A crescente preocupação com a sustentabilidade e com o consumo de produtos naturais, ecologicamente corretos e biodegradáveis, coloca em evidência a importância do desenvolvimento de processos que utilizem matérias-primas renováveis para a obtenção de produtos de interesse à indústria. Nos últimos anos, tem-se buscado viabilizar as biorrefinarias lignocelulósicas para a obtenção de produtos a partir de biomassa vegetal, principalmente de subprodutos agrícolas e agroindustriais. Neste contexto, os biossurfactantes, os quais são metabólitos microbianos com propriedades tensoativas, emulsificantes e antimicrobianas, são bioprodutos alvos de pesquisa por apresentarem aplicações diversas nas indústrias petrolífera, química, alimentícia, farmacêutica e cosmética. Diferentes estratégias de redução do custo da produção microbiológica de compostos surfactantes vêm sendo desenvolvidas, a fim de tornar o processo mais viável do ponto de vista econômico e industrial e entre elas estão o desenvolvimento de bioprocessos mais eficientes, incluindo a otimização das condições do processo fermentativo e a utilização de substratos mais baratos, entretanto, poucos abordam a utilização de leveduras e do bagaço de cana-de-açúcar como matéria-prima renovável disponível no Brasil. Dentro deste contexto, esta pesquisa tem como principal objetivo estudar a influência da agitação e da aeração na produção de biossurfactante a partir de meio formulado com hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar e suplementado com nutrientes, pela levedura Cutaneotrichosporon mucoides em biorreator de bancada. Para tanto, foi utilizado planejamento fatorial completo 22 com triplicata no ponto central e o índice de emulsificação (I.E.) e a tensão superficial (T.S.) do meio foram analisados após 96 h de fermentação. Os melhores resultados (I.E. = 69.4 % e T.S. = 57.8 mN.m-1) foram obtidos quando se empregou a maior agitação (250 rpm) e a menor aeração (0,5 vvm). O alto valor de I.E. evidencia o pontencial emulsificante do biossurfactante produzido, principalmente na indústria petroquímica. Entretanto, ainda se faz necessário otimizar os parâmetros agitação e aeração e reduzir a formação de espuma durante a fermentação, a fim de viabilizar este bioprocesso. / The growing concern with sustainability and the consumption of natural, ecologically correct and biodegradable products highlights the importance of developing processes that use renewable raw materials to obtain products that can be applied in industry. In the last years, it has been tried to make viable the lignocellulosic biorrefinaries concept in order to obtain products from vegetal biomass, mainly from agricultural and agroindustrial by-products. In this context, the biosurfactants, which are microbial metabolites with tensoactive, emulsifying and antimicrobial properties, are bioproducts studied because they can be applied in the petroleum, chemical, food, pharmaceutical and cosmetic industries. Different strategies to reduce the cost of microbiological production of surfactant compounds have been developed in order to make the process viable from an economic and industrial point of view and among them are the development of more efficient bioprocesses, including the optimization of fermentation process conditions and the use of cheaper substrates, however, few works were done using yeasts and sugarcane bagasse as a renewable raw material available in Brazil. In this context, the main objective of this research is to study the influence of agitation and aeration in the production of biosurfactant using hemicellulosic hydrolyzate of sugarcane bagasse supplemented with nutrients and the yeast Cutaneotrichosporon mucoides in stirred tank bioreactor. For this purpose, a 22 full factorial design was used and the emulsification index (E.I.) and the surface tension (S.T.) of the medium were analyzed after 96 h of fermentation. The best results (E.I. = 69.4% and S.T. = 57.8 mN.m-1) were obtained when using the highest agitation (250 rpm) and the lowest aeration (0.5 vvm). High results of E.I. showed the emulsifying potential of the biosurfactant produced, mainly in petrochemical industry. However, it is still necessary optimizing agitation and aeration parameters and decrease foaming formation during the fermentation in order to favor the viability of this bioprocess.

A utilização de biomassa vegetal como matéria-prima para a obtenção de produtos químicos exige pré-tratamentos que levem à desestruturação do complexo lignocelulósico, sendo o principal desafio a remoção seletiva e quantitativa da lignina. O bagaço de cana-de-açúcar, como todo material lignocelulósico, é composto por celulose, polioses e lignina, como principais componentes macromoleculares, e vem sendo alvo de pesquisas para produção de bioetanol e produtos com maior valor agregado. A heterogeneidade das ligninas obtidas como subprodutos dos processos de deslignificação é uma das responsáveis pela limitação de possíveis aplicações industriais. Contudo, os recentes desenvolvimentos no etanol celulósico levarão a um aumento da quantidade de lignina disponível numa base global. Estas considerações futuras têm renovado o interesse no isolamento e conversão de lignina em produtos químicos de maior valor agregado. Neste sentido, o isolamento e a caracterização destas ligninas são de fundamental importância. Neste trabalho apresentamos os resultados de estudos de deslignificação do bagaço de cana-de-açúcar pela aplicação de diferentes processos de polpação (processos Soda, Sulfito e Organossolve etanol/água). Estes processos foram avaliados segundo o rendimento do pré-tratamento e seletividade frente aos componentes macromoleculares dos materiais lignocelulósicos. A segunda etapa do trabalho descreve a caracterização das ligninas obtidas nos diferentes processos de polpação, visando posteriores modificações e aplicações como derivados oxidados e na preparação de novos materiais poliméricos termoplásticos e/ou termorrígidos. Os processos produziram diferentes ligninas, sendo essas diferenças observadas na distribuição de massas molares, quantidade de hidroxilas, estabilidade térmica, quantidade de impurezas, etc. A utilização do fracionamento por solventes foi efetivo na obtenção de diferentes massas molares e menores polidispersividades. As condições empregadas nas poliesterificações produziram polímeros com características diferentes, como viscosidade, temperatura de transição vítrea e estabilidade térmica. / The use of plant biomass as a feedstock for the production of chemicals requires pre-treatments which lead to disruption of the lignocellulosic complex, the main challenge being selective and quantitative removal of lignin. Sugarcane bagasse is a lignocellulosic material composed of cellulose, lignin and polyoses as major macromolecular components, and has been the subject of research for bioethanol production and products with higher added value. The heterogeneity of lignins obtained as byproducts of delignification processes is one reason for the limitation of possible industrial applications. However, recent developments in cellulosic ethanol will raise the amount of lignin available on a global basis. These forward-looking statements have renewed interest in the isolation and conversion of lignin in chemical products with higher added value. In this sense, the isolation and characterization of lignins is of fundamental importance. We present the results of studies of delignification of sugarcane bagasse by applying different pulping processes (Soda, Sulfite and organosolv ethanol / water processes). These processes were evaluated according to the performance of pre-treatment and selectivity against macromolecular components of lignocellulosic materials. The second stage of the work describes the characterization of lignins obtained in different pulping processes, aiming to further modifications and applications as oxidized derivatives and the preparation of new polymeric materials thermoplastic and / or thermosetting. Processes produced different lignins, and these differences in distribution of molecular weight, amount of hydroxyls, thermal stability and amount of impurities. The use of solvent fractionation was effective in getting different molar masses and lower polydispersities. The conditions employed in esterification reaction produced polymers with different characteristics, such as viscosity, glass transition temperature and thermal stability.

