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.

O sabugo de milho, devido a sua estrutura lignocelulósica, pode servir como fonte de biomassa renovável na produção de açúcares solúveis que podem ser convertidos em produtos de elevados valores agregados, como etanol e outros. A hidrólise ácida é o método mais utilizado na obtenção de hidrolisado hemicelulósico de materiais lignocelulósicos ricos em açúcares fermentescíveis, sendo o açúcar xilose em maior concentração. A levedura fermentadora de xilose Scheffersomyces stipitis está entre os poucos organismos que utilizam a xilose e a glicose e exibem um sistema regulatório de transição entre o processo respiratório e o fermentativo. Este trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia de obtenção de bioetanol por S. stipitis CBS 6054, a partir da fração hemicelulósica do sabugo de milho, avaliando a formulação nutricional do meio de fermentação. Como fonte de nitrogênio alternativa foi escolhida o farelo de soja. O hidrolisado hemicelulósico de sabugo de milho (HHSM), obtido por hidrólise ácida, foi concentrado a vácuo e tratado pela elevação e abaixamento de pH. O hidrolisado de farelo de soja foi obtido por hidrólise enzimática (Alcalase, 600C, 100 rpm, 3h). Para avaliar a solubilidade do hidrolisado de farelo de soja em HHSM (pH de 4,0 a 7,0) empregou-se planejamento fatorial 22 completo com análise de superfície de resposta (RSM). A suplementação do HHSM com a proteína de farelo de soja solubilizada em associação ou não com outros nutrientes (ureia e sulfato de amônio) na obtenção de bioetanol por S. stipitis foi avaliada por meio de um planejamento fatorial 23 completo com RSM. A fermentação foi realizada em frascos de Erlenmeyer (125 mL) contendo 50 mL de meio sob agitação de 150 rpm e 30 °C. A concentração de inoculo foi de 1,5 g/L de células. Os resultados mostraram que a hidrólise ácida favoreceu a remoção da fração hemicelulósica (88,05%) com pouca alteração na celulose (10,06%) e da lignina (27,07%) com relação ao material in natura, proporcionando um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose (28,30 g/L) com baixas concentrações de compostos fenólicos e furanos. O tratamento do HHSM reduziu seu teor proteico em relação ao hidrolisado concentrado (74,76%) e hidrolisado original (28,53%). O farelo de soja foi de boa qualidade apresentando solubilidade da proteína em KOH igual a 82,99% e índice de urease igual a 0,00. A hidrólise enzimática de farelo de soja hidrolisou 50,45% mais proteína do que a extração aquosa de proteína de farelo de soja, obtendo-se 45 g/L de proteína solubilizada. Na quantificação de proteína pelo método de Lowry foi necessário levar em consideração a presença de espécies interferentes do HHSM. A máxima solubilização da proteína de soja (9,02 g/L) em HHSM foi obtida maximizando a concentração de hidrolisado de farelo de soja (5,0 g/L). O pH, nos níveis estudados, não influenciou a solubilização da proteína de soja em HHSM. Pela RMS, o valor máximo para o fator de conversão de açúcares em etanol (0,20 g/g) pode ser alcançado empregando-se hidrolisado de farelo de soja em seu nível superior (5,0 g/L) e uréia (3 g/L) e sulfato de amônio (3,0 g/L) em seus pontos centrais. A fonte de proteína de farelo de soja solubilizada em HHSM tem potencial como fonte de nitrogênio alternativa na produção de bioetanol por Scheffersomyces stipitis. / The corn cob, due to its lignocellulosic structure, can be used as a biomass renewable source for soluble sugars can be converted into high value-added products, such as ethanol and others. Acid hydrolysis is the mostly used method to obtain hemicellulosic hydrolysate from lignocellulosic materials, leading to the obtaining of the xylose sugar at the highest concentration, from their hemicellulosic fraction. The xylose fermenting yeast Scheffersomyces stipitis is among the few organisms that utilize both xylose and glucose regulatory systems and exhibits a transition between the respiratory and fermentative processes. This work aims to contribute to the development of a technology to obtain bioethanol by Scheffersomyces stipitis CBS 6054, from the corn cob hemicellulosic fraction, evaluating the nutritional formulation of the fermentation medium. As an alternative of nitrogen source, it was chosen soybean bran. The corn cob hemicellulosic