Submitted by Márcio Justi Laranja (marciojusti21@gmail.com) on 2018-05-28T15:19:36Z No. of bitstreams: 1 dissertação(versão final).pdf: 4313795 bytes, checksum: fef2f9c53ba336958ef95fc671df0d72 (MD5) / Approved for entry into archive by Paula Torres Monteiro da Torres (paulatms@sjrp.unesp.br) on 2018-05-28T16:41:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 laranja_mj_me_sjrp_int.pdf: 4313795 bytes, checksum: fef2f9c53ba336958ef95fc671df0d72 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-28T16:41:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 laranja_mj_me_sjrp_int.pdf: 4313795 bytes, checksum: fef2f9c53ba336958ef95fc671df0d72 (MD5) Previous issue date: 2018-05-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A carbonização hidrotérmica (CHT) é um processo de conversão termoquímica, capaz de usar uma biomassa úmida como matéria-prima e convertê-la em um produto sólido rico em carbono orgânico, denominado carvão hidrotérmico, passível de aplicação ao solo. No processo também é obtida como produto uma fração líquida contendo uma variedade de compostos orgânicos de interesse comercial e/ou tóxicos ao ambiente, denominada água de processo. Nesse trabalho, bagaço de cana e/ou vinhaça foram submetidos ao processo de CHT, sob diferentes condições reacionais. Assim, foram avaliados os efeitos do tipo de biomassa e das variáveis do processo (tempo, temperatura e porcentagem de adição de ácido fosfórico) sobre a composição do carvão hidrotérmico e da água de processo, em relação aos compostos orgânicos semivoláteis (SVOC) e voláteis (VOC). Para isso, foi realizada a extração de SVOC no carvão hidrotérmico e na água de processo utilizando extração ultrassônica e extração líquido-líquido, respectivamente. Já os VOC foram extraídos com o método do headspace associado à microextração em fase sólida (HS-SPME). Os compostos orgânicos foram identificados por cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS). Os principais SVOC identificados no carvão hidrotérmico foram fenóis, ácidos carboxílicos, cetonas e compostos nitrogenados, indicando que este material contém funções orgânicas importantes e incorporação de nitrogênio, sendo estas características desejáveis para uma possível aplicação em solo. O tipo de biomassa carbonizada, a temperatura e adição de ácido fosfórico (H3PO4) durante o processo CHT mostraram ter grande influência nos SVOC identificados tanto no carvão hidrotérmico quanto na água de processo, enquanto o efeito do tempo não foi significativo. Condições de temperatura elevada e maior porcentagem de H3PO4 promoveram, respectivamente, maior aromatização e funcionalização do carvão hidrotérmico. Além disso, a adição de ácido na CHT provocou a diminuição de compostos fenólicos e furânicos e aumento de ácidos carboxílicos e cetonas na água de processo. Os principais VOC identificados foram aldeídos, cetonas, fenóis, furanos e compostos nitrogenados. O aumento da temperatura promoveu a degradação dos aldeídos e aumento de cetonas e fenóis no carvão hidrotérmico. Já a adição de H3PO4 afetou a degradação dos compostos nitrogenados no carvão hidrotérmico e na água de processo. / Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical conversion process, able to use a moisture biomass as raw material and convert it into a solid product rich in organic carbon, called hydrochar, amenable to application to the soil. In the process, a liquid fraction is also obtained as product containing a variety of organic compounds, of commercial interest and/or toxic to the environment, called process water. In this work, sugarcane bagasse and vinasse were submitted to the HTC process, in different reaction conditions. Thus, the effects of the biomass type and the process variables were evaluated (time, temperature and percentage of phosphoric acid addition) on the composition of hydrochar and process water in the case of semi-volatile organic compounds (SVOC) and volatile organic compounds (VOC). For this, the SVOC extraction from the hydrochar and the process water were performed using ultrasonic extraction and liquid-liquid extraction, respectively. The VOC extraction was performed by headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) method. The identification of organic compounds was performed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The SVOC were identified, with mainly phenols, carboxylic acids, ketones and nitrogen compounds obtained, indicating that the hydrochar produced contains important organic functions and nitrogen incorporation into the material, desirable characteristics for a soil application. The pattern of SVOC obtained both in hydrochar and in process water showed great dependence on the type of carbonized biomass and with the carbonization temperature and phosphoric acid addition, while the effect of time was not significant. High temperature and higher H3PO4 percentage conditions promoted, respectively, greater aromatization and functionalization of the hydrochar. Furthermore, the addition of acid in HTC caused the decrease of phenolic compounds and furans and increased carboxylic acids and ketones in process water. The VOC were identified, with mainly aldehydes, ketones, phenols, furans and nitrogen compounds. The increase in temperature promoted degradation of aldehydes and increase of ketones and phenols in the hydrochar. On the other hand, the H3PO4 addiction affected the degradation of the nitrogen compounds in the hydrochar and process water.

Fungos de decomposição branca atuam eficientemente na biodegradação de substratos altamente lignificados, como a madeira. Tal característica permite supor que esses organismos apresentem um sistema celulolítico com atividade diferenciada em substratos ricos em lignina. O presente trabalho avaliou o efeito da adição de enzimas derivadas do fungo de decomposição branca Pleurotus ostreatus em preparações de celulases comerciais durante a hidrólise enzimática do bagaço de cana previamente submetido a tratamento quimiotermomecânico com sulfito alcalino. Duas cargas de sulfito alcalino foram empregadas nos pré-tratamentos: uma mais elevada de 10 g de Na2SO3 e 5 g de NaOH para cada 100g de bagaço, que gerou um substrato de baixa recalcitrância; e uma carga diminuída à metade da anterior, que originou um substrato de elevada recalcitrância. Primeiramente, a produção de endoglucanases (EG) em cultivos submersos de P.ostreatus foi avaliada em diferentes fontes de carbono, sendo a maior produção de EG (342 UI L-1) verificada após 20 dias de cultivo em meio contendo bagaço de cana moído e carboximetilcelulose (CMC). Contudo, devido a CMC ser considerada um interferente nos ensaios de hidrólise do bagaço, optou-se por utilizar enzimas derivadas dos cultivos que empregaram somente bagaço de cana como fonte de carbono. Os experimentos de hidrólise empregaram cargas de enzimas correspondentes a 10FPU (carga alta) e 5FPU (carga média) de celulases derivadas de Trichoderma reesei ATCC 26921, misturadas com uma carga de 15 UI.g-1 de ?-glicosidase (BGL) derivadas de Aspergillus niger, para cada grama de bagaço. Para os experimentos de hidrólise que empregaram enzimas derivadas de P. ostreatus ajustou-se a carga de endoglucanase para que 50% da atividade fosse derivada de T. reesei, e 50% proveniente de P. ostreatus. A suplementação com enzimas de P. ostreatus causou uma alteração no teor das demais enzimas hidrolíticas, verificando-se valores de atividades de xilanases e celulases, com exceção das celobiohidrolases, superiores aos observados com o emprego da carga alta de enzimas comerciais. A conversão da celulose obtida durante a hidrólise dos bagaços pré-tratados mostraram que as enzimas de P. ostreatus proporcionaram valores de velocidade inicial de hidrólise equivalentes aos obtidos nos ensaios com carga alta de enzimas comerciais. Esse resultado foi atingido mesmo com uma carga de celobiohidrolases duas vezes inferior a existente nos ensaios com alta carga de enzimas comerciais, o que levou a considerar que as enzimas derivadas de P. ostreatus possam apresentar atividade celulolítica diferenciada. Além disso, o maior teor de enzimas xilanolíticas nos extratos de P. ostreatus resultou em maiores valores de conversão da xilana. A maior remoção de xilana também pode ter favorecido a maior conversão de celulose obtida mesmo com baixa carga de celobiohidrolases nas misturas reacionais, visto que a remoção da xilana associada à celulose aumentaria a disponibilidade do substrato às celulases. Contudo, a conversão de celulose a partir de 8-24h de hidrólise suplementada com enzimas de P. ostreatus foi