O hidrogênio é uma fonte de energia limpa, pois sua combustão gera apenas água. Porém, ainda há a necessidade de se encontrar soluções tecnologicamente eficientes, econômicas e seguras para sua geração e uso. A produção do H2 por vias biológicas, conhecido como biohidrogênio, vem ganhando grande destaque nos últimos anos, pois possibilita o uso de materiais renováveis como matéria-prima. Materiais lignocelulósicos são potenciais substratos para a produção de H2 por fermentação, no entanto se faz necessário dispor de métodos de hidrólise que disponibilizem os componentes destes materiais para a fermentação. A maior parte dos métodos disponíveis para hidrolisar materiais lignocelulósicos resulta em produtos de degradação de carboidratos, que são reconhecidamente inibidores de fermentação. Este estudo, primeiramente, avaliou o efeito de 3 diferentes grupos de inibidores sobre a produção de H2 por fermentação: (1) ácido orgânico, como o ácido acético; (2) derivados de furano, tais como o furfural e o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF); (3) monômeros fenólicos derivados da lignina, tais como o siringaldeído, vanilina e ácido 4-hidroxibenzóico (AHB). Ensaios de fermentação para a produção de H2 em batelada utilizaram como inóculo uma cultura mista (lodo) e foram realizados na presença de glicose e diferentes concentrações dos mencionados inibidores. O modelo de Gompertz modificado foi utilizado para estimar os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação, como o volume máximo de H2 (P), velocidade máxima de produção de H2 (Rm) e o tempo necessário para o início da produção de H2 (). A partir destes ensaios foi verificado como a adição de diferentes concentrações de inibidores afetou tais parâmetros cinéticos em relação a um controle (apenas contendo glicose). Desta forma foi possível estimar as concentrações dos inibidores que reduzem em 50% as velocidades máximas de produção de H2 a concentração inibitória 50 (CI 50). Em termos de CI 50, o AHB proporcionou a maior inibição (0,38 g.L-1), seguido do 5-HMF e o furfural, com valores de CI 50 de 0,48 e 0,62 g.L-1, respectivamente. A vanilina, o siringaldeído e o ácido acético apresentaram os menores efeitos inibitórios sobre a produção de H2 dentre os inibidores testados, com CI 50 de 0,71; 1,05; e 5,14 g L-1, respectivamente. Numa segunda etapa do trabalho foi avaliado o efeito inibitório da associação de 3 inibidores, representantes de cada uma das classes de inibidores, o ácido acético, o 5-HMF e o siringaldeído. Foi observado um efeito aditivo da inibição quando o ácido acético foi adicionado juntamente com o 5-HMF, porém em ensaios contendo siringaldeído o efeito inibitório tornou-se sinérgico. Por fim, foi utilizado um hidrolisado de bagaço de cana de açúcar como substrato na produção de H2 por fermentação. A produção de H2 a partir deste substrato só foi possível após o tratamento do hidrolisado com carvão ativado. Portanto, concluiu-se que os compostos inibitórios presentes em hidrolisados de materiais lignocelulósicos condicionam a viabilidade da produção de H2 com estes materiais. Este estudo permitiu concluir que os compostos estudados, exceto os monossacarídeos, resultantes da hidrólise de materiais lignocelulósicos, inibem a produção de H2 pela cultura mista utilizada em diferentes graus, sendo o AHB o mais inibidor. A combinação de compostos inibidores potencializa ainda mais o efeito inibitório sobre a produção de H2. O ácido acético, que pode se originar dos hidrolisados, mas que também é um metabólito da produção de H2 por fermentação aumentou ainda mais a inibição do siringaldeído. Assim, sugere-se que a hidrólise de materiais lignocelulósicos deve ser conduzida de forma a minimizar a presença dos inibidores nos hidrolisados, a fim de maximizar o aproveitamento da biomassa lignocelulósica como matéria-prima no processo fermentativo. / Hydrogen is a clean energy source because its combustion produces only water. However, there is still the need to find technologically efficient, economic and safe solutions for their generation and use. The production of H2 by biological pathways, known as biohydrogen, has gained great prominence in recent years because it enables the use of renewable materials as raw material. Lignocellulosic materials are potential substrates for H2 production by fermentation, however it is necessary to have methods that provide hydrolysis of the components of these materials for fermentation. Most methods are available for hydrolyzing lignocellulosic materials results in carbohydrate degradation products are fermentation inhibitors known. This study was primarily to evaluate the effect of 3 different groups inhibitors of the H2 production by fermentation: (1) organic acid such as acetic acid; (2) furan derivatives such as furfural and 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF); (3) phenolic derivatives of lignin monomers, such as syringaldehyde, vanillin and 4-hydroxybenzoic acid (HBA). Fermentation tests for H2 production batch used as a mixed culture inoculum (sludge) and were carried out in the presence of glucose and different concentrations of the inhibitors mentioned. The modified Gompertz model was used to estimate the kinetic parameters of the fermentation test, the maximum volume of H2 (H), maximum rate of H2 production (Rm) and the time required for the commencement of production of H2 () . From these tests it was observed how the addition of different concentrations of inhibitors affect these kinetic parameters