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Orientador : Profª. Drª. Lucimara Mach Côrtes Cordeiro Coorientadores : Prof. Dr. Thales Ricardo Cipriani e Prof. Dr. Bruce Hamaker Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências : Bioquímica. Defesa: Curitiba, 19/12/2016 Inclui referências ao final de cada capítulo Resumo: Foi previamente postulado que a parede celular primária de membros da família Arecaceae (plantas monocotiledôneas comelinídeas) possuiria pectinas como principal polissacarídeo não celulósico, ao invés da hemicelulose arabinoxilana que é encontrada nas demais famílias comelinídeas. Entretanto, poucos estudos foram desenvolvidos no sentido de confirmar tal hipótese. Além disso, a estrutura e composição de polissacarídeos de plantas é um fator determinante das funcionalidades que estes poderão exercer quando consumidos pelo homem, como por exemplo, com função atividade prebiótica. O presente trabalho apresenta a caracterização estrutural de polissacarídeos extraídos dos frutos do buriti (Mauritia flexuosa), açaí (Euterpe oleracea), tucumã (Astrocaryum aculeatum) e da pupunha (Bactris gasipaes), todos pertencentes à família Arecaceae, com foco nas suas relações filogenéticas, assim como na avaliação do potencial prebiótico in vitro de alguns dos seus polissacarídeos. Os polissacarídeos foram extraídos por extrações aquosa e alcalina a quente sequenciais. Foram fracionados por congelamento/degelo, tratamento com solução de Fehling, ultrafiltração, e tratamentos com ?-amilase e ácido tricloroacético. As moléculas obtidas foram caracterizadas por técnicas químicas, espectrométricas, espectroscópicas (RMN), cromatográficas (GC-MS e HPSEC) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). O potencial prebiótico de alguns dos polissacarídeos obtidos foi avaliado por meio do perfil de fermentação dos mesmos (produção de ácidos graxos de cadeia curta e ramificada, gás e alterações de pH) durante fermentação in vitro usando microbiota intestinal humana. Hemiceluloses foram encontradas como principal componente polissacarídico no tucumã (arabinoxilana> arabinana> glucuronoxilana> xiloglucana) e açaí (xilana linear). Este último também apresentou menores porções de polissacarídeos pécticos identificados como arabinogalactana do tipo II e homogalacturonana (DM = 88%). Com relação ao buriti, polissacarídeos pécticos ricos em arabinose foram encontrados em quantidades similares às hemiceluloses. Na pupunha, uma homogalacturonana (DM = 70%) com pequenas porções de xilogalacturonana e ramnogalacturonana do tipo I foram obtidas a partir do extrato aquoso. Entretanto, a caracterização de polissacarídeos da sua fração alcalina não foi realizada. Com relação ao potencial prebiótico dos polissacarídeos obtidos, polímeros com baixa solubilidade como a xilana (extraída do açaí), arabinoxilana e arabinana (extraídas do tucumã) nativos e tratados com microondas foram submetidos à fermentação in vitro. Embora nenhum dos substratos tenha sido fermentado na sua forma nativa, o tratamento com micro-ondas aumentou significativamente a produção de gás e ácidos graxos de cadeia curta, indicando maior fermentabilidade. Em especial, destaca-se a produção de butirato durante a fermentação da xilana tratada com microondas, que atingiu 28% do total de seus ácidos graxos de cadeia curta produzidos em 24 horas de fermentação. Alterações físicas dos polímeros após tratamento com micro-ondas, como teor de solubilidade e estrutura tridimensional foram observadas e podem estar associadas a maior fermentabilidade das frações após tal procedimento. Por fim, pectinas extraídas da pupunha foram submetidos à fermentação in vitro, e levaram a mesma produção de ácidos graxos de cadeia curta totais que o controle positivo (FOS), mas com maior produção de acetato (16.2%) e propionato (6.2%) e menor produção de butirato (112%) em relação a FOS. De maneira geral, os polissacarídeos encontrados na parede celular primária da família Arecaceae, apresentam maior variabilidade entre espécies do que previamente se havia suposto. Além disso, a compreensão de como a fermentação de diferentes estruturas químicas leva à produção de metabólitos distintos pela