No autorizada por el autor a ser publicada a texto completo / El material lignocelulósico utilizado en el proceso de producción de bioetanol de segunda generación debe pasar por las siguientes etapas: molienda y tamizado, pretratamiento, sacarificación y fermentación, purificación del etanol producido. Resultados de estudios anteriores sugieren que el pretratamiento con líquidos iónicos (IL) aumentaría notablemente la liberación de azucares desde el dicho material. En consecuencia, el objetivo del presente trabajo fue determinar las mejores condiciones de pretratamiento con IL y sacarificación y fermentación simultánea (SSF) para la producción de bioetanol a partir de residuos de trigo y maíz provenientes de los campos de la zona central de Chile. El estudio se dividió en 2 etapas principales: en una primera etapa se buscó encontrar las mejores condiciones de pretratamiento de este tipo de material con el líquido iónico [EMIM+][Cl-] usando las hidrólisis enzimática posterior como criterio para evaluar la calidad del pretratamiento. En la segunda etapa se estudió la fermentación y sacarificación simultánea (SSF) de las muestras de maíz y trigo previamente pretratadas con [emim+][Cl-].De la primera etapa se puede concluir que la variable que afecta de manera significativa el pretratamiento es el tiempo de contacto con el LI, siendo las mejores condiciones en el rango estudiado: un tiempo de pretratamiento de 60 [min]; razón de peso biomasa a peso LI de 1:3, temperatura 150 [ºC]. Al comparar con resultados de estudios anteriores se obtuvo que en el caso trigo este pretratamiento libera un 25% más de glucosa en la hidrólisis enzimática que el pretratamiento con ácido diluido y un 40% más que las mejores condiciones de pretratamiento con hongos de pudrición blanca, tanto para trigo como para maíz. En la segunda etapa se realizó la SSF de muestras de maíz y trigo pretratado con hongos de pudrición blanca y con IL bajo distintas condiciones de operación, manteniendo constantes la temperatura de fermentación en 37 [ºC], el volumen de trabajo en 40 [ml], el microorganismo (M.O.) fermentador (Saccharomyces cerevisiae Red Star) y el tiempo de fermentación en 72-120 [h]. De estos experimentos se concluye que la concentración de material lignocelulósico fermentado afecta significativamente la producción de etanol producido en la fermentación SSF y que, cuando la concentración inicial de microorganismos es alta (1 [g.p.s./L]), la concentración de enzimas también produce diferencias significativas en la producción de etanol . Además, cuando la concentración inicial de enzimas es baja (5 [FPU de celulasa/g]), la concentración inicial de M.O. produce diferencias significativas en la producción de etanol. Las mejores condiciones de operación para la SSF son: pretratamiento con líquido iónico [EMIM+][Cl-] en razón 1:3 a 150 [ºC] durante 60 [min], concentración de sustrato: 1 [g/ 40 ml], concentración enzimas: 20 [FPU de celulasa/g], concentración inicial M.O: 1 [g.p.s./L]. Bajo estas condiciones se alcanza el rendimiento teórico de etanol en fermentaciones (0.511 [g etanol/g glucosa]), produciendo 313 [L etanol/ton de material pretratado]. En conclusión, la fermentación SSF de material pretratado con IL produce resultados alentadores por lo cual se sugiere continuar con este estudio. Se sugiere realizar estudios a mayor escala, utilizar M.Os. capaces de fermentar un mayor espectro de azúcares y realizar un estudio sobre el contenido de azúcares del material post pretratamiento.

