Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-05-25T11:53:11Z No. of bitstreams: 2 Indianara Kawana Bueno.pdf: 2050489 bytes, checksum: 3865a86596759f1ff761267b04d8a615 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T11:53:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Indianara Kawana Bueno.pdf: 2050489 bytes, checksum: 3865a86596759f1ff761267b04d8a615 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / The research for renewable energy sources became even more essential due the imminent depletion of the fossil fuel sources. In this context Brazil has a prominent position on the world stage, since it has already used ethanol from sugar cane for some decades. The second generation ethanol (2G) is produced from the lignocellulosic biomass of the vegetable, which is composed by cellulose, hemicellulose and lignin. The hydrolysis of these compounds requires a specific and high cost enzymatic cocktail. On this scenario, the Trichoderma reesei fungus gains spotlight, since it is one the microorganisms with the highest potential to produce hydroliytic enzymes. Therefore, the attempt to increase the cellulases production of this fungus is an important for the production of biofuels more attractive to the market. The aim of this work is to confirm the deletion of the sequence which codifies the zinc finger motif of the transcription factor ACE1 for cellulose repression from the T. reesei RUT-C30 strain and to characterize the enzymatic production of these mutant strains named T. reesei RUT-C30Δzface1. The enzymatic quantification was carried using the substrates carboxymethyl cellulose, microcrystalline cellulose and Whatman paper filter. The deletion confirmation occurred by the absence of the amplification gene ace1 on the mutants and the amplification of a 429 pb fragment of the RUT-C30 parental strain when the same primers and PCR conditions where used. These results suggest that the deletion of the zinc finger motif of the from ACE1 transcription factor is a prominent way to achieve an economically viable production of bioethanol. / Com a depleção eminente das fontes de combustíveis fósseis, torna-se cada vez mais imprescindível a busca por fontes renováveis de energia. Neste âmbito, o Brasil tem destaque no cenário mundial, pois já utiliza o etanol a partir da cana-de-açúcar há algumas décadas. O etanol de segunda geração (2G) é produzido a partir da massa lignocelulolítica do vegetal, que é composta de celulose, hemicelulose e lignina. A hidrólise desses compostos necessita de um coquetel enzimático específico e de alto custo. Neste cenário, o fungo Trichoderma reesei ganha destaque, pois é um dos microrganismos com maior potencial para produção de enzimas hidrolíticas. Desta forma, as tentativas de aumentar a produção de celulases desse fungo, torna a produção do bioetanol uma alternativa mais atrativa ao mercado. Este trabalho teve como objetivos confirmar a deleção da sequência que codifica o dedo de zinco do fator de transcrição do repressor de celulase ACE1 da linhagem T. reesei RUT-C30 e caracterizar a produção enzimática dessas linhagens mutantes denominadas T. reesei RUT-C30Δzface1. A confirmação de deleção ocorreu pela ausência de amplificação do gene ace1 nos mutantes e amplificação de um fragmento de 479 pb na linhagem parental RUT-C30, quando utilizados os mesmos primers e condições de reação de PCR. A dosagem enzimática com os substratos carboximetilcelulose (CMC), celulose microcristalina (Avicel®) e papel de filtro Whatman (PF), mostraram que o RUT-C30Δzface1 tem a atividade celulolítica aumentada em até 3,2 vezes em Avicel e 2,1 vezes em CMC e PF em comparação à linhagem parental RUT-C30. Em 24 horas de hidrólise os mutantes apresentaram liberação de açúcar 1,4 vezes maior em relação ao RUT-C30. Estes resultados sugerem que a deleção parcial do fator de transcrição ACE1 é um proeminente caminho para a conquista de uma produção de bioetanol economicamente viável.

Orientadores: Luis Augusto Barbosa Cortez, Marcelo Pereira da Cunha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-25T21:19:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_TerezinhadeFatima_D.pdf: 3738702 bytes, checksum: e368bb547a1651b00f2e7c3133f1f8aa (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A colheita de cana crua, sem queima, tem sido imposta principalmente por questões ambientais e com vistas ao aproveitamento integral da cana-de-açúcar. Questões econômicas, ambientais e sociais induzem à mecanização da colheita, o que pode proporcionar melhores condições de trabalho e o aproveitamento da palha, com a eliminação da queima prévia. Parte da palha pode ser utilizada para cobertura do solo, melhorando o reciclo de nutrientes, a retenção de água e redução da erosão. Outra parte da palha poderá ser recolhida, enviada para a indústria e utilizada para geração de eletricidade e/ou para produção de etanol de 2ª geração. Este trabalho, com auxílio da Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC/CTBE), empregou as metodologias de insumo-produto e análise de ciclo de vida (ACV) para analisar os impactos socioeconômicos e ambientais do recolhimento e aproveitamento da palha de cana-de-açúcar no setor sucroenergético, considerando (i) a tecnologia de colheita existente (colhedora Convencional) e em desenvolvimento (Estrutura de Tráfego Controlado ¿ ETC, proposta de mecanização com redução e controle do tráfego), (ii) a parcela de palha recolhida, (iii) a forma de recolhimento e transporte e (iv) seu uso. Avaliou-se, também, a viabilidade econômica de cada rota tecnológica considerada. Verificou-se que a colheita integral é economicamente vantajosa na fase agrícola e que a redução da densidade de carga pode ser compensada com menor perda de colmos, devido à redução de potência dos extratores da colhedora. O enfardamento apresenta custos elevados para pequenas frações de recolhimento devido à redução na capacidade operacional das máquinas. A análise do modelo verticalizado de produção (fase agrícola e industrial) mostrou que a baixa eficiência da estação de limpeza a seco interfere diretamente nos rendimentos da indústria, diminuindo a vantagem da colheita integral. A proposta de recolher palha através de colheita integral com palha repicada apresentou bons resultados nas simulações, reduzindo o custo de transporte e melhorando a eficiência de separação da palha na indústria. Considerando o modelo verticalizado de produção, fardos 7,5 t/ha (com colhedora convencional) e Integral sem ponteiro repicada (ETC) apresentam maiores valores para TIR, 12,0% e 14,2%, respectivamente. A fase agrícola responde por 80% a 90% dos impactos ambientais, variando de acordo com o cenário e a categoria de impacto analisada. O uso e produção de fertilizantes e corretivos são os itens que mais ocasionam os impactos ambientais, seguidos de uso de óleo diesel. Em termos socioeconômicos, a colheita integral apresenta maior valor de produção e PIB; já os cenários com fardos apresentam maior remuneração mensal média por emprego e número de empregos gerados em função do maior número de operações mecanizadas demandando mais mão de obra. O resultado principal do estudo mostra que os cenários com ETC apresentam maior eficiência econômica e a proposta de recolhimento através de colheita integral com palha sem ponteiro e repicada apresentou maior atratividade econômica com menores impactos ambientais. Esta pesquisa demonstra a importância de desenvolvimento de tecnologias que permitam melhor aproveitamento da biomassa / Abstract: Harvesting of green sugarcane, without burning, has been imposed mainly by environmental issues and aiming to take full advantage of sugarcane. Economic, environmental and