Desde o início da espécie humana, houve quem procurasse auxiliar o corpo na tentativa natural de restaurar suas partes injuriadas. Um dos grandes desafios atuais é a substituição de tecidos do organismo, inclusive em áreas de lesão cutânea. Um biomaterial pode ser utilizado para melhorar, aumentar ou substituir, parcial ou inteiramente tecidos ou órgãos. A membrana de celulose bacteriana (CB) possui moldabilidade, boas propriedades mecânicas, permeabilidade seletiva, permitindo a passagem de vapor d\'água, mas impedindo a passagem de microrganismos. O colágeno (COL) vem sendo amplamente usado como material na fabricação de biomateriais. Neste trabalho obteve-se membrana e hidrogel de CB-COL, caracterizados de diferentes maneiras. Foram realizados, estudos in vivo, análises macroscópica e histológica de coberturas de CB-COL, comparando com os controles (coágulo e a pomada de colagenase), após a aplicação sobre as feridas confeccionadas no dorso de ratos. Os animais foram sacrificados depois de 3, 7, 15 e 30 dias, e os dorsos processados segundo rotina histológica para coloração em HE. As caracterizações realizadas neste trabalho (microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e difratometria de raios-X (DRX)) confirmaram a incorporação do COL às matrizes de CB. A avaliação macroscópica somente demonstrou diferença estatisticamente significante da reparação tecidual entre os tratamentos aos sete dias de pós-operatório, sendo que o hidrogel apresentou uma tendência para uma reparação mais rápida. Os resultados da avaliação histológica demonstraram diferença estatisticamente significante para reação inflamatória tecidual entre os tratamentos em todos os períodos estudados. Na avaliação da qualidade, quantidade e orientação das fibras colágenas, somente o período de três dias que não apresentou diferença estatisticamente significante entre os tratamentos. Conclui-se com esses resultados que as duas coberturas são biocompatíveis. / Since the beginning of the human race, there was those who sought to assist the body in a natural attempt to restore yours injured parts. One of the main current challenges is the replacement of body tissues, including areas of skin lesion. A biomaterial can be used to improve, enhance or replace, partially or fully tissues or organs. The membrane of bacterial cellulose (BC) has moldability, good mechanical properties, selective permeability, allowing the passage of water vapor but preventing the passage of microorganisms. The collagen (COL) has been widely used as material in the manufacture of biomaterials. In this study was obtained hydrogel and membrane BC-COL, characterized in different ways. Were realized in vivo studies, macroscopic and histological analyzes from dressings of BC-COL, comparing with controls (clot and collagenase ointment), after applying in wounds on the backs of rats. The animals were sacrificed after 3, 7, 15 and 30 days, and the scars were processed according to histological routine to HE staining. The characterizations performed in this study (scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy with Fourier transform (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD)) confirmed the incorporation of the COL to matrices BC. The macroscopic evaluation only demonstrated statistically significant difference of tissue repair between treatments at seven days postoperative, and the hydrogel showed a trend for a faster repair. The results of the histological evaluation showed statistically significant difference in inflammatory tissue reaction between treatments in all periods studied. In quality evaluation, quantity and orientation of collagen fibers, only three days period didnt show statistically significant difference between treatments. We conclude from these results that the two dressings are biocompatible.

A interação da água com a celulose e com o amido é de grande importância para a compreensão das propriedades de ambos polissacarídeos e fundamental para o desenvolvimento de novas aplicações tecnológicas. Entre as novas aplicações estão em destaque a nanocelulose, como os nanocristais e microfibrilas. A preparação desses materiais é fortemente influenciada pela interação das ligações de hidrogênio presente nas fibras de celulose, tanto de caráter intra como intermolecular. Essas interações são responsáveis pelas propriedades mecânicas desses materiais uma vez que as moléculas estão ligadas umas às outras por meio de ligações de hidrogênio onde a água pode participar como elemento de ligação. Para o amido, dependendo da concentração da água, pode modifica-lo em termos da solubilidade e em propriedades pelo processo de gelatinização ou atuar como plastificantes como parcial despolimerização em amido termoplástico. Neste trabalho é descrito o estudo da interação do sistema água com a celulose e com o sistema água com amido por meio da análise termogravimétrica para a identificação de diferentes espécies de água: i) água livre, ii) água ligada congelável iii) água ligada não congelável. Para a realização deste estudo foi utilizado o método auto stepwise, método que permite uma maior resolução dos diversos fenômenos separadamente que ocorrem durante a dessorção da água. A dessorção da água no amido se demostrou mais complexa que a celulose devido à alternância da parte amorfa e cristalina em sua estrutura. Para o cálculo da energia de ativação da dessorção da água ligada e da degradação do polissacarídeo foi utilizado o método cinético de Osawa-Flynn-Wall, sendo possível estimar a energia de ativação dos fenômenos. Variando de 35-65 kJ/mol para dessorção da água ligada e 144,6-184 kJ/mol para degradação dos materiais. / The interaction of water with cellulose and starch are of great importance for understanding the properties of both polysaccharides and fundamental to the development of new technological applications. Among the new applications are highlighted to nanocellulose such as nanocrystals and microfibrils. The preparation of these materials is strongly influenced by the interaction of hydrogen bonds present in the cellulose fibers, both intra as intermolecular. These interactions are responsible for the mechanical properties of these materials since the molecules are linked to each other through hydrogen bonds where water can participate as a connecting element. For starch, depending on the concentration of the water, can modify it in terms of solubility and properties by gelatinization process or act as plasticizers as partial depolymerization of thermoplastic starch. This paper describes the study of the interaction of the water/cellulose system and the starch/water system by means of thermogravimetric analysis for the identification of different species of water: i) the free water or freezing water, ii) the freezing bound water and iii) the non-freezing bound water. For this study we used the auto stepwise method, that allows greater resolution of the various phenomena separately that occur during the water desorption. The water desorption in the starch is more complex that cellulose, due to alternating crystalline and amorphous parts of the structure. To calculate the bound water desorption activation energy and polysaccharide degradation energy was used kinetic method of Osawa-Flynn-Wall, that possible to estimate the phenomena of the activation energy, ranging from 35-65 kJ / mol for bound water desorption and from 144.6 to 184 kJ / mol for material degradation.