Resíduos celulósicos por erem ricos em celulose e hemicelulose estão sendo apontados como promissoras fontes para a produção de etanol. Com isso, este trabalho tem como objetivo hidrolisar e fermentar resíduos celulósicos visando a produção de etanol. Para estudo da hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar, foram isolados 22 fungos da cidade de Araras-SP e estes testados para produção de endoglucanases (EG). Foram testadas temperatura e pH ótimos, diferentes tampões, estabilidade do coquetel e influência de sais, EDTA e ?-mercaptoetanol para lacase, xilanase, endo-?-1,4-glucanase, celobiohidrolase I, ?-glucosidase e glucoamilase. As condições padronizadas para aplicação do coquetel enzimático foi 55ºC, tampão citrato de sódio 50 mM e pH 5,0. Para elaboração do coquetel enzimático foi realizado um Plackett-Burman seguido de um delineamento composto central rotacional, em que as condições padronizadas para aplicação foram (U/g de bagaço de cana-deaçúcar): 0,122 de lacase; 7 de xilanase; 5 de endoglucanase; 14 de celobiohidrolase e 9 de ?-glucosidase. Foram liberados 4,405 µmol de açúcares redutores por mL, após 48 horas de hidrólise do bagaço a 55ºC, em tampão citrato de sódio 50 mM (7 mL), pH 5,0, agitação de 110 rpm. O hidrolisado obtido foi fermentado pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae PE-2 e Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), separadamente e em cultivo misto, averiguando a necessidade de suplementação do meio, para a produção de etanol. Os resultados mostraram a necessidade de suplementação para aumento da viabilidade das leveduras. Observou-se que a suplementação manteve a viabilidade acima de 90%. A fermentação com Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), sem a necessidade de suplementação, possibilitou a produção de 12,66% de etanol; com a Saccharomyces cerevisiae a produção de etanol foi de 7,03%, quando o meio foi suplementado com 3 g/L de extrato de levedura. A fermentação com cultura mista produziu 0,53% e 1,18% de etanol em 24 e 48 horas de cultivo, respectivamente. Para aplicação enzimática na hidrólise do lodo branco foram utilizadas amilase de Aspergillus carbonarius e celulase comercial. Os produtos de hidrólise enzimática do lodo branco detectados HPLC mostraram a formação de glicose, xilose e traços de maltose. A viabilidade celular da levedura Saccharomyces cerevisiae durante a fermentação se manteve bastante elevada, acima de 95 %. A fermentação do lodo branco, quando o meio foi suplementado com 3g/L de extrato de levedura, foi considerada satisfatória, com 2,37 g/L de etanol. Foram realizadas análise de superfície por ion-tof e microscopia eletrônica de varredura nos resíduos celulósicos. Desta maneira, com este trabalho foi possível estudar a importância da aplicação de enzimas fúngicas para degradação de biomassa lignocelulósica para produção de etanol de segunda geração. / As cellulosic wastes are rich in cellulose and hemicellulose they have been pointed as promising sources for ethanol production. Thereby, this work aimed to hydrolyze and ferment cellulosic residues to produce ethanol. In order to study the hydrolyzes of sugar-cane bagasse and ferment the sugars obtained from this process, twenty-two fungi were isolated in the city of Araras-SP and tested for endoglucanase (EG) production. Aiming to optmize an enzyme cocktail, variables as temperature, optimum pH, different buffers, stability, salt influence, EDTA and ?-mercaptoethanol were tested for laccase, xylanase, endo- ?-1,4-glucanase, cellobiohydrolase I, ?-glucosidase and glucoamylase. The standard conditions for applying the enzyme cocktail were 55°C, sodium citrate buffer 50 mM pH 5.0. For the preparation of the enzyme cocktail a Plackett-Burman was made followed by a central composite design, in which the standard conditions for application were (U/g of sugarcane bagasse): 0.122 of laccase; 7 of xylanase; 5 of endoglucanase; 14 of cellobiohydrolase and 9 of ?