High expression of human carboxypeptidase M in Pichia pastoris: Purification and partial characterization

Carboxypeptidase M (CPM) is an extracellular glycosylphosphatidyl-inositol-anchored membrane glycoprotein, which removes the C-terminal basic residues, lysine and arginine, from peptides and proteins at neutral pH. CPM plays an important role in the control of peptide hormones and growth factor activity on the cell surface. The present study was carried out to clone and express human CPM in the yeast Pichia pastoris in order to evaluate the importance of this enzyme in physiological and pathological processes. The cDNA for the enzyme was amplified from total placental RNA by RT-PCR and cloned in the vector pPIC9, which uses the methanol oxidase promoter and drives the expression of high levels of heterologous proteins in P. pastoris. The cpm gene, after cloning and transfection, was integrated into the yeast genome, which produced the active protein. The recombinant protein was secreted into the medium and the enzymatic activity was measured using the fluorescent substrate dansyl-Ala-Arg. The enzyme was purified by a two-step protocol including gel filtration and ion-exchange chromatography, resulting in a 1753-fold purified active protein (16474 RFU mg protein-1 min-1). This purification protocol permitted us to obtain 410 mg of the purified protein per liter of fermentation medium. SDS-PAGE showed that recombinant CPM migrated as a single band with a molecular mass similar to that of native placental enzyme (62 kDa), suggesting that the expression of a glycosylated protein had occurred. These results demonstrate for the first time the establishment of a method using P. pastoris to express human CPM necessary to the development of specific antibodies and antagonists, and the analysis of the involvement of this peptidase in different physiological and pathological processes

Naudanlanta biokaasulaitosraaka-aineena, käsittely ja logistiikka

Maatalouden lietelannasta saatavien ravinteiden talteenotto ja kierrätys ovat viime aikoina nousseet yhä tärkeämmäksi tavoitteeksi. Ravinteiden tehokas kierrätystapa saadaan ai-kaiseksi käsittelemällä lietelantaa. Lannan käsittelyketjuja on monenlaisia; tässä työssä naudan lannan käsittelyketju muodostuu separoinnista ja mädätyksestä. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää naudan lannan mekaanisen separoinnin ja logistiikan kannattavuus märkämädätys- ja kuivamädätyskäsittelyketjussa. Käsittelyketju-jen kannattavuus tai kannattamattomuus on esitetty eri skenaarioissa muodostettujen kus-tannuslaskentojen perusteella. Skenaarioiden kustannuslaskelmat ovat toisiinsa verratta-vissa, jolloin ne voidaan asettaa niin ikään paremmuusjärjestykseen. Viides skenaario ei ole suoraan verrattavissa muihin skenaarioihin, koska siinä lannankäsittelyketjua on tar-kasteltu eri näkökulmasta, keskittämällä suurimmalle maatilalle. Mekaanisista separaattoreista tarkasteltiin työssä ruuvipuristinta, dekantterilinkoa ja ul-koistettua separointipalvelua. Lannan logistiikkakustannuksissa huomioitiin lannan kulje-tusta traktori- ja säiliöautolla tai traktorilla. Separoinnin kustannus liitettiin osaksi logis-tiikkakustannusta. Työn tuloksien perusteella voidaan todeta dekantterilingon separointi-kustannuksen olevan taloudellisesti kannattamattomin johtuen pienestä lantakapasiteetista ja separaattorin korkeasta investointihinnasta. Ravinteiden osalta linko osoittautui tehok-kaimmaksi menetelmäksi erottamaan ravinteet eri jakeisiin. Lannan käsittely separointipalvelulla oli edullisin skenaario, jonka vuosittaiseksi kustan-nukseksi saatiin säiliö- ja kuorma-autolla lantaa kuljetettaessa 58 700 € ja traktorilla kul-jetettaessa 60 400 €. Kallein lannan käsittely oli dekantterilingolla, jonka vuosittaiseksi kustannukseksi saatiin lantaa säiliö- ja kuorma-autolla kuljetettaessa 121 000 € ja trakto-rilla kuljetettaessa 123 300 €. Lannan separointi maatilalla osoittautui kannattavammaksi kuin käsittelemättömän lietteen kuljetus biokaasulaitokselle.

