram ausência de inibidores fermentativos como HMF, furfural ou ácido levulínico, eliminando a necessidade de etapas de detoxificação. Estudos de escalonamento revelaram limitações de transferência de massa, com redução significativa da eficiência de conversão. A estratégia fermentativa empregou co fermentação de Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus adaptadas ao substrato hidrolisado da macroalga, rico em galactose. Esta abordagem sinérgica superou significativamente as fermentações individuais, alcançando 87,44% de eficiência de conversão, produção de 16,05 g/L de etanol e produtividade volumétrica de 0,167 g/L·h. O balanço de carbono demonstrou aproveitamento superior, com 50,90% do carbono convertido em etanol, 25,45% em CO e 11,37% de perdas não contabilizadas. Os resultados demonstram a viabilidade técnica de K. alvarezii como matéria-prima renovável para bioetanol de terceira geração, alinhando-se aos princípios da bioeconomia azul e economia circular, embora sejam necessárias otimizações de escalonamento para a aplicação industrial; Abstract: Third-generation bioethanol production from the red macroalga Kappaphycus alvarezii was investigated through an integrated marine biorefinery approach. Biomass characterization revealed favorable composition with 41.23% fermentable carbohydrates, 19.29% proteins, and absence of lignin, significantly facilitating conversion processes compared to terrestrial lignocellulosic biomasses. The acid hydrolysis process was optimized through a Central Composite Circumscribed Design, identifying optimal conditions of 126°C, 3% H SO , and 15 minutes, which provided conversion close to the theoretical maximum of total carbohydrates into fermentable sugars (~41 g/L). Chromatographic analyses indicated absence of fermentative inhibitors such as HMF, furfural, or levulinic acid, eliminating the need for detoxification steps. Scale-up studies revealed mass transfer limitations, with significant reduction in conversion efficiency. The fermentative strategy employed co-fermentation of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus adapted to the macroalga hydrolysate substrate, rich in galactose. This synergistic approach significantly outperformed individual fermentations, achieving 87.44% conversion efficiency, 16.05 g/L ethanol production, and volumetric productivity of 0.167 g/L·h. Carbon balance demonstrated superior utilization, with 50.90% of carbon converted to ethanol, 25.45% to CO , and 11.37% unaccounted losses. Results demonstrate the technical feasibility of K. alvarezii as renewable feedstock for third-generation bioethanol, aligning with blue bioeconomy and circular economy principles, although scale-up optimizations are required for industrial application. Orientadora: Profa. Dra. Adenise Lorenci Woiciechowski; Coorientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol; Banca: Luciana Porto de Souza Vandenberghe (Presidente da Banca), Luiz Alberto Junior Letti, Arion Zandoná Filho e Susan Grace Karp; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 11/04/2025; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/63734 Fermentação de café com o uso de culturas mistas de Pichia Fermentans e Pediococcus Acidilactici : impacto na formação de compostos aromáticos Resumo: Culturas iniciadoras são definidas como preparações microbianas selecionadas para aumentar a eficiência de processos fermentativos. Na indústria alimentícia, várias culturas microbianas são usadas para garantir a produção de alimentos seguros e de alta qualidade. A fermentação do café é um dos poucos processos realizados de maneira natural sem a adição de culturas microbianas. No primeiro capítulo deste trabalho foi construída uma revisão crítica sobre os efeitos de bactérias do ácido lático (BAL) sobre a qualidade do café. A atividade de BAL durante o processamento de café auxilia no processo de desmucilagem dos frutos por meio da acidificação da polpa, além de formar metabólitos a partir dos metabolismos de citrato e aminoácidos que agregam qualidade às amêndoas fermentadas. No entanto, o potencial de BAL relacionado à qualidade do café não foi totalmente elucidado e muitos desafios aguardam pesquisa e exploração industrial. Pesquisas futuras devem ser focadas na investigação de novas linhagens de BAL para uso como culturas iniciadoras, bem como na possibilidade de criar