relative to a control (containing only glucose). Thus it was possible to estimate the concentrations of inhibitors that reduce by 50% the maximum production speeds H2 - The inhibitory concentration 50 (IC 50). In terms of IC 50, the AHB provided the greatest inhibition (0.38 g L-1), followed by 5-HMF and furfural, with IC 50 values of 0.48 and 0.62 g L-1, respectively. Vanillin, syringaldehyde and the acetic acid had minor inhibitory effects on H2 production from the tested inhibitors with IC50 of 0.71; 1.05; and 5.14 g L-1, respectively. In a second stage of work, the inhibitory effect of 3 inhibitors association representatives of each class inhibitors, acetic acid, and 5-HMF syringaldehyde. An additive effect of inhibition when acetic acid was added along with 5-HMF was observed in assays containing syringaldehyde but the inhibitory effect became synergistic. Finally, we used a hydrolyzate of sugarcane bagasse as substrate in H2 production by fermentation. The production of H2 from this substrate was only possible after the hydrolyzate treatment with activated carbon. Therefore, it was concluded that the inhibitory compounds present in hydrolyzed lignocellulosic materials affect the viability of H2 production with these materials. This study concluded that the studied compounds, other monosaccharides resulting from the hydrolysis of lignocellulosic materials, inhibit the production of H2 by mixed culture used in varying degrees, being most AHB inhibitor. The combination of compounds further enhances the inhibitory effect of inhibitors on the production of H2. Acetic acid, which can originate the hydrolysates, but is also a metabolite of H2 production by fermentation further increased inhibition of syringaldehyde. Thus, it is suggested that the hydrolysis of lignocellulosic materials should be conducted to minimize the presence of inhibitors of the hydrolysates, in order to maximize the utilization of lignocellulosic biomass as a raw material in the fermentation process.

Nos últimos anos, pesquisas sobre a produção de nanocristais de amido (NCA) receberam interesse crescente devido a suas diversas aplicações, principalmente como material de reforço de matrizes poliméricas. Nesse contexto, o amido de quinoa (AQ) apresenta características desejáveis na produção de NCA tais como tamanho de grânulo pequeno e conteúdo de amilose relativamente baixo. Assim, o objetivo desta pesquisa foi produzir NCA de quinoa (NCAQ) por hidrólise ácida em diferentes temperaturas (30, 35 e 40) °C. Além disso, foi estudado o efeito da adição dos NCAQ nas propriedades estruturais e físicas de filmes de amido de mandioca. O AQ apresentou diferentes percentagens de hidrólise, no quinto dia, 63%, 73% e 91% para (30, 35 e 40) °C, respectivamente. O AQ (k = 0,59 dias-1) foi hidrolisado mais rápido que o amido de milho ceroso (k = 0,39 dias-1) a 40 °C. O rendimento dos NCAQ diminuiu com o incremento da temperatura de 30 a 40 °C; enquanto que a cristalinidade relativa dos NCAQ não foi alterada (~35%). A morfologia dos NCAQ produzidos a 30 °C foi irregular com tamanho micrométrico, enquanto que os produzidos a 35 e 40 °C apresentaram forma de paralelepípedo com tamanhos entre (50 e 100) nm e (400 e 900) nm (agregados). O diâmetro hidrodinâmico e as propriedades térmicas dos NCAQ diminuíram com o aumento da temperatura da hidrólise; enquanto que a intensidade das bandas FTIR e o potencial zeta aumentaram. As propriedades indicaram que NCAQ foram produzidos somente a (35 e 40) °C com rendimentos de 22,7% e 6,8%, respectivamente. Dessa forma, considerando o rendimento e a temperatura de transição, os NCAQ produzidos a 35 °C foram selecionados para aplicação em filmes de amido de mandioca. Os filmes foram preparados pela técnica do casting, com 4 g de amido de mandioca/100 g de dispersão filmogênica; 25 g glicerol/ 100 g de amido; e 0; 2,5; 5,0 e 7,5 g de NCAQ/ 100 g de amido. Os difratogramas de raios X confirmaram a presença dos NCAQ nos filmes. A adição de NCAQ nos filmes aumentou a rugosidade e o ângulo de contato em concentrações de 5% e 7,5%, a resistência à tração e o módulo elástico, os parâmetros de cor L* e a* em concentrações 7,5%, e a opacidade; enquanto que diminuiu a deformação na ruptura, a permeabilidade ao vapor de água na concentração de 5%, e o brilho. Outras propriedades dos filmes como espessura, umidade, solubilidade, propriedades térmicas não foram alteradas pela adição de NCAQ. Os resultados indicaram que os NCAQ produzidos a 35 °C podem ser usados como reforço em filmes nanocompósitos para melhorar suas propriedades mecânicas. / Recently researches on starch nanocrystals (SNC) production have become of interest due to their many applications, especially as reinforcement in polymeric matrices. Quinoa starch (QS) has desirable characteristics for SNC production such as small granule size and relatively low amylose content. Thus, the objective of this research was to produce quinoa SNC (QSNC) by acid hydrolysis at different temperatures (30, 35 and 40) °C. Furthermore, the effect of QSNC addition on the structural and physical properties of cassava starch films was studied. QS presented different percentages of hydrolysis on the fifth day, 63%, 73% and 91% for (30, 35 and 40) °C, respectively. QS (0.59 days-1) was hydrolyzed more rapidly than waxy maize starch (0.39 days-1) at 40 °C. QSNC yields decreased with temperature increase from (30 to 40) °C, while the relative crystallinity was not altered (~35%). The morphology of QSNC produced at 30 °C was irregular