A utilização de cana-de-açúcar para geração de açúcar, energia e etanol é uma das atividades mais importantes do Brasil. Esta intensa produção gera grandes quantidades de bagaço que podem ser utilizadas para aumentar a produção de etanol. Neste sentido, é de grande interesse técnico-científico o estudo de pré-tratamentos desta matéria prima, dentre os quais se inserem os processos de polpação. No presente trabalho buscou-se estudar a utilização da polpação hidrotrópica do bagaço de cana-de-açúcar para separação de seus principais componentes macromoleculares. Para tanto foram utilizados dois hidrótropos distintos, o benzoato de sódio e xilenossulfonato de sódio. Como referência, realizaram-se também polpações apenas com água, com soluções etanol/água e com soluções de hidróxido de sódio.O estudo foi realizado a partir de planejamento fatorial de experimentos, utilizando-se a influência das variáveis temperatura e tempo de reação. As respostas consideradas foram o rendimento de polpa e a quantidade de lignina residual. Este estudo exploratório revelou que o xilenossulfonato de sódio foi mais efetivo que o benzoato de sódio. Entretanto, o uso dos agentes hidrotrópicos foram menos eficiente quando comparado aos sistemas etanol/água e hidróxido de sódio. As ligninas extraídas nos processos de polpação hidrotrópica foram analisadas por diversas técnicas de caracterização. As ligninas extraídas na polpação com benzoato de sódio apresentaram menores massas molares quando comparado ao uso de xilenossulfonato de sódio. A análise das polpas obtidas nos diferentes processos revelou que as condições de maiores tempos e temperaturas produziram polpas com maiores índices de cristalinidade. / The production of sugar, energy and ethanol from sugar cane is one of the most important activities of Brazil and generates a enormous quantity of bagasse which can be used to increase the ethanol production. In this sense, the study of sugarcane bagasse is a very important task, in both technical and scientific approaches. Thus, the pre-treatment of sugar cane bagasse by using pulping/delignification processes constitutes a important step to recovery the main macromolecular components of the vegetal tissues of this raw material. In the present work it was studied the utilization of hydrotropic agents to promote the delignification of sugarcane bagasse. The study was carried out by using two different hydrotropes: sodium benzoate and sodium xylenosulfonate. As standard for comparison, it was also studied the pulping of sugarcane bagasse by using only water and ethanol/water and sodium hydroxide solutions. The pulping processes were carried out from factorial planning experiments employing two different levels (and a central point) for reaction time and temperature. As response it was determined the correspondents pulping yield and residual lignin contents. The results indicated that sodium xylenosulfonate was more effective than benzoate sodium in the promotion of the delignification. However, the utilization of hydrotropic systems were less efficient to promote the delignification, when compared with ethanol/water or sodium hydroxide aqueous solution. The lignins extracted in the pulping with sodium benzoate presented lower molar masses when compared with the use of sodium xylenesulfonate. The analysis of the pulps showed that the higher temperatures and reaction times produced pulps with higher crystallinity.

A utilização de cana-de-açúcar para geração de açúcar, energia e etanol é uma das atividades mais importantes do Brasil. Esta intensa produção gera grandes quantidades de bagaço que podem ser utilizadas para aumentar a produção de etanol. Neste sentido, é de grande interesse técnico-científico o estudo de pré-tratamentos desta matéria prima, dentre os quais se inserem os processos de polpação. No presente trabalho buscou-se estudar a utilização da polpação hidrotrópica do bagaço de cana-de-açúcar para separação de seus principais componentes macromoleculares. Para tanto foram utilizados dois hidrótropos distintos, o benzoato de sódio e xilenossulfonato de sódio. Como referência, realizaram-se também polpações apenas com água, com soluções etanol/água e com soluções de hidróxido de sódio.O estudo foi realizado a partir de planejamento fatorial de experimentos, utilizando-se a influência das variáveis temperatura e tempo de reação. As respostas consideradas foram o rendimento de polpa e a quantidade de lignina residual. Este estudo exploratório revelou que o xilenossulfonato de sódio foi mais efetivo que o benzoato de sódio. Entretanto, o uso dos agentes hidrotrópicos foram menos eficiente quando comparado aos sistemas etanol/água e hidróxido de sódio. As ligninas extraídas nos processos de polpação hidrotrópica foram analisadas por diversas técnicas de caracterização. As ligninas extraídas na polpação com benzoato de sódio apresentaram menores massas molares quando comparado ao uso de xilenossulfonato de sódio. A análise das polpas obtidas nos diferentes processos revelou que as condições de maiores tempos e temperaturas produziram polpas com maiores índices de cristalinidade. / The production of sugar, energy and ethanol from sugar cane is one of the most important activities of Brazil and generates a enormous quantity of bagasse which can be used to increase the ethanol production. In this sense, the study of sugarcane bagasse is a very important task, in both technical and scientific approaches. Thus, the pre-treatment