-glucosidase per gram of sugarcane bagasse. After 48 hours of hydrolyzes in the following conditions, 55ºC, sodium citrate buffer 50 mM (7 mL), pH 7.0, 110 rpm, 4.405 µmol of reducing sugar per mL were released. The hydrolyzate obtained was separately fermented by the yeasts Saccharomyces cerevisiae PE-2, Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783) and with both yeasts in a mixed cultivation, in order to investigate the need of medium supplementation for ethanol production. The results showed the need of supplementation to increase the viability of the yeasts. It was observed that this procedure kept the viability over 90%. The fermentation with Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), without supplementation, allowed the production of 12.66% of ethanol and with Saccharomyces cerevisiae the production was 7.03% with a supplementation of 3 g/L of yeast extract. The fermentation with mixed cultivation produced 0.53% and 1.18% in 24 and 48 hours of cultivation, respectively. Another objective of this work was the hydrolysis of paper sludge which was obtained by using amylases from Aspergillus carbonarius and commercial cellulases. The products of enzymatic hydrolysis of the white sludge detected in HPLC showed the formation of glucose, xylose and maltose traits. Cell viability counting of the yeast, analyzes of pH, reducing sugar and alcohol content were carried out. Cellular viability of Saccharomyces cerevisiae along the fermentation was kept over 95%. Paper sludge fermentation using Saccharomyces cerevisiae, in medium supplemented with yeast extract 3 g/L, was considered satisfactory, showing 2.37 g/L of ethanol. Surface analysis was performed by Ion-tof and scanning electron microscopy in the cellulosic waste. Thus, this work made possible to study the importance of fungal enzymes application in lignocellulosic biomass degradation for the production of second generation ethanol.

Orientador: Roberto da Silva / Resumo: Esta tese aborda a produção de enzimas celulolíticas por cultivo sólido (CS) dos fungos termofílicos Myceliophthora thermophila I-1D3b e Thermoascus aurantiacus CBMAI756 e do mesofílico Trichoderma reesei QM9414 em substrato composto por bagaço de cana-deaçúcar (BC) e farelo de trigo (FT); a caracterização dos extratos obtidos quanto a temperatura e pH ótimos e a estabilidade; a formulação de coquetéis enzimáticos para aplicação na hidrólise de bagaço de cana não tratado (BNT), pré-tratado com ozônio, álcali e ultrassom (BOU) e com pré-tratamento hidrotérmico (BHT); e, por fim, as condições e a cinética da reação de sacarificação enzimática. O CS de M. thermophila levou à obtenção de extratos com as maiores atividades de endoglucanase (32 U/mL), β-glicosidase (3,5 U/mL) e FPA (0,7 U/mL). Os extratos apresentaram diferentes perfis de atividade e estabilidade em função de variações de pH e temperatura de reação e incubação, características desejáveis para aplicação na hidrólise de biomassa visando a produção de etanol de segunda geração (E2G). Após 24 h de hidrólise, maiores rendimentos em açúcares redutores totais (ART) foram atingidos empregando coquetel 1:1 v/v de extratos enzimáticos provenientes do CS de T. aurantiacus (TA) e T. reesei (TR) no BOU. Foi possível obter maior teor de ART (464 mg/g BOU vs. 396 mg/g BOU) com menor carga enzimática (9,9 FPA/g BOU com coquetel TA:TR 1:1 v/v vs. 12,6 FPA/g BOU com extrato de TA, respectivamente). Denota-se que há sinergismo entre ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis addresses the production of cellulolytic enzymes by solid cultivation (CS) of the thermophilic fungi Myceliophthora thermophila I-1D3b and Thermoascus aurantiacus CBMAI756 and of the mesophilic Trichoderma reesei QM9414 on a substrate composed of sugarcane bagasse (SCB) and wheat bran (WB); the characterization of the extracts obtained in terms of optimum temperature and pH and stability; the formulation of enzymatic cocktails for application in the hydrolysis of untreated SCB (BNT), pretreated with ozone, alkali and ultrasound (BOU) and with hydrothermal pretreatment (BHT); and, finally, the conditions and kinetics of the enzymatic saccharification reaction. The CS of M. thermophila provided extracts with the highest activities of endoglucanase (32 U/mL), β-glucosidase (3.5 U/mL) and FPA (0.7 U/mL). The extracts showed