Hidrolisados hemicelulósicos como o resultante do processamento do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção do etanol celulósico, constituem uma fonte rica em açúcares, em particular xilose. Considerando o potencial destes hidrolisados para utilização por micro-organismos fermentadores de pentoses e a disponibilidade de leveduras xilanolíticas isoladas da Antártica, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o cultivo destas leveduras no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar com vistas à obtenção de bioprodutos. Os experimentos foram realizados empregando-se 16 leveduras xilanolíticas isoladas de diferentes fontes. Inicialmente estas foram repicadas em ágar Sabouraud e cultivadas em diferentes temperaturas, selecionando-se para o cultivo em hidrolisado hemicelulósico aquelas que cresceram neste meio. Os cultivos no hidrolisado foram realizados em triplicata em frascos Erlenmeyer, a 200 rpm, a 30°C em duas etapas: O primeiro ocorreu por 72 h e as leveduras que cresceram neste período foram as empregadas para avaliação do cultivo no hidrolisado e também em meio semi-definido simulando a composição em açúcares deste hidrolisado por um período de 96h. Neste caso as avaliações ocorreram a cada 24h a partir da determinação da concentração de açúcares, formação de células, xilitol e etanol, pH, concentração dos tóxicos ácido acético, hidroximetilfurfural, furfural e fenólicos. O experimento controle foi empregado utilizando-se Candida guillermondii já bastante pesquisada nas fermentações que empregam hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. Foi verificado que 6 das leveduras testadas foram capazes de assimilar os açúcares presentes no hidrolisado, sendo que apenas a Cryptococcus adeliensis (L95) apresentou capacidade de produzir etanol como produto deste metabolismo, enquanto as leveduras Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 e L107) e Cryptococcus adeliensis (L108) apresentaram indícios de atividade xilanolítica. Com relação aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado verificou-se que em alguns cultivos ocorreu decréscimo na concentração destes e a manutenção da viabiliadade celular ao final do cultivo. Considerando o caráter inovador da presente pesquisa faz-se necessário a continuidade da investigação a fim de se estabelecer as melhores condições de cultivo destas leveduras para fins de aproveitamento biotecnológico de hidrolisados hemicelulosicos, em função do desempenho destas em relação à C. guilliermondii. / Hemicellulose hydrolysates, as the result of sugarcane bagasse processing for obtaining cellulosic ethanol, are a rich source of sugars, especially xylose. Considering the potential of these hydrolysates for the use by pentoses fermenting micro-organisms and the availability of xylanolytic yeasts isolated from Antarctica, this research aims to evaluate the cultivation of these yeasts in hemicellulose hydrolysate of sugarcane bagasse in order to obtain bioproducts. The experiments were performed by employing 16 xylanolytic yeasts isolated from different sources. Initially, they were transferred in Sabouraud agar and grown at different temperatures, and those that grew in this medium were selected for cultivation in hemicellulose hydrolysate. The cultures in the hydrolysate were performed in triplicate in Erlenmeyer flasks at 200 rpm at 30 ° C in two stages: The first one occurred for 72 h and the yeasts that grew in this period were used for the evaluation of growth in the hydrolysate and also in semi-defined medium simulating the sugar composition of this hydrolysate for 96h. In this case, the evaluations occurred every 24 hours from the determination of sugars concentration, formation of cell, xylitol and ethanol, pH, concentration of the toxics acetic acid, hydroxymethylfurfural, furfural and phenols. A control experiment was employed using Candida guillermondii which has been well investigated in fermentations employing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate. It was verified that 6 of the tested yeasts were able to assimilate the sugars present in the hydrolysate, and only Cryptococcus adeliensis (L95) showed ability to produce ethanol as a product of this metabolism, while the yeasts Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 and L107) and Cryptococcus adeliensis (L108) showed evidences of xylanolytic activity. With respect to toxic compounds present in hydrolysate, it was verified that, in some cultures, the decrease in their concentration and the maintenance of cell viability at the end of cultivation occurred. Due to the innovative nature of this research, it is necessary to continue the investigation in order to establish the best conditions for this yeasts cultivation with the purpose of biotechnological exploitation of hemicellulose hydrolysates, depending on their performance regarding C. guilliermondii.

A hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar, para a obtenção de uma alta eficiência de conversão dos polissacarídeos a monossacarídeos, é dependente de fatores relacionados à sua morfologia e composição química. Assim, uma etapa de pré-tratamento é necessária, visando obter um substrato menos recalcitrante. O objetivo principal deste trabalho foi estudar o pré-tratamento sulfito ácido em diferentes amostras de bagaço de cana, para verificar como as mudanças ocorridas nas fibras poderiam influenciar na conversão enzimática da celulose. A metodologia do pré-tratamento sulfito ácido se baseia na modificação química do substrato, através da remoção de hemicelulose e da sulfonação da lignina, seguida do desfibramento mecânico. O efeito da adição de Na2SO3 nas concentrações de 0 a 10% (m/m) com carga fixa de 2,5% (m/m) H2SO4 foi avaliado no pré-tratamento da variedade comercial do bagaço (VC), a 121°C. O efeito da variação da temperatura do pré-tratamento (130 °C, 150 °C e 160 °C) foi avaliado na reação com sulfito ácido para os bagaços da VC e dos híbridos H89, H146 e H166. As modificações na composição química dos bagaços foram determinadas, assim como o conteúdo de grupos sulfônicos, o grau de retenção de água e o padrão de difração de raios-X. Métodos como a microscopia eletrônica de varredura, FTIR e análises térmicas (TGA e DSC) completaram a caracterização dos bagaços pré-tratados. O efeito da carga enzimática foi avaliado na hidrólise dos bagaços pré-tratados, mantendo-se fixa a consistência de 2 % (m/v) e variando-se a carga enzimática de celulases de Trichoderma reesei misturadas com ?-glicosidase de Aspergillus niger na proporção de 5:10; 10:20 e 20:40 FPU:UI, respectivamente. Pôde-se observar que o aumento da carga de sulfito, como também o aumento da temperatura do pré-tratamento, resultaram na maior remoção de hemicelulose e lignina. A remoção de hemicelulose atingiu 70 %, nos bagaços pré-tratados a 160 °C. Os valores de retenção de água foram mais baixos nos bagaços com menor teor de hemicelulose e o índice de cristalinidade (ICcorr), calculado e corrigido pelo rendimento, aumentou com o aumento da temperatura. O fator de severidade do pré-tratamento não se correlacionou com a conversão enzimática da celulose e da hemicelulose, porém a maior remoção de hemicelulose promoveu uma melhor ação das enzimas nos substratos. O efeito da concentração de enzima na hidrólise dos bagaços pré-tratados não foi proporcional à conversão da celulose, sendo a melhora da conversão mais evidente, quando se aumentou a carga enzimática, na menor temperatura do pré-tratamento. A porcentagem de adsorção enzimática da mistura enzimática foi baixa para os bagaços testados, porém para o Avicel, essa porcentagem aumentou 1,6 vezes. Os testes de ninidrina e o de Bradford para determinação da proteína mostraram resultados semelhantes, nos quais, pôde-se notar uma baixa quantidade de proteínas no bagaço e alta quantidade de proteína nas águas de lavagens, respectivamente. / The enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse, to obtain a high efficiency of conversion of polysaccharides in monosaccharides, is dependent on factors related to the morphology and chemical composition. Therefore, a pretreatment step is necessary in order to obtain a less recalcitrant substrate. The main objective of this work was to study acid sulfite pretreatment in different samples of sugarcane bagasse, to verify how the changes in the fibers could influence the enzymatic conversion of cellulose. The methodology of acid sulfite pretreatment is based on the chemical modification of the substrate by removing hemicellulose and lignin sulfonation, followed by mechanical refining. The effect of the addition of Na2SO3 at concentrations of 0 to 10 % (w/w) with constant loading of 2.5 % (w/w) H2SO4 was evaluated to pretreat commercial variety of bagasse (VC) at 121 °C. The effect on the variation of pretreatment temperature (130 °C, 150 °C and 160 °C) was evaluated to the acid sulfite reaction with the VC and hybrids H89, H146, H166. The changes in the chemical composition of bagasses were determined, as well as the sulfonic acid groups content, the degree of water retention value and the X-rays diffraction pattern. Methods such as scanning electron microscopy, FTIR and thermal analysis (TGA and DSC) completed the characterization of the pretreated bagasse. The effect of enzyme loading was evaluated in the hydrolysis of pretreated bagasse, fixing the consistency at 2 % (w/v) and cellulases derived from Trichoderma reesei mixed by ?