culturas mistas com leveduras selecionadas. Até o momento, não foi relatado a utilização de culturas mistas contendo BAL e leveduras para a fermentação do café. Assim, na segunda etapa deste trabalho foi avaliado o perfil de fermentações de café com uso de culturas mistas entre Pichia fermentans YC5.2 e Pediococcus acidilactici LPBC16. As fermentações foram conduzidas com culturas individuais (Pichia fermentans YC5.2 ou Pediococcus acidilactici LPBC16) e mistas (Pichia fermentans YC5.2 e Pediococcus acidilactici LPBC16) utilizando frutos cerejas (maduros) e verdes (imaturos). A introdução de culturas mistas foi mais eficiente no consumo de açúcares (glicose e frutose) e produção de ácido lático (?1.45 e ?0.63 g/L para frutos maduros e imaturos, respectivamente). Além disso, inoculações com culturas mistas proporcionaram aumentos significativos (p<0,05) na produção de voláteis, tais como etanol e acetato de etila. A inoculação com P. fermentas e P. acidilactici, tanto nos tratamentos individuais como no tratamento misto, resultou na modulação do perfil de voláteis dos grãos de café. Foram identificados 30 compostos no grão de café maduro. Dentre estes, alguns compostos, como 3-octanol, 2-heptenal, benzaldeído, decanal e D-limoneno, foram identificados somente nas fermentações inoculadas. Como esperado, o grão imaturo apresentou uma menor quantidade de compostos, sendo identificados apenas 19 voláteis. Essa menor produção de voláteis pode estar relacionada com uma menor atividade microbiana devido o estágio de maturação do grão. Portanto, a inoculação da cultura iniciadora mista resultou em um aumento na produção de compostos associados aos metabolismos de BAL e leveduras, evidenciando uma interação metabólica dos microrganismos. Além disso, a utilização de cultura mista resultou em um grão com maior complexidade de compostos aromáticos no final da fermentação.; Abstract: Starter cultures are defined as selected microbial preparations used to increase efficiency of fermentation processes. In the food industry, numerous microbial cultures are used to ensure the production of safe and high-quality commodities. Coffee fermentation is one of the few processes performed naturally without the addition of microbial cultures. In the first chapter of this work, a critical review on the effects of lactic acid bacteria (LAB) on coffee quality was constructed. The activity of LAB during coffee processing allows in the process of demuciling of the fruits through the acidification of the pulp, in addition to forming metabolites from citrate and amino acids metabolism which add quality to the fermented beans. Undoubtedly, the full potential of coffee related LAB has not been fully determined and many challenges are awaiting research, dissemination and industrial exploitation. Future research should be focused on the investigation of new LAB strains and the possibility of creating multi-purpose mixed cultures with yeast strains. To date, the use of mixed cultures containing LAB and yeast for coffee fermentation has not been reported. Thus, the second stage of this work evaluated coffee fermentation profile using mixed cultures between Pichia fermentans YC5.2 and Pediococcus acidilactici LPBC16. The fermentations were conducted with individual cultures (Pichia fermentans YC5.2 or Pediococcus acidilactici LPBC16) and mixed (Pichia fermentans YC5.2 and Pediococcus acidilactici LPBC16) using cherry (mature) and green (immature) fruits. The introduction of mixed cultures was more efficient in the consumption of sugars (glucose and fructose) and lactic acid production (?1.45 and ?0.63 g / L for mature and immature fruits, respectively). In addition, inoculation with mixed cultures provided a significant increase (p <0.05) in the production of volatiles, such as ethanol and ethyl acetate. This intense microbial activity resulted in the modulation of the volatiles profile of the coffee beans. Twenty-nine compounds were identified in the mature coffee bean. Among these, some compounds, such as 3-octanol, 2-heptenal, benzaldehyde, decanal and D-limonene, were identified only in the inoculated fermentations. As expected, the immature grain presented a smaller amount of compound, with only 19 volatiles identified. This lower production of volatiles may be related to a lower microbial activity due to the maturation stage of immature grain. Therefore, the