A agroindústria da cana-de-açúcar no Brasil foi um dos setores que mais se desenvolveu nas últimas 4 décadas. Do caminho trilhado desde os canaviais até as bombas de combustível, cerca de 30% da massa de cana-de-açúcar utilizada para a produção de etanol é perdida na forma de palha e bagaço. O resíduo de natureza lignocelulósica, apresenta composição aproximada de 32-48% de celulose, 23-27% de hemicelulose e 19-32% de lignina. Em virtude da resistência física e mecânica oferecida por esse tipo de material, diversas metodologias como pré-tratamentos químicos ou enzimáticos têm sido propostos visando tornar mais acessível a fração polissacarídica do bagaço à quebra em açúcares fermentescíveis passíveis a conversão em etanol de segunda geração. Nesse contexto, o fungo Aspergillus fumigatus apesar de patogênico, apresenta enorme relevância no cenário da desconstrução de resíduos de origem lignocelulósica como o bagaço. Com a recém descoberta das chamadas mono-oxigenases líticas de polissacarídeos (LPMOs), metaloenzimas auxiliares à degradação de compostos lignocelulósicos que apresentam notoriedade por conta de seus mecanismos de ação oxidorredutivos, as mesmas já foram encontradas em diversos tipos de microorganismos, incluindo o próprio A. fumigatus. Nesse sentido, o projeto em questão realizou a clonagem e expressão heteróloga na cepa E. coli Rosetta(TM)(DE3)pLysS dos genes AFUA_1G12560 e AFUA_4G07850 responsáveis por codificar respectivamente as enzimas AfuLPMO9A e AfuLPMO9C de A. fumigatus Af293 identificadas em análises de secretoma e RNA-Seq previamente obtidos pelo nosso grupo de pesquisa. Através da análise desses dois genes, foi verificado que na presença de diferentes fontes de carbono, ambos foram induzidos, de modo que na presença de SEB, CMC e Avicel, o gene AFUA_4G07850 foi em até 3500X, 2000X e 1000X mais induzido, enquanto que o AFUA_1G12560 apresentou um aumento moderado de 16X, 13X e 7X, respectivamente. A avaliação da conformação tridimensional, bem como o alinhamento múltiplo com enzimas de maior grau de homologia revelaram algumas características estruturais importantes como a presença de núcleos ricos em estruturas ? em conformação de sanduíche e que importantes resíduos conservados como H20; H105; Y194 e H22; H107; Y196 encontravam-se coordenados ao centro metálico das enzimas AfuLPMO9A e AfuLPMO9C, respectivamente. Uma análise mais profunda baseada em DFT revelou que o sítio ativo de ambas assume uma geometria piramidal de base quadrada. Após purificação das LPMOs, ensaios de atividade revelaram que as enzimas AfuLPMO9A e AfuLPMO9C aumentaram respectivamente em até 1,26X e 1,20X a atividade do coquetel enzimático quando nas concentrações de 10 mg/g Avicel e presença de 0,02% NaN3. Análises mais profundas dessas enzimas auxiliares vão permitir uma maior compreensão sobre o papel desempenhado por elas na desconstrução do bagaço de cana-de-açúcar. / The sugarcane agroindustry in Brazil was one of the most developed sectors in the last 4 decades. In the path from cane fields to the gas stations, about 30% of the sugarcane mass used for ethanol production is lost in form of straw and bagasse. The lignocellulosic residue presents approximately 32-48% cellulose, 23-27% hemicellulose and 19-32% lignin. Due to the physical and mechanical resistance offered by this type of material, several methodologies such as chemical or enzymatic pre-treatments have been proposed to make the polysaccharide fraction of the bagasse accessible to the break in fermentable sugars that can be converted into second generation ethanol. In this context, the fungus Aspergillus fumigatus, despite being pathogenic, presents enormous relevance in the scenario of deconstruction of lignocellulosic residues such as bagasse. With the recently discovery of the so-called polysaccharide lytic monooxygenases (LPMOs), metalloenzymes that help the degradation of lignocellulosic compounds and are notorious for their oxidoreductive mechanisms of action, they have already been found in several types of microorganisms, including A. fumigatus. In this regard, this project performed the heterologous cloning and expression in E. coli Rosetta(TM)(DE3)pLysS of the AFUA_1G12560 and AFUA_4G07850 genes responsible for respectively encoding the A. fumigatus Af293 enzymes AfuLPMO9A and AfuLPMO9C identified in secretome and RNA-Seq results previously obtained by our research group. By analyzing these two genes, it was found that in the presence of different carbon sources, both were induced, so that in the presence of SEB, CMC and Avicel, the AFUA_4G07850 gene was up to 3500X, 2000X and 1000X more induced while AFUA_1G12560 presented a lower increase of 16X, 13X and 7X, respectively. The evaluation of the three-dimensional conformation as well as the multiple alignment with higher degree homology enzymes revealed some important structural features such as the presence of cores rich in ? structures in sandwich conformation and that important conserved residues as H20; H105; Y194 and H22; H107; Y196 were coordinated to the metal center of the enzymes AfuLPMO9A and AfuLPMO9C, respectively. Further analysis based on DFT revealed that the active site of both assumes a square-based pyramidal geometry. After purification of LPMOs, activity assays revealed that the enzymes AfuLPMO9A and AfuLPMO9C were able to increase cocktail activity up to approximately 1,26X and 1,20X at concentrations of 10 mg/g Avicel and presence of 0.02% NaN3. Further analysis of these auxiliary enzymes will allow a better understanding of their role in sugarcane bagasse deconstruction.