ligeiramente inferior ao obtido na hidrólise com carga alta de celulases de T. reesei. / White-rot fungi are able to degrade highly lignified substrates, such as wood. This characteristic allows us to assume that these organisms possess a cellulolytic system with differentiated activity on lignin-rich substrates. This study evaluates how cellulolytic enzymes produced by the white-rot fungus Pleurotus ostreatus perform in the hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse. The sugar cane bagasse was initially pretreated with two chemical loadings of alkaline sulphite: 10 g of Na2SO3 and 5 g of NaOH per 100g of pulp (high chemical load), generating a substrate with low recalcitrance; and a load decreased to half of the previous one, which gave a more recalcitrant substrate. The production of endoglucanases (EG) in submerged cultures of P.ostreatus was evaluated using different carbon sources in the culture media. The highest EG production (342 IU L-1) was observed after fungal growth for 20 days in the culture medium that contained sugarcane bagasse and carboxymethylcellulose (CMC) as carbon sources. However, residual CMC present in the culture extracts was considered to interfere in subsequent hydrolysis assays and we decided to use enzymes derived from the cultures that used only sugarcane bagasse as carbon source. The reference hydrolysis experiments were performed with enzyme loadings of 10 FPU (high loading) and 5 FPU (medium loading) from cellulases derived from Trichoderma reesei ATCC 26921 mixed with 15 UI of ?-glucosidase (BGL) from Aspergillus niger (enzyme loadings expressed in units per gram of pretreated bagasse). For the hydrolysis experiments that used enzymes from P. ostreatus, the enzyme loading was adjusted in order to have 50% of original endoglucanase activity from T. reesei enzymes replaced by enzymes from P. ostreatus enzymes. The addition of P. ostreatus enzymes caused a change in the overall levels of hydrolytic enzymes present in the reaction medium. Xylanase and beta-glucosidase activities were higher than those observed in the commercial enzymes mixture. However, the cellobiohydrolase levels were the half of the original values from the commercial enzymes. The cellulose conversion during the hydrolysis of pretreated bagasses showed that the enzymes from P. ostreatus provided initial hydrolysis rate values similar to those obtained in tests with the high loading of commercial enzymes. This result was achieved even with a cellobiohydrolase loading twice lower than in the assays with high loading of commercial enzymes, which led to the conclusion that the enzymes derived from P. ostreatus can show differentiated cellulolytic activity. In addition, the higher content of xylanolytic enzymes in P. ostreatus extracts resulted in higher xylan conversion. The higher removal of xylan may have also resulted in the higher conversion of cellulose, even with low cellobiohydrolases in the reaction mixtures, since removal of xylan increases the accessibility of the cellulases to the substrate. However, the cellulose conversion after 8-24h hydrolysis supplemented with enzymes from P. ostreatus was slightly lower than that obtained in the hydrolysis with high loading of cellulases from T. reesei.

A crescente demanda pelo etanol combustível para reduzir a dependência e promover a substituição de combustíveis fósseis, contribuirá para maior acúmulo de bagaço de cana no ambiente. Esta biomassa que é no Brasil um subproduto do setor sucroalcooleiro, embora venha sendo empregada para a geração de energia na produção de açúcar e álcool, pode ter seu aproveitamento alternativo para a obtenção de especialidades como o xilitol contribuindo para trazer vantagens econômicas para este setor. Neste sentido, pesquisas vêm sendo feitas para o aproveitamento biotecnológico do bagaço de cana para a produção de xilitol, um poliol com características peculiares como seu poder adoçante semelhante ao da sacarose, não cariogênico e indicado para diabéticos e obesos bem como no tratamento de doenças respiratórias e na prevenção de osteoporose. Sua produção comercial ocorre por catálise química da xilose proveniente de materiais lignocelulósicos ricos em xilana o que é de custo elevado. Para a obtenção biotecnológica de xilitol a partir destes materiais, inicialmente é necessária a desconstrução da matriz polimérica destes para a separação de suas principais frações: celulose, hemicelulose e ligninina. No caso do xilitol, a fração de interesse é a hemicelulose por ser constituída principalmente da pentose xilose, substrato para este bioprocesso. A hidrólise ácida diluída tem sido comumente empregada nas pesquisas para a obtenção do hidrolisado hemicelulósico rico em xilose. Entretanto, neste processo ocorre também a liberação/formação de compostos tóxicos aos micro-organismos, inibidores de atividades enzimáticas como fenólicos, ácidos orgânicos, furfural, hidroximetilfurfural além de íons metálicos. No presente trabalho, foram empregadas duas metodologias de destoxificação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana: elevação do pH para 7,0 com óxido de cálcio seguida do abaixamento para 2,5 com ácido fosfórico, combinada à adsorção em carvão vegetal ativado (1,0% p/v, 100rpm, 30 min. a 60°C); e floculação por polímero vegetal (15% p/v, 200rpm, 15min. a 25°C). Avaliação da eficácia destes procedimentos foi feita quanto à remoção de tóxicos e à fermentabilidade do hidrolisado, avaliada pela bioconversão de xilose em xilitol empregando a levedura Candida guiliermondii. De acordo com os resultados, a alteração de pH combinada à adsorção com carvão ativo propiciou maior remoção de compostos fenólicos (80%), com consequente favorecimento dos parâmetros fermentativos rendimento (YP/S=0,78g/g) e produtividade (QP=0,48g/L.h) de xilitol, enquanto a utilização de polímero levou à maior perda dos íons cromo e ferro (superior a 90%), além de níquel. Pela avaliação das atividades das enzimas xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XD), responsáveis pelos passos iniciais da bioconversão de xilose em xilitol, pode-se constatar que não há uma correlação entre as suas máximas atividades e a condição de maior remoção de tóxicos e máximos parâmetros fermentativos. Isto pode ser constatado pelo fato de que a máxima atividade da XR (0,446 U/mgprot) foi obtida no experimento controle no qual o hidrolisado foi submetido apenas ao ajuste de pH para a fermentação (pH=5,5) enquanto para a XD esta foi máxima (0,565 U/mgprot) com a utilização do polímero vegetal. / The increasing search for ethanol fuel in order to reduce the dependence and to promote the substitution of fossil fuels will contribute to higher accumulation of sugarcane bagasse in the environment. This biomass that in Brazil is a by-product of the sugar-alcohol mills, although it has been used for the generation of energy in the sugar and alcohol production, can also be used as alternative for obtainment of xylitol, contributing to bring economical advantages for sugar-alcohol mills. In this sense, researches has been performed for the biotechnological use of sugarcane bagasse for the production of xylitol, a polyol with peculiar characteristics like its sweetener power similar to that of saccharose, non-cariogenic and indicated for diabetics and obese people, as well in the treatment of respiratory diseases and in the osteoporosis prevention. Its commercial production occurs by chemical catalysis of the xylose from the rich-xylan lignocellulosic materials, which has high cost. For the biotechnological xylitol production from these materials, initially the polymeric matrix deconstruction is necessary for separation of their main fractions: the cellulose, hemicellulose and lignin. In the case of xylitol, the fraction of interest is the hemicellulose due to be constituted mainly of pentose xylose, substrate for this bioprocess. The diluted acid hydrolysis has been commonly used in the researches for the obtainment of rich-xylose hemicellulosic hydrolysates. However, in this bioprocess there is also the release/formation of toxic compounds to the microorganisms, inhibitors of enzymatic activities like phenolics, organic acids, furfural, hidroxymethilfurfural, besides metallic ions. In the present work, two detoxification methodologies for sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate were used: increase of pH to 7,0 with calcium oxide, followed by the decrease to 2,5 with phosphoric acid combined with the active charcoal adsorption (1,0% w/v, 100rpm, 30min, 60°C); and vegetal polymer flocculation (15% w/v, 200rpm, 15min, 25ºC). The efficiency of these procedures was evaluated by the toxics removal analysis and the xylose-into-xylitol bioconversion using Candida guilliermondii yeast. According to the results, the pH alteration combined with the active charcoal adsorption provided higher phenolic compounds removal (80%) with consequent enhance of the fermentative parameters, yield (YP/S = 0,78g/g) and volumetric productivity (QP=0,48g/L.h) of xylitol, while vegetal polymer provide the greatest loss of ions chrome and iron (higher than 90%), beyond zinc. Evaluating the activities of the enzymes xylose reductase (XR) and xylitol dehydrogenase (XD), responsible for the initial steps of the xylose-into-xylitol bioconversion, it can be verified that there is not a correlation between their maximum activities and the condition of higher toxics removal and maximum fermentative parameters. This can be proved by the fact of the XR maximum activity (0,446 U/mgprot) was obtained in the control experiment, in which the hydrolysate was submitted only to pH adjustment for the fermentation (pH=5,5), while for XD this activity was maximum (0,565 U/mgprot) with use of vegetal polymer.

