A produção comercial dos surfactantes ocorre principalmente por síntese química a partir do petróleo. A via biotecnológica se apresenta como uma alternativa promissora por possibilitar a utilização de biomassas vegetais, ricas em carboidratos a exemplo da palha de cana-de-açúcar. Assim, esta biomolécula torna-se mais competitiva comercialmente em relação aos surfactantes químicos, obtendo um processo biossustentável e biodegradável. Microrganismos isolados da Antártica apresentam potencial para a produção destas biomoléculas, uma vez que em condições extremas de sobrevivência estas poderiam ser produzidas em concentrações elevadas. Assim, este estudo avaliou a produção de biossurfactante em hidrolisado hemicelulósico de palha de cana-de-açúcar (HHPC) a partir de leveduras da Antártica, além da caracterização parcial da biomolécula e testes de estabilidade da emulsão. Inicialmente foram avaliadas 24 leveduras, cultivadas em frascos Erlenmeyer de 50 mL em meio semi-definido contendo xilose ou glicose como fontes de carbono, a 25ºC, 150 rpm, por até 72 horas. As propriedades emulsificante e tensoativa do bioproduto foram avaliadas e as culturas que apresentaram resultados satisfatórios para ambas as propriedades e consumo de xilose superior ou igual a 80% foram selecionadas para cultivo em meio formulado com HHPC. Das 24 leveduras testadas, três foram selecionadas para cultivo em hidrolisado: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95) e Rhodotorula mucilaginosa (L52). Destas, a levedura Cryptococcus adeliensis (L95) se destacou por apresentar produção de biomoléculas com maior propriedade emulsificante e tensoativa. Para esta levedura o consumo de xilose em meio semi-definido e em HHPC bem como o índice de emulsificação nas diferentes condições foram semelhantes. O biossurfactante produzido por Cryptococcus adeliensis (L95) foi caracterizado como glicolipídeo. Diferentes métodos de extração desta biomolécula foram testados, no entanto, estes não apresentaram diferença significativa. A estabilidade da emulsão obtida do sobrenadante de L95 em HHPC foi determinada em distintas condições físico-químicas, sendo que esta foi estável a pH extremamente baixo (2,00), baixas temperaturas (0oC e 4oC) e elevada concentração salina (10% m/V). Estes resultados são promissores considerando o potencial de aplicação de biossurfactantes em biorremediação bem como insumos nos mais diversos segmentos industriais, os quais necessitam de biomoléculas que resistam às mais diversas condições ambientais. Desta forma nesta pesquisa foi possível inferir que a biomassa de palha de cana pode ser destinada à obtenção de biossurfactantes a partir de leveduras da Antártica, destacando a relevância da pesquisa quanto à inovação biotecnológica. / The commercial production of surfactants occurs mainly by chemical synthesis from petroleum. The biotechnological pathway is considered as a promising alternative because it allows the use of vegetable biomass, rich in carbohydrates such as sugarcane straw. Thus, this biomolecule becomes more commercially competitive with respect to the chemical surfactants, obtaining a biodegradable process. Microorganisms isolated from Antarctica have the potential to produce these biomolecules, since under extreme conditions of survival, these could be produced in higher concentrations. In this way, this study aims to evaluate the biosurfactant production in sugarcane straw hemicellulosic hydrolysate from Antarctic yeasts, in addition to the partial characterization of the biomolecule and stability tests of the emulsion. Initially, 24 yeasts were evaluated, grown in 50 mL Erlenmeyer flasks in semi-defined medium with xylose or glucose as carbono sources, at 25ºC, 150 rpm, up to 72 hours. The emulsifying and surfactante properties of the bioproduct were evaluated, and the cultures that had satisfactory results for both properties and xylose consumption higher or equal to 80% were selected to be cultivated in a medium formulated with sugarcane straw hemicellulosic hydrolysate (SSHH). In the 24 yeasts tested, three were selected to be cultivated in the hydrolysed: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95) and Rhodotorula mucilaginosa (L52). Among these C. adeliensis (L95) was distinguished by the production of biomolecules with higher emulsifying and tensoactive properties. For this yeast, the xylose consumption in semi-defined medium and in SSHH, as well as the emulsification index under diferente conditions were similar. The biosurfactant produced by C. adeliensis (L95) was characterized as glycolipid. Different methods of extraction of this biomolecule were tested, however, these did not have significant difference. The emulsion stability obtained from the C. adeliensis (L95) supernatant in SSHH was determined under different physicochemical conditions, which was stable at extremely low pH (2,00), low temperatures (0oC and 4oC) and high saline concentration (10% m/v). These results are interesting considering the potential of the biosurfactants application in bioremediation and inputs for several industrial segments, which require biomolecules that resist to the most diverse environmental conditions. In this research, it was concluded that sugarcane straw biomass can be used to obtain biosurfactants from Antarctic yeasts, consequently highlighting the research relevance regarding to the biotechnological innovation.

