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.

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.

O presente estudo teve como objetivo produzir e avaliar o desempenho de painéis de partículas homogêneas de cimento-bagaço de cana-de-açúcar curados por carbonatação acelerada. Para atingir os resultados foram realizados ensaios de caracterizações morfológica e físico-química das partículas de bagaço de cana-de-açúcar, bem como ensaio de termometria para identificar a compatibilidade da matéria prima (bagaço) com o cimento. Os painéis de partículas cimento-bagaço produzidos foram submetidos a dois processos de cura distintos: 1- cura por 48 h em câmara climática, seguida por 24 h em ambiente com concentração de 15% ±0.6 de CO2, seguida por 24 dias em ambiente saturado ao ar; 2- cura em câmara climática por 48 h, seguida por 25 dias em ambiente saturado ao ar. Ao final dos 28 dias de cura e após ensaio de envelhecimento acelerado de imersão e secagem foram realizadas as caracterizações físico-mecânicas seguindo as recomendações das normativas DIN: 310; 322 e 323, bem como caracterização microestrutural e de condutividade térmica do painel de partículas cimento-bagaço. Os resultados obtidos indicaram que os painéis de partículas cimento-bagaço curados por carbonatação acelerada apresentaram melhor desempenho físico-mecânico quando comparados aos painéis não carbonatados, pois a carbonatação melhorou a interface entre as partículas e a matriz cimentícia, proporcionando maior adesividade entre as fases. E, além disso, reduziu o pH do meio alcalino em que as partículas de bagaço de cana-de-açúcar estão inseridas, minimizando o processo de degradação da lignina, celulose e hemicelulose. / The present study aimed to produce and evaluate the performance of homogeneous particles of cement panels-bagasse-sugar cured by accelerated carbonation. To achieve the results tests were carried out morphological and physical-chemical characterization of particles of bagasse of sugar cane, as well as Thermal-test to identify the compatibility of the raw material (bagasse) with cement. The particle cement-bagasse produced were subjected to two different curing processes: 1-cure for 48 h in climate Chamber, followed by 24 h in environment with concentration of 15% ± 0.6, followed by 24 days in saturated air environment; 2-cure in climate Chamber for 48 h, followed by 25 days in saturated air environment. At the end of the 28 days of curing and after accelerated aging test of soaking and drying were realized the physical-mechanical characterizations according the recommendations of the DIN standards: 310; 322 and 323, as well as micro-structural characterization and thermal conductivity of Particleboard bagasse-cement. The results obtained indicated that the particle bagasse-cement cured by accelerated carbonation presented physical-mechanical performance better than compared with non-carbonated panels because the carbonation has improved the interface between the particles and the cementitious matrix, providing greater adhesion between phases. In addition, reduced the pH of the alkaline medium in which the particles of bagasse of sugar cane are inserted, minimizing the process of degradation of lignin, cellulose and hemicellulose.

O aumento na demanda mundial por energia, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos e a preocupação global com a questão ambiental, despertaram o interesse por fontes alternativas de energia. A biomassa lignocelulósica é abundante e de baixo custo, com potencial para complementar a produção em larga escala de combustíveis. A degradação das moléculas constituintes da parede celular à açúcares fermentescíveis e então à etanol, ocorre através da hidrólise enzimática da biomassa. Contudo, a utilização de enzimas para esse fim encontra-se em estágio exploratório e representa um gargalo na implementação de tecnologias de etanol 2G em escala industrial, desencadeando a busca de celulases bioquimicamente mais ativas, estáveis e economicamente viáveis. O presente trabalho visou a caracterização da endoglucanase I do fungo Trichoderma harzianum, e para isso foi realizada expressão, ensaios bioquímicos e biofísicos do domínio catalítico (ThCel7B-CCD) e da proteína inteira (ThCel7B-full). A enzima exibiu um perfil acidofílico, com atividade ótima em pH 3,0 a 55°C. A proteína também se mostrou capaz de hidrolisar uma variedade de substratos, sendo a maior atividade hidrolítica em β-glucano (75 U mg-1). Ao analisar a estabilidade térmica medida a 55°C em pH 5, a atividade residual manteve-se intacta por mais de 2 meses. Outra característica relevante foi o elevado grau de sinergismo entre ThCel7B e ThCel7A. Análises de microscopia eletrônica de flocos de aveia submetidas à hidrólise com ThCel7B evidenciaram os efeitos de degradação do substrato em relação às amostras controle. O conjunto desses resultados, além de importante para a compreensão do mecanismo molecular de ThCel7B e de outras endoglucanases da família GH7, também revelou uma enzima de interesse biotecnológicos uma vez que o comportamento ácido e sua estabilidade térmica são