Advanced biofuel production: Engineering metabolic pathways for butanol and propane biosynthesis.

Greenhouse gases emitted from energy production and transportation are dramatically changing the climate of Planet Earth. As a consequence, global warming is affecting the living conditions of numerous plant and animal species, including ours. Thus the development of sustainable and renewable liquid fuels is an essential global challenge in order to combat the climate change. In the past decades many technologies have been developed as alternatives to currently used petroleum fuels, such as bioethanol and biodiesel. However, even with gradually increasing production, the market penetration of these first generation biofuels is still relatively small compared to fossil fuels. Researchers have long ago realized that there is a need for advanced biofuels with improved physical and chemical properties compared to bioethanol and with biomass raw materials not competing with food production. Several target molecules have been identified as potential fuel candidates, such as alkanes, fatty acids, long carbon‐chain alcohols and isoprenoids. The current study focuses on the biosynthesis of butanol and propane as possible biofuels. The scope of this research was to investigate novel heterologous metabolic pathways and to identify bottlenecks for alcohol and alkane generation using Escherichia coli as a model host microorganism. The first theme of the work studied the pathways generating butyraldehyde, the common denominator for butanol and propane biosynthesis. Two ways of generating butyraldehyde were described, one via the bacterial fatty acid elongation machinery and the other via partial overexpression of the acetone‐butanol‐ethanol fermentation pathway found in Clostridium acetobutylicum. The second theme of the experimental work studied the reduction of butyraldehyde to butanol catalysed by various bacterial aldehyde‐reductase enzymes, whereas the final part of the work investigated the in vivo kinetics of the cyanobacterial aldehyde deformylating oxygenase (ADO) for the generation of hydrocarbons. The results showed that the novel butanol pathway, based on fatty acid biosynthesis consisting of an acyl‐ACP thioesterase and a carboxylic acid reductase, is tolerant to oxygen, thus being an efficient alternative to the previous Clostridial pathways. It was also shown that butanol can be produced from acetyl‐CoA using acetoacetyl CoA synthase (NphT7) or acetyl‐CoA acetyltransferase (AtoB) enzymes. The study also demonstrated, for the first time, that bacterial biosynthesis of propane is possible. The efficiency of the system is clearly limited by the poor kinetic properties of the ADO enzyme, and for proper function in vivo, the catalytic machinery requires a coupled electron relay system.

Karboksyylihappojen kromatografinen fraktiointi

Suurin osa alifaattisista karboksyylihapoista tuotetaan nykyään synteettisesti, mutta öljyn hinnan nousu ja ekologisempi ajattelutapa on aiheuttanut kiinnostusta tuottaa näitä karboksyyli- ja hydroksihappoja jatkossa fermentoimalla tai sellun valmistuksen sivuvirtana syntyvästä mustalipeästä. Nykyään mustalipeä poltetaan sellaisenaan soodakattiloissa keittokemikaalien regeneroimiseksi, energiaksi ja sähköksi. Jatkossa mustalipeästä voisi erottaa arvokkaat orgaaniset hapot ennen polttamista. Saadusta happoseoksesta tulisi erottaa yksittäiset alifaattiset karboksyylihapot toisistaan jatkojalostusta varten. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, millä kromatografisella erotusmenetelmällä fermentointituotteina ja teollisuuden sivuvirtoina syntyvistä karboksyylihapposeoksista saadaan yksittäiset alifaattiset karboksyylihapot erotettua toisistaan. Mittaukset suoritettiin kolonnilla, jossa hartsipedin halkaisija oli 1,5 cm ja korkeus 15 cm. Kolonnin erototusmateriaaleina kokeiltiin vahvoja ja heikkoja kationinvaihtohartseja, vahvaa anioninvaihtohartsia ja polymeerisiä adsorbentteja. Erotettavaksi happoseokseksi valittiin sitruuna-, viini-, glykoli-, maito- ja etikkahapon seos. Tehokkain erotus saatiin Puroliten valmistamalla Macronet 270:lla, joka on mikrohuokoinen polymeerinen adsorbentti. Macronet 270:lla saatiin erotettua erityisesti viini- ja glykolihappo sitruuna-, maito- ja etikkahaposta. Yksittäisiä happoja ei saatu kuitenkaan kunnolla erotettua. Parhaat koeolosuhteet erotustehokkuuden ja retentioaikojen kannalta saatiin vesieluentin virtausnopeudella 2 mL/min, syöttöpulssin tilavuudella 5 mL ja kolonnin lämpötilassa 75 °C.