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.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar condições de imobilização da levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 pelo método do aprisionamento em gel de alginato de cálcio visando à produção de bioetanol em biorreator STR tipo cesta à partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Primeiramente, realizou-se as etapas de obtenção, destoxificação e caracterização do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Realizou-se em seguida um screening objetivando a seleção de um meio de cultivo adequado para a produção de etanol por esta levedura. O meio escolhido foi aquele onde se suplementou o hidrolisado com extrato de levedura (3,0 g/L), peptona (5,0 g/L), (NH4)2SO4 (2,0 g/L) e CaCl2 (0,1 g/L), onde verificou-se um fator de conversão de xilose à etanol (Yp/s) de 0,33 g/g. As condições de imobilização da levedura foram então avaliadas por planejamento fatorial 23 completo onde os fatores concentração de alginato de sódio, concentração do cloreto de cálcio e tempo de cura foram investigados. Após a análise estatística, as condições 2% de alginato de sódio, 0,1M de cloreto de cálcio e tempo de cura de 12 horas foram fixadas para as etapas seguintes. Nestas condições, avaliou-se então a influência da concentração de células à serem imobilizadas e agitação durante a fermentação a partir de um planejamento fatorial 22 completo, definindo-se assim 10 g/L de células e 100 rpm como condições ideais. Após a determinação das condições de imobilização do processo, verificou-se a estabilidade das células imobilizadas em repetidos ciclos fermentativos, para isso cinco bateladas repetidas em frascos Erlenmeyer foram realizadas. Observou-se que apesar da levedura assimilar xilose e produzir etanol em todos os ensaios, uma diminuição na eficiência da fermentação foi verificada, diminuindo em 24% da terceira para a quarta batelada, indicando assim que a levedura imobilizada era viável para o sistema de batelada repetida em até 3 ciclos nas condições estudadas. Iniciou-se então ensaios fermentativos em biorreator STR tipo cesta, realizando-se ensaios em meio sintético e em hidrolisado hemicelulósico. Observou-se reprodutibilidade nos ensaios utilizando os diferentes meios, com um valor de Yp/s de 0,21g/g e uma produtividade volumétrica de 0,15 g/L.h em ambos os ensaios. Fermentações em sistema de bateladas repetidas foram realizadas neste biorreator STR tipo cesta. Realizou-se cinco ciclos consecutivos, ao final dos quais observou-se comportamento semelhante às bateladas repetidas realizadas em frascos Erlenmeyer, na qual a partir de três ciclos a capacidade fermentativa da levedura S. stipitis diminuiu, apresentando uma produtividade volumétrica em torno de 0,16 g/L.h nas três primeiras bateladas. O gel de alginato de cálcio apresentou considerável estabilidade em sistema de bateladas repetidas indicando a possibilidade de sua utilização nesse processo. Embora os resultados obtidos neste trabalho sejam inferiores aos observados com células livres por outros autores, os mesmos demonstraram o potencial do emprego do gel de alginato de cálcio e da levedura Scheffersomyces stipitis imobilizada para a produção de bioetanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar e contribuíram para os conhecimentos sobre a fermentação de hidrolisado hemicelulósico à etanol. / This study aimed to evaluate immobilization conditions for the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 entrapped in calcium alginate gel in basket type of STR bioreactor for ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate. For this purpose, first the steps to obtain the hydrolysate by dilute acid pretreatment, detoxification and characterization of hydrolysate was performed. Then, a screening aiming the selection of a suitable culture medium suitable for ethanol production by this yeast was carried out. The medium which showed maximum ethanol production (Yp/s, 0.33 g/g) was selected to continue the further studies. It was composed by the hydrolyzate supplemented with yeast extract (3.0 g/L), peptone (5.0 g/L), (NH4)2SO4 (2.0 g/L), CaCl2 (0.1g/L). The immobilization conditions of the yeast were then evaluated through a 23 factorial design where the three process variables i.e. concentration of sodium alginate, concentration of calcium chloride and reaction time were investigated. After statistical analysis, the optimum set of conditions (2% of sodium alginate, 0.1 M of calcium chloride and a reaction time of 12 hrs) were set to perform the following steps of this study. Subsequently, the influence of the cell concentration for immobilization and agitation during fermentation were studied considering a factorial design 22. This study revealed that 10 g/L of cells and 100 rpm were the optimum conditions for ethanol production via immobilized systems. After determination of the conditions for immobilization procedure, the stability of the immobilized cells were evaluated by repeated fermentation cycles, for that five repeated batches were performed in Erlenmeyer flasks. It was observed that despite the yeast assimilates xylose and produces ethanol