características relevantes para aplicações industriais sob condições extremamente ácidas. / The increase in global energy demand, shrinkage perspective of energy resources and global concern about environmental issues, aroused interest in finding alternative sources of energy. Lignocellulosic biomass is plentiful and inexpensive, and has the potential to complement the large-scale production of fuel. The degradation of molecules that constitute the cell wall to fermentable sugars and then to ethanol, occurs via the enzymatic hydrolysis of biomass. However, the use of enzymes for this purpose is in exploratory stage and represents a bottleneck in the implementation of 2G ethanol technologies in industrial scale, supporting studies about biochemically most active, stable and economically viable cellulases. This work aimed the characterization of endoglucanase I from fungus Trichoderma harzianum and for that, was performed expression and biochemical and biophysical assays of the catalytic domain (ThCel7B-CCD) and full protein (ThCel7B-full). The enzyme exhibited a acidophilic profile, with optimal activity at pH 3.0 at 55°C. The protein was also able to hydrolyze a variety of substrates, with higher hydrolytic activity in β-glucano (75 U mg-1). Analyzing the thermal stability as pH 5, residual activity remained intact for over 2 months. Another important feature was the high degree of synergy between ThCel7B and ThCel7A (DS 3). Electron microscopy analysis of oat samples subjected to hydrolysis with ThCel7B show the substrate degradation effects in relation to the control samples. All these results, as well as important for understanding the molecular mechanism of ThCel7B and other endoglucanases of GH7 family, also disclose an enzyme of biotechnological interest because the acid behavior and thermal stability are promises of industrial applications under extremely acidic conditions.

Submitted by Patrícia Valim Labres de Freitas (patricial) on 2016-03-29T19:12:17Z No. of bitstreams: 1 Jéssica Mariella Bauer_.pdf: 1864307 bytes, checksum: bc74bac05a4971350b93a707156421a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-29T19:12:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jéssica Mariella Bauer_.pdf: 1864307 bytes, checksum: bc74bac05a4971350b93a707156421a1 (MD5) Previous issue date: 2015-12-22 / Nenhuma / A indústria de processamento mecânico da madeira é uma das maiores geradoras de resíduos lignocelulósicos decorrentes do processamento e transformação da madeira. Tais resíduos são usualmente descartados de modo inadequado e causam danos ambientais. Todavia, com a elevação de exigências de práticas sustentáveis as empresas passam a rever suas atitudes quanto ao descarte dos resíduos, investindo na gestão e no aproveitamento dos mesmos. Nesse contexto, destacam-se a logística reversa e a aplicação da biomassa florestal, como a serragem, cavacos e pó de madeira na confecção de briquetes de madeira. É caracterizada como uma alternativa renovável, benéfica ao ambiente, com características superiores a outras fontes energéticas. Portanto, com vistas à superioridade do produto, o objetivo deste estudo é identificar os motivos que levam uma empresa de processamento de madeira a aproveitar os resíduos de seu processo produtivo para a produção de briquetes e os fatores que possam dificultar esse processo. Para tanto, a abordagem escolhida foi estudo de casos múltiplos. Analisaram-se duas empresas de beneficiamento de madeira que confeccionam briquetes (B1 e B2) e outras duas empresas que não aproveitam seus resíduos (M1 e M2). Para a coleta de dados foram feitas entrevistas com os principais gestores das organizações. Os resultados evidenciam que são limitadas as opções de venda e destinação de resíduos de madeira e os baixos ganhos obtidos. Foi identificado que em B1 e B2 o estímulo principal para a produção de briquetes é a destinação correta de seus resíduos em acordo a legislação, a obtenção de ganhos financeiros superiores e a independência de empresas compradoras dos mesmos. Em relação às barreiras observou-se a alta sazonalidade do negócio o que requer a necessidade de local para armazenagem do produto. Somado a este fator foi apontado à baixa informação do briquete pelo mercado consumidor e a necessidade de divulgação das vantagens e benefícios de utilização de briquetes. Além disso, assinalou-se a disponibilidade de resíduos próprios e de baixa umidade, já que a aquisição de resíduos de outras empresas, transporte e exigência de secagem torna o processo de custos mais oneroso. Os resíduos devem apresentar tamanho adequado e serem provenientes de espécies específicas de madeira o que influenciará diretamente na qualidade do produto final. Os resultados também indicaram que as organizações briquetadoras não obtêm incentivos fiscais, governamentais ou legais no Brasil. Este estudo contribui para a divulgação de uma alternativa de destinação aos resíduos da indústria de processamento de madeira. / The mechanical wood processing industry is one of the major generators of lignocellulosic wastes that result from the processing and transforming of