A biomassa lignocelulósica, como o bagaço de cana-de-açúcar, tem potencial para ser usado como matéria-prima na fabricação de produtos de valor agregado, uma vez que, seus componentes estruturais podem ser separados através de pré-tratamentos e utilizados em linhas de processos. Diferentes tipos de pré-tratamentos tem sido desenvolvidos com este objetivo, e neste contexto, foi proposto um tratamento sequencial químico-enzimático (SQE) do bagaço de cana-de-açúcar com três estágios; 1) Extração alcalina a frio (CAE): realizado com 10% (m/m) de NaOH por 30 min a 25ºC, 2) Pré-tratamento sulfito alcalino em etanol (ASE): realizado com 2,5% (m/m) de NaOH e 5% (m/m) de Na2SO3 em etanol (30 %v/v), por 2 h a 120ºC e 3) Extração enzimática da hemicelulose residual (EEH): conduzida com extrato comercial de xilanase (Luminase) a 5UI/g de biomassa em tampão fosfato de sódio 50 mM, pH 8 a 50ºC, por 6 horas e 24 horas. O tratamento SQE permitiu a solubilização de 48% e 60% da hemicelulose e 86% e 84% da lignina original do bagaço, diferenças obtidas em função do tempo de extração enzimática de 6 e 24 horas, respectivamente. Os sólidos resultantes da segunda etapa do pré-tratamento (polpa-P2) e da terceira etapa (polpa-P3) foram hidrolisados com o coquetel enzimático Cellic Ctec2 (10 FPU/g de glucana) por 48h a 50ºC, pH 4,8, nas consistências de 5%, 10% e 15% m/v. A extração enzimática de hemiceluloses (terceira etapa do tratamento SQE) da polpa-P2 não contribuiu com a hidrólise de celulose. Na consistência de 5%, as polpas P2 e P3 apresentaram 95 e 94% de conversão de celulose em 24h, valores similares foram obtidos para as polpas na consistência de 10%, porém em 48h de reação. A conversão de celulose das polpas P2 e P3 em 48h, a 15% de consistência, diminuiu para 84% e 81%, respectivamente. A polpa P3, proveniente da extração enzimática das hemiceluloses por 24h, apresentou um menor valor de conversão de celulose (74%), a 15% de consistência, evidenciando-se o efeito negativo da extração adicional de hemicelulose sobre a hidrólise da celulose. Embora não tenham sido observadas diferenças significativas nas porcentagens de conversão de celulose nas polpas P2 e P3, a implementação das três etapas de pré-tratamentos possibilitou a obtenção de duas frações diferentes de hemiceluloses, que foram recuperadas por precipitação com etanol, cada uma delas com características e aplicações potenciais diferentes. A composição química das hemiceluloses extraídas do bagaço de cana as define como arabinoxilana. As condições operacionais utilizadas na primeira etapa (CAE) do tratamento SQE gerou xilanas com maiores massas molares (34.598 g/mol) e mais contaminadas com lignina (18%) comparadas às xilanas recuperadas na terceira etapa (EEH), que apresentaram massas molares entre 9.948-11.678g/mol com 1,5- 3,5% de lignina. Nestas últimas foram identificados a presença de xilooligossacarideos (XOS) como xilotriose (X3), xilotetraose (X4) e xilopentaose (X5). / Lignocellulosic biomass such as sugarcane bagasse has the potential to be used as raw material in the manufacture of value-added products, since its structural components can be separated through pre-treatments and used in process lines. Different types of pretreatments have been developed with this objective, and in this context, a sequential chemical-enzymatic treatment (SQE) of three-stage sugarcane bagasse was proposed. 1) Cold alkaline extraction (CAE): performed with 10% (w/w) NaOH for 30 min at 25ºC, 2) Alkaline sulfite etanol pre-treatment (ASE): performed with 2.5% (w/w) NaOH and 5% (w/w) Na2SO3 in ethanol (30% v/v) for 2h at 120ºC and 3) Enzymatic extraction of residual hemicellulose (EEH): Conducted with commercial extract of xylanase (Luminase) at 5UI/g biomass in 50mM sodium phosphate buffer, pH 8 at 50ºC, for 6h and 24h. The SQE treatment allowed the solubilization of 48% and 60% of the hemicellulose and 86% and 84% of the original bagasse lignin, differences obtained as a function of the enzymatic extraction time of 6 and 24 hours, respectively. The solids resulting from the second stage (pulp P2) and the third stage (pulp P3) of the pretreatment were hydrolyzed with the enzymatic cocktail Cellic Ctec2 (10FPU/g glucan) for 48h at 50ºC pH 4.8, in the consistencies of 5%, 10% and 15% m/v. The enzymatic extraction of hemicelluloses (third stage of the treatment SQA) of the pulp-P2 did not contribute to the hydrolysis of cellulose. At the consistency of 5%, pulps P2 and P3 presented 95 and 94% of cellulose conversion in 24h, similar values were obtained for those pulps in the consistency of 10%, but in 48h of reaction. The cellulose conversion of pulps P2 and P3 in 48h, at 15% consistency decreased to 84% and 81%, respectively. The pulp P3, from the enzymatic extraction of the hemicelluloses for 24h, presented a lower value of cellulose conversion (74%), at 15% of consistency, evidencing the negative effect of the additional extraction of hemicellulose on the hydrolysis of cellulose. Although no significant differences were observed in the cellulose conversion percentages in the P2 and P3 pulps, the implementation of the three pretreatment steps allowed two different fractions of hemicelluloses to be obtained, which were recovered by precipitation with ethanol, each with characteristics and potential applications. The chemical composition of the hemicelluloses extracted from the sugarcane bagasse describes them as arabinoxylan. The operating conditions used in the first stage (CAE) of the SQE treatment generated xylans with higher molar masses (34,598 g/mol) and more lignin contaminants (18%) compared to the third stage (EEH) recovered xylans, which presented molar masses between 9,948-11,678g/mol with 1.5-3.5% lignin. In the latter, the presence of xylo-oligosaccharides (XOS) such as xylotriose (X3), xylotetraose (X4) and xylopentaose (X5) were identified.