Simultaneous allergen inactivation and detoxification of castor bean cake by treatment with calcium compounds

Ricinus communis L. is of great economic importance due to the oil extracted from its seeds. Castor oil has been used for pharmaceutical and industrial applications, as a lubricant or coating agent, as a component of plastic products, as a fungicide or in the synthesis of biodiesel fuels. After oil extraction, a castor cake with a large amount of protein is obtained. However, this by-product cannot be used as animal feed due to the presence of toxic (ricin) and allergenic (2S albumin) proteins. Here, we propose two processes for detoxification and allergen inactivation of the castor cake. In addition, we establish a biological test to detect ricin and validate these detoxification processes. In this test, Vero cells were treated with ricin, and cell death was assessed by cell counting and measurement of lactate dehydrogenase activity. The limit of detection of the Vero cell assay was 10 ng/mL using a concentration of 1.6 x 10(5) cells/well. Solid-state fermentation (SSF) and treatment with calcium compounds were used as cake detoxification processes. For SSF, Aspergillus niger was grown using a castor cake as a substrate, and this cake was analyzed after 24, 48, 72, and 96 h of SSF. Ricin was eliminated after 24 h of SSF treatment. The cake was treated with 4 or 8% Ca(OH)2 or CaO, and both the toxicity and the allergenic properties were entirely abolished. A by-product free of toxicity and allergens was obtained.

Estudo da composição química de flocos de cereais com ênfase nos teores de fenilalanina

Foi estudada a composição química e o teor de fenilalanina em 13 tipos de flocos de cereais produzidos no país e disponíveis no comércio de São Paulo. Todos os produtos contêm elevado teor de carboidratos totais, superior a 77%, fornecendo no mínimo 345 kcal/100g. Os seus teores protéicos (Nx5,7) são variáveis e se situam entre 3,8 e 7,3%. Os teores de fenilalanina variam entre 224 e 451 mg/100g de produto, sendo os valores mais baixos encontrados nos cereais com o menor teor protéico, que correspondem aos flocos de milho com maior concentração de açúcar. Através da análise de aminoácidos, foram encontrados em média 5,96g de fenilalanina/100g de aminoácidos recuperados. As diferenças em torno desta média não foram estatisticamente significativas e mostraram-se independentes do cereal que deu origem aos produtos. Houve correlação linear entre o teor de nitrogênio (micro-Kjeldahl) e a concentração de fenilalanina nas amostras (coef. correl. 0,9887) o que permite estimar o teor de fenilalanina unicamente a partir da análise de nitrogênio, adotando o teor de 5,96g de fenilalanina/100g aminoácidos. Os cálculos resultaram nos teores de fenilalanina dos 13 produtos, que não diferiram estatisticamente dos obtidos pela análise de aminoácidos.

