A proposta de pesquisa associa os fatores que influenciam o valor nutricional da palha de arroz enfardada e sua suplementação com aditivos biotecnológicos, vizando a melhora dos processos fermentativos e do aproveitamento da fibra de baixa qualidade. O conjunto de estudos aqui apresentados foram conduzidos no setor de ruminantes do Laboratório de Ensino Zootécnico da UFRGS durante o período de março de 2011 a março de 2013. No capítulo II foram analisadas 42 amostras de palha de arroz enfardada, objetivando avaliar os efeitos dos fatores culturais e de fenação sobre a composição química, o valor energético, o fracionamento da proteína e a digestibilidade e ainda identificar as frações químicas que mais contribuem para a variação no valor nutricional entre as amostras. Os dados foram analisados usando o MIXED do pacote estatístico SAS e também por meio de análises de fatores, de correlação canônica, de discriminação e de agrupamento. No capítulo III avaliou-se a digestibilidade, os parâmetros e cinética da fermentação, a produção máxima de gases, as produções de metano e CO2 e a concentração de ácidos graxos voláteis de duas palhas (maior e menor valor nutricional) incubadas sem suplemento (SS) ou com suplemento mineral e energético-protéico (SMEP), enzimas fibrolíticas exógenas (SE) ou a combinação dos dois suplementos (SMEP + SE). Os dados foram analisados em arranjo fatorial 2 x 4 utilizando o PROC MIXED. Os resultados do capítulo II indicaram que existe grande variação no valor nutricional das amostras de palha de arroz. Estas diferenças foram atribuídas aos efeitos de ciclo de desenvolvimento, de época de enfardamento e de produtividade de grãos. De acordo com a análise de fatores, 86% da variação no valor nutricional nas amostras de palhas de arroz foram explicadas por 10 frações químicas. No capítulo III observou-se que o uso de suplemento mineral e energético-protéico, melhorou a digestibilidade in vitro da matéria seca e da matéria orgânica da palha de arroz de maior valor nutricional. O incremento de carboidratos e nitrogênio por meio dos suplementos SMEP e SMEP + SE resultou em aumento nas concentrações de N-NH3 e diminuição na produção de CO2 in vitro demonstrando importante efeito mitigador desses suplementos quando adicionados a dieta. / The proposed research associates identification of factors that influence the nutritional value of rice straw baled and supplementation of straw with biotechnological additive, aiming the improvement of fermentation processes, and consequently, a better utilization of low quality fiber present in rice straw baled using in vitro techniques. The set of studies presented here were carried in the ruminant sector of Laboratory of Animal Science of UFRGS. In Chapter II, 42 samples of rice straw baled were analysed to evaluate the effects of cultural and baled factors on chemical composition, energy value, fractionation of protein and digestibility, and to identify chemical fractions that contribute most to the variation in the nutritional value of the rice straw samples analyzed. Data set were analyzed using PROC MIXED and also by means of analysis of factors, canonical correlation, discriminant and cluster. In Chapter III was evaluated the digestibility parameters and fermentation kinetics, the maximum gas production, the production of methane and CO2 and the concentration of volatile fatty acids of straw from two rice straw (high and low nutritional value) incubated without supplement (WS) or with mineral and protein-energy supplement (MPES), exogenous fibrolytic enzymes (EE) or the combination of the two supplements (MPES + EE). Data were analyzed in 2 x 4 factorial arrangement using PROC MIXED. The results of Chapter II indicated great variation in the nutritional value of rice straw samples. These differences were attributed to the effects of development cycle, time of baling rice straw and grain yield. According to the factor analysis 86 % of the variations in the nutritional value of rice straw samples were explained by 10 chemical fractions. In Chapter III it was observed that the use of mineral and energy-protein supplement improved the in vitro digestibility of dry and organic matter of the rice straw with higher value nutricional. Increase of carbohydrate and nitrogen through supplements MPES and MPES + EE resulted in increased concentrations of NH3-N and decrease in CO2 production in vitro demonstrating important mitigating effect of these supplements when added to diet.