A intensa busca por fontes renováveis de energia traz como alternativa a utilização da biomassa lignocelulósica para produção de biocombustíveis e biopolímeros a partir de seus componentes, celulose, hemicelulose e lignina. Nesse estudo, a partir do bagaço de cana-de-açúcar obteve-se uma polpa enriquecida em glucana e xilana utilizando-se o pré-tratamento quimio-termomecânico em solução sulfito alcalino (10% Na2SO3 e 5% NaOH). O pré-tratamento removeu 43% de lignina e 8% de xilana do bagaço e após uma etapa de lavagem do material, ocorreu maior dissolução da lignina (53%), xilana (17,4%) e também uma pequena solubilização de glucana (5%). O objetivo foi isolar e caracterizar as xilanas do bagaço pré-tratado e aquelas solubilizadas no licor e também avaliar a degradabilidade enzimática da celulose residual. A extração de xilanas foi realizada em condição alcalina, assistida ou não por xilanases, a partir do bagaço pré-tratado lavado (BLA) e não lavado (BNL). A extração enzimática das xilanas foi feita com 8 UI de xilanase comercial (Luminase) por grama de material, em tampão fosfato 50 mM, 50º C, pH 8 por 24 horas. Os métodos químicos para a extração das xilanas empregaram 40% NaOH (m/m), com variações nas condições de incubação entre os métodos de Lopez (L) (60º C, 2h) e Hoije (H) (25º C, 16h). Os rendimentos de sólidos e de xilana obtidos por Hoije foram próximos a 60%, diferente do observado para as xilanas extraídas pelo método de Lopez e enzimático. No método de Hoije utilizou-se o bagaço pré-tratado com sulfito alcalino, parcialmente deslignificado com clorito de sódio em meio ácido, e obteve-se xilanas mais puras. O menor rendimento de xilanas foi obtido através do método enzimático (22 a 30%). Todas as xilanas apresentaram composição majoritária de xilose (60-80%), seguido de grupos arabinosil (7-12%), ácidos urônicos (4-13%), ácidos hidroxicinâmicos (0,3-1,2%) e lignina (3-10%). A relação xilose/arabinose das xilanas variou de 7 a 10, enquanto que a relação xilose/ácidos urônicos apresentou uma faixa mais ampla (9-28). Este grau de substituição refletiu na maior solubilidade das xilanas. As xilanas isoladas com xilanases apresentaram duas frações com massas molares ponderais médias (Mw) de 3.700 g/mol e 800 g/mol, inferiores às das xilanas isoladas pelo método de Hoije (24.300 g/mol) e de Lopez (24.450 g/mol). As xilanas recuperadas do licor sulfito apresentaram um rendimento de 34% e massa molar ponderal média de 28.660 g/mol. As xilanas isoladas pelos métodos químicos foram caracterizadas por FT-IR e mostraram absorções em números de ondas característicos, com perfil semelhante. A conversão enzimática de glucana dos resíduos, após extração de xilanas com o método de Hoije, foi maior que dos bagaços pré-tratados. Quando a extração de xilanas foi realizada através dos métodos de Lopez ou enzimático essa melhoria não foi observada. / The intensive search for renewable energy sources is often ssociated with the use of lignocellulosic biomass for biofuel production as well for the extraction of biopolymers from their components: cellulose, hemicellulose and lignin. In the present study, a pulp enriched in glucan and xylan was obtained from sugarcane bagasse using chemi-thermomechanical alkaline sulfite solution (10% Na2SO3 and 5% NaOH) pretreatment. The pretreatment removed 43% of lignin and 8% of xylan from the pulp, and a greater dissolution of lignin (53%) and xylan (17.4%) and also an additional dissolution of glucan (5%) was reached after a washing step of the material. The aim was to isolate and characterize xylans from the pretreated bagasse as well as those solubilized in the liquor, and also to evaluate the enzymatic degradability of the residual pulp. The xylan extraction was performed in alkaline conditions, being assisted or not by xylanases from the washed pretreated bagasse (WB) and unwashed pretreated bagasse (UWB). Enzymatic extraction of xylan was performed with 8 IU commercial xylanase (Luminase) per gram of material in 50 mM phosphate buffer, 50° C, pH 8, for 24 hours. The chemical methods for xylan extraction employed 40% NaOH (w/w), with varying in the incubation conditions using the Lopez (L) (60 ° C, 2h) and Hoije (H) (25 ° C, 16h) methods. The solids and xylan yields obtained through the Hoije method were near 60%, which were different from those observed for the xylan extracted by Lopez and enzymatic methods. In the Hoije method (H), sugarcane bagasse was pretreated with alkali sulfite and was partially delignificated with sodium chlorite in an acid medium, resulting in even more pure xylans. The lowest xylan yield was obtained by the enzymatic method (22 to 30%). All xylans presented xylose as major component (60-80%), followed by arabinosyl groups (7-12%), uronic acids (4-13%), hydroxycinnamic acids (0.3-1.2%), and lignin (3-10%). The xylose/arabinose ratio of xylan ranged from 7 to 10, while the xylose/uronic acids ratio showed a greater range (9-28). This degree of substitution reflected in an increasing in the xylan solubility. Xylans isolated by xylanases exhibited two fractions with an weight average molecular weight (Mw) of 3.700 g/mol and 800 g/mol, which were lower than those xylans isolated through the Hoije (24.300 g/mol) and Lopez (24.450 g/mol) methods. The xylan recovered from sulfite liquor had a yield of 34% and an weight average molar weight of 28.660 g/mol. The xylans isolated by chemical methods were characterized by FT-IR, and showed absorptions at characteristic wavenumbers with similar profile. After the extraction of xylans with Hoije method, the enzymatic conversion of glucan residues was higher than the one for the pretreated bagasse. When the xylan extraction was performed wiht the Lopez or enzymatic methods, such improvement was not observed.