with micrometric size while those produced at 35 °C and 40 °C presented parallelepiped shapes with sizes between 50 nm and 100 nm and 400 nm to 900 nm (aggregates). The hydrodynamic diameter and the thermal properties of QSNC decreased with temperature increase, while the FTIR band intensities and the zeta potential increased. The properties indicated that quinoa QSNC were only obtained at (35 and 40) °C with yields of 22.8% and 6.8%, respectively. QSNC produced at 40 °C presented lower yield and crystallinity than waxy maize SNC, but a lower hydrodynamic diameter. Thus, based on the yield and transition temperature, QSNC produced at 35 °C was selected for application in cassava starch films. The films were prepared by casting technique, with 4 g of cassava starch / 100 g of film forming dispersion; 25 g glycerol / 100 g starch; and 0; 2.5; 5.0 and 7.5 g of QSNC / 100 g of starch. X-ray diffractograms confirmed the presence of QSNC in the films. Addition of QSNC to films increased the roughness and the contact angle at 5.0% and 7.5% concentrations, the tensile strength and elastic modulus, the color parameters L* and a* at 7.5% concentration, and the opacity; while decreasing deformation at break, water vapor permeability at 5.0% concentration, and gloss. Other film properties such as thickness, moisture content, solubility, thermal properties were not affected by QSNC addition. The results indicated that the QSNC produced at 35 ° C can be used as reinforcement in nanocomposite films to improve their mechanical properties.

A casca de coco verde (Cocos Nucifera L.) é um resíduo lignocelulósico amplamente disponível na região Nordeste do Brasil e de grande preocupação ambiental devido ao seu volume elevado. Mas, os materiais lignocelulósicos podem ser recursos renováveis e abundantes para obtenção de açúcares após passarem por hidrólise enzimática da celulose e hemicelulose. Para uma eficiente hidrólise é necessário romper a rede lignocelulósica que circunda fisicamente as fibras de celulose dificultando contato entre celulose e enzima. Os tratamentos tradicionais de deslignificação que empregam condições drásticas de temperatura e pH levam à formação de alguns compostos que limitam o uso desses hidrolisados em processos biotecnológios pois inibem a ação microbiana. O tratamento com CO2 supercrítico pode ser operado em condições amenas de pH e temperatura evitando o problema da formação destes inibidores. Portanto, o objetivo geral desse trabalho foi a obtenção de açúcares redutores a partir da fibra da casca do coco verde por meio de hidrólise enzimática da fibra prétratada com CO2 em condições supercríticas. Foram estudadas sete condições de extração em que se variou o tempo de contato do CO2 com a fibra de coco (3 e 5 horas), modificador de polaridade (NaOH, NaHSO4 e etanol) e manteve-se constante a extração dinâmica por 1 hora seguida de despressurização rápida no final do processo. A eficiência da extração com CO2 supercrítico para deslignificação da fibra de coco verde foi baseada na caracterização da fibra pela composição lignocelulósica, imagens de microscopia eletrônica de varredura e análise qualitativa da composição lignocelulósica por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e a quantificação de açúcares redutores. A fibra de coco apresentou teores de lignina, celulose e hemicelulose de 26,66, 46,37 e 16,18 g/100g de fibra de coco verde seca, respectivamente. Para hidrólise enzimática utilizou-se uma enzima comercial composta de três enzimas principais: celulases, hemicelulases e β-glucosidases em dois tempos de hidrólise (24 e 72 h) e duas concentrações enzimáticas (6 e 30g de enzima/g de celulose total no substrato) para que fossem avaliadas as situações de aplicação comercial e condições de rendimento máximo. O tratamento com CO2 supercrítico provocou alterações na estrutura física e química da fibra, aumentando a porosidade e diminuindo o teor de compostos fenólicos e ceras e também afrouxamento das ligações de hidrogênio caracterizando a deslignificação da fibra de coco verde. No entanto, a extração com CO2 supercrítico não causou aumento significativo da obtenção de açúcares redutores após hidrólise enzimática da fibra de coco. A hidrólise enzimática realizada em 72h gerou aumento em até 134% no teor de açúcares redutores em relação a hidrólise com 24h de reação para a mesma concentração enzimática (30%). A hidrólise enzimática (72h e 30% de enzima) da fibra de coco verde in natura apresentou bons valores de açúcares redutores (532,27 µmol de glicose/g de fibra de coco seca), podendo ser uma nova utilização para o material lignocelulósico do coco verde que é subaproveitado. Os açúcares redutores obtidos da fibra de coco verde in natura podem passar por processo de purificação e isolamento de algum açúcar de interesse econômico ou ser utilizado em processos que açúcares redutores são necessários como substrato para fermentação por Saccharomyces cerevisiae na produção de álcool, por exemplo. / The coconut husk (Cocos nucifera L.) is a lignocellulosic byproduct widely available in the Brazilian Northeast region and due its high volume is a reason of huge environmental concern. But the lignocellulosic materials are renewable and abundant resources of sugars after submitted to enzymatic hydrolysis of cellulose and hemicellulose. For efficient hydrolysis is necessary to break the lignocellulosic netting that physically surrounds the cellulose fibers hindering contact between the enzyme and cellulose. The traditional