O cultivo de sorgo se encontra em grande ascensão no Brasil pelas características favoráveis deste cereal como um excelente substituto do milho na alimentação animal, pelo seu comparável valor nutritivo e melhor adaptação a climas secos. Considerando que o sorgo forrageiro é um tipo de sorgo empregado como cobertura de solo e produção de silagem, a sua característica como material lignocelulósico, sua constituição em açúcares nas suas frações celulósica e hemicelulósica, pesquisas para o seu aproveitamento biotecnológico poderão contribuir para a obtenção de produtos de interesse econômico e social, como o xilitol. A obtenção biotecnológica do xilitol, um álcool pentahidroxilado, comercialmente obtido por catálise química de xilose proveniente de materiais lignocelulósicos é uma opção de aproveitamento desta biomassa. Este produto possui características peculiares como poder adoçante comparável ao da sacarose, anticariogenicidade, indicado para diabéticos e obesos o que permite a sua ampla aplicação em diferentes segmentos industriais. Em função de seu elevado custo de produção por via química, pesquisas vêm sendo extensivamente realizadas na busca de uma tecnologia alternativa para sua obtenção por via biotecnológica. Porém, para a aplicação da biotecnologia para produção de xilitol a partir de biomassas lignocelulósicas é necessário a realização de hidrólise destes materiais para a solubilização dos açúcares constituintes da sua fração hemicelulósica. Esta fração é a de interesse, devido ao seu elevado teor de xilose, substrato para a produção de xilitol. Assim, no presente trabalho foram avaliadas 3 variedades (A, B e C) de biomassa de sorgo forrageiro para produção biotecnológica de xilitol empregando a levedura Candida guilliermondii. Foram realizadas diferentes etapas do processo como a caracterização química das variedades, hidrólise ácida, concentração à vácuo, destoxificação e fermentação dos hidrolisados. A performance fermentativa foi avaliada a partir da determinação dos parâmetros rendimento (YP/S) e produtividade (QP) de xilitol, bem como das atividades das enzimas xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH). Pela caracterização química das 3 variedades avaliadas constatou-se que não há diferenças relevantes quanto aos teores das frações celulose, hemicelulose e lignina, embora a variedade A tenha se mostrado mais promissora para a produção de xilitol, em função dos máximos parâmetros YP/S e QP obtidos. Neste caso os máximos valores de rendimento e produtividade de xilitol foram respectivamente correspondentes a 0,35 g/g e 0,16 g/L.h-1 para a variedade A, 0,25 g/g e 0,12 g/L.h-1 para a variedade B e 0,17 g/g e 0,063 g/L.h-1 para a variedade C. Consequentemente as máximas atividades enzimáticas para as enzimas XR (0,25 U/mgprot) e XDH (0,17 U/mgprot) ocorreram nas fermentações realizadas com a variedade A, embora não se observou diferenças marcantes em relação às demais variedades. / The culture of sorghum is in great ascension in Brazil due to the favorable characteristics of this cereal as an excellent substitute for the maize in the animal feeding, with comparable nutritional value and the better adaptation for dry climates. Considering forage sorghum as a type of sorghum that is used as covering of the ground and production of ensilage, its characteristics as lignocellulosic material which is constituted of sugars in its cellulosic and hemicellulosic fractions, researches for the biotechnological exploitation of this biomass will contribute for obtainment of economic and social interest products, like xylitol. The obtainment of xylitol, a pentahydroxilic alcohol, commercially obtained by chemical catalysis of xylose proceeding from lignocellulosic materials is an option of exploitation of this biomass. This product has peculiar characteristics like its sweetener power similar to that of saccharose, anticariogenicity, indicated for diabetic and obese people allowing its application in different industrial segments. Due to its raised cost of chemical production, researches have been extensively carried out in order to search a technological alternative for its obtainment by biotechnological way. However, for xylitol production from lignocellulosic biomasses by biotechnological way, the hydrolysis of these materials for the solubilization of the sugars present in its hemicellulosic fractions is necessary. This fraction is of interest, because it has large amount of xylose, substract for the production of xylitol. Then, in the present work 3 varieties (A, B and C) of forage sorghum biomass for biotechnological production of xylitol were evaluated using the Candida guilliermondii yeast. Different stages of the process were carried out: chemical characterization of the varieties, acid hydrolysis, vacuum concentration, detoxification and fermentations of the hydrolysates. The fermentative performance was evaluated from the determination of the xylitol yield (YP/S) and productivity (QP), and from the activities of the enzymes xylose reductase (XR) and xylitol dehydrogenase (XDH). For the chemical characterization of the 3 evaluated varieties, no relevant difference was verified in relation to amounts of the cellulose, hemicellulose and lignin fractions. However the variety A showed to be more promising for the production of xylitol as a function of the obtained YP/S and QP maximum parameters. In this case the maximum values xylitol yield and productivity were respectively 0,35 g/g and 0,16 g/L.h-1 for the variety A, 0,25 g/g and 0,12 g/L.h-1 for the variety B and 0,17 g/g and 0,063 g/L.h-1 for the variety C. Consequently the maximum enzymatic activities for enzymes XR (0,25 U/mgprot) and XDH (0,17 U/mgprot) occurred in the fermentations carried out with the variety A, and no notable difference was observed in relation to the other varieties.

