A cana-de-açúcar é uma das matérias primas para a produção de açúcar e álcool. Durante o processo de produção, é gerado como subproduto (ou resíduo) o bagaço, que possui várias aplicações, entre elas a geração de energia, fertilizantes, produção de combustíveis e ração animal. O bagaço da cana-de-açúcar é composto principalmente por materiais lignocelulósicos, possuindo como constituintes principais a celulose, a hemicelulose e a lignina. A lignina é um dos materiais mais recalcitrantes na natureza e, conseqüentemente, dificulta o acesso de enzimas aos carboidratos fermentáveis, reduzindo a eficiência da degradação da celulose e da fermentação. Uma das vias de degradação da lignina ocorre através da ação de enzimas produzidas por fungos de degradação branca, marrom e macia. Essas enzimas são capazes de degradar e expor a celulose e a hemicelulose, que, por sua vez são prontamente utilizadas por outros microrganismos. Para que isso ocorra, esses fungos promovem um processo de oxidação de compostos fenólicos e não fenólicos da molécula de lignina por meio de enzimas ligninolíticas extracelulares entre elas a lacase e a manganês peroxidase (MnP), em baixa velocidade, porém com grande eficiência. O presente trabalho tem como objetivo avaliar diferentes tratamentos químicos alcalinos (NaOH e Ca(OH)2) e biológicos (Penicillium sp. e Aspergillus niger) por microscopia óptica, eletrônica de transmissão e de varredura com o intuito de promover uma alteração física na estrutura da fibra do bagaço de cana-de-açúcar. Os resultados foram avaliados pelas técnicas de microscopia demonstrando que a ação dos tratamentos químicos, principalmente do NaOH + Ca(OH)2, provocou uma eficiente desestruturação das fibras em comparação aos outros tratamentos. Em relação às atividades enzimáticas, o pré-tratamento do bagaço com NaOH +. Ca(OH)2 associado ao A. niger mostrou ser mais eficiente para a produção de lacase. Já para a atividade enzimática de MnP, o tratamento controle (bagaço autoclavado) foi o que apresentou maior eficiência. Para Penicillim sp., a atividade enzimática da lacase não aprsesentou diferença significativa entre os pré-tratamentos bagaço autoclavado e NaOH + Ca(OH)2, no entanto, quando comparados aos pré-tratamentos com NaOH e Ca(OH)2 foram os mais eficientes para a produção dessa enzima. Para a enzima MnP, o pré-tratamento associado às duas bases foi mais eficiente. / Sugarcane is one of the raw materials used for sugar and alcohol production. During the production process, bagasse is generated as a subproduct (or residue), which has a large range of application, as electric power generation, fertilizers, combustible production and animal feeding. Sugarcane bagasse is mainly composed by lignocellulosic material, containing as main component cellulose, hemicelluloses and lignin. Lignin is one of the most recalcitrant naturally found molecules, and, consequently, hardens the access of enzymes to fermentable carbohydrates, decreasing the efficiency of cellulose degradation and fermentation. One of the lignin degradation pathways occurs throughout the action of enzymes produced by white-rot, brown and soft-rot fungi. These enzymes are able to degrade lignin, exposing cellulose and hemicelluloses, which get available for other microorganisms. In order to perform this process, these fungi promote an oxidation process of phenolic and non-phenolic compounds of the lignin molecule, by the lignolytic extracellular enzymes. Among them are the enzymes laccase and manganese peroxidase (MnP), which have a slow rate activity, however of high efficiency. The present work has as objective to evaluate different alkaline chemical (NaOH and Ca(OH)2) and biological (Penicillium sp. and Aspergillus niger) treatments by optic microscopy, scanning electron microscopy and transmission electronic microscopy to promote alteration on the physical structure of the sugarcane bagasse fiber. The results were evaluated by the microscopy technique, showing that the activity of the chemical treatments, in special of NaOH + Ca(OH)2 promoted an efficient loss of structure of fibers in comparison to the other treatments. In respect to the enzymatic activity, the bagasse pre-treated with NaOH + Ca(OH)2, in association with A. Niger showed to be more efficient for laccase production. Meanwhile, for the MnP enzymatic activity, the control treatment (only autoclaved bagasse) was that presented the highest efficiency. For Penicillium sp., the laccase enzymatic activity did not present any significant difference among the pre-treatments autoclaved bagasse (control) and NaOH + Ca(OH)2. However, when compared to the pretreatments with NaOH and Ca(OH)2, they were more efficient for the production of the referred enzyme. For MnP, the pre-treatments associated to both alkalis had an increased efficiency.

