Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-03-21T11:51:42Z No. of bitstreams: 1 FrancinaldoLeiteDaSilva_TESE.pdf: 3609009 bytes, checksum: 2c514bec8990f69a112dbf03fff72a30 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-03-23T12:33:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FrancinaldoLeiteDaSilva_TESE.pdf: 3609009 bytes, checksum: 2c514bec8990f69a112dbf03fff72a30 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T12:33:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FrancinaldoLeiteDaSilva_TESE.pdf: 3609009 bytes, checksum: 2c514bec8990f69a112dbf03fff72a30 (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Nativa do Brasil, a Carna?ba (Copernicia prunifera) tem sido utilizada para diversos fins, incluindo a produ??o de cera a partir de suas folhas, cujo processo gera uma quantidade consider?vel de res?duo, o qual se caracteriza como uma fibra rica em celulose e, portanto, com um potencial para uso como fonte de carbono para a produ??o de enzimas celulol?ticas e etanol. A estrutura qu?mica desse material apresenta a celulose ligada a componentes estruturalmente complexos, como a hemicelulose e a lignina, o que dificulta a produ??o das celulases por fungos filamentosos, bem como, a sua hidr?lise enzim?tica, sendo imprescind?vel a utiliza??o de um pr?-tratamento para a viabiliza??o desses processos. O presente estudo avaliou o efeito de diferentes pr?-tratamentos na palha de carna?ba para a produ??o de enzimas lignocelulol?ticas e para a hidr?lise enzim?tica com vistas ? produ??o de etanol celul?sico por meio dos conceitos de biorrefinaria e microdestilaria. Na primeira etapa deste trabalho, o res?duo da palha de carna?ba foi submetido aos pr?-tratamentos hidrot?rmico (HT), alcalino (AL), ?cido alcalino (AA) e per?xido de hidrog?nio alcalino (A-HP). Os res?duos pr?-tratados e n?o tratado foram caracterizados quimicamente conforme o protocolo da National Renewable Energy Laboratory (NREL) e, fisicamente, por meio das an?lises de Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV), Difra??o de Raio X (DRX) e Espectroscopia de Infravermelho Transformada de Fourier (FTIR). Uma parte de cada res?duo foi utilizada para produ??o de enzimas por meio de Fermenta??o em Estado S?lido (FES), utilizando o fungo Trichoderma reesei CCT-2768. As atividades FPAse, CMCase, ?-glicosidase e xilanase dos extratos foram estimadas e a produ??o posteriormente otimizada. A outra parte dos res?duos foi submetida ? Sacarifica??o e Simult?nea Fermenta??o (SSF) com enzimas comerciais, utilizando as leveduras Saccharomyces cerevisiae UFLA CA11, Saccharomyces cerevisiae CAT-1 e Kluyveromyces marxianus ATCC-36907. Os resultados dos pr?-tratamentos AL, AA e A-HP se destacaram em termos de remo??o de lignina, segundo as an?lises qu?mica e f?sica dos res?duos. Os estudos evidenciaram que o pr?-tratamento da palha da carna?ba com A-HP possui maior capacidade de indu??o da produ??o de enzimas lignocelulol?ticas ao se comparar com outros res?duos lignocelul?sicos, como coco, caju e cana-de-a??car, pr?-tratados pelo mesmo m?todo. A otimiza??o da produ??o de enzimas lignocelulol?ticas permitiu a produ??o de um extrato enzim?tico com atividade FPase de 2,4 U/g e xilanases de 172 U/g. A aplica??o do extrato enzim?tico na hidr?lise do baga?o de cana-de-a??car pr?-tratado mostrou efici?ncia de 86,96%. A hidr?lise enzim?tica, com enzimas comerciais, do res?duo da carna?ba submetido ao pr?-tratamento AL, apresentou a maior convers?o de a??cares (64,43%) e, ao ser submetido ? SSF, produziu 7,53 g/L de etanol, usando Kluyveromyces marxianus ATCC-36907 cultivada a 45 ?C. Os resultados evidenciam, portanto, o potencial biotecnol?gico do res?duo da carna?ba para a produ??o de enzimas celulol?ticas e na obten??o de bioetanol em um arranjo de biorrefinaria e microdestilaria. / Native to Brazil, Carnauba (Copernicia prunifera) has been used for several purposes, including the wax production from its leaves, in the process that generates a considerable amount of residue. This residue is characterized as a fiber rich in cellulose and therefore with potential latent for use as a source of carbon for the production of cellulolytic enzymes and bioethanol. However, the chemical structure of this material presents cellulose bound to structurally complex components, such as hemicellulose and lignin, which hinders the