Os biossurfactantes são compostos de origem vegetal e microbiana, com propriedades tensoativas e/ou emulsificantes, que devido ao seu apelo ambiental em relação aos surfactantes sintéticos vêm se destacando nos últimos anos. São considerados produtos ecologicamente corretos, por serem biodegradáveis e exibirem reduzida/nula toxicidade. Além disso, a possibilidade de biossíntese utilizando processos fermentativos, empregando subprodutos agroindustriais como fonte de nutrientes é outra vantagem destes bioprodutos. O presente trabalho avaliou a produção de biossurfactantes por leveduras utilizando o hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar como fonte de carbono. Durante o estudo utilizou-se processos fermentativos em frascos na biossíntese dos biossurfactantes e métodos cromatográficos, espectrofotométricos, espectrométricos na caracterização dos hidrolisados e dos biossurfactantes. Observou-se que as 30 leveduras estudadas produziram biossurfactantes glicolipídicos em meio de cultivo suplementado com hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar, utilizando entre 14 e 99 % da xilose e exibiram produtividades variando de 0.0035 a 0,1667 g/L.h. Os glicolipídeos produzidos pelas leveduras SSS1, SSS5, SSS6, SSS13, SSS18, SSS27 e SSS28 apresentaram potencial larvicida quando testados frente a Aedes aegypti, eliminando entre 20 - 100 % das larvas. Dentre as leveduras estudadas, a Trichosporon mucoides (SSS11) mostrou-se como melhor produtora de biossurfactante glicolipídico (produção de 11,334 ± 2,169 g/L - produtividade de 0,1667 g/L.h), produzindo um soforolipídeo com propriedades emulsificantes destacadas em diversas condições ambientais, onde os parâmetros temperatura, salinidade e pH foram variados. Após a otimização da produção tendo como base o meio suplementado com hidrolisado hemicelulósico, o biossurfactante produzido pela levedura apresentou um índice de emulsificação variando entre 86 - 90 % e uma tensão superficial de 34 mN/m, sendo considerado um promissor bioproduto para aplicação industrial. / Biosurfactants are plant and microbial metabolites with surface-active properties and / or emulsifiers, which due to environmental concerns about synthetic surfactants, have been highlighted in recent years. This intrinsic biodegradability and non-toxity of biosurfactants are responsible for their increased importance when compared to synthetic analogues. More than that, additionally the possibility of using alternative substracts for its synthesis, like biodegradable agroindustrial subproducts and the use of a bioprocess, reduce their the final cost of the production. Considering this, the present research evaluated biosurfactants production by yeasts using sugar cane bagasse hemicellulosic hydrolysate as carbon source, suggesting these compounds are potential alternative products for lignocellulosic biorefineries. The 30 yeasts studied produced glycolipid biosurfactants in supplemented sugar cane bagasse hydrolysate growth media, with 14 - 99 % of xylose and 0,0035 -0,1667 g/L.h productivity. The glycolipids produced by yeasts SSS1, SSS5, SSS6, SSS13, SSS18, SSS27 and SSS28 presented high larvicidas properties when tested against Aedes aegypti, killing 20 - 100 % of larvaes. Among the analyzed yeasts, Trichosporon mucoides (SSS11) was the best glycolipid biosurfactant productor (11,334 ± 2,169 g/L - productivity of 0,1667 g/L.h), allowing the isolation of a sophorolipid with emulsifier properties, tested in many physico-chemical conditions like variation of temperature, salt concentrations and pH. After nutritional otimization using the suplemented hemicellulosic hydrolysate media growth, the biosurfactant produced by Trichosporon mucoides presented emulsification levels from 86 - 90 % and a superficial tension of 34 mN/m, being considered an important bioproduct for industrial application.

A produção comercial dos surfactantes ocorre principalmente por síntese química a partir do petróleo. A via biotecnológica se apresenta como uma alternativa promissora por possibilitar a utilização de biomassas vegetais, ricas em carboidratos a exemplo da palha de cana-de-açúcar. Assim, esta biomolécula torna-se mais competitiva comercialmente em relação aos surfactantes químicos, obtendo um processo biossustentável e biodegradável. Microrganismos isolados da Antártica apresentam potencial para a produção destas biomoléculas, uma vez que em condições extremas de sobrevivência estas poderiam ser produzidas em concentrações elevadas. Assim, este estudo avaliou a produção de biossurfactante em hidrolisado hemicelulósico de palha de cana-de-açúcar (HHPC) a partir de leveduras da Antártica, além da caracterização parcial da biomolécula e testes de estabilidade da emulsão. Inicialmente foram avaliadas 24 leveduras, cultivadas em frascos Erlenmeyer de 50 mL em meio semi-definido contendo xilose ou glicose como fontes de carbono, a 25ºC, 150 rpm, por até 72 horas. As propriedades emulsificante e tensoativa do bioproduto foram avaliadas e as culturas que apresentaram resultados satisfatórios para ambas as propriedades e consumo de xilose superior ou igual a 80% foram selecionadas para cultivo em meio formulado com HHPC. Das 24 leveduras testadas, três foram selecionadas para cultivo em hidrolisado: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95) e Rhodotorula mucilaginosa (L52). Destas, a levedura Cryptococcus adeliensis (L95) se destacou por apresentar produção de biomoléculas com maior propriedade emulsificante e tensoativa. Para esta levedura o consumo de xilose em meio semi-definido e em HHPC bem como o índice de emulsificação nas diferentes condições foram semelhantes. O biossurfactante produzido por Cryptococcus adeliensis (L95) foi caracterizado como glicolipídeo. Diferentes métodos de extração desta biomolécula foram testados, no entanto, estes não apresentaram diferença significativa. A estabilidade da emulsão obtida do sobrenadante de L95 em HHPC foi determinada em distintas condições físico-químicas, sendo que esta foi estável a pH extremamente baixo (2,00), baixas temperaturas (0oC e 4oC) e elevada concentração salina (10% m/V). Estes resultados são promissores considerando o potencial de aplicação de biossurfactantes em biorremediação bem como insumos nos mais diversos segmentos industriais, os quais necessitam de biomoléculas que resistam às mais diversas condições ambientais. Desta forma nesta pesquisa foi possível inferir que a biomassa de palha de cana pode ser destinada à obtenção de biossurfactantes a partir de leveduras da Antártica, destacando a relevância da pesquisa quanto à inovação biotecnológica. / The commercial production of surfactants occurs mainly by chemical synthesis from petroleum. The biotechnological pathway is considered as a promising alternative because it allows the use of vegetable biomass, rich in carbohydrates such as sugarcane straw. Thus, this biomolecule becomes more commercially competitive with respect to the chemical surfactants, obtaining a biodegradable process. Microorganisms isolated from Antarctica have the potential to produce these biomolecules, since under extreme conditions of survival, these could be produced in higher concentrations. In this way, this study aims to evaluate the biosurfactant production in sugarcane straw hemicellulosic hydrolysate from Antarctic yeasts, in addition to the partial characterization of the biomolecule and stability tests of the emulsion. Initially, 24 yeasts were evaluated, grown in 50 mL Erlenmeyer flasks in semi-defined medium with xylose or glucose as carbono sources, at 25ºC, 150 rpm, up to 72 hours. The emulsifying and surfactante properties of the bioproduct were evaluated, and the cultures that had satisfactory results for both properties and xylose consumption higher or equal to 80% were selected to be cultivated in a medium formulated with sugarcane straw hemicellulosic hydrolysate (SSHH). In the 24 yeasts tested, three were selected to be cultivated in the hydrolysed: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95) and Rhodotorula mucilaginosa (L52). Among these C. adeliensis (L95) was distinguished by the production of biomolecules with higher emulsifying and tensoactive properties. For this yeast, the xylose consumption in semi-defined medium and in SSHH, as well as the emulsification index under diferente conditions were similar. The biosurfactant produced by C. adeliensis (L95) was characterized as glycolipid. Different methods of extraction of this biomolecule were tested, however, these did not have significant difference. The emulsion stability obtained from the C. adeliensis (L95) supernatant in SSHH was determined under different physicochemical conditions, which was stable at extremely low pH (2,00), low temperatures (0oC and 4oC) and high saline concentration (10% m/v). These results are interesting considering the potential of the biosurfactants application in bioremediation and inputs for several industrial segments, which require biomolecules that resist to the most diverse environmental conditions. In this research, it was concluded that sugarcane straw biomass can be used to obtain biosurfactants from Antarctic yeasts, consequently highlighting the research relevance regarding to the biotechnological innovation.

