Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-04-24T14:21:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Silvana Rissi.pdf: 204126 bytes, checksum: 91edf998ca04bba3fa4bbbd222b873a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T14:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Silvana Rissi.pdf: 204126 bytes, checksum: 91edf998ca04bba3fa4bbbd222b873a4 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24

Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-04-25T13:43:14Z No. of bitstreams: 1 Tese Fernanda Roberta Rech.pdf: 330878 bytes, checksum: dcfd7515c7bf4521f3c575214f90f867 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T13:43:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Fernanda Roberta Rech.pdf: 330878 bytes, checksum: dcfd7515c7bf4521f3c575214f90f867 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24

Com a crescente busca por fontes energéticas renováveis alternativas aos combustíveis fósseis, o uso de biomassa lignocelulósica, como bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto, surge como uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Porém, são necessários pré-tratamentos para facilitar a ação das enzimas sobre a biomassa. Entre os métodos de pré-tratamentos, o biológico tem sido estudado, por não demandar o uso de químicos e altos custos energéticos, apresentar condições brandas de processo e não levar à formação de compostos inibidores às etapas posteriores. No presente trabalho, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto foram pré-tratados por diferentes espécies de basidiomicetos. As amostras pré-tratadas foram hidrolisadas com complexo enzimático de Peninillium echinulatum e posteriormente realizou-se a fermentação dos açúcares liberados. Com relação à produção de enzimas lignolíticas, as espécies que se destacaram em bagaço de cana-de-açúcar foram Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 e Trametes villosa 82I6. Em serragem de eucalipto, os teores destas enzimas foram significativamente inferiores aos obtidos com as mesmas espécies em bagaço de cana-de-açúcar. Em análise de espectros de FTIR, T. villosa 82I6 e P. pulmonarius PS2001 apresentaram proporções favoráveis entre o consumo de celulose, hemicelulose e lignina em ambas as biomassas testadas. Em ensaios de hidrólise enzimática, pré-tratamento biológico por T. villosa 82I6 aumentou a digestibilidade da celulose presente na serragem de 3,7% para 42% e do bagaço de cana-de-açúcar de 12,9% para 22%. T. villosa 82I6 destacou-se, visto que, em ambas as biomassas, foi o basidiomiceto que promoveu o maior liberação de glicose na etapa de hidrólise em amostras pré-tratadas por menores tempos. Em fermentação alcoólica dos hidrolisados de ambas as biomassas pré-tratadas por T. villosa 82I6, o rendimento em etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar foi aumentado para 20,2±0,5 mg/g após 49 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 10,1±0,8 mg/g. O rendimento em etanol a partir de serragem de eucalipto foi aumentado para 25,5±0,7, 18,2±0,03 e 25,5±3,8 mg/g, após respectivamente 7, 28 e 42 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 6,5±0,2 mg/g. Foi demonstrado o potencial do T. villosa 82I6 como agente biológico em pré-tratamentos de biomassas lignocelulósicas e o impacto do pré-tratamento sobre as etapas subsequentes. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-11-30T19:22:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Caroline Hartmann.pdf: 2412511 bytes, checksum: a07736115b288116c6298b801c3ef764 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-30T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Caroline Hartmann.pdf: 2412511 bytes, checksum: a07736115b288116c6298b801c3ef764 (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / With the growing demand for renewable energy sources as alternatives to fossil fuels, the use of lignocellulosic biomass, such as sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust, is an alternative for the production of second generation ethanol. However, pretreatments are needed to facilitate the action of enzymes on biomass. Among the pretreatment methods, the biological has been studied, since it does not require the use of chemicals and high energy costs, to present soft conditions of process and not formation of inhibitory compounds to the later stages. In the present study, sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust were pretreated by different basidiomycete species. The pretreated samples were hydrolyzed with enzymatic complex of Peninillium echinulatum and later the fermentation of the liberated sugars was carried out. In relation to the production of lignolytic enzymes, the species that stood out in sugarcane bagasse were Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 and Trametes villosa 82I6. In eucalyptus sawdust, these enzymes were significantly lower than those obtained by the same species in sugarcane bagasse. In the analysis of FTIR spectra, T. villosa 82I6 and P. pulmonarius PS2001 presented favorable proportions between cellulose, hemicellulose and lignin consumption in both biomasses tested. In enzymatic hydrolysis assays, biological pretreatment with T. villosa 82I6 increased the digestibility of the pulp present in the sawdust to 42% and of the sugarcane bagasse to 22%. T. villosa 82I6 was highlighted, since in both biomass, it was the basidiomycete that promoted the highest glucose release in the hydrolysis step, in samples pretreated for shorter times. In alcoholic fermentation of the hydrolysates of both biomasses pretreated with T. villosa 82I6, ethanol yield from sugarcane bagasse was increased to 20.2±0.5 mg/g after 49 days of treatment, while the control presented yield of 10.1±0.8 mg/g. The ethanol yield from eucalyptus sawdust was increased to 25.5±0.7, 18.2±0.03 and 25.5±3.8 mg/g, respectively after 7, 28 and 42 days of treatment, while the control presented yield of 6.5±0.2 mg/g. The potential of T. villosa 82I6 as a biological agent in pretreatments of lignocellulosic biomass and the impact of pretreatment on subsequent steps has been demonstrated.