delignification treatment employing drastic conditions of temperature and pH lead to the formation and release of some compounds that limit the hydrolysates use in biotechnological processes since it inhibits microbial action. The treatment with supercritical CO2 can be operated at lower temperatures avoiding inhibitors formation. Therefore, the aim of this study was to obtain reducing sugars from the husk coconut fiber through enzymatic hydrolysis of pretreated fiber with CO2 in supercritical conditions. Seven extraction conditions were studied varying the CO2 contact time with the coconut fiber (3 and 5 hours), polarity modifier (NaOH, NaHSO4 and ethanol) and maintaining as constants the dynamic extraction time (1 hour) and rapid depressurization at the end of process. The efficiency of extraction with supercritical CO2 to green coconut fiber delignification was based on the characterization of the fiber by the lignocellulosic composition, images of scanning electron microscopy and qualitative analysis of lignocellulosic composition spectroscopy infrared with Fourier transform and quantification of reducing sugars. Green coconut fiber presents lignin, cellulose and hemicellulose contents of 26.66, 46.37 and 16.18 g/100 g of dry coconut fiber, respectively. For enzymatic hydrolysis used a commercial enzyme composed of three major enzymes: cellulase, hemicellulase and β-glucosidases in two hydrolysis time (24 h and 72) and two enzymatic concentrations (6 and 30 g enzyme / g cellulose in total substrate) to be evaluated situations of commercial application and conditions de maximum yield. Treatment with supercritical CO2 caused changes in the physical and chemical structure of the fiber, increasing the porosity and decreasing the level of phenolic compounds, waxes and hydrogen bonds attenuation causing the delignification of coconut fiber. However, extraction with supercritical CO2 didn\'t significant increase reducing sugars fiber contents after enzymatic hydrolysis. Enzymatic hydrolysis performed in 72h caused up to 134% increase in reducing sugars compared to smaller hydrolysis time (24) for enzyme concentration of 30%. In general, enzymatic hydrolysis (72 hours and 30% of enzyme) of natural coconut fiber showed good values of reducing sugars (532,27 µmol glucose/g de dry coconut fiber) and may be used as a new lignocellulosic material from coconut which is underused. Reducing sugars obtained from natural coconut fiber can pass through purification process of purification of some sugar of interest economic or be used in processes that reducing sugars are necessary as a substrate for fermentation by Saccharomyces cerevisiae, as example in alcohol production.

O álcool, considerado um subproduto de grande importância da cultura de cana-deaçúcar, tem apresentado grande interesse nos últimos anos devido a questões econômicas e ambientais. A estimativa de produção para a safra 2007-2008, de acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), é de 251,59 milhões de toneladas de álcool. Por ser considerada uma fonte de energia alternativa (em substituição aos combustíveis fósseis) e renovável, muitos estudos estão sendo direcionados à cultura da cana-de-açúcar como, por exemplo, o aproveitamento do bagaço considerado um resíduo do setor sucroalcooleiro. O intuito deste trabalho foi o de realizar a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar por meio de enzimas celulolíticas comerciais visando identificar e quantificar açúcares fermentescíveis. Com essa finalidade, primeiramente, foram selecionadas as seguintes enzimas comerciais HPL1800, CL3708, P1250 e P4500; as quais apresentaram maior atividade celulolítica total em papel de filtro. Posteriormente foram testados dois pré-tratamentos do bagaço (ácido ou alcalino) e verificadas a atuação dessas enzimas em cada pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar pelas metodologias do ácido dinitrosalicílico (DNS) e da cromatografia líquida (HPAEC - PAD). Os dados obtidos por ambas as metodologias foram analisados estatisticamente e concluiu-se que a ação conjunta do pré-tratamento ácido 0,5%, autoclave a 121ºC por 30 minutos e a enzima P4500 foram as melhores formas de tratamento para a obtenção de açúcares. / Ethanol is considered an important by-product from sugar cane culture. Nowadays it has been shown great importance in economics and environmental questions. The estimate ethanol production 2007-2008 is about 251.59 millions of tons, according to Companhia Nacional de Abastecimento (Conab). Alcohol is considered an alternative and renewable source of energy; this has lead several new studies on development of sugarcane culture and its derivatives, such as bagasse which is considered a residue from sugarcane industry. The aim of this research is the enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse for sugar production and its quantification and identification. The first step consisted at the selection of higher cellulolytic activity commercial enzymes in filter paper. The four enzymes selected were: HPL1800, CL3708, P1250 and P4500. After that, their performances were tested with two different pre-treated (acid and alkali) bagasse. The total sugars presents in the hydrolyzed were measured by dinitrosalicilic acid (DNS) and liquid chromatography (HPAEC - PAD) methodologies. The results were analyzed with statistics program. The datelines showed that joint action of 0.5% acid pre-treatment, 121ºC per 30 minutes and enzyme P4500 were the best treatment to sugars attainment.