Os biossurfactantes são compostos de origem vegetal e microbiana, com propriedades tensoativas e/ou emulsificantes, que devido ao seu apelo ambiental em relação aos surfactantes sintéticos vêm se destacando nos últimos anos. São considerados produtos ecologicamente corretos, por serem biodegradáveis e exibirem reduzida/nula toxicidade. Além disso, a possibilidade de biossíntese utilizando processos fermentativos, empregando subprodutos agroindustriais como fonte de nutrientes é outra vantagem destes bioprodutos. O presente trabalho avaliou a produção de biossurfactantes por leveduras utilizando o hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar como fonte de carbono. Durante o estudo utilizou-se processos fermentativos em frascos na biossíntese dos biossurfactantes e métodos cromatográficos, espectrofotométricos, espectrométricos na caracterização dos hidrolisados e dos biossurfactantes. Observou-se que as 30 leveduras estudadas produziram biossurfactantes glicolipídicos em meio de cultivo suplementado com hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar, utilizando entre 14 e 99 % da xilose e exibiram produtividades variando de 0.0035 a 0,1667 g/L.h. Os glicolipídeos produzidos pelas leveduras SSS1, SSS5, SSS6, SSS13, SSS18, SSS27 e SSS28 apresentaram potencial larvicida quando testados frente a Aedes aegypti, eliminando entre 20 - 100 % das larvas. Dentre as leveduras estudadas, a Trichosporon mucoides (SSS11) mostrou-se como melhor produtora de biossurfactante glicolipídico (produção de 11,334 ± 2,169 g/L - produtividade de 0,1667 g/L.h), produzindo um soforolipídeo com propriedades emulsificantes destacadas em diversas condições ambientais, onde os parâmetros temperatura, salinidade e pH foram variados. Após a otimização da produção tendo como base o meio suplementado com hidrolisado hemicelulósico, o biossurfactante produzido pela levedura apresentou um índice de emulsificação variando entre 86 - 90 % e uma tensão superficial de 34 mN/m, sendo considerado um promissor bioproduto para aplicação industrial. / Biosurfactants are plant and microbial metabolites with surface-active properties and / or emulsifiers, which due to environmental concerns about synthetic surfactants, have been highlighted in recent years. This intrinsic biodegradability and non-toxity of biosurfactants are responsible for their increased importance when compared to synthetic analogues. More than that, additionally the possibility of using alternative substracts for its synthesis, like biodegradable agroindustrial subproducts and the use of a bioprocess, reduce their the final cost of the production. Considering this, the present research evaluated biosurfactants production by yeasts using sugar cane bagasse hemicellulosic hydrolysate as carbon source, suggesting these compounds are potential alternative products for lignocellulosic biorefineries. The 30 yeasts studied produced glycolipid biosurfactants in supplemented sugar cane bagasse hydrolysate growth media, with 14 - 99 % of xylose and 0,0035 -0,1667 g/L.h productivity. The glycolipids produced by yeasts SSS1, SSS5, SSS6, SSS13, SSS18, SSS27 and SSS28 presented high larvicidas properties when tested against Aedes aegypti, killing 20 - 100 % of larvaes. Among the analyzed yeasts, Trichosporon mucoides (SSS11) was the best glycolipid biosurfactant productor (11,334 ± 2,169 g/L - productivity of 0,1667 g/L.h), allowing the isolation of a sophorolipid with emulsifier properties, tested in many physico-chemical conditions like variation of temperature, salt concentrations and pH. After nutritional otimization using the suplemented hemicellulosic hydrolysate media growth, the biosurfactant produced by Trichosporon mucoides presented emulsification levels from 86 - 90 % and a superficial tension of 34 mN/m, being considered an important bioproduct for industrial application.