A proposta de pesquisa associa os fatores que influenciam o valor nutricional da palha de arroz enfardada e sua suplementação com aditivos biotecnológicos, vizando a melhora dos processos fermentativos e do aproveitamento da fibra de baixa qualidade. O conjunto de estudos aqui apresentados foram conduzidos no setor de ruminantes do Laboratório de Ensino Zootécnico da UFRGS durante o período de março de 2011 a março de 2013. No capítulo II foram analisadas 42 amostras de palha de arroz enfardada, objetivando avaliar os efeitos dos fatores culturais e de fenação sobre a composição química, o valor energético, o fracionamento da proteína e a digestibilidade e ainda identificar as frações químicas que mais contribuem para a variação no valor nutricional entre as amostras. Os dados foram analisados usando o MIXED do pacote estatístico SAS e também por meio de análises de fatores, de correlação canônica, de discriminação e de agrupamento. No capítulo III avaliou-se a digestibilidade, os parâmetros e cinética da fermentação, a produção máxima de gases, as produções de metano e CO2 e a concentração de ácidos graxos voláteis de duas palhas (maior e menor valor nutricional) incubadas sem suplemento (SS) ou com suplemento mineral e energético-protéico (SMEP), enzimas fibrolíticas exógenas (SE) ou a combinação dos dois suplementos (SMEP + SE). Os dados foram analisados em arranjo fatorial 2 x 4 utilizando o PROC MIXED. Os resultados do capítulo II indicaram que existe grande variação no valor nutricional das amostras de palha de arroz. Estas diferenças foram atribuídas aos efeitos de ciclo de desenvolvimento, de época de enfardamento e de produtividade de grãos. De acordo com a análise de fatores, 86% da variação no valor nutricional nas amostras de palhas de arroz foram explicadas por 10 frações químicas. No capítulo III observou-se que o uso de suplemento mineral e energético-protéico, melhorou a digestibilidade in vitro da matéria seca e da matéria orgânica da palha de arroz de maior valor nutricional. O incremento de carboidratos e nitrogênio por meio dos suplementos SMEP e SMEP + SE resultou em aumento nas concentrações de N-NH3 e diminuição na produção de CO2 in vitro demonstrando importante efeito mitigador desses suplementos quando adicionados a dieta. / The proposed research associates identification of factors that influence the nutritional value of rice straw baled and supplementation of straw with biotechnological additive, aiming the improvement of fermentation processes, and consequently, a better utilization of low quality fiber present in rice straw baled using in vitro techniques. The set of studies presented here were carried in the ruminant sector of Laboratory of Animal Science of UFRGS. In Chapter II, 42 samples of rice straw baled were analysed to evaluate the effects of cultural and baled factors on chemical composition, energy value, fractionation of protein and digestibility, and to identify chemical fractions that contribute most to the variation in the nutritional value of the rice straw samples analyzed. Data set were analyzed using PROC MIXED and also by means of analysis of factors, canonical correlation, discriminant and cluster. In Chapter III was evaluated the digestibility parameters and fermentation kinetics, the maximum gas production, the production of methane and CO2 and the concentration of volatile fatty acids of straw from two rice straw (high and low nutritional value) incubated without supplement (WS) or with mineral and protein-energy supplement (MPES), exogenous fibrolytic enzymes (EE) or the combination of the two supplements (MPES + EE). Data were analyzed in 2 x 4 factorial arrangement using PROC MIXED. The results of Chapter II indicated great variation in the nutritional value of rice straw samples. These differences were attributed to the effects of development cycle, time of baling rice straw and grain yield. According to the factor analysis 86 % of the variations in the nutritional value of rice straw samples were explained by 10 chemical fractions. In Chapter III it was observed that the use of mineral and energy-protein supplement improved the in vitro digestibility of dry and organic matter of the rice straw with higher value nutricional. Increase of carbohydrate and nitrogen through supplements MPES and MPES + EE resulted in increased concentrations of NH3-N and decrease in CO2 production in vitro demonstrating important mitigating effect of these supplements when added to diet.

A proposta de pesquisa associa os fatores que influenciam o valor nutricional da palha de arroz enfardada e sua suplementação com aditivos biotecnológicos, vizando a melhora dos processos fermentativos e do aproveitamento da fibra de baixa qualidade. O conjunto de estudos aqui apresentados foram conduzidos no setor de ruminantes do Laboratório de Ensino Zootécnico da UFRGS durante o período de março de 2011 a março de 2013. No capítulo II foram analisadas 42 amostras de palha de arroz enfardada, objetivando avaliar os efeitos dos fatores culturais e de fenação sobre a composição química, o valor energético, o fracionamento da proteína e a digestibilidade e ainda identificar as frações químicas que mais contribuem para a variação no valor nutricional entre as amostras. Os dados foram analisados usando o MIXED do pacote estatístico SAS e também por meio de análises de fatores, de correlação canônica, de discriminação e de agrupamento. No capítulo III avaliou-se a digestibilidade, os parâmetros e cinética da fermentação, a produção máxima de gases, as produções de metano e CO2 e a concentração de ácidos graxos voláteis de duas palhas (maior e menor valor nutricional) incubadas sem suplemento (SS) ou com suplemento mineral e energético-protéico (SMEP), enzimas fibrolíticas exógenas (SE) ou a combinação dos dois suplementos (SMEP + SE). Os dados foram analisados em arranjo fatorial 2 x 4 utilizando o PROC MIXED. Os resultados do capítulo II indicaram que existe grande variação no valor nutricional das amostras de palha de arroz. Estas diferenças foram atribuídas aos efeitos de ciclo de desenvolvimento, de época de enfardamento e de produtividade de grãos. De acordo com a análise de fatores, 86% da variação no valor nutricional nas amostras de palhas de arroz foram explicadas por 10 frações químicas. No capítulo III observou-se que o uso de suplemento mineral e energético-protéico, melhorou a digestibilidade in vitro da matéria seca e da matéria orgânica da palha de arroz de maior valor nutricional. O incremento de carboidratos e nitrogênio por meio dos suplementos SMEP e SMEP + SE resultou em aumento nas concentrações de N-NH3 e diminuição na produção de CO2 in vitro demonstrando importante efeito mitigador desses suplementos quando adicionados a dieta. / The proposed research associates identification of factors that influence the nutritional value of rice straw baled and supplementation of straw with biotechnological additive, aiming the improvement of fermentation processes, and consequently, a better utilization of low quality fiber present in rice straw baled using in vitro techniques. The set of studies presented here were carried in the ruminant sector of Laboratory of Animal Science of UFRGS. In Chapter II, 42 samples of rice straw baled were analysed to evaluate the effects of cultural and baled factors on chemical composition, energy value, fractionation of protein and digestibility, and to identify chemical fractions that contribute most to the variation in the nutritional value of the rice straw samples analyzed. Data set were analyzed using PROC MIXED and also by means of analysis of factors, canonical correlation, discriminant and cluster. In Chapter III was evaluated the digestibility parameters and fermentation kinetics, the maximum gas production, the production of methane and CO2 and the concentration of volatile fatty acids of straw from two rice straw (high and low nutritional value) incubated without supplement (WS) or with mineral and protein-energy supplement (MPES), exogenous fibrolytic enzymes (EE) or the combination of the two supplements (MPES + EE). Data were analyzed in 2 x 4 factorial arrangement using PROC MIXED. The results of Chapter II indicated great variation in the nutritional value of rice straw samples. These differences were attributed to the effects of development cycle, time of baling rice straw and grain yield. According to the factor analysis 86 % of the variations in the nutritional value of rice straw samples were explained by 10 chemical fractions. In Chapter III it was observed that the use of mineral and energy-protein supplement improved the in vitro digestibility of dry and organic matter of the rice straw with higher value nutricional. Increase of carbohydrate and nitrogen through supplements MPES and MPES + EE resulted in increased concentrations of NH3-N and decrease in CO2 production in vitro demonstrating important mitigating effect of these supplements when added to diet.