-glucosidase of Aspergillus niger in enzyme loadings of 5:10, 10:20 and 20:40 FPU:IU, respectively. It was observed that increasing the sulfite loadings, as well the temperature of pretreatment resulted in high removal of hemicellulose and lignin. The removal of hemicellulose reached 70 % in the pretreated bagasses at 160 °C. The water retention values were lower in bagasses with low hemicellulose content and the crystallinity index (ICcorr) calculated and corrected by pretreatment yields increased under high temperature. The severity factor pretreatment did not correlate with the enzymatic conversion of cellulose and hemicellulose, but the highest removal of hemicellulose promoted a better action of enzymes on substrates. The effect of enzyme concentration on the hydrolysis of pretreated bagasses was not proportional to the conversion of cellulose, with an evident improvement of conversion, when the enzyme loading was increased at the lowest pretreatment temperature. The percentage of adsorption of enzyme mixture in pretreated bagasse was low for the bagasses evaluated, but for Avicel, this percentage increased in 1.6 times. Ninhydrin and Bradford tests to protein determination showed similar results, resulting in a low amount of protein in the pulp and high amount of protein in the washings, respectively.

Orientador: Samuel Conceição de Oliveira / Banca: Rondinelli Donizetti Herculano / Banca: André Ribeiro Lins de Albuquerque / Resumo: Neste estudo, realizou-se a análise da influência da pressão e da temperatura do vapor bem como da implementação de aquecedores regenerativos sobre a geração de bioenergia e a eficiência térmica (energética) em ciclos de cogeração no setor sucroenergético, considerando para priorização da geração de energia elétrica, consumo total do bagaço gerado no processo de produção de açúcar e álcool e moendas acionadas por motores elétricos. Para tanto, foram realizadas simulações dos ciclos de potência a vapor operando em diferentes condições de pressão e temperatura de vapor comumente empregadas no setor (pressão de 67 bar, em temperaturas de 490, 520 e 540°C e pressão de 100 bar à temperatura de 540°C) e temperatura da água de alimentação da caldeira variando entre 115 e 180°C, sendo a menor temperatura (115°C) aplicada em ciclos CEST (Condensing-Extraction Steam Turbine) convencional e as demais (140, 160 e 180°C) em ciclos CEST com pré-aquecedores regenerativos. Foram realizadas simulações para demandas de vapor pelo processo produtivo variando entre 380 e 460 kg/t de cana processada, em intervalos de 20 kg/t. As simulações foram baseadas em equações de conservação de massa e energia aplicadas ao sistema, as quais foram resolvidas usando-se o software Cycle-Tempo. Os resultados obtidos permitiram verificar que: (i) o aumento da temperatura e pressão de vapor proporciona um aumento na geração de energia e na eficiência energética do ciclo; (ii) a introdução de pré-aquecedores fecha... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this study, the influence of steam pressure and temperature as well as the implementation of regenerative heaters on the bioenergy generation and thermal (energetic) efficiency in cogeneration cycles in the sucroenergy sector was analyzed. For prioritization of electric power generation, it was considered total consumption of the bagasse generated in the sugar and alcohol production process and mills activated by electric motors. For this purpose, steam power cycle simulations were performed at different pressure and vapor temperature conditions commonly used in the industry (pressure of 67 bar, at temperatures of 490, 520 and 540°C and pressure of 100 bar at a temperature of 540°C) and boiler feed water temperature ranging from 115 to 180°C, the lowest temperature (115°C) applied in conventional Condensing-Extraction Steam Turbine cycles and the other (140, 160 and 180°C) in CEST cycles with regenerative preheaters. Simulations were carried out for steam demands from the production process, varying between 380 and 460 kg/t of processed cane, at 20 kg/t intervals. The simulations were based on mass and energy conservation equations applied to the system, which were solved using the Cycle-Tempo software. The obtained results allowed to verify that: (i) the increase of the temperature and vapor pressure provides an increase on the generation of energy and the energetic efficiency of the cycle; (ii) the introduction of closed high-pressure preheaters in conventional cycles increases both the generation of electrical energy and energetic efficiency; (iii) the implementation of low pressure preheaters in cycles with high pressure preheaters...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

As resinas do tipo fenólica são amplamente utilizadas devido à sua diversidade de aplicações. Considerando as inúmeras vantagens desta resina (estabilidade térmica e dimensional, alta resistência à chama, etc.), este trabalho teve como um dos objetivos melhorar as propriedades mecânicas do termorrígido fenólico, pois estes são frágeis quando não reforçados. Fibras lignocelulósicas naturais foram usadas como reforço no termorrígido fenólico, o que levou a obtenção de biocompósitos. Devido a grande disponibilidade de fibras de bagaço de cana de açúcar no país, como subproduto de agroindústrias, estas fibras foram utilizadas na produção dos compósitos (sendo substituído em até 70% da matriz termorrígida por fibra natural), com a finalidade de atribuir maior valor agregado que o tradicionalmente encontrado para estas fibras. Tendo em vista que atualmente estas fibras podem ser obtidas como resíduo da agroindústria na forma queimada e não queimada, um estudo comparativo foi feito usando ambas as fibras. Compósitos fenólicos foram preparados com as fibras queimadas e não queimadas e os resultados obtidos de resistência ao impacto, módulo de armazenamento e absorção de água mostraram que não há diferenças significativas entre as propriedades de ambos. Considerando estes resultados, a continuidade do trabalho foi realizada com as fibras de bagaço de cana queimado, devido à maior disponibilidade atual destas fibras. Também foram utilizadas fibras de sisal, tradicionalmente conhecidas pelas excelentes propriedades mecânicas e disponibilidade em grande escala no país, para fins comparativos. Adicionalmente, visando aumentar a proporção de uso de matéria prima oriunda de fonte renovável, o lignossulfonato de sódio (NaLS) e lignina organossolve (LO), macromoléculas obtidas a partir de fibras lignocelulósicas, substituíram em 100% o fenol nas reações de obtenção de resinas do tipo resol (obtidas em meio alcalino). Ainda, o formaldeído foi substituído pelo glutaraldeído, um dialdeído, visando-se síntese de resinas alternativas a fenol-formaldeído, tradicionalmente usada. Também, as fibras de bagaço de cana queimadas foram tratadas em solução de NaLS, em banho de ultrassom. Este tratamento foi escolhido por se tratar do uso de macromolécula oriunda de fontes renováveis, assim como pelo fato de a fibra (bagaço de cana) conter alto teor de lignina, o que leva à perspectiva de intensificação da afinidade fibra/agente de tratamento, além de intensificar as interações fibra/matriz, devido à presença de anéis do tipo fenólico em ambas, superfícies das fibras e matriz. As fibras foram caracterizadas quanto à composição química e analisadas via termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), cromatografia