O setor sucroalcooleiro é uma importante representação do potencial bioenergético do Brasil. A estimativa da produção de cana-de-açúcar para a safra de 2007/2008, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), será de mais de 11% que na safra passada. A cana-de-açúcar constitui uma fonte de energia abundante e renovável. Além do aproveitamento de seu caldo para a produção de etanol e do emprego do bagaço para fins energéticos em processos de combustão e gaseificação, seus polissacarídeos constituintes (celulose e polioses) podem ser liberados por hidrólises enzimáticas para serem fermentados a etanol e outros produtos químicos de maior valor agregado. Porém os resíduos gerados a partir desse processamento, como o bagaço e a vinhaça, podem ser reaproveitados para outros fins. A ecologia da degradação da celulose e lignina é lenta e muito complexa, envolvendo inúmeras e variadas interações metabólicas entre diferentes microrganismos que também são afetados por vários fatores ambientais. Partindo de nove linhagens de fungos, foram selecionados quatro quanto à produção de biomassa e produção de celulases e ligninases em meios específicos. Estas linhagens, três espécies e Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus e P. ostreatus, e Trichoderma reesei foram cultivadas em bagaço pré-tratado com 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 e combinação 2% H2O2 + 1,5% NaOH. Foram determinados o teor de celulose, lignina e hemicelulose resultante de cada tratamento e a atividade lignolíticas: lacase, peroxidase e manganês peroxidase e a atividade das enzimas celulolíticas: exoglicanase e endoglicanase, comparando com um controle sem tratamento químico. A atividade celulolítica foi avaliada com os quatro fungos cultivados em meio bagaço-moído umedecido com vinhaça e bagaço-moído umedecido com meio mineral. Em relação ao controle foi observado que o pré-tratamento conjunto 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave proporcionou maior quebra nas fibras aumentando 1,4 vezes o teor de celulose e diminuindo em 8,5 vezes o da hemicelulose. Esse mesmo tratamento também proporcionou uma maior atividade lignolítica para as quatro linhagens. O ascomiceto T. reesei produziu lacase, peroxidase e manganês peroxidase em todos os tratamentos inclusive no controle, sendo a atividade de manganês peroxidase de 1,9 a 4,8 vezes maior que os basidiomicetos. / The sugar-alcohol industry is an important representation of the bioenergy potential of Brazil. The estimative for the 2007/2008 sugarcane production, according to the National Supply Company (Conab), will be of about 11% more than the last season. Sugarcane constitutes a large and renewable energy source. Besides the exploitation of its juice for ethanol production and the use of bagasse for energetic means in processes of combustion and gasification, its polysaccharides constituents (cellulose and cellobiose) can be released by enzymatic hydrolyses for alcohol fermentation and other chemical of higher aggregate value. However the residues generated from this process, like bagasse and vinasse, which can be reutilized for other means. To obtain an effective conversion of these residues, chemical and biological pre-treatments are necessary for an improved hydrolysis. The ecology of the cellulose and lignin degradation is slow and very complex, involving innumerous and different metabolic interactions among microorganism that are also affected by many environmental factors. From nine lineages of fungi, were selected four relating to the production of biomass and cellulases and ligninases in specific media. These lineages, three species of Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus and P. ostreatus, and the ascomycete Trichoderma reesei were cultivated in pre-treated bagasse with 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 and a combination of 2% H2O2 + 1,5% NaOH. It was determined the levels of cellulose, lignin and hemicellulose from each treatment and the lignolytic activity: laccase, peroxidase and manganese peroxidase and the activity of the cellulolitic enzymes: exogluconase and endogluconase, comparing to a control without chemical treatment. The cellulolitic activity was evaluated with the four cultivated fungi in two media: a grounded bagasse + vinasse and grounded bagasse + mineral media. Relating to the control was observed that the pre-treatment in conjunction with 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave promoted more breakage in the fiber increasing to 1,4 times the level of cellulose and decreasing the levels of hemicellulose to 8,5 times. This same treatment promoted a higher lignolytic activity for the four lineages. The ascomycete T. reesei produced laccase, peroxidase and manganese peroxidase in all treatments including the control, having the manganese peroxidase activity ranging from 1,9 to 4,8 times higher than the basidiomycetes.

Orientadora: Profa. Dra. Ana Maria Pereira Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, 2014. / Em meio ao cenário global atual de crescimento industrial e da população, os problemas de poluição pelas descontroladas emissões gasosas para o meio ambiente provenientes do uso de combustíveis fósseis, surgiu uma crescente necessidade e procura de recursos energéticos eficientes e sustentáveis. Desta forma, a biomassa é considerada como uma alternativa energética devido à sua origem renovável, custo acessível e possibilidade de uso doméstico e industrial. Para o caso específico do Brasil, uma fonte promissora de biomassa são os resíduos do processamento de cana-de-açúcar (bagaço e palhiço) em virtude do potencial da indústria sucroalcooleira, tornando-se uma linha importante na economia do país. Embora o bagaço in natura já seja empregado em processos de cogeração de vapor e energia elétrica, se faz necessário realizar mais estudos sobre sua caracterização devido às mudanças nas formas de colheita, às variedades de cana, e às diferentes formas de processamento da cana dentro das usinas, fatores que podem alterar as suas propriedades, as quais são indispensáveis para o projeto de processos e equipamentos que permitam o seu adequado aproveitamento, dentro do mesmo campo, ou como matéria prima para a produção de etanol de segunda geração. Para o palhiço se apresenta um panorama similar, devido ao recente interesse na produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos, situação que propiciaria o uso de parte deste resíduo para transformação energética nas usinas. