Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic residues and bromatological characterization for animal feed / Hidrólise enzimática de resíduos lignocelulósicos e caracterização bromatológica para ração animal

ABSTRACT: This study evaluated the action of commercial and non-commercial cellulases and pectinases in the hydrolysis of soybean hulls (SH) and corn stover and cobs (CSC), the effect of temperature and agitation on the lignocellulosic substrate hydrolysis and the bromatological characteristics of hydrolyzed substrates. The effect of pretreatment on the hydrolysis of lignocellulosic residues and bromatological analysis were also evaluated. The highest hydrolytic activity occurred at 300 rpm for SH (47.95 and 51.43% for cellulase and pectinase, respectively) and at 350 rpm for CSC (26.05 and 9.23% for cellulase and pectinase, respectively). Non-commercial enzymes achieved 7.26-30% of the amount of hydrolysis obtained with commercial enzymes, on the same substrates. Pretreatment with 7.5% of NaOH and a particle size of the substrate of 0.5 mm significantly increased the hydrolysis of SH and CSC for both enzymes. The bromatological characteristics showed that soybean hulls hydrolyzed with both commercial cellulase and pectinase have potential for large-scale use in animal feed production.

RESUMO: Foram avaliadas a ação de celulases e pectinases comerciais e não comerciais na hidrólise de casca de soja (CS) e palha e espigas de milho (PEM), o efeito da temperatura e da agitação na hidrólise do substrato lignocelulósico e as características bromatológicas dos substratos hidrolisados. O efeito do pré-tratamento na hidrólise de resíduos lignocelulósicos e a análise bromatológica também foram avaliados. A maior atividade hidrolítica ocorreu a 300 rpm para CS (47,95 e 51,43% para celulase e pectinase, respectivamente) e a 350 rpm para PEM (26,05 e 9,23% para celulase e pectinase, respectivamente). As enzimas não comerciais atingiram 7,26-30% da quantidade de hidrólise obtida com as enzimas comerciais, nos mesmos substratos. O pré-tratamento com 7,5% de NaOH e um tamanho de partícula do substrato de 0,5 mm aumentou significativamente a hidrólise de CS e PEM para ambas as enzimas. As características bromatológicas mostraram que a casca de soja hidrolisada com celulase e pectinase comercial tem potencial para uso em larga escala na produção de ração animal.

Estratégias para recuperação de xilooligossacarídeos do licor de resíduos de eucalipto para avaliação do seu efeito estimulante em Staphylococcus xylosus / Strategies for xylooligosaccharides recovery from eucalyptus waste liquor to evaluate their stimulatory effect on Staphylococcus xylosus

Xilooligossacarídeos (XOS) são reconhecidos pelo seu potencial prebiótico relevante para diversos setores industriais e foram obtidos após o pré-tratamento hidrotérmico da biomassa lignocelulósica residual de galhos de eucalipto. Subprodutos inibitórios são gerados durante o processo de solubilização dos oligossacarídeos e acabam comprometendo a utilização do licor em microrganismos. Neste trabalho, o processo de destoxificação, hidrólise enzimática e atividade estimulantes de crescimento da bactéria Staphylococcus xylosus foram estabelecidos. Os resultados mostraram que a adsorção com carvão ativado em pó removeu cerca de 55% do ácido acético e mais de 90% do ácido fórmico, compostos fenólicos, lignina solúvel, furfural e 5-hidroximetilfurfural, e que a soma dos oligossacarídeos xilobiose (X2) e xilotriose (X3) foram maximizadas de 0,57 g/L para 1,21 g/L com 110 U/gXOS da enzima endoxilanase e 6,3% do licor destoxificado na hidrólise enzimática. O consumo de cerca de 63% de X2 e de 46% de X3 pela bactéria em meio basal deficiente em fontes de carbono, mas acrescido com os oligômeros, proporcionou maior crescimento celular em relação aos meios basais com alta composição de carbono, com e sem XOS, revelando seu potencial prebiótico pelo efeito estimulante de crescimento. (AU)

Xylooligosaccharides (XOS) are recognized for their prebiotic potential relevant to several industrial sectors and were obtained after hydrothermal pretreatment of residual lignocellulosic biomass from eucalyptus branches. Inhibitory by-products are generated during the solubilization process of oligosaccharides and end up compromising the utilization of the liquor in microorganisms. In this work, the detoxification process, enzymatic hydrolysis and growth stimulating activity of Staphylococcus xylosus bacteria were established. The results showed that adsorption with powdered activated carbon removed about 55% of acetic acid and more than 90% of formic acid, phenolic compounds, soluble lignin, furfural, and 5-hydroxymethyl furfural and the sum of the oligosaccharides xylobiose (X2) and xylotriose (X3) were maximized from 0.57 g/L to 1.21 g/L with 110 U/gXOS of the enzyme endoxylanase and 6.3% of the detoxified liquor in the enzymatic hydrolysis. The consumption of X2 and X3 were about 63% and 46%, respectively, by the bacteria in basal medium deficient in carbon sources, but in medium added with the oligomers, provided higher cell growth compared to basal medium with high carbon composition, with and without XOS, revealing its prebiotic potential by its growth-stimulating effect. (AU)

Production, partial purification, and characterization of a glucoamylase from Epicoccum nigrum