social issues induce mechanical harvesting, which can provide better working conditions and the use of straw, with the elimination of the previous burning. Part of the straw can be used for soil coverage, enhancing the recycling of nutrients, water retention and reducing erosion. Another part of the straw can be collected, sent to the industry and used for bioelectricity generation or production of 2nd generation ethanol. This paper, with the support of Virtual Sugarcane Biorefinery (VSB), applied input-output and life cycle analysis methodologies to analyze the socioeconomic and environmental impacts of collection and utilization of straw sugarcane, considering (i) harvesting of sugarcane existing (conventional harvester) and developing (ETC - Controlled Traffic Structure ¿ proposed mechanization of reduction and traffic control) technologies, (ii) fraction of gathered straw, (iii) form of collection and transportation and (iv) use of straw. It was also evaluated economic viability of each technological route considered. It was found that the integral harvest system is economically advantageous in the agricultural phase, and that the load density reduction is almost matched with lower loss of stalks due to the reduced power of the harvesters¿ exhauster. The baling system shows higher costs of small fractions straw recovery due to reduction of the machines operational capacity. The verticalized production model analysis (agricultural and industry fases) showed that the low efficiency of dry cleaning station directly interferes with the industry output, reducing the advantage of the integral harvest system. The proposal to collect straw through integral harvest with chopping presented good results in simulations, reducing the cost of transport of straw and improving industrial productivity with better separation of straw. Considering the verticalized production model, 7,5 ton/ha baling (with conventional harvester) and integral harvest system chopped without tops (ETC) present higher values of IRR, 12,0% and 14,2%, respectively. Regarding environmental impacts, it was found that agricultural phase represents 80% ¿ 90% of the environmental impacts, varying according to the analyzed scene and the impact category. The use and production of fertilizers and soil correctors are the items that cause the most environmental impacts followed by the use of diesel. In socioeconomic terms the integral harvest system presents higher production value and GDP (Gross Domestic Product); the baling scenes present higher average monthly income per job and number of generated jobs due to higher number of mechanized operations requiring more manpower. The main result of this study shows that ETC scenes present higher economic efficiency and the recovery proposal of integral harvest system chopped without tops presented higher economic prospects with lower environmental impacts. This paper shows the importance of technology development which permits better use of biomass / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutora em Engenharia Agrícola

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_LilianePires_M.pdf: 2414568 bytes, checksum: edd69b0480cfd867aa41722490fde9b1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: No cenário mundial atual, a procura por combustíveis e outros químicos desenvolvidos a partir de tecnologias sustentáveis tem se tornado uma demanda crescente. Neste contexto, diversas biomassas são investigadas ao redor do mundo, como matérias-primas para a produção de etanol de segunda geração que é considerado um biocombustível com grande potencial para substituir gradativamente os combustíveis fósseis. Estudos direcionados à produção de etanol celulósico demonstram que alterações simultâneas em importantes parâmetros, como tempo de pré-tratamento e teor de sólidos na hidrólise enzimática, influenciam diretamente no rendimento final do processo. O presente trabalho teve por objetivo estudar a influência da matéria-prima, por meio da coleta do bagaço de cana de açúcar em diferentes períodos da safra, no processo de produção de etanol. Para isso, foram avaliadas as etapas de pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação com ênfase na otimização da hidrólise enzimática. A execução foi dividida em três etapas. Na primeira, o bagaço de cana foi submetido a diferentes tempos de pré-tratamento (severidades na faixa de 4,01 a 4,10) por explosão a vapor em escala piloto. Em seguida, a biomassa pré-tratada resultante foi hidrolisada enzimaticamente, utilizando teores de sólidos, nesta etapa, de 8% e 12%, 0,5% de surfactante (p/p-TS), baixa carga da enzima Cellic Ctec2 (5FPU/g-celulose), temperatura de 50ºC e tempo de 48h. A fermentabilidade dos caldos obtidos foi testada, usando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. A condição de pré-tratamento com severidade de 4,01 foi a que apresentou melhores resultados em todas as etapas e a escolhida para a continuidade deste trabalho. Na segunda etapa do trabalho, as variáveis teor de sólidos, carga enzimática e teor de surfactante da hidrólise enzimática foram investigadas através de um delineamento composto central rotacional (DCCR) para identificar as regiões ótimas de processo através das superfícies de resposta. Novamente a fermentabilidade dos caldos obtidos foi testada, usando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae e suplementando o meio com melaço. Por meio da validação do modelo estatístico determinou-se a condição otimizada para realizar a hidrólise enzimática, 12% de teor de sólidos e 6 FPU/g-celulose de Cellic Ctec2. Na terceira etapa a variabilidade da matéria prima foi avaliada utilizando o pré-tratamento determinado na primeira etapa e a hidrólise otimizada na segunda. Foi possível concluir que as variações na composição do bagaço "in natura" não interferem no resultado final, que é a composição do caldo hidrolisado obtido, demonstrando que este é um processo com caraterísticas robustas, ou seja, que o resultado final não é influenciado pelas flutuações nas características da matéria-prima utilizada / Abstract: In the current global scenario, the demand for fuels and other chemicals developed from sustainable technologies has become an increasing demand. In this context, various biomasses are investigated around the world, as raw materials for the production of second generation ethanol, a biofuel that is regarded with great potential to gradually replace fossil fuels. Studies directed to produce cellulosic ethanol demonstrate that simultaneous changes in key parameters such as time of pre-treatment and solids content in the enzymatic hydrolysis directly influence the final yield of the process. The present work aims to study the influence of the raw material, through the gathering of sugarcane bagasse in different harvest periods in the ethanol production process. To that, the steps of pre-treatment, enzymatic hydrolysis and fermentation with emphasis on optimizing enzymatic hydrolysis were evaluated. This study was divided into three steps. In the first sugarcane bagasse was pretreated by steam explosion in pilot scale with different times of pretreatment (severities in the range of 4.01 to 4.10). Then, the resulting pretreated biomass was hydrolyzed enzymatically, using solids content of 8% and 12%, and 0.5% of surfactant (w / w, TS), low enzyme load Cellic Ctec2 (5FPU / g -cellulose), temperature of 50 ° C and time of 48 hours. The fermentability of the hydrolysates obtained was tested, using the Saccharomyces cerevisiae yeast. The condition of pretreatment severity of 4.01 showed the best results at throughout the process and it was chosen to continue this work. In the second