Para diminuir o consumo dos combustíveis fósseis, que são os principais agentes intensificadores do efeito estufa, muitas pesquisas estão sendo realizadas para aumentar a produção de etanol, com ênfase no etanol produzido a partir de materiais lignocelulósicos. Dentre as etapas necessárias para esse processo, uma delas é a hidrólise enzimática da celulose a monômeros solúveis. No entanto, a parede celular das plantas é recalcitrante e de difícil acesso às enzimas. Diante disto, neste trabalho propôs-se tratar bagaços de cana-de-açúcar com diferentes concentrações de solução sulfito em meio alcalino, para solubilizar lignina e hemicelulose e favorecer o acesso das enzimas ao substrato. As amostras, obtidas de cultivares de cana-de-açúcar com teores reduzidos de lignina e de uma variedade comercial, foram submetidas ao processo quimio-mecânico por 2 horas, a 121oC, com soluções de hidróxido de sódio (2,5%, 3,75% e 5% m/m) e sulfito de sódio (5%, 7,5% e 10% m/m), combinadas na proporção de 1:2, respectivamente. Análises físico-químicas dos materiais pré-tratados, como quantificação dos grupos sulfônicos e capacidade de retenção de água (WRV), também foram realizadas. Conforme se empregou maior concentração de reagentes no pré-tratamento, mais eficientes foram as remoções de lignina e hemicelulose, favorecendo maiores conversões enzimáticas. A remoção de lignina, embora contribua para o acesso das enzimas ao substrato, não foi o único fator necessário para se alcançar os maiores rendimentos de açúcares. Nesse caso, o efeito da sulfonação foi essencial para melhores conversões. Os resultados de WRV não apresentaram correlação com os níveis de hidrólise, pois é provável que as fibras pré-tratadas tenham atingido seu ponto de saturação. O maior rendimento de hidrólise da celulose foi de 92% para o cultivar 58 (após 96 horas de reação), que associou o efeito da deslignificação (53,5%) com alta incorporação de sulfito (600 mmol/Kg de lignina). Todos os bagaços com menor conteúdo inicial de lignina apresentaram maiores velocidades iniciais de hidrólise, quando comparados com a variedade comercial. Dessas amostras, destacou-se o cultivar 146, que necessitou apenas de 8 horas de reação para estabelecer o patamar de conversão de celulose de 75%. Todos os cultivares foram mais eficientes que a variedade comercial, demandando menor concentração de reagentes químicos para atingir 50% de conversão de celulose, em 24 horas. Foi avaliada a diminuição de quatro vezes na carga de SO32- no pré-tratamento do cultivar 58, em que se empregou 2,5% de sulfito e 5% de NaOH, em tempos de cozimento correspondentes a 30, 60 e 120 minutos. Nesse sentido, observou-se que a maior proporção de íons OH- no meio reacional não resultou em rendimentos satisfatórios de hidrólise, devido à maior perda de hemicelulose e menor remoção de lignina, quando comparado ao mesmo processo utilizando 10% de sulfito. Para o maior tempo de pré-tratamento foi possível obter maiores rendimentos de hidrólise, pois a incorporação de sulfito e remoção de componentes aumentou com o tempo. Portanto, o efeito da sulfonação, em 2 horas de pré-tratamento, foi mais importante que a deslignificação total das amostras na conversão dos polissacarídeos do bagaço em açúcares fermentescíveis. / In order to reduce the consumption of fossil fuels, which are the main cause of the greenhouse effect, many studies are being undertaken to increase ethanol production through the use of lignocellulosic material. One of the steps in this process is enzymatic hydrolysis of the cellulose into monomers. However, the plant cell walls are recalcitrant and inaccessible to the enzymes. Thus, this study aims to treat sugar cane bagasse with different sulfite alkaline concentrations in order to dissolve lignin and hemicellulose and enable the enzymes access to the substrate. The samples, obtained from sugar cane hybrids with reduced lignin content along with a commercial variety, were submitted to a chemical-mechanical process for 2 hours at 121°C, with sodium hydroxide solutions (2.5%, 3.75% and 5% m/m) and sodium sulfite (5%, 7.5% and 10% m/m), combined in a 1:2 ratio, respectively. Furthermore, physical and chemical analyses, such as water retention value and sulfonic group measurement, were carried out. The greater reactants concentration in the pretreatment, the more efficient the lignin and hemicelullose removal was, therefore enabling greater enzymatic conversions. Although lignin removal augments enzyme access to the substrate, this was not the only factor necessary to reach better conversion rates. In this case, the effect of sulfonation was essential for better conversions. The water retention value did not present correlation with the hydrolysis levels, suggesting that the pre-treated fibers had already reached their saturation point. The greatest cellulose hydrolysis yield was 92% for hybrid 58 (after 96 hours of reaction), which is associated with the effect of delignification (53.5%) with high sulfite incorporation (600 mmol/Kg of lignin). All of the bagasse varieties with less initial lignin content presented greater initial hydrolysis velocities when compared to the commercial variety. Of these samples, the hybrid 146 stood out, since only 8 hours was needed to reach the cellulosic conversion plateau of 75%. All of the hybrids were more efficient than the commercial variety, as they required less chemical reactants to reach 50% cellulosic conversions in 24 hours. The charge of SO32- was reduced 75% for the pretreatment using 2.5% sulfite and 5% NaOH with hybrid 58 for reaction times of 30, 60 and 120 minutes. It was observed that a greater proportion of OH- ions did not lead to satisfactory hydrolysis yields due to the greater loss in hemicellulose and the great lignin removal when compared to the same treatment utilizing 10% sulfite. The greater hydrolysis yield was obtained through the longest period of pretreatment, because in this condition the sulfite incorporation and removal of components increased. Thus, the effect of sulfonation, in 2 hours of pretreatment was more important in the conversion of the bagasse polysacharides in fermentable sugars than the total delignification of the samples.