Este trabalho teve como objetivo estudar o desempenho das madeiras de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Acacia mearnsii para a produção de celulose kraft pelos processos convencional e Lo-Solids® e avaliar a influência de dois níveis de deslignificação no desempenho dos processos de polpação e branqueamento e nas propriedades das polpas branqueadas. Amostras de cavacos de ambas as espécies, com 6 anos de idade, foram analisadas quanto a densidade básica, composição química e morfologia das fibras. Após isso, os materiais foram submetidos a polpação kraft pelos processos convencional e Lo-Solids®, objetivando a obtenção de polpa celulósica com dois níveis de deslignificação para cada amostra em cada processo: números kappa de 18 e 15. As polpas celulósicas foram branqueadas na sequência Pré-O2 A/D Eop D P, visando alvura final de 89,5 ± 0,5% ISO, e tiveram suas características físico-mecânicas e morfológicas avaliadas. Os resultados mostram que a madeira de A. mearnsii é mais densa, possui menor proporção de lignina e maior teor de extrativos totais que a madeira de E. grandis x E. urophylla. As fibras da madeira de eucalipto possuem maior comprimento, largura e diâmetro do lúmen, além de menor espessura de parede. No processo de polpação, a madeira de A. mearnsii é aquela que demanda maior carga alcalina e fator H para atingir determinado grau de deslignificação, apresentando maior consumo alcalino. Apesar disso, essa espécie é a que resulta em maiores rendimentos. A comparação entre os processos de polpação mostra que o Lo-Solids® demanda menor carga alcalina e fator H que o processo convencional, resultando em menor consumo alcalino, maiores rendimentos e polpas com maior viscosidade e menor teor de ácidos hexenurônicos. Porém, a pré-deslignificação com oxigênio é mais eficiente para polpas do processo convencional. Já o consumo de reagentes no processo de branqueamento é maior em polpas de acácia e naquelas com menor grau de deslignificação. As polpas branqueadas de A. mearnsii e do processo Lo-Solids® demandam menor energia de refino, apresentam características físico-mecânicas superiores, maior população fibrosa e menor área ocupada por vasos se comparadas às polpas de E. grandis x E. urophylla e do processo convencional, respectivamente. / The objective of this work was to evaluate the performance of the woods of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Acacia mearnsii for the kraft pulp production on conventional and Lo-Solids® processes and to verify the impact of two delignification levels on the bleaching process and on the characteristics of bleached pulps. Samples of wood chips of both species, with 6 years-old, had their basic density, chemical composition and fibers morphology evaluated. After that, the materials were submitted to kraft pulping on conventional and Lo-Solids® processes, with the objective of achieve two delignification levels for each sample on each process: kappa numbers 18 and 15. The pulps were bleached on Pre-O2 A/D Eop D P sequence to 89,5 ± 0,5% ISO final brightness and had their physical-mechanical and morphological characteristics evaluated. The results shows that the wood of Acacia mearnsii is denser, presents lower proportion of lignin and higher content of extractives than the wood of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla. The fibers of eucalyptus wood have higher length, width, thickness and lumen diameter, and lower wall thickness than acacias fibers. On the pulping process the wood of Acacia mearnsii demands higher alkali charge and H Factor to achieve some delignification degree, presenting higher alkali consumption. Nevertheless, this species presents the highest yields. The comparison between the pulping processes shows that the Lo-Solids® demands lower alkaline charge and H Factor than the conventional process, which results in lower alkaline consumption, higher yields and pulps with better viscosity and lower hexenuronic acids content. However, the oxygen delignification is more efficient for pulps from conventional process. The reagents consumption through the bleaching is higher on Acacias pulps and pulps with lower initial delignification degree. The bleached pulps of Acacia mearnsii and pulps from Lo-Solids® process demand lower refining energy to achieve the same drainability, presents better physical-mechanical characteristics, higher fiber population and lower area occupied for vessels than Eucalyptus pulps and pulps from conventional process, respectively.