A necessidade de desenvolver novos materiais que atendam aos aspectos econômicos e ambientais leva à busca de se fazer uso dos recursos naturais para várias aplicações tecnológicas. Assim, o desenvolvimento de materiais compósitos poliméricos utilizando fibras naturais como reforço é crescente, e vem ocupando novos segmentos de mercado, devido ao baixo custo das fibras, biodegradabilidade, menor densidade e boas propriedades mecânicas. Este trabalho teve como objetivo a separação dos principais componentes da palha e do bagaço de cana-de-açúcar para a obtenção de insumos químicos com maior valor econômico, sendo proposta a obtenção e caracterização da celulose, que será utilizada como reforço, e da lignina que atuará como agente compatibilizante em compósitos poliméricos. Para alcançar os objetivos propostos no projeto, foi realizado o pré-tratamento por ácido diluído da palha e do bagaço de cana-deaçúcar, seguido de uma etapa de deslignificação com NaOH. As polpas de bagaço e de palha foram submetidas a um pré-branqueamento com xilanase e a um branqueamento composto de extração alcalina, quelação com EDTA e tratamento com peróxido de hidrogênio. O licor negro foi acidificado para que as ligninas precipitassem. Após lavagem, secagem e maceração, as ligninas obtidas foram submetidas ou não à oxidação química em meio ácido com peróxido de hidrogênio. Além da caracterização química das frações a cada etapa do processamento, foram determinados o número Kappa, viscosidade, e também foram feitas medidas de DRX e MEV. A confirmação e extensão da reação de oxidação das ligninas foi avaliada por RMN, FTIR, MEV e TGA/DSC. Os compósitos foram obtidos por mistura em homogeneizador termocinético de alta intensidade e, depois de injetados, caracterizados por ensaios mecânicos, análises térmicas, microscopia, FTIR, medidas de ângulo de contato e energias de superfície, absorção de água e sorção dinâmica de vapor. Os resultados obtidos por meio da caracterização química, número Kappa e viscosidade indicaram expressiva remoção de hemiceluloses e de lignina durante todas as etapas de obtenção da celulose branqueada, tanto de bagaço quanto de palha, mas também houve significativa perda de celulose. Os resultados de DRX mostraram significativa diminuição da cristalinidade da celulose, para as duas biomassas estudadas. Os resultados de FTIR e RMN confirmaram a mudança na estrutura das ligninas após a oxidação. O tempo de mistura dos compósitos variou com a composição e/ou presença ou não de lignina/lignina oxidada. Nas análises de TGA observou-se que os compósitos PP/celulose sem a adição de lignina/lignina oxidada apresentaram temperatura inicial de decomposição menor do que os compósitos nos quais utilizou-se a lignina como aditivo. As curvas de DSC dos compósitos apresenta perfil e picos de temperatura e entalpias de fusão semelhantes ao PP puro. A lignina não tem notável efeito sobre as propriedades mecânicas dos compósitos, sendo que a melhora nestas propriedades é principalmente devido à incorporação das fibras de celulose. As imagens de MEV para as ligninas mostraram o grande efeito da oxidação sobre a superfície deste material. A análise do ângulo de contato estático para ligninas mostrou que a oxidação produziu um material mais hidrofóbico. As energias de superfície mostraram que os compósitos têm uma superfície mais hidrofóbica do que o PP puro. As curvas de FTIR dos materiais mostraram-se bastante similares, porém as maiores diferenças foram na intensidade das bandas correspondentes aos grupos hidroxila presentes nas fibras e, aos anéis aromáticos da estrutura da lignina. Os resultados DVS mostraram que a absorção de umidade dos compósitos é muito baixa, e corrobora os resultados de absorção de água. / The need of developing new materials that attend economic and environmental aspects leads to the search of using natural resources for various technological applications. Thus, the development of polymeric composite materials using natural fibers as reinforcement is growing, and occupying new market segments, due to the low cost of fibers, biodegradability, low density and good mechanical properties. This work aimed to separate the main components of sugarcane straw and bagasse for obtaining chemical products with higher economic value, it proposes the obtaining and characterization of cellulose, which will be used as a reinforcement, and of the lignin that will act as coupling agent in polymeric composites. To achieve these objectives, it was carried out a dilute acid pretreatment of straw and bagasse of sugar cane, followed by a step of delignification with NaOH. The pulps of bagasse and straw were submitted to a pre-bleaching with xylanase and a bleaching step, composed by an alkaline extraction, EDTA chelation and a treatment with hydrogen peroxide. The black liquor was acidified for the precipitation of the lignins. After washing, drying and milling, the lignins obtained were subjected or not to an oxidation reaction in acid medium with hydrogen peroxide. In addition to the chemical characterization of the fractions at each stage of processing, the Kappa number and viscosity were determined, and it was also made measures of DRX and MEV for bagasse and straw. The confirmation of the oxidation reaction of the lignins was analysed by NMR, FTIR, MEV and TGA/DSC. The composites were obtained by mixing in thermokinetic mixer and once injected, they were characterized by mechanical tests, thermal analysis, microscopy, FTIR, contact angle and surface energies, water absorption and dynamic vapor sorption. The results obtained by the chemical characterization, Kappa number and viscosity indicated a great solubilization of hemicelluloses and lignin during all stages of production of bleached cellulose, both from bagasse and straw, but it was also observed an expressive cellulose loss. The results of DRX showed a great decrease of cellulose crystallinity, for both biomasses, demonstrating that the removal of hemicellulose and lignin affected the structure of cellulose. The FTIR and NMR results confirmed the change in structure of the lignins after oxidation. The mixing time of composites varied with the composition and the presence or absence of lignin/oxidized lignin. From TGA analyses it was observed that the composites PP/cellulose without the addition of oxidized lignin/lignin showed an initial degradation temperature lower than the composites in which lignin was used as an additive. The DSC curves of composites presents profile and temperature peaks and enthalpies of fusion similar to pure PP. Lignin has no remarkable effect on the mechanical properties of the composites, and the improvement in these properties is mainly due to the incorporation of the cellulosic fibers. MEV pictures of lignins showed that the oxidation had a great effect on the surface of this material. From the analysis of the static contact angle for lignins, it was observed that the oxidation produced a more hydrophobic material. The energies of surface showed that the composites have a more hydrophobic surface than the pure PP. FTIR curves of materials were quite similar, however the greatest differences were in the intensity of the bands corresponding to the hydroxyl groups present in the fibers and the aromatic rings of lignin structure. DVS results showed that the moisture absorption of composites is very low, and corroborates the results of water absorption.