Starch processing industries use amylases, accounting for approximately 30% of the world's enzyme market. Previously, an amylase-producing strain of Epicoccum nigrumwas isolated from maize grains. Although E. nigrumamylase production is already reported in the literature, no published data on production optimization or characterization of the produced enzyme exists. The objectives of this work were to improve the amylase production by theE. nigrumPG 16 strain and to purify and characterize the produced enzyme. The E. nigrumPG 16 amylase production best conditions in submerged culture were: inoculum of 4% (v v-1) of a five-days-old stationary culture homogenate, agitation at 100 rpm, 25°C, natural light, 72 hours of incubation, starch as thecarbon source, and an initial medium pH of 7.0. A molecular exclusion chromatography profile has shown the production of only one amylase, which was partially purified with ammonium precipitation and dialysis. The enzyme optima pH and temperature are 6.0 and 50°C, respectively. The partially purified enzyme lostits activity when incubated for 30 min in temperatures above 40°C, presenting a T50of 46.25°C. The KMand Vmaxof the partially purified enzyme are 1.72 mg mL-1of starch and 0.15 mgmin-1of degraded starch, respectively. The ion Ca2+slightly activated the studied enzyme. The ions Cu2+, Zn2+, and Fe3+and the detergents SDS and Tween 80 acted as inhibitors of the studied enzyme. The partially purified enzyme released glucose from p-nitrophenyl α-D-glucopyranoside (p-NPG). Glucose was the enzyme's main product from starch hydrolysis, as evidenced by thin-layer chromatography. The E. nigrumPG 16 studied enzyme is a glucoamylase and represents an alternative for enzymatic starch hydrolysis.(AU)

Optimized biotransformation of acid-treated water melon peel hydrolyzate into ethanol

Abstract Today, global focus of research is to explore the solution of energy crisis and environmental pollution. Like other agricultural countries, bulk quantities of watermelon peels (WMP) are disposed-off in environment as waste in Pakistan and appropriate management of this waste is the need of hour to save environment from pollution. The work emphasizes the role of ethanologenic yeasts to utilize significant sugars present in WMP for low-cost bioethanol fermentation. Dilute hydrochloric acid hydrolysis of WMP was carried out on optimized conditions employing RSM (response surface methodology) following central composite design (CCD). This experimental design is based on optimization of ethanologenesis involving some key independent parameters such as WMP hydrolysate and synthetic media ratio (X1), incubation temperature (X2) and incubation temperature (X3) for maximal ethanol yield exploiting standard (Saccharomyces cerevisiae K7) as well as experimental (Metchnikowia cibodasensisY34) yeasts. The results revealed that maximal ethanol yields obtained from S. cerevisiae K7 was 0.36±0.02 g/g of reducing sugars whereas M. cibodasensisY34, yielded 0.40±0.01 g ethanol/g of reducing sugars. The yeast isolate M. cibodasensisY34 appeared as promising ethanologen and embodies prospective potential for fermentative valorization of WMP-to-bioethanol.

Resumo Hoje, o foco global da pesquisa é explorar a solução da crise energética e da poluição ambiental. Como em outros países agrícolas, grandes quantidades de cascas de melancia (WMP) são descartadas como resíduos no meio ambiente no Paquistão, mas a gestão adequada desses resíduos é a mais recente solução para salvar o meio ambiente da poluição. O trabalho enfatiza o papel das leveduras etanologênicas para utilizar açúcares significativos presentes no WMP para fermentação de bioetanol de baixo custo. A hidrólise de ácido clorídrico diluído de WMP foi realizada em condições otimizadas empregando RSM (metodologia de superfície de resposta) e seguindo o projeto de composto central (CCD). Este projeto experimental é baseado na otimização da etanologenesis envolvendo alguns parâmetros independentes importantes, como hidrolisado de WMP e razão de meio sintético (X1), temperatura de incubação (X2) e temperatura de incubação (X3) para rendimento máximo de etanol explorando o padrão (Saccharomyces cerevisiae K7) também como leveduras experimentais (Metchnikowia cibodasensis Y34). Os resultados revelaram que os rendimentos máximos de etanol obtidos a partir de S. cerevisiae K7 foi de 0,36 ± 0,02 g / g de açúcares redutores, enquanto M. cibodasensis Y34 rendeu 0,40 ± 0,01 g de etanol / g de açúcares redutores. O isolado de levedura M. cibodasensis Y34 apareceu como um etanologeno promissor e incorpora um potencial prospectivo para a valorização fermentativa de WMP em bioetanol.

Optimized biotransformation of acid-treated water melon peel hydrolyzate into ethanol / Biotransformação otimizada de hidrolisado de casca de melancia tratada com ácido em etanol

Today, global focus of research is to explore the solution of energy crisis and environmental pollution. Like other agricultural countries, bulk quantities of watermelon peels (WMP) are disposed-off in environment as waste in Pakistan and appropriate management of this waste is the need of hour to save environment from pollution. The work emphasizes the role of ethanologenic yeasts to utilize significant sugars present in WMP for low-cost bioethanol fermentation. Dilute hydrochloric acid hydrolysis of WMP was carried out on optimized conditions employing RSM (response surface methodology) following central composite design (CCD). This experimental design is based on optimization of ethanologenesis involving some key independent parameters such as WMP hydrolysate and synthetic media ratio (X1), incubation temperature (X2) and incubation temperature (X3) for maximal ethanol yield exploiting standard (Saccharomyces cerevisiae K7) as well as experimental (Metchnikowia cibodasensisY34) yeasts. The results revealed that maximal ethanol yields obtained from S. cerevisiae K7 was 0.36±0.02 g/g of reducing sugars whereas M. cibodasensisY34, yielded 0.40±0.01 g ethanol/g of reducing sugars. The yeast isolate M. cibodasensisY34 appeared as promising ethanologen and embodies prospective potential for fermentative valorization of WMP-to-bioethanol.