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial de linhagens termotolerantes da espécie Kluyveromyces marxianus para produção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz. Foi também objetivo deste trabalho estabelecer condições de tratamento alcalino diluído (desacetilação) previamente ao processo de hidrólise ácida da palha de arroz com vistas à obtenção de um hidrolisado com menor toxicidade. Numa primeira etapa do trabalho, foram avaliadas 4 cepas de K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y- 265 e Y-8287) quanto a produção de xilitol em meio semidefinido variando a temperatura de 30 a 40 °C. Com base nos resultados obtidos, foi selecionada a linhagem Y-6373, que apresentou os maiores valores de conversão de xilose em xilitol (YP/S = 0,70 g/g) e produtividade volumétrica (QP = 0,60 g/L.h) na temperatura de 40 °C. Esta linhagem foi então utilizada nos ensaios fermentativos a partir dos hidrolisados obtidos. Para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, a palha de arroz foi primeiramente submetida a um tratamento alcalino, em escala de frascos Erlenmeyer, onde se avaliou o efeito da temperatura (50 - 70 °C) e da carga de NaOH (20 - 80 mg/g de biomassa) sobre a remoção de grupos acetil. De acordo com o modelo obtido, a máxima remoção de acetil (97,2 ± 3,4%) pôde ser alcançada empregando 70 °C; 80 mg de NaOH /g de palha por 45 min. Nestas condições do processo, o modelo previu remoções de lignina e de cinzas de 41,3 ± 4,3 e 62,3 ± 5,3%, respectivamente, sem perda significativa das frações açucaradas. Em maior escala (reator de 50L), o tratamento alcalino mostrou resultados de remoção de acetil próximos aos previstos pelo modelo. Com a palha desacetilada, foram então realizados ensaios de hidrólise ácida variando a concentração de H2SO4 (0,5 - 1,5% m/v) e tempo de residência (30 - 90 min) visando estabelecer as condições que maximizem a eficiência de hidrólise da hemicelulose (EHH). Nas condições otimizadas, (H2SO4 1,0% m/v e 85 minutos) foi alcançada uma EHH de 75% em frascos e de 76% em reator. Os resultados referentes à fermentabilidade do hidrolisado empregando a K. marxinuas Y-6373 demonstraram que independentemente da suplementação nutricional, a conversão de xilose em xilitol foi elevada ~ 0,87 g/g e superior a obtida em meio semidefinido contendo apenas xilose como fonte de carbono, porém os valores de produtividade volumétrica foram cerca de 6,5 vezes inferiores ~ 0,13 g/L.h, devido a baixa eficiência de utilização da xilose (XC) ~ 20%, após 72 h de cultivo. A fermentabilidade dos hidrolisados foi melhorada após o procedimento de destoxificação e os resultados variaram com o método empregado. Os melhores resultados foram obtidos em hidrolisado tratado com CaO (YP/S= 0,74 g/g; QP = 0,32 g/L.h e XC =92%). Neste trabalho, foi também demonstrado o efeito repressivo da glicose sobre a assimilação e conversão da xilose em xilitol por K. marxianus, uma vez que em meio semidefinido simulando as concentrações de xilose e glicose presentes no hidrolisado, os valores de XC e YP/S foram reduzidos em torno de 40%. De uma forma geral, conclui-se que a linhagem de K. marxianus selecionada neste estudo, apresenta grande potencial para a produção de xilitol em elevadas temperaturas, porém são ainda necessários estudos para otimizar as condições de produção de xilitol a partir de hidrolisados hemicelulósicos. / In this work the potential of thermotolerant strains of Kluyveromyces marxianus to produce xylitol from rice straw hemicellulosic hydrolyzed was evaluated. In addition, were also established conditions of diluted alkaline treatment (deacetylation) previously to the process of rice straw acid hydrolysis, aiming to decrease the toxicity of the hydrolysate . Initially, four yeast strains of K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y-2265 e Y-8287) were evaluated regarding to the xylitol production in a semi-defined medium, varying the temperature from 30 to 40 ºC. From these results, the strain Y-6373 was selected, due to high values of xylose conversion into xylitol (YP/S = 0.70 g/g) and volumetric productivity (QP = 0.60 g/L.h) at 40ºC. This strain was thus used in the fermentative tests employing the hemicellulosic hydrolysate obtained. The hemicellulosic hydrolysate of rice straw was prepared in two steps; firstly the rice straw was submitted to the alkaline treatment, which was carried out in Erlenmeyer flasks scale. In these experiments, the effects of temperature from 50 to 70 °C and NaOH load from 20 to 80 mg/g biomass on the removal of acetyl groups were evaluated. According to the model obtained, the maximum acetyl removal (97.2 ±3.4%) could be achieved by employing 70 ºC; 80 mg of NaOH/g of straw during 45 minutes. Under these conditions, the model predicted lignin and ashes removals of 41.3±4.3 and 62.3±5.3%, respectively, without significant loss of sugars. On a large scale (reactor of 50L), the alkaline treatment showed outcomes of acetyl removal near the ones predicted by the model. After, the