No presente trabalho, avaliou-se o efeito limitante da lignina residual de bagaço de cana submetido a diferentes pré-tratamentos na hidrólise da celulose. O bagaço foi submetido a cinco pré-tratamentos: NaOH (5%), Na2SO3/NaOH (10%/5%), H2SO4 (0,75%), NaHSO3/H2SO4 (5%/0,75%) e explosão a vapor catalisada por SO2 (3%). Os pré-tratamentos resultaram em bagaços com diferentes composições químicas, sendo que os tratamentos alcalinos favoreceram a solubilização de lignina e os tratamentos ácidos favoreceram a solubilização de hemicelulose. Os bagaços tratados com Na2SO3/NaOH e por explosão a vapor resultaram em rendimentos de hidrólise de celulose superiores a 80% ao utilizar altas cargas de enzima (Celluclast), indicando a maior acessibilidade da celulose desses materiais. Isso foi confirmado pela técnica de coloração de Simons, que mostrou que a área superficial acessível da celulose desses dois bagaços foi maior que a dos demais. Boas correlações (R2>0,8) entre o rendimento de hidrólise da celulose em 72 h e a celulose superficial acessível só foram obtidos com altas cargas de enzima, evidenciando que fatores além da acessibilidade limitaram a hidrólise da celulose com quantidade menor de enzimas. As ligninas dos bagaços pré-tratados foram isoladas e a capacidade adsortiva de proteínas foi determinada. A lignina de bagaço tratado por explosão a vapor apresentou maior capacidade adsortiva, seguida da lignina de bagaço tratado com NaOH. Os pré-tratamentos com íons sulfito (Na2SO3/NaOH e NaHSO3/H2SO4) resultaram em ligninas com capacidades adsortivas inferiores quando comparado aos seus análogos sem sulfito (NaOH e H2SO4), possivelmente pela sulfonação da lignina residual, confirmada pela presença de grupos ácidos fortes nesses bagaços. A adição de BSA prévia à adição de celulases confirmou o forte efeito da adsorção improdutiva causada pela lignina nos bagaços tratados com NaOH e por explosão a vapor, materiais cujas ligninas apresentaram maiores capacidades adsortivas. A adsorção improdutiva foi menor ao utilizar o extrato enzimático Cellic CTec3, evidenciando que as enzimas desse coquetel são menos sensíveis à presença da lignina. Do extrato Celluclast, a enzima que mais adsorveu nas ligninas de bagaço tratado com NaOH e por explosão a vapor foi a ?-glicosidase, seguida da endoglucanase. As enzimas purificadas CBHI e EGII de T. longibrachiatum adsorveram menos à lignina de bagaço tratado por explosão a vapor que as mesmas enzimas de T. reesei. A ?-glicosidade de A. niger não adsorveu a essa lignina. Independentemente do pré-tratamento, a presença de fenóis solubilizados a partir da lignina, em baixas concentrações, resultou em aumento no rendimento de conversão de celulose ao utilizar baixas cargas de enzima, possivelmente pelo efeito positivo causado por esses na atividade de enzimas oxidativas, ou pela presença de lignossulfonatos. Em concentrações mais elevadas, independente da carga enzimática, os fenóis liberados foram inibitórios em todos os pré-tratamentos. A atividade de CBHI foi mais sensível à presença dos compostos fenólicos que a atividade de ?-glicosidase. A partir dos resultados, conclui-se o aumento da acessibilidade, seja pela remoção ou pela relocalização da lignina, é o fator que mais influencia a hidrólise eficiente da celulose do bagaço. A adsorção improdutiva foi dependente do pré-tratamento, e resultou em diminuição significativa dos rendimentos de hidrólise da celulose com baixas cargas de enzima. / The present work evaluated the limiting effect of the residual lignin of sugarcane bagasse submitted to different pretreatments: NaOH (5%), Na2SO3/NaOH (10%/5%), H2SO4 (0.75%), NaHSO3/H2SO4 (5%/0.75%) and SO2-catalyzed steam explosion (3%). The pretreatment resulted in bagasses with different chemical compositions, wherein the alkaline treatments resulted in a more efficient solubilization of lignin, and the acidic treatments solubilized the hemicellulose. The bagasses treated with Na2SO3/NaOH and by steam explosion resulted in cellulose hydrolysis yields above 80% using higher enzyme loadings (Celluclast), indicating the increased accessibility of the cellulose in these materials. This was confirmed by Simons\' Stain, which showed that the accessible surface area of the cellulose in these bagasses was higher than in the others. Good correlations (R2>0.80) between the 72 h hydrolysis yields and the accessible surface area of cellulose were only observed at higher enzyme loadings, indicating that other factors than accessibility, limit the hydrolysis at lower enzyme loadings. The lignins were isolated from the pretreated bagasses and the protein binding capacity was determined. The lignin from steam exploded bagasse showed the highest binding capacity, followed by the lignin extracted from NaOH-treated bagasse. The sulfite pretreatments (Na2SO3/NaOH e NaHSO3/H2SO4) resulted in lignins with lower binding capacities, when compared to their analogues without sulfite (NaOH e H2SO4), possibly because of the sulfonation of the residual lignin, confirmed by the presence of strong acid groups in these bagasses. BSA addition prior to the cellulases confirmed the strong effect of unproductive binding caused by the lignin in the NaOH-treated and steam exploded bagasses, materials with the highest binding capacity lignins. Less unproductive binding was observed using the enzyme extract Cellic CTec3, showing that the enzymes in this cocktail are less sensitive to the presence of lignin. From the extract Celluclast, the enzyme that most adsorbed to the lignins isolated from NaOH-treated and steam exploded bagasses was ?-glucosidase, followed by the endoglucases. The purified CBHI and EGII from T. longibrachiatum were less adsorbed to steam exploded bagasse lignin that the same enzymes from T. reesei. ?-glucosidase from A. niger did not bind to this lignin. Despite of the pretreatment, the presence of phenols solubilized from lignin, at lower concentrations, increased the cellulose hydrolysis yields with lower enzyme loading, possibly because of the positive effect of these compounds in the activity of oxidative enzymes, or because of the presence of lignosulfonates. At higher concentrations, despite of the enzyme loading, the phenols were inhibitory in all the pretreatments. The CBHI activity was more sensitive to the presence of phenolic compounds than the ?-glucosidase activity. From these results, it is possible to conclude that the increase in the accessibility, due to the lignin removal or relocation, influences the most the efficient hydrolysis of bagasse cellulose. The unproductive binding was pretreatment dependent and resulted in a significant decrease in the hydrolysis yields of the cellulose at lower enzyme loadings.