Hoje, o foco global da pesquisa é explorar a solução da crise energética e da poluição ambiental. Como em outros países agrícolas, grandes quantidades de cascas de melancia (WMP) são descartadas como resíduos no meio ambiente no Paquistão, mas a gestão adequada desses resíduos é a mais recente solução para salvar o meio ambiente da poluição. O trabalho enfatiza o papel das leveduras etanologênicas para utilizar açúcares significativos presentes no WMP para fermentação de bioetanol de baixo custo. A hidrólise de ácido clorídrico diluído de WMP foi realizada em condições otimizadas empregando RSM (metodologia de superfície de resposta) e seguindo o projeto de composto central (CCD). Este projeto experimental é baseado na otimização da etanologenesis envolvendo alguns parâmetros independentes importantes, como hidrolisado de WMP e razão de meio sintético (X1), temperatura de incubação (X2) e temperatura de incubação (X3) para rendimento máximo de etanol explorando o padrão (Saccharomyces cerevisiae K7) também como leveduras experimentais (Metchnikowia cibodasensis Y34). Os resultados revelaram que os rendimentos máximos de etanol obtidos a partir de S. cerevisiae K7 foi de 0,36 ± 0,02 g / g de açúcares redutores, enquanto M. cibodasensis Y34 rendeu 0,40 ± 0,01 g de etanol / g de açúcares redutores. O isolado de levedura M. cibodasensis Y34 apareceu como um etanologeno promissor e incorpora um potencial prospectivo para a valorização fermentativa de WMP em bioetanol.

Optimized biotransformation of acid-treated water melon peel hydrolyzate into ethanol / Biotransformação otimizada de hidrolisado de casca de melancia tratada com ácido em etanol

Abstract Today, global focus of research is to explore the solution of energy crisis and environmental pollution. Like other agricultural countries, bulk quantities of watermelon peels (WMP) are disposed-off in environment as waste in Pakistan and appropriate management of this waste is the need of hour to save environment from pollution. The work emphasizes the role of ethanologenic yeasts to utilize significant sugars present in WMP for low-cost bioethanol fermentation. Dilute hydrochloric acid hydrolysis of WMP was carried out on optimized conditions employing RSM (response surface methodology) following central composite design (CCD). This experimental design is based on optimization of ethanologenesis involving some key independent parameters such as WMP hydrolysate and synthetic media ratio (X1), incubation temperature (X2) and incubation temperature (X3) for maximal ethanol yield exploiting standard (Saccharomyces cerevisiae K7) as well as experimental (Metchnikowia cibodasensisY34) yeasts. The results revealed that maximal ethanol yields obtained from S. cerevisiae K7 was 0.36±0.02 g/g of reducing sugars whereas M. cibodasensisY34, yielded 0.40±0.01 g ethanol/g of reducing sugars. The yeast isolate M. cibodasensisY34 appeared as promising ethanologen and embodies prospective potential for fermentative valorization of WMP-to-bioethanol.

Resumo Hoje, o foco global da pesquisa é explorar a solução da crise energética e da poluição ambiental. Como em outros países agrícolas, grandes quantidades de cascas de melancia (WMP) são descartadas como resíduos no meio ambiente no Paquistão, mas a gestão adequada desses resíduos é a mais recente solução para salvar o meio ambiente da poluição. O trabalho enfatiza o papel das leveduras etanologênicas para utilizar açúcares significativos presentes no WMP para fermentação de bioetanol de baixo custo. A hidrólise de ácido clorídrico diluído de WMP foi realizada em condições otimizadas empregando RSM (metodologia de superfície de resposta) e seguindo o projeto de composto central (CCD). Este projeto experimental é baseado na otimização da etanologenesis envolvendo alguns parâmetros independentes importantes, como hidrolisado de WMP e razão de meio sintético (X1), temperatura de incubação (X2) e temperatura de incubação (X3) para rendimento máximo de etanol explorando o padrão (Saccharomyces cerevisiae K7) também como leveduras experimentais (Metchnikowia cibodasensis Y34). Os resultados revelaram que os rendimentos máximos de etanol obtidos a partir de S. cerevisiae K7 foi de 0,36 ± 0,02 g / g de açúcares redutores, enquanto M. cibodasensis Y34 rendeu 0,40 ± 0,01 g de etanol / g de açúcares redutores. O isolado de levedura M. cibodasensis Y34 apareceu como um etanologeno promissor e incorpora um potencial prospectivo para a valorização fermentativa de WMP em bioetanol.

Microbiological properties of soils are sensitive to changes provided by organic cultivation of banana 'BRS Princesa' in the semi-arid region

Soil microbiota has a key role in the dynamics of natural and agro-ecosystems and is sensitive to changes in these environments. This study evaluated changes in the microbiological properties of soils under an organic production system of banana 'BRS Princesa' (Musa spp.). The experimental design consisted of completely randomized blocks, with four replications. Treatments consisted of 1) soil cover with green manure and agricultural gypsum at a dose of 2,820 kg ha−1, 2) soil cover with green manure without gypsum application, 3) soil cover with weeds and agricultural gypsum at a dose of 2,820 kg ha−1, 4) soil cover with spontaneous plants without gypsum application, and two controls: 5) soil under native Caatinga and 6) soil under regenerating forest (capoeira). The evaluated properties were ß-glucosidase, arylsulfatase, acid phosphatase, fluorescein diacetate hydrolysis activities (FDA), carbon and phosphorus contents in microbial biomass, basal soil respiration, microbial and metabolic quotients, and arbuscular mycorrhizal fungi spore density. Soil samples were collected from the 0­0.20m depth layer in two seasons. No parameter could distinguish the treatments. Spontaneous plants provided conditions equivalent to those under green manure. Agricultural gypsum application also did not influence the microbial biomass and microbiota activity, in the analyzed soil depth. However, ß-glucosidase and arylsulfatase activities, the carbon content in microbial biomass, and metabolic and microbial quotients were sensitive to land-use changes and could distinguish areas under organic cultivation from those under native vegetation. Therefore, these properties can be considered good indicators for monitoring the quality of these soils. Furthermore, microbial communities of soils under organic cultivation responded with arylsulfatase activity corresponding to that found in soils under regenerating forest, which may indicate that organic management tends to provide the microbiota with a condition similar to that found under situations that are little disturbing to edaphic living.(AU)

