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http://hdl.handle.net/11422/29693
| Type: | Dissertação |
| Title: | Aspectos do metabolismo de manose em Saccharomyces cerevisiae e produção de etanol a partir da semente de açaí |
| Author(s)/Inventor(s): | Brand, Mayla Ramos Duarte |
| Advisor: | Silva, Ayla Sant’Ana da |
| Co-advisor: | Eleuthério, Elis Cristina Araújo |
| Abstract: | A semente de açaí corresponde a 85% da massa do fruto, resultando na geração de 1,6 milhão de toneladas de resíduos anualmente, em grande parte são descartados inadequadamente, causando problemas ambientais e sanitários. Considerando que, aproximadamente, 50% da semente é manana, uma alternativa é a conversão a manose e posterior fermentação a etanol. Assim, este trabalho objetivou compreender aspectos metabólicos envolvidos na fermentação da manose e avaliar parâmetros da produção de etanol a partir do hidrolisado da semente de açaí. Os aspectos metabólicos foram avaliados em quatro linhagens laboratoriais de Saccharomyces cerevisiae com interrupções nos genes que codificam as enzimas Hxk1, Hxk2 e Glk1, responsáveis pela conversão de manose em manose-6-fosfato, de modo que apenas uma fosse expressa Uma das linhagens não expressava nenhuma dessas enzimas, denominando-se tripla deletada. Inicialmente, avaliou-se a capacidade destas linhagens de metabolizar manose em meio sólido. Todas cresceram em manose, exceto a tripla deletada. Posteriormente, em um ensaio em meio líquido com 2% de açúcares, verificou-se que a presença de ao menos uma enzima foi suficiente para consumo de manose e produção de etanol, enquanto a tripla deletada não metabolizou manose nem produziu etanol. Hxk1 e Hxk2 apresentaram maior relevância para a repressão catabólica, com eficiências de produção de etanol de 96,81% e 99,07% (6 h), respectivamente, enquanto para Glk1 foi de 26,54%. Em paralelo, foram avaliadas 13 linhagens cervejeiras e duas de produção industrial de etanol combustível (CAT-1 e Ethanol Red) visando selecionar cepas com maior potencial fermentativo. Ensaios qualitativos em meio sólido indicaram crescimento semelhante em manose e glicose. Em seguida, um ensaio em meio líquido, com 5% de açúcares e 1 g/L de inóculo, permitiu selecionar CAT-1, ART06 e ART48. Considerando a importância da repressão catabólica, avaliou-se o efeito repressor da manose nestas linhagens. Após 4 h, a manose demonstrou efeito repressor semelhante ao da glicose em todas as linhagens. Para estudar a produção de etanol, avaliou-se concentração de açúcar e inóculo. Fermentações com 50 g/L de açúcares, na proporção do hidrolisado da semente de açaí (91% manose, 9% glicose) e 10 g/L de inóculo resultaram em consumo de açúcar de 91,06% (CAT-1), 93,87% (ART06) e 87,49% (ART48). As eficiências de produção de etanol foram 84,01%, 92,68% e 96,10%, respectivamente. Para avaliar resistência a altas concentrações, fermentações com 100 g/L de açúcares e 10 g/L de inóculo reduziram as eficiências para 72,11% (CAT-1), 76,75% (ART06) e 72,98% (ART48). Por fim, realizou-se a fermentação do hidrolisado enzimático da semente de açaí, suplementado com nutrientes, com 100 g/L de açúcares e 10 g/L de inóculo. As eficiências foram de 84,89% (CAT-1), 81,32% (ART06) e 90,83% (ART48). Este trabalho demonstrou que CAT-1, ART06 e ART48 apresentam potencial para fermentação de manose proveniente da semente de açaí, com eficiências superiores a 85%. A presença de ao menos uma das enzimas Hxk1, Hxk2 ou Glk1 é suficiente para metabolizar manose, sendo Hxk1 e Hxk2 fundamentais para a repressão catabólica. Os resultados evidenciam a viabilidade técnica do aproveitamento desse resíduo agroindustrial na produção de etanol de segunda geração. |
| Abstract: | The açaí seed represents about 85% of the fruit’s total mass, generating approximately 1.6 million tons of waste annually, most of which is improperly discarded, causing environmental and sanitary problems. Since around 50% of the seed is composed of mannan, an alternative use is its conversion into mannose followed by fermentation to ethanol. This study aimed to understand the metabolic aspects involved in mannose fermentation and to evaluate ethanol production parameters using hydrolysate from açaí seeds. Metabolic aspects were analyzed in four Saccharomyces cerevisiae laboratory strains with deletions in the genes encoding the enzymes Hxk1, Hxk2, and Glk1, responsible for converting mannose into mannose-6-phosphate, allowing only one enzyme to be expressed per strain. One strain, lacking all three enzymes, was referred to as the triple-deletion strain. All strains grew on mannose in solid medium except for the triple-deletion strain. In liquid medium with 2% sugars, the presence of at least one enzyme was sufficient for mannose consumption and ethanol production, whereas the triple-deletion strain showed no mannose metabolism or ethanol formation. Hxk1 and Hxk2 were more relevant for catabolite repression, showing ethanol production efficiencies of 96.81% and 99.07% (after 6 h), while Glk1 reached 26.54%. Additionally, 13 brewing strains and two industrial fuel-ethanol-producing strains (CAT-1 and Ethanol Red) were evaluated to identify those with higher fermentative potential. Qualitative assays in solid medium showed similar growth in mannose and glucose, and a liquid medium assay with 5% sugars and 1 g/L inoculum led to the selection of CAT-1, ART06, and ART48. Considering the importance of catabolite repression, the repressive effect of mannose was assessed, showing that after 4 h, mannose had a similar effect to glucose in all strains. To study ethanol production, sugar and inoculum concentrations were evaluated. Fermentations with 50 g/L sugars (91% mannose, 9% glucose) and 10 g/L inoculum resulted in sugar consumption of 91.06% (CAT-1), 93.87% (ART06), and 87.49% (ART48), with ethanol production efficiencies of 84.01%, 92.68%, and 96.10%, respectively. Fermentations with 100 g/L sugars reduced efficiencies to 72.11% (CAT-1), 76.75% (ART06), and 72.98% (ART48). Finally, the enzymatic hydrolysate of açaí seed supplemented with nutrients (100 g/L sugars and 10 g/L inoculum) resulted in efficiencies of 84.89% (CAT-1), 81.32% (ART06), and 90.83% (ART48). The study demonstrated that CAT-1, ART06, and ART48 have strong potential for mannose fermentation from açaí seeds, with efficiencies above 85%. The presence of at least one of the enzymes Hxk1, Hxk2, or Glk1 is sufficient for mannose metabolism, with Hxk1 and Hxk2 being crucial for catabolite repression, confirming the technical feasibility of using this agro-industrial residue for second-generation ethanol production. |
| Keywords: | Bioetanol Saccharomyces cerevisiae Manose Semente de açaí Repressão catabólica Bioethanol Mannose Açaí seed Catabolite repression |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Bioquímica |
| Production unit: | Instituto de Química |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 24-Oct-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | BRAND, Mayla Ramos Duarte. Aspectos do metabolismo de manose em Saccharomyces cerevisiae e produção de etanol a partir da semente de açaí. 2025. 129 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Appears in Collections: | Bioquímica |
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