in all assays, a decrease in the efficiency of the fermentation was verified from the third batch, revealing the 65% efficiency in the second batch and 39% in the fourth batch. This behavior indicates that the immobilized yeast is viable for repeated batch system only up to 3 cycles under the employed conditions. Fermentation tests in basket type STR bioreactor were carried out using synthetic medium and hemicellulosic hydrolysate as carbon source. Reproducibility was observed in assays using the different medium with ethanol yield (Yp/s) of 0.21 g/g and a volumetric productivity of 0.15 g/L.h in both assays. Fermentation assay in repeated batch system were carried out in STR basket type bioreactor. Five consecutive fermentation cycles were performed which eventually showed the similar behavior with the repeated batches conducted in Erlenmeyer flasks. The fermentative efficiency of the yeast S. stipitis was considerably good up to three cycles with a volumetric productivity of 0.16 g/L.h followed by a concomitant down fall. The calcium alginate gel showed a considerable stability in the experiments, indicating the viability of its application in repeated batch system. Although the results of this work are inferior to that observed by other authors using free cells, the calcium alginate gel potential is evident and the yeast Scheffersomyces stipitis showed to be capable to produce ethanol in immobilized form, contributing with knowledge for second generation ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate adopting biochemical platform.

Resíduos celulósicos por erem ricos em celulose e hemicelulose estão sendo apontados como promissoras fontes para a produção de etanol. Com isso, este trabalho tem como objetivo hidrolisar e fermentar resíduos celulósicos visando a produção de etanol. Para estudo da hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar, foram isolados 22 fungos da cidade de Araras-SP e estes testados para produção de endoglucanases (EG). Foram testadas temperatura e pH ótimos, diferentes tampões, estabilidade do coquetel e influência de sais, EDTA e ?-mercaptoetanol para lacase, xilanase, endo-?-1,4-glucanase, celobiohidrolase I, ?-glucosidase e glucoamilase. As condições padronizadas para aplicação do coquetel enzimático foi 55ºC, tampão citrato de sódio 50 mM e pH 5,0. Para elaboração do coquetel enzimático foi realizado um Plackett-Burman seguido de um delineamento composto central rotacional, em que as condições padronizadas para aplicação foram (U/g de bagaço de cana-deaçúcar): 0,122 de lacase; 7 de xilanase; 5 de endoglucanase; 14 de celobiohidrolase e 9 de ?-glucosidase. Foram liberados 4,405 µmol de açúcares redutores por mL, após 48 horas de hidrólise do bagaço a 55ºC, em tampão citrato de sódio 50 mM (7 mL), pH 5,0, agitação de 110 rpm. O hidrolisado obtido foi fermentado pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae PE-2 e Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), separadamente e em cultivo misto, averiguando a necessidade de suplementação do meio, para a produção de etanol. Os resultados mostraram a necessidade de suplementação para aumento da viabilidade das leveduras. Observou-se que a suplementação manteve a viabilidade acima de 90%. A fermentação com Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), sem a necessidade de suplementação, possibilitou a produção de 12,66% de etanol; com a Saccharomyces cerevisiae a produção de etanol foi de 7,03%, quando o meio foi suplementado com 3 g/L de extrato de levedura. A fermentação com cultura mista produziu 0,53% e 1,18% de etanol em 24 e 48 horas de cultivo, respectivamente. Para aplicação enzimática na hidrólise do lodo branco foram utilizadas amilase de Aspergillus carbonarius e celulase comercial. Os produtos de hidrólise enzimática do lodo branco detectados HPLC mostraram a formação de glicose, xilose e traços de maltose. A viabilidade celular da levedura Saccharomyces cerevisiae durante a fermentação se manteve bastante elevada, acima de 95 %. A fermentação do lodo branco, quando o meio foi suplementado com 3g/L de extrato de levedura, foi considerada satisfatória, com 2,37 g/L de etanol. Foram realizadas análise de superfície por ion-tof e microscopia eletrônica de varredura nos resíduos celulósicos. Desta maneira, com este trabalho foi possível estudar a importância da aplicação de enzimas fúngicas para degradação de biomassa lignocelulósica para produção de etanol de segunda geração. / As cellulosic wastes are rich in cellulose and hemicellulose they have been pointed as promising sources for ethanol production. Thereby, this work aimed to hydrolyze and ferment cellulosic residues to produce ethanol. In order to study the hydrolyzes of sugar-cane bagasse and ferment the sugars obtained from this process, twenty-two fungi were isolated in the city of Araras-SP and tested for endoglucanase (EG) production. Aiming to optmize an enzyme cocktail, variables as temperature, optimum pH, different buffers, stability, salt influence, EDTA and ?-mercaptoethanol were tested for laccase, xylanase, endo- ?-1,4-glucanase, cellobiohydrolase I, ?