different profiles of activity and stability due to variations in pH and temperature of reaction and incubation, desirable characteristics for application in the hydrolysis of biomass aiming the production of second generation ethanol (E2G). After 24 h of hydrolysis, higher yields of total reducing sugars (TRS) were achieved using cocktail 1:1 v/v of enzymatic extracts from the CS of T. aurantiacus (TA) and T. reesei (TR) in BOU. It was possible to obtain a higher TRS content (464 mg/g BOU vs. 396 mg/g BOU) with lower enzyme load (9.9 FPA/g BOU with cocktail TA:TR 1:1 v/v vs. 12.6 FPA /g BOU with TA extract, respectively). It denotes there is syner... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

[EN] Throughout this Thesis it has been proposed various catalysts promoted with Ni or Co for the production of hydrogen from ethanol reforming. It has been studied their synthesis, physicochemical properties and catalytic behavior in order to find the most active, selective and stable catalysts. In Chapter 3 is presented the study of commercial zeolite Y and Mordenite "mesoporosed" and exchanged with Na. The use of mesoporous zeolites as support has allowed to prepare ethanol reforming catalysts with high activity, high selectivity to H2 and low selectivities to CO and CH4. Besides these commercial zeolites have been also prepared and studied the delaminated zeolites promoted with Ni or Co. The catalysts prepared with these zeolites showed high activity compared to a reference sample prepared with amorphous silica as support. In Chapter 4 are shown the results obtained in the study of catalysts based on LDH-Zn promoted with different amounts of Ni and Co. Among them, 20CoHT showed the best results. However, this catalyst exhibited a large coke deposition. In order to reduce the high production of coke a new formulation was prepared incorporating La. The addition of La decreased significantly the coke deposition and increased slightly the reducibility of Co. These improvements led to a new formulation with high reactivity, selectivity and stability. In Chapter 5 it has been prepared and studied catalysts based on structured manganese oxides (SMO) promoted with Ni and Co. The SMO prepared in this Thesis have been based on birnessite-BIR and todorokite-TOD, with laminar and microporous structure, respectively. All SMO studied have shown high activity and selectivity to H2, with low yields of CO and CH4. Nevertheless, the best results were obtained with Co-TOD sample with high activity and selectivity to H2, and the lowest selectivities to CO, CH4 and byproducts. In Chapter 6 the use of natural sepiolite is presented as support of Ni and Co. In this chapter it has been studied the influence of two different Ni and Co incorporation methods on the catalytic performance. It has been found that the precipitation method allows the formation of metal particles of Ni and Co significantly smaller than the impregnation method, leading to more active catalysts in the reforming of ethanol. The catalyst Co-Sep produced the highest concentrations of H2 and lowest concentrations of undesired products. Finally, in Chapter 7, it has been selected two catalysts in order to study their stability and influence of pelletization process in their catalytic activity. The catalysts selected were those that presented the best balance activity-selectivity and simplicity of the preparation method. These catalysts have been CoLaHT and Co-Sep. Initially the catalytic behavior of these materials in restored vinasse (alcoholic wine industry waste) was studied. The sepiolite-based catalysts (Co-Sep) presented excellent results, maintaining its activity for more than 160 hours of reaction. This catalyst was also studied in the reforming of other alcoholic residue with high sulfur content (440 ppm). In this case the Co-Sep catalyst was deactivated from the beginning of the reaction. This deactivation is due to the poisoning of the metallic particles of Co with sulfur. Finally, this same catalyst was studied after its conformation. The pelletized catalyst exhibited lower catalytic activity and selectivity than its corresponding powdered material. This