Submitted by CLAUDIO DAMASCENO PAVANI null (claudio_dp913@hotmail.com) on 2017-07-10T13:24:55Z No. of bitstreams: 1 Tese Claudio_Damasceno _Pavani.docx: 10100219 bytes, checksum: b0579cc0881c7d4a4bd458b37a7be301 (MD5) / Rejected by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: A versão final da dissertação/tese deve ser submetida no formato PDF (Portable Document Format). O arquivo PDF não deve estar protegido e a dissertação/tese deve estar em um único arquivo, inclusive os apêndices e anexos, se houver. Por favor, corrija o formato do arquivo e realize uma nova submissão. Agradecemos a compreensão. on 2017-07-13T19:46:29Z (GMT) / Submitted by CLAUDIO DAMASCENO PAVANI null (claudio_dp913@hotmail.com) on 2017-07-17T13:16:54Z No. of bitstreams: 1 Tese Claudio_Damasceno _Pavani.pdf: 4981240 bytes, checksum: c45fa10351f84e64eb25cd201dcc69c9 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-07-18T16:17:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pavani_cd_dr_jabo.pdf: 4981240 bytes, checksum: c45fa10351f84e64eb25cd201dcc69c9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T16:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pavani_cd_dr_jabo.pdf: 4981240 bytes, checksum: c45fa10351f84e64eb25cd201dcc69c9 (MD5) Previous issue date: 2017-06-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A comunidade mundial busca pela obtenção de biocombustível celulósico, embora ainda seja um grande desafio a desconstrução do arranjo lignocelulósico para obtenção de açúcares livres de forma eficiente e economicamente viável. A fim de superar tais desafios, avanços conquistados pela metagenômica ressaltam sua aplicação como alternativa para compreender e desvendar o grande potencial metabólico presente nos ambientes, buscando encontrar em tais ambientes novas enzimas que atuem de forma eficiente na desconstrução do material lignocelulósico. Neste trabalho utilizou-se, a abordagem metagenômica para caracterização de genes com potencial para degradar biomassa vegetal e também para avaliação da diversidade taxonômica do ambiente ruminal bovino (Cow_1), bem como comparar os dados coletados com outros metagenomas disponíveis. Amostras de conteúdo ruminal de três bovinos machos da raça Nelore foram coletadas para a obtenção da amostra de DNA metagenômico, que posteriormente foi sequenciada pelo sequenciador HiScan SQ (Illumina). Foram obtidas aproximadamente 63 milhões de sequências (Cow _1), 2 x 100 pb. Dentre os 26 filos encontrados o filo Bacteroidetes foi o mais abundante, seguido de Firmicutes e Proteobacteria. Para a anotação gênica foi utilizado os bancos de dados Pfam, GO, KEGG e CAZy. Foram associadas ORFs relacionadas a 86 famílias de Glycoside Hydrolases (GHs), 52 famílias de Carbohydrate-Binding Modules (CBMs), 4 famílias de Auxiliary Activities (AAs), 16 famílias de Carbohydrate Esterases (CEs), 55 famílias de Glycosyl Transferases (GTs), 16 famílias de Polysaccharide Lyases (PLs), 1 família de S-layer homology (SLH) domain e 1 família de cohesina e dockerina, estes genes estão relacionados a formação do complexo enzimático para desconstrução da biomassa vegetal (celulossoma). O metagenoma da cow_1 analisado apresentou maior quantidade de genes relacionados à desconstrução da biomassa vegetal, quando comparados com outros 11 metagenomas. Além disso, os metagenomas dos ambientes lignocelulósicos apresentaram, principalmente, maior abundância de GH3, GH5, GH8, GH10 e GH11, genes que são importantes