-glucosidase and glucoamylase. The standard conditions for applying the enzyme cocktail were 55°C, sodium citrate buffer 50 mM pH 5.0. For the preparation of the enzyme cocktail a Plackett-Burman was made followed by a central composite design, in which the standard conditions for application were (U/g of sugarcane bagasse): 0.122 of laccase; 7 of xylanase; 5 of endoglucanase; 14 of cellobiohydrolase and 9 of ?-glucosidase per gram of sugarcane bagasse. After 48 hours of hydrolyzes in the following conditions, 55ºC, sodium citrate buffer 50 mM (7 mL), pH 7.0, 110 rpm, 4.405 µmol of reducing sugar per mL were released. The hydrolyzate obtained was separately fermented by the yeasts Saccharomyces cerevisiae PE-2, Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783) and with both yeasts in a mixed cultivation, in order to investigate the need of medium supplementation for ethanol production. The results showed the need of supplementation to increase the viability of the yeasts. It was observed that this procedure kept the viability over 90%. The fermentation with Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), without supplementation, allowed the production of 12.66% of ethanol and with Saccharomyces cerevisiae the production was 7.03% with a supplementation of 3 g/L of yeast extract. The fermentation with mixed cultivation produced 0.53% and 1.18% in 24 and 48 hours of cultivation, respectively. Another objective of this work was the hydrolysis of paper sludge which was obtained by using amylases from Aspergillus carbonarius and commercial cellulases. The products of enzymatic hydrolysis of the white sludge detected in HPLC showed the formation of glucose, xylose and maltose traits. Cell viability counting of the yeast, analyzes of pH, reducing sugar and alcohol content were carried out. Cellular viability of Saccharomyces cerevisiae along the fermentation was kept over 95%. Paper sludge fermentation using Saccharomyces cerevisiae, in medium supplemented with yeast extract 3 g/L, was considered satisfactory, showing 2.37 g/L of ethanol. Surface analysis was performed by Ion-tof and scanning electron microscopy in the cellulosic waste. Thus, this work made possible to study the importance of fungal enzymes application in lignocellulosic biomass degradation for the production of second generation ethanol.

Os polímeros são usados em numerosas aplicações e em diferentes segmentos industriais, gerando enormes quantidades de rejeitos no meio ambiente. Entre os vários componentes de resíduos nos aterros sanitários estão os materiais poliméricos, entre eles o Polipropileno que contribuem com 20 a 30% do volume total de resíduos sólidos. Como os materiais poliméricos são imunes à degradação microbiana, permanecem no solo e nos aterros sanitários como um resíduo semipermanente. A preocupação ambiental no sentido de redução de resíduos se voltou para o desenvolvimento de polímeros renováveis para a fabricação de materiais que se decompõem na natureza, entre eles estão às espumas poliméricas biodegradáveis. Os polímeros espumados são considerados materiais do futuro, com um leque abrangente de aplicações; as espumas estruturais, de alta densidade, são usadas principalmente na construção civil, em substituição a metais, madeiras e concreto com a finalidade básica de reduzir custos com materiais. O objetivo deste trabalho foi a incorporação de blendas da matriz polimérica PP/HMSPP com bagaço de cana-de-açúcar, PHB e PLA, na produção de espumas estruturais. A degradação via tratamento térmico, nas temperaturas 100º, 120º e 160º C não foi suficiente para induzir a biodegradabilidade; já a degradação via irradiação gama, nas doses 50, 100, 150, 200 e 500 kGy se mostrou eficaz para indução da biodegradabilidade. As composições com bagaço, irradiadas, também sofreram deterioração superficial, favorecendo a absorção de água, e, consequentemente, uma maior biodegradação. / Polymers are used in various applications and in different industrial areas providing enormous quantities of wastes in environment. Among diverse components of residues in landfills are polymeric materials, including Polypropylene, which contribute with 20 to 30% of total volume of solid residues. As polymeric materials are immune to microbial degradation, they remain in soil and in landfills as a semi-permanent residue. Environmental concerning in litter reduction is being directed to renewable polymers development for manufacturing of polymeric foams. Foamed polymers are considered future materials, with a wide range of applications; high density structural foams are specially used in civil construction, in replacement of metals, woods and concrete with a final purpose of reducing materials costs. At present development, it was possible the incorporation of PP/HMSPP polymeric matrix blends with sugarcane bagasse, PHB and PLA, in structural foams production. Thermal degradation at 100, 120 and 160°C temperatures was not enough to induce biodegradability. Gamma irradiation degradation, at 50, 100, 150, 200 and 500 kGy showed effective for biodegradability induction. Irradiated bagasse blends suffered surface erosion, in favor of water uptake and consequently, a higher biodegradation in bulk structure.