Atualmente, a bioprodução de etanol a partir de materiais lignocelulósicos como o bagaço de cana é de grande interesse nacional e cientifico. Para utilização destes materiais em processos biotecnológicos procedeu-se sua hidrólise em função de sua constituição complexa em celulose, hemicelulose e lignina. Após hidrólise ácida branda obteve-se um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose e outros açúcares juntamente com compostos tóxicos a atividade microbiana como ácido acético, furfural, hidroximetilfurfural e compostos fenólicos. Este trabalho avaliou a necessidade da suplementação nutricional bem como a concentração inicial de xilose e células no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar sobre os parâmetros fermentativos de sua bioconversão a etanol pela levedura Pichia stipitis UFMG-IMH 43.2. Os ensaios foram realizados de acordo com um planejamento fatorial completo 23 com face centrada tendo como resposta o fator de conversão de açúcares em etanol (YP/S). Na suplementação do hidrolisado avaliou-se a adição dos seguintes nutrientes: MgSO4 (0 a 1,0 g/L), extrato de levedura (0 a 5,0 g/L) e uréia (0 a 5,0 g/L). Neste estudo observou-se que o extrato de levedura (5,0 g/L) exerceu maior influência sobre o processo fermentativo alcançando máximos valores de YP/S (0,13 g/L) e produtividade volumétrica em etanol (0,07 g/L.h) não necessitando da adição dos demais nutrientes. Ao se avaliar a concentração inicial de xilose (30; 52,5; 75 g/L) bem como a concentração celular inicial (0,5; 1,0; 2,0 g/L) no hidrolisado observou-se uma melhoria significativa no valor de YP/S (0,19 g/g) utilizando máxima concentração celular inicial (2 g/L) associada com menor concentração de xilose inicial (30 g/L). Estes resultados indicaram que a levedura Pichia stipitis UFMG-IMH 43.2 favoreceu a conversão em etanol YP/S (0,19 g/g), mostrando que a levedura teve melhor comportamento a baixas concentrações de xilose. Este estudo demonstrou que a levedura P. stipitis UFMG-IMH 43.2 mostrou-se como uma alternativa viável para a produção de bioetanol em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. / Currently, ethanol bioproduction from lignocellulosic materials such as sugarcane bagasse is of great national and scientific interest. For utilization of these materials in biotechnological processes according mild acid hydrolysis is required to complex constitution of cellulose, hemicellulose and lignin. After mild acid hydrolysis, a hemicellulosic hydrolyzate rich in xylose and other sugars together with toxic compounds to microbial activity as acetic acid, furfural, hydroxymethylfurfural and phenolics was obtained. The studies on the hydrolysate supplementation evaluated the nutrients addition: MgSO4 (0 to 1.0 g/L), yeast extract (0 to 5.0 g/L) and urea (0 to 5.0 g/L) and effects of initial xylose and cell concentration for ethanol production by Pichia stipitis UFMG-IMH 43.2 yeast were evaluated. The experiments were performed according to factorial design central composite face centered 23 using YP/S as response factor. This study showed that only the addition of 5.0 g/L yeast extract was enough to obtained YP/S equal to 0.13 g/L and productivity of 0.07 g/L-h. The evaluation of initial xylose concentration (30; 52,5; 75 g/L) and initial cell concentration (0,5; 1,0; 2;0 g/L) showed a significant influence on fermentation parameter YP/S. The best conditions were achieved using initial cell concentration of 2.0 g/L and initial xylose concentration of 30 g/L with YP/S equal to 0.19 g/g, showing that this yeast strain had better performance at low xylose concentrations. This study demonstrated that P. stipitis UFMG-IMH 43.2 yeast was a promising alternative for bioethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate.