wood. Such wastes are usually discarded in an improper way, thus causing environmental damages. However, with increasing requirement of sustainable practices companies are considering reviewing their attitudes regarding the waste discard, investing in their management and reuse. In this context, we can point out reverse logistics and forest biomass return, like sawdust, shavings and wood dust to the wood briquettes production. It is characterized as a renewable and environmentally benefical alternative, presenting better characteristics to others energy sources. Therefore, in view of the superiority of the product, the aim of this study is to identify the reasons that lead a wood processing company to the harnessing of wood waste originated in its own productive process to produce briquettes and the factors that can hinder this process. To that end it was performed a multiple case study. There were analyzed two wood processing enterprises that are engaged in briquettes production (B1 and B2) and another two enterprises that do not utilize theirs wastes (M1 and M2). To the data collection it was applied interviews to the main managers of the companies chosen. The results have showed that there are limited options to the wood waste resale and destination and low gain achieved. It was identified in B1 and B2 that the main stimulus to briquette production is the correct destination to wastes in according to legislation, superior financial gains and independence of companies that buy this waste. Regarding the barriers it was observed the high seasonal influence in business requiring the need to a place of product storage. Added to this factor it was pointed the small information of the briquette by the consumers and the need for divulgating advantages and benefits of briquettes consumption. It was also pointed the availability of wastes and low humidity of them, because acquisition of waste from other companies, transportation and drying demand turn the costs processes more costly. The waste must display adequate size and be derived from specific wood species since it will influence the quality of the final product. The results also indicated that briquetting organizations do not obtain tax, legal or governmental incentives in Brazil. This study contributes to the revelation of an alternative to the wood processing industries to waste destination.

É crescente a busca por fontes de energia renováveis em substituição a o uso dos combustíveis fósseis, devido a grande preocupação mundial com o aquecimento global e as mudanças climáticas. O Brasil é considerado o detentor do processo de produção de etanol mais economicamente viável. Estimativas apontam para o fato de que a produção de etanol de primeira geração não será suficiente para atender a futura demanda global pelo biocombustível. Diante disto, a produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica se mostra como uma potencial solução. No entanto, durante o pré-tratamento e a hidrólise da biomassa, há formação de vários compostos tóxicos tais como o furfural, HMF, ácido fracos, e compostos fenólicos, os quais exercem efeitos inibitórios sobre as leveduras, tendo como consequência queda no rendimento fermentativo. Além das vantagens tecnológicas que o processo industrial brasileiro apresenta quanto à incorporação da produção de etanol 2G nas plantas já existentes, soma-se a abundância de matéria prima proveniente da própria indústria sucroalcooleira. No entanto, é de extrema necessidade o desenvolvimento de leveduras capazes de resistir as diversas condições inibitórias provenientes do novo substrato, as quais são potencializadas pelo reciclo celular. Neste sentido, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento de novas linhagens de leveduras através das técnicas de hibridação e evolução adaptativa/seleção. Para isto, foi realizado o cruzamento massal envolvendo 5 linhagens de Saccharomyces cerevisiae, previamente selecionadas por demonstrar alta tolerância em fermentações em mosto misto a base de hidrolisado lignocelulósico e melaço de cana-de-açúcar. Inicialmente estudos foram realizados com a intenção de se obter altas taxas de esporulação, a fim de se propiciar uma grande quantidade de cruzamentos aleatórios para consequente geração de uma ampla biodiversidade, aumentando assim a possibilidade de se obter indivíduos com fenótipos melhorados. A cultura resultante do cruzamento massal foi seguida de evolução adaptativa/seleção, buscando, após cerca de 51 gerações, um enriquecimento da cultura com as linhagens mais tolerantes. Por meio de avaliação de crescimento em microplacas (DO 600nm), foram selecionadas 10 isolados evoluídos, os quais foram submetidos a ensaio de fermentação em bancada, simulando tanto quanto possível as condições industriais. Ao final, foi possível destacar uma linhagem por apresentar teor de reserva de trealose significativamente maior que as demais linhagens avaliadas, demonstrando assim a geração de um fenótipo melhorado. / Searching for renewable energy sources to substitute the fossil fuels use is growing, due to a great concern worldwide for global warming