gasosa inversa (IGC), espectroscopia na região de infravermelho (IV), cromatografia liquida de alta performance (HPLC, para determinação do teor de açúcares no bagaço de cana queimado) e difração de raios X. O termorrígido fenólico (não reforçado) e compósitos (matriz fenólica e matrizes baseadas em LO e NaLS reforçados por fibras com distribuição aleatória, em diferentes proporções e comprimentos) foram caracterizados por TG, DSC, IV, MEV, DMTA, resistência ao impacto Izod, resistência à flexão quanto à capacidade de absorção de água. Termorrígidos preparados a base de NaLS apresentaram grande fragilidade após a moldagem, tendo sido apenas submetidos a análises de TG, DSC e cromatografia gasosa inversa (IGC), devido à impossibilidade de realizar outros ensaios. As análises de IGC foram realizadas para fibras e matriz, obtendo-se parâmetros relacionados à energia de superfície e disponibilidade de sítios ácidos e básicos. Os resultados de IGC obtidos para as fibras, tratadas e não tratadas, confirmaram que houve a adsorção do lignossulfonato sódio à superfície destas devido ao aumento de sítios ativos (ácidos e básicos) disponíveis. Os valores de IGC obtidos para as matrizes sugerem que as interações fibra/matriz são favorecidas, principalmente quando o NaLS está presente em ambos os componentes (fibra/matriz). Os resultados obtidos na caracterização dos compósitos indicaram que o lignossulfonato de sódio e a lignina organossolve podem substituir o fenol na formulação de resinas. A utilização de fibras como reforço melhorou as propriedades mecânicas dos materiais, comparativamente aos termorrígidos. Dentre os compósitos preparados com bagaço de cana, a amostra que apresentou melhor desempenho nos ensaios de impacto foram os compósitos de matrizes baseadas em glutaraldeído-LO (112 J m-1) e glutaraldeído-NaLS (82 J m-1). Os compósitos de matriz baseada em formaldeído-NaLS reforçados com fibras de sisal apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência ao impacto (1029 J m-1) e menor quantidade de água absorvida quando imerso em água, comparado aos demais compósitos preparados neste trabalho. As análises de MEV comprovaram a intensificação da adesão entre as fibras de sisal e a matriz, quando esta é preparada a partir de NaLS. Compósitos reforçados com fibras de sisal foram os que apresentaram melhor desempenho mecânico, tanto em resistência ao impacto quanto em flexão, provavelmente devido às propriedades intrínsecas das fibras de sisal. No geral, quando os termorrígidos foram reforçados com as fibras lignocelulósicas, bagaço de cana ou sisal, apresentaram resultados de estabilidade térmica e mecânica satisfatórios. Destaca-se que compósitos preparados com alto teor de material proveniente de fonte renovável, como os compósitos reforçados com até 70% de fibra, e os compósitos com matriz baseada em 100% de lignossulfonato de sódio e lignina organossolve, apresentaram grande potencial para diferentes aplicações, tais como no setor de embalagens e automotivo, neste caso para aplicações não estruturais. / Phenolic resins are widely known due to their diverse applications. Considering the many advantages of this type of resin (flame resistance, thermal and dimensional stability, etc), this study has one objective: the improvement of the mechanical properties of the phenolic thermoset, because this material is fragile when it is not reinforced. Natural lignocellulosic fibers were used as reinforcement in the phenolic thermoset leading to the obtaining of biocomposites. Because the fibers from sugarcane bagasse are byproducts widely available by agricultural industries in this country, these fibers were used in the production of the composites (the thermoset phenolic was replaced by up to 70% natural fibers) - the purpose was to assign greater value than traditionally found for these fibers. Currently, sugarcane fibers can be obtained from natural and burned bagasse. A comparative study was realized using both fibers. Phenolic composites were prepared with the burned fibers and the results obtained from the impact resistance, storage modulus and water absorption showed that they are not significantly different when it comes to the properties of both. Considering these results, the continuity of this study was realized with the burned fibers of sugarcane due to the higher and current availability of this fiber. Lignocellulosic fibers, are traditionally known because of their excellent mechanical properties and wide availability, like the sisal ones used in the present work for comparative reasons. Sisal fibers are available in large scale, facilitating their use. Additionally, sodium lignosulphonate (NaLS) and organosolv lignin (LO), which are macromolecules obtained from the lignocellulosics fibers were used to increase the proportion of the raw materials from renewable sources for a possible phenol substitute in resin reaction, resol type (an alkaline medium). Also, formaldehyde was replaced by glutaraldehyde aiming at the synthesis alternative resin to phenol-formaldehyde, which is traditionally used. Furthermore, burned sugar cane bagasse fibers were treated in NaLS solution, in ultrasonic bath. This treatment was chosen because this macromolecule is from renewable resources and as well as the fibers (sugarcane bagasse) have high content of lignin, which leads to the perspective of affinity intensification between fibers/lignin and fibers/matrix, due to the presence of the aromatics rings in both surfaces. The fibers were characterized in terms of chemical composition and analyzed by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), inverse gas chromatography (IGC), infrared spectroscopy (IV), high performance liquid chromatography (HPLC, determination of the sugar content in the burned sugar cane bagasse) and X-ray diffraction. The lignin and resin were characterized by SEC, RMN 1H and RMN 31P. The thermosets (not reinforced) and composites (phenolic matrix and LO and NaLS matrix reinforced with randomly dispersed fibers) were characterized by TG, DSC, IV, Izod impact strength, MEV, flexural strength, DMTA and also the water absorption capacity was evaluated. Thermoset prepared based on NaLS showed great weakness after molding, being submitted only to analysis by TG, DSC and inverse gas chromatography (IGC), due to the impossibility of doing other tests. IGC analysis were realized for fibers and matrix. Parameters related to surface energy and availability of acids and basics sites were obtained. IGC results obtained for the fibers, treated and untreated, confirm that there was adsorption of lignosulphonate in these surfaces due to the increase of available active sites (acids and basics). IGC values obtained for matrix suggest that fiber/matrix interactions are favored, mainly when the NaLS is present in both components (fiber/matrix). The results obtained in the characterization of the composites indicated that lignosulphonate sodium and organosolv lignin can substitute the phenol in the resin formulation. Fibers used as reinforcement improved the mechanical properties of materials, compared to thermosets. Among the composites prepared with sugarcane bagasse, the sample that showed better performance in the impact test were the composites based on glutaraldehyde -LO (112 J m-1) and glutaraldehyde -NaLS (82 J m-1). Composites based on formaldehyde -NaLS reinforced with sisal fibers showed better performance in impact test (1009 J m-1) and less water absorbed when immersed in water, compared to others composites prepared in this study. SEM analysis confirmed the adhesion intensification between the sisal fibers and the matrix, when this is prepared from NaLS. Composites reinforced with sisal fibers showed the best mechanical performance, such as impact strength and flexural strength, probably due to the intrinsic properties of sisal fibers. In general, when the thermosets were reinforced with lignocellulosic fibers, sugarcane bagasse or sisal, they showed satisfactory results of the thermic and mechanical stability. It should be highlighted that composites prepared with high content of material from renewable sources, as the composites reinforced up to 70% fibers and composites with matrix based on 100% lignosulphonate and organosolv lignin, they showed great potential to different applications, such as in the packaging sector and the automotive one, in this case to non-structural applications.