O cultivo de sorgo se encontra em grande ascensão no Brasil pelas características favoráveis deste cereal como um excelente substituto do milho na alimentação animal, pelo seu comparável valor nutritivo e melhor adaptação a climas secos. Considerando que o sorgo forrageiro é um tipo de sorgo empregado como cobertura de solo e produção de silagem, a sua característica como material lignocelulósico, sua constituição em açúcares nas suas frações celulósica e hemicelulósica, pesquisas para o seu aproveitamento biotecnológico poderão contribuir para a obtenção de produtos de interesse econômico e social, como o xilitol. A obtenção biotecnológica do xilitol, um álcool pentahidroxilado, comercialmente obtido por catálise química de xilose proveniente de materiais lignocelulósicos é uma opção de aproveitamento desta biomassa. Este produto possui características peculiares como poder adoçante comparável ao da sacarose, anticariogenicidade, indicado para diabéticos e obesos o que permite a sua ampla aplicação em diferentes segmentos industriais. Em função de seu elevado custo de produção por via química, pesquisas vêm sendo extensivamente realizadas na busca de uma tecnologia alternativa para sua obtenção por via biotecnológica. Porém, para a aplicação da biotecnologia para produção de xilitol a partir de biomassas lignocelulósicas é necessário a realização de hidrólise destes materiais para a solubilização dos açúcares constituintes da sua fração hemicelulósica. Esta fração é a de interesse, devido ao seu elevado teor de xilose, substrato para a produção de xilitol. Assim, no presente trabalho foram avaliadas 3 variedades (A, B e C) de biomassa de sorgo forrageiro para produção biotecnológica de xilitol empregando a levedura Candida guilliermondii. Foram realizadas diferentes etapas do processo como a caracterização química das variedades, hidrólise ácida, concentração à vácuo, destoxificação e fermentação dos hidrolisados. A performance fermentativa foi avaliada a partir da determinação dos parâmetros rendimento (YP/S) e produtividade (QP) de xilitol, bem como das atividades das enzimas xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH). Pela caracterização química das 3 variedades avaliadas constatou-se que não há diferenças relevantes quanto aos teores das frações celulose, hemicelulose e lignina, embora a variedade A tenha se mostrado mais promissora para a produção de xilitol, em função dos máximos parâmetros YP/S e QP obtidos. Neste caso os máximos valores de rendimento e produtividade de xilitol foram respectivamente correspondentes a 0,35 g/g e 0,16 g/L.h-1 para a variedade A, 0,25 g/g e 0,12 g/L.h-1 para a variedade B e 0,17 g/g e 0,063 g/L.h-1 para a variedade C. Consequentemente as máximas atividades enzimáticas para as enzimas XR (0,25 U/mgprot) e XDH (0,17 U/mgprot) ocorreram nas fermentações realizadas com a variedade A, embora não se observou diferenças marcantes em relação às demais variedades. / The culture of sorghum is in great ascension in Brazil due to the favorable characteristics of this cereal as an excellent substitute for the maize in the animal feeding, with comparable nutritional value and the better adaptation for dry climates. Considering forage sorghum as a type of sorghum that is used as covering of the ground and production of ensilage, its characteristics as lignocellulosic material which is constituted of sugars in its cellulosic and hemicellulosic fractions, researches for the biotechnological exploitation of this biomass will contribute for obtainment of economic and social interest products, like xylitol. The obtainment of xylitol, a pentahydroxilic alcohol, commercially obtained by chemical catalysis of xylose proceeding from lignocellulosic materials is an option of exploitation of this biomass. This product has peculiar characteristics like its sweetener power similar to that of saccharose, anticariogenicity, indicated for diabetic and obese people allowing its application in different industrial segments. Due to its raised cost of chemical production, researches have been extensively carried out in order to search a technological alternative for its obtainment by biotechnological way. However, for xylitol production from lignocellulosic biomasses by biotechnological way, the hydrolysis of these materials for the solubilization of the sugars present in its hemicellulosic fractions is necessary. This fraction is of interest, because it has large amount of xylose, substract for the production of xylitol. Then, in the present work 3 varieties (A, B and C) of forage sorghum biomass for biotechnological production of xylitol were evaluated using the Candida guilliermondii yeast. Different stages of the process were carried out: chemical characterization of the varieties, acid hydrolysis, vacuum concentration, detoxification and fermentations of the hydrolysates. The fermentative performance was evaluated from the determination of the xylitol yield (YP/S) and productivity (QP), and from the activities of the enzymes xylose reductase (XR) and xylitol dehydrogenase (XDH). For the chemical characterization of the 3 evaluated varieties, no relevant difference was verified in relation to amounts of the cellulose, hemicellulose and lignin fractions. However the variety A showed to be more promising for the production of xylitol as a function of the obtained YP/S and QP maximum parameters. In this case the maximum values xylitol yield and productivity were respectively 0,35 g/g and 0,16 g/L.h-1 for the variety A, 0,25 g/g and 0,12 g/L.h-1 for the variety B and 0,17 g/g and 0,063 g/L.h-1 for the variety C. Consequently the maximum enzymatic activities for enzymes XR (0,25 U/mgprot) and XDH (0,17 U/mgprot) occurred in the fermentations carried out with the variety A, and no notable difference was observed in relation to the other varieties.

No presente trabalho foram estudados a necessidade de suplementação nutricional do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz para bioconversão a etanol pela levedura Pichia stipitis, e os efeitos da agitação e da razão Vfrasco/Vmeio, em frascos agitados, sobre os parâmetros fermentativos deste processo. Os estudos da suplementação do hidrolisado para produção de etanol por bioconversão pela levedura Pichia stipitis avaliou a adição dos nutrientes: uréia ( 0 a 2,3 g/L) MgSO4.7H2O (0 a 1,0 g/L) e extrato de levedura (0 a 3,0 g/L). Este estudo mostrou que apenas a adição 3 g/L de extrato de levedura foi necessária para que o processo alcançasse bons resultados de conversão (YP/S = 0,29 g/g) e produtividade em etanol (QP = 0,24 g/L.h) não necessitando portanto da adição dos demais nutrientes. Comparado com o meio suplementado com todos os nutrientes, a suplementação com apenas 3 g/L de extrato de levedura, levou a um aumento de 14% na produtividade do processo. A avaliação da oxigenação em frascos agitados mostrou que a aeração foi um fator capaz de influenciar fortemente os parâmetros de fermentação (YP/S e QP). A condição de maior aeração favoreceu a produção de células e a condição de menor aeração favoreceu a conversão em etanol, porém com baixa produtividade, sendo a produtividade em etanol favorecida por condições intermediárias de aeração, correspondente a agitação de 200 rpm e a razão Vfrasco/Vmeio de 2,5, onde foram alcançadas conversão em produto (YP/S) e produtividade em etanol (QP) de 