hydrolysate (HHSM) was obtained by acid hydrolysis, vacuum evaporated and treated by pH variation. Hydrolysate of soybean bran was obtained by enzymatic hydrolysis (Alcalase, 60°C, 100 rpm, 3h). The solubility evaluation of the hydrolysate of soybean bran in HHSM (pH 4.0 to 7.0) was performed by 22 full factorial design using response surface methodology (RSM). The supplementation of HHSM with solubilized soybean bran protein associated or not with other nutrients (urea and ammonium sulphate) to obtain bioethanol employed a 23 full factorial design using RSM. The fermentation was carried out in Erlenmeyer flasks (125 mL) containing 50mL of medium stirred at 150rpm and 30 °C. The inoculum concentration was 1.5 g/L of cells. The results showed that the acid hydrolysis favored removal of the hemicellulosic fraction (88.05%) with little change in cellulose (10.06%) and lignin (27.07%) compared to the in natura material, providing a hemicellulosic hydrolysate rich in xylose (28.30 g/L) with low concentrations of phenolics compounds and furans. Treatment of HHSM reduced protein content in the vaccum evaporated hydrolysate (74.76%) and original hydrolysate (28.53%). Soybean bran had good quality as shown by the protein solubility of KOH of 82.99 % and by urease index of 0.00. The soybean bran enzymatic hydrolysis produced 50.45% more protein than aqueous soybean bran protein extraction, yielding 45 g/L of solubilized protein. In the determination of protein content by the Lowry method was necessary to take into account the presence of interfering species of the HHSM. The maximum soybean bran protein solubility (9.01 g/L) was obtained maximizing the concentration of hydrolysate of soybean bran (5.0 g /L) in HHSM. In the range studied in this work, the pH did not influence the solubility of soybean bran protein in HHSM. For the response surface methodology, the maximum value for the ethanol yield (0.20 g/g.) can be achieved employing hydrolysate of soybean bran in its upper level (5.0 g/L) and urea (3 g/L) and ammonium sulfate (3 g/L) in their center points. The source of soybean bran protein solubilized in HHSM has potential as an alternative nitrogen source for bioethanol production by Scheffersomyces stipitis.

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.

Microrganismos oriundos de ecossistemas restritivos como o continente Antártico têm despertado grande interesse científico, visto que pesquisas podem resultar em produtos de grande interesse comercial. Visando o melhor aproveitamento da fração hemicelulósica de biomassas vegetais para obtenção de bioprodutos, junto ao potencial biotecnológico das leveduras da Antártica, a presente pesquisa avaliou a tolerância destas ao hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em função de sua concentração, bem como em meio semi-definido. A avaliação das leveduras Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95), Candida davisiana (L101 e 107) e Guehomyces pullulans (L109) foi feita a partir do consumo de xilose, glicose, arabinose, ácido acético, compostos fenólicos totais, produção de xilitol, células e pigmentos. Os cultivos foram realizados em Erlenmeyer de 125 mL, com 50 mL de meio a 200 RPM, a 30 °C por 48h. Considerando que a L109 demonstrou melhor desempenho quanto ao consumo de xilose e produção de xilitol do que as demais leveduras, a mesma foi utilizada para avaliar a influência da suplementação nutricional do hidrolisado sobre estes parâmetros utilizando delineamento composto central rotacional (DCCR). Todas as leveduras consumiram totalmente a glicose independente da concentração do hidrolisado, enquanto o consumo de xilose, arabinose, ácido acético e fenóis totais variaram de acordo com a concentração do hidrolisado e a levedura empregada, da mesma forma para produção de xilitol, células e pigmento. O planejamento realizado (DCCR) demonstrou que o consumo de xilose é favorecido na máxima concentração do extrato de farelo de arroz, e níveis intermediários de (NH4)2SO4, enquanto que a concentração de CaCl2 não foi significativa. Para o fator Yp/s de xilitol, baixos níveis de extrato de farelo de arroz e CaCl2 aumentaram este fator enquanto que o (NH4)2SO4 favoreceu em níveis intermediários. Conclui-se com estes resultados que as leveduras da Antártica são capazes de tolerar o hidrolisado, sendo capazes