deacetylating straw was submitted to acid hydrolysis process, varying the H2SO4 concentration from 0.5 to 1.5% w/v, and the residence time from 30 to 90 minutes, aiming to stablish the conditions that maximize the efficiency of hemicellulose hydrolysis (EHH). Under optimized conditions, (H2SO4 1.0% w/v and 85 minutes) 75% EHH was achieved in Erlenmeyers flasks and 76% in reactor. As regarding the hydrolysate fermentability employing K. marxinuas Y-6373, the results showed that, regardless of the nutritional supplementation, the conversion of xylose into xylitol was high ~ 0.87 g/g and superior in relation to the one obtained at a semidefined medium containing only xylose as a carbon source. Nevertheless, the values ofvolumetric productivity were approximately 6.5 times inferior ~ 0.13 g/L.h, due to the lowefficiency of xylose consumption (XC) ~ 20%, after 72h of cultivation. The hydrolysate fermentability was improved after detoxification and the results varied with the method employed. The best results were obtained on hydrolysate treated with CaO (YP/S= 0.74 g/g; QP = 0.32 g/L.h and XC = 92%). The glucose effect was further examined in semi-defined medium. The results showed that xylose assimilation and xylitol production by K. marxianus was repressed by glucose, since in a semi-defined media simulating the concentrations of xylose/glucose found in the hydrolyzed, the values of XC e YP/S were reduced in approximately 40%. Based on the results, was concluded that the strain of K. marxianus selected on this study, presents a great potential to produce xylitol at elevated temperatures. However, studies are still necessary to optimize the conditions of this bioconversion from the hemicellulosic hydrolysate.

O presente trabalho teve como principal objetivo selecionar uma linhagem termotolerante de Kluyveromyces marxianus e avaliar a sua aplicação em processos de produção de etanol a partir da celulignina de palha de arroz. Inicialmente, foram avaliadas oito diferentes linhagens de K. marxianus em meio semissintético contendo 50 g/L de glicose sob temperatura de 45 °C. De acordo com os principais parâmetros fermentativos obtidos, a linhagem K. marxianus NRRL Y-6860 foi selecionada e o efeito da oxigenação do meio sobre os parâmetros fermentativos desta levedura foi realizado de acordo com um planejamento experimental 22. Os resultados revelaram que a produção de etanol foi favorecida nas menores condições de agitação e aeração estudadas (100 rpm e relação Vfrasco/Vmeio de 2,5) sendo obtido um valor de conversão de glicose em etanol (YP/S) de 0,44 g/g e produtividade volumétrica em etanol (QP) de 3,63 g/L.h. Nestas condições, K. marxianus NRRL Y-6860 foi também capaz de fermentar elevada concentração de glicose (112 g/L), apresentando valores de YP/S = 0,42 g/g e QP = 3,24 g/L.h. Numa segunda etapa, ensaios de sacarificação da celulignina (8% m/v) permitiram definir a carga de Cellubrix (25 FPU/g) e Novozyme 188 (25 UI/g) as quais promoveram um rendimento de hidrólise de aproximadamente 50 % em 12 horas. A celulignina foi obtida após o pré-tratamento da palha de arroz com H2SO4 diluído e apresentou a seguinte composição (g/100g de matéria seca): celulose (54,9), hemicelulose (7,9), lignina (24,9) e cinzas (8,0). Para os ensaios de sacarificação e fermentação da celulignina com a levedura K. marxianus NRRL Y-6860 duas estratégias foram avaliadas: 1) sacarificação e fermentação em separado (SHF), com e sem inativação das enzimas e 2) sacarificação e fermentação simultânea (SSF) em que o inóculo e as enzimas foram adicionados no início do processo. Os resultados revelaram que na estratégia SHF a inativação das enzimas antes da inoculação não influenciou o desempenho fermentativo da levedura. Além disso, o emprego de um maior teor de celulignina (12 % m/v) proporcionou um ganho de 42 % na produtividade total do processo (QPT) em relação ao teor de 8 % (m/v), atingindo o valor de 0,97 g/L.h. O emprego da estratégia SSF a partir de 8 % (m/v) de celulignina permitiu um incremento de 177 % e 287 % nos valores de QPT quando comparados ao processo SHF com 12 e 8 % de celulignina (m/v), respectivamente. Ensaios de SSF com Saccharomyces cerevisiae mostraram que para ambas as temperaturas avaliadas (30 °C ou 45 °C) a termotolerante K. marxianus NRRL Y-6860 mostrou-se superior com relação a produtividade total do processo. Com os resultados do presente trabalho pode-se concluir que a levedura termotolerante K. marxianus NRRL Y-6860 é um micro-organismo em potencial para produção de etanol celulósico a partir da estratégia SSF devido aos elevados valores de produtividade volumétrica (QPT = 2,69 g/L.h) obtidos a partir da celulignina de palha de arroz. / This work aimed to select a thermotolerant strain of Kluyveromyces marxianus and evaluate its application on ethanol production by using rice straw cellulignin. Initially, were evaluated eight different strains of K. marxianus on semi-synthetic media containing 50 g/L of glucose at 45 °C. According to the main fermentation