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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2019.tde-05082021-162758
Document
Author
Full name
Verônica Távilla Ferreira Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2019
Supervisor
Committee
Milagres, Adriane Maria Ferreira (President)
Santos, Júlio César dos
Brienzo, Michel
Goldbeck, Rosana
Title in Portuguese
Utilização do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com sulfito alcalino para obtenção de xilo-oligossacarídeos por via enzimática
Keywords in Portuguese
Antioxidante
Carvão Ativado
Luminase
Xilana
Xilanase
Abstract in Portuguese
A obtenção de xilo-oligossacarídeos (XOS) a partir da fração hemicelulósica do bagaço de cana-de-açúcar vem ganhando notoriedade nos últimos anos devido as propriedades funcionais, ação antioxidante e comprovado efeito prebiótico destes açúcares. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi obter XOS por reação enzimática da xilanase comercial (Luminase PB-200) com o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com sulfito alcalino. Também foi objetivo deste estudo purificar, caracterizar estruturalmente e determinar as atividades antioxidantes dos XOS obtidos. Inicialmente, foi determinada a termoestabilidade da xilanase, que mostrou alta estabilidade térmica em 70 °C, mantendo mais de 80% de sua atividade no pH 6, durante 6 horas. Os ensaios de extração de xilana de bagaço pré-tratado (5% m/v) com 5U de xilanase/g foram avaliados nas temperaturas (50, 60 e 70 ° C), pH (6 e 8) e tempos (3, 6 e 24 h). No teste realizado a 70 ° C, pH 6 e 24 h, o rendimento de xilana foi de 28,8%. Nessas condições, foi avaliado o efeito do aumento da carga de sólidos de 5 a 15% (m/v) e da carga enzimática de 5 a 45 U/g. O aumento na carga de sólidos não melhorou a extração de xilana, observando-se uma redução de 27,5% no rendimento, empregando 5 U/g. Na maior carga enzimática (45 U/g), obteve-se 14,9% e 38,3% a mais de xilana em 5 e 15% (m/v) de sólidos, respectivamente. A adição de feruloil esterase (FEA) ou arabinofuranosidase (Araf) com a xilanase, aumentou o rendimento da extração de xilana, enquanto a adição conjunta das três enzimas aumentou a extração de xilana, mas em menor grau do que se adicionadas separadamente. Foi realizada a extração em escala preparativa de xilana do bagaço pré-tratado, com 5U/g e 5% de sólidos, e o hidrolisado enzimático obtido foi utilizado para separar as frações de xilana por diferentes métodos. As xilanas extraídas foram precipitadas com etanol (30, 60 e 90% v/v), gerando frações com massas molares (Mm) superiores a 1800 g/mol. Utilizando a filtração em gel, foi possível separar três frações com massas molares medias de 1727, 834, 511 g/mol. A separação de XOS também foi realizada por adsorção em carvão ativado seguida pela eluição com gradiente de etanol (10 a 70% v/v). As frações eluidas continham proporções diferentes de XOS entre dois e seis monômeros, sendo observado XOS de maior massas molares em concentração maior de etanol. Testes foram realizados para avaliação da atividade antioxidante dos XOS pelos métodos de captura de radicais livres ABTS•+, DPPH• e Fosfo-molibdênio. As frações com maior conteúdo fenólico e grau de polimerização apresentaram maior atividade antioxidante, para todos os métodos.
Title in English
Utilization of alkaline pretreated sugarcane bagasse for xylo-oligosaccharides production assisted by enzymes
Keywords in English
Activated Charcoal
Antioxidant
Luminase
Xylan
Xylanase
Abstract in English
The production of xylo-oligosaccharides (XOS) from hemicellulosic fraction of sugarcane bagasse has gained notoriety in recent years due to the functional properties, antioxidant action and prebiotic effect of these sugars. In this context, the objective of this study was to obtain XOS by enzymatic reaction of commercial xylanase (Luminase PB-200) with alkaline sulfite pretreated sugarcane bagasse. It was also objective of this study to purify, characterize structurally and determine the antioxidant activities of the obtained XOS. Initially, the xylanase thermostability was evaluated, showing high stability at 70 °C, retaining more than 80% of overall enzyme activity at pH 6 for 6 hours. The xylan extraction assays of pretreated bagasse (5% w/v) with 5U xylanase/g were evaluated by varying temperature (50, 60 and 70 ° C), pH (6 and 8) and time (3, 6 and 24 h). In the test conducted at 70 ° C, pH 6 and 24 h, the xylan yield was 28.8%. Under these conditions, the effect of increasing solids loading from 5 to 15% (m/v) and enzyme loading from 5 to 45 U/g was evaluated. The increase in solids loading did not improve the xylan extraction, resulting in 27.5% decrease in the yield, when employing 5 U/g. At 45 U/g enzyme loading, 14.9% and 38.3% more xylan were extracted with 5 and 15% (w/v) solids, respectively. The addiction of feruloyl esterase (FEA) or arabinofuranosidase (Araf) with xylanase increased the xylan extraction yield. When mixtures of Araf and FEA were used with the xylanase, the xylan extraction yield increased but to a lesser extent than if combined individually. Scaled-up extraction of xylan of pretreated sugarcane bagasse, with 5U/g and 5% solids was carried out, and the enzymatic hydrolysate obtained was used to separate the xylan fractions by different methods. The extracted xylans were precipitated with ethanol (30, 60 and 90% v/v), generating fractions with average weight molar mass (Mw) higher than 1800 g/mol. Using gel filtration, it was possible to separate fragments from supernatant into three fractions with Mw of 1727, 834, 511 g/mol. XOS separation was also performed by activated charcoal adsorption followed by ethanol gradient elution (10 to 70% v/v). These fractions contained different proportions of XOS, from two to six monomers, where the XOS with higher molecular weight was observed at higher ethanol concentration. Tests were carried out for antioxidant evaluation of XOS by ABTS•+, DPPH• and Phospho-molybdenum free radical capture methods. The fractions with higher phenolic contents and degree of polymerization presented the highest antioxidant activity for all methods.
 
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Publishing Date
2021-08-05
 
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