Pensando em um melhor aproveitamento para o excedente do bagaço de cana, esse trabalho tem como objetivo a obtenção de membranas de acetato de celulose composta com ligninas oxidadas, ambos isolados do bagaço da cana. Para tal, os componentes macromoleculares do bagaço foram separados, aplicando-se um pré-tratamento de explosão a vapor para retirada da parte hemicelulósica e um tratamento com hidróxido de sódio para a separação da lignina e obtenção da polpa bruta de celulose. Essa polpa foi branqueada e acetilada e, posteriormente, foram sintetizadas membranas deste acetato de celulose, incorporando-se lignina oxidada a estas membranas com o objetivo de aumentar a capacidade de retenção de metais destas membranas. Assim, pretende-se obter um produto com maior valor comercial, que tem aplicações em tratamento de água e efluentes, podendo contribuir ainda mais para a manutenção do ambiente. As membranas foram sintetizadas por inversão de fase, utilizando dois métodos distintos: I. por evaporaçãoprecipitação e, II. por imersão em banho de coagulação. O material acetilado foi analisado por IR, confirmando-se a acetilação pelo aparecimento de bandas características do acetato e analisadas quanto ao grau de substituição, caracterizando um diacetato. As membranas sintetizadas pelo método I foram analisadas por MEV, constatando-se membranas de estrutura densa para todas as composições, e mais rígidas que uma membrana preparada a partir de um triacetato comercial, de acordo com os dados da análise dinâmico-mecânica. Foram realizados ainda, testes de permeabilidade e retenção de cobre. Apesar de rígidas, resistiram a pressões de até 20 bar. A membrana aditivada com lignina oxidada por lacase foi a que apresentou melhor desempenho nesse teste, atingindo maior fluxo necessitando menor pressão. No teste de retenção de cobre, apresentaram uma capacidade média de 15%, correspondendo a 50,5 mg Cu2+/g lignina. As membranas sintetizadas pelo método II foram analisadas por MEV, constatando-se diferenças na morfologia quando a lignina é adicionada dissolvida em NaOH. As análises térmicas mostraram a Tg do material perto de 80°C, além de evidenciar uma maior estabilidade térmica do material aditivado com lignina oxidada, comparado ao material sem lignina e com lignina original. No teste de permeabilidade, realizado aqui à pressão constante de 10 bar, a membrana sintetizada apenas com o acetato de celulose de bagaço de cana não apresentou fluxo. As membranas aditivadas com lignina original e lignina oxidada apresentaram fluxo, de 3,5 e 6,1 L/h.m2 respectivamente. O fato foi atribuído à morfologia das membranas, dado que as duas últimas, que apresentaram fluxo, possuem estrutura porosa, enquanto a outra possui estrutura densa. No teste de retenção de cobre, foi possível visualizar o efeito da adição da lignina na membrana, que aumenta 3,5 vezes a capacidade de retenção de cobre e, ainda, o efeito da oxidação da lignina, que aumenta em mais 50 % essa capacidade de retenção em comparação à adição apenas da lignina original. Contudo, os resultados indicam que as membranas sintetizadas, principalmente as membranas aditivadas com lignina oxidada, são promissoras para o objetivo proposto. / Thinking of a better use for the surplus of sugarcane bagasse, this study aims to obtain membranes of cellulose acetate composite with oxidized lignins, both isolated from sugarcane bagasse. To this purpose, the macromolecular components of bagasse were separated by applying a steam explosion pre-treatment for removal of hemicellulose and a treatment with sodium hydroxide to separate the lignin and obtaining of crude cellulose pulp. This pulp was bleached and acetylated, and subsequently cellulose acetate membranes were synthesized incorporating oxidized lignin in these membranes in order to increase the metal retention capacity of them. Thus, we intend to obtain a product with higher commercial value, which has applications in water and effluent treatment, which can further contribute to the maintenance of the environment. The membranes were synthesized by phase inversion, using two different methods: I. evaporation-precipitation and II. immersion in coagulation bath. The acetylated material was analyzed by FTIR, confirming the acetylation by the appearance of bands characteristic of acetate and analyzed for degree of substitution, featuring a diacetate. The membranes synthesized by method I were analyzed by SEM, verifying dense structure for the membranes in all compositions, and more rigid than a membrane prepared from a commercial triacetate, according to the data of dynamic mechanical analysis. Tests about permeability and copper retention also were done. Although rigid, they resisted to pressures up to 20 bar. The membrane added with lignin oxidized by laccase showed the best performance in this test, reaching higher flow requiring less pressure. In the test of copper retention, they showed an average retention capacity of 15%, corresponding to 50.5 mg Cu2+/ g lignin. The membranes synthesized by method II were analyzed by SEM, noting differences in morphology when the lignin is added dissolved in NaOH. Thermal analysis showed the Tg of the material near 80 °C, besides showing a higher thermal stability of the material added with oxidized lignin compared to material without lignin and with original lignin. In the permeability test, held at constant pressure of 10 bar, the membrane synthesized with only cellulose acetate cane bagasse showed no flow. The membranes added with original lignin and oxidized lignin showed flow of 3.5 and 6.1 L/h.m2, respectively. The fact was attributed to the morphology of the membranes, since the two latter, which showed flow, have porous structure, while the other has a dense structure. In the test of copper retention, it was possible to visualize the effect of the addition of lignin in the membrane, which increases 3.5 times the cupper retention capacity and, the effect of lignin oxidation, with increases in more 50% this retention capacity in comparison to the addition of the lignin in the original form. However, the results indicate that the synthesized membranes, mainly membranes added with oxidized lignin, are promising for the proposed objective.