step, enzymatic hydrolysis, the variables, solids content, enzyme loading and surfactant content were investigated using a central composite rotational design (CCRD) to identify the optimal process regions through response surfaces. Again fermentability of the hydrolysates obtained were tested using the Saccharomyces cerevisiae yeast and the medium was supplemented with molasses. By the statistical validation of the model, the optimized condition for enzymatic hydrolysis was determined, this is 12% solids and 6 FPU / g cellulose Cellic Ctec2. In the third step the raw material variability was evaluated by pretreatment determined in the first step and the optimized hydrolysis determined in the second step. It was concluded that variations in the composition of the sugarcane bagasse does not interfere in the final result, that is the composition of the hydrolyzate obtained, demonstrating that this is a robust process, ie, the result is not influenced by the variations in the characteristics of the used feedstock / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Paulo Mazzafera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T18:25:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bottcher_Alexandra_D.pdf: 30998147 bytes, checksum: 7d9f9859e04ecf96cad92e49ea9b403f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A lignina é um heteropolímero aromático, cuja formação é mediada por oxidases da parede celular que convertem os monolignóis (os álcoois p-coumaril, coniferil e sinapil) em radicais livres, que espontaneamente se polimerizam para formar a lignina. Essa reação produz um heteropolímero opticamente inativo e hidrofóbico, composto pelas unidades p-hidroxifenil (H), guaiacil (G) e siringil (S), respectivamente. O nitrogênio (N) é um componente essencial, constituinte de importantes moléculas, e os efeitos da suplementação com N na lignificação têm sido melhor documentados em gramíneas forrageiras, e na maioria dos casos, há um aumento no conteúdo de lignina com a fertilização com N, o que é atribuído a um estimulo na síntese do aminoácido Phe. Entretanto, dependendo da espécie, altas concentrações de N também podem promover queda no conteúdo de lignina. A luz é outro fator ambiental essencial para a sobrevivência das plantas, entretanto, dependendo da intensidade e tempo de exposição, ela também pode causar estresse oxidativo, resultando em inativação das funções fotossintéticas e produção de espécies reativas de oxigênio (EROs). Evidências indicam que a alta incidência luminosa ativa a expressão dos genes da via de biossíntese de lignina, promovendo lignificação e enrijecimento de parede. Sendo assim, esse dois fatores podem interferir na taxa de crescimento e deposição de biomassa. Os objetivos desse estudo foram analisar sistematicamente a deposição de lignina durante o desenvolvimento do colmo em duas variedades de cana-de-açúcar crescidas no campo, IACSP04-529 e IACSP04-683, com alto e baixo conteúdo de lignina, respectivamente, assim como a interferência da fertilização com N e baixa luminosidade em outras duas variedades de cana-de-açúcar, IACSP04-627 e IACSP04-065, também com alto e baixo teor de lignina, respectivamente. O conteúdo de lignina aumentou com o amadurecimento do colmo e sua distribuição foi diferente entre a casca (região externa) e o miolo (região interna), e os tratamentos afetaram diferentemente seu acúmulo. Nas plantas do campo, as diferentes regiões anatômicas também mostraram diferenças na composição da lignina (razão S/G) e nas análises histoquímicas, no colmo em desenvolvimento. O banco de EST da cana-de-açúcar foi extensivamente analisado e foram recuperados 4 ortólogos da enzima PAL, 2 C4Hs, 3 4CLs, 2 HCTs, 3 C3Hs, 3 CCoAOMTs, 2 CCRs, 1 COMT, 1 F5H, e 4 CADs, e o padrão de expressão de todos os genes foi obtido por qPCR no material de campo; e os genes que apresentaram os maiores níveis de expressão foram analisados no material submetido aos tratamentos. O perfil dos compostos fenólicos foi realizado com o material proveniente do campo e 35 compostos relacionados com a via dos fenilpropanóides e biossíntese de lignina foram identificados; para as plantas submetidas aos tratamentos foi obtido o perfil dos metabólitos primários e 49 compostos foram identificados. Resumidamente, as informações obtidas com as plantas submetidas aos tratamentos com N e redução da intensidade luminosa, somadas aos dados fisiológicos, bioquímicos, histológicos e transcricionais podem contribuir com importantes informações sobre o metabolismo da lignina em cana-de-açúcar, que podem ser úteis, em longo prazo, para o melhoramento da cana-de-açúcar como matéria-prima para produção de bioenergia / Abstract: Lignins are complex aromatic heteropolymers, covalently cross-linked with cell wall polysaccharides and deposited mainly in fibers, xylem vessels, tracheids, and sclereids. Lignin is produced by cell wall oxidases which convert the monolignols (p-coumaryl, coniferyl, and sinapyl alcohols) in free radicals that spontaneously couple to form lignin. The reaction results in a heteropolymer optically inactive and hydrophobic, composed by the monomers referred to as p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G), and syringyl (S) units, respectively. Nitrogen (N) is an essential component of many key macromolecules and the impact of increased N supply on lignification has been mainly documented in forage grasses and in most cases, the lignin content is increased by N fertilization, which is attributed to the stimulation of phenylalanine (Phe) biosynthesis. However, depending on the plant species, high N supply may also promote decrease in lignin content. Light is other essential factor for plants survival, but depending on the light intensity and the time of exposure, it can also cause oxidative stress. The exposition of plants to high light intensity may result in the inactivation of photosynthetic functions and the production of reactive oxygen species (ROS). Some evidence suggests that high light irradiation stimulates the expression of many genes involved in lignin synthesis, promoting lignification and cell wall stiffening. Thus, both factors may interfere in sugarcane growth rates and biomass accumulation. The aims of the present study were to perform a systematic analysis of lignin deposition during stem development in two sugarcane cultivars grown in the field, IACSP04-529 and IACSP04-683, with high and low lignin content respectively, and to analyze the influence of N fertilization and the reduction of light intensity in two other sugarcane cultivars grown in greenhouse, IACSP04-627 and IACSP04-065, with high and low lignin content respectively. Lignin content increased with maturity and its distribution was differential between rind (outer) and pith (inner) tissues, and the treatments affected its accumulation. For the field plants, these distinct anatomical regions also differed in lignin composition (S/G ratio) and histochemical analysis during sugarcane stem development. Sugarcane EST Database was extensively surveyed and 4 PALs, 2 C4Hs, 3 4CLs, 2 HCTs, 3 C3Hs, 3 CCoAOMTs, 2 CCRs, 1 COMT, 1 F5H, and 4 CADs were identified and the expression pattern of all genes during the stem development was determined by qPCR in field plants; the most expressed genes were also analysed in plants under experimental treatments. The phenolic profiling was analyzed in field plants, and allowed the identification of 35 compounds related to phenylpropanoid pathway and lignin biosynthesis; the primary metabolic profiling was analyzed in greenhouse plants and 49 compounds were identified. To sum up, the information obtained with the plants under different N levels and light