Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

A produção de biocombustíveis de segunda geração está entre os temas mais pesquisados atualmente. Entre estes, a obtenção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar é de grande interesse nacional, considerando-se a abundância desta matéria-prima no país e a possibilidade de incremento na produção deste álcool sem necessidade de expansão da área plantada. Sob o ponto de vista de produção industrial, no entanto, é fundamental o desenvolvimento de trabalhos visando ao estudo de alternativas de processos e biorreatores susceptíveis de ampliação de escala. Estratégias como sacarificação e fermentação/cofermentação simultâneas (SSF/SSCF) têm sido estudadas e têm como vantagens a intensificação do processo pela redução do custo de investimento e minimização de problemas de inibição de enzimas por produtos. No entanto, neste caso, geralmente o uso de condições não otimizadas (temperatura) para cada passo biológico é desvantajoso. Com o objetivo de superar essa desvantagem, avaliou-se o uso de reatores de coluna interconectados para a produção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar empregando células de Scheffersomyces shehatae imobilizadas em alginato de cálcio em sistema SSCF. O bagaço foi previamente pré-tratado por processo alcalino e alcalino assistido por cavitação hidrodinâmica. Experimentos em SSCF em batelada foram realizados usando duas colunas interconectadas. Uma delas (para hidrólise) foi mantida a 50ºC e carregada com bagaço pré-tratado e a outra coluna (para fermentação) foi mantida a 30°C e carregada com células imobilizadas. Meio contendo preparação comercial de celulases e nutrientes para o micro-organismo foi recirculado entre as colunas. Os efeitos da vazão de recirculação e carga enzimática foram avaliados usando planejamento estatístico como ferramenta. Dados iniciais de hidrólise enzimática em reator de coluna mostraram elevada taxa de reação no início do processo, com redução desta ao longo da hidrólise devido à recalcitrância crescente do material residual à ação enzimática. Os resultados obtidos no planejamento estatístico mostraram que a carga enzimática foi a variável mais influente no processo, embora a vazão de recirculação e a interação entre as variáveis também tenham apresentado efeitos significativos. As condições selecionadas corresponderam a uma vazão de recirculação de 14 mL/min e carga enzimática de 15 FPU/g e os experimentos nestas condições resultaram em valores de fator de rendimento (Yp/s) de 0,493 g/g, produtividade volumétrica de 0,469 g.L-1.h-1 e eficiência de 96,58%. Além disso, nestas condições, 70,72±1,32 % da celulose presente inicialmente no material e 56,37±0,76 % da hemicelulose foram hidrolisadas. O sistema mostrouse adequado para realização do processo SSCF, com potencial para ser utilizado para intensificação da produção de etanol 2G em biorrefinarias. / Currently, the production of second generation biofuels is one of the most researched topics. Among these, the ethanol obtained from sugarcane bagasse is of great national interest, considering the abundance of this raw material in the country and the possibility of increasing the production of this alcohol without the need of expanding the crop area. From viewpoint of industrial production, however, the development of studies of process alternatives and bioreactors adequate for scale up is fundamental. Strategies as saccharification and simultaneous fermentation/cofermentation (SSF/SSCF) have been studied and have as advantages the intensification of the process by reducing the cost of investment and minimizing problems of inhibition of enzymes by hydrolysis products. However, in this case, generally the use of non-optimized conditions (temperature) for each biological step is disadvantageous. In order to overcome this drawback, the use of interconnected column reactors for the production of ethanol from sugarcane bagasse was evaluated using calcium alginate immobilized cells of Scheffersomyces shehatae in SSCF system. The bagasse was previously pretreated by alkaline and hydrodynamic cavitation-assisted alkaline process. Batch experiments of SSCF were performed using two interconnected columns. One of them (for hydrolysis) was kept