0,36 g/g e 0,39 g/L.h, respectivamente, o que representa um aumento de cerca de 63% a produtividade e 24% a conversão em etanol, quando comparado com as condições de aeração utilizadas anteriormente. A cinética de fermentação de Pichia stipitis no hidrolisado empregando as condições de suplementação nutricional e aeração otimizadas mostrou que a máxima concentração de etanol alcançada para o hidrolisado suplementado foi cerca de 23,6 g/L após 48 horas, consumindo neste tempo 86 % dos açúcares presentes no meio. Comportamento semelhante foi observado para o meio sintético, onde, no mesmo tempo, a máxima concentração de etanol foi de 24,4 g/L, porém com completo consumo dos açúcares. / The present work studied the necessity of nutritional supplementation of rice straw hemicellulosic hydrolysate for ethanol bioconversion by Pichia stipitis, and the aeration (effects of agitation and Vflask/Vmedium ratio) in agitated flasks, on the fermentative parameters of the process. The studies on the hydrolysate supplementation for ethanol production by Pichia stipitis yeast bioconversion evaluated the nutrients addition: urea (0 to 2.3 g/L), MgSO47H2O (0 to 10 g/L) and yeast extract (0 to 3.0 g/L). This study showed that only the addition of 3g/L yeast extract was enough to obtain good results for ethanol conversion (YP/S = 0.29 g/g) and productivity (QP = 0.24 g/L.h). By comparing to the medium supplemented with all the nutrients, the supplementation with only 3 g/L yeast extract increased 14% the process productivity. The evaluation of the oxygenation in agitated flasks showed that the aeration highly influenced the fermentative parameters (YP/S and QP). The condition of higher aeration favored the cells production and the condition of lower aeration favored the ethanol conversion, but with low productivity. The ethanol productivity was favored by intermediary conditions of aeration, correspondent to 200 rpm agitation and 2.5 Vflask/Vmedium ratio, thus obtaining 0.36 g/g product conversion (YP/S) and 0.39 g/L.h ethanol productivity (QP). This means an increase of approximately 63% productivity and 24% ethanol conversion, when compared to the aeration conditions previously used. The kinetics of Pichia stipitis fermentation in the hydrolysate using the optimized conditions of nutritional supplementation and aeration rate showed that the maximum ethanol concentration for the supplemented hydrolysate was about 23.6 g/L after 48h, consuming 86% sugars present in the medium. Similar behavior was observed for the synthetic medium where, with the same time, the maximum ethanol concentration was 24.4 g/L, but with the complete sugars consumption.

Este trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de um processo de destoxificação biológica do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar utilizando as leveduras Issatchenkia occidentalis CCTCC M 206097 e Issatchenkia orientalis CCTCC M 206098. Com este propósito, foi realizado testes com diferentes concentrações de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar e diferentes condições experimentais para avaliar a influência do fator de concentração e pH inicial do hidrolisado, temperatura e agitação do sistema, na eficiência da redução na concentração de compostos inibidores presentes no hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar, sem a redução na concentração de açúcares. As leveduras avaliadas apresentaram os maiores valores de redução na concentração dos inibidores e uma menor perda de açúcares quando utilizado o hidrolisado com fator de concentração 5. Nestes experimentos foram constatados que o aumento na concentração de D-glicose e D-xilose favoreceram o menor consumo destes açúcares por estas leveduras. Foi observado também que após 24 h de ensaio empregando a levedura I. occidentalis a redução na concentração de siringaldeído (66,67%) e ácido ferúlico (73,33%) foi maior quando destoxificado o hidrolisado concentrado. Entretanto, nestas mesmas condições ao empregar a levedura I. orientalis foi verificado uma redução maior na concentração de 5-hidroximetilfurfural (80%) e furfural (56,25%). Com base no potencial de redução destes compostos inibidores em hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar concentrado, foram realizados estudos para avaliar a influência do pH inicial do hidrolisado (4,0 a 7,0), temperatura (23 a 37°C) e agitação do sistema (100 a 300 rpm) na porcentagem de redução da concentração do total de inibidores, utilizando um planejamento fatorial 23 com 3 repetições no ponto central. De acordo com os resultados, verificou-se que independente do microrganismo utilizado como agente destoxificante do hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar a maior porcentagem de redução na concentração dos inibidores totais foi obtida ao empregar todos os fatores avaliados em seus níveis inferiores. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram o potencial das leveduras Issatchenkia occidentalis CCTCC M 206097 e Issatchenkia orientalis CCTCC M 206098 como agentes destoxificantes de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. / This work had as the main objective contribute for the development of a biological detoxification of sugarcane bagasse hydrolysate using the Issatchenkia occidentalis CCTCC M 206097 and Issatchenkia orientalis CCTCC M 206098 yeasts. With this aim, it was done tests with hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse in different concentrations and different experimental conditions to evaluate the influence of the hydrolysate concentration, icicial pH of the hydrolysate, temperature and system agitation, on the efficiency of concentration reduction of inhibitory compound present in the sugarcane bagasse hydrolysate, without sugar concentration reduction. The evaluated yeasts showed more redutction values on the the inhibitors concentration and less sugar losses when it was used the hydrolysate five fold concentrated. At these experimets it was found that the concentration rise of D-glucose and D-Xylose favored a lower sugar consumption by the yeasts. It was also observed that after 24 h of experiment using I. occidentalis yeast the reduction of syringaldehyde concentraction (66,67%) and ferulic acid concentration (73,33%) was higher when the concentrated hydrolysate was detoxified. However, under the same conditions using I. orientalis it was observed a higher reduction on the 5-hydroxymethylfurfural (80%) and furfural (56,25%). Based on the potential reducion of these inhibitors in concentrated sugarcane bagasse hydrolysate, it was performed studies to evaluate the influence of initial pH (4,0 or 7,0), temperature (23 to 37°C) and system agitation (100 to 300 rpm) on the reduction percentage of total inhibitors concentration, using a factorial experimental design 23 with three repetitions in the central point. According to the results, it was observed that independent of the microrganism used as detoxificant agent of the sugarcane bagasse hydrolysate, the largest reduction percentage of the total inhibitors concentration was obtained using all the factors evaluated in their low levels. The results obtained in this work showed the potential of the yeasts Issatchenkia occidentalis CCTCC M 206097 and Issatchenkia orientalis CCTCC M 206098 asdetoxificant agent of hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse.

O presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito da suplementação do meio de fermentação com diferentes fontes de nitrogênio e avaliar estratégias de aclimatação da levedura Pichia stipitis ao hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz visando melhorar a produção de etanol. Em uma primeira etapa do trabalho foram realizados estudos em meio semissintético para avaliar o efeito das fontes de nitrogênio arginina, ácido glutâmico, uréia e fosfato de amônio sobre a produção de etanol por P. stipitis. Os resultados em meio semissintético demonstraram que o meio composto por ácido glutâmico, fosfato de amônio e extrato de levedura nas concentrações de 3 g/L proporcionou os melhores resultados de conversão (YP/S = 0,36 g/g) e produtividade (QP = 0,71 g/L.h). O estudo de suplementação nutricional do hidrolisado mostrou que o crescimento de P. stipitis foi inibido pela suplementação com ácido glutâmico, e que a presença de extrato de levedura e fosfato de amônio não apresentou qualquer efeito sobre a produção de etanol, sendo o hidrolisado hemicelulósico capaz de suprir a necessidade nutricional da levedura, dispensando a sua suplementação para o uso como meio de fermentação. Na etapa de aclimatação da levedura P. stipitis ao hidrolisado, foram avaliadas cinco estratégias (A, B, C, D e E), baseadas em transferências sucessivas de células para meios com concentrações crescentes de hidrolisado, 45, 60 e 75 % (v/v). Durante a estratégia de aclimatação A foi possível isolar uma colônia (A75-2) capaz de fermentar em hidrolisado contendo 70 g/L de xilose, alcançando valores dos parâmetros YP/S (0,35 g/g) e QP (0,23 g/L.h), 10 e 28 % superiores, respectivamente, aos obtidos pela cepa original. Os resultados das estratégias B e C mostraram que mesmo empregando um maior número de transferências, assim como a utilização de elevadas concentrações celulares, não foram capazes de contribuir com o processo de aclimatação. Na avaliação das estratégias D e E, verificou-se que o emprego de condições de maiores níveis de fornecimento de oxigênio durante as etapas de transferências sucessivas propiciaram condições mais adequadas para que a levedura superasse os efeitos de inibição ocasionados pelos compostos tóxicos presentes no hidrolisado. A estratégia E, realizada sob condição de maior aeração, apresentou os melhores resultados dentre as estratégias de aclimatação avaliadas, sendo obtida uma produção de 27 g/L de etanol após 72 horas. Além disso, esta estratégia foi a única em que a levedura foi capaz de manter os valores de YP/S (0,33 g/g) e QP (0,35 g/L.h) durante todas as transferências, indicando uma maior aclimatação ao hidrolisado. Na fermentação em biorreator, o emprego de inóculo proveniente de cultivo sucessivo de células, quando comparado à fermentação realizada sem cultivo sucessivo, proporcionou um aumento de 7 e 50% sobre os valores de YP/S e QP, respectivamente. Com os resultados do presente trabalho pode-se concluir que estratégias de aclimatação da levedura P. stipitis em hidrolisado não destoxificado são métodos eficazes para a superação de inúmeros problemas relativos às condições de stress fisiológico e inibição do metabolismo microbiano. Porém, a resposta fisiológica da levedura P. stipitis é dependente do número de transferências, concentração celular e oxigenação do meio. / In this work, different acclimatization strategies employing the yeast Pichia stipitis on rice straw hemicellulosic hydrolysate with high xylose concentration were evaluated. Initially, the effects of nitrogen sources supplementation in the semisynthetic and hydrolysate medium on P.stipitis fermentation were studied. The results showed that in semisynthetic medium the addition of glutamic acid, ammonium phosphate and yeast extract at concentrations of 3 g/L provided the best conversion (YP/S = 0.36 g/g) and productivity (QP = 0.71 g/L.h). On the other hand, the hydrolysate supplementation with yeast extract and ammonium phosphate did not show effect on the fermentative parameters, whereas glutamic acid supplementation inhibited completely the cellular growth. These results show that the hemicellulosic hydrolysate can be used as a fermentation medium without any nutritional supplementation. To overcome the effects of inhibition caused by toxic compounds present on rice straw hemicellulosic hydrolysate, five acclimatization strategies (A, B, C, D and E) were performed by sequentially transferring of the cells in hydrolysate containing increasing concentrations (45, 60 and 75% (v/v). During the strategy A was possible isolate a colony (A75-2) with ability to ferment the hydrolysate containing xylose at 70 g/L (YP/S = 0.35 g/g and QP =0.23 g/L.h), which corresponded to increase of 10 and 28%, respectively, as compared to the values obtained by the original strain. Employing a greater number of transfers, as well as the use of high cell concentrations (strategies B and C) was not possible improve to the acclimatization process. Regarding the strategy E, which employed higher levels of oxygen supply during periods of successive transfers, showed the most appropriate for the yeast overcome the effects of inhibition caused by toxic compounds present in the hydrolysate. With this strategy the best results (27 g/L ethanol after 72 hours) among all assessed, were observed. Moreover, this approach was the only in which the yeast was able to keep the values of YP/S (0.33 g/g) and QP (0.35 g/L.h) for all transfers, indicating greater acclimatization to hydrolysate. By using this strategy in bioreactor fermentation, it was obtained an increase of 7 and 50% on the values of YP/S and QP, respectively, in relation the reference fermentation (without successive transfer). It is possible conclude that acclimatization strategies of the yeast P. stipitis in no detoxified hydrolysate are effective methods to overcome numerous problems concerning the physiological stress and inhibition of microbial metabolism. However, the physiological response of yeast is dependent on the transfers number, cell concentration and oxygenation level of the medium.