Organic acid profile of commercial sour cassava starch

Organic acids are present in sour cassava starch ("polvilho azedo") and contribute with organoleptic and physical characteristics like aroma, flavor and the exclusive baking property, that differentiate this product from the native cassava starch. Samples of commercial sour cassava starch collected in South and Southeast Brazil were prepared for high performance liquid chromatography (HPLC) analysis. The HPLC equipment had a Biorad Aminex HPX-87H column for organic acid analysis and a refractometric detector. Analysis was carried out with 0.005M sulfuric acid as mobile phase, 0.6ml/min flow rate and column temperature of 60° C. The acids quantified were lactic (0.036 to 0.813 g/100g), acetic (0 to 0.068 g/100g), propionic (0 to 0.013 g/100g) and butyric (0 to 0.057 g/100g), that are produced during the natural fermentation of cassava starch. Results showed large variation among samples, even within the same region. Some samples exhibited high acid levels, mainly lactic acid, but in these neither propionic nor butyric acids were detected. Absence of butyric acid was not expected because this is an important component of the sour cassava starch aroma, and the lack of this acid may suggest that such samples were produced without the natural fermentation step.

Variação no conteúdo de beta-glucanas em cultivares brasileiros de aveia

Com o crescente interesse em alimentos funcionais e nutracêuticos, a aveia (Avena sativa L.) tem se destacado, devido ao seu teor de fibras alimentares e principalmente às beta-glucanas. As (1,3)(1,4)-beta-D-glucanas, fibras alimentares na maioria solúveis, atuam na redução do colesterol em indivíduos com hipercolesterolemia. Existem estudos para determinar as causas de variação do teor desta fibra em aveia, porém, pouco se sabe sobre a aveia cultivada no Brasil. O objetivo deste trabalho foi verificar se existem diferenças no conteúdo de beta-glucanas entre cultivares brasileiros e se há variação na porcentagem desta fibra devido ao ano de cultivo. Os cultivares IAC7, UFRGS14, UPF16 e UPF17 (3 amostras de cada), e ainda três amostras do cultivar IAC7 para cada ano de cultivo (97 e 98), foram analisados segundo os métodos da AACC (American Association of Cereal Chemists). Os teores médios (peso seco) de beta-glucanas foram 6,50% (IAC7), 4,30% (UFRGS14), 3,51% (UPF16) e 3,78% (UPF17), com erro padrão de ±0,084 e coeficiente de variação de 7,89 %. Observou-se efeito significativo dos cultivares (p=0,03) e grande variabilidade entre as amostras (p=0,0001). O cultivar IAC7 apresentou média de beta-glucanas de 5,11% em 97 e 6,50 % em 98 (erro padrão ±0,14; CV=10,53%) e observou-se efeito significativo do ano de cultivo.

Composição centesimal e teor de beta-glucanas em cereais e derivados

Foi utilizado o método enzimático recomendado pela AOAC para determinação de beta-glucanas em cereais e alimentos que os contém. O método, utiliza liquenase (EC 3.2.1.73) e beta-glucosidase (EC 3.2.1.21) para hidrólise debeta-glucanas, é rápido, fácil de executar e específico para beta-glucanas com ligações beta(1->3) e beta(1->4). As sementes analisadas foram subministradas pelo Instituto Agronômico de Campinas (IAC) e os alimentos adquiridos nos supermercados. Aveia e cevada são os grãos com maior conteúdo de beta-glucanas. Na aveia os teores determinados foram 6,48 e 5,94%. Nos 10 cultivares de cevada os teores de beta-glucanas oscilaram entre 2,04 e 9,68%. Trigo e triticale apresentaram teores de b-glucanas menores que 1%. Nos produtos comerciais o teor de beta-glucanas estava relacionado ao tipo de cereal da fórmula. O produto comercial de maior conteúdo de beta-glucanas é o farelo de aveia. As beta-glucanas são ingredientes funcionais em potencial e a conveniência ou não de estimular sua incorporação em alimentos deve ser mais estudada. Quanto à composição centesimal dos grãos de cereais, o teor de proteínas foi o que apresentou a maior variação e isso se reflete na composição dos produtos comerciais.