reduction treatments, integrated with the physiological, biochemical, histological, and transcriptional data may contribute to unveil significant information regarding the lignin metabolism in sugarcane and might be useful in the long term for the breeding of sugarcane feedstock for bioenergy purposes / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Orientadores: Joaquim Eugênio Abel Seabra, Ester van der Voet / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T13:50:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_CinthiaRubioUrbanoda_D.pdf: 4119724 bytes, checksum: 9e376a7eb523184696bec1d76fb133ec (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O interesse na redução das emissões de gases de efeito estufa e a busca por segurança energética têm promovido o aumento da produção de biocombustíveis e investimentos em tecnologias de produção avançada. Partindo-se da hipótese de que estas tecnologias trariam benefícios para o perfil ambiental dos bicombustíveis, o objetivo deste trabalho foi avaliar, sob o ponto de vida ambiental, cenários prospectivos de produção de etanol no Brasil levando em conta a introdução das melhorias tecnológicas propostas para o setor sucro-energético (e.g., plantio direto e produção do etanol de segunda geração). Adicionalmente, uma comparação prospectiva do etanol de segunda geração produzido a partir de diferentes biomassas foi realizada para avaliar a competitividade do etanol produzido a partir dos resíduos da cana-de-açúcar. A técnica de avaliação do ciclo de vida (ACV) foi adotada, utilizando o método CML para a avaliação de impacto do ciclo de vida (AICV) e o método Monte Carlo para a análise de incertezas. As seguintes categorias de impacto ambiental foram consideradas: depleção de recursos abióticos (consumo de combustível fóssil), aquecimento global, toxicidade humana, ecotoxicidade (terrestre e aquática), oxidação fotoquímica, acidificação e eutrofização. Emissões associadas aos impactos diretos e indiretos da mudança do uso do solo não estão no escopo deste trabalho. Os resultados indicam que as melhorias propostas conferem benefícios ambientais ao etanol de cana no cenário prospectivo frente ao etanol de produção convencional. A prática de plantio direto da cana-de-açúcar contribuiria para a redução dos impactos ambientais ao longo do ciclo de vida do etanol. Considerando todas as melhorias, o uso do etanol de primeira geração traria benefício ambiental maior do que o de produção conjunta (primeira e segunda geração), com exceção das categorias de acidificação e eutrofização. Quando comparado à gasolina, o etanol tem menor impacto em depleção abiótica e aquecimento global, mas não nas outras categorias de impacto. A comparação com o etanol de outras biomassas indica que o etanol derivado da palha da cana tem menor impacto ambiental em todas as categorias de impacto analisadas. A partir desses resultados, conclui-se que a evolução tecnológica projetada para a produção de cana-de-açúcar conduziria à melhoria do perfil ambiental do etanol. A produção de etanol de segunda geração, no entanto, não apresentaria vantagem ambiental frente ao etanol de primeira geração (considerando xii os parâmetros utilizados). Mas esta conclusão é sensível principalmente ao nível da coprodução de eletricidade excedente e ao respectivo combustível deslocado / Abstract: The interest in greenhouse gas emission mitigation and enhancement of energy security has fostered the production of biofuels and investments in technologies for the production of advantaged biofuels. Assuming that such technologies could improve the environmental performance of biofuels, the goal of this work was to analyze, from an environmental perspective, the ethanol production in Brazil in prospective scenarios. Additionally, a prospective environmental comparison of the ethanol produced from sugarcane residues and from other feedstocks was also performed. The life cycle assessment (LCA) technique was employed using the CML method for the life cycle impact assessment (LCIA) and the Monte Carlo method for the uncertainty analysis. Abiotic depletion (fossil fuels), global warming, human toxicity, ecotoxicity (terrestrial and fresh water), photochemical oxidation, acidification and eutrophication were the environmental impacts categories analyzed. Results indicated that proposed improvements would lead to environmental benefits in the prospective scenarios compared to the current ethanol production. No tillage practice for sugarcane production has potential to contribute for the mitigation of environmental impacts. The projected first generation ethanol would lead to greater environmental benefits than the combined first and second generation ethanol, except for the impacts related to acidification and eutrophication. Compared to gasoline life cycle, sugarcane ethanol has less impact regarding abiotic depletion and global warming. The comparison among different feedstocks showed that ethanol from sugarcane bagasse would lead to less environment impacts. The results suggest that the projected technological evolution for sugarcane production can contribute for improving ethanol environmental performance. Second generation ethanol, on the other hand, would not lead to greater environmental benefits when compared to the projected first generation ethanol. This conclusion, however, is sensitive to the coproduction of electricity and the respective displaced fuel / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutora em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Juan Lucas Argueso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-24T01:08:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_Aline_D.pdf: 13944014 bytes, checksum: afa01e0dfca6ca3f789845a68d9a1018 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A floculação é um processo de agregação celular observado em muitas linhagens de Saccharomyces cerevisiae que resulta em sedimentação, prejudicando o rendimento fermentativo e a operação de destilarias produtoras de bioetanol. A maioria das linhagens utilizadas por essa indústria, incluindo a linhagem PE-2/JAY270, foi selecionada pela incapacidade de flocular. O controle genético da floculação é bem caracterizado, vários genes foram associados ao fenômeno, incluindo principalmente a família de genes FLO. Previamente observamos que a linhagem JAY291 (haploide derivado de JAY270) não flocula, apesar de possuir o alelo funcional do regulador positivo de floculação FLO8, sugerindo que seu fenótipo envolve outro passo dessa via. A análise da progênie F2 do cruzamento de JAY291 com a linhagem de laboratório S288 (flo8-1) revelou uma proporção fenotípica de ~1:8 (floculantes/não floculantes), esperada para uma característica controlada por três genes não ligados. Sequenciamos os genomas de oito indivíduos F2 floculantes segregando ~40.000 SNPs existentes entre S288c e JAY291. As sequências foram comparadas entre si para localizarmos regiões que co-segregavam com a floculação. Esse mapeamento preliminar foi refinado por PCR-RFLP, revelando um segundo gene, FLO1, que está ausente em JAY291. Para identificar o terceiro gene, analisamos fenotipicamente novos haploides F2 segregantes de um cruzamento entre S288c (FLO8::KanMX4 FLO1::HphMX4) e JAY291 (FLO8 flo1?), dentre os quais os indivíduos FLO1:HphMX4 foram divididos em dois "bulks" (floculante e não floculante) e sequenciados. As frequências alélicas S288c ou JAY291 nos "bulks" foram interrogadas e validadas estatisticamente, revelando um terceiro gene fortemente associado ao fenótipo: MSS11 (fator de transcrição envolvido em floculação). Encontramos ainda outros doze loci contendo genes de efeito menor, mas que atuam como modificadores do fenótipo. Em experimentos independentes, observamos alteração na morfologia de colônia de JAY270 e troca de seu típico fenótipo liso para rugoso, também associado com um grau baixo de floculação. Tais colônias rugosas também são frequentemente encontradas na indústria. Curiosamente, o mesmo fenótipo foi observado cruzando-se haploides específicos derivados de JAY270. Os cruzamentos sugeriram que o fenótipo era controlado um único gene, porém específico de diploides. O mapeamento em genomas de haploides de JAY270 revelou o gene responsável pela alteração de fenótipo: ACE2, envolvido com separação celular. JAY270 é heterozigota para uma mutação frameshift em ACE2 (ACE2/ace2-7A). O fenótipo rugoso ocorre por recombinação mitótica associada com viii perda de heterozigosidade (LOH), produzindo células com duas cópias mutadas desse gene. Para evitar futuros problemas industriais causados pela sedimentação de linhagens rugosas resultantes de LOH na região de ACE2, o defeito detectado ace2-7A foi reparado no genoma da JAY270. O diploide FGY050 (ura3?