parameters, the strain K. marxianus NRRL Y-6860 was selected and the effect of oxygenation on ethanol production by this yeast was investigated through a 22 factorial design. The best results of ethanol yield factor (YP/S = 0.44 g/g) and ethanol volumetric productivity (QP = 3.63 g/L.h) were found at the lowest agitation and aeration conditions (100 rpm and 2.5 Vflask/Vmedium ratio) employed. Under this conditions, K. marxianus NRRL Y-6860 was also able to ferment at high glucose concentration (112 g/L), with values of YP/S = 0.42 g/g and QP = 3.24 g/L.h. In a second step, the effect of Cellubrix loading and its supplementation with Novozyme 188 on the cellulignin saccharification were evaluated. The results showed that the highest hydrolysis yield (50 %) was attained when a load of Cellubrix (25 FPU/g dry matter) and Novozyme 188 (25 IU/g dry matter) was used. The cellulignin obtained from dilute sulfuric acid pretreatment of rice straw showed the following composition (g/100g dry matter): cellulose (54.9), hemicellulose (7.9), lignin (24.9) and ash (8.0). For the studies of cellulignin saccharification and fermentation with K. marxianus NRRL Y-6860 two strategies were evaluated: 1) Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF), with and without inactivation of enzymes, which inoculum was added after the hydrolysis step and 2) Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), which inoculum and enzymes were added at the beginning of the process. The results revealed that the enzyme inactivation step prior to inoculation in SHF did not influence the yeast\'s fermentation performance. In addition, the use of a higher loading of cellulignin (12 % w/v) increased the overall ethanol productivity (QPT) in 42 %, reaching a value of 0.97 g/L.h as compared to the loading of 8 % (w/v). The SSF process from 8 % (w/v) of cellulignin increased the values of QPT in 177 % and 287 % when compared to SHF loading of 12 and 8 % (w/v), respectively. By using Saccharomyces cerevisiae in SSF process under different temperatures (30 °C or 45 °C) the overall ethanol productivity was lower in relation with the thermotolerant K. marxianus NRRL Y-6860. Based on the experimental results of this work, it can be concluded that K. marxianus NRRL Y-6860 herein selected represents a potential microorganism to application on ethanol production from lignocellulosic materials in SSF process due to its high fermentative potential at elevated temperatures.

O presente trabalho teve como principal objetivo selecionar uma linhagem termotolerante de Kluyveromyces marxianus e avaliar a sua aplicação em processos de produção de etanol a partir da celulignina de palha de arroz. Inicialmente, foram avaliadas oito diferentes linhagens de K. marxianus em meio semissintético contendo 50 g/L de glicose sob temperatura de 45 °C. De acordo com os principais parâmetros fermentativos obtidos, a linhagem K. marxianus NRRL Y-6860 foi selecionada e o efeito da oxigenação do meio sobre os parâmetros fermentativos desta levedura foi realizado de acordo com um planejamento experimental 22. Os resultados revelaram que a produção de etanol foi favorecida nas menores condições de agitação e aeração estudadas (100 rpm e relação Vfrasco/Vmeio de 2,5) sendo obtido um valor de conversão de glicose em etanol (YP/S) de 0,44 g/g e produtividade volumétrica em etanol (QP) de 3,63 g/L.h. Nestas condições, K. marxianus NRRL Y-6860 foi também capaz de fermentar elevada concentração de glicose (112 g/L), apresentando valores de YP/S = 0,42 g/g e QP = 3,24 g/L.h. Numa segunda etapa, ensaios de sacarificação da celulignina (8% m/v) permitiram definir a carga de Cellubrix (25 FPU/g) e Novozyme 188 (25 UI/g) as quais promoveram um rendimento de hidrólise de aproximadamente 50 % em 12 horas. A celulignina foi obtida após o pré-tratamento da palha de arroz com H2SO4 diluído e apresentou a seguinte composição (g/100g de matéria seca): celulose (54,9), hemicelulose (7,9), lignina (24,9) e cinzas (8,0). Para os ensaios de sacarificação e fermentação da celulignina com a levedura K. marxianus NRRL Y-6860 duas estratégias foram avaliadas: 1) sacarificação e fermentação em separado (SHF), com e sem inativação das enzimas e 2) sacarificação e fermentação simultânea (SSF) em que o inóculo e as enzimas foram adicionados no início do processo. Os resultados revelaram que na estratégia SHF a inativação das enzimas antes da inoculação não influenciou o desempenho fermentativo da levedura. Além disso, o emprego de um maior teor de celulignina (12 % m/v) proporcionou um ganho de 42 % na produtividade total do processo (QPT) em relação ao teor de 8 % (m/v), atingindo o valor de 0,97 g/L.h. O emprego da estratégia SSF a partir de 8 % (m/v) de celulignina permitiu um incremento de 177 % e 287 % nos valores de QPT quando comparados ao processo SHF com 12 e 8 % de celulignina (m/v), respectivamente. Ensaios de SSF com Saccharomyces cerevisiae mostraram que para ambas as temperaturas avaliadas (30 °C ou 45 °C) a termotolerante K. marxianus