Optimized biotransformation of acid-treated water melon peel hydrolyzate into ethanol / Biotransformação otimizada de hidrolisado de casca de melancia tratada com ácido em etanol

Today, global focus of research is to explore the solution of energy crisis and environmental pollution. Like other agricultural countries, bulk quantities of watermelon peels (WMP) are disposed-off in environment as waste in Pakistan and appropriate management of this waste is the need of hour to save environment from pollution. The work emphasizes the role of ethanologenic yeasts to utilize significant sugars present in WMP for low-cost bioethanol fermentation. Dilute hydrochloric acid hydrolysis of WMP was carried out on optimized conditions employing RSM (response surface methodology) following central composite design (CCD). This experimental design is based on optimization of ethanologenesis involving some key independent parameters such as WMP hydrolysate and synthetic media ratio (X1), incubation temperature (X2) and incubation temperature (X3) for maximal ethanol yield exploiting standard (Saccharomyces cerevisiae K7) as well as experimental (Metchnikowia cibodasensisY34) yeasts. The results revealed that maximal ethanol yields obtained from S. cerevisiae K7 was 0.36±0.02 g/g of reducing sugars whereas M. cibodasensisY34, yielded 0.40±0.01 g ethanol/g of reducing sugars. The yeast isolate M. cibodasensisY34 appeared as promising ethanologen and embodies prospective potential for fermentative valorization of WMP-to-bioethanol.(AU)

Hoje, o foco global da pesquisa é explorar a solução da crise energética e da poluição ambiental. Como em outros países agrícolas, grandes quantidades de cascas de melancia (WMP) são descartadas como resíduos no meio ambiente no Paquistão, mas a gestão adequada desses resíduos é a mais recente solução para salvar o meio ambiente da poluição. O trabalho enfatiza o papel das leveduras etanologênicas para utilizar açúcares significativos presentes no WMP para fermentação de bioetanol de baixo custo. A hidrólise de ácido clorídrico diluído de WMP foi realizada em condições otimizadas empregando RSM (metodologia de superfície de resposta) e seguindo o projeto de composto central (CCD). Este projeto experimental é baseado na otimização da etanologenesis envolvendo alguns parâmetros independentes importantes, como hidrolisado de WMP e razão de meio sintético (X1), temperatura de incubação (X2) e temperatura de incubação (X3) para rendimento máximo de etanol explorando o padrão (Saccharomyces cerevisiae K7) também como leveduras experimentais (Metchnikowia cibodasensis Y34). Os resultados revelaram que os rendimentos máximos de etanol obtidos a partir de S. cerevisiae K7 foi de 0,36 ± 0,02 g / g de açúcares redutores, enquanto M. cibodasensis Y34 rendeu 0,40 ± 0,01 g de etanol / g de açúcares redutores. O isolado de levedura M. cibodasensis Y34 apareceu como um etanologeno promissor e incorpora um potencial prospectivo para a valorização fermentativa de WMP em bioetanol.(AU)

Artificial intelligence applied to enzymatic hydrolysis of lactose: improving the control of industrial processes / Inteligência artificial aplicada a hidrólise enzimática da lactose: melhorando o controle dos processos industriais

Lactose is the main carbohydrate in milk, and its absorption occurs via enzymatic hydrolysis, generating glucose and galactose. Lactose intolerance is the reduction of intestinal hydrolysis capacity due to hypolactasia, which results in the need to consume dairy foods with low levels of this carbohydrate. ß-galactosidase enzymes are used in dairy industries to hydrolyze lactose, thereby allowing intolerant consumers access to dairy products without the negative health implications. Alternative and official analytical methods are used to quantify the carbohydrate content resulting from enzymatic hydrolysis. The objective of this study was to evaluate the enzymatic hydrolysis of two distinct industrial enzymes produced by the microorganisms Bacillus licheniformis and Kluyveromyces lactis using three analytical methods: enzymatic method, cryoscopy, and high performance liquid chromatography (HPLC) using artificial intelligence to improve the control of the industrial processes. After adding the enzymes to skim milk, time kinetics was performed by collecting samples at time 0, every 10 min for 1 h, and every 30 min until the end of 5 h of hydrolysis. In 97% of the cases, a decrease in lactose concentration was observed by HPLC, followed by the deepening of the cryoscopic point. Glucose measurements by absorbance and HPLC quantification were correlated (r = 0.79; p < 0.01) but not concordant (p < 0.01). It was concluded that by means of artificial intelligence, it was possible to indirectly estimate lactose concentration using an algorithm that associates cryoscopy and glucose concentration.(AU)