Este trabalho teve como objetivo verificar a influência da produtividade e da idade sobre a qualidade da madeira proveniente de clone híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla para produção de polpa celulósica braqueada. Utilizou-se madeira de um único clone proveniente de áreas com elevada produtividade, média de 33 m3 ha-1 ano-1, onde os solos eram argilosos e de áreas com baixa produtividade, média de 17 m3 ha-1 ano-1, sendo estes solos arenosos. Nos dois tipos de solos foram avaliadas árvores com idades de 4, 5, 6 e 7 anos, proveniente de povoamentos florestais do estado do Pará - Brasil. Para cada amostra foram utilizadas 10 árvores com diâmetros médio do povoamento. Os materiais foram avaliados com relação a densidade básica, composição química e desempenho frente ao processo kraft de polpação. Os cozimentos foram realizados a 166°C com 60 min de aquecimento, 85 min de cozimento e carga de álcali variável de acordo com a necessidade de cada material para obtenção de kappa 18±0,5. Os resultados obtidos mostraram que a densidade básica da madeira aumentou em função da idade, variando de 0,510 a 604 g cm-3 com 4 e 7 anos, respectivamente;essa maior densidade em idades mais elevadas é explicada pela maior proporção de madeira adulta, em relação a madeira juvenil. A quantidade de extrativos totais também aumentou em função da idade variando de 4,9 a 5,7% com 4 e 7 anos, respectivamente. A quantidade de lignina não apresentou diferença significativa e variou entre 29,26 e 29,72%. As amostras provenientes de solos argilosos apresentaram maior rendimento depurado (50 a 52%), e requereram menor carga de álcali (21 a 24,5% de álcali ativo) para o mesmo nível de deslignificação (kappa 18±0,5); para as amostras de solos arenosos a carga de álcali foi de 21,5 a 25% e rendimento de 48 a 51%. As polpas celulósicas oriundas de materias de solos argilosos apresentaram menor quantidade de ácidos hexenurônicos e maior viscosidade, além de apresentarem melhores propriedades físico-mecânicas, como volume específico, resistência ao ar, índices de tração, rasgo e estouro. As madeiras provenientes de área com elevada produtividade apresentaram melhor qualidade para produção de polpa celulósica em relação a área de baixa produtividade. / This study aimed to determine the influence of productivity and age on wood quality from hybrid clones of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla for bleached pulp production. The material considered were collected in areas with high productivity, an average of 33 m3 ha-1 year-1, clay soils and low-productive areas, an average of 17 m3 ha-1 year-1, sandy soils. In both types of soils, we evaluated trees aged 4, 5, 6 and 7 years, from forest stands from the state of Pará Brazil. For each sample were used 10 average trees (diameter). Materials were evaluated for chemical composition, basic density and performance in relation to the kraft pulping process. The cooking was performed at 166°C with 60 min heating, 85 min cooking and alkali charge varying according to the needs of each material to obtain kappa number of 18±0.5. Results showed that the basic density of wood increases with age, ranging from 0.510 to 604 g cm-3 with 4 and 7 years, respectively. This increased density in older ages is possibly explained by the higher proportion of mature wood, in relation to juvenile wood. The total amount of extractives also increased with age varying from 4.9 to 5.7% with 4 and 7 years, respectively. The amount of lignin was not significantly different ranging from 29.26 to 29.72%. Samples from clay soils had a higher yield of pulp (50 to 52%), and required lower alkali charge (21 to 24.5% active alkali) to the same level of delignification (kappa number 18±0.5); for samples from sandy soil alkali charge was 21.5 to 25% and yield of 48 to 51%. Pulp from material derived from clay soils had less hexenuronic acid and higher viscosity, which is justified by the lower alkali applied. In addition, also presented better physical and mechanical propert ies such as specific volume, air resistance, tensile, tear and burst index. Wood from an area of high productivity showed better quality for pulp production over an area of low productivity, for consuming a smaller amount of chemical charge to the same kappa number, higher pulp yield, pulp with higher viscosity and better physical and mechanical properties.

Nas últimas décadas observou-se tanto o crescimento das preocupações ambientais e de sustentabilidade. Neste contexto, surgiu o conceito de biorrefinaria. No Brasil, uma das principais lavouras agroindustriais é a produção de cana-de-açúcar. A indústria sucroalcooleira já atua como um modelo de biorrefinaria tendo a possibilidade de produção de açúcar de etanol e ainda de energia elétrica. Contudo, existe grande potencialidade de produtos de originários de biomassa vegetal. Alguns exemplos das potencialidades são: (i) a utilização dos açúcares da fração polissacarídica para produção de etanol; (ii) produção de polpa e papel; (iii) produção de nanomateriais entre outras. Assim, este trabalho se propõe a buscar e aplicar tecnologias e processos voltados a utilização da cana-de-açúcar para a obtenção de produtos variados. O primeiro processo utilizado é a separação das frações casca e miolo da cana-de-açúcar: na casca existe uma baixa quantidade de células de armazenamento de açúcar e uma maior proporção de fibras estruturais ademais, da epiderme extrai-se a cera; na fração miolo concentra-se a maior parte do caldo rico em sacarose, pela elevada quantidade de células de parênquima. Visando elevar a concentração de sacarídeos para a produção de etanol estudou-se a realização de um processo hidrotérmico usando o próprio suco da cana-de-açúcar para a extração de açúcares da fração de hemiceluloses. Observou-se que para a reação hidrotérmica em meio neutro na faixa de temperaturas estudada (110 a 130°C) cerca de 95% dos sacarídeos são conservados. Contudo, nestas condições reacionais a preservação de massa de hemiceluloses também se mantém nesta faixa, assim verificou-se que o uso de um catalizador ácido permitiria uma conservação de sacarídeos similar e aceleraria a reação de remoção de hemiceluloses. Usando processos similares aos usados na indústria de papel e celulose obteve-se dois materiais celulósicos das frações casca e miolo de cana-de-açúcar com características físico-mecânicas diferenciadas. Apesar do maior teor de células de parênquima no miolo original, observou-se