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de aproveitamento energético do bagaço e palhiço de cana-de-açúcar em processos de conversão termoquímica a partir da caracterização de suas propriedades físico-químicas e termodinâmicas quando submetidos a diferentes condições de pré-processamento. De acordo com os resultados obtidos, os bagaços (in natura e respectivas frações) analisados apresentaram variações significativas somente em relação à fração de menor tamanho de partícula, em termos de poder calorífico, teores de carbono, hidrogênio, oxigênio e carbono fixo. A composição química das cinzas mostrou uma variação em comparação à literatura, especialmente no conteúdo de metais alcalinos (K) e silício (Si) que poderiam influenciar negativamente os processos termoquímicos de conversão. De outra parte, as amostras de palhiço analisadas apresentaram um potencial similar de aproveitamento energético ao bagaço, no referente às propriedades físico-químicas e térmicas determinadas, excluindo as ponteiras e folhas verdes que entre outros fatores possuem altos teores de cloro e metais alcalinos que dificultariam seu aproveitamento. / Considering the global outlook of industrial and population growth, in addition to pollution problems caused by uncontrolled gaseous emissions from the extensive use of fossil fuels, emerged an increasing need and research for sustainable and efficient fuel sources. Within this situation, biomass appears as one of the main alternatives taking into account its renewable origin, cost, domestic and industrial applications. For the specific case of Brazil, the residues of sugar cane processing (bagasse and trash) stand as promising biomass resources, based on the potential of the sugar and ethanol industry. Despite the fact the use of bagasse in natura in cogeneration processes, it is still important to do more studies about its characterization due to the recent changes in varieties, harvest and processing systems of this crop. These factors could affect its properties, which are essential to process and equipment designs that would allow an adequate application of bagasse as feedstocks in the same area or in the production of cellulosic ethanol. Sugar cane trash shows a similar situation caused by the current interest in ethanol production from lignocellulosic materials, which would motivate the application of part of this residue in energy conversion processes. Thus, the objective of this study was evaluate the feasibility of sugar cane trash and bagasse energetic application in thermochemical conversion processes, from the characterization of their physico-chemical and thermal properties under different pre-treatment conditions. According to the results, bagasses (in natura and fractions) showed significative variations only regarding the smallest particle size fraction in terms of calorific value, carbon and hydrogen content as well as fixed carbon. Alkaline metals (K) and silica (Si) contents from the ash chemical composition were different in comparison to the literature, and could have a negative influence on the thermochemical conversion processes. The sugar cane trash samples showed a similar potential of energetic use concerning their physico-chemical and thermal properties, except the tops and green leaves that had high contents of chlorine (Cl) and alkaline metals (K), fact that could interfere in their use.

É esperado que a produção de combustíveis a partir de resíduos lignocelulósicos alcance representatividade na matriz energética mundial. Neste cenário, leveduras desempenharão importante papel como plataformas microbianas para os processos de conversão dos açúcares derivados da biomassa em etanol (de segunda geração) e em outros produtos de interesse. Apesar dos avanços consideráveis na área, a fermentação de hidrolisados lignocelulósicos ainda apresenta alguns desafios científicos e tecnológicos, como por exemplo, os problemas enfrentados na fermentação devido à presença de diversos inibidores oriundos dos processos de pré-tratamento e hidrólise da biomassa (tais como furaldeídos, compostos fenólicos e ácidos orgânicos). A geração destes inibidores reduz consideravelmente a eficiência da etapa fermentativa, e muitas vezes, inviabiliza o processo como um todo. Neste contexto, o presente trabalho estudou a identificação dos principais compostos lignocelulósicos inibidores na fermentação por leveduras presentes em cinco amostras de hidrolisados industriais. Ácido glicólico e ácido acético, dentre os ácidos orgânicos foram identificados em todas as amostras analisadas. Em relação aos furaldeídos, foram detectados furfural e 5- hidroximetil-furufural (HMF) em todas as amostras analisadas. Os principais e mais abundantes compostos fenólicos identificados pelo sistema foram ácido p-cumárico (em 4 de 5), ácido ferúlico (em 3 de 5) e ácido vanílico (em 3 de 5). Tendo os principais compostos quantificados e identificados, realizou-se um estudo de mínimas e máximas concentrações de alguns destes inibidores em quatro diferentes linhagens laboratoriais e industriais (CEN.PK113-7D, CEN.PK112, SA-1 e JAY270), a fim de verificar a toxicidade dos mesmos frente aos principais parâmetros cinéticos da fermentação (fase lag, µmáx, produção de biomassa e etanol). De forma geral, a linhagem industrial S. cerevisiae SA-1 se mostrou mais tolerante frente às demais linhagens, em praticamente todas as condições analisadas. Visto que a presença de algumas bactérias nas linhas de produção de etanol é sabida, procurou-se verificar a resistência destas na presença dos compostos inibitórios. Ao comparar a resistência frente aos inibidores entre bactérias lácticas e leveduras laboratoriais e industriais, notou-se uma potencial robustez das bactérias frente às leveduras, uma vez que as últimas foram incapazes de crescer no meio de cultivo acrescido de um coquetel de inibidores, enquanto que as bactérias apresentaram crescimento. Por fim, investigou-se a influência conjunta de três compostos inibitórios (ácido acético, HMF e ácido p-cumárico) sobre os principais parâmetros fisiológicos da linhagem SA-1, a mais tolerante das linhagens avaliadas. Assim, através de um delineamento composto central rotacional (DCCR), pode-se analisar estatisticamente os efeitos dos três inibidores, com o qual verificou-se que a maior toxicidade (redução da velocidade específica de crescimento) é exercida pelo HMF. De uma maneira geral, a linhagem SA-1 pode ser considerada uma plataforma microbiana com grande potencial de aplicação na produção de etanol de segunda geração, bem como no estudo das bases moleculares