O principal carboidrato do leite é a lactose e a sua absorção ocorre devido à hidrólise enzimática, gerando glicose e galactose. A intolerância à lactose é a redução da capacidade de hidrólise intestinal devido à hipolactasia, gerando a necessidade do consumo de alimentos lácteos com baixo teor deste carboidrato. As enzimas ß-galactosidase são utilizadas nas indústrias de laticínios para hidrolisar a lactose, proporcionando ao consumidor intolerante a possibilidade de ingerir os produtos lácteos sem prejuízos à saúde. Para quantificar o conteúdo de carboidratos resultante da hidrólise enzimática, são utilizados métodos analíticos alternativos e oficiais. O objetivo deste estudo foi avaliar a hidrólise enzimática de duas enzimas industriais distintas produzidas pelos microrganismos Bacillus licheniformis e Kluyveromyces lactis, por meio de três métodos analíticos: método enzimático, crioscopia e HPLC. A inteligência artificial foi utilizada para melhorar o controle dos processos industriais. Após a adição das enzimas ao leite desnatado, foi realizada a cinética de tempo coletando as amostras no tempo 0, a cada 10 minutos, até completar 1 hora de reação, e a cada 30 minutos até serem atingidas 5 horas de reação de hidrólise. Em 97% dos casos, a diminuição da concentração de lactose por HPLC acompanhou o aprofundamento do ponto crioscópico. As medições de glicose por absorbância e HPLC foram correlacionadas (r = 0,79; p < 0,01), mas não concordantes (p < 0,01). Concluiu-se que, por meio da inteligência artificial, é possível estimar indiretamente a concentração de lactose a partir de um algoritmo que associa a crioscopia e a concentração de glicose.(AU)

Cell permeabilization of Kluyveromyces and Saccharomyces species to obtain potential biocatalysts for lactose hydrolysis

Yeast's beta-galactosidase is an intracellular enzyme, through which it is possible to determine in vivo its activity as a biocatalyst in the lactose hydrolysis. Permeabilization process was used for transforming the microorganisms cells into biocatalysts with an enhanced enzyme activity. The potential application of this enzyme technology in industrial process depends mainly on the enzyme activity. Beta-galactosidase enzyme that hydrolyzes lactose, for instance, is largely dependent on the reaction time and its stability under different physical conditions, such as pH, temperature and enzyme concentration. The objective of this study was to optimize the cellular permeabilization process of Kluyveromyces marxianusCCT 3172 and Saccharomyces fragilisCCT 7586 cultured in cheese whey for lactose hydrolysis. Box-Behnken design was carried out for cell permeabilization with three independent variables, ethanol concentration, permeabilization time and temperature. The best permeability conditions for K. marxianusCCT 3172 were 27% (v v-1) ethanol, 3 min at 20ºC, with specific enzymatic activity of 0.98 U mg-1.For S. fragilisCCT 7586, a specific enzymatic activity of 1.31 U mg-1was achieved using 45% (v v-1) of ethanol, 17 min. of reaction under 17ºC. Thus, it was concluded that cellular permeabilization with ethanolis an efficient process to determine beta-galactosidase activity.(AU)

Manufacture and performance of peanut skin cellulose nanocrystals

Due to their remarkable characteristics, cellulose nanocrystals are strategic materials that has various industrial applications, and are capable of being produced from vegetable fibers derived from the discards of agricultural practices. Peanut(Arachis hypogaea L.) peel is a residue considered of low commercial value and high polluting potential that needs new applications in order to mitigate these problems. Thus, in this study the feasibility of extracting cellulose nanocrystals was investigated. Two chemical routes were followed for this extraction. In the first, the fibers were bleached before acid hydrolysis whereas mercerization was used in the second. The second route was more efficient, as it enabled the elimination of proteins and phenolic compounds, which could be confirmed through solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) that revealed no signs of lignin residues. The cellulose nanocrystals composed of mainly type I cellulose presented a high degree of crystallinity index, 75 %, a thermal stability up to 200 °C, considerable stability in suspension (zeta potential of -48.1 ± 2.1 mV), and an aspect ratio of 125. They represent options that could add value to this residue, which would ease environmental problems.

Characterization of glutamine synthetase from the ammonium-excreting strain HM053 of Azospirillum brasilense

Abstract Glutamine synthetase (GS), encoded by glnA, catalyzes the conversion of L-glutamate and ammonium to L-glutamine. This ATP hydrolysis driven process is the main nitrogen assimilation pathway in the nitrogen-fixing bacterium Azospirillum brasilense. The A. brasilense strain HM053 has poor GS activity and leaks ammonium into the medium under nitrogen fixing conditions. In this work, the glnA genes of the wild type and HM053 strains were cloned into pET28a, sequenced and overexpressed in E. coli. The GS enzyme was purified by affinity chromatography and characterized. The GS of HM053 strain carries a P347L substitution, which results in low enzyme activity and rendered the enzyme insensitive to adenylylation by the adenilyltransferase GlnE.

Resumo A glutamina sintetase (GS), codificada por glnA, catalisa a conversão de L-glutamato e amônio em L-glutamina. Este processo dependente da hidrólise de ATP é a principal via de assimilação de nitrogênio na bactéria fixadora de nitrogênio Azospirillum brasilense. A estirpe HM053 de A. brasilense possui baixa atividade GS e excreta amônio no meio sob condições de fixação de nitrogênio. Neste trabalho, os genes glnA das estirpes do tipo selvagem e HM053 foram clonados em pET28a, sequenciados e superexpressos em E. coli. A enzima GS foi purificada por cromatografia de afinidade e caracterizada. A GS da estirpe HM053 possui uma substituição P347L que resulta em baixa atividade enzimática e torna a enzima insensível à adenililação pela adenililtransferase GlnE.