que o papel desta fração apresentou resultados promissores com propriedades similares ao de papeis comerciais. A partir destas polpas, obteve-se dois materiais celulósicos nanofibrilados distintos, sendo o material da casca dúctil e o de miolo mais rígido (maior módulo de Young) e ao mesmo tempo mais frágil (menor alongamento para a ruptura). Verificou-se ainda que a partir dessas polpas celulósicas pode-se produzir nanocristais de celulose II usando um processo de hidrólise e solubilização com ácido sulfúrico seguido de reprecipitação. Desenvolveu-se o processo de produção de nanocristais de celulose I usando água subcrítica associado ou não a CO2. Este processo tem o potencial de substituir a atual produção de nanocristais de celulose visto que neste utiliza-se somente água (com ou sem CO2) para promover a hidrólise em oposição ao método clássico que usa elevadas concentrações de ácido sulfúrico permitindo uma economia financeira e produzindo menor volume de resíduos. / In the last decades environmental concerns and sustainability have grown. In this context, the biorefinery concept arose. In Brazil, one of the leading agro-industrial crops is the production of sugarcane. The sugar industry is already a model of a biorefinery because of the possibility of producing ethanol, sugar and even electricity. However, plant biomass still has a great potential to produce new materials and chemicals. Some of the capabilities are: (i) the use of the sugars from the polysaccharide fraction aiming the ethanol production; (ii) the production of pulp and paper; (iii) production of nanomaterials, among others. This work aims to seek and apply technologies and processes to obtain different products from sugarcane. The first used is the separation of the rind and core fractions of sugarcane: in the rind there is a low amount of sugar storage cells and a higher proportion of structural fibers, and also wax from the epidermis; the core fraction concentrates the majority of the sucrose rich broth as consequence of the high quantity of parenchyma cells. In order to increase the concentration of saccharides a hydrothermal process was studied using the own juice of sugar cane to extract sugars from the hemicellulose fraction. It was observed that for the hydrothermal reaction in neutral medium in the temperature range studied (110 to 130 °C) of about 95% saccharides are conserved. However, in these reaction conditions the hemicellulose preservation is also kept in this range, so it was found that the use of an acid catalyst allow similar saccharides recovery and accelerate the hemicellulose removal. Using similar procedures to those of the pulp and paper industry two cellulosic materials with differentiated physical and mechanical characteristics were obtained from the rind and core fractions of sugarcane. Although most parenchyma content in the original core material, it was observed that this fraction showed promising results with properties similar to commercial papers. From these pulps, two different nanofibrillated cellulosic materials were obtained, being the rind material a ductile material and the core a rigid (higher Young\'s modulus) and brittle (lower elongation at break) one. It was also found that from these pulps cellulose II nanocrystals can be produced using a process of hydrolysis and solubilization with sulfuric acid followed by a reprecipitation process. The production of cellulose I nanocrystals through processes using subcritical water with or without CO2 were developed. These processes have the potential to replace the current nanocrystals production since only water is used (with or without CO2) to promote the hydrolysis, compared to the traditional method, which uses high concentrations of sulfuric acid, thus enabling economical saves and producing less amount of wastes.

O Capítulo 1 descreve a produção de celulases por 4 linhagens fúngicas de ambiente marinho (Aspergillus sydowii CBMAI 934, A. sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1186 e Mucor racemosus CBMAI 847) e uma linhagem de ambiente terrestre (Aspergillus sp. CBMAI 1198) cultivados em meio sólido composto por farelo de trigo (5 g) e solução de peptona (0,75 g.L-1) enriquecida com sais inorgânicos. Foram realizadas otimizações da temperatura, pH inicial e umidade do meio de cultura das linhagens obtendo-se maiores atividades celulolíticas na faixa de temperatura entre 25-35 °C, com exceção do fungo A. sydowii CBMAI 935 que foi de 40 °C, e valores diferentes de pH ótimo, desde condições acídicas até alcalinas, bem como valores diferentes de teor de umidade ótima. Quando avaliou-se a influência do pH, da temperatura e do volume de extrato enzimático durante a hidrólise do papel de filtro cada conjunto de celulases produzidas apresentou pontos ótimos diferentes entre elas, e em alguns casos, dois valores ótimos de pH e temperatura. As celulases produzidas nas condições ótimas determinadas foram aplicadas na hidrólise da celulose do bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado usando-se 10 U FPU/g de bagaço de cana-de-açúcar. As celulases dos fungos Aspergillus sp. CBMAI 1198 e A. sydowii CBMAI 934 apresentaram a maior capacidade para hidrolisar o bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado, 75% e 78% de degradação do material lignocelulósico, respectivamente. No Capítulo 2 foi avaliada a capacidade de 6 bactérias isoladas de turfeira (Bacillus subtilis LQOB-SE1, B. coagulans LQOB-SE2, B. pumilus LQOB-SE3, Brevibacillus brevis LQOB-SE4, Lysinibacillus sp. LQOB-SE5 e Serratia marcescens LQOB-SE6) em produzir 2,3-butanodiol a partir da fermentação de glicerol e a bactéria que apresentou tal capacidade (S. marcescens LQOB-SE6) foi usada para produzir 2,3-butanodiol também a partir da fermentação de glicose visando o reaproveitamento dos resíduos gerados na produção de biodiesel e de etanol. As melhores condições para o uso do glicerol foram: pH inicial 7, Caldo nutriente 8 g.L-1, concentração inicial de glicerol 50 g.L-1 e tempo de cultivo de 7 dias. Foram obtidos bons rendimento (0,30 g.g-1), produtividade (0,13 g.L-1.h-1) e concentração máxima de 2,3-butanodiol (22,4 g.L-1). As melhores condições para a fermentação da glicose foram: pH inicial 7, Caldo nutriente 8 g.L-1, concentração inicial de glicose 75 g.L-1 e tempo de cultivo de 5 dias. Obteve-se um rendimento de 0,42 g.g-1 em 5 dias de fermentação, produtividade de 0,45 g.L-1.h-1 após 2 dias e concentração máxima de 2,3-butanodiol de 31,2 g.L-1. A