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http://hdl.handle.net/1843/72877| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Aplicação da metabolômica por RMN na diferenciação de cultivares de sorgo buscando um aumento na eficiência da produção de etanol |
| Título(s) alternativo(s): | NMR-based metabolomic study of different sorghum cultivars applied to enhance ethanol production |
| Autor(es): | Jéssika Thayanne da Silva |
| primer Tutor: | Lúcia Pinheiro Santos Pimenta |
| primer miembro del tribunal : | Etelvino Henrique Novotny |
| Segundo miembro del tribunal: | Vânya Márcia Duarte Pasa |
| Resumen: | Sorghum bicolor L. Moench é uma excelente alternativa à cana-de-açúcar e ao milho na produção de bioetanol uma vez que é uma cultura mais barata, possui alto teor de amido, alto potencial de rendimento, baixa demanda de insumos e relativa tolerância à seca. Quatro genótipos de sorgo, duas linhagens (SC084, CMSXS180) e dois híbridos (BRS305, BR501) foram avaliados quanto ao seu perfil metabólico e eficiência na produção de etanol. A análise metabolômica tem crescido como uma ferramenta utilizada na compreensão de como fatores genéticos e ambientais afetam as variações fenotípicas de plantas. Neste estudo foi avaliada a utilização da metabolômica por RMN na diferenciação de quatro genótipos de sorgo e a correlação desses perfis metabólicos com a melhor eficiência na produção de etanol. Foram determinados os teores de compostos fenólicos totais, taninos, antocianidinas, amido total, extrato etéreo, matéria mineral, proteína bruta e a atividade antioxidante para as cultivares. A cultivar SC084 foi a que apresentou maiores teores de compostos fenólicos totais, taninos, antocianidinas e proteína bruta, e o menor teor em amido total. A análise metabolômica por RMN não objetivada mostrou que as diferentes cultivares apresentam perfis metabólicos diferentes, principalmente na região de aromáticos, e que a cultivar SC084 apresenta perfil diferenciado das demais destacando-se na região em δ 7,06-5,98. As cultivares BR501 e CMSXS180 apresentaram maiores rendimentos na produção de bioetanol pelo processo de sacarificação e fermentação simultâneas. Análises univariadas e multivariadas permitiram determinar correlações entre os metabólitos, o teor de taninos e o tratamento de desengorduramento. O teor de taninos se encontra altamente correlacionado negativamente ao teor de etanol, enquanto o tratamento dos grãos não exerce influência nesse fator. Essa análise identificou os sinais de deslocamento químico condizentes com a presença de unidades flavan-3-ol presentes em proantocianidinas na composição da cultivar SC084, que apresentou menor rendimento na produção de etanol. Verificou-se também que a durrina e produtos de seu catabolismo estão presentes no metaboloma da linhagem CMSXS180 diferenciando-a das demais. Aplicação do método de classificação supervisionado floresta aleatória (random forest) mostrou que sinais característicos de unidades flavan-3-ol são importantes na classificação de amostras com alto teor de taninos, sugerindo a possibilidade da geração de um modelo preditivo para o rendimento em etanol baseado na intensidade dos sinais de RMN de 1H. A metabolômica por RMN se apresentou como um método rápido na diferenciação metabólica das cultivares de sorgo e que se presta ao estudo da correlação dos perfis metabólicos ao processo de obtenção de etanol. Este estudo representa um ponto de partida para a aplicação desta ferramenta na cadeia produtiva do sorgo visando sua utilização na matriz energética. |
| Abstract: | Sorghum bicolor L. Moench is an excellent alternative to sugar cane and maize in the production of bioethanol since it is a cheaper crop, has a high starch content, high yield potential, low input demand, and relative tolerance to drought. Four sorghum genotypes, two lines (SC084, CMSXS180), and two hybrids (BRS305, BR501) were evaluated for their metabolic profile and efficiency in ethanol production. Metabolomic analysis has grown as a tool to understand how genetic and environmental factors affect phenotypic variations of plants. In this study, the use of NMR-based metabolomics was evaluated in differentiating four sorghum genotypes and its application in correlating these metabolic profiles with better efficiency in ethanol production. The content of total phenolic compounds, tannins, anthocyanins, total starch, ether extract, mineral matter, crude protein, and antioxidant activity were determined for the cultivars. Cultivar SC084 was the one with the highest levels of total phenolic compounds, tannins, anthocyanins, and crude protein, and the lowest total starch content. Non-targeted NMR-based metabolomic analysis showed that the different cultivars have different metabolic profiles, mainly in the aromatic region, and that the SC084 cultivar has a different profile from the others, standing out in the region at δ7.06-5.98. BR501 and CMSXS180 cultivars showed higher yields in bioethanol production through the simultaneous saccharification and fermentation process. Correlations between metabolites, tannin content, and degreasing treatment were possible through univariate and multivariate analyses. Tannin content is highly negatively correlated with ethanol content, while treatment of the grains does not influence this factor. This analysis identified the chemical shifts consistent with the presence of flavan-3-ol units from proanthocyanidins and the ones observed in the metabolic profile of the SC084 cultivar, which presented a lower yield in ethanol production. It was found that the presence of durrin and its catabolism products are present in the metabolome of the line CMSXS180, differentiating it from the others. The supervised random forest classification method showed that characteristic signals of flavan-3-ol units are important in classifying samples with high tannin content, suggesting the possibility of a predictive model for ethanol yield based on the intensity of 1H NMR signals. NMR-based metabolomics presented itself as a quick method for the metabolic differentiation of sorghum cultivars and it lends itself to studying the correlation of metabolic profiles with the process of obtaining ethanol. This study represents a starting point for the application of this tool in the sorghum production chain aiming for its use in the energy matrix. |
| Asunto: | Química orgânica Quimiometria Metabolômica Sorgo Biocombustíveis Bioetanol Biomassa Ressonância magnética nuclear |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Institución: | UFMG |
| Departamento: | ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA |
| Curso: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/72877 |
| Fecha del documento: | 29-may-2024 |
| Aparece en las colecciones: | Dissertações de Mestrado |
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| Aplicação da metabolômica por RMN na diferenciação de cultivares de sorgo buscando um aumento na eficiência da produção de etanol.pdf | 2.86 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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