A Floresta Amazônica, o maior bioma brasileiro, é caracterizado pela ampla diversidade e heterogeneidade de seus ecossistemas. Os solos amazônicos, em geral, abrigam elevada diversidade microbiana que desempenha papeis importantes na ciclagem de nutrientes, mediante a decomposição da matéria orgânica. Dentre os micro-organismos, os fungos se destacam como os principais agentes envolvidos na biodegradação. Esses micro-organismos produzem um coquetel de enzimas do complexo celulolítico que são de grande importância biotecnológica. Desse modo, diante da importância econômica dos fungos, o presente trabalho propôs, acessar fungo do gênero Trichoderma, obtidos de solos da Floresta Amazônica, na busca por linhagens com alto potencial celulolítico. Assim, a partir de amostras de solos coletados em doze pontos da floresta foram obtidos 151 isolados de Trichoderma spp. O sequenciamento do gene que codifica para o de elongação da transcrição alfa-1, evidenciou a prevalência de sete espécies de Trichoderma. Do total de isolados, as mais abundantes foram: Trichoderma spirale (37%), Trichoderma strigosum (22%), Trichoderma harzianum (18%) e Trichoderma asperellum (17%). As linhagens foram submetidas a triagem para atividade celulolítica. Duas linhagens, T. harzianum AMS 23.14 e T. harzianum AMS 29.14 apresentaram atividade enzimática superior ao padrão, T. reesei RUT C-30 e foram submetidas a avaliação da atividade enzimática em diferentes condições de cultivos (bagaço de cana-deaçúcar tratado e não tratado, em dois pHs: 3 e 5). Foi observado atividade superior das linhagens amazônicas para as três enzimas estudadas (endoglucanase, exoglucanase e β-glicosidase), quando comparadas à linhagem padrão utilizada. A atividade enzimática foi positivamente influenciada pelo pH ácido, assim como pelo substrato não tratado. A partir destes resultados é notório que as linhagens isoladas desse bioma possuem grande potencial de atividade celulolítica, e que estudos mais aprofundados podem proporcionar o futuro emprego desses fungos em diversas áreas industriais. / The Amazon Rain Forest, the largest Brazilian biome, is characterized by the wide diversity and heterogeneity of its ecosystems. Amazonian soils, in general, harbor high microbial diversity that plays important roles in the cycling of nutrients, through the decomposition of organic matter. Among the microorganisms, fungi stand out as biodegradation agents. These microorganisms produce cellulolytic enzymes that are of great economic and biotechnological importance. The present work proposed to access the fungal population of the genus Trichoderma, isolated from Amazonian Forest soils, in the search for lineages with high potential of cellulolytic activity. Twelve soil samples were collected, resulting in the isolation of 151 strains of Trichoderma spp. Gene sequencing of the alpha-1 transcription elongation factor region with the EF1 and TEFR primers evidenced the prevalence of seven Trichoderma species. Of the total isolates, Trichoderma spirale (37%), Trichoderma strigosum (22%), Trichoderma harzianum (18%) and Trichoderma asperellum (17%) were the most abundant. The strains were screened for qualitative cellulolytic activity in solid medium and quantitative in liquid medium. Two strains, T. harzianum AMS 23.14 and T. harzianum AMS 29.14 showed enzymatic activity superior to T. reesei RUT C-30, and were sent to the evaluation of the enzymatic activity in different conditions (sugarcane bagasse treated and untreated, in two pHs: 3 and 5). Superior activity of the Amazonian strains was observed for the three enzymes studied (endoglucanase, exoglucanase and β-glucosidase) when compared to the T. reesei RUT C-30 standard. The enzymatic activity was positively influenced by pH 3, as well as by the untreated substrate. From these results, it is well known that isolated strains of the Amazonian environment have a great potential for cellulolytic activity, and that further studies may provide the future employment of these strains in several areas of industry.