Microrganismos oriundos de ecossistemas restritivos como o continente Antártico têm despertado grande interesse científico, visto que pesquisas podem resultar em produtos de grande interesse comercial. Visando o melhor aproveitamento da fração hemicelulósica de biomassas vegetais para obtenção de bioprodutos, junto ao potencial biotecnológico das leveduras da Antártica, a presente pesquisa avaliou a tolerância destas ao hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em função de sua concentração, bem como em meio semi-definido. A avaliação das leveduras Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95), Candida davisiana (L101 e 107) e Guehomyces pullulans (L109) foi feita a partir do consumo de xilose, glicose, arabinose, ácido acético, compostos fenólicos totais, produção de xilitol, células e pigmentos. Os cultivos foram realizados em Erlenmeyer de 125 mL, com 50 mL de meio a 200 RPM, a 30 °C por 48h. Considerando que a L109 demonstrou melhor desempenho quanto ao consumo de xilose e produção de xilitol do que as demais leveduras, a mesma foi utilizada para avaliar a influência da suplementação nutricional do hidrolisado sobre estes parâmetros utilizando delineamento composto central rotacional (DCCR). Todas as leveduras consumiram totalmente a glicose independente da concentração do hidrolisado, enquanto o consumo de xilose, arabinose, ácido acético e fenóis totais variaram de acordo com a concentração do hidrolisado e a levedura empregada, da mesma forma para produção de xilitol, células e pigmento. O planejamento realizado (DCCR) demonstrou que o consumo de xilose é favorecido na máxima concentração do extrato de farelo de arroz, e níveis intermediários de (NH4)2SO4, enquanto que a concentração de CaCl2 não foi significativa. Para o fator Yp/s de xilitol, baixos níveis de extrato de farelo de arroz e CaCl2 aumentaram este fator enquanto que o (NH4)2SO4 favoreceu em níveis intermediários. Conclui-se com estes resultados que as leveduras da Antártica são capazes de tolerar o hidrolisado, sendo capazes também de consumir os compostos tóxicos, ácido acético e fenólicos totais. / Microorganisms from restrictive ecosystems such as Antarctica have aroused great scientific interest, since research studies may result in high value-added products. Given the need for better utilization of the hemicellulose fraction of biomass to obtain bioproducts, coupled with great biotechnological potential of the Antarctic yeast. This research evaluated the tolerance of these yeasts related to the hemicellulosic hydrolyzate from sugarcane bagasse at different concentrations, as well as in a semi-defined medium. Performance evaluation of the yeasts was based on consumption of xylose, glucose, arabinose, acetic acid, phenolics compounds, production of xylitol, cells and pigments. The following yeasts were employed: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95), Candida davisiana (L101 and 107) and Guehomyces pullulans (L109). Cultures were cultivated in 125 mL Erlenmeyer flasks with a 50 mL medium at 200 RPM and 30 °C for 48h. Since the L109 showed a better performance in relation to the xylose consumption and xylitol production than the other yeasts when cultivated in hemicellulosic hydrolyzate diluted with 25% distilled water, the same was used to evaluate the influence of nutritional supplementation of the hemicelulosic hydrolyzate utilizing central composite rotational design (CCRD). All yeasts completely consumed glucose regardless of the hemicelulosic hydrolyzate concentration; while the consumption of xylose, arabinose, acetic acid and phenolics varied according to the concentration of hydrolyzate and yeast employed, the same was observed with xylitol production, cells and pigment. The design (CCRD), demonstrated that the xylose consumption was favored by maximum the concentration of the rice bran extract, and intermediate levels of (NH4)2SO4, whereas the concentration of CaCl2 was not significant. For the conversion into xylitol, low levels of rice bran extract and CaCl2 increased YP/S, while (NH4)2SO4 favored at intermediate levels. It was concluded that the Antarctic yeast tolerate the hydrolyzed, being also able to consume toxic compounds such as acetic acid and phenolic compounds.