Renewable energy sources have been proposed as a viable option to mitigate the consumption and the dependence of fossil fuels. Among the available alternatives, lignocellulosic biomass has shown great potential for bioenergy generation, and biofuels as ethanol can be obtained by fermentation from sugars present in cellulosic and hemicellulosic fractions of biomass. However, for the efficient release of fermentable sugars during the enzymatic hydrolysis step, a pretreatment process is required to modify the material in its structure and composition. In this context, hydrodynamic cavitation (HC) was proposed in this work as a new and promising alternative for pretreatment of sugarcane bagasse. Firstly, the variables NaOH concentration, solid/liquid (S/L) ratio and HC process time were optimized in HC assisted pretreatment. In optimized conditions (0.48 mol/L of NaOH, 4.27% of S/L ratio and 44.48 min), high lignin removal (60.4%) and enzymatic digestibility of cellulose fraction (97.2%) were obtained. Based in those results, new variables (inlet pressure, temperature, alkali concentration) were included for evaluation in a second stage of the study aiming to reduce the HC pretreatment time. In this case, temperature and álcali concentration showed more significance on lignin removal and hydrolysis yield of carbohydrate fraction in pretreated biomass. No significant difference in pretreatment efficiency was observed in 20 and 30 min of process time in the best conditions (70 °C, 3 bar of inlet pressure and 0.3 mol/L of NaOH). The dimensionless cavitation number influence also was evaluated in two levels (0.017 and 0.048), resulting higher efficiency using low cavitation number which was obtained using orifice plate with 16 holes (1 mm of diameter). Using the last optimized conditions and lower temperature (60 °C instead 70 °C) in order to avoid the foam formation when black liquor is reused, other alkalis (Ca(OH)2, Na2CO3, KOH) were evaluated in combination with HC and compared to the use of NaOH. High enzymatic conversions of carbohydrate fraction were observed in biomass pretreated using KOH-HC and NaOH-HC; additionally, NaOH black liquor was reused in 10 sequential batches. The pretreated biomass using fresh and reused black liquor were mixed and used for simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) in interconnected column reactors, resulting in 62.33% of hydrolysis of total carbohydrate fractions and 17.26 g/L of ethanol production (0.48 g of ethanol/g of glucose and xylose consumed). Finally, the addition of oxidant agent (H2O2) in the alkali HC-process was optimized. In selected conditions (0.29 mol/L of NaOH, 0.78 % v/v of H2O2 and 9.8 min), 95,43% and 81.34% of enzymatic hydrolysis yield of cellulose and hemicellulose fraction were achieved respectively, using 5% of solid loading (S/L) in the hydrolysis process. When packed bed flow-through column reactor using 20% of S/L was used, 74.7% cellulose hydrolysis yield was reached. Sugars present in hydrolysate were also fermented into ethanol in bubble column reactor resulting in a yield value of 0.49 g/g and 0.68 g/L.h of productivity. By analyzing the results as a whole, HC was shown as a promising technology to accelerate the pretreatment time under mild conditions, showing advantages as simplicity of system and possibility to application in industrial scale. / O uso de fontes de energia renováveis tem sido proposto como uma alternativa viável para reduzir o consumo e a dependência de combustíveis fósseis. Entre as alternativas disponíveis, a biomassa lignocelulósica apresenta grande potencial para geração de bioenergia, sendo que biocombustíveis como o etanol podem ser obtidos por fermentação a partir de açúcares presentes em suas frações celulósicas e hemicelulósicas. No entanto, para a liberação eficiente de açúcares fermentáveis na etapa de hidrólise enzimática, é necessário um processo prévio de pré-tratamento para modificar a estrutura e composição do material. Neste contexto, no presente trabalho a cavitação hidrodinâmica (CH) foi proposta como uma nova e promissora alternativa para o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar. Em uma primeira etapa, as variáveis concentração de NaOH, relação sólido/líquido (S/L) e tempo de processo foram otimizadas no pré-tratamento assistido por CH. Em condições otimizadas (0,48 mol/L de NaOH, 4,27% de relação S/L e 44,48 min), elevados valores de remoção de lignina (60,4%) e digestibilidade enzimática da fração de celulose (97,2%) foram obtidos. Com base nesses resultados, novas variáveis (pressão à montante, temperatura e concentração de álcali) foram incluídas para avaliação em uma segunda etapa do estudo com o objetivo de reduzir o tempo de pré-tratamento com CH. Neste caso, a temperatura e a concentração de álcalis foram as mais importantes na remoção de lignina e influenciaram na hidrólise das frações carboidrato da biomassa pré-tratada. Não houve diferença significativa na eficiência do pré-tratamento em 20 e 30 minutos de tempo de processo nas melhores condições (70 ° C, 3 bar de pressão a montante e 0,3 mol/L de NaOH). A influência do adimensional -número de cavitação? também foi avaliada em dois níveis (0,017 e 0,048), resultando em maior eficiência usando o número de cavitação mais baixo, que foi obtido usando placa de orifício com 16 furos (1 mm de diâmetro). Usando estas condições otimizadas e menor temperatura (60 ° C ao invés de 70 ° C) para evitar a formação de espuma quando o licor negro é reutilizado, outros álcalis (Ca (OH)2, Na2CO3, KOH) foram avaliados em combinação com CH e comparados com o uso de NaOH. Conversões enzimáticas elevadas das frações carboidrato foram observadas em material pré-tratado utilizando KOH-CH e NaOH-CH; além disso, o licor negro de NaOH foi reutilizado em 10 bateladas sequenciais. As biomassas pré-tratadas com licor negro reutilizado e fresco foram misturadas e utilizadas em processo de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) em reatores de coluna interligados, resultando em 62,33% de hidrólise das frações carboidrato e 17,26 g/L de produção de etanol (0,48 g de etanol/g de glicose e xilose consumidos). Finalmente, a adição de agente oxidante (H2O2) no processo alcalino-CH foi otimizado. Nas condições selecionadas (0,29 mol/L de NaOH, 0,78% v/v de H2O2 e 9,8 min), 95,43% e 81,34% de rendimento de hidrólise enzimática das frações de celulose e hemicelulose, respectivamente, foram obtidos utilizando 5% de carregamento de sólidos (S/L) no processo de hidrólise. Quando foi utilizado reator de coluna de leito fixo com 20% de S/L, atingiu-se 74,7% de rendimento de hidrólise de celulose. Os açúcares presentes no hidrolisado também foram fermentados em etanol em um reator de coluna de bolhas, resultando em um valor de rendimento de 0,49 g/g e 0,68 g/L.h de produtividade. Analisando-se os resultados de uma forma global, demonstrou-se que a CH é uma tecnologia promissora para acelerar o tempo de pré-tratamento em condições amenas, mostrando vantagens como simplicidade do sistema e possibilidade de aplicação em escala industrial.