produção de 2,3-butanodiol a partir do hidrolisado gerado na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pelas celulases do fungo de ambiente marinho A. sydowii CBMAI 934 não foi observada devido à baixa concentração de açúcares no hidrolisado. Os resultados obtidos nesta tese mostram o potencial biotecnológico da microbiota fúngica e bacteriana isoladas de diferentes biomas brasileiros. / In Chapter 1 it is reported the cellulase production by 4 marine-derived fungi strains (Aspergillus sydowii CBMAI 934, A. sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1186 and Mucor racemosus CBMAI 847) and 1 terrestrial fungi strain (Aspergillus sp. CBMAI 1198). They were grown in solid state fermentation using wheat straw as substrate (5 g) and with addition of peptone solution (0,75 g.L-1) enriched with inorganic salts. It was performed the enhancement of the growth conditions by changing the temperature, initial pH and moisture. The optimum temperature for all strains varied between 25-35 °C but A. sydowii CBMAI 935 with 40 °C. The optimum pH was different for each strain, varying from acidic to alkaline conditions. The optimum moisture content also varied accordingly the studied strain. In order enhance the cellulose hydrolysis performed by the produced cellulases, it was varied the pH, temperature and amount of the crude cellulase extract during the filter paper hydrolysis reaction. The obtained optimum values were different among strains and, in some cases, there were two optimum pH and temperature for the hydrolysis of the filter paper. Then, the obtained cellulases, using the best conditions for hydrolysis, were used in the sugarcane bagasse hydrolysis (10 FPU/g of sugarcane bagasse). The cellulases from the strains Aspergillus sp. CBMAI 1198 and A. sydowii CBMAI 934 were capable of degrading 75% and 78% of the sugarcane bagasse, respectively, generating reducing sugars. In Chapter 2, the capability of 6 strains (Bacillus subtilis LQOB-SE1, B. coagulans LQOB-SE2, B. pumillus LQOB-SE3, Brevibacillus brevis LQOB-SE4, Lysinibacillus sp. LQOB-SE5 and Serratia marcescens LQOB-SE6), isolated from peat soil, of producing 2,3-butanediol from glycerol fermentation. The only strain that produced 2,3-butanediol was S. marcescens LQOB-SE6, which was also applied in 2,3-butanediol production from glucose fermentation. Therefore, wastes from biodiesel and bioethanol production can be reused in industrial scale. The best conditions for glycerol fermentation: initial pH 7, Nutrient Broth (8 g.L-1), initial glycerol concentration (50 g.L-1) and fermentation time of 7 days. It were obtained good yield (0.30 g.g-1), productivity (0.13 g.L-1.h-1) and 2,3-butanodiol concentration (22.4 g.L-1). The best conditions for glucose fermentation: initial pH 7, Nutrient Broth (8 g.L-1), initial glucose concentration (75 g.L-1) and fermentation time of 5 days. It were also obtained good yield (0.42 g.g-1) and 2,3-butanodiol concentration (31.2 g.L-1) after 5 days and productivity (0.45 g.L-1.h-1) after 2 days. The 2,3-butanediol production from the hydrolysate of sugarcane bagasse, obtained by using cellulases from A. sydowii CBMAI 934, was not observed due the low sugar concentration in the hydrolysate.

As fibras naturais estao ganhando espaco no mercado como materia-prima por apresentarem caracteristicas desejaveis para aplicacoes industriais, por ser um material renovavel, biodegradavel e de baixo custo. Neste sentido, a exploracao da celulose vem crescendo, inclusive no estudo de compositos polimericos reforcados com fibras naturais. Este trabalho visa primeiramente a obtencao de hibridos celulose/oxido de niobio hidratado a partir do tratamento e modificacao do bagaco de cana-de-acucar, e posteriormente a geracao de compositos de matriz de polietileno de baixa densidade (PEBD) e carga de celulose modificada. O Nb2O5.nH2O foi gerado pelo metodo da precipitacao convencional, partindo-se de niobio metalico. Os hibridos foram produzidos nas proporcoes de 10, 20, 30 e 40% de oxido e caracterizados utilizando-se as seguintes tecnicas: difracao de raios X (DRX), espectroscopia de absorcao no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TG), calorimetria exploratoria diferencial (DSC) e microscopia eletronica de varredura (MEV). Os resultados indicam que houve boa interacao entre a fibra de celulose e o oxido de niobio hidratado em todas as proporcoes estudadas. Pelas curvas DSC em atmosfera oxidativa pode-se observar que o Nb2O5.nH2O agiu como um agente retardante a chamas. A proporcao do hibrido definida para a geracao dos compositos foi 90Cel/10Nb2O5.nH2O. Inicialmente foram fabricados os compositos reforcados apenas com celulose branqueada, (x)PEBD/(100-x)Cel, com x = 5, 10, 15 e 20, e realizado o estudo de suas propriedades fisico-quimicas: FTIR, TG, DSC, MEV; e dos testes mecanicos. A partir dos dados obtidos definiu-se a proporcao 5% de reforco para a geracao dos compositos reforcados com o hibrido, 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O, e tambem com a adicao do agente compatibilizante: polietileno modificado com anidrido maleico (PE-g-AM), 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O+5PE-g-AM. A insercao das fibras de celulose a matriz polimerica gera um material mais resistente e rigido e com menor deformacao, assim como a presenca do Nb2O5.nH2O. O PE-g-AM aumenta o valor do modulo elastico. A utilizacao de uma menor granulometria de carga promove uma maior dispersao e uniformidade da celulose da matriz. A dispersao das fibras na matriz dificulta o processo migracao das cadeias moleculares do PEBD, diminuindo o grau de cristalinidade. Os valores de ?Hf mostram que a adicao do inorganico enfraquece a interacao interfacial da matriz com o reforco, diminuindo a ?Hf e a XC. A presenca do Nb2O5.nH2O nos compositos gera um aumento da Tf. / Natural fibers are in prominent position in the researches as raw material for presenting characteristics desirable for industrial applications; it is a renewable material, biodegradable and low cost. Thus, the exploration of cellulose has been growing, including the study of polymer composites reinforced with natural fibers. This study primarily aims to obtain hybrids cellulose/hydrous niobium oxide from the treatment and modification of sugarcane bagasse, and subsequently the generation of composites with matrix of low density polyethylene (LDPE) and modified cellulose as reinforcement. The Nb2O5.nH2O was generated by the conventional precipitation