Atualmente, o aquecimento global, a deterioração ambiental, a eminente escassez das limitadas reservas de combustíveis fósseis e a forte demanda e dependência da matriz energética mundial face a esses combustíveis constituem sérias ameaças à sustentabilidade do desenvolvimento mundial, o que se têm revertido a favor de um crescente interesse por fontes alternativas de energia renováveis, dentre os quais a biomassa lignocelulósica se destaca como uma das mais promissoras. Neste contexto, a produção de etanol a partir do bagaço de cana-de-açúcar pela via enzimática e bioquímica se apresenta como uma das mais oportunas alternativas para a produção integrada e sustentável de biocombustível visando otimização de recursos, redução de resíduos e minimização de impactos ambientais nefastos. Todavia, o desenvolvimento de um pré-tratamento eficaz, a par da produção de enzimas hidrolíticas, constitui a chave para a viabilização da produção de etanol a partir de lignocelulósicos. Assim sendo, o propósito deste trabalho foi determinar os efeitos produzidos pelo pré-tratamento hidrotérmico catalisado com sulfito sobre a composição química do bagaço de cana e correlacionar esses valores com a eficiência da sacarificação enzimática e fermentabilidade do hidrolisado obtido desse bagaço. Após caracterização química inicial, o bagaço in natura foi pré-tratado com sulfito neutro e alcalino e verificou-se que a celulose foi recuperada quase que integralmente nas frações sólidas da reação. Por seu turno, as xilanas obtiveram solubilizações máximas de 72,0% e 35,4% enquanto a deslignificação máxima foi de 43,5% e 76,7%, para as reações catalisadas com sulfito neutro e sulfito alcalino respectivamente. Verificou-se maior efetividade do sulfito alcalino no enriquecimento de carboidratos no bagaço pré-tratado bem como uma maior deslignificação, pelo que, foi escolhido para as etapas seguintes do projeto. A partir de um planejamento fatorial 33, foram obtidos substratos pré-tratados que levaram aos máximos de sacarificação enzimática de 79,91% e 70,69% para celulose e xilanas, respectivamente, utilizando 10 UPF de celulases e 10 UCB de ?-glucosidase. Pela análise do rendimento global de glucanas foi definida a condição ótima para o prétratamento empregando 10% (m/m) de sulfito alcalino a 150ºC, por 30 min, o que foi corroborada pela análise estatística. Hidrolisados enzimáticos de bagaços pré-tratados em condições otimizadas foram fermentados a etanol com eficiência de, praticamente, 100% pela Saccharomyces cerevisiae PE-2 e 80,41% pela Scheffersomyces (Pichia) stipitis CBS 5773. Para as duas leveduras, os parâmetros fermentativos do hidrolisado foram em tudo semelhantes aos verificados para os meios semissintéticos contendo glicose e xilose puras. Conclui-se assim, que o pré-tratamento adotado neste trabalho apresentou grande potencialidade em gerar substratos com alta digestibilidade enzimática e hidrolisados tão fermentáveis quanto meios semissintéticos. / Currently, global warming, environmental degradation, imminent shortage of limited fossil fuel reserves and an intense demand and dependence of global energy on these fuels constitute serious threats to the sustainability of world development, which have led to a growing interest in alternative sources of renewable energy, among which lignocellulosic biomass stands out as one of the most promising. In this context, the production of ethanol from sugarcane bagasse by enzymatic and biochemical routes appears as the most promising alternative for integrated and sustainable production of biofuel aiming resource optimization, waste reduction and mitigation of adverse environmental impacts. However, the development of an effective pretreatment, as well as the production of hydrolytic enzymes, is the key to enabling the production of ethanol from lignocellulosics. Therefore, the purpose of this study was to determine the effects of hydrothermal pretreatment catalyzed by sulfite on the chemical composition of sugarcane bagasse and establish a correlation of these values with the efficiency of enzymatic saccharification and fermentability of these bagasse hydrolyzate. After the initial chemical characterization, the bagasse was pretreated with neutral and alkaline sulfite and was found that cellulose was almost fully recovered in the solid fraction of the reaction. In turn, xylan obtained its maximum solubilization of 72.0% and 35.4% while the maximum delignification was 43.5% and 76.7%, for the reactions catalyzed by neutral and alkaline sulfite, respectively. The alkaline sulfite was found more effective for carbohydrates enrichment in the pretreated bagasse and led to a greater delignification, therefore, it was chosen for the following stages of the project. From a 33 full factorial experiments were obtained pretreated substrates which led to maximum enzymatic saccharification of 79.91% and 70.69% for cellulose and xylans, respectively, using 10 FPU cellulases and 10 CBU ?- glucosidase. By analysis of the glucans overall yield the optimal condition for the pretreatment has been defined as 10% (w/w) alkaline sulfide at 150°C for 30 min, which was confirmed by statistical analysis. Enzymatic hydrolysates of bagasse pretreated in optimized conditions were fermented into ethanol with efficiency of virtually 100% by Saccharomyces cerevisiae PE-2 and 80.41% by Scheffersomyces (Pichia) stipitis CBS 5773. For both yeasts, the hydrolyzate fermentation parameters were at all similar to those seen for the semisynthetic media containing pure glucose and xylose. Therefore, we concluded that the pre-treatment used in this work showed great potential to generate substrates with high enzymatic digestibility and hydrolysates as fermentable as semisynthetic media.

