Em um contexto de sustentabilidade onde resíduos devem ser aproveitados na tentativa de gerar novos produtos, energéticos ou não encontra-se o bagaço de maçã, o resíduo oriundo da prensagem do fruto no processo de produção de suco. Tal biomassa é composta por cascas, polpa, talos e sementes. Representa cerca de 30% da produção anual de maçã no Brasil e tem como opção de utilização, suplementação de ração animal e adubação orgânica. Uma alternativa de aproveitamento para esta biomassa está na sua utilização em bioprocessos como na produção de etanol, xilitol, dentre outros. O xilitol e o etanol vêm sendo amplamente investigados, o xilitol por suas diversas aplicações nos setores odontológico, farmacêutico e alimentício e o etanol pela sua utilização em substituição aos combustíveis fósseis. Desta forma o presente trabalho avaliou o aproveitamento do bagaço de maçã como matéria-prima em bioprocessos. Para tanto, foram desenvolvidas etapas de caracterização da biomassa; obtenção por hidrólise ácida (1% H2SO4, 121?C, 20 min.), concentração a vácuo e, destoxificação (1% de carvão vegetal ativo e ajuste de pH), do hidrolisado hemicelulósico; e fermentação deste hidrolisado por Candida guilliermondii e Kluyveromyces marxianus. As fermentações foram desenvolvidas em frascos Erlenmeyer (125mL), em shaker rotatório (200 rpm, 30°C) por 96 horas, empregando como meio de cultivo o hidrolisado hemicelulósico suplementado com (g.L-1) solução de extrato de farelo de arroz (20); CaCl2.2H2O (0,1) e (NH4)2SO4 (2,0). No presente trabalho, o bagaço de maçã apresentou teores (%) de 32,62 de celulose, 25,38 de lignina e 23,60 de hemicelulose, enquanto o hidrolisado o qual foi destoxificado em separado para as fermentações com as leveduras teve como constituintes (g.L-1): xilose (29,65), glicose (20,79), arabinose (19,93), ácido acético (2,07), furfural (0,03) e hidroximetilfurfural (0,11). Foi constatado que ambas as leveduras consumiram totalmente a glicose (12h) e parcialmente as pentoses, xilose e arabinose, sendo a última consumida lentamente por C. guilliermondii e apenas nas últimas 24 horas de cultivo por K. marxianus Como resultado, C. guilliermondii produziu xilitol (9,35g.L-1) e K. marxianus tanto xilitol (9,10g.L-1) quanto etanol (10,47 g.L-1) como principais bioprodutos. As máximas atividades enzimáticas (U/mgprot) de xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH) das leveduras empregadas foram 0,23 e 0,53 para C. guilliermondii e 0,08 e 0,08 para K. marxianus, respectivamente. Baseando-se nos resultados obtidos no presente trabalho, pode-se afirmar que o bagaço de maçã é uma biomassa promissora para ser aproveitada como matéria-prima em bioprocessos que visam a produção de xilitol e/ou etanol. / In a sustainability context in which residues must be used for obtaining new energetic or non-energetic products, vegetal biomass becomes an important feedstock for bioprocess. One of those residues is apple pomace, which is produced in the fruit milling during the juice production process. This biomass is composed by skin, pulp, stalk and seeds. It represents about 30% of apple annual production in Brazil, and the conventional uses are animal feeding and organic fertilization. One alternative to use this biomass is its utilization as feedstock in bioprocesses, such as ethanol and xylitol production. Extensive research is being performed in xylitol and ethanol production due to the important applications of xylitol in odontological, pharmaceutical and food industries, as well as because of the utilization of ethanol as substitute of fossil fuels. In this way, the present work evaluated the use of apple pomace as feedstock for bioprocess, through the development of stages of biomass characterization; dilute-acid hydrolysis (1% H2SO4, 121?C, 20 min.), vacuum concentration and detoxification (pH adjustment and activated charcoal adsorption) of the hemicellulosic hydrolysate and fermentation of this hydrolysate by Candida guilliermondii and Kluyveromyces marxianus. The fermentations were performed in Erlenmeyer flasks (125mL) in a rotatory shake (200rpm, 30ºC) for 96h, employing as culture medium the hemicellulosic hydrolysate supplemented with (g.L-1) rice bran extract (20), CaCl2·2H2O (0.1) and (NH4)2SO4 (2.0). In this work, the composition (%) of apple was 32.62 of cellulose, 25.38 of lignin and 23.60 of hemicellulose. The hydrolysate was separately detoxified for the fermentations with the yeasts, and has the following composition (g.L-1): xylose (29.65), glucose (20.79), arabinose (19.93), acetic acid (2.07), furfural (0.03) and 5-hydroxymethylfurfural (0.11). It was verified that both yeasts consumed totally glucose (12h) and partially pentoses, i.e. xylose and arabinose, the latter being consumed slowly by C. guilliermondii and only in the last 24h of fermentation by K. marxianus. The main products for C. guilliermondii was xylitol (9.35g.L-1) while for K. marxianus it was ethanol (10.47g.L-1) and xylitol (9.10 g.L-1) as well. The maximum enzymatic activities (U/mgprot) of Xylose Reductase (XR) and Xylitol Dehydrogenase (XDH) were 0.23 e 0.53 for C. guilliermondii and 0.08 and 0.08 for K. marxianus, respectively. Based on the results of the present work, it can be stated that apple pomace is a promissory biomass to be used as feedstock in bioprocess for xylitol and/or ethanol production.