at 50 ° C and loaded with pre-treated bagasse and the other column (for fermentation) was kept at 30 ° C and loaded with immobilized cells. Medium containing comercial preparation of cellulases and nutrients for the microorganism was recirculated between the columns. The effects of recirculation flow and enzymatic loading were evaluated using statistical design as a tool. Initial data on enzymatic hydrolysis in a column reactor showed a high reaction rate at the beginning of the process, with a reduction in the hydrolysis rate along the process due to the increasing recalcitrance of the residual material to the enzymatic action. The results obtained in the statistical design showed that enzymatic loading was the most influential variable in the process, although the recirculation flow rate and the interaction between the variables also had significant effects. The selected conditions corresponded to a recirculation flow rate of 14 mL/min and enzyme loading of 15 FPU/g and the experiments carried out under these conditions resulted in yield factor (Yp/s) values of 0.493 g/g, volumetric productivity of 0.469 gL- 1.h-1 and fermentation efficiency of 96.58%. Moreover, under these conditions, 70.72±1.32 % of the cellulose initially present in the material and 56.37±0.76 % of the hemicellulose were hydrolyzed. The system proved to be adequate to perform the SSCF process, with potential to be used to intensify the production of 2G ethanol in biorefineries.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2017-10-16T11:32:32Z No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (producaointelectual.bco@ufscar.br) on 2017-10-31T16:29:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (producaointelectual.bco@ufscar.br) on 2017-10-31T16:29:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T16:41:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseTSSM.pdf: 23662587 bytes, checksum: 4ef26b2b65e46560d905cc700258cd0d (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In ethanol production process from hemicellulosic fraction, the use of xylooligomers (XOS) as substrate reduce the contamination risk, favoring its application at industrial scale. Thus, a biocatalyst, containing xylanases, xylose isomerase (XI) and yeast co-immobilized in calcium alginate gel, was developed and XOS simultaneous hydrolysis, isomerization and fermentation (SHIF) process was studied. Firstly, xylanases from Multifect CX XL A03139 (XAS-5), a commercial enzyme preparation, and the recombinant xylanase from Bacillus subtilis (XynA) were selected to compose biocatalyst beads. XAS-5 presented better conversion (78.7%) and higher xylose production in the hydrolysis of beechwood xylan, while XynA showed exclusive endoxylanase activity. The immobilization and stabilization of XynA were performed in chitosan-glutaraldehyde, chitosan-glyoxyl and agarose-glyoxyl. Although the enzyme was efficiently immobilized on all supports, the agarose-glyoxyl-XynA derivative was notable for exhibiting remarkable stabilization under tested conditions (8600 times). Studies of SHIF process were carried out with birchwood xylan, leading to ethanol production (0.160 g/g and 0.092 g/L.h) and xylose accumulation, which indicated XI activity decrease. Further experiments were then performed to to identify possible inhibitors of XI (pH, Ca2+, Mg2+ and xylooligosaccharides). Ca2+ was identified as an inhibitor, while Mg2+ acts as an activator of the enzyme, and both actions are potentiated at acidic pHs. XI is also inhibited by XOS, with a decrease of 31.6% in XI activity in the presence of 7.0 g/L of xylobiose. For this reason, it was decided to evaluate SIF process with a recombinant yeast, capable of expressing XI. In batch runs, GSE16-T18 (T18) yeast encapsulated in alginate gel was capable to ferment xylose efficiently, consuming 40 g/L of xylose in 4 h and producing 14.4 g/L of ethanol, with yield of 0.422 g/g and productivity of 3.61 g/L.h. Calcium alginate gel encapsulation also contributed to protect yeast from the action of inhibitors, such as acetic acid. The encapsulated T18 was able to perform 10 consecutive cycles in repeated batch (yeast extract-peptone medium with 40 g/L of xylose), keeping the same productivity and high yields. It also fermented