para tolerância aos inibidores oriundos desses processos. / It is expected that the production of fuels from lignocellulosic residues will be representative in the world energy matrix. In this scenario, yeasts will play an important role as microbial platforms for the conversion processes of sugars derived from biomass into ethanol and other products of interest. Despite the considerable advances in the area, the fermentation of lignocellulosic hydrolysates still presents some scientific and technological challenges, such as the problems faced in the fermentation due to the presence of several inhibitors from the processes of pretreatment and hydrolysis of biomass (such as furaldehydes, phenolic compounds and organic acids). The presence of these inhibitors considerably reduces the efficiency of the fermentation step, and often hampers the process itself. In this context, the present work aimed to identify major inhibitory lignocellulosic compounds for yeast fermentation present in five samples of industrial hydrolysates. Glycolic acid and acetic acids were identified in all samples analysed. In relation to furaldehydes, furfural and 5-hydroxymethyl-furfural (HMF) were detected in all samples as well. The major and most abundant phenolic compounds identified were p-coumaric acid (in 4 out of 5 samples), ferulic acid (in 3 out of 5) and vanillic acid (in 3 out of 5). After quantification of these compounds, minimum and maximum concentrations of the major ones were studied in four different laboratory and industrial strains (CEN.PK113-7D, CEN.PK112, SA-1 and JAY270), in order to verify their toxicity against physiological parameters such as elongation of lag phase and growth rate. In general, the S. cerevisiae SA-1 industrial strain was more tolerant in comparison to the other 3 strains for virtually all compounds investigated. Since bacteria is present during fuel ethanol production, , the resistance of these bacteria for the same inhibitory compounds was also evaluated. When comparing the resistance against inhibitors between lactic acid bacteria and yeast strains, a higher robustness of bacteria in relation to yeasts was observed, since yeasts were unable to grow in a medium supplemented with a cocktail of inhibitors, whereas bacteria did grow. Finally, the influence of three inhibitory compounds (acetic acid, HMF and p-coumaric acid) on the main physiological parameters of the strain SA-1, the most tolerant among the strains evaluated, was investigated. Thus, using a rotatable central composite design (RCCD), the effects of the three inhibitors were analysed, and it was found that the highest toxicity (reduction in specific growth rate) is caused by HMF. Overall, SA-1 is a promising platform yeast strain for second generation ethanol production and for understanding strain robustness toward lignocellulosic inhibitory compounds.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar a atividade celulolítica de fungos isolados de bagaço de cana-de-açúcar e serapilheira, atuantes sobre bagaço de cana-de-açúcar e farelo de arroz como substratos. Dez isolados fúngicos de amostras de bagaço de cana-de-açúcar e material vegetal em decomposição foram avaliados quanto à atividade celulolítica, tendo como referências os fungos Trichoderma reesei QM9414 e T. reesei RUTC30. A atividade celulolítica foi estimada pela capacidade hidrolítica do extrato enzimático dos fungos crescidos em bagaço de cana-deaçúcar, com e sem pré-tratamento térmico e com diferentes proporções de farelo de arroz. A atividade celulolítica foi estimada tanto em papel de filtro, para celulase total, como a carboximetilcelulose sódica, para endoglucanase. Os isolados identificados por análise molecular através da região 26S rDNA foram: Aspergillus giganteus (S1), Aspergillus fumigatus (S2 e F4), Trichoderma viride/Trichoderma hamatum (S3 e S6), Trichoderma koningiopsis (TPB), Paecilomyces variotti (F1), Moniliophthora perniciosa (F2), Acremonium cellulyticus/Penicillium verruculosum (G3) e Trichoderma sp RA305 (MAD). O Trichoderma reesei QM9414 apresentou a maior atividade tanto para celulase total como para endoglucanase. O isolado F1 não diferiu estatisticamente para atividade de endoglucanase em relação à cepa QM9414 em substrato contento somente bagaço. O isolado MAD não diferiu estatisticamente para atividade de celulase total e endoglucanse em relação à cepa QM9414 em substrato contendo 10% de farelo de arroz. Os isolados TPB e S2 apresentaram as maiores atividades para endoglucanase em bagaço de cana-de-açúcar tratado. Tais resultados mostram que a biodiversidade em nichos, como o bagaço de cana-de-açúcar e materiais vegetais em decomposição, podem fornecer linhagens de fungos celulolíticos com grande potencial biotecnológico. / The objective of this work was to evaluate the cellulolytic activity of fungi isolated from sugarcane bagasse and decaying plant material, growing on sugarcane bagasse and rice bran as substrate. Ten isolates from sugarcane bagasse and decayed plant material were evaluated for their cellulolytic activity as compared to the fungi Trichoderma reesei QM9414 and T. reesei RUTC30. The cellulolytic activity was estimated by the hydrolytic capacity of the enzymatic extract of fungi grown on sugarcane bagasse, with and without pre-heat treatment and with different proportions of rice bran. It was used as substrates both filter paper, for total cellulolytic activity, and sodium carboxymethyl cellulose, for endoglucanase activity. The isolates identified by molecular analysis using 26S rDNA region were: Aspergillus giganteus (S1), Aspergillus fumigatus (S2 and F4), Trichoderma viride/Trichoderma hamatum (S3 and S6), Trichoderma koningiopsis (TPB), Paecilomyces variotti (F1), Moniliophthora perniciosa (F2), Acremonium cellulyticus/Penicillium verruculosum (G3) and Trichoderma sp RA305 (MAD). Trichoderma reesei QM9414 showed the highest total cellulolytic activity and endoglucanase activity among all isolates. Isolate F1 was not statistically different for endoglucanase activity in relation to strain QM9414 using bagasse as substrate. Isolate MAD was not statistically different for total cellulose activity and endoglucanase activity in relation to strain QM9414 using substrate containing 10% of rice bran. Isolates TPB and S2 had the highest endoglucanase activities using sugarcane bagasse treated as substrate. These results show that biodiversity in niches, such as bagasse and decayed plant material, can provide strains of cellulolytic fungi with great biotechnological potential.