/ura3?), derivado de JAY270 e auxotrófico para uracila, foi utilizado como plataforma. A linhagem desenvolvida passou a ter duas cópias do alelo selvagem de ACE2 (ACE2/ACE2) e portanto é incapaz de se tornar rugosa por recombinação. Finalmente, em um estudo não relacionado com floculação ou morfologia de colônia, testamos se LOH pode estar relacionada com alguma consequência fenotípica benéfica à JAY270. Dentre onze linhagens LOH testadas em ensaios fermentativos de competição direta com o parental, encontramos uma com ganho de competitividade durante a fermentação / Abstract: Flocculation is a process of cellular aggregation observed in several Saccharomyces cerevisiae strains which results in sedimentation, impairing the fermentation yield and the operation of Brazilian bioethanol distilleries. Most strains used in this industry, including the PE-2/JAY270 strain, were selected for their inability to flocculate. The genetic control of flocculation is well characterized and several genes were associated with this phenomenon, including the FLO family of genes. We previously observed that the JAY291 strain (derivative haploid of JAY270) does not flocculate, despite having the functional allele of the positive regulator of flocculation FLO8, suggesting that its phenotype involves another step of this pathway. Analysis of the F2 progeny from crossing JAY291 with the laboratory strain S288c (flo8-1) revealed the phenotypic ratio of ~1:8 (flocculent/non-flocculent), expected for a trait controlled by three unlinked genes. We sequenced the genomes of eight flocculent F2 individuals segregating ~40.000 SNPs that exist between S288c and JAY291. The sequences were compared to each other to localize regions that co-segregated with the flocculation. This preliminary mapping was refined by PCR-RFLP, revealing a second gene, FLO1, which is absent in JAY291. To identify the third gene, we phenotypically analyzed new F2 haploids segregating from a cross between S288c (FLO8::KanMX4 FLO1::HphMX4) and JAY291 (FLO8 flo1?), among which FLO1:HphMX4 individuals were separated into two bulks (flocculent and non-flocculent) and sequenced. Allele frequencies S288c or JAY291 in bulks were interrogated and statistically validated, revealing a third gene strongly associated with the phenotype: MSS11 (transcription factor involved in flocculation). We also found twelve other loci containing minor effect genes, but acting as modifiers of the phenotype. In independent experiments, we observed alterations in the colony morphology of JAY270 and a transition from its typical rough to smooth phenotype, also associated with a low degree of flocculation. This type of colony is often found in the industry. Interestingly the same phenotype was observed crossing specific haploids derivatives of JAY270. The crosses suggested that the phenotype was controlled by a single gene, but diploid specific. Mapping genomes of haploids of JAY270 revealed the gene responsible for the altered phenotype: ACE2, involved in cell separation. The JAY270 is heterozygous to a frameshift mutation in the ACE2 (ACE2/ace2-7A). The rough phenotype occurs by mitotic recombination associated with loss-of-heterozygosity (LOH), producing cells with two mutated copies of this gene. x To avoid future industrial problems caused by sedimentation of rough strains derived from LOH in the ACE2 region, the ace2-7A defect was repaired in the JAY270 genome. The diploid FGY050 (ura3?/ura3?), derived from JAY270 and auxotrophic to uracil was used as a platform. The developed strain has two copies of the ACE2 wild-type allele (ACE2/ACE2) and is therefore unable to become roughened by recombination. Finally, in a study unrelated to flocculation or colony morphology, we tested whether LOH may be associated with some phenotypic consequence beneficial to the JAY270. Out of eleven LOH strains tested in fermentative assays of direct competition against their parental strain, we found one with gain in competitiveness during fermentation / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho, Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:59:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_RafaelRamosde_D.pdf: 13239438 bytes, checksum: 3878b0150588cf72948be14b3f7dec47 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho é modelar um processo de produção de etanol a partir da fermentação de hidrolisado enzimático de bagaço concentrado com melaço de cana-de-açúcar. Para este propósito, foram realizadas 23 fermentações em batelada com e sem reciclo de células em várias temperaturas: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. O reciclo visa avaliar a influência da exposição da levedura S. cerevisiae ao hidrolisado contendo inibidores (especialmente ácido acético) por longos períodos de tempo, e com altas concentrações celulares. Para cada temperatura a primeira fermentação foi realizada com inóculo fresco e realizaram-se no mínimo 4 reciclos. Inicialmente avaliou-se um modelo desenvolvido em trabalho anterior (ANDRADE, 2007) para fermentação de melaço de cana. Este modelo não foi capaz de descrever novas fermentações na presença de alterações da matéria-prima, nem mesmo quando o substrato era melaço de uma safra diferente. Devido ao grande número de parâmetros (11) no modelo, desenvolveu-se uma metodologia de re-estimação, na qual os parâmetros mais sensíveis eram reajustados, e os menos sensíveis mantidos fixos, tornando a re-estimação mais simples. Para isso fez-se uma análise de sensibilidade paramétrica através de planejamentos de Plackett-Burman usando o software STATISTICA, variando os parâmetros cinéticos e calculando seus efeitos nos perfis de concentração de células, substrato e etanol. Os parâmetros mais relevantes nos perfis foram ?máx, Pmáx, Yx e Yp/x, os quais foram escolhidos para serem reajustados quando se alterava o substrato. Com o reajuste desses 4 parâmetros, foi possível descrever os dados experimentais da fermentação de melaço de nova safra com precisão. O mesmo algoritmo de re-estimação foi utilizado para ajuste dos parâmetros do modelo de fermentações de caldo hidrolisado concentrado com melaço. Além dos 4 parâmetros definidos como mais importantes (?máx, Pmáx, Yx ,Yp/x), re-estimou-se também o parâmetro Xmáx, já que no desenvolvimento do modelo original não foi considerado reciclo de células, havendo baixa concentração de biomassa. Acrescentou-se, ainda, ao modelo original, um termo para levar em conta a inibição por ácido acético, logo estimaram-se também os parâmetros relacionados. Após re-estimação dos parâmetros usando um algoritmo de otimização quasi-Newton desenvolvido