Devido à praticidade do uso de enzimas na transformação de produtos, o desenvolvimento de tecnologias dos processos enzimáticos e sua utilização vêm crescendo na indústria devido às inúmeras aplicações em vários setores de importância econômica e saúde. Os fungos do gênero Pleurotus, conhecidos por fungos da podridão branca, sintetizam uma variedade de enzimas lignocelulolíticas que tem potencial para degradar/transformar diversos compostos poliméricos, entre eles a vinhaça oriunda da indústria sucroalcooleira. A proposta deste trabalho foi a de avaliar as enzimas lignocelulolíticas como lacase, peroxidase e manganês peroxidase, sintetizadas pelos fungos P. sajor-caju CCB 020, P. ostreatus e P. albidus CCB 068, cultivados em vinhaça e/ou bagaço de cana-de-açúcar umedecidos com vinhaça. A atividade dessas enzimas extracelulares foram avaliadas, a cada três dias, durante 30 dias, quanto a estabilidade com relação ao tempo, e relacionadas a capacidade de degradação do corante índigo. O cultivo dos fungos foi realizado a 28°C em incubadoras, com agitação para vinhaça in natura, e estacionária para o meio sólido. Após o cultivo, o sobrenadante ou a solução enzimática extraída, do meio sólido, com tampão citrato, foram utilizados. A descoloração do corante índigo foi testada em solução à 0,02%, a pH 4,5 e temperatura 35°C. As atividades variaram com o meio de cultivo e com as linhagens. A lacase teve picos de atividades entre 12º e 15º dias com valores variando de 384 a 1.463 UI L-1, no meio líquido e no meio sólido, picos ao 6° dia de cultivo, com valores de 4 a 40 UI L-1. A atividade da peroxidase teve pico aos, 12°, 15° e 21° dia de cultivo, conforme a linhagem do fungo e atividades entre 356 a 975 UI L-1. A atividade de MnP teve pico aos 12° e 18° dia e atividades de pico entre 2,24 a 174 UI L-1. Quanto a atividade específica P. sajor-caju produziu lacase e MnP com maior eficiência comparado com as outras linhagens, enquanto que P. albidus CCB 068, produziu peroxidases com maior eficiência. O cultivo em vinhaça in natura foi mais eficiente que em meio sólido com bagaço. As estabilidades das atividades enzimáticas variaram conforme a linhagem do fungo, tempo de cultivo e com o tempo de estocagem, de 1, 2 e 24 h na temperatura ambiente. A descoloração do índigo foi relacionada com a atividade enzimática de lacase e MnP para a linhagem do fungo P. sajor-caju CCB 020. Entretanto, como foi mostrado no estudo, os basidiomicetos P. sajor-caju CCB 020, P. ostreatus, P. albidus CCB 068 apresentaram uma descoloração da vinhaça foi possível observar que o fungo P. sajor-caju CCB 020 apresentou maior potencial de descoloração da vinhaça de aproximadamente 70%, em relação ao P. ostreatus e P. albidus CCB 068 tiveram resultado inferior. A descoloração da vinhaça com relação à absorbância é lida a 680 nm. Ambos fungos inoculados em meio contendo vinhaça + bagaço teve melhor resultado nos 3º, 6º, 9º, 12º, 21º e 30º dias, exceto aos 15º e 18º dias, onde o meio só com vinhaça teve melhor resultado, em ambos os comprimentos de onda (\'lâmbda\'). O P. sajor-caju CCB 020 inoculado em meio de vinhaça + bagaço foi melhor aos 9º e 12º dias, na eficiência da descoloração do corante com 83,56% a 77,56% dos resultados, para P. ostreatus foi melhor aos 6º e 12º dias, na descoloração do corante com 46,09% a 46,18% respectivamente, já para P. albidus CCB 068 resultado foi nos dias 6º e 9º dias (56,23% e 57,42%) / Due to the convenience of using enzymes in the processing of products, technology development of enzymatic processes and its use are growing in the industry because of numerous applications in various sectors of economic and health importance. The fungi of the genus Pleurotus synthesize a variety of lignocellulolytic enzymes that has the potential to degrade / transform various polymeric compounds, including vinasse originating from the sugar industry. The proposal is to evaluate lignocellulolytic enzymes such as laccase, peroxidase and MnP, synthesized by the fungi P. sajor-caju CCB 020, P. ostreatus and P.albidus CCB 068 cultivated in vinasse and /or sugarcane bagasse moistened with vinasse. The activity of these extracellular enzymes was evaluated every three days for 30 days with regard to stability in relation to time and related to the degradation ability of the indigo dye. The cultivation of the fungi was performed at 28°C in incubators, with stirring of vinasse in nature, and the solid medium was stationary. After culturing, the supernatant or the enzyme solution extracted from the solid medium with citrate buffer was used. Decolorization of the indigo dye was tested in solution at 0.02% at pH 4.5 and 35 °C temperature. The activities varied according to the culture medium and the strains. Laccase had peaks of activity between the 12th and 15th days with values ranging from 384 to 1463 UI L-1, in the liquid and solid medium with peaks at the 6th day of culture, with values ranging from 4 a 40 UI L-1. Peroxidase activity peaked at the 12th, 15th and 21st days of cultivation, according to the strain of the fungus and activities from 356 to 975 UI L-1. The