A cana-de-açúcar é uma das matérias primas para a produção de açúcar e álcool. Durante o processo de produção, é gerado como subproduto (ou resíduo) o bagaço, que possui várias aplicações, entre elas a geração de energia, fertilizantes, produção de combustíveis e ração animal. O bagaço da cana-de-açúcar é composto principalmente por materiais lignocelulósicos, possuindo como constituintes principais a celulose, a hemicelulose e a lignina. A lignina é um dos materiais mais recalcitrantes na natureza e, conseqüentemente, dificulta o acesso de enzimas aos carboidratos fermentáveis, reduzindo a eficiência da degradação da celulose e da fermentação. Uma das vias de degradação da lignina ocorre através da ação de enzimas produzidas por fungos de degradação branca, marrom e macia. Essas enzimas são capazes de degradar e expor a celulose e a hemicelulose, que, por sua vez são prontamente utilizadas por outros microrganismos. Para que isso ocorra, esses fungos promovem um processo de oxidação de compostos fenólicos e não fenólicos da molécula de lignina por meio de enzimas ligninolíticas extracelulares entre elas a lacase e a manganês peroxidase (MnP), em baixa velocidade, porém com grande eficiência. O presente trabalho tem como objetivo avaliar diferentes tratamentos químicos alcalinos (NaOH e Ca(OH)2) e biológicos (Penicillium sp. e Aspergillus niger) por microscopia óptica, eletrônica de transmissão e de varredura com o intuito de promover uma alteração física na estrutura da fibra do bagaço de cana-de-açúcar. Os resultados foram avaliados pelas técnicas de microscopia demonstrando que a ação dos tratamentos químicos, principalmente do NaOH + Ca(OH)2, provocou uma eficiente desestruturação das fibras em comparação aos outros tratamentos. Em relação às atividades enzimáticas, o pré-tratamento do bagaço com NaOH +. Ca(OH)2 associado ao A. niger mostrou ser mais eficiente para a produção de lacase. Já para a atividade enzimática de MnP, o tratamento controle (bagaço autoclavado) foi o que apresentou maior eficiência. Para Penicillim sp., a atividade enzimática da lacase não aprsesentou diferença significativa entre os pré-tratamentos bagaço autoclavado e NaOH + Ca(OH)2, no entanto, quando comparados aos pré-tratamentos com NaOH e Ca(OH)2 foram os mais eficientes para a produção dessa enzima. Para a enzima MnP, o pré-tratamento associado às duas bases foi mais eficiente. / Sugarcane is one of the raw materials used for sugar and alcohol production. During the production process, bagasse is generated as a subproduct (or residue), which has a large range of application, as electric power generation, fertilizers, combustible production and animal feeding. Sugarcane bagasse is mainly composed by lignocellulosic material, containing as main component cellulose, hemicelluloses and lignin. Lignin is one of the most recalcitrant naturally found molecules, and, consequently, hardens the access of enzymes to fermentable carbohydrates, decreasing the efficiency of cellulose degradation and fermentation. One of the lignin degradation pathways occurs throughout the action of enzymes produced by white-rot, brown and soft-rot fungi. These enzymes are able to degrade lignin, exposing cellulose and hemicelluloses, which get available for other microorganisms. In order to perform this process, these fungi promote an oxidation process of phenolic and non-phenolic compounds of the lignin molecule, by the lignolytic extracellular enzymes. Among them are the enzymes laccase and manganese peroxidase (MnP), which have a slow rate activity, however of high efficiency. The present work has as objective to evaluate different alkaline chemical (NaOH and Ca(OH)2) and biological (Penicillium sp. and Aspergillus niger) treatments by optic microscopy, scanning electron microscopy and transmission electronic microscopy to promote alteration on the physical structure of the sugarcane bagasse fiber. The results were evaluated by the microscopy technique, showing that the activity of the chemical treatments, in special of NaOH + Ca(OH)2 promoted an efficient loss of structure of fibers in comparison to the other treatments. In respect to the enzymatic activity, the bagasse pre-treated with NaOH + Ca(OH)2, in association with A. Niger showed to be more efficient for laccase production. Meanwhile, for the MnP enzymatic activity, the control treatment (only autoclaved bagasse) was that presented the highest efficiency. For Penicillium sp., the laccase enzymatic activity did not present any significant difference among the pre-treatments autoclaved bagasse (control) and NaOH + Ca(OH)2. However, when compared to the pretreatments with NaOH and Ca(OH)2, they were more efficient for the production of the referred enzyme. For MnP, the pre-treatments associated to both alkalis had an increased efficiency.