em COMPAQ VISUAL FORTRAN, realizou-se nova análise de sensibilidade para verificar se os parâmetros mais sensíveis continuavam sendo os mesmos. Neste caso, o ?máx deixou de ser xviii relevante se a análise fosse feita no tempo final de fermentação, porém realizando análise de sensibilidade em diferentes tempos, mostra-se que ?máx tem efeito nos perfis do modelo no início da fermentação. Foi possível desenvolver um modelo preciso que descreveu as fermentações em batelada com e sem reciclo de células em função da temperatura mantendo 11 dos 13 parâmetros (ajustados a partir de dados de fermentação de hidrolisado concentrado com melaço) fixos. Apenas os parâmetros Yx e Yp/x tiveram valores diferentes para as fermentações com reciclo / Abstract: The objective of this paper is to model a process of ethanol production from sugarcane bagasse hydrolysate concentrated with molasses. For this purpose, experimental data were obtained from 23 batch fermentations with and without cells recycle in different temperatures: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. The recycle aims to evaluate the influence of exposing the yeast S. cerevisiae to the hydrolysate inhibitors (specifically acetic acid) for long time periods, and under high cell concentrations. For each temperature the first fermentation was performed with fresh inoculum and at least 4 recycles were carried out. Initially a model developed in a previous work (ANDRADE, 2007) for sugarcane molasses fermentation was evaluated. This model was not able to describe new fermentations in the presence of changes of raw material, not even when the substrate was molasses from a different harvest. Due to the large number of parameters (11) in the model, a re-estimation methodology was proposed, in which the most sensitive parameters were adjusted and the less sensitive were kept fixed, making the re-estimation easier. A parametric sensitivity analysis through Plackett-Burman designs was performed, using the software STATISTICA, by varying the kinetic parameters and calculating their influence on the profiles of cell, substrate and ethanol concentrations. The most relevant parameters in the profiles were ?max, Pmax, Yx and Yp/x, which were chosen to be re-estimated when there was change in the substrate. With the re-estimation of these four parameters, it was possible to describe the experimental data from fermentation of molasses from a new harvest accurately. The same re-estimation algorithm was used to adjust the parameters of the fermentation of hydrolysate concentrated with sugarcane molasses. In addition to the 4 parameters defined as most important (?max, Pmax, Yx, Yp/x), Xmax was also re-estimated, since the development of the original model did not consider recycling of cells, which resulted in a low biomass concentration. A term to account for the inhibition by acetic acid was added to the original model, so the related parameters were also estimated. After the parameters re-estimation using a quasi-Newton optimization algorithm developed in COMPAQ VISUAL FORTRAN, a new sensitivity analysis was carried out to verify if the most sensitive parameters remained the same. In this case, ?max had no influence if xx the analysis was performed at the end of the fermentation, but by performing the sensitivity analysis at different times, ?max was shown to influence the model profiles at the beginning of fermentation. It was possible to develop an accurate model that described the batch fermentations with and without cells recycle as a function of temperature keeping 11 of the 13 parameters (adjusted from data of fermentation of hydrolyzate concentrated with molasses) fixed. Only the parameters Yx and Yp/x had different values for the fermentation with recycle / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Fabio Marcio Squina / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T10:42:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FrancoCairo_JoaoPauloLourenco_M.pdf: 11009698 bytes, checksum: 254e86d9d04cefe39d74fdc50ea31f23 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os bioprodutos derivados de resíduos lignopolissacrídico, entre eles o etanol de segunda geração ou bioetanol lignocelulósico, são considerados um produto energético sustentável, sendo a transformação dos polissacarídeos da parede celular vegetal em açúcares fermentáveis, um dos principais desafios desta cadeia produtiva. O uso de enzimas (hidrolases glicolíticas) neste procedimento é de extrema importância e a descoberta e caracterização de novas hidrolases serão de grande avalia para o melhoramento e desenvolvimento dessa atividade econômica. Cupins exercem um papel importante na ciclagem de carbono e nitrogênio no meio ambiente. Responsabilizando-se por cerca de 90% da degradação da matéria vegetal-seca em florestas tropicais, os cupins são considerados ecologicamente como um biorreator natural de transformação de materiais lignocelulósicos em açúcares. Seu "arsenal" enzimático (endógeno e simbiôntico) é uma fonte de enzimas que agem em um sinergismo eficiente e que deve ser estudada visando a sua aplicação biotecnológica (Digestoma). O objetivo desse dissertação foi de obter informações sobre o digestoma de C. gestroi, em particular identificando hidrolases glicolíticas (polissacaridases) desse digestoma por abordagens de bioquímica e metaproteômica, além de caracterizar funcionalmente cinco hidrolases glicolíticas e enzimas acessórias do cupim C. gestroi identificados em seu metranscriptoma. A caracterização bioquímica do extrato bruto protéico de C. gestroi mostrou que o mesmo é capaz de hidrolisar diferentes tipos de ligações glicosídicas em diversos substratos polissacarídeos naturais em diversos pH diferentes (pH 4 - pH 8). A análise do metaproteoma identificou cerca de 55 proteínas com similaridades com hidrolases glicolíticas, sendo a ocorrência dessas proteínas validadas funcionalmente como dados de ensaios enzimáticos e análise de eletroforese capilar. A caracterização funcional de uma Endo-ß-1,4-glicosidase (EG1Cg - GH9) e uma ß-1,4-glicosidase (BG1Cg - GH1) endógenas que as enzimas possui uma atividade ótima em pH em torno de pH 5-6, a temperatura ótima de atividade foi em torno de 50-55 ºC, além de a cinética enzimática revelar um padrão michaeliano para as enzimas. O modo de operação dessas enzimas são conservados, bem como sua estrutura tridimensional e resíduos catalíticos. Concluímos que o cupim Coptotermes gestroi possui as principais classes de hidrolases glicolíticas envolvidas na degradação da biomassa vegetal, sendo essas enzimas de grande potencial biotecnológico / Abstract: The bioproducts derived from lignopolissascharides residues, such as, second-generation ethanol or lignocellulosic bioethanol, are considered a sustainable energy product, and the transformation of plant cell wall polysaccharides into fermentable sugars, one of the main challenges to enhance productivity of this bioproduct. The use of enzymes (glycoside hydrolases) in this procedure is substantial and discovery and characterizations of new hydrolases are high rating for the improvement and development of this economic activity. Termites play an important role in the cycling of carbon and nitrogen in the environment. They are responsible for about 90% o plant matter-dry degradation in tropical forests. Termites are ecologically considered as a natural bioreactor for conversion of lignocellulosic materials into sugar. It enzymatic repertoire (endogenous and symbiotic) is a source of enzymes that act in a effective synergism and should be studied to determine whether its biotechnological application. Initially, the aim of this thesis was to obtain information