A crescente demanda pelo etanol combustível para reduzir a dependência e promover a substituição de combustíveis fósseis, contribuirá para maior acúmulo de bagaço de cana no ambiente. Esta biomassa que é no Brasil um subproduto do setor sucroalcooleiro, embora venha sendo empregada para a geração de energia na produção de açúcar e álcool, pode ter seu aproveitamento alternativo para a obtenção de especialidades como o xilitol contribuindo para trazer vantagens econômicas para este setor. Neste sentido, pesquisas vêm sendo feitas para o aproveitamento biotecnológico do bagaço de cana para a produção de xilitol, um poliol com características peculiares como seu poder adoçante semelhante ao da sacarose, não cariogênico e indicado para diabéticos e obesos bem como no tratamento de doenças respiratórias e na prevenção de osteoporose. Sua produção comercial ocorre por catálise química da xilose proveniente de materiais lignocelulósicos ricos em xilana o que é de custo elevado. Para a obtenção biotecnológica de xilitol a partir destes materiais, inicialmente é necessária a desconstrução da matriz polimérica destes para a separação de suas principais frações: celulose, hemicelulose e ligninina. No caso do xilitol, a fração de interesse é a hemicelulose por ser constituída principalmente da pentose xilose, substrato para este bioprocesso. A hidrólise ácida diluída tem sido comumente empregada nas pesquisas para a obtenção do hidrolisado hemicelulósico rico em xilose. Entretanto, neste processo ocorre também a liberação/formação de compostos tóxicos aos micro-organismos, inibidores de atividades enzimáticas como fenólicos, ácidos orgânicos, furfural, hidroximetilfurfural além de íons metálicos. No presente trabalho, foram empregadas duas metodologias de destoxificação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana: elevação do pH para 7,0 com óxido de cálcio seguida do abaixamento para 2,5 com ácido fosfórico, combinada à adsorção em carvão vegetal ativado (1,0% p/v, 100rpm, 30 min. a 60°C); e floculação por polímero vegetal (15% p/v, 200rpm, 15min. a 25°C). Avaliação da eficácia destes procedimentos foi feita quanto à remoção de tóxicos e à fermentabilidade do hidrolisado, avaliada pela bioconversão de xilose em xilitol empregando a levedura Candida guiliermondii. De acordo com os resultados, a alteração de pH combinada à adsorção com carvão ativo propiciou maior remoção de compostos fenólicos (80%), com consequente favorecimento dos parâmetros fermentativos rendimento (YP/S=0,78g/g) e produtividade (QP=0,48g/L.h) de xilitol, enquanto a utilização de polímero levou à maior perda dos íons cromo e ferro (superior a 90%), além de níquel. Pela avaliação das atividades das enzimas xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XD), responsáveis pelos passos iniciais da bioconversão de xilose em xilitol, pode-se constatar que não há uma correlação entre as suas máximas atividades e a condição de maior remoção de tóxicos e máximos parâmetros fermentativos. Isto pode ser constatado pelo fato de que a máxima atividade da XR (0,446 U/mgprot) foi obtida no experimento controle no qual o hidrolisado foi submetido apenas ao ajuste de pH para a fermentação (pH=5,5) enquanto para a XD esta foi máxima (0,565 U/mgprot) com a utilização do polímero vegetal. / The increasing search for ethanol fuel in order to reduce the dependence and to promote the substitution of fossil fuels will contribute to higher accumulation of sugarcane bagasse in the environment. This biomass that in Brazil is a by-product of the sugar-alcohol mills, although it has been used for the generation of energy in the sugar and alcohol production, can also be used as alternative for obtainment of xylitol, contributing to bring economical advantages for sugar-alcohol mills. In this sense, researches has been performed for the biotechnological use of sugarcane bagasse for the production of xylitol, a polyol with peculiar characteristics like its sweetener power similar to that of saccharose, non-cariogenic and indicated for diabetics and obese people, as well in the treatment of respiratory diseases and in the osteoporosis prevention. Its commercial production occurs by chemical catalysis of the xylose from the rich-xylan lignocellulosic materials, which has high cost. For the biotechnological xylitol production from these materials, initially the polymeric matrix deconstruction is necessary for separation of their main fractions: the cellulose, hemicellulose and lignin. In the case of xylitol, the fraction of interest is the hemicellulose due to be constituted mainly of pentose xylose, substrate for this bioprocess. The diluted acid hydrolysis has been commonly used in the researches for the obtainment of rich-xylose hemicellulosic hydrolysates. However, in this bioprocess there is also the release/formation of toxic compounds to the microorganisms, inhibitors of enzymatic activities like phenolics, organic acids, furfural, hidroxymethilfurfural, besides metallic ions. In the present work, two detoxification methodologies for sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate were used: increase of pH to 7,0 with calcium oxide, followed by the decrease to 2,5 with phosphoric acid combined with the active charcoal adsorption (1,0% w/v, 100rpm, 30min, 60°C); and vegetal polymer flocculation (15% w/v, 200rpm, 15min, 25ºC). The efficiency of these procedures was evaluated by the toxics removal analysis and the xylose-into-xylitol bioconversion using Candida guilliermondii yeast. According to the results, the pH alteration combined with the active charcoal adsorption provided higher phenolic compounds removal (80%) with consequent enhance of the fermentative parameters, yield (YP/S = 0,78g/g) and volumetric productivity (QP=0,48g/L.h) of xylitol, while vegetal polymer provide the greatest loss of ions chrome and iron (higher than 90%), beyond zinc. Evaluating the activities of the enzymes xylose reductase (XR) and xylitol dehydrogenase (XD), responsible for the initial steps of the xylose-into-xylitol bioconversion, it can be verified that there is not a correlation between their maximum activities and the condition of higher toxics removal and maximum fermentative parameters. This can be proved by the fact of the XR maximum activity (0,446 U/mgprot) was obtained in the control experiment, in which the hydrolysate was submitted only to pH adjustment for the fermentation (pH=5,5), while for XD this activity was maximum (0,565 U/mgprot) with use of vegetal polymer.