O presente trabalho teve como principal objetivo correlacionar a composição química do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com H2SO4 diluído com a eficiência da sacarificação enzimática da celulose presente no material. Primeiramente, o bagaço in natura foi extraído com água, etanol ou água seguida de etanol, e as composições químicas determinadas. Posteriormente, o bagaço in natura foi pré-tratado com H2SO4 diluído em êmbolos de 200 mL, utilizando 15% de teor de sólidos (m/v). A temperatura (112,5-157,5 °C), o tempo de residência (5-35 min) e a concentração ácida (0-3,0% m/v) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23 completo. Após o pré-tratamento, as amostras foram caracterizadas quimicamente. Em seguida, dois extratos enzimáticos comerciais foram caracterizados quanto às atividades de enzimas hidrolíticas e fenoloxidases, e aos teores de proteínas. As condições adequadas de sacarificação enzimática da celulose para a amostra de bagaço pré-tratada com H2SO4 diluído (15% sólidos, 2% ácido, a 150ºC por 30 min) foram determinadas através de planejamentos fatoriais 23 completos, variando teor de sólidos (1,19-4,81% m/v), carga enzimática (1,91-38,09 FPU/g de bagaço) e carga de surfactante (0-0,1 g/g de bagaço), para os dois extratos enzimáticos. As amostras de bagaço pré-tratadas sob diferentes condições de temperatura, tempo de residência e concentração de H2SO4 (primeiro planejamento fatorial) foram submetidas à sacarificação enzimática com um dos extratos. Por fim, amostras selecionadas foram caracterizadas quanto às alterações morfológicas provocadas pelo pré-tratamento e pela hidrólise enzimática, por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que água seguida de etanol extraiu maior quantidade de extrativos do bagaço. Os extrativos apresentaram absorção de luz apenas na região do ultravioleta. A porcentagem de lignina nos bagaços extraídos com água, etanol e água seguida de etanol foi menor que aquela encontrada no bagaço in natura. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente. A maior variação foi observada para hemicelulose (3,67-27,27%). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram na composição química do bagaço pré-tratado. Por sua vez, os dois extratos enzimáticos apresentaram um complexo celulolítico completo e considerável atividade de xilanases, porém não foi observada atividade de fenoloxidases. O extrato II apresentou maior quantidade de proteínas (152,45±10,0 mg/mL), comparado ao extrato I (105,2±6,6 mg/mL). Para 24 horas de hidrólise enzimática com o extrato I, as três variáveis independentes influenciaram na digestão do bagaço pré-tratado. Somente os efeitos das cargas de enzima e surfactante foram significantes, utilizando o extrato II. Posteriormente, foi possível aumentar o teor inicial de sólidos sem comprometer o rendimento de sacarificação com o extrato II. Não foi possível correlacionar a conversão de celulose com o fator de severidade do pré-tratamento. Por outro lado, foi observada correlação negativa entre o conteúdo de hemicelulose e a conversão enzimática de celulose, enfatizando a influência da composição química do bagaço de cana na hidrólise enzimática da celulose. Observaram-se diferenças morfológicas entre o bagaço in natura e amostras pré-tratadas sob condições branda e severa, bem como após suas respectivas hidrólises enzimáticas. / This study aimed to correlate the chemical composition of a sugarcane bagasse pretreated with dilute H2SO4 with the efficiency of cellulose enzymatic saccharification of this material. First, the sugarcane bagasse was extracted with water, ethanol or water followed by ethanol, and its chemical composition was determined. Subsequently, the sugarcane bagasse was pretreated with dilute H2SO4 in 200 mL stainless steel containers, using 15% of solids loading (w/v). The temperature (112.5-157.5°C), time of residence (5-35 min) and acid concentration (0-3.0% w/v) varied according to a 23 full factorial design. After the pretreatments, the chemical compositions of the pretreated bagasses were determined. Then, two commercial enzymatic extracts were characterized regarding the activities of hydrolytic enzymes and phenoloxidases, and protein contents. The enzymatic saccharification conditions for the bagasse sample pretreated with dilute H2SO4 (15% solids, 2% acid, 150°C for 30 min) were determined through 23 full factorial designs, varying the solids loading (1,19-4.81% w/v), enzyme loading (1.91-38.09 FPU/g of bagasse) and surfactant loading (0-0.1 g/g of bagasse) for the two enzymatic extracts. The bagasse samples pretreated under the different conditions of temperature, time of residence and H2SO4 concentration (first factorial design) were subjected to enzymatic saccharification using one of the extracts. Finally, selected samples were analyzed for morphological changes caused by pretreatment and enzymatic hydrolysis, by scanning electron microscopy. The results showed that water followed by ethanol extracted the highest amount of extractives. The extractives showed light absorption only in the ultraviolet region. The percentage of lignin in the bagasse samples extracted with water, ethanol and water followed by ethanol was lower than that found in the raw material. According to the pretreatment conditions, the amount of cellulose, hemicellulose and