inoculation of mixed starter culture resulted in an increase in the production of compounds associated with LAB and yeast metabolisms, evidencing a metabolic interaction of the microorganisms. In addition, the use of mixed culture generated beans with higher complexity of aroma compounds at the end of the fermentation. Orientador: Gilberto Vinícius de Melo Pereira; Coorientadora: Vanete Thomaz Soccol; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 31/05/2019; Inclui referências: p. 30-35 2019-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/63601 Mapeamento de epítopos imunodominantes de antígenos de Mycobacterium leprae : caracterizações in vitro, in vivo e in silico Resumo: A hanseníase é uma infecção granulomatosa crônica que afeta a pele, a mucosa nasal e os nervos periféricos. É causada pelo Mycobacterium leprae, bacilo ácido-álcool resistente (BAAR) e obrigatório intracelular. A manifestação clínica da infecção dependerá da condição imunológica do hospedeiro. Para se tornar a terapia de escolha multidrogas mais fácil, de acordo com a OMS, os pacientes são divididos em duas categorias: paucibacilares e multibacilares. O primeiro grupo é caracterizado por apresentar baixos títulos de anticorpos e imunidade celular predominante enquanto que o segundo tem uma imunidade mediada por células ineficiente com títulos elevados de anticorpos. As atuais pesquisas possuem o objetivo de identificar e caracterizar biomarcadores e antígenos para o diagnóstico precoce da hanseníase de ambas as categorias de pacientes. Assim, nossa estratégia foi realizar um mapeamento de epítopo de sete proteínas de M. leprae usando uma membrana de celulose (SPOT Synthesis) através da reatividade com soros de pacientes com hanseníase. Nenhuma proteína possuiu reatividade com soro de voluntários saudáveis enquanto quatro proteínas mostraram "spots" reativos quando testadas com soro de pacientes com hanseníase. Um deles foi o antígeno 85B de M. leprae previamente identificado pelo nosso grupo como uma proteína imunodominante, devido ao fato de ter sido mimetizado por peptídeos conformacionais (mimotopos) através da técnica de Phage Display, dado confirmado nesse trabalho após análises in silico e in vivo. Após síntese química, espera-se que os peptídeos lineares encontrados neste trabalho possam ser capazes de identificar pacientes com hanseníase por meio de ensaios simples como ELISA, independentemente de suas classificações clínicas.; Abstract: Leprosy is a chronic granulomatous infection that affects the skin, nasal mucosa and peripheral nerves caused by the Mycobacterium leprae, an acid-alcohol fast bacillus (AAFB) and obligate intracellular. The clinical manifestation of the infection with M. leprae depends on the immune condition of the host. To turn the multidrug choice therapy easier, according to WHO, the disease is divided into two categories: paucibacillary and multibacillary leprosy. The paucibacillary patients present low antibody titers and predominantly cell-mediated immunity. In contrast, multibacillary patients have an inefficient cell-mediated immunity with high antibody titers to M. leprae antigens. Current research aims to identify and characterize biomarkers and antigens for an early diagnosis of leprosy of both categories of patients. Thus, our strategy was to realize an epitope mapping of seven proteins from M. leprae by using an array-based oligo-pepdide scanning (SPOT synthesis) onto a cellulose membrane probed for reactivity with sera from leprosy patients. No protein has reactivity with sera from healthy volunteers while four proteins have shown reactive spots when assayed with sera from leprosy patients. One of them was the 85B antigen from M. leprae previously identified by our group as an immunodominant protein after being mimicked by conformational peptides (mimotopes) by using Phage Display technique. Corroborating evidence of these data were obtained by in silico and in vivo analyses performed in this work. After chemical synthesis, we hope the linear peptides found here could identify leprosy patients by simple assays like as ELISA, independently of their clinical presentation. Orientadora : Juliana Ferreira de Moura; Coorientadora : Larissa Magalhães Alvarenga; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa: Curitiba, 15/03/2017; Inclui referências : f. 64-69 2017-01-01T00:00:00Z