O setor sucroalcooleiro é uma importante representação do potencial bioenergético do Brasil. A estimativa da produção de cana-de-açúcar para a safra de 2007/2008, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), será de mais de 11% que na safra passada. A cana-de-açúcar constitui uma fonte de energia abundante e renovável. Além do aproveitamento de seu caldo para a produção de etanol e do emprego do bagaço para fins energéticos em processos de combustão e gaseificação, seus polissacarídeos constituintes (celulose e polioses) podem ser liberados por hidrólises enzimáticas para serem fermentados a etanol e outros produtos químicos de maior valor agregado. Porém os resíduos gerados a partir desse processamento, como o bagaço e a vinhaça, podem ser reaproveitados para outros fins. A ecologia da degradação da celulose e lignina é lenta e muito complexa, envolvendo inúmeras e variadas interações metabólicas entre diferentes microrganismos que também são afetados por vários fatores ambientais. Partindo de nove linhagens de fungos, foram selecionados quatro quanto à produção de biomassa e produção de celulases e ligninases em meios específicos. Estas linhagens, três espécies e Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus e P. ostreatus, e Trichoderma reesei foram cultivadas em bagaço pré-tratado com 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 e combinação 2% H2O2 + 1,5% NaOH. Foram determinados o teor de celulose, lignina e hemicelulose resultante de cada tratamento e a atividade lignolíticas: lacase, peroxidase e manganês peroxidase e a atividade das enzimas celulolíticas: exoglicanase e endoglicanase, comparando com um controle sem tratamento químico. A atividade celulolítica foi avaliada com os quatro fungos cultivados em meio bagaço-moído umedecido com vinhaça e bagaço-moído umedecido com meio mineral. Em relação ao controle foi observado que o pré-tratamento conjunto 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave proporcionou maior quebra nas fibras aumentando 1,4 vezes o teor de celulose e diminuindo em 8,5 vezes o da hemicelulose. Esse mesmo tratamento também proporcionou uma maior atividade lignolítica para as quatro linhagens. O ascomiceto T. reesei produziu lacase, peroxidase e manganês peroxidase em todos os tratamentos inclusive no controle, sendo a atividade de manganês peroxidase de 1,9 a 4,8 vezes maior que os basidiomicetos. / The sugar-alcohol industry is an important representation of the bioenergy potential of Brazil. The estimative for the 2007/2008 sugarcane production, according to the National Supply Company (Conab), will be of about 11% more than the last season. Sugarcane constitutes a large and renewable energy source. Besides the exploitation of its juice for ethanol production and the use of bagasse for energetic means in processes of combustion and gasification, its polysaccharides constituents (cellulose and cellobiose) can be released by enzymatic hydrolyses for alcohol fermentation and other chemical of higher aggregate value. However the residues generated from this process, like bagasse and vinasse, which can be reutilized for other means. To obtain an effective conversion of these residues, chemical and biological pre-treatments are necessary for an improved hydrolysis. The ecology of the cellulose and lignin degradation is slow and very complex, involving innumerous and different metabolic interactions among microorganism that are also affected by many environmental factors. From nine lineages of fungi, were selected four relating to the production of biomass and cellulases and ligninases in specific media. These lineages, three species of Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus and P. ostreatus, and the ascomycete Trichoderma reesei were cultivated in pre-treated bagasse with 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 and a combination of 2% H2O2 + 1,5% NaOH. It was determined the levels of cellulose, lignin and hemicellulose from each treatment and the lignolytic activity: laccase, peroxidase and manganese peroxidase and the activity of the cellulolitic enzymes: exogluconase and endogluconase, comparing to a control without chemical treatment. The cellulolitic activity was evaluated with the four cultivated fungi in two media: a grounded bagasse + vinasse and grounded bagasse + mineral media. Relating to the control was observed that the pre-treatment in conjunction with 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave promoted more breakage in the fiber increasing to 1,4 times the level of cellulose and decreasing the levels of hemicellulose to 8,5 times. This same treatment promoted a higher lignolytic activity for the four lineages. The ascomycete T. reesei produced laccase, peroxidase and manganese peroxidase in all treatments including the control, having the manganese peroxidase activity ranging from 1,9 to 4,8 times higher than the basidiomycetes.