Hidrolisados hemicelulósicos como o resultante do processamento do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção do etanol celulósico, constituem uma fonte rica em açúcares, em particular xilose. Considerando o potencial destes hidrolisados para utilização por micro-organismos fermentadores de pentoses e a disponibilidade de leveduras xilanolíticas isoladas da Antártica, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o cultivo destas leveduras no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar com vistas à obtenção de bioprodutos. Os experimentos foram realizados empregando-se 16 leveduras xilanolíticas isoladas de diferentes fontes. Inicialmente estas foram repicadas em ágar Sabouraud e cultivadas em diferentes temperaturas, selecionando-se para o cultivo em hidrolisado hemicelulósico aquelas que cresceram neste meio. Os cultivos no hidrolisado foram realizados em triplicata em frascos Erlenmeyer, a 200 rpm, a 30°C em duas etapas: O primeiro ocorreu por 72 h e as leveduras que cresceram neste período foram as empregadas para avaliação do cultivo no hidrolisado e também em meio semi-definido simulando a composição em açúcares deste hidrolisado por um período de 96h. Neste caso as avaliações ocorreram a cada 24h a partir da determinação da concentração de açúcares, formação de células, xilitol e etanol, pH, concentração dos tóxicos ácido acético, hidroximetilfurfural, furfural e fenólicos. O experimento controle foi empregado utilizando-se Candida guillermondii já bastante pesquisada nas fermentações que empregam hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. Foi verificado que 6 das leveduras testadas foram capazes de assimilar os açúcares presentes no hidrolisado, sendo que apenas a Cryptococcus adeliensis (L95) apresentou capacidade de produzir etanol como produto deste metabolismo, enquanto as leveduras Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 e L107) e Cryptococcus adeliensis (L108) apresentaram indícios de atividade xilanolítica. Com relação aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado verificou-se que em alguns cultivos ocorreu decréscimo na concentração destes e a manutenção da viabiliadade celular ao final do cultivo. Considerando o caráter inovador da presente pesquisa faz-se necessário a continuidade da investigação a fim de se estabelecer as melhores condições de cultivo destas leveduras para fins de aproveitamento biotecnológico de hidrolisados hemicelulosicos, em função do desempenho destas em relação à C. guilliermondii. / Hemicellulose hydrolysates, as the result of sugarcane bagasse processing for obtaining cellulosic ethanol, are a rich source of sugars, especially xylose. Considering the potential of these hydrolysates for the use by pentoses fermenting micro-organisms and the availability of xylanolytic yeasts isolated from Antarctica, this research aims to evaluate the cultivation of these yeasts in hemicellulose hydrolysate of sugarcane bagasse in order to obtain bioproducts. The experiments were performed by employing 16 xylanolytic yeasts isolated from different sources. Initially, they were transferred in Sabouraud agar and grown at different temperatures, and those that grew in this medium were selected for cultivation in hemicellulose hydrolysate. The cultures in the hydrolysate were performed in triplicate in Erlenmeyer flasks at 200 rpm at 30 ° C in two stages: The first one occurred for 72 h and the yeasts that grew in this period were used for the evaluation of growth in the hydrolysate and also in semi-defined medium simulating the sugar composition of this hydrolysate for 96h. In this case, the evaluations occurred every 24 hours from the determination of sugars concentration, formation of cell, xylitol and ethanol, pH, concentration of the toxics acetic acid, hydroxymethylfurfural, furfural and phenols. A control experiment was employed using Candida guillermondii which has been well investigated in fermentations employing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate. It was verified that 6 of the tested yeasts were able to assimilate the sugars present in the hydrolysate, and only Cryptococcus adeliensis (L95) showed ability to produce ethanol as a product of this metabolism, while the yeasts Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 and L107) and Cryptococcus adeliensis (L108) showed evidences of xylanolytic activity. With respect to toxic compounds present in hydrolysate, it was verified that, in some cultures, the decrease in their concentration and the maintenance of cell viability at the end of cultivation occurred. Due to the innovative nature of this research, it is necessary to continue the investigation in order to establish the best conditions for this yeasts cultivation with the purpose of biotechnological exploitation of hemicellulose hydrolysates, depending on their performance regarding C. guilliermondii.

A hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar, para a obtenção de uma alta eficiência de conversão dos polissacarídeos a monossacarídeos, é dependente de fatores relacionados à sua morfologia e composição química. Assim, uma etapa de pré-tratamento é necessária, visando obter um substrato menos recalcitrante. O objetivo principal deste trabalho foi estudar o pré-tratamento sulfito ácido em diferentes amostras de bagaço de cana, para verificar como as mudanças ocorridas nas fibras poderiam influenciar na conversão enzimática da celulose. A metodologia do pré-tratamento sulfito ácido se baseia na modificação química do substrato, através da remoção de hemicelulose e da sulfonação da lignina, seguida do desfibramento mecânico. O efeito da adição de Na2SO3 nas concentrações de 0 a 10% (m/m) com carga fixa de 2,5% (m/m) H2SO4 foi avaliado no pré-tratamento da variedade comercial do bagaço (VC), a 121°C. O efeito da variação da temperatura do pré-tratamento (130 °C, 150 °C e 160 °C) foi avaliado na reação com sulfito ácido para os bagaços da VC e dos híbridos H89, H146 e H166. As modificações na composição química dos bagaços foram determinadas, assim como o conteúdo de grupos sulfônicos, o grau de retenção de água e o padrão de difração de raios-X. Métodos como a microscopia eletrônica de varredura, FTIR e análises térmicas (TGA e DSC) completaram a caracterização dos bagaços pré-tratados. O efeito da carga enzimática foi avaliado na hidrólise dos bagaços pré-tratados, mantendo-se fixa a consistência de 2 % (m/v) e variando-se a carga enzimática de celulases de Trichoderma reesei misturadas com ?-glicosidase de Aspergillus niger na proporção de 5:10; 10:20 e 20:40 FPU:UI, respectivamente. Pôde-se observar que o aumento da carga de sulfito, como também o aumento da temperatura do pré-tratamento, resultaram na maior remoção de hemicelulose e lignina. A remoção de hemicelulose atingiu 70 %, nos bagaços pré-tratados a 160 °C. Os valores de retenção de água foram mais baixos nos bagaços com menor teor de hemicelulose e o índice de cristalinidade (ICcorr), calculado e corrigido pelo rendimento, aumentou com o aumento da temperatura. O fator de severidade do pré-tratamento não se correlacionou com a conversão enzimática da celulose e da hemicelulose, porém a maior remoção de hemicelulose promoveu uma melhor ação das enzimas nos substratos. O efeito da concentração de enzima na hidrólise dos bagaços pré-tratados não foi proporcional à conversão da celulose, sendo a melhora da conversão mais evidente, quando se aumentou a carga enzimática, na menor temperatura do pré-tratamento. A porcentagem de adsorção enzimática da mistura enzimática foi baixa para os bagaços testados, porém para o Avicel, essa porcentagem aumentou 1,6 vezes. Os testes de ninidrina e o de Bradford para determinação da proteína mostraram resultados semelhantes, nos quais, pôde-se notar uma baixa quantidade de proteínas no bagaço e alta quantidade de proteína nas águas de lavagens, respectivamente. / The enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse, to obtain a high efficiency of conversion of polysaccharides in monosaccharides, is dependent on factors related to the morphology and chemical composition. Therefore, a pretreatment step is necessary in order to obtain a less recalcitrant substrate. The main objective of this work was to study acid sulfite pretreatment in different samples of sugarcane bagasse, to verify how the changes in the fibers could influence the enzymatic conversion of cellulose. The methodology of acid sulfite pretreatment is based on the chemical modification of the substrate by removing hemicellulose and lignin sulfonation, followed by mechanical refining. The effect of the addition of Na2SO3 at concentrations of 0 to 10 % (w/w) with constant loading of 2.5 % (w/w) H2SO4 was evaluated to pretreat commercial variety of bagasse (VC) at 121 °C. The effect on the variation of pretreatment temperature (130 °C, 150 °C and 160 °C) was evaluated to the acid sulfite reaction with the VC and hybrids H89, H146, H166. The changes in the chemical composition of bagasses were determined, as well as the sulfonic acid groups content, the degree of water retention value and the X-rays diffraction pattern. Methods such as scanning electron microscopy, FTIR and thermal analysis (TGA and DSC) completed the characterization of the pretreated bagasse. The effect of enzyme loading was evaluated in the hydrolysis of pretreated bagasse, fixing the consistency at 2 % (w/v) and cellulases derived from Trichoderma reesei mixed by ?-glucosidase of Aspergillus niger in enzyme loadings of 5:10, 10:20 and 20:40 FPU:IU, respectively. It was observed that increasing the sulfite loadings, as well the temperature of pretreatment resulted in high removal of hemicellulose and lignin. The removal of hemicellulose reached 70 % in the pretreated bagasses at 160 °C. The water retention values were lower in bagasses with low hemicellulose content and the crystallinity index (ICcorr) calculated and corrected by pretreatment yields increased under high temperature. The severity factor pretreatment did not correlate with the enzymatic conversion of cellulose and hemicellulose, but the highest removal of hemicellulose promoted a better action of enzymes on substrates. The effect of enzyme concentration on the hydrolysis of pretreated bagasses was not proportional to the conversion of cellulose, with an evident improvement of conversion, when the enzyme loading was increased at the lowest pretreatment temperature. The percentage of adsorption of enzyme mixture in pretreated bagasse was low for the bagasses evaluated, but for Avicel, this percentage increased in 1.6 times. Ninhydrin and Bradford tests to protein determination showed similar results, resulting in a low amount of protein in the pulp and high amount of protein in the washings, respectively.

