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Contém 1 CD-ROM com (resumo, abstract,tese definitiva+cv)

Dissertação de doutoramento, Bioengenharia, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, 2014

Bibliografia: pp. 11; 77-80; 108-110; 133-135; 158-160; 186-188; 212-213.

Resumo: O uso de biocombustíveis e moléculas produzidas por via biológica como alternativas renováveis aos compostos derivados do petróleo têm ganho importância. Este trabalho tem com o objectivo explorar a capacidade natural de leveduras do género Pseudozymapara a conversão de açúcares lenhocelulósicos em manosileritritolípidos (MEL), para a produção sustentável de um biosurfactante, com substratos de baixo custo e recuperação simples do produto final. É proposto o uso de MEL como um novo precursor biológico para produção sustentável de biocombustíveis para a aviação, tendo em conta o tamanho característico das cadeias lipídicas do MEL.
Esta tese demonstra a capacidade de Pseudozyma spp. Em converter pentoses (D-xilose e L-arabinose), misturas de D-xylose e D-glucose, celulose, palha de trigo pré-tratada e xilano em MEL. Enquanto a produção de MEL a partir de celulose foi obtida por combinação de enzimas comerciais com Pseudozyma spp. através de diferentes configurações de processo, a capacidade das leveduras produzirem as próprias enzimas xilanolíticas, permitiu a conversão direta de xilano em MEL. O sistema xilanolítico de Pseudozyma spp. foi caracterizado e foi explorada a produção de extractos xilanolíticos extracelulares a partir de materiais lenhocelulósicos. Foram desenvolvidos modelos matemáticos dinâmicos para descrever as vias metabólicas de conversão de açúcares lenhocelulósicos em MEL, por forma a disponibilizar ferramentas para melhorar bioprocessos e contribuir para futuras abordagens de engenharia metabólica e biologia sintética. Foi estabelecido o desenho experimental para estudos de 13C-NMR, permitindo a determinação da distribuição de fluxos, nomeadamente através da via das
pentoses fosfato. Finalmente, foi avaliada a utilização de MEL como precursor de biocombustível através da caracterização das propriedades físico-químicas dos produtos obtidos a partir de cadeias lipídicas de MEL lenhocelulósico a das suas misturas com combustíveis para aviação convencionais, em relação às especificações para combustíveis de aviação.

Abstract: Biofuels and bio-based chemicals have gained attention as renewable alternatives to liquid transportation fuels and chemicals derived from petroleum. This work aims to explore the natural ability of non-conventional yeast, Pseudozyma spp. to convert lignocellulose sugars into mannosylerythritol lipids (MEL), towards the sustainable production of a biosurfactant, at low substrate cost and straightforward product recovery. Moreover, MEL is explored, as a novel biological precursor for the sustainable production of jet biofuel, exploiting the characteristic size of their lipidic chains. This thesis demonstrates the capacity of Pseudozyma spp. in converting pentoses (D-xylose and L-arabinose), D-xylose/D-glucose mixtures, cellulose, pre-treated wheat straw and xylan into MEL. While different process configurations were successfully developed for MEL production from cellulosic substrates combining commercial enzyme cocktails and Pseudozyma spp., the ability to produce own xylanolytic enzymes allowed the direct conversion of xylan into MEL. The xylanolytic system of Pseudozyma spp. was characterized and the production of extracellular xylanolytic crude extract from lignocellulosic materials explored. Dynamic mathematical models describing the metabolic pathways for the conversion of lignocellulosic sugars into MEL were developed, as tools for improving bioprocesses and for future metabolic engineering and synthetic biology approaches. The experimental design for 13C-NMR studies was established, allowing the determination of flux distribution at branch points, namely through the Pentose Phosphate Pathway. Finally, the utilization of MEL as a biofuel precursor was assessed through the characterization of physicochemical properties of products obtained from the lipidic chains of lignocellulosic MEL, and in their blend with conventional jet fuel, against specifications for jet fuels.

Referências bibliográficas: Faria, Nuno Ricardo Torres.Yeast mannosylerythritol lipids from lignocellulose: a novel strategy for the production of jet biofuel.Lisboa:Universidade de Lisboa,Instituto Superior Técnico.2014.Tese de doutoramento.

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