and climate change. Brazil is considered the holder of the most economically viable process of ethanol production. Estimates indicate that ethanol production of first generation will not be enough to supply future global demand for biofuel. Therefore, an ethanol production from the lignocellulosic biomass show up as a potential solution; however, during biomass pretreatment and hydrolysis, several toxic compounds such as furfural, HMF, weak acid, and phenolic compounds are formed, which exert inhibitory effects on yeasts, resulting in a fermentative yield decrease. Besides the technological advantages, presents in Brazilian industrial processes to incorporation of 2G ethanol production in existing factories, add up the abundance of feedstock comes from the own sugar and alcohol industry. However, the development of yeasts strains, resisting to inhibitory conditions from the new substrate which are potentiated by the cellular recycle, is extremely necessary. In this sense, the present work aimed the development of new yeasts strains by hybridization and adaptive evolution techniques. Mass mating was carried out involving 5 strains of Saccharomyces cerevisiae, previously selected by demonstrating high tolerance to fermentation from mixed-must composed by lignocellulosic hydrolyzate and sugarcane molasses. Previous studies were carried out to get high rates of sporulation that promote random crosses and broad biodiversity, in order to obtain individuals with improved phenotypes. The culture resulting from the mass mating was followed by an adaptation/selection, during 51 generations, generating enrichment of more tolerant strains. By means of microplate growth evaluation (DO 600nm), 10 evoluted isolates were selected, which were submitted to lab scale fermentation, simulating as much as possible as industrial conditions. At the end, it was possible to highlight a lineage demonstrating significantly higher trehalose reserve content than the other lineages evaluated, thus demonstrating a generation of an improved phenotype.

Ethanol produced from lignocellulosic biomass has the potential to become a promisingalternative to gasoline. In this work the simultaneous saccharification and fermentation (SSF)technology was applied for ethanol production from hardwood with focus on cell growth,ethanol production and contamination.The SSF was performed at PH 5.5 and 35°C for different suspended solid concentrations(8%, 10% and 12%) of pretreated birch slurry which contained 16 % total suspended solids.Two different hexose fermenting yeast strain (Ethanol Red) and pentose fermenting yeaststrain were used.Quantifying the concentration of chemical components and metabolites in the fermentationmedium demonstrated that glucose and xylose are the major fermentable sugars in the slurry.The higher load of slurry (12%) represents a higher content of carbohydrates and potentiallyhigher end concentration of ethanol. Moreover, more lactic acid is produced with the lowerload of slurry (8 % or 10 %), presumably due to a result of a less inhibitory environment forbacterial growth. In this context, acetic acid sticks out as the most important inhibitor withconcentrations of 15.2 and 12.5 and 9.7 g/l respectively in the 12 %, 10 % and 8 % (ofsuspended solids) trials. Using pentose fermenting yeast may lead to higher ethanolproduction, lower xylose uptake and lower lactic acid formation. Cell viability and cellvitality determination from fermentation media in all the trails represented a sharplydecreasing trend during the fermentation for both Ethanol Red yeast strain and the pentosefermenting strain yeast strain apparently due to cell decomposition. / Program: MSc in Resource Recovery - Industrial Biotechnology

In the future the demand for ethanol is expected to increase greatly due to the rising energy requirements in the world. Lignocellulosic materials are a suitable and potentially cheap feedstock for sustainable production of fuel ethanol, since vast quantities of agricultural and forest residues are available in many countries. However, there are several problems involved in the utilization of lignocellulosic raw materials as sugar source. The most common way of releasing the simple sugars in the material is by dilute acid hydrolysis. This procedure is relatively simple and cheap, but in addition to the sugars it creates inhibitory compounds. These inhibitors make it very hard for the yeast to ferment the hydrolyzate and detoxification is often necessary. One way to overcome this problem is to encapsulate the yeast. Encapsulation is an attractive method since it improves the cells stability and inhibitor tolerance, increases the biomass amount inside the reactor, and decreases the cost of cell recovery, recycling and downstream processing. However, the method does not yet permit long-term cultivation since the capsules used so far are not robust enough. Therefore more studies have to be conducted in order to find methods which produce mechanically robust capsules. The main goal of this paper is to find a suitable method to produce robust capsules using different concentration