efficiently sugarcane bagasse hydrolysate, containing 60 g/L of fermentable sugars and high grade of inhibitors. The modified yeast to be more tolerant to acetic acid, GSE16-T18 HAA1, was also studied, exhibiting superior performance in comparison to T18 for hydrolysate fermentations. Continuous experiments were conducted in a fixed bed reactor using the T18-HAA1 yeast immobilized, with different xylose concentrations (40, 60, 80 and 120 g/L) in the feed medium. The reactor was operated up to 15 days, without bacterial contamination, with yield of 0.45 g/g, productivity of 4.8 g/L.h and selectivity of 31 gethanol/gxylitol (60 g/L of xylose in the feed). For the concentrations higher than 60 g/L, the conversion decreased after 4 days of continuous operation, indicating loss of cell viability due to hazardous effect of ethanol when present at 30 g/L or more, as well as limitation of oxygen and nutrients in the system. / No processo de produção de etanol a partir da fração hemicelulósica, a utilização de xilooligômeros como substrato reduz o risco de contaminação, favorecendo o emprego da tecnologia em escala industrial. Para isso, um biocatalisador contendo xilanases, xilose isomerase (XI) e levedura co-imobilizadas em gel de alginato de cálcio foi desenvolvido e o processo de hidrólise, isomerização e fermentação simultâneos (SHIF) de xilooligômeros foi estudado. Primeiramente, as xilanases presentes no produto Multifect CX XL A03139 (XAS- 5) e a xilanase recombinante de Bacillus subtilis (XynA) foram selecionadas para compor os beads do biocatalisador. XAS-5 apresentou melhor conversão (78,7%) e maior produção de xilose na hidrólise da xilana de faia, enquanto XynA apresentou exclusiva atividade de endoxilanase. Realizou-se a imobilização e estabilização da XynA em quitosanaglutaraldeído, quitosana-glioxil e agarose-glioxil. Apesar da enzima ser eficientemente imobilizada nos três suportes, o derivado agarose-glioxil-XynA se destacou por apresentar uma estabilização notável nas condições testadas (8600 vezes). Estudos do processo SHIF foram realizados com xilana de bétula, observando-se produção de etanol (0,160 g/g e 0,092 g/L.h) e acúmulo de xilose, indicando redução da atividade da XI. Realizou-se então, um estudo para identificar possíveis inibidores da XI (pH, Ca2+, Mg2+ e XOS), constatando-se que Ca2+ é um inibidor enquanto Mg2+ é um ativador da enzima, sendo suas ações potencializadas em pHs ácidos. Comprovou-se também que XI é inibida por XOS, observando-se queda da atividade de XI (31,6%) na presença de 7,0 g/L de xilobiose. Desta forma, tornou-se interessante avaliar o processo SIF com uma levedura recombinante, capaz de expressar XI. Em ensaios em batelada, a levedura GSE16-T18 (T18), encapsulada em gel de alginato, mostrou-se eficiente na fermentação de xilose, consumindo 40 g/L de xilose em 4 h e produzindo 14,4 g/L de etanol, com rendimento de 0,422 g/g e produtividade de 3,61 g/L.h. O encapsulamento em gel de alginato de cálcio também protegeu a levedura da ação de inibidores, como o ácido acético. A T18 encapsulada foi capaz de realizar 10 ciclos consecutivos em bateladas repetidas (meio contendo extrato de levedura, peptona e 40 g/L de substrato), mantendo mesma produtividade e elevado rendimento, além de fermentar eficientemente hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana, contendo 60 g/L de açúcares fermentescíveis e alto teor de inibidores. A levedura GSE16-T18 HAA1, modificada geneticamente para ser mais tolerante ao ácido acético, foi também estudada, com resultados superiores a T18 nas fermentações de hidrolisado. Fermentações em modo contínuo foram realizadas em reator de leito fixo utilizando a levedura T18-HAA1 imobilizada, com diferentes concentrações de xilose na alimentação (40, 60, 80 e 120 g/L). O reator foi operado por até 15 dias, sem ocorrência de contaminação por bactérias, com rendimento 0,45 g/g, produtividade em etanol de 4,8 g/L.h e seletividade de 31 getanol/gxilitol (60 g/L de xilose na alimentação). Para as concentrações superiores a 60 g/L, a conversão diminuiu após 4 dias de operação contínua, indicando perda de viabilidade celular devido à ação do etanol quando presente em concentrações acima de 30 g/L e da limitação de oxigênio e nutrientes no sistema.