Em um contexto de sustentabilidade onde resíduos devem ser aproveitados na tentativa de gerar novos produtos, energéticos ou não encontra-se o bagaço de maçã, o resíduo oriundo da prensagem do fruto no processo de produção de suco. Tal biomassa é composta por cascas, polpa, talos e sementes. Representa cerca de 30% da produção anual de maçã no Brasil e tem como opção de utilização, suplementação de ração animal e adubação orgânica. Uma alternativa de aproveitamento para esta biomassa está na sua utilização em bioprocessos como na produção de etanol, xilitol, dentre outros. O xilitol e o etanol vêm sendo amplamente investigados, o xilitol por suas diversas aplicações nos setores odontológico, farmacêutico e alimentício e o etanol pela sua utilização em substituição aos combustíveis fósseis. Desta forma o presente trabalho avaliou o aproveitamento do bagaço de maçã como matéria-prima em bioprocessos. Para tanto, foram desenvolvidas etapas de caracterização da biomassa; obtenção por hidrólise ácida (1% H2SO4, 121?C, 20 min.), concentração a vácuo e, destoxificação (1% de carvão vegetal ativo e ajuste de pH), do hidrolisado hemicelulósico; e fermentação deste hidrolisado por Candida guilliermondii e Kluyveromyces marxianus. As fermentações foram desenvolvidas em frascos Erlenmeyer (125mL), em shaker rotatório (200 rpm, 30°C) por 96 horas, empregando como meio de cultivo o hidrolisado hemicelulósico suplementado com (g.L-1) solução de extrato de farelo de arroz (20); CaCl2.2H2O (0,1) e (NH4)2SO4 (2,0). No presente trabalho, o bagaço de maçã apresentou teores (%) de 32,62 de celulose, 25,38 de lignina e 23,60 de hemicelulose, enquanto o hidrolisado o qual foi destoxificado em separado para as fermentações com as leveduras teve como constituintes (g.L-1): xilose (29,65), glicose (20,79), arabinose (19,93), ácido acético (2,07), furfural (0,03) e hidroximetilfurfural (0,11). Foi constatado que ambas as leveduras consumiram totalmente a glicose (12h) e parcialmente as pentoses, xilose e arabinose, sendo a última consumida lentamente por C. guilliermondii e apenas nas últimas 24 horas de cultivo por K. marxianus Como resultado, C. guilliermondii produziu xilitol (9,35g.L-1) e K. marxianus tanto xilitol (9,10g.L-1) quanto etanol (10,47 g.L-1) como principais bioprodutos. As máximas atividades enzimáticas (U/mgprot) de xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH) das leveduras empregadas foram 0,23 e 0,53 para C. guilliermondii e 0,08 e 0,08 para K. marxianus, respectivamente. Baseando-se nos resultados obtidos no presente trabalho, pode-se afirmar que o bagaço de maçã é uma biomassa promissora para ser aproveitada como matéria-prima em bioprocessos que visam a produção de xilitol e/ou etanol. / In a sustainability context in which residues must be used for obtaining new energetic or non-energetic products, vegetal biomass becomes an important feedstock for bioprocess. One of those residues is apple pomace, which is produced in the fruit milling during the juice production process. This biomass is composed by skin, pulp, stalk and seeds. It represents about 30% of apple annual production in Brazil, and the conventional uses are animal feeding and organic fertilization. One alternative to use this biomass is its utilization as feedstock in bioprocesses, such as ethanol and xylitol production. Extensive research is being performed in xylitol and ethanol production due to the important applications of xylitol in odontological, pharmaceutical and food industries, as well as because of the utilization of ethanol as substitute of fossil fuels. In this way, the present work evaluated the use of apple pomace as feedstock for bioprocess, through the development of stages of biomass characterization; dilute-acid hydrolysis (1% H2SO4, 