Fracionamento do grão de Amaranthus cruentus brasileiro por moagem e suas características composicionais

O grão de amaranto é geralmente consumido na sua forma integral. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da moagem do grão de amaranto (Amaranthus cruentus) brasileiro na composição química, nutricional, a estabilidade à oxidação e cor da farinha. Os grãos foram pré-condicionados para umidades entre 9,2 e 13,7% e fracionados em moinho para cereais. O aumento da umidade de 9,2 para 13,7% resultou na diminuição progressiva do rendimento da farinha, de 39 para 14%. A farinha refinada (quebra + redução), com 9,2% de umidade, mostrou teores de proteína total de 13,9%, contra 16,2% da farinha integral. O teor de lipídeos totais no amaranto integral (9,2% de umidade) variou de 6,78, para 6,11% na farinha refinada e o teor de fibra nos farelos diminuiu de 3,6 para 3,1%, ao passo que a cor da farinha se tornou mais atraente. Conclui-se que o fracionamento da farinha do grão de amaranto, apesar de produzir uma farinha com melhor aparência e alto teor protéico, apresenta rendimento baixo e não mostra diminuição substancial no teor de óleo da farinha refinada como para garantir uma maior estabilidade à autooxidação.

Análise das propriedades mecânicas de cereais matinais com diferentes fontes de amido durante o processo de absorção de leite

Cereais matinais são produtos extrusados, tradicionalmente consumidos com leite e o principal componente é o amido. A característica de crocância destes produtos está associada a frescor e qualidade do produto e a sua perda é uma das causas de rejeição de consumo. Mudanças indesejáveis na textura podem ocorrer quando os cereais são expostos a determinadas condições ambientais ou quando imersos em meio líquido. A estrutura física dos cereais tem uma grande influência na difusão do líquido, pois sua alta porosidade e higroscopicidade implicam em aumento da difusividade da umidade e conseqüente aumento da atividade de água, ganhando umidade rapidamente e perdendo sua textura quebradiça desejável, tornando-se amolecido. Neste trabalho, o comportamento de três cereais matinais comerciais foi analisado e os coeficientes de difusão foram determinados, além do estudo da alteração da textura destes produtos, através das propriedades mecânicas, em relação ao tempo de imersão em leite. A variação dos valores de atividade de água em equilíbrio com as amostras em relação ao tempo de imersão foram avaliadas com o intuito de quantificar o tempo crítico e a atividade de água correspondente em que os cereais matinais comerciais perdem a crocância.

Reconocimiento de alimentos vegetales: caracterización micro-gráfica del grano de avena

Se estudia la estructura micrográfica del grano de seis variedades de avena con la finalidad de su caracterización, para desarrollar parámetros de identificación en alimentos elaborados con la misma y, consecuentemente, determinar su autenticidad, contribuyendo a optimizar la producción, la comercialización y el consumo del cereal y sus derivados. El diseño experimental consistió en el estudio micrográfico de los granos vestidos y desnudos efectuando un análisis morfológico mediante observación con lupa binocular y fotografía, ultraestructural utilizando microscopio electrónico de barrido, micrográfico y micrométrico, empleando el sistema de video microscopia digitalizado y software adecuado. Dada su variabilidad natural, los estudios se efectuaron durante tres temporadas consecutivas sobre muestras cosechadas de variedades procedentes de cultivos de semillas certificadas, y sobre alimentos procesados (avena arrollada y salvado de avena comerciales). Los resultados consistieron en diseños micrográficos, y en valores micrométricos de gránulos de almidón relacionados, además, en modelos matemáticos. En todos los casos se validó estadísticamente. Como parámetros micrográficos de caracterización se seleccionaron las estructuras diferenciales, que revelaron una presencia constante en el vegetal y resistieron los tratamientos tecnológicos, y las características y dimensiones del almidón.