também de consumir os compostos tóxicos, ácido acético e fenólicos totais. / Microorganisms from restrictive ecosystems such as Antarctica have aroused great scientific interest, since research studies may result in high value-added products. Given the need for better utilization of the hemicellulose fraction of biomass to obtain bioproducts, coupled with great biotechnological potential of the Antarctic yeast. This research evaluated the tolerance of these yeasts related to the hemicellulosic hydrolyzate from sugarcane bagasse at different concentrations, as well as in a semi-defined medium. Performance evaluation of the yeasts was based on consumption of xylose, glucose, arabinose, acetic acid, phenolics compounds, production of xylitol, cells and pigments. The following yeasts were employed: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95), Candida davisiana (L101 and 107) and Guehomyces pullulans (L109). Cultures were cultivated in 125 mL Erlenmeyer flasks with a 50 mL medium at 200 RPM and 30 °C for 48h. Since the L109 showed a better performance in relation to the xylose consumption and xylitol production than the other yeasts when cultivated in hemicellulosic hydrolyzate diluted with 25% distilled water, the same was used to evaluate the influence of nutritional supplementation of the hemicelulosic hydrolyzate utilizing central composite rotational design (CCRD). All yeasts completely consumed glucose regardless of the hemicelulosic hydrolyzate concentration; while the consumption of xylose, arabinose, acetic acid and phenolics varied according to the concentration of hydrolyzate and yeast employed, the same was observed with xylitol production, cells and pigment. The design (CCRD), demonstrated that the xylose consumption was favored by maximum the concentration of the rice bran extract, and intermediate levels of (NH4)2SO4, whereas the concentration of CaCl2 was not significant. For the conversion into xylitol, low levels of rice bran extract and CaCl2 increased YP/S, while (NH4)2SO4 favored at intermediate levels. It was concluded that the Antarctic yeast tolerate the hydrolyzed, being also able to consume toxic compounds such as acetic acid and phenolic compounds.

Hidrolisados hemicelulósicos como o resultante do processamento do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção do etanol celulósico, constituem uma fonte rica em açúcares, em particular xilose. Considerando o potencial destes hidrolisados para utilização por micro-organismos fermentadores de pentoses e a disponibilidade de leveduras xilanolíticas isoladas da Antártica, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o cultivo destas leveduras no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar com vistas à obtenção de bioprodutos. Os experimentos foram realizados empregando-se 16 leveduras xilanolíticas isoladas de diferentes fontes. Inicialmente estas foram repicadas em ágar Sabouraud e cultivadas em diferentes temperaturas, selecionando-se para o cultivo em hidrolisado hemicelulósico aquelas que cresceram neste meio. Os cultivos no hidrolisado foram realizados em triplicata em frascos Erlenmeyer, a 200 rpm, a 30°C em duas etapas: O primeiro ocorreu por 72 h e as leveduras que cresceram neste período foram as empregadas para avaliação do cultivo no hidrolisado e também em meio semi-definido simulando a composição em açúcares deste hidrolisado por um período de 96h. Neste caso as avaliações ocorreram a cada 24h a partir da determinação da concentração de açúcares, formação de células, xilitol e etanol, pH, concentração dos tóxicos ácido acético, hidroximetilfurfural, furfural e fenólicos. O experimento controle foi empregado utilizando-se Candida guillermondii já bastante pesquisada nas fermentações que empregam hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. Foi verificado que 6 das leveduras testadas foram capazes de assimilar os açúcares presentes no hidrolisado, sendo que apenas a Cryptococcus adeliensis (L95) apresentou capacidade de produzir etanol como produto deste metabolismo, enquanto as leveduras Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 e L107) e Cryptococcus adeliensis (L108) apresentaram indícios de atividade xilanolítica. Com relação aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado verificou-se que em alguns cultivos ocorreu decréscimo