121?C, 20 min.), vacuum concentration and detoxification (pH adjustment and activated charcoal adsorption) of the hemicellulosic hydrolysate and fermentation of this hydrolysate by Candida guilliermondii and Kluyveromyces marxianus. The fermentations were performed in Erlenmeyer flasks (125mL) in a rotatory shake (200rpm, 30ºC) for 96h, employing as culture medium the hemicellulosic hydrolysate supplemented with (g.L-1) rice bran extract (20), CaCl2·2H2O (0.1) and (NH4)2SO4 (2.0). In this work, the composition (%) of apple was 32.62 of cellulose, 25.38 of lignin and 23.60 of hemicellulose. The hydrolysate was separately detoxified for the fermentations with the yeasts, and has the following composition (g.L-1): xylose (29.65), glucose (20.79), arabinose (19.93), acetic acid (2.07), furfural (0.03) and 5-hydroxymethylfurfural (0.11). It was verified that both yeasts consumed totally glucose (12h) and partially pentoses, i.e. xylose and arabinose, the latter being consumed slowly by C. guilliermondii and only in the last 24h of fermentation by K. marxianus. The main products for C. guilliermondii was xylitol (9.35g.L-1) while for K. marxianus it was ethanol (10.47g.L-1) and xylitol (9.10 g.L-1) as well. The maximum enzymatic activities (U/mgprot) of Xylose Reductase (XR) and Xylitol Dehydrogenase (XDH) were 0.23 e 0.53 for C. guilliermondii and 0.08 and 0.08 for K. marxianus, respectively. Based on the results of the present work, it can be stated that apple pomace is a promissory biomass to be used as feedstock in bioprocess for xylitol and/or ethanol production.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-05T17:08:43Z No. of bitstreams: 1 FLÁVIA CRISTINA DOS SANTOS LIMA - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 7673702 bytes, checksum: df6fc75de6798e4e29b04c58f5bd63f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T17:08:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FLÁVIA CRISTINA DOS SANTOS LIMA - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 7673702 bytes, checksum: df6fc75de6798e4e29b04c58f5bd63f6 (MD5) Previous issue date: 2013-06-14 / Com este trabalho objetivou-se estudar e definir as melhores condições para produção de xilitol utilizando o licor da pré-hidrólise ácida do bagaço do pedúnculo do caju. O bagaço do pedúnculo do caju obtido foi lavado, secado a 55 ºC, moído e peneirado (48 mesh); só então foi caracterizado e submetido a pré-hidrólise ácida utilizando-se H2SO4 a 3%, razão 1:6, por 1 hora. A caracterização da composição lignocelulósica revelou a presença de 18,31 ± 0,071% de celulose, hemicelulose 27,18 ± 0,01% e lignina 23,91 ± 0,02% e, após a pré-hidrólise ácida, 31,50 ± 0,02, 19,30 ± 0,09 e 32,21 ± 0,57% de celulose, hemicelulose e lignina, respectivamente. Após a realização da pré-hidrólise o licor foi submetido ao processo de remoção por lignina residual para eliminação dos compostos tóxicos ao metabolismo microbiano, de acordo com o planejamento experimental fatorial 23 com três repetições no ponto central; as melhores condições de remoção foram pH e tempo de contato em 4 e 20 min, respectivamente, e massa de lignina residual 0,65 g, obtendo-se uma remoção de 15% de xilose, 20% de glicose, 100% de hidroximetilfurfural e 100% de furfural. Um planejamento fatorial 24 com três repetições no ponto central foi utilizado para verificar a influência das concentrações de sulfato de amônio, cloreto de cálcio, farelo de arroz e do pH meio de fermentação sobre a concentração final de xilitol, produtividade volumétrica em xilitol, eficiência e o fator de conversão de xilose em xilitol. Os ensaios fermentativos foram realizados utilizando-se a levedura Candida guilliermondii CCT 3544, em frascos de erlenmeyer com 50 mL do meio, agitados a 200 rpm, 28 °C de 0 a 96 h. De acordo com