poor result seems to be related with the calcination temperature used in the conformed process (1573 K), which leads to a high sinterization of metallic Co particles. In order to improve the conformation process, it was carried out optimization studies, which allowed to prepare new conformed Co-Sep and CoLaHT samples with higher catalytic activity and selectivity than their corresponding powdered material. / [ES] A lo largo de esta Tesis se han propuesto diferentes catalizadores promovidos con Ni o Co para la producción de hidrógeno a partir del reformado de etanol. Se ha estudiado su síntesis, propiedades físico-químicas y comportamiento catalítico con el fin de encontrar los catalizadores más activos, selectivos y estables. En el Cap. 3 se presenta el estudio de zeolitas comerciales Y y Mordenita "mesoporizadas" e intercambiadas con Na. La utilización de zeolitas mesoporizadas como soporte lleva a la preparación de catalizadores de reformado de etanol con alta actividad, elevada selectividad a H2 y bajas selectividades a CO y CH4. Junto a estas zeolitas comerciales también se ha preparado y estudiado las zeolitas deslaminadas promovidas con Ni o Co. Los catalizadores preparados con estas zeolitas también presentaron una elevada actividad comparada con una muestra de referencia preparada con sílice amorfa como soporte. En el Cap. 4 se presentan los resultados obtenidos en el estudio de catalizadores basados en HDL-Zn promovidos con diferentes cantidades de Ni y Co. Entre todos los catalizadores el 20CoHT es el que presenta los mejores resultados. No obstante, con el fin de disminuir la elevada producción de coque que presenta esta muestra se preparó una nueva formulación con La. La adición de La mejoró considerablemente la deposición de coque y ligeramente la reducibilidad del Co, lo que llevó a que esta nueva formulación presentara una mayor actividad, selectividad y estabilidad. En el Cap. 5 se han preparado y estudiado catalizadores basados en óxidos de manganeso estructurados (OME) promovidos con Ni y Co. Los OME que se han preparado poseen estructura laminar y microporosa. Todos los OME estudiados presentan una elevada actividad y selectividad a H2, con bajas producciones de CO y CH4. Destacan los resultados del Co-TOD, ya que además de presentar una elevada actividad y selectividad a H2, presenta las selectividades más bajas a CO, CH4 y subproductos. En el Cap. 6 se presenta la utilización de la sepiolita natural como soporte de Ni y Co. Se ha estudiado la influencia del método de incorporación de estos metales sobre su actividad. Se ha comprobado que el método de precipitación permite la formación de partículas metálicas de Ni y Co significativamente más pequeñas, lo que lleva a obtener catalizadores más activos en el reformado de etanol. Entre todos los catalizadores preparados destaca la muestra Co-Sep, la cual produce elevadas concentraciones de H2 y bajas concentraciones de productos no deseados. Finalmente, en el Cap. 7, se han seleccionado dos catalizadores con el fin de estudiar su estabilidad y conformado como pasos previos al escalado y aplicación industrial de los mismos. Estos catalizadores han sido CoLaHT y Co-Sep. De los dos catalizadores el basado en sepiolita (Co-Sep) presentó excelentes resultados, manteniendo su actividad durante más de 160 horas de reacción. Este catalizador también se estudió en el reformado de otro residuo alcohólico procedente del destilado de vinazas que posee un alto contenido en azufre. En este caso el catalizador Co-Sep se desactivo desde el inicio de la reacción. Esta desactivación se debe al envenenamiento de las partículas metálicas de Co con el azufre. Finalmente se estudió este mismo catalizador tras someterse a un proceso de conformado, observando que su actividad disminuye rápidamente durante el reformado de los residuos procedentes del destilado de vinazas. Este mal resultado se ha visto que está relacionado además de con el azufre presente en el residuo, con la temperatura de calcinación utilizada en el proceso de conformado, que lleva a la sinterización del Co en partículas metálicas de gran tamaño. En una etapa posterior se ha llevado a