lignin in the pretreated bagasse differed substantially. The greatest variation was observed for the hemicellulose content (3.67-27.27%). All the three factors evaluated in the pretreatment affected the chemical composition of the pretreated bagasse. In turn, the two enzymatic extracts showed complete cellulolytic complexes and considerable activities of xylanases, without activities of phenoloxidases. The extract II showed higher protein content (152.45±10.0 mg/mL) when compared with the extract I (105.2±6.6 mg/mL). For 24 hours of enzymatic hydrolysis using the extract I, all the three independent variables influenced the saccharification of pretreated bagasse. Only the enzyme and surfactant loadings were significant, when using the extract II. Later, it was possible to increase the initial solids content without hindering the saccharification yield, using the extract II. It was not possible to correlate the cellulose conversion with the pretreatment severity. On other hand, it was possible to observe a negative correlation between the hemicellulose content and the efficiency of enzymatic conversion, emphasizing the influence of the sugarcane bagasse chemical composition in the enzymatic hydrolysis of cellulose. Morphological differences were observed between the raw material and sugarcane bagasse samples pretreated under high or low severity, as well as after their corresponding enzymatic hydrolysis.

A despolimerização enzimática de componentes de biomassa é um processo chave para indústrias de bioenergia. A busca por novas enzimas aumentou os estudos dos secretomas de microrganismos degradadores de biomassa. Os fungos filamentosos são importantes agentes na reciclagem de carbono na natureza, apresentando potenciais enzimas para a conversão de biomassa. Malbranchea pulchella é um ascomiceto termofílico bioprospectado na Floresta Atlântica (região de Minas Gerais-Brasil), cuja análise e caracterização do secretoma, juntamente com a capacidade de biodegradação, foram foco deste estudo. O cultivo semi-sólido deste fungo em substratos lignificado (madeira de eucalipto moída) e \"não lignificado\" (polpa Kraft branqueada) por 60 dias resultou em perdas de peso de cerca de 5% e 52%, respectivamente. Para o estudo da diversidade das enzimas produzidas por M. pulchella, o secretoma foi avaliado em culturas submersas de 3 dias, utilizando as fontes de carbono anteriormente mencionadas. Os resultados de LC-MS/MS mostraram que o fungo foi capaz de secretar uma série de enzimas lignocelulolíticas. As enzimas proeminentes foram as glicosil-hidrolases com um total de 29 e 37 CAZymes nos substratos lignificado e \"não-lignificado\", respectivamente, sendo as famílias GH3 e GH18 encontradas em maior número. Considerando as enzimas oxidativas, um total de 12 e 13 CAZymes nos substratos lignificado e \"não lignificado\", respectivamente, sendo as famílias AA7 e AA9 as mais predominantes. Também foram detectadas proteínas não-CAZymes apresentando domínios alergênicos, que estão relacionados com proteínas semelhantes a expansinas de plantas. O secretoma produzido com substrato de polpa branqueada foi utilizado em ensaio de hidrólise com polpa Kraft e também em contribuição com Celluclast 1,5 L para hidrólise de polpa de dissolução e de Avicel. Os resultados indicaram que M. pulchella produz uma maquinaria enzimática interessante, que pode degradar celulose amorfa e cristalina, sendo potencial aplicação em hidrólise da biomassa lignocelulósica. / Enzymatic depolymerization of biomass components is a key process for bioenergy industries. The search for new enzymes for this task has increased secretome studies in biomass-degrading microorganisms. Filamentous fungi are important players in carbon recycling in nature, presenting potential enzymes for biomass conversion. Malbranchea pulchella is a thermophilic ascomycete bio prospected in Brazilian Atlantic forest whose secretome analysis and characterization together with biodegradation ability were focus of this study. Semi-solid cultivation of this fungus on lignified (milled eucalyptus wood) and non-lignified (bleached eucalyptus pulp) substrates for 60 days resulted in almost 5% and 52% weight losses, respectively. To understand the diversity of enzymes produced by M. pulchella the secretome was evaluated in 3-day submerse cultures using the previously mentioned carbon sources. LC-MS/MS results showed the fungus was able to secrete an array of lignocellulolytic enzymes. The prominent enzymes were glycosyl hydrolases with a total of 29 and 37 CAZymes in lignified and non-lignified substrates, respectively, with GH3 and GH18 families found in greatest number. Considering the oxidative enzymes, a total of 12 and 13 CAZymes were found in lignified and non-lignified substrates, respectively, being AA7 and AA9 families most expressive. Non-CAZymes proteins showing allergen domains, which are related with expansin-like proteins from plants, were also detected. The secretome produced with bleached eucalyptus pulp substrate was assayed for hydrolysis of Kraft pulp and in contribution with Celluclast 1.5 L for dissolving pulp and Avicel hydrolysis as well. Results indicated that M. pulchella produce an interesting enzymatic array that can disrupt both amorphous and crystalline cellulose, demonstred as potencial secretome for biomass hydrolysis.