na concentração destes e a manutenção da viabiliadade celular ao final do cultivo. Considerando o caráter inovador da presente pesquisa faz-se necessário a continuidade da investigação a fim de se estabelecer as melhores condições de cultivo destas leveduras para fins de aproveitamento biotecnológico de hidrolisados hemicelulosicos, em função do desempenho destas em relação à C. guilliermondii. / Hemicellulose hydrolysates, as the result of sugarcane bagasse processing for obtaining cellulosic ethanol, are a rich source of sugars, especially xylose. Considering the potential of these hydrolysates for the use by pentoses fermenting micro-organisms and the availability of xylanolytic yeasts isolated from Antarctica, this research aims to evaluate the cultivation of these yeasts in hemicellulose hydrolysate of sugarcane bagasse in order to obtain bioproducts. The experiments were performed by employing 16 xylanolytic yeasts isolated from different sources. Initially, they were transferred in Sabouraud agar and grown at different temperatures, and those that grew in this medium were selected for cultivation in hemicellulose hydrolysate. The cultures in the hydrolysate were performed in triplicate in Erlenmeyer flasks at 200 rpm at 30 ° C in two stages: The first one occurred for 72 h and the yeasts that grew in this period were used for the evaluation of growth in the hydrolysate and also in semi-defined medium simulating the sugar composition of this hydrolysate for 96h. In this case, the evaluations occurred every 24 hours from the determination of sugars concentration, formation of cell, xylitol and ethanol, pH, concentration of the toxics acetic acid, hydroxymethylfurfural, furfural and phenols. A control experiment was employed using Candida guillermondii which has been well investigated in fermentations employing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate. It was verified that 6 of the tested yeasts were able to assimilate the sugars present in the hydrolysate, and only Cryptococcus adeliensis (L95) showed ability to produce ethanol as a product of this metabolism, while the yeasts Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 and L107) and Cryptococcus adeliensis (L108) showed evidences of xylanolytic activity. With respect to toxic compounds present in hydrolysate, it was verified that, in some cultures, the decrease in their concentration and the maintenance of cell viability at the end of cultivation occurred. Due to the innovative nature of this research, it is necessary to continue the investigation in order to establish the best conditions for this yeasts cultivation with the purpose of biotechnological exploitation of hemicellulose hydrolysates, depending on their performance regarding C. guilliermondii.

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.

Microrganismos oriundos de ecossistemas restritivos como o continente Antártico têm despertado grande interesse científico, visto que pesquisas podem resultar em produtos de grande interesse comercial. Visando o melhor aproveitamento da fração hemicelulósica de biomassas vegetais para obtenção de bioprodutos, junto ao potencial biotecnológico das leveduras da Antártica, a presente pesquisa avaliou a tolerância destas ao hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em função de sua concentração, bem como em meio semi-definido. A avaliação das leveduras Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95), Candida davisiana (L101 e 107) e Guehomyces pullulans (L109) foi feita a partir do consumo de xilose, glicose, arabinose, ácido acético, compostos fenólicos totais, produção de xilitol, células e pigmentos. Os cultivos foram realizados em Erlenmeyer de 125 mL, com 50 mL de meio a 200 RPM, a 30 °C por 48h. Considerando que a L109 demonstrou melhor desempenho quanto ao consumo de xilose e produção de xilitol do que as demais leveduras, a mesma foi utilizada para avaliar a influência da suplementação nutricional do hidrolisado sobre estes parâmetros utilizando delineamento composto central rotacional (DCCR). Todas as leveduras consumiram totalmente a glicose independente da concentração do hidrolisado, enquanto o consumo de xilose, arabinose, ácido acético e fenóis totais variaram de acordo com a concentração do hidrolisado e a levedura empregada, da mesma forma para produção de