NRRL Y-6860 mostrou-se superior com relação a produtividade total do processo. Com os resultados do presente trabalho pode-se concluir que a levedura termotolerante K. marxianus NRRL Y-6860 é um micro-organismo em potencial para produção de etanol celulósico a partir da estratégia SSF devido aos elevados valores de produtividade volumétrica (QPT = 2,69 g/L.h) obtidos a partir da celulignina de palha de arroz. / This work aimed to select a thermotolerant strain of Kluyveromyces marxianus and evaluate its application on ethanol production by using rice straw cellulignin. Initially, were evaluated eight different strains of K. marxianus on semi-synthetic media containing 50 g/L of glucose at 45 °C. According to the main fermentation parameters, the strain K. marxianus NRRL Y-6860 was selected and the effect of oxygenation on ethanol production by this yeast was investigated through a 22 factorial design. The best results of ethanol yield factor (YP/S = 0.44 g/g) and ethanol volumetric productivity (QP = 3.63 g/L.h) were found at the lowest agitation and aeration conditions (100 rpm and 2.5 Vflask/Vmedium ratio) employed. Under this conditions, K. marxianus NRRL Y-6860 was also able to ferment at high glucose concentration (112 g/L), with values of YP/S = 0.42 g/g and QP = 3.24 g/L.h. In a second step, the effect of Cellubrix loading and its supplementation with Novozyme 188 on the cellulignin saccharification were evaluated. The results showed that the highest hydrolysis yield (50 %) was attained when a load of Cellubrix (25 FPU/g dry matter) and Novozyme 188 (25 IU/g dry matter) was used. The cellulignin obtained from dilute sulfuric acid pretreatment of rice straw showed the following composition (g/100g dry matter): cellulose (54.9), hemicellulose (7.9), lignin (24.9) and ash (8.0). For the studies of cellulignin saccharification and fermentation with K. marxianus NRRL Y-6860 two strategies were evaluated: 1) Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF), with and without inactivation of enzymes, which inoculum was added after the hydrolysis step and 2) Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), which inoculum and enzymes were added at the beginning of the process. The results revealed that the enzyme inactivation step prior to inoculation in SHF did not influence the yeast\'s fermentation performance. In addition, the use of a higher loading of cellulignin (12 % w/v) increased the overall ethanol productivity (QPT) in 42 %, reaching a value of 0.97 g/L.h as compared to the loading of 8 % (w/v). The SSF process from 8 % (w/v) of cellulignin increased the values of QPT in 177 % and 287 % when compared to SHF loading of 12 and 8 % (w/v), respectively. By using Saccharomyces cerevisiae in SSF process under different temperatures (30 °C or 45 °C) the overall ethanol productivity was lower in relation with the thermotolerant K. marxianus NRRL Y-6860. Based on the experimental results of this work, it can be concluded that K. marxianus NRRL Y-6860 herein selected represents a potential microorganism to application on ethanol production from lignocellulosic materials in SSF process due to its high fermentative potential at elevated temperatures.

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial de linhagens termotolerantes da espécie Kluyveromyces marxianus para produção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz. Foi também objetivo deste trabalho estabelecer condições de tratamento alcalino diluído (desacetilação) previamente ao processo de hidrólise ácida da palha de arroz com vistas à obtenção de um hidrolisado com menor toxicidade. Numa primeira etapa do trabalho, foram avaliadas 4 cepas de K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y- 265 e Y-8287) quanto a produção de xilitol em meio semidefinido variando a temperatura de 30 a 40 °C. Com base nos resultados obtidos, foi selecionada a linhagem Y-6373, que apresentou os maiores valores de conversão de xilose em xilitol (YP/S = 0,70 g/g) e produtividade volumétrica (QP = 0,60 g/L.h) na temperatura de 40 °C. Esta linhagem foi então utilizada nos ensaios fermentativos a partir dos hidrolisados obtidos. Para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, a palha de arroz foi primeiramente submetida a um tratamento alcalino, em escala de frascos Erlenmeyer, onde se avaliou o efeito da temperatura (50 - 70 °C) e da carga de NaOH (20 - 80 mg/g de biomassa) sobre a remoção de grupos acetil. De acordo com o modelo obtido, a máxima remoção de acetil (97,2 ± 3,4%) pôde ser alcançada empregando 70 °C; 80 mg de NaOH /g de palha por 45 min. Nestas condições do processo, o modelo previu remoções de lignina e de cinzas de 41,3 ± 4,3 e 62,3 ± 5,3%, respectivamente, sem perda significativa das frações açucaradas. Em maior escala (reator de 50L), o tratamento alcalino mostrou resultados de remoção de acetil próximos aos previstos pelo modelo. Com a palha desacetilada, foram então realizados ensaios de hidrólise ácida variando a concentração de H2SO4 (0,5 - 1,5% m/v) e