production of cellulases by filamentous fungi, as well as its enzymatic hydrolysis, being essential to use of a pre-treatment for the viability of these processes. The present study evaluated the effect of different pre-treatments on carnauba straw for the production of lignocellulolytic enzymes and for the enzymatic hydrolysis with a view to the production of cellulosic ethanol through the concepts of biorefinery and micro-distillery. In the first stage, carnauba straw residue was submitted to hydrothermal (HT), alkaline (AL), alkaline acid (AA) and alkaline hydrogen peroxide (A-HP) pre-treatments. The pretreated and untreated residues were chemically characterized according to the National Renewable Energy Laboratory (NREL) protocol and, physically, by Scanning Electron Microscopy (MEV), X-Ray Diffraction (XRD) and Spectroscopy of Infrared by Fourier Transform (FTIR). A part of each residue was used to produce enzymes by means of Solid State Fermentation (FES), using the fungus Trichoderma reesei CCT-2768. The FPAse, CMCase, ?-glycosidase and xylanase activities of the extracts were estimated and the production was subsequently optimized. The other part of the residues was subjected to Saccharification and Simultaneous Fermentation (SSF) using commercial enzymes and Saccharomyces cerevisiae UFLA CA11, Saccharomyces cerevisiae CAT-1 and Kluyveromyces marxianus ATCC-36907. The results of the pretreatments AL, AA and A-HP stood out in terms of the removal of lignin, according to the chemical and physical analysis of the residues. The studies showed that pretreatment of carnauba straw with A-HP has a higher capacity to induce the production of lignocellulolytic enzymes when compared to other residues, such as coconut, cashew apple and sugar cane, pretreated by the same method. The optimization of the production of lignocellulolytic enzymes allowed the production of an enzymatic extract with FPase activity of 2.4 U/g and xylanases of 172 U/g. The application of the enzymatic extract in the hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse showed efficiency of 86.96%. The use of AL pretreated carnauba residue in enzymatic hydrolysis, with commercial enzymes, showed a higher conversion of sugars (64.43%) and, when submitted to SSF, produced 7.53 g/L of ethanol, using Kluyveromyces marxianus ATCC-36907 cultured at 45 ?C. The results showed, therefore, the biotechnological potential of the carnauba residue for the production of cellulolytic enzymes and the production of bioethanol by means of biorefinery and micro distillery.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Mariana de Aguiar.pdf: 5014872 bytes, checksum: 64beb98ea03bbb601831a3ce234b8c31 (MD5) Previous issue date: 2010-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lignocellulosic materials are the most abundant residues in the world and there is a worldwide concern to use them as raw material for bioethanol production. This is possible because these materials are rich in cellulose. Cellulose is a biopolymer composed of glucose molecules linked by ß-1-4 glycosidic bonds. Glucose can be converted into ethanol by fermentation and can be obtained from cellulose by enzymatic hydrolysis using cellulases. The cellulases can be produced by several microorganisms under appropriate environmental conditions. Amongst these microorganisms is the fungus Aspergillus niger. In this work, cellulases were obtained by fermentation cultivating A. niger in broth containing pretreated lignocellulosic materials such as sugarcane bagasse, corn straw or wheat straw as the only carbon source. The fermentation kinetic was observed when the pretreated sugarcane bagasse was used as the carbon source. Several variables that affect the enzymatic hydrolysis were analyzed using the three pretreated lignocellulosic materials as hydrolysis substrate. The variables analyzed were: pH, temperature, time of the hydrolysis, mass fraction of the substrate and dilution of the enzymatic broth. The pretreatment of the lignocellulosic materials is paramount for exposing the cellulose chain. Pretreatment consisted of using 4%w/w NaOH solution or 1%w/w H2O2 and their efficiency for removing the lignin from the residues were evaluated. The enzymatic activity also was evaluated by submeting the lignocellulosic materials to successive enzymatic hydrolysis. The enzyme