Orientador: Lorena Benathar Ballod Tavares. / Coorientador: Patrícia Raquel Silva Zanoni. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Mauro Scharf. / Coorientador: Jürgen Andreaus. / Dissertação (Mestrado em Química) - Programa de Pós-Graduação em Química, Centro de Ciências Exatas e Naturais, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

A geração de energia a partir de biomassa lignocelulósica pode contribuir de maneira significativa com a ampliação do escopo energético, no que se refere ao uso de fontes alternativas voltadas à geração de combustíveis renováveis. Porém, a utilização destas fontes enfrenta ainda desafios relacionados à exploração de diferentes matérias-primas com potencial de utilização e o desenvolvimento de tecnologias de processos que garantam a viabilidade técnica e econômica da geração do etanol 2G. Neste estudo foi estimada a produção de etanol da biomassa aérea da batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.) e da biomassa do capim-elefante (Pennisetum purpureum Schumach), cv. Roxo e cv. Napier após pré-tratamento ácido e básico, sob hidrólise de dois complexos enzimáticos comerciais (CTec2 e HTec2) e o extrato enzimático obtido a partir de fungo isolado de ninhos de Acromyrmex balzani. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos inteiramente casualizados e o arranjo dos tratamentos o Esquema Fatorial 3x3, em três repetições. Foi verificado, para a batata-doce, o rendimento estimado médio de 37,42 mL/Kg de MS hidrolisada com os complexos enzimáticos comerciais e que o capim-elefante, nesse experimento, confirmou seu potencial para ser utilizado na produção de energia renovável, pois apresentou o rendimento médio de 123,5 mL/Kg de MS hidrolisada nas mesmas condições da hidrólise da biomassa aérea da batata-doce. / Power generation from lignocellulosic biomass can contribute significantly to the energy scope expansion, with regard to the alternative sources use focused on the renewable fuels generation. However, the use of these sources still faces challenges related to different raw materials exploration with potential use and technologies processes development that ensure the technical and economic viability of generating 2G ethanol. The aim of this study was to evaluate the ethanol production potential from aerial sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) (B) crop residues compared to elephantgrass materials (Pennisetum purpureum Schum), cultivar Roxo and cultivar Napier by the hydrolytic action of three enzyme solutions: two commercial enzymatic complexes (CTec2 e HTec2) and an enzyme extract obtained from filamentous fungi isolated from Acromyrmex balzani. The experimental design was the Factorial Scheme 3x3, in triplicate. It was checked on the sweet potato, the average yield of 37.42 mL/kg MS hydrolyzed with commercial enzymatic complexes and the elephantgrass, this experiment confirmed its potential to be used in the renewable energy production, as it presented average yield of 123.5 mL/kg MS hydrolyzed under the same conditions of biomass sweet potato hydrolysis.