of the chemicals at different pH and also implementing some modifications such as addition of cross-linkers in preparation procedure. In this paper comparison of three different encapsulation techniques were studied based on the mechanical robustness of the capsules. The three different techniques were calcium mineralized alginate-chitosan capsules, alginate capsules coated with 2% chitosan (2% AC) and genipin crosslinked alginate-chitosan (GCAC) capsules. The results indicate that GCAC capsules are most robust and were good enough for prolonged use since most of the capsules were not deformed in mechanical strength test. There were slight differences in the diameter and membrane thickness before and after swelling. No negative influence was observed on the yeast growth when applying the cross-linker. The results of this study will hopefully add valuable information and helps in further studies using other cross-linkers to prepare robust capsules. / Program: Industrial Biotechnology

In order to obtain a sugar concentration of more than 100g.l-1of fermentable sugars, aspruce wood hydrolysate was subjected to high pressure and vacuum concentration andthe fermentability of each hydrolysate was assessed by fermentation experiments withflocculating S. cerevisiae. The hypothesis that high pressure evaporated hydrolysate(evaporation carried out at 108°C and 1.3 bar) would be more difficult to ferment thanvacuum evaporated hydrolysate (evaporation carried out at 80°C and 0.5 bar) was notconfirmed by the results. Minor amount of cells lost their flocculating ability afterfermentation which their ratio and their viability and vitality was assessed.By vacuum and high pressure concentration, the fermentable sugars (defined as theconcentration of glucose, mannose and galactose) in the hydrolysates reached to 120g.l-1and 129g.l-1 respectively. Compared to the initial hydrolysate the concentration factorrepresented a 3-fold increase of fermentable sugars. Furfural was evaporated in both trialsand its concentration reached to 0.03g.l-1 and 0.1g.l-1 after vacuum and high pressureevaporation respectively. Fermentation with both 0.14h-1and 0.22h-1 initial dilution rateswas possible, while more than 96% of furfural and to less extent formic and acetic acidsdisappeared from the hydrolyzates. However, HMF and levulinic acid remained in thehydrolyzates and concentrated proportionally. More than 84% of the fermentable sugarspresent in VEH were fermented by fed-batch cultivation using 12g.l-1 yeast and initialdilution rate (ID) of 0.22h-1, and resulted into 0.40±0.01g.g-1 ethanol in 21h.Fermentation of HPEH was as successful as VEH and resulted into more than 86% of thesugar consumption at the corresponding conditions. With an ID of 0.14h-1, more than97% of the total fermentable sugars were consumed, and ethanol yielded 0.44±0.01g.g-1.A viability and vitality determination from the supernatant of fermentation liquorrepresented that about 76% of the cells which lost their flocculating ability kept theirvitality. Cultivation of yeast with beet molasses was tricky in both batch and fed-batchcultivation as the concentration more than 50g.l-1 in batch cultivation prevent from yeastgrowing. / Uppsatsnivå: D

Este estudo buscou definir as melhores condições para a fermentação alcoólica da xilose pela levedura S. stipitis DSM-3651, utilizando suplementação nutricional de baixo custo. Inicialmente, o melaço de cana foi escolhido, devido à sua disponibilidade e inserção no contexto do etanol de segunda geração. Sendo assim, o estudo acerca dos requerimentos nutricionais foi realizado em quatro etapas. A primeira foi avaliar a capacidade da levedura em utilizar os açúcares provenientes de materiais lignocelulósicos e do melaço: xilose, arabinose, glicose, frutose e sacarose. Observou-se que a levedura foi capaz de converter apenas glicose, xilose e frutose em etanol, e inclusive realizar a co-fermentação destes. Desta forma, a segunda etapa foi determinar a composição química do melaço e compará-la com a de um suplemento referência (extratos de levedura e malte, e peptona). Enquanto o conteúdo de minerais foi semelhante o teor de nitrogênio foi bem inferior, de modo que o enriquecimento com fosfato de amônio foi requerido. A próxima etapa confrontou a qualidade nutricional de meios suplementados com melaço e fosfato ou com a suplementação referência, utilizando xilose como fonte de carbono. Embutida nesta análise foram testadas diferentes cargas de inóculo (0,07 e 3,00 g/L) provenientes de cultivos com ou sem limitação de nutrientes. Como resposta obtivemos que, de modo geral, o desempenho fermentativo de S. stipitis DSM-3651 foi reduzido quando apenas melaço e fosfato foram disponibilizados como nutrientes. Desta forma a quarta e última etapa baseou-se na metodologia de planejamento experimental para definir a combinação de nutrientes ideal para cada carga de inóculo. Com base na produção de etanol, definiu-se que, para o prosseguimento do trabalho um meio à base, principalmente, de melaço seria o mais adequado, utilizando uma concentração celular inicial de 3,00 g/L. O estudo dos