Resíduos lignocelulósicos são substratos proeminentes para a produção sustentável de polihidroxialcanoatos (PHAs) e etanol. A xilose é um dos principais componentes da lignocelulose, mas o aproveitamento eficiente desse açúcar ainda representa uma barreira técnica. O objetivo desse trabalho foi obter linhagens bacterianas mais eficientes no consumo desse açúcar. Foi introduzido maior número de cópias dos genes do catabolismo (xylAB) e transporte (xylFGH) de xilose, nas linhagens Escherichia coli KO11, produtora de etanol, e Burkholderia sacchari LFM 101, produtora de poli-3-hidroxibutirato (PHB). Os recombinantes foram avaliados quanto ao consumo de xilose e produção na presença e ausência de glicose. Para B. sacchari LFM 101 essa estratégia não incrementou o consumo desse açúcar. Para E. coli KO11 xylAB reduziu o tempo de consumo de xilose e aumentou a produção final de etanol em 30%, mas esse efeito foi prejudicado pela repressão catabólica; enquanto xylFGH foi deletério ao reduzir para quase zero o crescimento e produção de etanol por essa linhagem. / Lignocellulosic residues are remarkable substrates for the sustainable production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) and ethanol. Xylose is one of the most important lignocelullose component but its efficient utilization still represents a technical barrier. The aim of this work was to obtain bacterial strains more efficient in the xylose consumption. Multiple copies of the catabolism (xylAB) and transport (xylFGH) genes of xylose were introduced in the ethanol producer Escherichia coli KO11 strain and the poly-3-hydroxybutyrate (PHB) producer Burkholderia sacchari LFM 101. The recombinants strains were evaluated for their production and xylose consumption in the presence and absence of glucose. This strategy did not increase xylose consumption in B. sacchari strains. The xylAB gene improved xylose consumption and increased the ethanol production about 30% in E. coli KO11, but this effect was impaired by catabolite repression; while xylFGH gene was deleterious to reduce the growth and ethanol production by this strain.

A agroindústria tem se expandido para atender a crescente demanda populacional por alimentos. Dentro deste contexto, o Brasil com sua economia fortemente baseada no agronegócio contribui para a geração de grande quantidade de resíduos agroindustriais resultantes das atividades de processamento. Estes resíduos, por sua vez, representam um grave problema, pois aparentemente sem aplicação viável, são descartados diretamente ao meio ambiente. Muitos deles são ricos em compostos bioativos, amplamente reconhecidos pelas suas propriedades promotoras de saúde e aplicações tecnológicas, tais como antioxidantes e antimicrobianos, representando, portanto, potenciais fontes naturais destas substâncias. Neste trabalho, foram analisados 15 resíduos agroindustriais coletados em Bento Gonçalves, RS, Petrolina, PE, Monte Alto e Jacareí, SP. São eles: bagaços de uva Pinot Noir, Petit Verdot, Cabernet Sauvignon, Isabel (tintas), Moscato, Verdejo (brancas); engaços de uva Cabernet Sauvignon; Syrah (tintas), Moscato, Verdejo (brancas); borras de vinho tinto e branco; bagaço de tomate; bagaço de goiaba e bagaço de malte. As amostras foram extraídas com solventes de diferentes polaridades (hexano, clorofórmio, acetato de etila, etanol:água (80:20, v/v) e água) e os extratos analisados quanto o teor de compostos fenólicos totais e atividade antioxidante (DPPH). As amostras e solventes que apresentaram os maiores teores de compostos fenólicos e atividade antioxidante pelo método DPPH no screening inicial seguiram para as outras análises de atividade antioxidante (EC50, ABTS, auto-oxidação do beta-caroteno/ácido linoléico e Rancimat), atividade antimicrobiana e composição química por CG-EM. Engaço branco Moscato e bagaço Pinot Noir apresentaram os maiores teores de compostos fenólicos totais, 48,61 e 40,79 mg GAE/g nos extratos etanólicos, respectivamente. O extrato etanólico do bagaço Pinot Noir apresentou elevada atividade antioxidante em todos os ensaios. Além dele, extratos de engaço branco (EC50, ABTS), bagaço Petit Verdot (ABTS, auto-oxidação do beta-caroteno), engaço tinto (EC50, auto-oxidação do betacaroteno) e bagaço Cabernet Sauvignon (Rancimat) apresentaram os melhores resultados nesses ensaios, e em muitos deles, comparáveis a do antioxidante sintético BHT. Nenhuma das amostras apresentou atividade antimicrobiana na concentração de 32 mg/mL contra S. aureus, S. mutans e A. naeslundii pelo método da difusão em ágar. O perfil químico das amostras revelou que a epicatequina foi o composto majoritário presente tanto nos extratos etanólicos quanto aquosos de todos os resíduos vinícolas analisados. Já para os bagaços de goiaba e tomate, a quercetina foi o fenólico predomimante. Outros compostos tais como ácido gálico, ferúlico, caféico, vanílico, sinápico, resveratrol, siríngico também foram identificados. Com base nos resultados é possível concluir que as amostras analisadas, particularmente os resíduos vinícolas, são ricas em compostos bioativos de elevado poder antioxidante, representando, portanto, uma potencial fonte destes compostos para aplicação na indústria de alimentos. / The agricultural industry has expanded to meet the growing population demand for food. Within this context, Brazil with its economy heavily based on agribusiness contributes to the generation of large amounts of industrial residues resulting from processing activities. These residues represent a serious problem because are discarded directly into the environment. Many of them are rich in bioactive compounds, widely recognized for its health-promoting properties and technological applications, such as antioxidants and antimicrobials, thus representing potential sources of these natural substances. In this study, we analyzed 15 residues collected in Bento Gonçalves, RS, Petrolina, PE, Jacareí and Monte Alto, SP. They are: grape pomace - Pinot Noir, Petit Verdot, Cabernet Sauvignon, Isabel (red), Moscato, Verdejo (white), stems of grape - Cabernet Sauvignon, Syrah (red), Moscato, Verdejo (white), wine lees red and white, tomato pomace, guava pomace and malt pomace. The samples were extracted with solvents of different polarities (hexane, chloroform, ethyl acetate, ethanol:water (80:20, v/v) and water) and the extracts analyzed for the content of total phenolics and antioxidant activity (DPPH) . The best solvents and samples selected on the basis of these two parameters followed for the other tests of antioxidant activity (EC50, ABTS, auto-oxidation of beta-carotene/linoleic acid and Rancimat), antimicrobial activity and chemical composition by GC-MS. Stems white Moscato and Pinot Noir pomace showed the highest levels of total phenolics, 48.61 and 40.79 mg GAE/g in the ethanol extracts, respectively. The ethanol extract of Pinot Noir pomace showed high antioxidant activity in all tests. Besides him, extracts of white stem (EC50, ABTS), Petit Verdot pomace (ABTS, auto-oxidation of beta-carotene), red stems (EC50, auto-oxidation of beta-carotene) and bagasse Cabernet Sauvignon (Rancimat) presented the best results of these tests, and many of them comparable to the synthetic antioxidant BHT. None of the samples showed antimicrobial activity to the concentration of 32 mg/mL against S. aureus, S. mutans and A. naeslundii by agar diffusion method. The chemical profile of the samples revealed that epicatechin is the major compound both in aqueous and ethanol extracts in all waste wine analyzed. In tomato and guava pomaces, quercetin is the predominant phenolic. Other compounds such as gallic acid, ferulic, caffeic, vanillic, sinapic, resveratrol, syringic were also identified. Based on these results we conclude that the samples analyzed, particularly the waste wine, are rich in bioactive compounds with high antioxidant power and have great potential application in the food industry.