Os materiais lignocelulósicos possuem características que limitam a sacarificação enzimática da celulose. Entre essas características pode-se classificar a porosidade como uma das mais importantes, sendo usualmente mensurada pela técnica de exclusão de solutos. A secagem do material também pode aumentar sua recalcitrância por meio do fenômeno de hornificação. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência do teor de lignina e da secagem na porosidade e na sacarificação enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. A partir de uma amostra in natura quatro amostras com teores de lignina decrescentes foram geradas, utilizando o método de deslignificação por clorito-ácido. Uma fração destas amostras foi seca ao ar em temperatura ambiente e o restante teve seu teor de umidade mantido. A análise das modificações estruturais promovidas pelo tratamento citado foi feita utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV). A porometria das amostras, determinada via técnica de exclusão de solutos, foi realizada utilizando 1 g de massa seca de amostra e 20 g de soluções de sondas moleculares com concentração de 1,5% (m/m); após 24 h sob agitação manual ocasional a 25 °C a determinação da distribuição do volume e área superficial de poros foi realizada com base na redução da concentração inicial da solução. O valor de retenção de água das amostras foi calculado via centrifugação. As amostras foram submetidas à sacarificação com cargas enzimática e de surfactante de 10 FPU e 0,025 g de Tween 20 por grama de bagaço, respectivamente. A reação ocorreu a 45 °C sob agitação de 150 rpm e a conversão de celulose foi medida após 2, 8, 24 e 72 h. As amostras deslignificadas por 1, 2, 3 e 4 horas apresentaram 14,2; 9,2; 8,0 e 5,9% de lignina, respectivamente, enquanto que a amostra in natura foi composta por 20,7%. Por meio das análises feitas por MEV, pôde-se observar que a remoção de lignina acarretou em uma descompactação estrutural dos feixes vasculares. As amostras com maiores teores de lignina apresentaram menores volumes e áreas superficiais de poros e piores conversões enzimáticas de celulose. Para a amostra in natura o volume total de poros foi de 0,89 mL/g de bagaço enquanto que para as amostras deslignificadas por 1, 2, 3 e 4 horas este volume foi de 1,19, 1,77, 1,92 e 2,21 mL/g de bagaço, respectivamente. A secagem reduziu o volume total de poros das amostras deslignificadas por 2, 3 e 4 horas para 1,47, 1,55 e 1,98 mL/g de bagaço respectivamente. Os valores de retenção de água foram similares aos valores de volume total de poros obtidos via técnica de exclusão de solutos. Enquanto cerca de apenas 20% da celulose da amostra in natura foi convertida após 72 h de sacarificação, a amostra com o menor teor de lignina apresentou conversão próxima a 100%. A secagem das amostras deslignificadas não alterou as taxas nem os rendimentos de sacarificação. Pode-se concluir então que o teor de lignina desempenha um papel importante na limitação da sacarificação enzimática da celulose, e que sua remoção implica num aumento do volume de poros do material. / Lignocellulosic materials present characteristics that limit the enzymatic saccharification of cellulose. Among these features, the porosity, usually measured by the solute exclusion technique, can be classified as one of the most important. Drying of the material can also increase its recalcitrance by the hornification phenomenon. In this context, this study aimed to evaluate the influences of lignin content and drying in the porosity and enzymatic saccharification of the sugar cane bagasse. From an in natura sample, other four samples with decreasing lignin contents were generated using the method of delignification by acid chlorite. A fraction of these samples was air dried at room temperature and the remainder one was kept wet. The analysis of the structural changes promoted by the aforementioned treatment was performed using scanning electron microscopy (SEM). The samples porometry, carried out using the solute exclusion technique, was performed using 1 g of sample (dry weight) and 20 g of solutions of molecular probes with concentration of 1.5% (w/w); after 24 h under occasional manual agitation at 25 °C, determination of the volume and surface area distribution of pores was carried out based on the reduction of the initial concentration of the solution. The water retention value of the samples was calculated by centrifugation. The samples were subjected to enzymatic saccharification with enzyme and surfactant loads of 10 FPU and 0.025 g of Tween 20 per gram of bagasse, respectively. The reaction was carried at 45 °C under agitation of 150 rpm and the cellulose conversion was measured after 2, 8, 24 and 72 h. Sample delignified by 1, 2, 3 and 4 hours showed 14.2, 9.2, 8.0 and 5.9% of lignin content, respectively, while the in natura sample was composed of 20.7%. Through SEM analysis, it was observed that the lignin removal resulted in a material with the vascular bundles structurally less compact and ordered. The samples with higher contents of lignin had lower volumes and surface areas of pores and worse enzymatic cellulose conversions. For the in natura sample the total pore volume was 0.89 mL/g of bagasse while for the samples delignified by 1, 2, 3 and 4 hours this volume was 1.19, 1.77, 1.92 and 2.21 mL/g of bagasse, respectively. Drying reduced the total pore volume of samples delignified by 2, 3 and 4 hours to 1.47, 1.55 and 1.98 mL/g of bagasse, respectively. The water retention values were similar to the total pore volume obtained by the solute exclusion technique. While only about 20% of the cellulose in the in natura sample was converted after 72 h of saccharification, the sample with the lowest lignin content showed a conversion close to 100%. Drying of the delignified samples did not change rates and yields of saccharification. It can be concluded then that the lignin content plays an important role on limiting the enzymatic saccharification of cellulose, and that its removal implies in increase in the pore volume of the material.

O presente trabalho teve como objetivo a caracterização da xilanase presente no extrato bruto de Bacillus pumilus, com a finalidade de usá-la na extração de xilana do bagaço de cana-de-açúcar. Foram testados dois meios de cultura em pHs 8,5 e 9,5 com diferentes substratos. As maiores atividades de xilanase foram produzidas em xilana comercial de oat spelts (228 U/mL) e em farelo de trigo (220 U/mL), no pH 8,5. Independentemente das condições de cultivo empregada, não foi detectada atividades de &szlig;-xilosidase, &szlig;-glicosidase e arabinofuranosidase e a produção de endoglucanase foi baixa (< 0,7 U/mL). O perfil de proteínas em eletroforese foi amplo, e a banda com 23 kDa correspondeu a uma xilanase. A xilanase apresentou pH ótimo na faixa de 7-8, temperatura ótima entre 45-50 ºC e se apresentou mais estável a 40 ºC (pH8,0). A hidrólise de xilanas comerciais produziu xilotriose, xilotetraose, xilopentaose e xilo-oligossacarídeos (XOS) com massas maiores, que não foram identificados por cromatografia em camada fina (TLC). A influência de vários fatores, tais como a carga de xilanase, tipo de substrato, temperatura e a adição de vários compostos foi avaliada no rendimento de extração de xilanas desde o bagaço de cana-de-açúcar prétratado. O extrato bruto de B. pumilus, rico em xilanases, foi aplicado em um bagaço pré-tratado com sulfito/álcali, e em um bagaço deslignificado por clorito em meio ácido, evidenciando que a menor quantidade de lignina residual como principal fator para aumentar a extração de xilana, aumentando a extração de 4,2 para 42,5%. A lavagem extensiva do material