method, starting from niobium metal. The hybrids were produced in proportions of 10, 20, 30 and 40% of oxide and characterized using the following techniques: x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The results indicated good interaction between the cellulose fiber and niobium oxide hydrate in all ratios studied. For the DSC curves in oxidative atmosphere can be observed that the Nb2O5.nH2O acted as an agent flame retardant. The proportion of the hybrid set for the generation of composites was 90Cel/10Nb2O5.nH2O. Initially were manufactured composites reinforced only with bleached cellulose, (x)LDPE/(100-x)Cel, with x = 5, 10, 15 and 20, and was conducted the study the physicochemical properties: FTIR, TGA, DSC, SEM; and mechanical properties by the tensile tests. According to this results was defined the percentage of 5% for the generation of composites reinforced with hybrid 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O, and also with the addition of compatibilizing, polyethylene modified with maleic anhydride (PE-g-MA), 95PEBD:5Cel/Nb2O5.nH2O+5PE-g-MA. The inclusion of cellulose fibers to the polymer matrix creates a material more resistant and rigid and with a smaller deformation, as well as the presence of Nb2O5.nH2O. The PE-g-MA increases the value of elastic modulus. The use of a smaller particle size of load promotes greater uniformity and dispersion of the cellulose in the matrix. The dispersion of fibers in the matrix hinders the migration process of the molecular chains of LDPE, reducing the degree of crystallinity. ZHf values show that the addition of inorganic weakens the interaction at the matrix with the reinforcement, decreasing ZHf and XC. The presence of the Nb2O5.nH2O in composites generates an increase in Tf.

O presente trabalho teve como objetivo, a caracterizacao da composicao quimica de diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902), e posterior hidrolise enzimatica para averiguacao de acucares redutores e sacarificacao da biomassa. As analises composicionais foram realizadas utilizando biomassa nas condicoes in natura, celulignina e polpa celulosica. As condicoes de pre-tratamento das amostras para hidrolise com acido sulfurico diluido (relacao s/l: 1,5:10; temperatura: 150 °C; concentracao acida: H2SO4 2% m/v; tempo: 30 minutos); e deslignificacao com hidroxido de sodio (1:10 s/l; 100 °C; 1% NaOH; 30 minutos) foram pre-estabelecidas de modo a determinar uma analise comparativa das diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar estudadas. A hidrolise enzimatica das amostras obtidas apos os pre-tratamento foram realizadas em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo tampao citrato (50 mM; pH 5; 1:20 s/l) e carga enzimatica (Celluclast 1.5 L - 75 FPU/mL e 13,5 UI/mL de ?-glicosidase; e Novozym 188 - 65 UI/mL de ?-glicosidase), e surfactante Tween 20 (0,15 g/g de bagaco). A composicao quimica das variedades de bagaco de cana-de-acucar, acucares redutores e sacarificacao da biomassa foram determinados por metodos cromatograficos, espectrofotometricos e gravimetricos tradicionais. Quanto a analise das variedades de cana tratada, a media dos valores observados: in natura - celulose (40,84%), hemicelulose (24,07%), lignina (33,7%) e cinzas (0,68%); extraido - celulose (38,83%), hemicelulose (27,32%), lignina (25,92), cinzas (0,32%) e extrativos (10,24%); celulignina - celulose (54,17%), hemicelulose (5,3%), lignina (37,28%), cinzas (0,54%) e polpa celulosica - celulose (77,48%), hemicelulose (6,07%), lignina (15,4%) e cinzas (0,32%). Os processos de hidrolise acida e deslignificacao demonstraram remocao eficaz da hemicelulose e da lignina (80% e 58%, respectivamente), e solubilizacao da biomassa (45% e 14%, em media). Os percentuais de sacarificacao da celulose das amostras apos 24 horas de reacao foram de 9,7% para bagaco extraido, 50,4% para celulignina e 72,87% para polpa celulosica. Nao foram observadas variacoes significativas na composicao quimica das cinco amostras estudadas, bem como diferenciacao na sacarificacao das mesmas. Evidenciou-se que emprego de variedades de bagaco de cana-de-acucar distintas utilizando pre-tratamentos em condicoes fixas nao alteram os percentuais quimico-estruturais do vegetal, bem como a recuperacao da glicose e dos acucares redutores presente na celulose. / The present work had as objective the chemical characterization of different varieties of sugarcane bagasse (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902) in different pretreatment conditions and the influence of pretreatments concerning varieties, reducing sugars recovery and biomass saccharification. Different pretreated biomass were obtained from in natura bagasse as it follows: extracted bagasse (24 hours/24 hours water/ethanol extraction in Sohxlet equipment), cellulignin (solid/liquid ratio: 1.5/10; temperature: 150 °C; acid concentration: H2SO4 2% w/v; residence time: 30 minutes); and cellulose pulp (1:10 solid/liquid ratio; 1% NaOH w/v; 100°C; 30 minutes). Enzymatic hydrolysis experiments were performed in 125 mL Erlenmeyers containing citrate buffer (50 mM; pH 5; 1:20 solid/liquid ratio), Tween 20 surfactant (0.15 g/g of bagasse) and commercial enzymatic loads of Celluclast 1.5 L (75 FPU/mL and 13,5 IU/mL of ?- glicosidase) and Novozym 188 (65 IU/mL of ?-glucosidase). Chemical composition of varieties, reducing sugars and biomass saccharification were determined by chromatographic, spectrometric and gravimetric traditional methods. Biomass presented an average composition in each condition as it follows: In natura - cellulose (40.84%), hemicellulose (24.07%), lignin (33.7%) and ashes (0.68%); Extracted - cellulose (38.83%), hemicellulose (27.32%), lignin (25.92), ashes (0.32%) and extractives (10.24%); Cellulignin - cellulose (54.17%), hemicellulose (5.3%), lignin (37.28%) and ashes (0.54%). Cellulose pulp - cellulose (77.48%), hemicellulose (6.07%), lignin (15.4%) and ashes (0.32%). Acid and alkaline hydrolysis presented effective removal of hemicellulose and lignin (80% and 58% respectively), showing as average biomass solubilization 45% and 14%. Saccharification after 24 hours of reaction presented 9,7% for extracted bagasse, 50.4% for cellulignin and 72.87% for cellulose pulp. There were no significant observations in chemical-structural composition and at cellulose saccharification of the five studied samples, showing that the variety did not present any relevant influence on pretreated sugarcane bagasse.