na degradação da lignocelulose quando comparados com o grupo de metagenomas não lignocelulósico. Os ambientes lignocelulósicos também revelaram maior abundância de sequências de domínios que se ligam na estrutura da celulose (CBM1, CBM10, CBM11, CBM16, CBM3, CBM63, CBM79 e CBM56), domínios que se ligam na estrutura da hemicelulose (CBM35, CBM61, CBM62 e CBM67) e domínios que atuam na estrutura da celulose e xilana (CBM37, CBM44 e CBM59). O metagenoma ruminal mostrou uma grande diversidade de enzimas responsáveis pela degradação da biomassa vegetal, demonstrando seu potencial como fonte de enzimas com potencial biotecnológico. Os metagenomas lignocelulósicos mostraram uma maior abundância de GH3, GH5, GH8, GH10 e GH11, genes que são importantes na degradação de celulose, celobiose, manana, xilana e xilo-oligossacarídeos quando comparados ao grupo não-lignocelulósico. / The world community search to obtain cellulosic biofuel; however the deconstruction of the lignocellulosic arrangement to obtain free sugars in an efficient and economically viable way is still a great challenge. Advances achieved through the metagenomic emphasize its application as an alternative to unfold the great metabolic potential present in the environments in order to overcome such challenges. Thus, a metagenomic approach was used to characterize genes with potential to degrade plant biomass and to evaluate the taxonomic diversity of the Nelore bovine ruminal environment. Samples were collected from three bovine males to obtain the DNA sample, which were sequentially sequenced by the HiScan SQ (Illumina) sequencer. About 63 million sequences, 2 x 100 bp, were obtained. Among the 26 phyla found, Bacteroidetes was the most abundant, followed by Firmicutes and Proteobacteria. For gene annotation was used the Pfam, GO, KEGG and CAZy databases. A total of 86 families of Glycoside Hydrolases (GHs), 52 families of Carbohydrate Binding Modules (CBMs), 4 families of Auxiliary Activities (AAs), 16 Esterase Carbohydrate (CEs), 55 GlycosylTransferases (GTs) Polysaccharide Lyases (PLs), 1 S-homology homology (SLH) domain and 1 family of cohesin and dockerine was associated. these genes are related to the formation of the enzymatic complex for deconstruction of plant biomass (cellulosome). The cow_1 metagenome presented a greater number of genes related to deconstruction of plant biomass when compared to other 11 metagenomes. In addition, the metagenomes of the lignocellulosic environments presented, mainly, greater abundance of GH3, GH5, GH8, GH10 and GH11, genes that are important in the degradation of lignocellulose when compared with the group of non-lignocellulosic metagenomes. Focusing on the CBMs, the metagenomes of the lignocellulosic group showed a greater abundance of CBM1, CBM10, CBM11, CBM16, CBM3, CBM63, CBM79 and CBM56 that bind in the cellulose structure; CBM35, CBM61, CBM62 and CBM67 which bind to the hemicellulose structure; CBM37, CBM44 and CBM59 that act on the structure of cellulose and xylan. The ruminal metagenome showed a great diversity of enzymes responsible for the degradation of the plant biomass, demonstrating its potential as a source of enzymes with biotechnological potential. Lignocellulosic metagenomes showed a greater abundance of GH3, GH5, GH8, GH10 and GH11, genes that are important in the degradation of cellulose, cellobiose, mannan, xylan and xylo-oligosaccharides when compared to the non-lignocellulosic group.