Métodos que convertem o bagaço de cana-de-açúcar em açúcares fermentescíveis são geralmente compostos por duas etapas principais: pré-tratamento para degradar a estrutura da planta e uma etapa de hidrólise enzimática ou química para converter as cadeias poliméricas em açúcares. Cada tecnologia de pré-tratamento tem um mecanismo diferente de ação sobre a estrutura do bagaço induzindo modificações físicas e/ou químicas, que são necessárias devido a presença de hemicelulose e lignina na parede celular da planta, o que impede o acesso das celulases nas partes internas do substrato. No presente trabalho, o processo quimio-mecânico foi utilizado para pré-tratar o bagaço de cana com o objetivo de aumentar a acessibilidade na parede celular pelas enzimas hidrolíticas. O processo associa a vantagem da remoção de um ou mais componentes do bagaço e o aumento da área superficial por trituração. Após o tratamento quimio-mecânico, rendimento do processo com adição de álcali foi de 91% e com sulfito alcalino de 75%, que corresponde à remoção de 33% e 53% de lignina e 13% e 29% da hemicelulose, respectivamente.A conversão de celulose de amostras pré-tratadas com álcali e sulfito-alcalino atingiu 50% e 85%, respectivamente, após 96 h de hidrólise enzimática. Duas amostras de bagaço com menor teor de lignina que a amostra proveniente da usina foram pré-tratadas com NaOH e refinadas. Uma das amostras com 14,2% de lignina foi obtida pela deslignificação seletiva com clorito de sódio e a outra com 19,2% de lignina foi selecionada em um programa de melhoramento genético da cana-de-açúcar e neste trabalho foi denominado de híbrido. As amostras com menor teor inicial de lignina foram hidrolisadas mais rapidamente nas primeiras 24 h de digestão enzimática. Por exemplo, a hidrólise enzimática da amostra com o menor teor de lignina inicial (14,2%) alcançou a conversão de celulose 64%, após apenas 24 h de hidrólise em comparação aos 30% observado para o bagaço de usina que continha um teor inicial de lignina de 24,4% .Um estudo adicional foi feito, em que o bagaço da usina e os híbridos foram pré-tratados quimio-mecanicamente com diferentes concentrações de hidróxido de sódio e sulfito. Foram avaliadas três concentrações de NaOH (2,5%, 3,75% e 5%) em combinação com sulfito de sódio (5%, 7,5% e 10%), mantendo-se a proporção de 1:2 de reagentes, respectivamente. As polpas obtidas do bagaço híbrido foram hidrolisadas mais facilmente que as polpas obtidas do bagaço da usina pré-tratadas na mesma concentração de sulfito-NaOH. O tempo necessário para hidrolisar 70% da celulose do bagaço híbrido foi a metade daquele necessário para hidrolisar o bagaço de usina. O menor teor de lignina e a presença de grupos sulfônicos podem ser fatores relevantes na digestibilidade enzimática do bagaço, portanto, plantas com baixo teor de lignina podem ser pré-tratadas por processos alcalinos relativamente brandos produzindo substratos mais facilmente hidrolisáveis por celulases. / Methods that convert sugarcane bagasse into fermentable sugars are generally comprised of two main steps: a pretreatment to degrade the plant structure and an enzymatic or chemical hydrolysis step to convert the polymeric chains into monomeric sugars. Each pretreatment technology has a different mechanism of action on the bagasse structure inducing physical and/or chemical modifications, which are necessary because the presence of hemicellulose and lignin in the cell walls prevents cellulases from accessing inner parts of the substrate. In this present work, chemomechanical processing was used to pretreat sugarcane bagasse with the aim of increasing cell wall accessibility to hydrolytic enzymes. The process combines the advantage of removal one or more components of bagasse and the increase in surface area by refining. After chemomechanical treatment, the yield of the process with the addition of alkali was 91% and 75% with alkaline-sulfite,corresponding to the removal of 33% and 53% of lignin and 13% and 29% of hemicellulose, respectively. Cellulose conversion of the alkaline- and alkaline/sulfite-chemomechanical pretreated samples reached 50% and 85%, respectively, after 96 h of enzymatic hydrolysis. Two samples of pulp with lower lignin content than the sample from the mill were pretreated with NaOH and refined. One of the samples with 14.2% of lignin was obtained by selective delignification with sodium chlorite and the other with 19.2% of lignin was selected in a breeding program of cane sugar and at this work has been called hybrid. Samples with lower initial lignin content hydrolyzed faster in the first 24 h of enzymatic digestion. For example, enzymatic hydrolysis of the sample with the lower initial lignin content (14.2%) reached 64% cellulose conversion after only 24 h of hydrolysis as compared to the 30% observed for the mill-processed bagasse containing an initial lignin content of 24.4%. An additional study was done,in which the mill bagasse and the hybrid were chemomechanically treated with different concentrations of NaOH and sulfite. Three concentrations of NaOH were evaluated (2.5%, 3.75% and 5%) in combination with sodium sulfite (5%, 7.5% and 10%), keeping the 1:2 ratio of reagents, respectively. Pulps obtained from hybrid bagasse were hydrolyzed more easily than the pulp obtained from the mill-processed bagasse treated in the same concentration of sulfite-NaOH. The time required to hydrolyze 70% of hybrid bagasse was half that required to hydrolyze the mill-processed bagasse. The lower lignin content and the presence of sulfonic groups may be important factors in the enzymatic digestibility of bagasse, therefore, plants with low lignin content can be pre-treated by relatively mild alkali processes producing substrates more easily hydrolysable by cellulase.

O bagaço de cana-de-açúcar é um material rico em celulose, molécula que pode ser convertida enzimaticamente em glicose pela ação de celulases. No entanto, no bagaço, a celulose está associada à hemicelulose e à lignina, componentes que limitam a sua digestibilidade enzimática. A lignina é o principal limitante da hidrólise da celulose, reduzindo a acessibilidade das enzimas celulolíticas. A hemicelulose também limita a ação das celulases e a presença de ácidos hidroxicinâmicos, como ferúlico e cumárico contribuem para reduzir os níveis de hidrólise. Nesse trabalho, o bagaço de cana-de-açúcar foi tratado com clorito de sódio em meio ácido com o objetivo de remover seletivamente a lignina e produzir modelos com teores reduzidos desse componente. O bagaço de cana controle continha 22,8% de lignina e após a deslignificação por 4 horas, materiais com até 6,8% de lignina foram obtidos, mantendo quase inalteradas as frações celulósicas e hemicelulósicas. Os bagaços foram submetidos à hidrólise enzimática com celulases comerciais. Apenas 26% da celulose de bagaço controle foram convertidos em glicose e 11% da xilana foram convertidos em xilose, com 72 horas de hidrólise. Nos bagaços com menores teores de lignina, os valores de conversão de celulose e de xilana alcançaram 85% e 64% no mesmo tempo de hidrólise, respectivamente. Os resultados mostraram que existe uma correlação inversa entre o teor de lignina e a conversão de polissacarídeos e que a remoção de 60% da lignina confere níveis elevados de hidrólise. Para reduzir a inibição pelos produtos de hidrólise da celulose, foi adicionada β-glicosidase ao meio reacional. Com a adição dessa enzima, os bagaços mais deslignificados alcançaram 100% de conversão de celulose e 82% de xilana, com 48 horas de hidrólise. No presente trabalho, o efeito da lignina não ligada aos polissacarídeos também foi avaliado. Para isso, lignina de bagaço de cana foi adicionada ao cartão de celulose, e este foi submetido à hidrólise enzimática. Não houve diferença entre os níveis de hidrólise na presença e ausência de lignina, indicando que a lignina limita a hidrólise dos polissacarídeos quando ligada a eles. Foi utilizada a técnica de microespectrofotometria ultravioleta para detectar a lignina e os ácidos hidroxicinâmicos em fibras, vasos e células de parênquima das regiões de córtex e de medula, deslignificados e controle. Os espectros UV dos três tipos celulares mostraram bandas em 278 nm, associada à lignina, e em 315 nm, associada aos ácidos hidroxicinâmicos. Os vasos foram os tipos celulares mais lignificados, seguidos pelas fibras e células parenquimatosas. O tratamento com clorito causou uma rápida remoção dos ácidos hidroxicinâmicos das células de parênquima, enquanto que as fibras foram deslignificadas apenas com 4 horas de tratamento. As amostras de córtex e de medula também foram submetidas à hidrólise com celulases. A região de medula não tratada foi prontamente hidrolizada, alcançando 63% de conversão de celulose com 72 horas, enquanto que o córtex não tratado atingiu apenas 20%. O tratamento com clorito de sódio não aumentou os níveis de hidrólise da medula. No entanto, a remoção de lignina do córtex aumentou consideravelmente a conversão. / The sugarcane bagasse is a material rich in cellulose, wich can be enzymatically converted into glucose by the action of cellulases. However, in the bagasse, it is associated to hemicellulose and lignin, components that limit its enzymatic digestibility. Lignin is the main limitant of the enzymatic hydrolysis of cellulose, reducing the accessibility of cellulases. Hemicellulose