tempo de residência (30 - 90 min) visando estabelecer as condições que maximizem a eficiência de hidrólise da hemicelulose (EHH). Nas condições otimizadas, (H2SO4 1,0% m/v e 85 minutos) foi alcançada uma EHH de 75% em frascos e de 76% em reator. Os resultados referentes à fermentabilidade do hidrolisado empregando a K. marxinuas Y-6373 demonstraram que independentemente da suplementação nutricional, a conversão de xilose em xilitol foi elevada ~ 0,87 g/g e superior a obtida em meio semidefinido contendo apenas xilose como fonte de carbono, porém os valores de produtividade volumétrica foram cerca de 6,5 vezes inferiores ~ 0,13 g/L.h, devido a baixa eficiência de utilização da xilose (XC) ~ 20%, após 72 h de cultivo. A fermentabilidade dos hidrolisados foi melhorada após o procedimento de destoxificação e os resultados variaram com o método empregado. Os melhores resultados foram obtidos em hidrolisado tratado com CaO (YP/S= 0,74 g/g; QP = 0,32 g/L.h e XC =92%). Neste trabalho, foi também demonstrado o efeito repressivo da glicose sobre a assimilação e conversão da xilose em xilitol por K. marxianus, uma vez que em meio semidefinido simulando as concentrações de xilose e glicose presentes no hidrolisado, os valores de XC e YP/S foram reduzidos em torno de 40%. De uma forma geral, conclui-se que a linhagem de K. marxianus selecionada neste estudo, apresenta grande potencial para a produção de xilitol em elevadas temperaturas, porém são ainda necessários estudos para otimizar as condições de produção de xilitol a partir de hidrolisados hemicelulósicos. / In this work the potential of thermotolerant strains of Kluyveromyces marxianus to produce xylitol from rice straw hemicellulosic hydrolyzed was evaluated. In addition, were also established conditions of diluted alkaline treatment (deacetylation) previously to the process of rice straw acid hydrolysis, aiming to decrease the toxicity of the hydrolysate . Initially, four yeast strains of K.marxianus (Y-6860, Y-6373, Y-2265 e Y-8287) were evaluated regarding to the xylitol production in a semi-defined medium, varying the temperature from 30 to 40 ºC. From these results, the strain Y-6373 was selected, due to high values of xylose conversion into xylitol (YP/S = 0.70 g/g) and volumetric productivity (QP = 0.60 g/L.h) at 40ºC. This strain was thus used in the fermentative tests employing the hemicellulosic hydrolysate obtained. The hemicellulosic hydrolysate of rice straw was prepared in two steps; firstly the rice straw was submitted to the alkaline treatment, which was carried out in Erlenmeyer flasks scale. In these experiments, the effects of temperature from 50 to 70 °C and NaOH load from 20 to 80 mg/g biomass on the removal of acetyl groups were evaluated. According to the model obtained, the maximum acetyl removal (97.2 ±3.4%) could be achieved by employing 70 ºC; 80 mg of NaOH/g of straw during 45 minutes. Under these conditions, the model predicted lignin and ashes removals of 41.3±4.3 and 62.3±5.3%, respectively, without significant loss of sugars. On a large scale (reactor of 50L), the alkaline treatment showed outcomes of acetyl removal near the ones predicted by the model. After, the deacetylating straw was submitted to acid hydrolysis process, varying the H2SO4 concentration from 0.5 to 1.5% w/v, and the residence time from 30 to 90 minutes, aiming to stablish the conditions that maximize the efficiency of hemicellulose hydrolysis (EHH). Under optimized conditions, (H2SO4 1.0% w/v and 85 minutes) 75% EHH was achieved in Erlenmeyers flasks and 76% in reactor. As regarding the hydrolysate fermentability employing K. marxinuas Y-6373, the results showed that, regardless of the nutritional supplementation, the conversion of xylose into xylitol was high ~ 0.87 g/g and superior in relation to the one obtained at a semidefined medium containing only xylose as a carbon source. Nevertheless, the values ofvolumetric productivity were approximately 6.5 times inferior ~ 0.13 g/L.h, due to the lowefficiency of xylose consumption (XC) ~ 20%, after 72h of cultivation. The hydrolysate fermentability was improved after detoxification and the results varied with the method employed. The best results were obtained on hydrolysate treated with CaO (YP/S= 0.74 g/g; QP = 0.32 g/L.h and XC = 92%). The glucose effect was further examined in semi-defined medium. The results showed that xylose assimilation and xylitol production by K. marxianus was repressed by glucose, since in a semi-defined media simulating the concentrations of xylose/glucose found in the hydrolyzed, the values of XC e YP/S were reduced in approximately 40%. Based on the results, was concluded that the strain of K. marxianus selected on this study, presents a great potential to produce xylitol at elevated temperatures. However, studies are still necessary to optimize the conditions of this bioconversion from the hemicellulosic hydrolysate.

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.

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.