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

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Com a crescente busca por fontes energéticas renováveis alternativas aos combustíveis fósseis, o uso de biomassa lignocelulósica, como bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto, surge como uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Porém, são necessários pré-tratamentos para facilitar a ação das enzimas sobre a biomassa. Entre os métodos de pré-tratamentos, o biológico tem sido estudado, por não demandar o uso de químicos e altos custos energéticos, apresentar condições brandas de processo e não levar à formação de compostos inibidores às etapas posteriores. No presente trabalho, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto foram pré-tratados por diferentes espécies de basidiomicetos. As amostras pré-tratadas foram hidrolisadas com complexo enzimático de Peninillium echinulatum e posteriormente realizou-se a fermentação dos açúcares liberados. Com relação à produção de enzimas lignolíticas, as espécies que se destacaram em bagaço de cana-de-açúcar foram Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 e Trametes villosa 82I6. Em serragem de eucalipto, os teores destas enzimas foram significativamente inferiores aos obtidos com as mesmas espécies em bagaço de cana-de-açúcar. Em análise de espectros de FTIR, T. villosa 82I6 e P. pulmonarius PS2001 apresentaram proporções favoráveis entre o consumo de celulose, hemicelulose e lignina em ambas as biomassas testadas. Em ensaios de hidrólise enzimática, pré-tratamento biológico por T. villosa 82I6 aumentou a digestibilidade da celulose presente na serragem de 3,7% para 42% e do bagaço de cana-de-açúcar de 12,9% para 22%. T. villosa 82I6 destacou-se, visto que, em ambas as biomassas, foi o basidiomiceto que promoveu o maior liberação de glicose na etapa de hidrólise em amostras pré-tratadas por menores tempos. Em fermentação alcoólica dos hidrolisados de ambas as biomassas pré-tratadas por T. villosa 82I6, o rendimento em etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar foi aumentado para 20,2±0,5 mg/g após 49 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 10,1±0,8 mg/g. O rendimento em etanol a partir de serragem de eucalipto foi aumentado para 25,5±0,7, 18,2±0,03 e 25,5±3,8 mg/g, após respectivamente 7, 28 e 42 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 6,5±0,2 mg/g. Foi demonstrado o potencial do T. villosa 82I6 como agente biológico em pré-tratamentos de biomassas lignocelulósicas e o impacto do pré-tratamento sobre as etapas subsequentes. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / With the growing demand for renewable energy sources as alternatives to fossil fuels, the use of lignocellulosic biomass, such as sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust, is an alternative for the production of second generation ethanol. However, pretreatments are needed to facilitate the action of enzymes on biomass. Among the pretreatment methods, the biological has been studied, since it does not require the use of chemicals and high energy costs, to present soft conditions of process and not formation of inhibitory compounds to the later stages. In the present study, sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust were pretreated by different basidiomycete species. The pretreated samples were hydrolyzed with enzymatic complex of Peninillium echinulatum and later the fermentation of the liberated sugars was carried out. In relation to the production of lignolytic enzymes, the species that stood out in sugarcane bagasse were Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 and Trametes villosa 82I6. In eucalyptus sawdust, these enzymes were significantly lower than those obtained by the same species in sugarcane bagasse. In the analysis of FTIR spectra, T. villosa 82I6 and P. pulmonarius PS2001 presented favorable proportions between cellulose, hemicellulose and lignin consumption in both biomasses tested. In enzymatic hydrolysis assays, biological pretreatment with T. villosa 82I6 increased the digestibility of the pulp present in the sawdust to 42% and of the sugarcane bagasse to 22%. T. villosa 82I6 was highlighted, since in both biomass, it was the basidiomycete that promoted the highest glucose release in the hydrolysis step, in samples pretreated for shorter times. In alcoholic fermentation of the hydrolysates of both biomasses pretreated with T. villosa 82I6, ethanol yield from sugarcane bagasse was increased to 20.2±0.5 mg/g after 49 days of treatment, while the control presented yield of 10.1±0.8 mg/g. The ethanol yield from eucalyptus sawdust was increased to 25.5±0.7, 18.2±0.03 and 25.5±3.8 mg/g, respectively after 7, 28 and 42 days of treatment, while the control presented yield of 6.5±0.2 mg/g. The potential of T. villosa 82I6 as a biological agent in pretreatments of lignocellulosic biomass and the impact of pretreatment on subsequent steps has been demonstrated.