about the digestoma of lower termite Coptotermes gestroi, particularly the glycoside hydrolases (polissacharidases) by a biochemical and metaproteomic approach and the secondly aim were characterize functionally five enzymes from C. gestroi digestome (glycoside hydrolases and accessory proteins). Biochemical characterization of crude extract protein from C. gestroi showed that it is able to hydrolyze glycosidic linkages of different types in different natural polysaccharide substrates in several different pH (pH 4 - pH 8). The analysis of metaproteoma identified about 55 proteins with similarities to glycoside hydrolases, and the occurrence of these proteins were functionally validated with biochemical assays and capillary electrophoresis. The functional characterization of endogenous endo-ß-1,4- glucosidase (CgEG1 - GH9) and a ß-1 ,4-glucosidase (CgBG1 - GH1) from C. gestroi showed the optimum pH of activity around pH 5.6 , the optimum temperature for activity was around 50-55 °C, further than enzyme kinetics reveal a pattern michaeliano for enzymes. The modes of operation of these enzymes are conserved, as well as their three-dimensional structure and catalytic residues. Thus we conclude that the lower termite Coptotermes gestroi has the major classes of hydrolases involved in the glycolytic degradation of plant biomass being these enzymes of great biotechnological potential / Mestrado / Genetica Animal e Evolução / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:25:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goldbeck_Rosana_D.pdf: 2685408 bytes, checksum: 40606034d66dbd81493dcd1bbec17eaa (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O etanol vem novamente despertando de modo crescente a atenção de pesquisadores, empresas e governo, devido ao aumento do preço do petróleo e perspectivas de esgotamento das fontes não-renováveis de combustíveis fósseis, bem como, preocupações de natureza ambiental, relacionadas à emissão de substâncias que comprometem o meio ambiente. O estabelecimento de metas extremamente ambiciosas para aumento do consumo do etanol nos próximos anos requer um aumento substancial da produção de etanol e, nesse sentido, estimula a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias que permitem o uso de novas matérias-primas na produção de etanol, como a biomassa lignocelulósica. No entanto a ampliação desta tecnologia é limitante devido ao alto custo das enzimas, indicando desta forma a importância da busca por novas fontes de enzimas capazes de contribuir para este processo. Em face disto, este trabalho teve como objetivo estudar as propriedades lignocelulolíticas de micro-organismos silvestres isolados de diversas regiões brasileiras, bem como realizar um estudo genético visando à produção de bioetanol. Inicialmente foi realizada uma seleção das cepas que apresentaram capacidade de produção de celulases, a partir de micro-organismos silvestres isolados de diversas regiões do país. Após a seleção, a cepa nomeada AAJ6 foi selecionada como potencial produtor de celulases e identificada molecularmente como Acremonium strictum. Posteriormente, foram realizados estudos de recuperação, purificação e caracterização enzimática das enzimas produzidas pelo microorganismo em estudo. A precipitação com acetona 60% foi o método que resultou em melhores porcentagens de recuperação, registrando 80,67% de recuperação para as endoglucanases (CMCase), 65% para a atividade de papel de filtro (FPase) e 25% para celobiase. Em relação à purificação, a resina Q-Sepharose foi selecionada como mais eficiente para a purificação das enzimas do complexo celulase produzidas por Acremonium strictum. Quanto à caracterização enzimática, as faixas de temperatura e pH estudadas não tiveram diferença significativa (p<0,05) em relação à atividade de endoglucanase (CMCase). Já para a atividade de FPase e celobiase, a faixa temperatura ótima foi de 54 a 57 °C e o pH ótimo foi de 4,7. Para a b-glicosidase, apenas a temperatura foi significativa, favorecendo temperaturas mais elevadas (54 a 57 °C) para a atividade enzimática. Paralelamente conduziram-se fermentações para produção de celulases empregando diferentes substratos, tanto substratos comerciais (carboximetilcelulose, SERVACEL® e AVICEL®) como bagaços de cana-de-açúcar pré¿tratados com diferentes intensidades. O bagaço de cana submetido a um pré-tratamento leve (12 kgf/cm²; 188,5°C) foi o que melhor induziu o micro-organismo em estudo a produzir as maiores atividades celulolíticas em comparação aos demais substratos estudados, registrando valores máximos de CMCase de 134,42 U/L em 240 horas de fermentação, 10,82 U/L de FPase em 192 horas, 27,72 U/L de celobiase em 96 horas e 3,48 U/L de b-glicosidase em 240 horas. Com o avanço da biotecnologia e da biologia molecular, a identificação de genes presentes num determinado micro-organismo já se tornou essencial. Em face disto, foi realizado o sequenciamento 454 do genoma do Acremonium strictum e dois genes de celulases foram identificados, sendo um gene de endoglucanase da família 74a e um gene de b-glicosidase. Estas enzimas foram isoladas, sequenciadas e clonadas em E.coli através do vetor pGEM-T Easy de forma que futuros trabalhos possam abordar os produtos de expressão destas enzimas em Saccharomyces cerevisiae visando à produção de bioetanol de segunda geração / Abstract: Ethanol has increasingly attracted the attention of researchers, companies and governments due to the increase in oil prices and prospects of depletion of nonrenewable fossil fuels, as well as environmental concerns related to emissions of substances that compromise the environment. Excessively ambitious goals for the increased consumption of ethanol in the for the years ahead requires a substantial increase in ethanol production and, accordingly, encourages research and development of technologies that allow the use of new raw materials for ethanol production, such as lignocellulosic biomass. However the expansion of this technology is limited due to the high cost of enzymes, thus indicating the importance of searching for new sources of enzymes able to contribute to this process. In the face of this, the present work intended to study the lignocellulolytic properties of wild microorganisms isolated from various regions of Brazil as well as conducting a genetic study aimed at producing bioethanol. Initially a selection of strains that were capable of producing cellulases was carried out. Than, the the selected strain, named AAJ6 and molecularly identified as Acremonium strictum, was shown to be a potential producer of cellulases. Subsequently, studies were performed for recovery, purification and characterization of the enzymes produced by this microorganism. Precipitation with 60% acetone was the method that led to improved recovery percentages, about 80%, for the endoglucanases (CMCase), 65% for filter paper activity (FPase) and 25% for cellobiase. With regard to purification, choromatographic column with Q-Sepharose resin was selected as the most efficient for the purification of the cellulase enzyme complex produced by Acremonium strictum. As enzymatic characterization, the temperature and pH ranges studied did not differ significantly (p<0.05) compared to the activity of endoglucanase (CMCase). As for the cellobiase and FPase activity, the optimum temperature range was 54 to 57 °C and optimum pH was 4.7. For the b-glucosidase, only temperature was significant, favoring higher temperatures (54 to 57 °C) for enzyme activity. Parallel fermentations were conducted for cellulase production using different cellulosic substrates (carboxymethylcellulose, SERVACEL® and AVICEL ®) and sugarcane bagasse pretreated with different intensities. Bagasse that underwent t mild pretreatment (12 kgf/cm², 188.5 °C) was the best inducer for microorganism under study, and led to the highest cellulolytic activities, being the maximum values 134.42 U/L U/L for CMCase after 240 hours of fermentation, 10.82 U/L for FPase after 192 hours, 27.72 U/L for cellobiase after 96 hours and 3.48 U/L for b-glucosidase after 240 hours. At the current stage of biotechnology and molecular biology, the identification of genes present in a given micro-organism has become essential. In view of this, the 454 sequencing of the genome of Acremonium strictum was carried out and two cellulase genes were identified, being an endoglucanase of the family 74a gene and b-glucosidase gene. These enzymes were isolated, sequenced and cloned into E. coli using the pGEM-T Easy vector so that future work can address the expression products of these enzymes in Saccharomyces cerevisiae in order to produce second generation bioethanol / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