xilitol, células e pigmento. O planejamento realizado (DCCR) demonstrou que o consumo de xilose é favorecido na máxima concentração do extrato de farelo de arroz, e níveis intermediários de (NH4)2SO4, enquanto que a concentração de CaCl2 não foi significativa. Para o fator Yp/s de xilitol, baixos níveis de extrato de farelo de arroz e CaCl2 aumentaram este fator enquanto que o (NH4)2SO4 favoreceu em níveis intermediários. Conclui-se com estes resultados que as leveduras da Antártica são capazes de tolerar o hidrolisado, sendo capazes também de consumir os compostos tóxicos, ácido acético e fenólicos totais. / Microorganisms from restrictive ecosystems such as Antarctica have aroused great scientific interest, since research studies may result in high value-added products. Given the need for better utilization of the hemicellulose fraction of biomass to obtain bioproducts, coupled with great biotechnological potential of the Antarctic yeast. This research evaluated the tolerance of these yeasts related to the hemicellulosic hydrolyzate from sugarcane bagasse at different concentrations, as well as in a semi-defined medium. Performance evaluation of the yeasts was based on consumption of xylose, glucose, arabinose, acetic acid, phenolics compounds, production of xylitol, cells and pigments. The following yeasts were employed: Cryptococcus laurentii (L62), Cryptococcus adeliensis (L95), Candida davisiana (L101 and 107) and Guehomyces pullulans (L109). Cultures were cultivated in 125 mL Erlenmeyer flasks with a 50 mL medium at 200 RPM and 30 °C for 48h. Since the L109 showed a better performance in relation to the xylose consumption and xylitol production than the other yeasts when cultivated in hemicellulosic hydrolyzate diluted with 25% distilled water, the same was used to evaluate the influence of nutritional supplementation of the hemicelulosic hydrolyzate utilizing central composite rotational design (CCRD). All yeasts completely consumed glucose regardless of the hemicelulosic hydrolyzate concentration; while the consumption of xylose, arabinose, acetic acid and phenolics varied according to the concentration of hydrolyzate and yeast employed, the same was observed with xylitol production, cells and pigment. The design (CCRD), demonstrated that the xylose consumption was favored by maximum the concentration of the rice bran extract, and intermediate levels of (NH4)2SO4, whereas the concentration of CaCl2 was not significant. For the conversion into xylitol, low levels of rice bran extract and CaCl2 increased YP/S, while (NH4)2SO4 favored at intermediate levels. It was concluded that the Antarctic yeast tolerate the hydrolyzed, being also able to consume toxic compounds such as acetic acid and phenolic compounds.

Hidrolisados hemicelulósicos como o resultante do processamento do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção do etanol celulósico, constituem uma fonte rica em açúcares, em particular xilose. Considerando o potencial destes hidrolisados para utilização por micro-organismos fermentadores de pentoses e a disponibilidade de leveduras xilanolíticas isoladas da Antártica, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o cultivo destas leveduras no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar com vistas à obtenção de bioprodutos. Os experimentos foram realizados empregando-se 16 leveduras xilanolíticas isoladas de diferentes fontes. Inicialmente estas foram repicadas em ágar Sabouraud e cultivadas em diferentes temperaturas, selecionando-se para o cultivo em hidrolisado hemicelulósico aquelas que cresceram neste meio. Os cultivos no hidrolisado foram realizados em triplicata em frascos Erlenmeyer, a 200 rpm, a 30°C em duas etapas: O primeiro ocorreu por 72 h e as leveduras que cresceram neste período foram as empregadas para avaliação do cultivo no hidrolisado e também em meio semi-definido simulando a composição em açúcares deste hidrolisado por um período de 96h. Neste caso as avaliações ocorreram a cada 24h a partir da determinação da concentração de açúcares, formação de células, xilitol e etanol, pH, concentração dos tóxicos ácido acético, hidroximetilfurfural, furfural e fenólicos. O experimento controle foi empregado utilizando-se Candida guillermondii já bastante pesquisada nas fermentações que empregam hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. Foi