also limits the cellulase action and the presence of the hydroxycinnamic acids, as ferulic and coumaric, contribute to reduce the hydrolysis levels. In this work, the sugarcane bagasse was treated with acid sodium chlorite, aiming to selective remove the lignin and produce models with lower contents of this component. The control bagasse had 22.8% of lignin and after a 4-hour delignification, materials with up to 6.8% of lignin were obtained, retaining the cellulosic and hemicellulosic fractions almost unchanged. The bagasses were submitted to the enzymatic hydrolysis with comercial cellulases. Only 26% of the cellulose of the control bagasse were converted into glucose and 11% of the xylan were converted into xylose, with 72 hours of hydrolysis. In the bagasses with lower lignin content, the cellulose and xylan conversion values reached 85% and 64% in the same time of hysylysis, respectively. The results showed that there is an inverse correlation between the lignin content and the enzymatic conversion of polysaccharides and that the removal of 60% of the lignin results in high levels of hydrolysis. To reduce the inhibition by the products of the cellulose hydrolysis, β- glucosidase was added to the reaction medium. With this enzyme, the most delignified bagasses reached 100% of cellulose and 82% of xylan convertion, with 48 hours of hydrolysis. In this work, the effect of non-linked lignin was also analysed. For this, sugarcane bagasse lignin was added to cellulose card, and it was submitted to the enzymatic hydrolysis. There were no differences between the hydrolysis levels in the presence or absence of lignin, suggesting that lignin only limits hydrolysis when linked to the polysaccharides. The ultraviolet microspectrophotometry technique was used to detect lignin and hydroxycinnamic acids in fiber, vessels and parenchyma cells in rind and pith regions, delignified and control. The UV spectra of the three cell types showed bands in 278 nm, related to lignin, and 315 nm, related to the hydroxycynamic acids. The vessels were the most lignified cell type, followed by fibers and parenchyma cells. The chlorite treatment caused a rapid removal of hydroxycynnamic acids from parenchyma cell walls, while fibers where delignified only with a 4-hour treatment. The rind and pith samples were also submitted to enzymatic hydrolysis. The untreated pith region was promptly hydrolysed, reaching 63% of cellulose convertion in 72 hours, while untreated rind reached only 20%. The sodium chlorite treatment did not enhance the pith hydrolysis levels. However, the lignin removal in rind samples substantially enhanced the conversion.

Xilitol é um açúcar-álcool com propriedades de interesse para as indústrias alimentícia, odontológica e farmacêutica. É tradicionalmente produzido em processo químico, sendo que a via fermentativa é a forma mais extensivamente estudada, entretanto, ainda possui limitações técnicas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo determinar condições de obtenção de xilitol por via enzimática utilizando a enzima xilose redutase de Candida guilliermondii FTI 20037. Numa primeira etapa, esta enzima foi produzida e pré-purificada e em seguida foi realizada a seleção do sistema de regeneração enzimática in situ de coenzima NADPH. Foram considerados sistemas hipotéticos com formato desidrogenase, glicose desidrogenase e álcool desidrogenase, sendo determinado o efeito dos possíveis substratos e produtos sobre a xilose redutase pré-purificada. O sistema de regeneração escolhido foi o que utilizou a enzima glicose desidrogenase, sendo o substrato glicose e o produto gluconato. Em seguida, foi realizada a avaliação e seleção de variáveis do processo enzimático segundo planejamento fatorial fracionado 25-1. Foi avaliada a influência da concentração de xilose, de NADPH e de glicose, a carga de xilose redutase e de glicose desidrogenase sendo que a variável resposta foi considerada a produtividade volumétrica em xilitol. As duas variáveis selecionadas para otimização foram a concentração de xilose e de NADPH. Para a otimização do processo de produção de xilitol em meio sintético sob regime de batelada empregou-se um planejamento composto central rotacional (estrela) 22. A partir dos resultados pode-se construir um modelo quadrático que relacionou a produtividade com os fatores na região de estudo. De acordo com este modelo, a melhor condição operacional resulta em alto valor de produtividade e eficiência em xilitol, 1,68 g.l-1.h-1 e 100 %, respectivamente. Visando a viabilidade econômica do processo foram avaliadas membranas de ultra e nanofiltração para retenção das enzimas e coenzimas no sistema reacional. Foi constatado que a membrana de tamanho de poro de 1 kDa permitiu a retenção de 99 % da coenzima. Adicionalmente, foi avaliado o desempenho da enzima obtida a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar, comparando-se os resultados obtidos com aquela obtida pelo cultivo da levedura em meio baseado em xilose comercial. Foi comprovado que a fonte de carbono não teve efeito sob a produção enzimática de xilitol. Finalmente, foram realizados testes preliminares com a produção enzimática de xilitol em meio de hidrolisado de bagaço de canade- açúcar. Foi observado que a produção de xilitol não se alterou com meio contendo 20 e 40 % v.v-1 de hidrolisado. Em função dos resultados, foi concluído que a produção enzimática de xilitol é tecnicamente viável e que possui grande potencial como bioprocesso para aproveitamento de bagaço de cana-de-açúcar. / Xylitol is a sugar-alcohol with proven interesting properties for food, odontological and pharmaceutical industries. It is traditionally produced in chemical process and the fermentative way, the most extensively studied alternative, nevertheless, still has disadvantages. In this context, the present work has as objective to determinate optimal conditions for xylitol attainment by enzymatic way using xylose redutase from Candida guilliermondii FTI 20037. Firstly, xylose redutase was produced, pre-purified and then the selection of an in situ enzymatic regeneration of coenzyme NADPH was carried out. Hypothetical regeneration systems were considered: formate dehydrogenase, glucose dehydrogenase and alcohol dehydrogenase, being determined the effect of the possible substrates and products under pre-purified xylose redutase. The glucose dehydrogenase regeneration system, being glucose the substrate and gluconate the product. Afterwards, it was carried out the screening and evaluation of the enzymatic process variables according to a fractioned factorial design 25-1. It was evaluated the influence of xylose, NADPH and glucose concentrations, xylose reductase and glucose dehydrogenase loads using xylitol volumetric productivity as response. Xylose and NADPH concentrations were selected for further optimization. A rotational central composite design (star) 22 was used for optimization of xylitol enzymatic process in synthetic media under batch regime. From the results, a quadratic model could be elaborated which relates the productivity with the factors in the studied region. According to this model, the best operational condition resulted in high productivity and efficiency values, 1,68 g.l-1.h-1 and 100 %, respectively. Aiming economical viability of the process, ultra and nanomembranes were studied for coenzyme and enzymes retention. It was verified that the 1 kDa cut off membrane allowed 99 % retention of the coenzyme. Additionally, it was evaluated the enzyme performance produced from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate, comparing the results attained with the enzyme produced from synthetic media. It was evidenced that the carbon source did not affected xylitol enzymatic production. Finally, xylitol enzymatic production preliminary assays were carried out using media containing sugarcane bagasse hydrolysate. It was observed that xylitol enzymatic production was not altered when compared to the control, in the experiments media containing 20 and 40 % v.v-1 hydrolysate. Based on the results, it was concluded that xylitol enzymatic production is technically viable and has great potential as a bioprocess for sugarcane bagasse use as raw material.