MnP activity peaked at the 12th and 18th days and had peak activities from 2.24 to 174 IU L-1. The specific activity P. sajor-caju CCB 020 produced laccase and MnPmore efficiently when compared with the other strains, whereas P. albidus, produced peroxidases more efficiently. Cultivation in vinasse in nature was more efficient than cultivation in solid medium with sugar cane bagasse. The stabilities of the enzymaticactivities varied with the strain of the fungus, cultivation time and the storage time of 1, 2 and 24 h at room temperature. The indigo decolorization was related to the enzymatic activity of laccase and MnP for the strain of the fungus P. sajor-caju CCB 020. However, Pleurotus showed decolorization of vinasse, and it was noticed that P. sajor-caju CCB 020 showed greater potential for vinasse decolorization, about 70%, compared to the others that had lower results. The vinasse decolorization with respect to the absorbance is read at 680 nm. Both fungi inoculated in medium containing vinasse + bagasse had better results on the 3rd ,6th, 9th, 12th, 21st and 30th days, except on the 15th and 18th days when the medium with vinasse alone had better results in both wavelengths (\'lâmbda\'). The P. sajorcaju CCB 020 inoculated in the vinasse + bagasse medium was better on the 9thand 12th days, in the efficiency of decolorization of the dye with 83.56% to 77.56% of the results, for P. ostreatus it was better on the 6th and 12th days in decolorization of the dye with 46.09% and 46.18% respectively, while for P. albidus CCB 068 the result was on the 6th and 9th days (56.23% and 57.42%)

A conversão biológica de biomassa celulósica em combustíveis e produtos químicos oferece elevados rendimentos de produtos para a o sucesso da economia e futuramente o potencial de custos muito baixos. A hidrólise enzimática, que converte a biomassa lignocelulósica a açúcares fermentáveis é uma etapa complexa do processo. Um requisito importante no custo-eficiente no processamento de biomassa lignocelulósica é empregar um reator que assegure, ou até mesmo promova uma elevada conversão de celulose para glicose com uma mínima dosagem de enzima. O objetivo da utilização do reator é também de processar um elevado teor de matéria seca e, consequentemente, elevados níveis de celulose que conduzem a um aumento na concentração do produto. No entanto, nos processos que empregam altas cargas de sólidos, além da viscosidade elevada do meio reacional, outros fatores afetam o processo, além da inibição do produto, sendo estes as limitações decorrentes da transferência de massa e a agitação e mistura do meio. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi projetar um biorreator do tipo tambor rotativo para ser empregado no processo, em grande escala, de hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. Para alcançar este objetivo foram realizados experimentos, em escala de bancada, em um protótipo já existente no laboratório. Neste equipamento foi adicionado uma carga de sólidos de 10% (p/v) (bagaço de cana de açúcar, in natura e pré-tratado) e enzima celulase (Accellerase 1500® (Danisco)). Os resultados dos experimentos no reator mostraram um aumento na concentração de glicose (L⁻&#185) convertida quando comparado com os realizados em frascos Erlenmeyer (controle). Isto ocorreu devido a melhor transferência de massa e de mistura no reator, sendo este mais eficiente, pois permite uma maior área de contacto da enzima com o substrato (bagaço). / The biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers high yields of products for the success of the economy and future the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts fermentable sugars in lignocellulosic biomass is a complex step in this process. An important requirement in cost-efficient in the processing of lignocellulosic biomass is to employ a reactor that will ensure, or even promote, maximal conversion of cellulose to glucose with a minimum dosage of enzyme. The purpose of using the reactor is also for to process of high dry matter contents and therefore higher levels of cellulose that will also drive up the product concentration. However, the processes that emply high solid loadings, in addition to the high viscosity of the reaction mixture and other factors than product inhibition, notably mixing and mass transfer limitations. Within this context, the aim of this work was to design a bioreactor rotary drum to be used in the process, with largescale enzymatic hydrolysis from sugarcane bagasse. To achieve this objective were performed in a bench scale, with prototype already existing in the laboratory. In this equipment was added a solids loading of 10% (w/v) (sugar cane bagasse, raw and pretreated) and cellulose enzyme (Accellerase 1500® (Danisco)). The results of the reactor experiments showed an increase in glucose concentration (L⁻&#185) converted when compared with those realized in Erlenmeyer flasks (control). This occurred because the mass transfer and mixing in the reactor is more efficient because it allows greater contact area of the enzyme with the substrate (sugarcane bagasse).