verificado que 6 das leveduras testadas foram capazes de assimilar os açúcares presentes no hidrolisado, sendo que apenas a Cryptococcus adeliensis (L95) apresentou capacidade de produzir etanol como produto deste metabolismo, enquanto as leveduras Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 e L107) e Cryptococcus adeliensis (L108) apresentaram indícios de atividade xilanolítica. Com relação aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado verificou-se que em alguns cultivos ocorreu decréscimo na concentração destes e a manutenção da viabiliadade celular ao final do cultivo. Considerando o caráter inovador da presente pesquisa faz-se necessário a continuidade da investigação a fim de se estabelecer as melhores condições de cultivo destas leveduras para fins de aproveitamento biotecnológico de hidrolisados hemicelulosicos, em função do desempenho destas em relação à C. guilliermondii. / Hemicellulose hydrolysates, as the result of sugarcane bagasse processing for obtaining cellulosic ethanol, are a rich source of sugars, especially xylose. Considering the potential of these hydrolysates for the use by pentoses fermenting micro-organisms and the availability of xylanolytic yeasts isolated from Antarctica, this research aims to evaluate the cultivation of these yeasts in hemicellulose hydrolysate of sugarcane bagasse in order to obtain bioproducts. The experiments were performed by employing 16 xylanolytic yeasts isolated from different sources. Initially, they were transferred in Sabouraud agar and grown at different temperatures, and those that grew in this medium were selected for cultivation in hemicellulose hydrolysate. The cultures in the hydrolysate were performed in triplicate in Erlenmeyer flasks at 200 rpm at 30 ° C in two stages: The first one occurred for 72 h and the yeasts that grew in this period were used for the evaluation of growth in the hydrolysate and also in semi-defined medium simulating the sugar composition of this hydrolysate for 96h. In this case, the evaluations occurred every 24 hours from the determination of sugars concentration, formation of cell, xylitol and ethanol, pH, concentration of the toxics acetic acid, hydroxymethylfurfural, furfural and phenols. A control experiment was employed using Candida guillermondii which has been well investigated in fermentations employing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate. It was verified that 6 of the tested yeasts were able to assimilate the sugars present in the hydrolysate, and only Cryptococcus adeliensis (L95) showed ability to produce ethanol as a product of this metabolism, while the yeasts Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 and L107) and Cryptococcus adeliensis (L108) showed evidences of xylanolytic activity. With respect to toxic compounds present in hydrolysate, it was verified that, in some cultures, the decrease in their concentration and the maintenance of cell viability at the end of cultivation occurred. Due to the innovative nature of this research, it is necessary to continue the investigation in order to establish the best conditions for this yeasts cultivation with the purpose of biotechnological exploitation of hemicellulose hydrolysates, depending on their performance regarding C. guilliermondii.

Em um contexto de sustentabilidade onde resíduos devem ser aproveitados na tentativa de gerar novos produtos, energéticos ou não encontra-se o bagaço de maçã, o resíduo oriundo da prensagem do fruto no processo de produção de suco. Tal biomassa é composta por cascas, polpa, talos e sementes. Representa cerca de 30% da produção anual de maçã no Brasil e tem como opção de utilização, suplementação de ração animal e adubação orgânica. Uma alternativa de aproveitamento para esta biomassa está na sua utilização em bioprocessos como na produção de etanol, xilitol, dentre outros. O xilitol e o etanol vêm sendo amplamente investigados, o xilitol por suas diversas aplicações nos setores odontológico, farmacêutico e alimentício e o etanol pela sua utilização em substituição aos combustíveis fósseis. Desta forma o presente trabalho avaliou o aproveitamento do bagaço de maçã como matéria-prima em bioprocessos. Para tanto, foram desenvolvidas etapas de caracterização da biomassa; obtenção por hidrólise ácida (1% H2SO4, 121?C, 