pré-tratado com sulfito alcalino também auxiliou no aumento do rendimento de xilana, de 18,5 para 25,1 %. Foram testadas outras alternativas para aumentar o rendimento de hidrólise da xilana do bagaço pré-tratado, sem a necessidade da lavagem do material. A reutilização do licor sulfito alcalino, a adição de tween 80, polietileno glicol, albumina não favoreceram a extração de xilanas, enquanto que a adição de MgSO4 teve um pequeno efeito positivo na extração da xilana (de 18% para 20,9 %). A extração alcalina a frio, realizada após a extração enzimática, influenciou positivamente o rendimento de extração da xilana do bagaço pré-tratado com 10% Na2SO3/5%NaOH. A extração de xilana obtido pela aplicação de xilanase (20 U/g) seguida da extração com 20% de NaOH produziu o mesmo resultado que utilizando apenas NaOH (70%), de 24,1 e 24,9 %, respectivamente. A extração enzimática da xilana permitiu a obtenção de um resíduo com características favoráveis para a completa sacarificação, com Cellic CTec2 na carga de 10 FPU/g de material. / The present work aimed to characterize the xylanase present in the crude extract of Bacillus pumilus, with the purpose of using it in the xylan extraction of the sugarcane bagasse. Two culture media were tested at pHs 8.5 and 9.5 with different substrates. The highest xylanase activities were produced in commercial xylan oat spelled (228 U / mL) and wheat bran (220 U / mL) at pH 8.5. Regardless of the culture conditions employed, &szlig;xylosidase, &szlig;-glycosidase and arabinofuranosidase activities were not detected and endoglucanase production was low (<0.7 U/mL). The protein profile on electrophoresis was extensive, and the 23 kDa band corresponded to a xylanase. The xylanase presented optimum pH in the range of 7-8, optimal temperature between 45-50ºC and was more stable at 40 ºC (pH8.0). Hydrolysis of commercial xylanes produced xylotriose, xylotetraose, xylopentaose and xylooligosaccharides (XOS) with larger masses, which were not identified by thin layer chromatography (TLC). The influence of various factors, such as xylanase loading, substrate type, temperature and the addition of various compounds was evaluated in the xylan extraction yield from the pretreated sugarcane bagasse. The crude extract of B. pumilus, rich in xylanases, was applied to a bagasse pretreated with sulfite/alkali, and to a bagasse delignified by chlorite in acid medium, showing that the lower amount of residual lignin as the main factor to increase the extracting xylan, increasing the extraction from 4.2 to 42.5%. Extensive washing of the alkaline sulfite pretreated material also assisted in increasing xylan yield, from 18.5 to 25.1%. Further alternatives were tested to increase the hydrolysis yield of pretreated bagasse xylan without the need for material washing. The reuse of the alkali sulfite liquor, the addition of tween 80, polyethylene glycol, albumin did not favor xylan extraction, while addition of MgSO4 had a small positive effect on xylan extraction (from 18% to 20.9%). The cold alkaline extraction, after enzymatic extraction, positively influenced the xylan extraction yield of the pretreated bagasse with 10% Na2SO3/5% NaOH. Extraction of xylan obtained by applying xylanase (20 U / g) followed by extraction with 20% NaOH produced the same result as using only NaOH (70%), 24.1 and 24.9%, respectively. The enzymatic extraction of xylan allowed to obtain a residue with favorable characteristics for the complete saccharification, with Cellic CTec2 in the load of 10 FPU / g of material.

O Brasil é hoje o maior produtor de cana-de-açúcar no mundo e a previsão de safra para 2016 é de 658,7 milhões de toneladas. Como o bagaço da cana consiste de 14% de sua massa serão produzidas cerca de 92 milhões de toneladas desse coproduto. Buscando alternativas sustentáveis existem algumas formas de aproveitamento do mesmo, seja na produção de energia, de etanol de segunda geração ou de derivados celulósicos, foco do presente estudo. Objetivou-se através deste trabalho obter metilcelulose por meio de processos sequenciados. Partindo do bagaço de cana in natura, celulose, hemicelulose e lignina foram segregadas por hidrólises, sendo que o foco foi a fração celulósica. A mesma passou por duas diferentes sequências de branqueamento, obtendo celulose purificada, da qual foi produzida a metilcelulose com potencial aplicabilidade industrial. As sequências de branqueamento avaliadas foram uma livre de cloro elementar (ECF) e outra totalmente livre de cloro (TCF), visando reduzir ou suprimir a geração de poluentes tóxicos, principalmente compostos organoclorados. Uma das escolhas para esse objetivo foi o emprego de tecnologia baseada no tratamento enzimático, através da lacase, na sequência TCF. Cada material gerado por etapa de estudo foi analisado. O bagaço de cana, e as celuloses geradas pelas hidrólises foram caracterizadas quanto aos teores de celulose, hemicelulose, lignina, cinzas e extrativos. A celulose gerada antes e após cada etapa de branqueamento foi caracterizada, alcançando por meio da rota ECF uma redução de 80,5% do número kappa, aumento de 3,6 vezes do grau de alvura e pouca variação na viscosidade. Para a rota TCF houve redução de 48,7% do número kappa, aumento de 2,3 vezes do grau de alvura e melhora das propriedades da fibra por meio do aumento da viscosidade. A metilcelulose foi caracterizada por DRX, FTIR, TGA/DTG, MEV e solubilidade. Concluiu-se que os tratamentos foram realizados de maneira eficiente, a otimização das etapas de branqueamento proporcionou uma boa purificação da celulose, a partir da qual pôde ser produzida metilcelulose de boa qualidade, confirmada pelas análises do material. / Brazil is now the largest producer of sugarcane in the world and harvest forecast for 2016 is 658.7 million tons. Such as sugarcane bagasse consists of 14% of its mass will be produced about 92 million tons of this coproduct. Seeking sustainable alternatives there are some ways to use the same, whether in energy production of second-generation ethanol or cellulosic derivatives, focus of this study. The objective was to get through this work methylcellulose through sequenced processes. Starting from sugarcane bagasse, cellulose, hemicellulose and lignin were segregated by hydrolysis, and the focus was the cellulosic fraction. The same underwent two different bleaching sequences, obtaining purified cellulose, which was produced methylcellulose having potential industrial applicability. bleaching sequences evaluated were an elemental chlorine free (ECF) and other totally chlorine free (TCF), to reduce or eliminate the generation of toxic pollutants, organochlorine compounds mainly. One of the choices for this purpose was the use of technology based on enzymatic treatment by Laccase in TCF sequence. Each material generated by step study was analyzed. The sugarcane bagasse, and the pulps generated by hydrolysis were characterized how to cellulose, hemicellulose, lignin, ash and extractives. Cellulose generated before and after each bleaching stage was characterized, by ECF route reaching a reduction of the kappa number 80.5%, an increased of 3.6 times the degree of whiteness and little variation in viscosity. For TCF route was reduced by 48.7% kappa number, increase the degree of whiteness in 2.3 times and a improvement of fiber properties by increasing the viscosity. The methylcellulose was characterized by XRD, FTIR, TGA / DTG, SEM and solubility. It was concluded that the treatments were performed in an efficient manner, optimization of the bleaching stages provided a good purification of the pulp, from which good quality can be produced methylcellulose, confirmed by analysis of the material.