Biossurfactantes são moléculas anfifílicas produzidas por micro-organismos que possuem grande potencial na substituição de surfactantes químicos, pois apresentam maior biodegradabilidade e estabilidade. A busca por novos micro-organismos, matérias-primas e estratégias de produção é essencial para a viabilização da sua produção. Assim, a fermentação em estado sólido (FES) apresenta-se como uma tecnologia alternativa de produção, com a vantagem de evitar a formação de espuma, e a utilização de leveduras para o processo é vantajosa, pois muitas não apresentam risco de patogenicidade. O objetivo deste trabalho foi selecionar uma levedura capaz de produzir biossurfactante por FES, determinar as condições do processo, comparar com a fermentação submersa (FS), caracterizar bioquimicamente o biossurfactante e testar sua aplicação para biorremediação. Para tanto, 37 leveduras foram avaliadas quanto à produção de biossurfactante em caldo Kitamoto, por meio de testes das atividades tensoativa e emulsificante. Dessas, 17 apresentaram resultados positivos para tensoatividade, formaram emulsão estável e foram utilizadas para os testes em FES em 2 g bagaço de cana-de-açúcar e 10 mL de meio Kitamoto. Na FES, cinco leveduras apresentaram resultados positivos para tensoatividade e quatro formaram emulsão estável. Dentre essas, a Aureobasidium pullulans LB 83 foi selecionada por apresentar resultado positivo para tensoatividade, índice de emulsificação acima de 50% e estabilidade da emulsão. Foram testadas diferentes fontes de carbono, sendo a sacarose aquela que apresentou melhores resultados (6,0 cm de tensoatividade no teste de espalhamento da gota (Ta) e 8,3x10-2 cm/h de produtividade em tensoatividade (QTa)). A adição dos indutores glicerol (0 a 6 g/L) e óleo de soja (0 a 10 g/L) não apresentou efeito significativo para o processo. Também foi estudada a influência da aeração (0,1 a 1,1 h-1) e da concentração de sacarose (20 a 80 g/L) utilizando planejamento fatorial composto de face centrada realizado em reator de tanque agitado. O uso das variáveis no nível mais alto aumentou a produção de biossurfactante (8,05 cm (Ta) e 8,4x10-2 cm/h (QTa). As condições adequadas da FES foram avaliadas em frascos Erlenmeyer (50 mL) com 2 g de bagaço (suporte inerte) em um planejamento 24, tendo como variáveis tamanho médio das partículas de bagaço (0,6 a 1,8 mm), volume de meio adicionado (8 a 12 mL), concentração celular inicial (1x105 a 1x107 cel/mL) e volume para extração (15 a 25 mL). O tamanho das partículas apresentou efeito positivo e o volume de meio possuiu efeito negativo na concentração de biossurfactante. As demais variáveis não apresentaram efeitos significativos. Assim, as condições definidas foram 1,18 mm tamanho médio de partícula, 1x106 cel/mL concentração celular, 8 mL meio de cultura e 15 mL volume de extração, resultando na obtenção de 2,06 g/L de biossurfactante. Não houve diferença significativa entre o rendimento da condição otimizada na FES e a FS. A utilização de butanona para a extração mostrou-se vantajosa e o biossurfactante foi caracterizado como poliol lipídeo. Sua aplicação para biorremediação foi avaliada e apresentou maiores recuperações de petróleo da areia contaminada (73,7 e 78,4%) que as obtidas por dodecil sulfato sódico (58,0 e 75,0%), nas concentrações de 0,1 e 0,5 % respectivamente. Concluiu-se que a levedura A. pullulans LB 83 foi capaz de produzir biossurfactante por FES e esse processo apresenta destacada potencialidade, podendo servir como conhecimento para futuros estudos visando sua implementação em escalas maiores. / Biosurfactants are amphiphilic molecules produced by microorganisms that have great potential as substitute for chemical surfactants, since they present higher biodegradability and stability. The search for new microorganisms, raw materials and production strategies are essential for their production viability. Thus, solid state fermentation (FES) is presented as an alternative production technology, with the advantage of no foam formation, and the selection of yeasts for the process is favorable, since many of them do not present risk of pathogenicity. The objective of this work was to select a yeast able to produce biosurfactant by FES, to determine process conditions, to compare the results obtained by FES with the process of submerged fermentation (FS), to characterize biochemically the biosurfactant and to test its application for bioremediation. For this, 37 yeasts were evaluated for biosurfactant production in Kitamoto broth, using tests of tensoactive and emulsifying activities. 17 presented positive results for tensoativity and were able to form stable emulsion, and were used in tests of FES using 2 g of sugarcane bagasse and 10 mL of Kitamoto medium. In FES, five yeasts presented positive results for tensoativity and four were able to form a stable emulsion. Among these, Aureobasidium pullulans LB 83 was selected due to its positive results for tensoativity, emulsification index above 50% and emulsion stability. Different carbon sources were tested for biosurfactant production by A. pullulans LB 83 and sucrose presented the best results (6.0 cm of tensoativity in drop spreading test (Ta) and 8.3x10-2 cm/h of tensoactivity productivity (QTa). The addition of the inductors glycerol (0 to 6 g/L) and soybean oil (0 to 10 g/L) had no significant effect on the biosurfactant production process. The influence of aeration (0.1 to 1.1 h-1) and sucrose concentration (20 to 80 g/L) were also studied using factorial composite face centered design in a stirred tank reactor. The use of the variables at the highest level increased biosurfactant production (8.05 cm (Ta) and 8.4 x 10-2 cm/h (QTa). The appropriate conditions for FES process were evaluated in Erlemeyers flasks (50 mL) with 2 g of sugarcane bagasse (inert support) in a factorial design 24. The variable used were bagasse particles size (0.6 to 1.8 mm), medium volume added (8 to 12 mL), initial cell concentration (1x105 to 1x107 cell/mL) and water volume for extraction (15 to 25 mL). Particle size had a positive effect and medium volume had a negative effect on biosurfactant concentration. The other variables did not present significant effects. Thus, the defined conditions were 1.18 mm of particle size, 1x106 cell/mL of initial cell concentration, addition of 8 mL of culture medium and 15 mL for extraction volume (2.06 g/L of biosurfactant was obtained). There was no significant difference between the performance of the optimized condition in FES and FS. The use of butanone for the extraction was advantageous and the biosurfactant was characterized as polyol lipid. Its application for bioremediation was evaluated, exhibiting a higher recovery of contaminated sand oil (73.7 and 78.4%) than those obtained by sodium dodecyl sulphate (58.0 and 75.0%), at concentrations of 0.1 and 0.5% respectively. For these results, it was concluded that the yeast A. pullulans LB 83 was able to produce biosurfactant by FES and this process has outstanding potential, and can be used for future studies aimed at implementation of larger scales.