os resultados a concentração de cloreto de cálcio e o pH influenciaram significativamente a bioconversão de xilose em xilitol. A análise geral dos resultados levou à conclusão de que 1 g/L de sulfato de amônio, 0,5 g/L de cloreto de cálcio, 5 g/L de farelo de arroz e o pH 4, representam a composição do meio mais adequada para a produção de xilitol no licor pré-hidrolisado do bagaço do pedúnculo de caju. Após a obtenção das melhores condições de cultivo e adsorção foi realizado um ensaio fermentativo em intervalos de tempo 0, 12, 24, 36 e 48 h em frascos de erlenmeyer com capacidade de 250 mL, ampliação de escala em 3 vezes, contendo 150 mL do meio in natura, concentrado e concentrado/tratado, com concentração inicial de células 107 células/mL. De acordo com os resultados, o licor tratado/concentrado representa o meio mais adequado para fermentação com maior concentração celular, 56,4 x 106 células/mL, em 36 h, e produção de xilitol de 3000,14 mg/L, resultando em uma produtividade de 0,063 g/L h com rendimento de bioconversão de 74,47% e eficiência de 81,21%, ao final de 48 h. / This work aimed to study and define the best conditions for xylitol production using liquor acid prehydrolysis of cashew bagasse. The cashew bagasse obtained was washed, dried at 55 ° C, milled and sieved (48 mesh); only then it was characterized and subjected to acid prehydrolysis using H2SO4 at 3%, 1:6 ratio, for 1 hour. The characterization of the lignocellulosic revealed the presence of 18.31 ± 0.071% of cellulose, hemicellulose 27.18 ± 0.01% and lignin 23.91 ± 0.02% and after acid prehydrolysis 31.50 ± 0.02, 19.30 ± 0.09 and 32.21 ± 0.57% cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. Upon completion of the prehydrolysis, the liquor was subjected to the removal process by residual lignin for disposal of toxic compounds to microbial metabolism, according to the 23 experimental factorial planning with three replications at the central point, and the best conditions of removal, pH and contact time at 4 and 20 min, respectively and mass of 0.65 g residual lignin, obtaining a removal of 15% of xylose, 20% glucose, 100% hydroxymethylfurfural and 100% furfural. A 24 factorial planning with three replications at the central point was used to verify the influence of the concentrations of ammonium sulfate, calcium chloride, rice bran and pH the fermentation medium about the final concentration of xylitol, xylitol volumetric productivity, efficiency and the conversion factor of xylose to xylitol. The fermentation trials were carried out using the Candida guilliermondii CCT 3544 yeast in erlenmeyer flasks with 50mL of the medium, agitated at 200 rpm, 28 °C from 0 to 96 h. According to the results the concentration of calcium chloride and pH has significantly influenced the bioconversion of xylose to xylitol. The general analysis of the results led to the conclusion that 1 g/L of ammonium sulfate, 0.5 g L calcium chloride, 5 g/L of rice bran and pH 4 represent the most suitable composition of the medium for xylitol production in prehydrolyzed liquor of the cashew apple bagasse. After obtaining the best conditions of cultivation and adsorption was carried out a trial fermentation in time intervals 0, 12, 24, 36 and 48 h in erlenmeyer flasks with a capacity of 250 mL, scale application - 3 times, containing 150 mL of the medium in natura, concentrated and concentrate/treated with initial cell concentration of 107 cells/mL. According to the results the treated/concentrated liquor represents the most suitable way for fermentation, with a higher cell concentration, 56.4 x 106 cells/ mL in 36 h and xylitol production of 3000.14 mg/L, resulting in a productivity of 0.063 g/L h with a bioconversion yield of 74.47% and 81.21% efficiency at the end of 48 hours.