of sugar cane bagasse by using pulping/delignification processes constitutes a important step to recovery the main macromolecular components of the vegetal tissues of this raw material. In the present work it was studied the utilization of hydrotropic agents to promote the delignification of sugarcane bagasse. The study was carried out by using two different hydrotropes: sodium benzoate and sodium xylenosulfonate. As standard for comparison, it was also studied the pulping of sugarcane bagasse by using only water and ethanol/water and sodium hydroxide solutions. The pulping processes were carried out from factorial planning experiments employing two different levels (and a central point) for reaction time and temperature. As response it was determined the correspondents pulping yield and residual lignin contents. The results indicated that sodium xylenosulfonate was more effective than benzoate sodium in the promotion of the delignification. However, the utilization of hydrotropic systems were less efficient to promote the delignification, when compared with ethanol/water or sodium hydroxide aqueous solution. The lignins extracted in the pulping with sodium benzoate presented lower molar masses when compared with the use of sodium xylenesulfonate. The analysis of the pulps showed that the higher temperatures and reaction times produced pulps with higher crystallinity.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 807100 bytes, checksum: 0492f1cb907f9d50a51882efd7f76fcd (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Three thermophilic lignocellulolytic microbial communities were selected by enriched method with continual subcultivation at 55 °C. One community was selected from cow manure compost, another from decaying sugar cane bagasse, and the last one was obtained by mixing aliquots of the culture suspension from the first two. Those communities were able to degrade a cellulosic strip in three cultivation days. Evaluating the maximal day of CMCase and xylanase activity, it was observed that the mixed consortium showed the best results, with CMCase activity of 0.09 U mg-1 at the second day of cultivation, and xylanase activity of 2.86 U mg-1 at the fourth day. These enzymes were partially characterized with relation to temperature and pH of optimal activity. It was observed that CMCase showed the highest activity at 60 °C and pH 5.4, and kept 80% of its activity in a pH range of 4.5-6.5. On the other hand, the best activity for xylanase was verified at 65 °C, and in that same pH range, the enzyme kept 97% of its residual activity. Cell-free extract was concentrated by ultrafiltration. The enzymatic cocktail obtained showed CMCase activity 25-fold higher and xylanase activity 55-fold higher than the crude enzymatic extract. The cocktail was conserved by adding 50% glycerol. After storage for 60 days at 4 °C, xylanase kept 80% of the initial activity and CMCase didn t show loss of activity when kept at 25 °C for the same period. The mixed community cellular mass constitutes an inoculant able to maintain the cellulolytic phenotype after rapid freezing and storage at - 80 °C for 60 days. Fed-batch essay suggested that this community has potential to be manipulated in order to continuously hold the cellulolytic enzymes expression over time. The results evidenced the acquisition of an enzymatic cocktail from an inoculant which cellulolytic activity supported pH changes and optimal activity around 60 °C. / Três comunidades microbianas lignocelulolíticas e termofílicas foram selecionadas por subcultivo em meio de enriquecimento a 55 °C. Uma comunidade foi selecionada a partir de esterco de gado em compostagem, outra de bagaço de cana em decomposição e a terceira foi obtida a partir da mistura de alíquotas do meio de cultivo das duas anteriores. Tais comunidades apresentavam a característica de decompor uma fita de celulose em três dias de cultivo. Ao se avaliar o dia de máxima atividade CMCase e xilanase em cada comunidade, verificou-se que os melhores resultados foram encontrados no consórcio misto, com atividade de 0,09 U mg-1 para CMCase no segundo dia de cultivo e 2,86 U mg-1 para xilanase no quarto dia. Essas enzimas foram parcialmente caracterizadas em relação à temperatura e pH ótimos de atuação. Verificou-se que CMCase apresentou maior atividade a 60 °C e pH 5,4, e manteve 80% de sua atividade numa faixa de pH de 4,5 a 6,5. Já para a xilanase, a temperatura ótima foi de 65 °C e nessa mesma faixa de pH manteve uma atividade residual de 97%. O extrato livre de células foi concentrado por ultrafiltração e obteve-se um coquetel enzimático com atividade de CMCase e xilanase maior que no extrato bruto cerca de 25 e 55 vezes, respectivamente. O coquetel foi conservado pela adição de 50% de glicerol. Após 60 dias de armazenamento a 4 °C, a xilanase manteve 80% de sua atividade inicial e a CMCase não apresentou perda de atividade quando mantida a 25 °C pelo mesmo período. A massa celular da comunidade mista constitui um inoculante capaz de manter o fenótipo celulolítico após congelamento rápido e armazenamento a - 80 °C por 60 dias. Ensaio em batelada alimentada mostrou que essa comunidade apresenta potencial para ser manipulada a fim de se manter continuamente a expressão de enzimas celulolíticas ao longo do tempo. Os resultados mostraram que foi possível obter um coquetel de enzimas a partir do inoculante, cuja atividade celulolítica tolerou variações de pH e temperatura ótima em torno de 60 °C.