A utilização de fontes renováveis para a produção de biocombustíveis tem sido incentivada no mundo todo. Assim, na proposta de um novo cenário energético mundial, aliado as condições ambientais, surge a necessidade de se procurar outras fontes alternativas de matéria primas renováveis. Neste contexto, o Brasil possui condições especiais, se considerarmos os resíduos lignocelulósicos do setor florestal. Atualmente, o Brasil é o maior produtor mundial de celulose à partir de fibra curta de Eucalyptus spp, com um setor bem desenvolvido e em plena expansão. Toda esta atividade industrial produz anualmente cerca de 2,8 a 5,7 milhões de toneladas resíduos sólidos na forma de casca (principalmente de eucaliptos). Em muitos casos o destino aplicado para essas biomassas é pouco eficiente e representa uma perda significativa do potencial energético, pois estes resíduos lignocelulósicos são passíveis de biotransformação a compostos com elevado valor agregado, tais como os biocombustíveis (etanol). Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial das cascas de eucalipto frente a produção de etanol combustível. Desta maneira, as cascas de 5 clones comerciais (E.urophylla x E. grandis e E. grandis) foram caracterizadas quanto a composição química. As cascas de eucalipto foram submetidas a uma série de pré-tratamentos ácidos e alcalinos, avaliados em planejamento fatorial com o objetivo de recuperar os açúcares potencialmente fermentecíveis. As cascas de eucalipto apresentaram aproximadamente 20% de carboidratos solúveis totais CST (glicose, frutose e sacarose). Os CST foram extraídos com água quente à temperatura de 80oC e em seguida fermentados com leveduras convencionais (Saccharomyces cerevisiae). A produção de etanol por tonelada de casca seca foi de 106 litros (etanol de primeira geração). Após a extração dos CST, as biomassas residuais das cascas de eucalipto foram submetidas a uma série de pré-tratamentos. O pré-tratamento alcalino (NaOH) apresentou uma eficiência enzimática de conversão da glicose de aproximadamente 30% após 24 horas de incubação. Com os resultados obtidos da hidrólise enzimática, estima-se que possam ser produzidos mais 94 litros de etanol por tonelada de casca livre de extrativos (etanol celulósico). / The use of no fossil source for biofuels production has been stimuled in the all world. Proposing a new global scenario related to the energy matrix, together with the environmental conditions, there is the need to search alternative renewable raw materials. In this context, Brazil presents special conditions, considering the lignocellulosic residues from the forestry industry. Nowadays, Brazil is the largest cellulose short fiber producer from Eucalyptus spp, having a strong sector in expansion. This industrial activity produces in average 2,8 to 5,7 million tons of solid waste in the form of bark (mostly from eucalyptus). Usually, the destiny of this biomass is inefficient and represents a significant loss of the energetic potential, since these lignocellulosic residues can suffer biotransformation and produce high value components, like the biofuels (ethanol). Therewith, the aim of this work was to evaluate the potential of the eucalyptus bark related to ethanol fuel production. In this way, barks from 5 commercial clones (E. urophylla x E. grandis e E. grandis) were characterized due to the chemical composition. Eucalyptus barks were subjected to a series of acid and alkaline pretreatments, evaluated in factorial design aiming to recover potentially fermentable sugars. Eucalyptus bark presented on average 20% of total soluble carbohydrates TSC (glucose, fructose and sucrose). TSC were extracted with hot water (80 °C) and fermented by Saccharomyces cerevisiae. Ethanol production per ton of dry bark was 106 liters (first generation ethanol). After TSC extraction, the residual biomass from eucalyptus bark were subjected to several pretreatments. The alkaline pretreatment (NaOH) presented a high enzymatic efficiency of glucose conversion of approximately 30% after 24 hours of incubation. With the results obtained in enzymatic analysis, is estimated that it can be produced more than 94 liters of ethanol per ton of bark (cellulosic ethanol).