No presente estudo, fungos ligninolíticos isolados de ecossistemas brasileiros foram avaliados quanto a capacidade de descolorir corantes reativos e, a linhagem Peniophora cinerea, selecionada, teve seu sistema ligninolítico caracterizado. As lacases deste fungo foram avaliadas para duas aplicações: descoloração de efluentes têxteis e auxílio na hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. Lacase foi a única enzima ligninolítica extracelular detectada nos culivos de P. cinerea. A produção de lacase por P. cinerea foi avaliada em meios sintético e complexo, de forma a obter melhores níveis de produção da enzima. Em meio complexo (milhocina 0,5%, sacarose 0,5% e cobre como indutor de lacase) P. cinerea produziu cerca de aproximadamente 1000 U/l de lacase. Em meio sintético, contendo xilidina e tween 80, P. cinerea imobilizado (em esponja de poliuretano) produziu 3505 U/l de lacase em cultivo em Erlenmeyer e somente 150 U/l em reator de tanque com agitação por pás. Lacases produzidas por P. cinerea foram purificadas e caracterizadas. O sobrenadante do meio de cultivo foi aplicado em coluna de troca aniônica, DEAE-Sepharose CL-6B, e três picos com atividade de lacase foram observados e aplicados separadamente em Mono Q (coluna de troca aniônica). Oito isoenzimas de lacase, com massas entre 30 e 70 kDa e ponto isoelétrico (pI) entre 3 e 6 foram reveladas em géis de eletroforese em condições desnaturantes e não desnaturantes e por focalização isoelétrica (IEF). Algumas isoenzimas apresentaram alta termoestabilidade a 50ºC, pH ótimo entre 2,6 e 4,0 e Km para o ABTS entre 12,7 e 20 ?M, dependendo do tipo de lacase. Diferentes mediadores de lacases de P. cinerea foram avaliados (HBT, HBA, 2,3 DHBA, DOPAC, ABTS, siringaldeido, oxalato de sódio e Mn2+). O sistema composto por lacase, siringaldeído, oxalato de sódio e Mn2+ produziu a maior descoloração do Reactive Blue 19. As lacases foram utilizadas para descoloração de um efluente simulado, preparado com 100 mg/l de Reactive Red 271, hidrolisado em NaOH 2 M, e um efluente real, fornecido por uma indústria têxtil. O efluente simulado foi totalmente descolorido, em 24h, pelo extrato enzimático. A partir desta constatação, o efluente real foi tratado com os extratos de P. cinerea e mais de 60% de descoloração foi obtida com o uso de lacase e mediadores. Lacases produzidas por P. cinerea foram também utilizadas para hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar. As amostras de bagaços foram obtidas de tratamentos com sulfito ácido, sulfito alcalino, ácido sulfúrico, clorito de sódio ou sem tratamento (in natura). Duas formas de tratamento foram avaliadas: tratamento simultâneo, ou seja, lacases foram adicionadas juntamente com um preparado comercial de celulases; ou num tratamento sequencial, em que a polpa do bagaço foi previamente tratada com lacase para depois ser hidrolisada com celulases. O tratamento simultâneo com lacase e celulase resultou em menor conversão de celulose, devido a possível inativação das celulases pela ação oxidativa de lacase. A aplicação sequencial das enzimas nos bagaços pré-tratados por sulfito ácido ou por sulfito alcalino favoreceu à hidrólise da celulose. Estudos futuros para tratamento sequencial de lacase à hidrólise de bagaço de cana devem considerar aspectos reacionais básicos: maior carga enzimática, temperatura, tempo de reação e mediadores. Lacases são excepcionalmente versáteis para aplicações biotecnológicas e a produção em larga escala integrará o uso da enzima em diferentes processos industriais. / In the present estudy, ligninolytic fungi isolated from Brazilian ecosystems were evaluated for the ability to decolorize reactive dyes and a selected strain of Peniophora cinerea had its ligninolytic system characterized. Laccases from this fungi were evaluated for two biotechnology applications: decolorization of textile effluents and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. P. cinerea produced an halotolerant laccase activity, unique feature with the data available in the literature and with potential for biotechnological applications, making it the object of our studies. Laccase was the only ligninolytic enzyme detected in the extracellular extract from P. cinerea. The production of laccase by P. cinerea was evaluated in synthetic and complex media, in order to obtain higher levels of enzyme production. In complex medium (corn steep liquor 0.5%, sucrose 0.5% and copper, as inducer of laccase) P. cinerea produced about 1000 U/l of laccase. In synthetic medium containing tween 80 and xylidine, P. cinerea immobilized in polyurethane foam produced 3505 U/l of laccase in culture in flasks; in STR reactor P. cinerea produced only 150 U/l. Laccases produced by P. cinerea were purified and characterized. The supernatant of the culture medium was loaded on an anion exchange column, DEAE-Sepharose CL-6B, and three peaks with laccase activity were detected and applied separately on a Mono Q column. Eight isoenzymes of laccases with molecular weigh between 30 and 70 kDa and isoelectric point (pI) between 3 and 6 were revealed on electrophoresis gels at denaturing, native conditions and isoelectric foccusing (IEF). Some isoenzymes showed high thermostability at 50°C, optimal pH between 2.6 and 4.0, and Km for the ABTS between 12.7 and 20 ?M., depending on the type of laccase. Different mediators for laccases of P. cinerea were evaluated (HBT, HBA, 2,3 DHBA, DOPAC, ABTS, syringaldehyde, sodium oxalate and Mn2+). The system laccase, syringaldehyde, sodium oxalate and Mn2+ produced the highest decolorization of Reactive Blue 19. Laccases produced by P. cinerea were used for decolorization of a simulated efluent prepared with 100 mg/l of Reactive Red 271 hydrolyzed with NaOH 2 M and a real effluent, provided by a textile industry. The simulated efluent was completely decolorized within 24 hours by the enzymatic extract. In face of that, the real effluent was evaluated for decolorization by the extracts of P. cinerea and more than 60% of decolorization was obtained by laccase-mediator system. Laccases produced by P. cinerea were also used to hydrolize the sugar cane bagasse. Sugarcane bagasse samples were obtained by acid sulfite, alkaline sulfite, sulfuric acid, sodium chlorite or untreated (in natura). Two forms of treatment were evaluated: simultaneous treatment, ie, laccases have been added along with a commercial cellulase complex for hydrolysis of sugarcane bagasse, or a sequential treatment, in witch bagasse was pre-treated with laccase followed by cellulases. Simultaneous treatment with both enzymes resulted in lower conversion of cellulose than sequential treatment due to possible inactivation of cellulases by the oxidative action of laccase. Future studies of sequential treatment with laccase and hydrolysis of sugarcane bagasse should consider additional basic concepts of reactions such as: increase of enzyme load, temperature, reaction time and mediators. Laccases are exceptionally versatile for biotechnological applications and the production in large scale integrate the use of the enzyme in different industrial processes.