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T06:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_DanieleLongo_M.pdf: 2642371 bytes, checksum: 08fe9958b60f1f20bc5bb385ae8820e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos compreende uma etapa de adsorção das enzimas celulases a esse material, e as chamadas isotermas de adsorção são curvas extremamente úteis nesse estudo, pois indicam a forma como o soluto (adsorbato) adsorverá no adsorvente; dão uma estimativa da quantidade máxima de soluto que o adsorvente adsorverá, entre outras características importantes. São empregadas também para a obtenção de condições mais favoráveis e eficientes na conversão da biomassa a açúcares fermentescíveis. Assim, para melhor entendimento de como o processo da adsorção enzimática interfere nos rendimentos da hidrólise enzimática da celulose, este trabalho abordou estudos específicos, tais como, a determinação da cinética e dos parâmetros das isotermas de adsorção das enzimas do complexo celulolítico sobre diferentes biomassas. Trabalhou-se com o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado hidrotérmico (BH) que apresentou 31,97% de lignina em sua composição e organossolve (BO), com 4,42% de lignina, e também com Avicel e com um isolado de lignina (IL). Os experimentos de cinética e isoterma de adsorção foram realizados em duplicata com volume reacional de 15 mL contendo tãmpão citrato de sódio 50 mM pH 4.8 complementado com with 0.02% de azida sódica por grrama de substrato onde a biomassa foi adicionada. Nos ensaios de cinética, os fracos foram incubados em um shaker (Marconi AM-832) a 50ºC e 4ºC, onde a agitação variou de 40 a 250 rpm. Foram recolhidas amostras dos frascos em tempos pré-determinados e centrifugadas por 15 min a 4,000 rpm para remoção dos materiais insolúveis. O teor de proteína do sobrenadante foi determinado usando o método de Bradford. As isotermas de adsorção da celulase para as biomassas foram conduzidas pela variação da quantidade proteica da enzima celulase (0,1 ¿ 4,5 mg/mL). Os dados experimentais foram estimados pela isoterma de adsorção de Langmuir usando o software OriginPro8.0. Os parâmetros Emax e Kp obtidos pelo ajuste dos dados experimentais mostraram-se diferentes para os diferentes materiais. Uma maior capacidade de adsorção (36,93 mg celulase/g de substrato) e, consequentemente, uma afinidade maior da enzima celulase pelo bagaço pré-tratado foi observada para o pré-tratamento hidrotérmico, pois a celulase, além de adsorver na celulose, também adsorve na lignina, em menor extensão. Os dados obtidos da isoterma de adsorção da celulase sobre o IL confirmam a adsorção improdutiva da enzima na lignina (Emax= 11,92 mg/g) e mostram como esses estudos da adsorção das enzimas em IL são importantes, porque se torna possível distinguir a adsorção a porções da celulose e frações da lignina. A agitação exerceu influência significativa no fenômeno de adsorção, onde o aumento da agitação até 150 rpm melhorou a mistura entre as enzimas e o substratos, porém, a partir de 200 rpm não foram observadas mudanças significativas nos perfis de enzima adsorvida. Palavras-chaves: Lignocelulose, cinética de adsorção, isoterma de Langmuir, hidrólise enzimática / Abstract: The enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass involves one step of adsorption of cellulase enzymes on this material, and the adsorption isotherms are curves extremely useful for this research, because they show how the solute (adsorbate) will adsorb on the adsorbent; give an estimate of what is highest quantity of solute adsorbed by the adsorbent, among other information. They are also used to attain more favorable and efficient conditions in the conversion of biomass into fermentable sugars. Therefore, for a better understanding of how the enzymatic adsorption process interferes in the enzymatic hydrolysis of cellulose yields, this study has proposed specific studies, such as the determination of the kinetics and parameters of adsorption isotherms of enzymes from cellulolityc complex on different biomasses. Sugarcane bagasse hydrothermal pretreated (BH), which presented 31.97% (w/w) of lignin in its composition, and the organosolv (BO), with 4.42% (w/w) of lignin, were evaluated, as well as Avicel and an isolated lignin (IL). The adsorption kinetics and isotherm experiments assays were performed in duplicate with reaction volume of 15 mL of sodium citrate buffer 50 mM pH 4.8 supplemented with 0.02% sodium azide