A viabilidade técnica de um sistema termofílico combinado de reatores anaeróbio-aeróbio foi avaliada para tratamento de efluente sintético da indústria de pasta de celulose não branqueada. Estas indústrias apresentam efluente com temperatura superior a 40ºC e o tratamento termofílico pode eliminar a necessidade do resfriamento, necessário para a faixa mesofílica de tratamento, reduzindo custos. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica. Na faixa mesofílica (37,5 a 42,5ºC) a eficiência do sistema foi de (69±3)%, com maior eficiência do reator anaeróbio (56±7)%. Depois que os reatores apresentaram equilíbrio dinâmico aparente, a temperatura foi gradualmente aumentada de 45,0 para 52ºC. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 57% a 88%. A porcentagem de metano no biogás foi decrescendo com o aumento de temperatura, de 77% para valores abaixo do limite de detecção do método cromatográfico utilizado. A eficiência do reator anaeróbio foi baixa e houve acúmulo de ácidos, principalmente acético. O reator aeróbio apresentou maior eficiência de remoção de DQO porém a concentração no licor misto foi baixa. Após a alteração no tempo de detenção hidráulica dos reatores UASB e de lodos ativados para 24 horas e 8 horas, respectivamente, os reatores operaram em faixa de temperatura de 52 a 57ºC por 85 dias. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 54% a 70%. A eficiência do reator UASB continuou baixa enquanto o reator aeróbio apresentou bom desempenho, com eficiências variando de 3% a 35% e de 43% a 75%, respectivamente. As concentrações de SSV no licor misto aumentaram, variando de 122 mg/L a 2940 mg/L. Em faixa de temperatura termofílica houve predomínio de Methanosaetas sp e bacilos no reator anaeróbio, não havendo diferenciação significativa de morfologias comparando com a fase mesofílica. No reator aeróbio houve diferenciação a partir da temperatura de 42,5ºC e predominaram bacilos, cocos e filamentos em temperatura termofílica. Os resultados demonstram a viabilidade do tratamento termofílico, mas outros experimentos são necessários antes da aplicação industrial do processo. / The technical feasibility of a combined thermophilic anaerobic-aerobic biological reactors configuration was evaluated in this work using a synthetic unbleached pulp mill effluent. These industries introduce effluent with temperature greater 40ºC and the treatment would eliminate the need of cooling that is required for the mesophilic range, reducing the costs. The reactors were inoculated with mesophilic sludge with gradual adaptation to the termophilic condition. In the mesophilic range (37.5 to 42.5ºC) the efficiency of the combined system was (69±3)%, with the higher efficiency in the anaerobic reactor (56±7)%. After the reactors reached apparent steady state regime the temperature was gradually increased from 42.5 to 52ºC. The system efficiency ranged from 57% to 88%. The percentage of methane in the biogas decreased with the increase in temperature, from 77% to values below the detection limit of the chromatographic measurement used in this work. The anaerobic efficiency was low and the reactor accumulated fatty acid, mostly acetic. The aerobic reactor presented higher efficiency removal of COD but the mixed liquor concentration was lower. After adjustment in the hydraulic retention time of both reactors, with the UASB operating with 24 hours HRT and the aerobic with 8 hours HRT, the reactors operated in the temperature range of 52 to 57ºC during 85 days. The overall removal efficiency ranged from 54% to 70%. The efficiency of the UASB reactor remained lower while the aerobic reactor presented good performance, with COD removal efficiency in the range of 3% to 35%, respectively. The mixed liquor VSS concentration increased with the increase in temperature from 122 mg/L to 2940 mg/L. In thermophilic temperature there was predominance of Methanosaetas sp and baccilus in the anaerobic reactor, without significant differentiation of morphology in comparison with the mesophilic temperature. In the aerobic reactor there was differentiation in temperature of 42.5ºC and baccilus, cocus and filamentous predominated in the thermophilic temperature. These results indicated the feasibility of the thermophilic treatment but other experiments are needed before industrial application of this process.