The fermentation efficiency exhibited by Saccharomyces cerevisiae on Sugarcane bagasse hydrolysate, by analyzing the effects of pre-treatment and detoxification / A eficiência da fermentação exibida por Saccharomyces cerevisiae no hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar, analisando os efeitos do pré-tratamento e destoxicação

In this study, the possibility of increasing fermentation efficiency of Saccharomyces cerevisiae on sugarcane bagasse (a type of lignocellulosic waste) was analyzed. Sugarcane bagasse was subjected to hydrothermal and acidic pre-treatment. Next, the enzymatic hydrolysis of raw biomass and each pre treated biomass was performed using CellicCtec® enzymatic complex to obtain sugarcane hydrolysate, hydrothermal hydrolysate and acidic hydrolysate. Next, these were fermented by S. cerevisiae to check if the by-products of enzymatic hydrolysis, furfural and acetic acid had an inhibitory effect on fermentation efficiency. Next, each pre-treated biomass was subjected to detoxification involving activated charcoal. Each detoxified biomass was tested for fermentation efficiency. The lignocellulosic composition for sugarcane hydrolysate, hydrothermal hydrolysate and acidic hydrolysate, varied significantly, and were found to be, for cellulose 36.7%, 27.7% and 63.7% respectively; for hemicellulose 22.2%, 4.4% and 12% respectively; and for lignin 21.2%, 27.7% and 28.7% respectively. The presence of furfural and acetic acid had a strong influence on the fermentation efficiency of S. cerevisiae, and affected the consumption of sugars in each biomass by more than 90%. Further, we found that the detoxification process increased fermentation efficiency by 12.7% for the hydrothermal hydrolysate while for the acidic hydrolysate no significant difference was observed. This study showed that fermentation with greater efficiency is viable through the combined use of hydrothermal pre-treatment and detoxification. This combination of methods also causes less pollution as compared with the method involving acid pre-treatment due to the reduced number of effluents produced.(AU)

Nesse trabalho avaliou-se a possibilidade de se aumentar a eficiência de fermentação de um hidrolisado de bagaço de cana submetido aos pré-tratamentos hidrotérmico (195 ºC, usando 200 rpm por 10 min) e ácido (0,5% (v/v) de ácido sulfúrico a 121ºC por 15 min) (carga de sólidos de 10% m/v). A hidrólise enzimática do material pré-tratado foi realizada utilizado o complexo enzimático CellicCtec® (60 FPU/gbiomassa seca, tampão citrato a 50 mM e pH 4,8) a 50ºC usando 150 rpm por 72h. Antes do processo de detoxificação, realizou-se um teste com a espécie de Saccharomyces cerevisiae para verificar se os compostos furfural (1 e 4g.L-1) e ácido acético (1 e 5% v/v) exerciam significativa inibição na espécie testada. O processo de detoxificação avaliou a concentração de carvão ativado (1, 3 e 5% m/v) e o tempo do processo (30, 45 e 60 min) a 30 ºC, 150 rpm por 24 h. A composição lignocelulosica da biomassa in natura e pré-tratada (hidrotérmico e ácido) foi para celulose (36,7, 27,7 e 63,7%), hemicelulose (22,2, 4,4 e 12%) e lignina (21,2, 27,7 e 28,7%), respectivamente e com rendimento mássico em torno de 60%. A presença de furfural e ácido acético exibiu forte influência na espécie considerada, chegando a prejudicar em mais de 90% o consumo de açúcares no meio. O processo de destoxificação aumentou 13% a eficiência de fermentação para o hidrolisado obtido hidrotermicamente, enquanto que para o ácido não houve diferença significativa. Obtendo assim uma fermentação com maior eficiência, tecnicamente viável e menos poluente.(AU)

Escherichia coli expression and characterization of -amylase from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465

Abstract Alpha amylase, catalyzing the hydrolysis of starch is a ubiquitous enzyme with tremendous industrial applications. A 1698 bp gene coding for 565 amino acid amylase was PCR amplified from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, cloned in pET21a (+) plasmid, expressed in BL21 (DE3) strain of E. coli and characterized. The recombinant enzyme exhibited molecular weight of 63 kDa, optimum pH 8, optimum temperature 70°C, and KM value of 157.7µM. On pilot scale, the purified enzyme efficiently removed up to 95% starch from the cotton fabric indicating its desizing ability at high temperature. 3D model of enzyme built by Raptor-X and validated by Ramachandran plot appeared as a monomer having 31% -helices, 15% -sheets, and 52% loops. Docking studies have shown the best binding affinity of enzyme with amylopectin (G -10.59). According to our results, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276, and Arg175 constitute the potential active site of enzyme.

Resumo A alfa-amilase, que catalisa a hidrólise do amido, é uma enzima ubíqua com imensas aplicações industriais. Um gene de 1698 pb que codifica a amilase de 565 aminoácidos foi amplificado por PCR, a partir de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, clonado no plasmídeo pET21a (+), expresso na cepa BL21 (DE3) de E. coli e caracterizado. A enzima recombinante exibiu peso molecular de 63 kDa, pH ótimo igual a 8, temperatura ótima de 70° C e valor KM de 157,7 µM. Em escala piloto, a enzima purificada removeu com eficiência até 95% de amido do tecido de algodão, indicando sua capacidade de desengomagem em alta temperatura. O modelo 3D da enzima construída por Raptor-X e validada por Ramachandran plot apareceu como um monômero com 31% de hélices alfa, 15% de folhas beta e 52% de loops. Os estudos de docking mostraram melhor afinidade de ligação da enzima com amilopectina (G: - 10,59). De acordo com nossos resultados, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276 e Arg175 constituem o sítio ativo potencial da enzima.

Determination of lipids and fatty acids in infant formula: comparison of the conventional x direct method / Lipídios e ácidos graxos em fórmula infantil: comparação de metodologias de extração convencional x direta

Lipids in food are conventionally analyzed in two stages: extraction with organic solvent and fat esterification reaction, in this case, the type of fat of each food influences the choice of extraction and esterification reagents. In the direct method, such procedures are performed in one step. This work compared the conventional extraction method and quantification of lipids and fatty acids, with a direct method in infant formula. A reference sample of infant formula conteining certified lipids and fatty acids values from the National Institute of Standards and Technology was used. The conventional method for lipid analysis used the acid hydrolysis method; for the determination of fatty acids, the fats were extracted with a mixture of ethyl ether and petroleum ether. The direct method consisted of direct trans esterification with sodium methoxide. In the analysis of fatty acids, the majority of the results showed statistically equal values (α < 0.05) for both methods. The direct method proved suitable, mainly because of reduction in analytical time and quantity of solvents (AU).