20 min.), concentração a vácuo e, destoxificação (1% de carvão vegetal ativo e ajuste de pH), do hidrolisado hemicelulósico; e fermentação deste hidrolisado por Candida guilliermondii e Kluyveromyces marxianus. As fermentações foram desenvolvidas em frascos Erlenmeyer (125mL), em shaker rotatório (200 rpm, 30°C) por 96 horas, empregando como meio de cultivo o hidrolisado hemicelulósico suplementado com (g.L-1) solução de extrato de farelo de arroz (20); CaCl2.2H2O (0,1) e (NH4)2SO4 (2,0). No presente trabalho, o bagaço de maçã apresentou teores (%) de 32,62 de celulose, 25,38 de lignina e 23,60 de hemicelulose, enquanto o hidrolisado o qual foi destoxificado em separado para as fermentações com as leveduras teve como constituintes (g.L-1): xilose (29,65), glicose (20,79), arabinose (19,93), ácido acético (2,07), furfural (0,03) e hidroximetilfurfural (0,11). Foi constatado que ambas as leveduras consumiram totalmente a glicose (12h) e parcialmente as pentoses, xilose e arabinose, sendo a última consumida lentamente por C. guilliermondii e apenas nas últimas 24 horas de cultivo por K. marxianus Como resultado, C. guilliermondii produziu xilitol (9,35g.L-1) e K. marxianus tanto xilitol (9,10g.L-1) quanto etanol (10,47 g.L-1) como principais bioprodutos. As máximas atividades enzimáticas (U/mgprot) de xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH) das leveduras empregadas foram 0,23 e 0,53 para C. guilliermondii e 0,08 e 0,08 para K. marxianus, respectivamente. Baseando-se nos resultados obtidos no presente trabalho, pode-se afirmar que o bagaço de maçã é uma biomassa promissora para ser aproveitada como matéria-prima em bioprocessos que visam a produção de xilitol e/ou etanol. / In a sustainability context in which residues must be used for obtaining new energetic or non-energetic products, vegetal biomass becomes an important feedstock for bioprocess. One of those residues is apple pomace, which is produced in the fruit milling during the juice production process. This biomass is composed by skin, pulp, stalk and seeds. It represents about 30% of apple annual production in Brazil, and the conventional uses are animal feeding and organic fertilization. One alternative to use this biomass is its utilization as feedstock in bioprocesses, such as ethanol and xylitol production. Extensive research is being performed in xylitol and ethanol production due to the important applications of xylitol in odontological, pharmaceutical and food industries, as well as because of the utilization of ethanol as substitute of fossil fuels. In this way, the present work evaluated the use of apple pomace as feedstock for bioprocess, through the development of stages of biomass characterization; dilute-acid hydrolysis (1% H2SO4, 121?C, 20 min.), vacuum concentration and detoxification (pH adjustment and activated charcoal adsorption) of the hemicellulosic hydrolysate and fermentation of this hydrolysate by Candida guilliermondii and Kluyveromyces marxianus. The fermentations were performed in Erlenmeyer flasks (125mL) in a rotatory shake (200rpm, 30ºC) for 96h, employing as culture medium the hemicellulosic hydrolysate supplemented with (g.L-1) rice bran extract (20), CaCl2·2H2O (0.1) and (NH4)2SO4 (2.0). In this work, the composition (%) of apple was 32.62 of cellulose, 25.38 of lignin and 23.60 of hemicellulose. The hydrolysate was separately detoxified for the fermentations with the yeasts, and has the following composition (g.L-1): xylose (29.65), glucose (20.79), arabinose (19.93), acetic acid (2.07), furfural (0.03) and 5-hydroxymethylfurfural (0.11). It was verified that both yeasts consumed totally glucose (12h) and partially pentoses, i.e. xylose and arabinose, the latter being consumed slowly by C. guilliermondii and only in the last 24h of fermentation by K. marxianus. The main products for C. guilliermondii was xylitol (9.35g.L-1) while for K. marxianus it was ethanol (10.47g.L-1) and xylitol (9.10 g.L-1) as well. The maximum enzymatic activities (U/mgprot) of Xylose Reductase (XR) and Xylitol Dehydrogenase (XDH) were 0.23 e 0.53 for C. guilliermondii and 0.08 and 0.08 for K. marxianus, respectively. Based on the results of the present work, it can be stated that apple pomace is a promissory biomass to be used as feedstock in bioprocess for xylitol and/or ethanol production.