O objetivo desse trabalho foi estudar o potencial de xilanases presentes no filtrado de cultura e de xilanases purificadas de Penicillium chrysogenum no processo de branqueamento de polpa celulósica de pseudocaule de bananeiras frutíferas. Inicialmente, estabeleceu-se o meio e o tempo de cultivo ótimos para a produção de xilanase pelas linhagens IFO-4626 e M-85 de Penicillium chrysogenum. Ambas as linhagens apresentam, além da alta atividade de xilanase, alta atividade de pectinases e baixa atividade de celulases, características que contribuem para seu emprego no processamento de polpa e(ou) fibras celulósicas. Para a linhagem IFO-4626, a melhor produção de xilanase foi obtida no meio Ferreira após 60h de cultivo, usando como indutor xilana de oat spelt. O desempenho da linhagem M-85 só se iguala ao da IFO-4626 no tempo 72h, no meio Haas. Como fontes de carbono, palha de cana-de-açúcar e fibra de coco podem substituir a xilana de oat spelt na produção de xilanase pela linhagem IFO-4626. Xilose pode induzir a síntese de xilanase quando nenhuma fonte de xilana é adicionada ao meio. A inibição da atividade de xilanase foi observada nos meios com xilana e glicose (1%) ou galactose (1%). Nos experimentos de purificação da xilanase foi usado o filtrado de cultura obtido após 72h de cultivo da linhagem IFO-4626 no meio Ferreira. Dois picos com atividade de xilanase foram obtidos após a eluição em uma coluna de troca aniônica DEAE-Sephacel. A xilanase I, com massa molecular de 12,6 kDa, Km = 12,14 mg/mL e Vmáx = 7,75 U/µg de proteína, não se ligou à resina e a xilanase II, com massa molecular de 20 kDa, Km = 39,32 mg/mL e Vmáx = 1579,62 mg/mL, foi eluída com 100 mM de NaCl. Tanto as xilanases presentes no filtrado de cultura como as xilanases I e II, apresentaram boa estabilidade térmica a 40°C e 50°C e em valores de pH de 3,5 a 9,0. Porém, além de não possuírem boa estabilidade a 60°C, suas temperaturas e pH ótimos de reação são baixos. As xilanases presentes no filtrado de cultura foram ativadas pela presença de Fe+2, Mn+2, Ca+2 e ditiotreitol (DTT) e inibidas pela presença de Zn+2, dodecil sulfato de sódio (SDS), Pb+2 e Hg+2. A atividade da xilanase I foi estimulada por DTT, Ca+2 e Mn+2 e inibidas por Cu+2, Zn+2, SDS e Hg+2. Já a xilanase II foi inibida por Hg+2 e ativada por diversos íons: Mn+2, Co+2, Fe+2, Ba+2, Ca+2, Cu+2, Mg+2 e por NH4+ e DTT. As xilanases presentes no filtrado de cultura da linhagem IFO-4626 e as xilanases purificadas I e II favoreceram a liberação de cromóforos a 237nm e de açúcares redutores. Porém, as enzimas presentes no filtrado de cultura mostraram-se mais adequadas para liberação de cromóforos com absorção em diferentes comprimentos de onda. Ou seja, constatou-se que as enzimas presentes no filtrado de cultura possuem melhor potencial do que as xilanases purificadas I e II, para favorecer o posterior branqueamento da polpa kraft de pseudocaules de bananeiras frutíferas. / The aim of this work was to study the potential of xylanases present in culture filtrate of Penicillium chrysogenum and of this xylanases purified in favor of the pre-bleaching of pseudo-stem cellulosic pulp of banana trees. Early, it was established the optimal media and time of culture to production of xylanases by IFO-4626 and M-85 Penicillium chrysogenum strains. Both strains have presented such characteristics as to contribute to their use in pulp and/or cellulosic fibers industrial process, besides the high activity of pectinases and the low activity of cellulases. To the IFO-4626 strain, the best production of xylanases using as inductor oat spelt xylan was obtained in the Ferreira medium, after 60h of culture. The performance of M-85 strain only was equal to that at the 72 hours in the Haas medium. As carbon sources, both sugar-cane straw and coconut fiber can substitute the oat spelt xylan in the production of xylanase by IFO-4626 strain. Xylose can induce the synthesis of xylanase when no xylan source was added to the culture medium. The inhibition of activity of xilanase was observed in medium with xylan plus glycose (1%) or galactose (1%). In the essays about xylanase purification, it was used the culture filtrate of IFO-4626 strain, obtained after 72 hours of culture in Ferreira medium. Two peaks with xylanase activity were obtained after the elution in an anionic-exchange column DEAE-Sephacel. The xylanase I, showed molecular mass of 12.6 kDa, Km = 12.14mg/mL and Vmax = 7.75 U/µg of protein, and it was not bind to the resin, and the xylanase II, with molecular mass of 20 kDa, Km = 39.32 mg/mL and Vmáx = 1579.62 mg/mL, was eluted with NaCl 100 mM. The xylanases in the culture filtrate, and the xylanases I and II, have presented good stability at 40°C and 50°C, and in pH values 3.5 to 9.0, despite of having no good stability at 60°C, their optimal temperatures and pH of reaction are low. The xylanases present in culture filtrate were activated by the presence of Fe+2, Mn+2, Ca+2 and dithiothreitol (DTT) and inhibited by the presence of Zn+2, sodium dodecyl sulphate (SDS), Pb+2 and Hg+2. The xylanase I activity was stimulated by DTT, Ca+2, and Mn+2, and inhibited by Cu+2, Zn+2, SDS, and Hg+2. On the other hand, the xylanase II was inibited by Hg+2, and it was activated by several ions, like as: Mn+2, Co+2, Fe+2, Ba+2, Ca+2, Cu+2, Mg+2, and by NH4+ and DTT. The xylanases from IFO-4626 strain, present in the culture filtrate, and the purified xylanases I and II favored the release of chromophores at 237 nm, and release of reducing sugars. Although, the enzymes present in the culture filtrate show better adequacy than the purified ones in order to release chromophores, they show absorption in different wave lengths. In other words, it was verified that the enzymes present in the culture filtrate have the best potential to favor the further bleaching of the banana tree pseudo-stem kraft pulp.