This study used commercial enzymes to isolate cellulose nanofibrils (CN) and produce sugars from chemically pretreated soybean straw (SS) (stem, leaves, and pods) by alkali (NaOH 5 or 17.5% v/v at 90°C for 1 h or at 30°C for 15 h) and bleaching (NaClO23.3% or H2O24%) pretreatments. Depending on the pretreatment applied to the soybean straw, the yield of CN varied from 6.3 to 7.5 g of CN/100 g of SS regardless of the concentration of the alkaline solution (5 or 17.5%). The CN had diameter of 15 nm, measured over 300 nm in length, and had high electrical stability (zeta potentials ranged from −20.8 to −24.5). Given the XRD patterns, the crystallinity index (CrI) of CN ranged from 45 to 68%, depending on the chemical pretreatment the starting material was submitted to. CN obtained from SS treated with NaOH 17.5% and H2O2(CrI = 45%) displayed better thermal stability probably because a lignin-cellulose complex emerged. The soluble fraction obtained in the first step of CN production contained a large amount of reducing sugars (11.2 to 30.4 g/100 g of SS). SS seems to be a new promising industrial source to produce CN via enzymatic-mechanical treatment, leading to large amounts of reducing sugars for use in bioenergy production.
Enzyme reaction products and by-products from pretreatment steps can inhibit endoglucanases and are major factors limiting the efficiency of enzymatic lignocellulosic biomass hydrolysis. The gene encoding the endoglucanase from Scytalidium thermophilum (egst) was cloned and expressed as a soluble protein in Pichia pastoris GS115. The recombinant enzyme (Egst) was monomeric (66 kDa) and showed an estimated carbohydrate content of 53.3% (w/w). The optimum temperature and pH of catalysis were 60-70 °C and pH of 5.5, respectively. The enzyme was highly stable at pH 3.0-8.0 with a half-life in water of 100 min at 65 °C. The Egst presented good halotolerance, retaining 84.1 and 71.4% of the control activity in the presence of 0.5 and 2.0 mol L NaCl, respectively. Hydrolysis of medium viscosity carboxymethylcellulose (CMC) by Egst was stimulated 1.77-, 1.84-, 1.64-, and 1.8-fold by dithiothreitol, β-mercaptoethanol, cysteine, and manganese at 10, 10, 10, and 5 mmol L concentration, respectively. The enzyme hydrolyzed CMC with maximal velocity and an apparent affinity constant of 432.10 ± 16.76 and 10.5 ± 2.53 mg mL, respectively. Furthermore, the Egst was tolerant to reaction products and able to act on pretreated fractions sugarcane bagasse demonstrating excellent properties for application in the hydrolysis of lignocellulosic biomass.
AGRADECIMENTOSPrimeiramente, agradeço aos meus pais, Milton e Cristiane, por toda dedicação, amor e compreensão durante toda minha vida, e por nunca medirem esforços para me incentivar a ser uma pessoa melhor.Ao meu orientador, Prof. Dr. Júlio César Borges, pela orientação, dedicação ao trabalho, disposição e paciência para tirar dúvidas e me ajudar quantas vezes fossem necessárias. Muito obrigada por acreditar em mim e pela oportunidade de fazer parte do seu grupo de pesquisa.Às minhas ex-orientadoras, Prof. Dra. Delia Rita Tapia Blácido e Prof. Dra. Rosa dos Prazeres Melo Furriel, pelos ensinamentos e incentivos para continuar engajada com pesquisa e ciência.Ao programa de pós-graduação do IQSC pela infraestrutura, corpo docente e funcionários, em especial às meninas da secretaria e da pós-graduação pela paciência e suporte. Ao Laboratório Nacional de Biociências (LNBio) e ao Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, do Centro Nacional de Pesquisas em Energia e Materiais por disponibilizarem a infraestrutura para o desenvolvimento de parte deste trabalho. Ao CNPq, pela bolsa de mestrado concedida (nº do processo 130530/2017-4) e pelo apoio financeiro das agências de fomento FAPESP e CAPES. Aos amigos do Laboratório de Bioquímica e Biofísica de Proteínas, sou grata por todo acolhimento, ajuda, risadas e cafés compartilhados. Obrigada pela amizade Amanda, Ana Beatriz (minha fiel companheira de lab), Arthur, Carlos, João, Laudimir, Leonardo, Louis, Marcella, Nicole e Silvinha. Agradeço em especial à Dra. Karine Minari, pela orientação, ensinamentos, conversas e toda paciência desde minha entrada no grupo, foi muito bom trabalhar com você. Obrigada Noeli e Serginho pela amizade e convivência, vocês são pessoas incríveis, e não poderia me esquecer do anjo que apareceu na minha vida, Vanessa Kiraly, muito obrigada pela amizade, pela preocupação e pró-atividade para ajudar, o mundo precisa de mais pessoas como você. Ao Dr. Paulo Roberto, não somente pela realização dos experimentos de SAXS, mas também pelos ensinamentos e por deixar qualquer ocasião mais alegre e descontraída. Ao Dr. Thiago Seraphim, pelo tratamento dos dados de SAXS e pela disponibilidade e envolvimento no meu projeto de pesquisa. Ao Prof. Dr. Marcel Tabak por ceder equipamentos e espaço do seu laboratório para realização de experimentos, agradeço também as meninas Ana Elisa e Fernanda. Às minhas primas Gabi, Duda, Tainá e Paulinha, e às minhas amigas de longa data Laís, Larissa, Maraiane, Rayssa e Soraya que se fizeram sempre presentes e que acreditaram em mim, muitas vezes mais que eu mesma. E também as minhas novas amigas de São Carlos, Bianca e Daiane, obrigada pelas "gordices" balanceadas com os treinos, pelas conversas e principalmente por tornarem meus dias mais agradáveis e divertidos. Ao querido Rafael, pelo amor, cuidado e por sempre me incentivar a percorrer meus sonhos, você me ensinou que o caminho não é fácil, pois a vida pede iniciativa, e exige muito trabalho e dedicação para alcançar o sucesso. Obrigada por fazer parte da minha históri...
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