O Capítulo 1 descreve a produção de celulases por 4 linhagens fúngicas de ambiente marinho (Aspergillus sydowii CBMAI 934, A. sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1186 e Mucor racemosus CBMAI 847) e uma linhagem de ambiente terrestre (Aspergillus sp. CBMAI 1198) cultivados em meio sólido composto por farelo de trigo (5 g) e solução de peptona (0,75 g.L-1) enriquecida com sais inorgânicos. Foram realizadas otimizações da temperatura, pH inicial e umidade do meio de cultura das linhagens obtendo-se maiores atividades celulolíticas na faixa de temperatura entre 25-35 °C, com exceção do fungo A. sydowii CBMAI 935 que foi de 40 °C, e valores diferentes de pH ótimo, desde condições acídicas até alcalinas, bem como valores diferentes de teor de umidade ótima. Quando avaliou-se a influência do pH, da temperatura e do volume de extrato enzimático durante a hidrólise do papel de filtro cada conjunto de celulases produzidas apresentou pontos ótimos diferentes entre elas, e em alguns casos, dois valores ótimos de pH e temperatura. As celulases produzidas nas condições ótimas determinadas foram aplicadas na hidrólise da celulose do bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado usando-se 10 U FPU/g de bagaço de cana-de-açúcar. As celulases dos fungos Aspergillus sp. CBMAI 1198 e A. sydowii CBMAI 934 apresentaram a maior capacidade para hidrolisar o bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado, 75% e 78% de degradação do material lignocelulósico, respectivamente. No Capítulo 2 foi avaliada a capacidade de 6 bactérias isoladas de turfeira (Bacillus subtilis LQOB-SE1, B. coagulans LQOB-SE2, B. pumilus LQOB-SE3, Brevibacillus brevis LQOB-SE4, Lysinibacillus sp. LQOB-SE5 e Serratia marcescens LQOB-SE6) em produzir 2,3-butanodiol a partir da fermentação de glicerol e a bactéria que apresentou tal capacidade (S. marcescens LQOB-SE6) foi usada para produzir 2,3-butanodiol também a partir da fermentação de glicose visando o reaproveitamento dos resíduos gerados na produção de biodiesel e de etanol. As melhores condições para o uso do glicerol foram: pH inicial 7, Caldo nutriente 8 g.L-1, concentração inicial de glicerol 50 g.L-1 e tempo de cultivo de 7 dias. Foram obtidos bons rendimento (0,30 g.g-1), produtividade (0,13 g.L-1.h-1) e concentração máxima de 2,3-butanodiol (22,4 g.L-1). As melhores condições para a fermentação da glicose foram: pH inicial 7, Caldo nutriente 8 g.L-1, concentração inicial de glicose 75 g.L-1 e tempo de cultivo de 5 dias. Obteve-se um rendimento de 0,42 g.g-1 em 5 dias de fermentação, produtividade de 0,45 g.L-1.h-1 após 2 dias e concentração máxima de 2,3-butanodiol de 31,2 g.L-1. A produção de 2,3-butanodiol a partir do hidrolisado gerado na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pelas celulases do fungo de ambiente marinho A. sydowii CBMAI 934 não foi observada devido à baixa concentração de açúcares no hidrolisado. Os resultados obtidos nesta tese mostram o potencial biotecnológico da microbiota fúngica e bacteriana isoladas de diferentes biomas brasileiros. / In Chapter 1 it is reported the cellulase production by 4 marine-derived fungi strains (Aspergillus sydowii CBMAI 934, A. sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1186 and Mucor racemosus CBMAI 847) and 1 terrestrial fungi strain (Aspergillus sp. CBMAI 1198). They were grown in solid state fermentation using wheat straw as substrate (5 g) and with addition of peptone solution (0,75 g.L-1) enriched with inorganic salts. It was performed the enhancement of the growth conditions by changing the temperature, initial pH and moisture. The optimum temperature for all strains varied between 25-35 °C but A. sydowii CBMAI 935 with 40 °C. The optimum pH was different for each strain, varying from acidic to alkaline conditions. The optimum moisture content also varied accordingly the studied strain. In order enhance the cellulose hydrolysis performed by the produced cellulases, it was varied the pH, temperature and amount of the crude cellulase extract during the filter paper hydrolysis reaction. The obtained optimum values were different among strains and, in some cases, there were two optimum pH and temperature for the hydrolysis of the filter paper. Then, the obtained cellulases, using the best conditions for hydrolysis, were used in the sugarcane bagasse hydrolysis (10 FPU/g of sugarcane bagasse). The cellulases from the strains Aspergillus sp. CBMAI 1198 and A. sydowii CBMAI 934 were capable of degrading 75% and 78% of the sugarcane bagasse, respectively, generating reducing sugars. In Chapter 2, the capability of 6 strains (Bacillus subtilis LQOB-SE1, B. coagulans LQOB-SE2, B. pumillus LQOB-SE3, Brevibacillus brevis LQOB-SE4, Lysinibacillus sp. LQOB-SE5 and Serratia marcescens LQOB-SE6), isolated from peat soil, of producing 2,3-butanediol from glycerol fermentation. The only strain that produced 2,3-butanediol was S. marcescens LQOB-SE6, which was also applied in 2,3-butanediol production from glucose fermentation. Therefore, wastes from biodiesel and bioethanol production can be reused in industrial scale. The best conditions for glycerol fermentation: initial pH 7, Nutrient Broth (8 g.L-1), initial glycerol concentration (50 g.L-1) and fermentation time of 7 days. It were obtained good yield (0.30 g.g-1), productivity (0.13 g.L-1.h-1) and 2,3-butanodiol concentration (22.4 g.L-1). The best conditions for glucose fermentation: initial pH 7, Nutrient Broth (8 g.L-1), initial glucose concentration (75 g.L-1) and fermentation time of 5 days. It were also obtained good yield (0.42 g.g-1) and 2,3-butanodiol concentration (31.2 g.L-1) after 5 days and productivity (0.45 g.L-1.h-1) after 2 days. The 2,3-butanediol production from the hydrolysate of sugarcane bagasse, obtained by using cellulases from A. sydowii CBMAI 934, was not observed due the low sugar concentration in the hydrolysate.