Extração química e enzimática das proteínas do fubá de milho

Diferentes métodos químicos e um enzimático foram testados para extração das proteínas do fubá de milho. A avaliação do rendimento da extração protéica foi feita pela determinação do teor de proteína e de sólidos totais dos resíduos obtidos. Para a extração química das proteínas, uma solução alcalina, isoladamente ou em associação com etanol, foi empregada como solvente. O método alcalino-alcoólico seqüencial foi o mais eficiente, dentre os métodos químicos testados, tendo alcançado 88,2% de rendimento. Por outro lado, o método alcalino (75,5% de rendimento) apresenta a vantagem de não empregar etanol, reduzindo os custos do processo, pois se evita a etapa de remoção desse solvente. Para a extração enzimática, foi utilizada uma protease de Bacillus liccheniformis. As variáveis, tempo e temperatura, empregadas no método enzimático influenciaram no rendimento da extração protéica do fubá de milho. Os melhores resultados foram obtidos em 5, 15 e 24 h a 55 °C, que não apresentaram diferença significativa, sendo que a condição mais vantajosa do ponto de vista econômico foi a de 5 h a 55 °C com um rendimento de 83,8%.

Avaliação sensorial de cereais matinais de castanha-do-brasil com mandioca extrusados

Este trabalho objetivou estudar a aceitabilidade de cereais matinais de torta de amêndoa de castanha-do-brasil com mandioca extrusados nos sabores doce, salgado e natural, referentes aos atributos: aceitação global, sabor, crocância e intenção de compra por 06 meses de armazenagem à temperatura ambiente de Campinas-SP. As amostras foram servidas a um painel constituído por 40 consumidores, de forma balanceada em pratos pretos codificados com três dígitos e os resultados, comparados com um produto similar disponível no mercado. Os resultados mostraram que os três tipos de cereais matinais de castanha-do-brasil com mandioca alcançaram maiores notas para todas os atributos sensoriais avaliados do que o cereal matinal similar comercializado, com diferenças significativas (< 0,05) pelo teste de Tukey. O mesmo teste mostrou que a crocância do cereal de castanha-do-brasil com mandioca sabor doce foi diferente (p < 0,05), no segundo, terceiro e sexto mês de armazenagem, das médias dos de sabores natural e salgado, cuja média das notas do cereal doce foi superior; as demais não diferiram. Dos três cereais matinais estudados o de sabor doce recebeu as maiores notas para todos os atributos avaliados, porém com diferença significativa para alguns parâmetros e tempos de estocagem. Em relação aos atributos avaliação global, sabor e crocância, os cereais de castanha com mandioca tiveram notas equivalendo a gostei muito e gostei moderadamente, enquanto o produto comercial obteve notas equivalendo a nem gostei nem desgostei para os dois primeiros atributos e gostei ligeiramente para crocância. Na intenção de compra, os produtos processados receberam notas equivalendo a possivelmente compraria e o cereal comercial talvez comprasse/talvez não comprasse.

Fortificação de alimentos com o pó da casca de ovo como fonte de cálcio

O pó da casca de ovo é usado como fonte de cálcio em multimisturas distribuídas no Brasil por organizações não-governamentais. O presente trabalho teve por objetivos fortificar, com o pó da casca de ovo, alimentos tradicionais, de baixo custo e de fácil preparo, e estimar a contribuição nutricional de porções desses alimentos para o aporte diário de cálcio. Foram elaboradas dez preparações de consumo habitual, que foram enriquecidas com o pó da casca de ovo (37,4% de cálcio) na proporção de 1 g do pó para 100 g de cereal ou farinha usada nos alimentos processados. Os alimentos fortificados apresentaram teores de cálcio entre 111,5 mg e 506,4 mg.100 g -1, significativamente mais elevados que o conteúdo das formulações originais sem fortificação. Porções médias das formulações fortificadas perfazem de 14 a 32% das referências nutricionais de cálcio para indivíduos adultos. Conclui-se que alimentos de consumo habitual fortificados com o pó da casca de ovo podem contribuir de forma significativa para a ingestão adequada de cálcio e prevenção de deficiência do nutriente, especialmente de osteoporose, em indivíduos de diferentes grupos etários e extratos sociais.