A exploração indiscriminada dos combustíveis fósseis vem alertando para o colapso próximo do suprimento de energia. Fontes alternativas vêm sendo exploradas com o propósito de apresentarem-se como combustíveis com o mesmo potencial, além de estarem inseridas em um contexto de desenvolvimento sustentável. O Brasil, por consolidar sua posição com forte mercado agroindustrial e dispor de uma grande variedade de unidades agrícolas possui como subprodutos uma alta quantidade de resíduos, como o sabugo de milho. Assim, buscam-se viabilizar metodologias que tornem a exploração desta fonte economicamente vantajosa para a obtenção de etanol de segunda geração (2G). Novas metodologias vêm propondo o emprego de tensoativos como aditivos tanto no prétratamento quanto na hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos. Neste contexto, o presente trabalho objetivou estudar a hidrólise enzimática do sabugo de milho pré-tratado por ácido diluído na presença de diferentes concentrações do tensoativo Tween 80 em associação com a dosagem do complexo enzimático Cellic CTec2 para a obtenção de um hidrolisado rico em glicose para obtenção de etanol pela levedura Scheffersomyces stipitis CBS 6054 através do processo SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation). Os ensaios foram conduzidos de acordo com planejamento experimental 23 com face centrada e 3 repetições no ponto central. As variáveis estudadas foram: concentração de surfactante no pré-tratamento e na hidrólise enzimática e dosagem do complexo enzimático. Os resultados mostraram que o uso do surfactante no pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído surtiu maior efeito na remoção de lignina e hemicelulose quando empregado na concentração de 10% (m/m). Nesta condição foi possível observar um aumento (21,1%) na perda de celulose em relação ao pré-tratamento sem a presença de surfactante. A maior diminuição na cristalinidade (81,23%) foi com o uso de 10% do tensoativo. A análise da superfície de resposta permitiu determinar as condições ótimas do processo SHF para obtenção de máximo rendimento em glicose (entre 80 e 90 %) que foi quando a concentração de surfactante no pré-tratamento aumentou de 0 a 10 % (m/m) mantendo-se constante em seu nível superior a concentração de surfactante na hidrolise enzimática (10 % m/m) com redução na dosagem de enzima (25,50 FPU/gmaterial lignocelulósico seco). Nestas condições experimentais obteve-se favorecimento no rendimento em glicose (80,54%) e concentração em glicose (61,98 g/L) no meio reacional concomitantemente com o favorecimento no rendimento em xilose (70,66%). Esta levedura fermentou concomitantemente os açúcares (glicose, xilose e celobiose) a etanol com elevados fator de conversão (0,37 g/g) e produtividade volumétrica (1,02 getanol/L.h). A velocidade especifica máxima de consumo destes açúcares foi favorecida na seguinte ordem: glicose, celobiose e xilose. Após esta fermentação foi obtido um material com uma superfície mais porosa e fragmentada. Este fato evidenciou que o complexo enzimático agiu eficientemente quebrando a celulose cristalina obtendo um material amorfo. Espera-se que este trabalho tenha contribuído para o desenvolvimento de uma tecnologia alternativa para a produção de etanol por via biotecnológica a partir da fração lignocelulósica do sabugo de milho, a fim de mitigar os impactos ambientais intrínsecos ao processo. / The indiscriminate exploitation of fossil fuels has been warning of the near collapse of the energy supply. Alternative sources have been explored with the purpose of presenting themselves as fuels with the same potential, besides being inserted in a context of sustainable development. Brazil, by consolidating its position with a strong agroindustrial market and having a wide variety of agricultural units, has as a by-product a high amount of waste, such as corn cob. Thus, we seek to make feasible methodologies that make the exploitation of this source economically advantageous to obtain second generation etanol (2G). New methodologies have proposed the use of surfactants as additives in both pretreatment and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. In this context, the present work aimed to study the enzymatic hydrolysis of diluted-acid pretreated corn cob in the presence of different concentrations of the Tween 80 surfactant in combination with the dosage of the Cellic CTec2 enzymatic complex to obtain a glucose rich hydrolysate to produce ethanol by the yeast Scheffersomyces stipitis CBS 6054 in SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) process. The experiments were conducted according to experimental design 23 with centered face and 3 repetitions at the central point. The variables studied were: concentration of surfactant in the pretreatment and in the enzymatic hydrolysis and dosage of the enzymatic complex. The results showed that the use of surfactant in the pretreatment with diluted sulfuric acid had a greater effect on the removal of lignin and hemicellulose when used at the concentration of 10% (w/w). In this condition, the cellulose content was decreased by 21.1% as compared with the amount presents in the diluted-acid corn cob pretreatment without surfactant. The greatest decrease in crystallinity (81.23%) was with the use of 10% of the surfactant. The response surface analysis allowed to determine the optimum conditions of the SHF process to obtain maximum glucose yield (between 80 and 90%), when the pre-treatment surfactante concentration increased from 0 to 10% (w/w) with a reduction in the enzyme dosage (25,50 FPU/g dry lignocellulosic material) at a higher level than the surfactant concentration in the enzymatic hydrolysis. In these experimental conditions, glucose yield (80.54%) and glucose concentration (61.98 g/L) in the reaction medium were favored concomitantly with xylose yield (70.66%). This yeast concomitantly fermented the sugars (glucose, xylose and cellobiose) to ethanol with high conversion factor (0.37 g/g) and volumetric productivity (1.02 getanol/L.h). The maximum specific velocity of consumption of these sugars was favored in the following order: glucose, cellobiose and xylose. After this fermentation was obtained a material with a more porous and fragmented surface. This fact evidenced that the enzymatic complex acted efficiently breaking down the crystalline cellulose obtaining an amorphous material. It is hoped that this work had contributed to the development of an alternative technology to produce ethanol by Biotechnological route from the corn cob lignocellulosic fraction in order to mitigate the environmental impacts intrinsic to the process.