Estudo conduzido em desenho experimental completamente casualizado avaliou o efeito da fermentação da garapa da cana-de-açúcar resultante de dois processos de produção (natural e pasteurizado) e de dois tipos de envasamento (garrafas de vidro ou barris de carvalho) em algumas características físico-químicas e sensoriais do fermentado durante o envelhecimento, com três repetições. Os resultados dos atributos avaliados foram submetidos à análise de variância, testes de médias e análise de componentes principais (ACP). Todas as características avaliadas ficaram dentro dos limites estabelecidos pela legislação brasileira. O processo de produção e o tipo de envasamento alteraram significativamente (p≤0,01) as características físico-químicas (acidez volátil, acidez fixa, sólidos solúveis totais e açúcares), no número e áreas dos picos dos COV dos fermentados durante o envelhecimento, assim como, as características sensoriais fazendo com que a avaliação sensorial do fermentado pasteurizado (FP) fosse superior a do fermentado natural (FN) para a maioria dos atributos. Os fermentados envelhecidos em garrafas apresentaram maior concentração de compostos orgânicos voláteis que os envelhecidos em barril de carvalho. Foram identificados 104 COV comuns aos quatro tipos de bebida. A ACP discriminou os quatro tipos de fermentado. Durante o estudo, foi desenvolvido um método eficiente por micro extração em fase sólida em headspace (MEFS-HS) e cromatografia gasosa – espectrometria de massas (CGEM), para extração e identificação de compostos orgânicos voláteis (COV) formados no processo de vinificação e no envelhecimento.

Estudo conduzido em desenho experimental completamente casualizado avaliou o efeito da fermentação da garapa da cana-de-açúcar resultante de dois processos de produção (natural e pasteurizado) e de dois tipos de envasamento (garrafas de vidro ou barris de carvalho) em algumas características físico-químicas e sensoriais do fermentado durante o envelhecimento, com três repetições. Os resultados dos atributos avaliados foram submetidos à análise de variância, testes de médias e análise de componentes principais (ACP). Todas as características avaliadas ficaram dentro dos limites estabelecidos pela legislação brasileira. O processo de produção e o tipo de envasamento alteraram significativamente (p≤0,01) as características físico-químicas (acidez volátil, acidez fixa, sólidos solúveis totais e açúcares), no número e áreas dos picos dos COV dos fermentados durante o envelhecimento, assim como, as características sensoriais fazendo com que a avaliação sensorial do fermentado pasteurizado (FP) fosse superior a do fermentado natural (FN) para a maioria dos atributos. Os fermentados envelhecidos em garrafas apresentaram maior concentração de compostos orgânicos voláteis que os envelhecidos em barril de carvalho. Foram identificados 104 COV comuns aos quatro tipos de bebida. A ACP discriminou os quatro tipos de fermentado. Durante o estudo, foi desenvolvido um método eficiente por micro extração em fase sólida em headspace (MEFS-HS) e cromatografia gasosa – espectrometria de massas (CGEM), para extração e identificação de compostos orgânicos voláteis (COV) formados no processo de vinificação e no envelhecimento. / Study in a completely randomized experimental design evaluated the effect of brewing sugar cane juice yielded from two production process (natural and pasteurized), and stored in two aging containers (glass bottle and oak barrels) in selected physical-chemical and sensory characteristics of the fermented, with three replications. The results of the evaluated parameters were submitted to analysis of variance, mean test and principal component analysis (PCA). All observed characteristics were within the limits established by Brazilian legislation. Both, the production process and store containers influenced significantly (p ≤ 0.01) the physical-chemical characteristics (volatile acidity, fixed acidity, soluble solids and sugars), VOCs number and peaks area of the brew during the aging period and the sensory characteristics. For most attributes evaluated pasteurized sugar cane alcoholic beverage (FP) was superior to the natural sugar cane alcoholic beverage (FN). The fermented aged in glass bottles showed a higher concentration of volatile organic compounds that aged in oak barrels. It was identified 104 VOCs common to the four types of drink. The ACP analyze discriminated four types of sugar cane alcoholic beverage. The garapa pasteurization caused increase in concentration, expressed as peak areas, in the most volatile and increasing the VOCs number. The pasteurization affected the sensory characteristics. During the study, it was developed an efficient method for micro solid phase extraction in headspace (HSSPME) and gas chromatography - mass spectrometry (GC-MS) for extraction and identification of volatile organic compounds (VOCs) formed in winemaking and aging. / Tese submetida à Câmara de Ensino de Pós- Graduação e Pesquisa da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia como requisito para obtenção do Grau de Doutor em Ciências Agrárias.

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.