O presente trabalho teve como principal objetivo estudar o processo de producao de etanol por sacarificacao e fermentacao simultanea (SSF) a partir da palha de arroz em um reator agitado nao convencional, denominado Moinho de Bolas Vertical (MBV). Foi também objetivo deste trabalho realizar uma avaliacao tecnico-economica a partir dos resultados experimentais alcancados durante o processamento da biomassa, aplicando o conceito de biorrefinaria. Inicialmente, foi avaliada uma sequencia de pre-tratamentos da palha de arroz que consistiu de uma etapa de desacetilacao alcalina, seguido de hidrolise com acido diluido. Os efeitos destes pre-tratamentos foram analisados com base nas modificacoes estruturais da palha de arroz e no rendimento de conversao de celulose (RCC) em cada solido obtido. Com base nos resultados, foram definidas as condicoes otimas para a etapa de desacetilacao (80 mg de NaOH/g de palha in natura, 70 °C, 45 min), de hidrolise acida (100 mg de H2SO4/g de palha desacetilada, 121 °C, 85 min) e carga de enzimas (21,5FPU e 26,5 UI de ?-glicosidase/g de celulose). Nestas condicoes, foram conduzidos experimentos em reator MBV visando avaliar o efeito das da velocidade de agitacao (100 a 200 rpm), numero de esferas (0 a 30) e temperatura (40 a 46 °C) sobre o RCC na sacarificacao da celulignina desacetilada e sobre a eficiencia da fermentacao por Kluyveromyces marxianus NRRL Y- 6860 em meio semissintetico. Apos definicao das variaveis significativas aos processos, foram realizados experimentos em reator MBV na configuracao de SSF em batelada simples e alimentada. Em batelada simples com 8% de solidos, foi obtida uma concentracao de etanol de 23,1 g/L, com eficiencia (?) de 89,8% e produtividade volumetrica (QP) de 1,6 g/L.h, nas seguintes condicoes operacionais: 200 rpm, 18 esferas e 41,5 °C. No entanto, com o aumento do teor de solidos para 24%, ambos os parametros (??e QP) foram reduzidos em 50%. Visando melhorar os parametros do processo com 24% de solidos, foram realizados ensaios em batelada alimentada e na melhor estrategia de alimentacao do substrato foi produzido 52,3 g/L de etanol (?= 67,5% e QP = 1,1 g/L.h). As fracoes ricas em lignina geradas a partir do licor alcalino e do residuo de fermentacao da batelada alimentada foram caracterizadas fisico-quimicamente, e analisadas quanto ao potencial antioxidante. A partir dos resultados, foram sugeridas possiveis aplicacoes para estes dois residuos ricos em lignina. Finalmente, de posse do balanco de massa de cada etapa do processamento da palha de arroz, foi realizada uma analise tecnico-economica empregando o software SuperPro Designer. As simulações mostraram que, para todos os cenarios avaliados, a etapa de pre-tratamento acido foi a de maior impacto sobre os custos operacionais, seguido pelas etapas de fermentacao (xilose e glicose). Ficou demonstrado ainda que, a conversao de xilose em xilitol proporcionou um melhor retorno financeiro do que a conversao desta pentose em etanol. Para a viabilidade economica da presente proposta de biorrefinaria, alem da diversificacao dos produtos obtidos a partir das fracoes acucaradas, e de fundamental importancia explorar as potencialidades dos residuos ricos em lignina. / The aim of this work was to study the ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) from rice straw in a non-conventional agitated reactor, called Vertical Ball Mill (VBM). It was also objective of this study to perform a techno-economic analysis from the experimental results achieved during the biomass processing, using the biorefinery concept. Initially, the rice straw was submitted to a sequential pretreatment consisting of an alkaline step (deacetylation) followed by dilute acid hydrolysis. The pretreatment effects were evaluated based on rice straw\'s structural modifications and regarding cellulose conversion (CC) from each obtained solid. Based on the results were defined the best conditions for the deacetylation step (80 mg NaOH/g of rice straw in natura, 70 °C, 45 min), acid hydrolysis (100 mg H2SO4/g deacetylated straw 121 °C, 85 min) and enzyme loading (21.5 FPU and 26.5 IU ?-glucosidase/g cellulose). Under these conditions, assays were carried out in VBM reactor to evaluate the effect of stirring speed (100-200 rpm), number of spheres (0-30) and temperature (40-46°C) on saccharification of deacetylated cellulignin and fermentation efficiency by Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860 in semisynthetic media. After defining the significant variables, experiments were carried out in VBM reactor by SSF configuration in batch and fed-batch operational modes. In batch SSF at 8% solids, was obtained an ethanol concentration of 23.1 g/L, with a process efficiency (?) of 89.8%, and volumetric productivity (QP) of 1.6 g /L.h, in the following operating conditions: 200 rpm, 18 spheres and 41.5 °C. However, by increasing solids content to 24%, both parameters (? and QP) were decreased by 50%. In order to improve the process parameters to 24% solids, fed-batch experiments were performed. In the best substrate feeding policy was produced 52.3 g/L ethanol (? = 67,5%) in 48-h process (QP = 1.1 g/L.h). The lignin-rich fractions from the alkaline liquor and from fed-batch fermentation residue were characterized regarding its chemical composition and physical properties and analyzed for antioxidant activity. Based on these results were suggested possible applications for both lignin-rich residues. Finally, considering the mass balance from all rice straw processing steps, a techno-economic analysis was assessed using SuperPro Designer software. The simulation procedures have indicated that, for all evaluated scenarios, the acid pretreatment step had the highest impact on operating costs, followed by the fermentation steps (xylose and glucose). It was also shown that xylose conversion into xylitol provided a better payback rather than its conversion into ethanol. Therefore, to attain a viable and profitable process for this type of rice straw based biorefinery, in addition to the diversification of products obtained from the sugary fractions, it is crucial to explore the potential of lignin-rich streams.