As preocupações com o meio ambiente têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias verde para a produção de etanol de segunda geração (2G), com o intuito de aumentar a produção mundial de etanol e reduzir o uso de combustíveis fósseis. Além disso, o uso de processos biológicos para a obtenção de etanol 2G minimizam a geração de resíduos tóxicos e o uso de energia, reduzindo os custos do processo. O objetivo deste trabalho foi avaliar os processos de biodeslignificação do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) (etapa 1) e biodestoxificação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar (HHBCA) (etapa 2) na produção de etanol celulósico e hemicelulósico. Inicialmente foi explorado o potencial de remoção de lignina presente no BCA por seis isolados fúngicos (JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-A12, JLS6-F6, JLS6-G4 and JLS6-H9) e uma cepa de Streptomyces (JLS3-C3), visando o aumento da acessibilidade aos açúcares fermentescíveis. Foram utilizados o planejamento fatorial fracionário 24-1 e o arranjo ortogonal de Taguchi L8 para avaliar o impacto de parâmetros físicos e nutricionais na atividade das enzimas hidrolíticas e ligninolíticas e transformação da lignina durante 21 dias. Como segundo passo foi utilizado o pré-tratamento com ácido diluído para a obtenção do HHBCA, rico em pentoses. Os parâmetros nuticionais para a biodestoxificação do HHBCA foram avaliados utilizando o modelo Box and Behnken 23. As cepas JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-F6 and JLS6-A12 apresentaram alta capacidade de síntese da enzima xilanase, que foi reduzida (de 30 U/mg para 5 U/mg) com o auxílio do planejamento fatorial fracionário 24-1 na condição otimizada (BCA moído e umedecido, pH 8,5, agitação de 100 rpm durante 14 dias). A cepa JLS6-A6 apresentou alto potencial de síntese da enzima manganês peroxidase, destacando-se entre as outras estirpes. A condição de sacarificação ótima identificada por meio do arranjo ortogonal de Taguchi foi pH 8,5 e BCA umedecido. O valor de YP/S obtido após a fermentação dos açúcares liberados a partir do BCA moído e pré-tratado (YP/S = 0,45 g de etanol celulósico/g) foi 2,14 vezes mais elevado do que o obtido para o BCA não moído e pré-tratado, e 1,29 vezes mais elevado do que o BCA moído e não pré-tratado durante o processo de sacarificação e fermentação simultâneas. A levedura Issatchenkia occidentalis Y1´a foi capaz de crescer no HHBCA não suplementado, utilizando ácido acético como fonte de energia. A etapa de fermentação (30oC, 150 rpm, 24 h) foi bem sucedida com uma produção volumétrica (YP/S) de 0,26 g de etanol hemicelulósico/g e produtividade (QP) de 0,14 g/Lh pela levedura Candida shehatae UFMG 52.2. Estes resultados confirmam o potencial de processos biológicos relacionados com a produção de etanol 2G. Além disso, JLS6-A6 e I. occidentalis Y1\'a são cepas promissoras no pré-tratamento biológico do BCA e destoxificação biológica do HHBCA, respectivamente. Desta forma, este trabalho contribuirá com o desenvolvimento da produção de etanol celulósico e hemicelulósico proporcionando a integração da produção do etanol de primeira e 2G. / Environmental concerns have driven the development of green technologies towards second-generation ethanol (2G) production in order to increase the global production of ethanol and to minimize usage of fossil fuels Furthermore, the use of biological processes through the steps required to obtain 2G bioethanol reduces the generation of residues, some of which are toxic to the environment, and the need for energy usage, reducing the overall costs of the process. The objective of this study was to evaluate the influence of the biodelignification of the sugarcane bagasse (SCB) (step 1) and the sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate (SCBHH) biodetoxification (step 2) for the production of cellulosic and hemicellulosic ethanol. Firstly, six fungal strains (JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-A12, JLS6-F6, JLS6-G4 and JLS6-H9) and one Streptomyces strain (JLS3-C3), were explored according to their potential for lignin removal from SCB during a biological pretreatment in order to increase the accessibility of fermentable sugars. Fractional factorial design 24-1 and Taguchi L8 orthogonal array were utilized to assess the impact of physical and nutritional parameters in the hydrolytic and ligninolytic enzymes activity and lignin transformation over 21 days of incubation. Secondly, SCB was subjected to diluted-acid pretreatment to obtain the SCBHH, rich in pentoses sugar. Nutritional parameters for biodetoxification of SCBHH were evaluated utilizing the Box and Behnken 23 design. The strains JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-F6 and JLS6-A12 showed a high capacity for synthesis of xylanase enzyme. The xylanase activity was significantly reduced (from a maximum of 30 U/mg to 5 U/mg) in the optimized condition (moistened SCB milled to 20 mesh size, pH 8.5, agitation 100 rpm for 14 days) determined with the fractional factorial design. The strain JLS6-A6 showed high potential for synthesis of manganese peroxidase enzyme and efficiency during SCB biodelignification, standing out among the other strains. The optimum saccharification conditions identified by Taguchi orthogonal array was moistened SCB and pH 8.5. The value of YP/S obtained after fermentation of the sugars released from pretreated milled SCB (YP/S = 0.45 g cellulosic ethanol/g) was 2.14 times higher than that obtained for pretreated unmilled SCB and 1.29 times higher than unpretreated milled SCB after the simultaneous saccharification and fermentation process. The yeast I. occidentalis Y1\'a was able to grow on unsupplemented SCBHH using acetic acid as an energy source during the biodetoxification process. The fermentation step (30oC, 150 rpm, 24 h) was successful with a volumetric yield (YP/S) of 0.26 g hemicellulosic ethanol/g and productivity (Qp) of 0.14 g/Lh by the yeast Candida shehatae UFMG 52.2. These results confirm the potential of biological processes related to the production of ethanol 2G. Furthermore, JLS6-A6 and I. occidentalis Y1\'a are promising strains for SCB biological pretreatment and SCBHH biological detoxification, respectively. Thus, this work will contribute to the development of cellulosic and hemicellulosic ethanol production, providing the integration of the production of the first and 2G ethanol.

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.