Este trabalho teve como objetivos avaliar as condições de cultivo para a produção de lipase e acúmulo de lipídio pela levedura Candida viswanathii utilizando diferentes fontes de carbono e nitrogênio em condições submersas, imobilizar a lipase e avaliar o seu potencial em reação de hidrólise de gordura de frango em biorreator tipo cesto. Os cultivos submersos em condições limitantes de nitrogênio com diferentes fontes de lipídios puros ou complexos mostraram que C. viswanathii acumulou 44% de lipídio intracelular em trioleína e 39% em azeite de oliva utilizando extrato de levedura como fonte de nitrogênio. Nestas condições, a produção de lipase foi 26,78 U/ml em azeite de oliva e 23,6 U/ml em trioleína. O nitrato de amônio inibiu a produção de lipase em 48% em trioleína e 69% em azeite de oliva. Além disso, a análise dos ácidos graxos revelou predominância de ácido oleico (C18:1), em proporções de 69,31, 60,69 e 68,84%, para azeite de oliva, glicose e azeite/glicose, respectivamente. Quanto à imobilização, estudou-se a influência do diâmetro da esfera e da concentração de alginato, obtendo-se o melhor diâmetro de 2 mm e concentração de 2% de alginato, com atividade enzimática de 13,42 U/g e 28 U/g, respectivamente. Utilizou-se alginato de sódio em sua forma convencional e modificado com glutaraldeído, álcool polivinílico e carboximetilcelulose, sendo que o alginato na forma convencional foi o que apresentou melhores resultados, obtendo-se 28,6 U/g e mais de 50% de atividade após 15 ciclos de reuso. A caracterização da lipase livre e encapsulada de C. viswanathii revelou temperatura ótima de atividade de 35 ºC para a enzima encapsulada e na faixa de 40 – 45 ºC para a lipase livre sobre a hidrólise do p-NPP. Sobre a hidrólise de gordura de frango, tanto enzima livre quanto encapsulada apresentaram temperatura ótima de atividade à 40 ºC. Quanto à estabilidade térmica, a enzima livre apresentou boa estabilidade até 12h de incubação nas temperaturas de 30 e 40 ºC. Já a enzima encapsulada mostrou-se estável em até 72 horas de incubação nas mesmas temperaturas. A enzima livre apresentou aumento de atividade na presença de NH4Cl e CaCl2 (117,50% e 111,25%, respectivamente). Já a lipase encapsulada apresentou aumento na atividade com todos os íons analisados, sendo CaCl2 (152,94%), NH4Cl (145,88%), BaCl2 (144,12%) e NaCl (138,24%). Em relação à hidrólise, observou-se que tanto a enzima livre como encapsulada apresentaram maior atividade hidrolítica após 96 horas de incubação, em que a enzima encapsulada obteve 34,66% de hidrólise e a enzima livre obteve 17,91% de hidrólise. Assim, a levedura Candida viswanathii mostrou-se eficiente tanto para o acúmulo de lipídio, quanto para a produção de lipase nas condições estabelecidas. Além disso, a enzima encapsulada apresentou boa estabilidade e potencial para aplicação na hidrólise de gordura de frango. / The aim of this work was to evaluate the culture conditions for lipase production and lipid accumulation by yeast Candida viswanathii using different carbon sources and nitrogen under submerged conditions; and to immobilize the lipase produced in alginate and to evaluate its potential for poultry fat hydrolysis in basket type bioreactor. Submerged cultures under nitrogen-limiting conditions with different sources of pure or complex lipids showed that C. viswanathii accumulated 44% intracellular lipid in triolein and 39% in olive oil using yeast extract as a source of nitrogen. Under these conditions, lipase production was 26.78 U/ml using olive oil and 23,6 U/ml with triolein. Ammonium nitrate inhibited lipase production in 48% with triolein and 69% wiht olive oil. In addition, analysis of fatty acids showed a predominance of oleic acid (C18:1), in proportions of 69.31, 60.69 and 68.84%, for olive oil, glucose and olive oil/glucose, respectively. The influence of drop diameter and alginate concentration was studied, obtaining the best 2 mm diameter and 2% alginate concentration, with enzymatic activity of 13.42 U/g and 28.0 U/g , respectively. Sodium alginate was used in its conventional form and modified with glutaraldehyde, polyvinyl alcohol and carboxymethylcellulose, and the alginate in the conventional form gave the best results, obtaining 28.6 U/g and more than 50% activity after 15 cycles of reuse. The free and encapsulated lipase characterization of C. viswanathii revealed an optimal activity temperature of 35 °C for the encapsulated enzyme and in the 40-45 °C range for free lipase on the hydrolysis of p-NPP. On the hydrolysis of poultry fat, both free and encapsulated enzyme presented optimum temperature of activity at 40 ºC. As for thermal stability, the free enzyme presented good stability up to 12 h of incubation at temperatures of 30 and 40 ºC. The encapsulated enzyme was stable in up to 72 hours of incubation at the same temperatures. The free enzyme showed increased activity in the presence of NH4Cl and CaCl2 (117.50% and 111.25%, respectively). In addition, the encapsulated lipase presented increased activity with all the ions analyzed, being CaCl2 (152.94%), NH4Cl (145.88%), BaCl2 (144.12%) and NaCl (138.24%). In relation to the hydrolysis, it was observed that both the free and encapsulated enzyme presented higher hydrolytic activity after 96 hours of incubation, in which the encapsulated enzyme obtained 34.66% hydrolysis and the free enzyme obtained 17.91% hydrolysis. Thus, yeast Candida viswanathii proved to be efficient both for lipid accumulation and for lipase production under the established conditions. In addition, the encapsulated enzyme presented good stability and potential for application in poultry fat hydrolysis.