Os lipídios em alimentos são analisados, de forma convencional, em duas etapas: extração com solvente orgânico e reação de esterificação da gordura, neste caso o tipo de gordura de cada alimento influencia na escolha dos reagentes da extração e esterificação. No método direto, estes procedimentos são realizados em uma etapa única. Este trabalho comparou a metodologia convencional de extração e quantificação de lipídios e ácidos graxos, com um método direto em fórmula infantil. Foi utilizada uma amostra de referência de fórmula infantil com valores certificados para lipídios e ácidos graxos da Nacional Institute of Standards and Technology. A metodologia convencional para a análise de lipídios empregou método com hidrólise ácida; para a determinação dos ácidos graxos, a gordura foi extraída com uma mistura de éter etílico e éter de petróleo. O método direto fundamentou-se na transesterificação direta com metóxido de sódio. Na análise dos ácidos graxos, a maioria dos resultados demonstrou valores estatisticamente iguais (α < 0,05) para os dois métodos. O método direto demonstrou ser apropriado, principalmente pela diminuição do tempo de análise e quantidade de solventes (AU).

Characterization of glutamine synthetase from the ammonium-excreting strain HM053 of Azospirillum brasilense / Caracterização da glutamina sintetase da estipe excretora de amônio HM053 de Azospirillum brasilense

Glutamine synthetase (GS), encoded by glnA, catalyzes the conversion of L-glutamate and ammonium to L-glutamine. This ATP hydrolysis driven process is the main nitrogen assimilation pathway in the nitrogen-fixing bacterium Azospirillum brasilense. The A. brasilense strain HM053 has poor GS activity and leaks ammonium into the medium under nitrogen fixing conditions. In this work, the glnA genes of the wild type and HM053 strains were cloned into pET28a, sequenced and overexpressed in E. coli. The GS enzyme was purified by affinity chromatography and characterized. The GS of HM053 strain carries a P347L substitution, which results in low enzyme activity and rendered the enzyme insensitive to adenylylation by the adenilyltransferase GlnE.

A glutamina sintetase (GS), codificada por glnA, catalisa a conversão de L-glutamato e amônio em L-glutamina. Este processo dependente da hidrólise de ATP é a principal via de assimilação de nitrogênio na bactéria fixadora de nitrogênio Azospirillum brasilense. A estirpe HM053 de A. brasilense possui baixa atividade GS e excreta amônio no meio sob condições de fixação de nitrogênio. Neste trabalho, os genes glnA das estirpes do tipo selvagem e HM053 foram clonados em pET28a, sequenciados e superexpressos em E. coli. A enzima GS foi purificada por cromatografia de afinidade e caracterizada. A GS da estirpe HM053 possui uma substituição P347L que resulta em baixa atividade enzimática e torna a enzima insensível à adenililação pela adenililtransferase GlnE.

Escherichia coli expression and characterization of alfa-amylase from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465 / Expressão e caracterização de Escherichia coli de alfa-amilase de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465

Alpha amylase, catalyzing the hydrolysis of starch is a ubiquitous enzyme with tremendous industrial applications. A 1698 bp gene coding for 565 amino acid amylase was PCR amplified from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, cloned in pET21a (+) plasmid, expressed in BL21 (DE3) strain of E. coli and characterized. The recombinant enzyme exhibited molecular weight of 63 kDa, optimum pH 8, optimum temperature 70°C, and KM value of 157.7µM. On pilot scale, the purified enzyme efficiently removed up to 95% starch from the cotton fabric indicating its desizing ability at high temperature. 3D model of enzyme built by Raptor-X and validated by Ramachandran plot appeared as a monomer having 31% α-helices, 15% β-sheets, and 52% loops. Docking studies have shown the best binding affinity of enzyme with amylopectin (∆G -10.59). According to our results, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276, and Arg175 constitute the potential active site of enzyme.

A alfa-amilase, que catalisa a hidrólise do amido, é uma enzima ubíqua com imensas aplicações industriais. Um gene de 1698 pb que codifica a amilase de 565 aminoácidos foi amplificado por PCR, a partir de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, clonado no plasmídeo pET21a (+), expresso na cepa BL21 (DE3) de E. coli e caracterizado. A enzima recombinante exibiu peso molecular de 63 kDa, pH ótimo igual a 8, temperatura ótima de 70° C e valor KM de 157,7 µM. Em escala piloto, a enzima purificada removeu com eficiência até 95% de amido do tecido de algodão, indicando sua capacidade de desengomagem em alta temperatura. O modelo 3D da enzima construída por Raptor-X e validada por Ramachandran plot apareceu como um monômero com 31% de hélices alfa, 15% de folhas beta e 52% de loops. Os estudos de docking mostraram melhor afinidade de ligação da enzima com amilopectina (∆G: - 10,59). De acordo com nossos resultados, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276 e Arg175 constituem o sítio ativo potencial da enzima.