microbiota intestinal humana durante a fermentação de polissacarídeos solúveis e insolúveis aqui realizada, traz novas perspectivas para o desenvolvimento e aplicação de prebióticos. Palavras-chave: Arecaceae, comelinídeas, polissacarídeos, pectinas, hemiceluloses, atividade prebiótica. Abstract: It has been previously hypothesized that primary cell walls of Arecaceae family members (commelinid group of monocotyledonous plants) possess pectic polymers as main non-cellulosic constituents, instead of the hemicellulose arabinoxylan which is found in other commelinids families. However, few studies have been undertaken to confirm this hypothesis. Additionaly, the chemical structure of polysaccharides affects the functionalities that they may exert when consumed by man, such as prebiotic activity. This work presents the structural characterization of polysaccharides extracted from the fruits of buriti (Mauritia flexuosa), açaí (Euterpe oleracea), tucumã (Astrocaryum aculeatum) and peach palm (Bactris gasipaes), all belonging to the Arecaceae family, focusing on their taxonomic relationships, as well as the assessment of potential prebiotic activities of some of their polysaccharides. Polysaccharides were extracted by sequential hot water and alkali extractions. They were fractionated by freeze/thawing, treatment with Fehling solution, ultrafiltration and treatment with ?-amylase and trichloroacetic acid. The molecules obtained were characterized by chemical, spectrometric, spectroscopic (NMR) and chromatographic (GC-MS, and HPSEC) techniques and by scanning electron microscopy (SEM). The prebiotic potential of some polysaccharides obtained was evaluated by their fermentation profile (production of short- and branched-chain fatty acids, gas and pH changes) during an in vitro fermentation with human intestinal microbiota. Hemicelluloses were found as the main component in tucumã (galactoarabinoxylan> arabinan> glucuronoxylan> xyloglucan) and açaí (linear xylan). The latter also presented smaller portions of pectic polysaccharides identified as a type II arabinogalactan and homogalacturonan (DM = 88%). Regarding buriti fruits, pectic polysaccharides rich in arabinan were found in similar amounts to the hemicellulosic ones previously found by our research group. In peach palm fruits, a homogalacturonan (DM = 70%) with small portions of xylogalacturonan and type I rhamnogalacturonan were found. However, polysaccharides on its alkali extracts were not evaluated. To evaluate the prebiotic potential of some extracted polymers, low solubility polysaccharides such as xylan (extracted from acai), arabinoxylan and arabinan (extracted from tucumã), native and microwaved, were sumbmitted to an in vitro fermentation. Although none of the substrates were fermented on their native forms, the treatment with microwaves significantly increased gas and short chain fatty acids production, indicating higher fermentability than native polymers. In particular, microwave treated xylan lead to higher butyrate production, which reached 28% of its total short chain fatty acid produced in 24 hours of fermentation. Polymers physical changes after microwave treatment such as solubility and tridimensional structure were observed and may be associated with its increased fermentation profile after this proceadure. Finally, pectic polysaccharides extracted from pupunha were also subjected to in vitro fermentation and led to the production of similar amounts of total short chain fatty acids than the positive control (FOS), but with a higher acetate and propionate production (16.2% and 6.2%, respectively) and lower butyrate production (112 %) than FOS. Overall, polysaccharides found in the primary cell walls of Arecaceae family members presented more variations between species than previously hypothesized. Furthermore, understanding how the polysaccharides chemical structures lead to the production of distinct metabolites generated during soluble and insoluble polysaccharides human microbiota fermentation brings new perspectives for the development and application of prebiotics. . Keywords: Arecaceae, commelinid, polysaccharides, pectins, hemicelluloses, prebiotic activity.