deactivation was evaluated by cooling or freezing the enzymatic broth. It was concluded that Aspergillus niger produces cellulases when grown on medium with pretreated lignocellulosic materials as carbon source. Considering the fermentation kinetic, the ideal time to collect the enzymatic broth with maximum productivity was about 7 days. The cellulase complex does not suffer considerable deactivation when stored at -18°C (freezer) for 43 days, however, the broth activity drops by 43% after 48 hours when stored at 4°C (fridge). The corn straw showed better results as carbon source in fermentation and as substrate hydrolysis, compared with the other materials, with enzymatic activity of 0.895 U/ml. The ideal pH to conduct the enzymatic hydrolysis was 4.8 at 50°C for 50 minutes. The mass fraction of the substrate and enzyme concentration affects the enzymatic activity by a linear dependence. The pretreated materials provided higher enzymatic activity results than the untreated materials. The highest activity enzymatic results were obtained with H2O2 treated substrates, with enzymatic activity of 0.655 U/ml for the sugarcane bagasse, 0.892 U/ml for the corn straw and 0.801 U/ml for the wheat straw. Also, the results show that the H2O2 pretreated materials can be submitted up to, at least, four successive hydrolysis with the second one yielding the highest enzymatic activity for all pretreated residues. / Os resíduos lignocelulósicos são os mais abundantes no mundo e atualmente há uma preocupação mundial em aproveitá-los como matéria-prima na produção de bioetanol. Isto é possível visto que tais resíduos são ricos em celulose. A celulose é um biopolímero composto por moléculas de glicose unidas por ligações glicosídicas ß-1-4. A glicose pode ser transformada em etanol por via fermentativa e pode ser obtida da celulose via hidrólise enzimática utilizando as enzimas celulases. As celulases podem ser produzidas por diversos micro-organismos sob condições adequadas. Dentre esses micro-organismos, destaca-se o fungo Aspergillus niger. Neste trabalho, celulases foram obtidas cultivando-se A. niger em meio de cultura com os resíduos lignocelulósicos bagaço de cana-de-açúcar, palha de milho e palha de trigo pré-tratados com NaOH 4% como única fonte de carbono. Observou-se a cinética da fermentação com bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com NaOH 4% como fonte de carbono. Foram analisadas diversas variáveis que afetam a hidrólise enzimática utilizando os três resíduos lignocelulósicos pré-tratados com NaOH 4% como substrato. As variáveis analisadas foram: pH, temperatura, tempo de hidrólise enzimática, fração mássica de substrato e diluição do caldo enzimático. Avaliou-se a eficiência dos pré-tratamentos dos resíduos com NaOH 4% e com H2O2 1%. Avaliou-se o comportamento da atividade enzimática submetendo os resíduos lignocelulósicos a hidrólises enzimáticas sucessivas. A desativação enzimática foi avaliada nas condições de resfriamento e congelamento do caldo enzimático. Nas condições estudadas, foi concluído que o Aspergillus niger produz celulases quando cultivado em meio com resíduos lignocelulósicos pré-tratados como fonte de carbono. O tempo ideal para coleta do caldo enzimático, com produtividade máxima, foi de aproximadamente 7 dias. O complexo celulásico não sofre desativação se armazenado a temperatura de -18°C (freezer) por 43 dias, mas perde sua atividade em 43% após 48 h se armazenado a 4°C (geladeira). A palha de milho apresentou melhores resultados como fonte de carbono na fermentação e como substrato na hidrólise, comparada com os outros resíduos, com atividade enzimática de 0,895 U/mL. O pH ideal para se conduzir a hidrólise foi 4,8 na temperatura de 50ºC por 50 minutos. A fração de substrato e a concentração das enzimas afetam linearmente a atividade enzimática. Os resíduos pré-tratados proporcionaram melhores resultados de atividade enzimática do que os resíduos não tratados. Os melhores resultados de atividade foram obtidos com os resíduos tratados com solução de H2O2 1%, com atividade de 0,655 U/mL para o bagaço de cana, 0,892 U/mL para a palha de milho e 0,801 U/mL para a palha de trigo. Além disso, os resíduos tratados com H2O2 podem sofrer quatro processos de hidrólise sucessivos, com o segundo processo rendendo a maior atividade enzimática para todos os resíduos pré-tratados.