Mobilization of seed storage proteins is crucial to high vigor in common bean seeds / Mobilização das proteínas de reserva é crucial para o alto vigor em sementes de feijão

Seed germination is a complex process controlled by many factors, in which physical and biochemical mechanisms are involved and the mobilization of reserves is crucial for this process to occur. Although, seed reserve mobilization is usually thought to be a post-germination process, seed reserve proteins mobilization occurs during germination. This study quantified seed proteins of bean genotypes during different hydration times, in order to understand the process of protein mobilization and whether there is relationship of this biochemical component with seed vigor. This study was conducted using seeds with different levels of vigor, genotypes with highest (13, 42, 55 and 81) and lowest (07, 23, 44, 50, IPR-88-Uirapurú and Iapar 81) physiological quality. High vigor genotypes showed greater efficiency in hydrolysis and mobilization of protein component, because they presented low globulins content in cotyledons at radicle protrusion in relation to low vigor genotypes (07, 23 and 50). The protein alpha-amylase inhibitor, observed in all genotypes, is involved with the longer time needed for radicle protrusion, according to the band intensity difference in genotypes 07, 44 and Iapar 81.

A germinação de sementes é um processo complexo controlado por muitos fatores, nos quais mecanismos físicos e bioquímicos estão envolvidos e a mobilização de reservas é decisiva para que esse processo ocorra. Embora a mobilização de reservas de sementes seja considerada um processo pós-germinativo, a mobilização das proteínas de reserva de sementes ocorre durante a germinação. Este estudo teve como objetivo quantificar as proteínas de sementes de genótipos de feijão durante os diferentes tempos de hidratação, a fim de compreender o processo de mobilização proteica e se há relação desse componente bioquímico com o vigor das sementes. Este estudo foi realizado utilizando sementes com diferentes níveis de vigor, genótipos com maior (13, 42, 55 e 81) e menor (07, 23, 44, 50, IPR-88-Uirapurú e Iapar 81) qualidade fisiológica. Os genótipos de alto vigor apresentaram maior eficiência na hidrólise e mobilização do componente proteico, pois apresentaram baixo teor de globulinas nos cotilédones na protrusão radicular em relação aos genótipos de baixo vigor (07, 23 e 50). A proteína inibidora da alfa-amilase, observada em todos os genótipos, está envolvida com o maior tempo necessário para a protrusão da radícula, de acordo com a diferença de intensidade da banda nos genótipos 07, 44 e Iapar 81.

Characterization of glutamine synthetase from the ammonium-excreting strain HM053 of Azospirillum brasilense / Caracterização da glutamina sintetase da estipe excretora de amônio HM053 de Azospirillum brasilense

Glutamine synthetase (GS), encoded by glnA, catalyzes the conversion of L-glutamate and ammonium to L-glutamine. This ATP hydrolysis driven process is the main nitrogen assimilation pathway in the nitrogen-fixing bacterium Azospirillum brasilense. The A. brasilense strain HM053 has poor GS activity and leaks ammonium into the medium under nitrogen fixing conditions. In this work, the glnA genes of the wild type and HM053 strains were cloned into pET28a, sequenced and overexpressed in E. coli. The GS enzyme was purified by affinity chromatography and characterized. The GS of HM053 strain carries a P347L substitution, which results in low enzyme activity and rendered the enzyme insensitive to adenylylation by the adenilyltransferase GlnE.(AU)

A glutamina sintetase (GS), codificada por glnA, catalisa a conversão de L-glutamato e amônio em L-glutamina. Este processo dependente da hidrólise de ATP é a principal via de assimilação de nitrogênio na bactéria fixadora de nitrogênio Azospirillum brasilense. A estirpe HM053 de A. brasilense possui baixa atividade GS e excreta amônio no meio sob condições de fixação de nitrogênio. Neste trabalho, os genes glnA das estirpes do tipo selvagem e HM053 foram clonados em pET28a, sequenciados e superexpressos em E. coli. A enzima GS foi purificada por cromatografia de afinidade e caracterizada. A GS da estirpe HM053 possui uma substituição P347L que resulta em baixa atividade enzimática e torna a enzima insensível à adenililação pela adenililtransferase GlnE.(AU)

Escherichia coli expression and characterization of alfa-amylase from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465 / Expressão e caracterização de Escherichia coli de alfa-amilase de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465

Alpha amylase, catalyzing the hydrolysis of starch is a ubiquitous enzyme with tremendous industrial applications. A 1698 bp gene coding for 565 amino acid amylase was PCR amplified from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, cloned in pET21a (+) plasmid, expressed in BL21 (DE3) strain of E. coli and characterized. The recombinant enzyme exhibited molecular weight of 63 kDa, optimum pH 8, optimum temperature 70°C, and KM value of 157.7µM. On pilot scale, the purified enzyme efficiently removed up to 95% starch from the cotton fabric indicating its desizing ability at high temperature. 3D model of enzyme built by Raptor-X and validated by Ramachandran plot appeared as a monomer having 31% α-helices, 15% β-sheets, and 52% loops. Docking studies have shown the best binding affinity of enzyme with amylopectin (∆G -10.59). According to our results, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276, and Arg175 constitute the potential active site of enzyme.(AU)

A alfa-amilase, que catalisa a hidrólise do amido, é uma enzima ubíqua com imensas aplicações industriais. Um gene de 1698 pb que codifica a amilase de 565 aminoácidos foi amplificado por PCR, a partir de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, clonado no plasmídeo pET21a (+), expresso na cepa BL21 (DE3) de E. coli e caracterizado. A enzima recombinante exibiu peso molecular de 63 kDa, pH ótimo igual a 8, temperatura ótima de 70° C e valor KM de 157,7 µM. Em escala piloto, a enzima purificada removeu com eficiência até 95% de amido do tecido de algodão, indicando sua capacidade de desengomagem em alta temperatura. O modelo 3D da enzima construída por Raptor-X e validada por Ramachandran plot apareceu como um monômero com 31% de hélices alfa, 15% de folhas beta e 52% de loops. Os estudos de docking mostraram melhor afinidade de ligação da enzima com amilopectina (∆G: - 10,59). De acordo com nossos resultados, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276 e Arg175 constituem o sítio ativo potencial da enzima.(AU)