per gram of substrate to which biomass was added. The adsorption kinetics assays the flasks were incubated in shaker (Marconi AM-832) at 50ºC and 4ºC where the stirring ranged from 40 to 250 rpm. Flasks were withdrawn at different time intervals and centrifuged repeatedly for 15 min in a centrifuge at 4,000 rpm to remove insoluble materials. The protein content of the supernatant was determined using Bradford method (Bradford, 1976). Cellulase adsorption isotherm on biomasses was conducted by varying the amount of cellulase protein (0.1¿4.5 mg/mL). The experimental data were fit to the Langmuir adsorption isotherm using the software OriginPro 8.0. The parameters Emax and Kp estimated by experimental data adjustment showed different values to the different materials. The highest adsorption capacity (36.93 mg of cellulase/ g of substrate) and, consequently, the highest affinity of the cellulase enzyme for the pretreated bagasse was found for the hydrothermal pretreated bagasse, as cellulase, besides adsorbing on cellulose, also adsorbs on lignin to a lesser extent. The cellulase adsorption on IL data confirms the unproductive adsorption of the enzyme on lignin (Emax = 11.92 mg/g) and shows how these adsorption studies of enzymes in IL are relevant, because it becomes feasible to distinguish the adsorption on portions of cellulose and on lignin fractions. Stirring had significant influence on the adsorption phenomenon, with the increase in stirring up to 150 rpm improving the mixture of enzymes and substrate; however, over 200 rpm stirring influence was not significant. Key-words: Lignocellulose, adsorption kinetics, Langmuir isotherm, enzymatic hydrolysis / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Marcelo Brocchi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T19:14:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Magalhaes_BeatrizLeite_M.pdf: 10407212 bytes, checksum: 966f327095d58a7872d7988a852b0612 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Atualmente, o maior desafio da indústria de biotecnologia é a produção de combustíveis e compostos de interesse petroquímico, a partir de fontes renováveis, de forma economicamente viável. Dentre estes compostos destaca-se o butanol, um importante precursor químico industrial e com potencial para ser utilizado como combustível. O butanol pode ser produzido a partir de derivados de petróleo ou naturalmente por fermentação de espécies de clostrídio solventogênicas. Este processo fermentativo apresenta como principais produtos acetona, butanol e etanol (ABE), sendo, por isso, conhecido como fermentação ABE. Atualmente, a prática da fermentação ABE em escala industrial apresenta como principais obstáculos o alto custo dos substratos utilizados como matéria-prima e o seu baixo desempenho fermentativo. Neste contexto, o uso de hidrolisado de palha de cana-de-açúcar, um substrato considerado abundante e barato, poderia resolver em parte o problema da viabilidade econômica da fermentação ABE. Porém, para a geração deste hidrolisado, sua fonte de material lignocelulósico deve passar por duas etapas: pré-tratamento e hidrólise. Após este processamento, o hidrolisado gerado se caracteriza por ser uma mistura de hexoses e pentoses, mas também de inibidores de crescimento, o que representa um empecilho para a utilização deste material em uma fermentação. Assim, a busca e seleção de micro-organismos capazes de metabolizar diferentes açúcares e que sejam tolerantes aos inibidores presentes no hidrolisado, é visto como uma estratégia sustentável e barata para viabilizar a utilização de hidrolisados lignocelulósicos para a produção de químicos e combustíveis. Nesse contexto, este projeto visou o estabelecimento de uma condição onde fosse possível a produção microbiológica de n-butanol, a partir de hidrolisado lignocelulósico, com alto rendimento e produtividade. Para isso, o projeto contemplou a seleção de linhagens potenciais, o que resultou na escolha duas linhagens: Clostridium saccharoperbutylacetonicum DSM 14923, devido a sua alta produção de butanol, e Clostridium saccharobutylicum DSM 13864, por mostra-se capaz de co-fermentar glicose e xilose e apresentar maior robustez aos inibidores presentes no hidrolisado lignocelulósico. Além disso, foi realizada a otimização do meio e forma de cultivo para a obtenção de uma maior tolerância aos inibidores dos hidrolisados lignocelulósicos. Através desta abordagem, foi possível atingir uma melhora de 8 e 3,3 vezes na produção