Submitted by Clebson Anjos (clebson.leandro54@gmail.com) on 2016-03-04T21:55:14Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1992438 bytes, checksum: 7619ce6c21cea2362c1d633c136de464 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-04T21:55:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1992438 bytes, checksum: 7619ce6c21cea2362c1d633c136de464 (MD5) Previous issue date: 2015-03-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Due to the amount of waste generated by industries and commitments to the environment, there has been a growing interest in the use of alternative energy sources for the generation of bio-products with added value, such as ethanol and xylitol. In this context, cashew peduncle has been considered a promising alternative to meet this demand in a more sustainable manner. Thus, the aim of this study was to assess the expansion of the experimental scale of biotechnological xylitol production using liquor from the acid treatment of cashew peduncle bagasse as substrate and Candida guilliermondii CCT 3544 yeast as fermentation agent. Cashew peduncle bagasse was washed, dried at 55°C, ground, sieved (48 mesh), characterized and submitted to acid hydrolysis. Then, a 23 + 3 factorial experimental design with central points was performed in order to verify the effect of variables temperature, bagasse / dilute acid ratio and acid concentration on the release of pentose and hexose from hydrolyzed liquors. After hydrolysis, the liquor was submitted to concentration process and the fermentation medium was prepared in 400 ml Erlenmeyer flasks in Bioreactor (1600 ml), stirred at 200 rpm, 28°C from 0 to 120 h using C. guilliermondii CCT 3544 yeast. The characterization of the lignocellulosic composition revealed the presence of 21.45 ± 0.31% cellulose, 10.96 ± 0.31% hemicellulose and 35.39 ± 0.97% lignin, respectively. It was found that the liquor from the acid treatment should operate under temperature conditions at level 1 (160 ° C) and acid concentration, bagasse / dilute acid ratio at level -1 (1%, 1: 6). The overall analysis of results led to the conclusion that C. guilliermondii CCT-3544 was able to grow in medium with hydrolyzate, and its maximum concentration of cell growth was 3.5 g L-1 in both cases. However, the fermented concentrate obtained maximum production at 48 h of fermentation, but the fermented hydrolyzate in bioreactor produced ethanol and xylitol, with maximum xylitol production at 6 h and maximum ethanol production at 48 h of fermentation. / Em virtude da quantidade de resíduos gerados pelas indústrias e dos compromissos assumidos com o meio ambiente, tem-se verificado um crescente interesse pela utilização de fontes alternativas de energia para geração de bioprodutos com valor agregado, como o etanol e xilitol. Neste contexto, o pedúnculo do caju tem sido considerado uma alternativa promissora para atender à demanda de forma mais sustentável. Em vista disso, o objetivo desta pesquisa foi estudar a ampliação de escala experimental da produção biotecnológica de xilitol utilizando o licor do tratamento ácido do bagaço do pedúnculo do caju como substrato e como agente de fermentação a levedura Candida guilliermondii CCT 3544. O bagaço do pedúnculo do caju obtido foi lavado, seco a 55 ºC, moído, peneirado (48 mesh), caracterizado e submetido à hidrólise ácida. Em seguida, realizou-se um planejamento experimental fatorial 23 + 3 pontos centrais com o intuito de verificar as influências das variáveis: temperatura, proporção bagaço/ácido diluído e concentração do ácido na liberação de pentoses e hexose dos licores hidrolisados. Após hidrólise o licor foi submetido ao processo de concentração e o meio de fermentação preparado em frascos de Erlenmeyer com 400 mL do meio com licor concentrado e em Biorreator (1600 mL), agitados a 200 rpm, 28 °C de 0 a 120 h, utilizando-se a levedura C. guilliermondii CCT 3544. A caracterização da composição lignocelulósica revelou a presença de 21,45 ± 0,31% de celulose, hemicelulose 10,96 ± 0,31% e lignina 35,39 ± 0,97%, respectivamente. Verificou-se que o licor do tratamento ácido deve operar sob condições de temperatura ao nível 1 (160 °C), concentração de ácido, proporção bagaço/ácido diluído ao nível -1 (1% e 1:6). O fermentado do hidrolisado concentrado obteve produção máxima com 48 h de fermentação, já o hidrolisado fermentado em biorreator produziu etanol e xilitol simultaneamente com máxima produção de xilitol com 6 h e etanol com 48 h de fermentação.