efeitos das condições de fermentação no crescimento celular e na produção de etanol a partir de xilose, foi realizado com base no planejamento de experimentos e adequada análise estatística, utilizando 4 variáveis: aeração e concentrações de substrato, células e suplemento. Após avaliar e interpretar o impacto que cada variável exerceu no desenvolvimento da levedura, o aumento da produção de etanol foi o critério escolhido para estabelecer as condições que seriam fixadas para a continuidade do trabalho, atendendo nosso objetivo principal; redução da aeração e aumento das concentrações de substrato, células e nutrientes. Considerando que o melaço perfazia a maior porção mássica do suplemento nutricional, e que frutose, glicose e sacarose são os seus principais componentes, avaliou-se a possibilidade de inverter este dissacarídeo, utilizando invertases. O resultado foi uma eficiente hidrólise em glicose e frutose, atingindo 100% rendimento. Deste modo, o estudo de otimização da produção de etanol por S. stipitis DSM-3651, a partir de meio a base de xilose, procedeu-se na forma de uma nova abordagem para a integração das produções de etanol de primeira e segunda geração. Utilizando-se da capacidade intrínseca da levedura de co-fermentar xilose, glicose e frutose, um aumento da concentração de substrato foi obtido a partir do tratamento enzimático do melaço, que passou a exercer função dupla no processo fermentativo: fonte de nutriente e de açúcares fermentescíveis. Como resultado, a condição otimizada pelo presente trabalho atingiu fator de conversão e produtividade volumétrica de etanol de 0,41 g/g e 1,26 g/L.h, respectivamente, referentes à concentração final de 60,36 g/L de etanol. / This study seek to define the best conditions for the xylose fermentation by yeast S. stipitis DSM-3651, using an inexpensive nutritional supplementation. Initially, the sugarcane molasses was chosen due to its availability and integration in the second generation ethanol context. Thus, the study of the nutritional requirements was conducted in four stages. The first was to evaluate the yeast\'s ability to use sugars from lignocellulosic materials and sugarcane molasses: xylose, arabinose, glucose, fructose and sucrose. It was observed that the yeast was capable of converting only glucose, xylose and fructose in ethanol, and even carry out their co-fermentation. Thus, the second stage was to determine the chemical composition of sugarcane molasses and compare it with a reference supplement (malt and yeast extracts and peptone). While the mineral content was similar, the nitrogen content was much lower, so that the enrichment of ammonium phosphate was required. In the next step a comparison was established among media supplemented with sugar molasses plus phosphate or reference supplementation considering their nutritional qualities, using xylose as a carbon source. Embedded in this analysis were tested different inoculum loads (0.07 and 3.00 g/L) from cultures with or without nutrient limitation. We obtained that, in general, the fermentative performance of S. stipitis DSM-3651 was reduced when only sugarcane molasses and phosphate were provided as nutrients. Thus the fourth and final step was based on the experimental design methodology to define the optimum combination of nutrients for each inoculum load. Based in ethanol production, it was decided that a media composed mainly by sugarcane molasses would be more appropriate, using an initial cell concentration of 3.00 g/L. The study of the effects of fermentation conditions on cell growth and ethanol production from xylose was conducted based on the design of experiments, and appropriate statistical analysis using four variables: aeration and substrate, cells and supplement concentrations. After evaluating and interpreting the impact which each variable exercised in the yeast development, the increased ethanol production was chosen as criteria to establish the conditions that would be fixed for the research continuation, following our main aim; reducing aeration and increasing substrate, cells and nutrients concentrations. Whereas sugarcane molasses composing the greatest mass portion of the nutritional supplement, and fructose, glucose and sucrose are its main components, we evaluated the ability to invert this disaccharide using invertase. The result was an efficient hydrolysis into glucose and fructose, reaching 100% yield. Thus, the optimization studies of ethanol production by S. stipitis DSM-3651 from a medium composed by xylose was arranged as a novel approach for integrating the first and second generation ethanol production. Using the yeast intrinsic capacity of to perform the co-fermentation of xylose, glucose and fructose, an increase in the substrate concentration was obtained from the enzymatic treatment of the sugarcane molasses, which had a double duty in the fermentation process: nutrient and fermentable sugars source. As a result, the best condition determined by this study reached an ethanol yield and productivity of 0.41g/g and 1.26 g/L.h, respectively, for an ethanol final concentration of 60.36 g/L.