de butanol pelas linhagens C. saccharoperbutylacetonicum e C. saccharobutylicum, respectivamente. Além disso, com este meio otimizado foi possível a realização do cultivo das linhagens em maiores concentrações de hidrolisado. Por meio de ensaios fermentativos determinou-se que a linhagem C. saccharobutylicum DSM 13864 se destaca pela sua melhor performance em hidrolisado lignocelulósico, apresentando alto consumo de açúcar inclusive em altas concentrações deste substrato, sendo portanto a linhagem mais adequada para a fermentação neste substrato. Por outro lado, a concentração de butanol produzida ainda tem muito para ser melhorada indicando que o metabolismo desta linhagem em hidrolisado lignocelulósico precisa ser melhor compreendido. Ao final do trabalho, além da indicação da linhagem e o meio de cultivo otimizado para a produção de n-butanol a partir de hidrolisado lignocelulósico, geraram-se dados e resultados básicos que poderão ser empregados na produção de butanol em escala industrial / Abstract: Nowadays the production of fuels and petrochemical compounds from renewable sources with high yield and productivity is one of the biggest challenges of the biotechnology industry. Among these petrochemical compounds, butanol stands out as an important industrial chemical and because of its potential to be used as an alternative fuel. Butanol can be produced either from petroleum derivatives, as naturally by anaerobic fermentation using solventogenic clostridia. This fermentation process is known as ABE fermentation because it has as main products acetone, butanol and ethanol (ABE). Currently, the main obstacles to butanol production on industrial scale are the high cost of substrates and the low fermentation performance. In this context, the use of hydrolysate from sugarcane straw, considered an abundant and cheap substrate, could solve in part the problem of the economic viability of the ABE fermentation. However, for the generation of this hydrolyzate, the row material needs a pre-treatment step followed by hydrolysis. After this processing, the generated hydrolyzate is characterized by being a mixture of hexoses and pentoses sugars and by the presence of certain inhibitors of growth, which represents an obstacle to the use of this material in a fermentation. Thus, the search and selection of microorganisms able to metabolize different sugars and tolerant or resistant to the inhibitors present in the hydrolyzate, is seen as an inexpensive and sustainable strategy to enable the use of lignocellulosic hydrolyzates as feedstock for the production of biochemicals and biofuels. Then, the project had as aim the establishment of a condition where the microbiological production of n-butanol is possible, from lignocellulosic hydrolysate, with high yields and productivities. To achieve this objective, the project contemplated the screening of potential strains, resulting in the selection of strains: Clostridium saccharoperbutylacetonicum DSM 14923, outlined by its high butanol production, and Clostridium saccharobutylicum DSM 13864, outlined by its capacity of co-fermenting glucose and xylose. In addition, it was performed the culture medium optimization to obtain a greater tolerance to lignocellulosic hydrolyzate. Through this approach, it was possible to achieve 8 and 3.3-fold improvement in the production of butanol by the strains C. saccharoperbutylacetonicum and C. saccharobutylicum, respectively. Moreover, with this optimized medium, it was possible to perform the cultivation of these strains in higher concentrations of lignocellulosic hydrolysates. Through fermentation tests, it was determined that C. saccharobutylicum DSM 13864, among the others strains tested, has the best performance in lignocellulosic hydrolyzate, with a high sugar consumption even at high concentrations of these substrate, being the most suitable strain for the fermentation at this substrate. On the other hand, the concentration of butanol produced still can be improved, indicating that much remains to be elucidated about the metabolism of this strain in lignocellulosic hydrolyzate. At the end of the work, in addition of the optimization of the culture cultivation and the indication of the most adequate strain for fermentation in lignocellulosic hydrolysates, all the data and basic results generated can be used for the butanol production on industrial scale / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestra em Genética e Biologia Molecular