cabo una optimización del proceso de conformado consiguiendo muestras conformadas con una actividad similar para la muestra Co-Sep, e incluso superior para el material CoLaHT, a los cata / [CA] Al llarg d'esta Tesi s'han proposat diferents catalitzadors promoguts amb Ni o Co per a la producció d'hidrogen a partir del reformat d'etanol. S'ha estudiat la seua síntesi, propietats fisicoquímiques i comportament catalític per tal de trobar els catalitzadors més actius, selectius i estables. En el capítol 3 es presenta l'estudi de zeolites comercials Y i Mordenita "mesoporitzades" i intercanviades amb Na. La utilització de zeolites mesoporitzades com a suport porta a la preparació de catalitzadors de reformat d'etanol amb alta activitat, elevada selectivitat a H2 i baixes selectivitats a CO i CH4. Al costat d'estes zeolites comercials també s'ha preparat i estudiat les zeolites deslaminades promogudes amb Ni o Co. Els catalitzadors preparats amb estes zeolites també van presentar una elevada activitat comparada amb una mostra de referència preparada amb sílice amorfa com a suport. En el capítol 4 es presenten els resultats obtinguts en l'estudi de catalitzadors basats en HDL de Zn promoguts amb diferents quantitats de Ni i Co. Entre tots els catalitzadors el 20CoHT és el que presenta els millors resultats. No obstant això, per tal de disminuir l'elevada producció de coc que presenta aquesta mostra es va preparar una nova formulació amb La. L'addició de La al catalitzador 20CoHT va millorar considerablement la deposició de coc i lleugerament la reductibilitat del Co, el que va portar al fet que aquesta nova formulació presentés una major activitat, selectivitat i estabilitat. En el capítol 5 s'han preparat i estudiat catalitzadors basats en òxids de manganès estructurats (OME) promoguts amb Ni i Co. Els OME que s'han preparat posseeixen estructura laminar i microporosa. Tots els OME estudiats presenten una elevada activitat i selectivitat a H2, amb baixes produccions de CO i CH4. Destaquen els resultats del Co-TOD, ja que a més de presentar una elevada activitat i selectivitat a H2, presenta les selectivitats més baixes a CO, CH4 i subproductes. En el capítol 6 es presenta la utilització de la sepiolita natural com a suport de Ni i Co. En aquest capítol s'ha estudiat la influència del mètode d'incorporació d'aquests metalls sobre la seua activitat catalítica. S'ha comprovat que el mètode de precipitació permet la formació de partícules metàl·liques de Ni i Co significativament més xicotetes que el mètode d'impregnació, el que porta a obtenir catalitzadors més actius en el reformat d'etanol. Entre tots catalitzadors preparats destaca la mostra Co-Sep, la qual produeix elevades concentracions d'hidrogen i baixes concentracions de productes no desitjats. Finalment, al capítol 7, s'han seleccionat dos catalitzadors amb la finalitat d'estudiar la seua estabilitat i conformat com a passos previs a l'escalat i aplicació industrial dels mateixos. Aquests catalitzadors han estat CoLaHT i Co-Sep. Dels dos catalitzadors el basat en sepiolita (Co-Sep) va presentar excel·lents resultats, mantenint la seua activitat durant més de 160 hores de reacció. Aquest catalitzador també es va estudiar en el reformat d'un altre residu alcohòlic que posseeix un alt contingut en sofre. En aquest cas el catalitzador Co-Sep es va desactivar des de l'inici de la reacció. Aquesta desactivació es deu a l'enverinament de les partícules metàl·liques de Co amb el sofre. Finalment es va estudiar aquest mateix catalitzador després de sotmetre-ho a un procés de conformat, observant que la seua activitat disminueix ràpidament durant el reformat dels residus. Aquest mal resultat s'ha vist que està relacionat a més de amb el sofre present en el residu, amb la temperatura de calcinació utilitzada en el procés de conformat, que porta a la sinterització del Co a partícules metàl·liques de grans dimensions. En una etapa posterior s'ha dut a terme una optimització del procés de conformat aconseguint mostres conformades amb una activitat similar per a la mostra Co-Sep, i fins i tot superior per al mater / Da Costa Serra, JF. (2016). Desarrollo de nuevos catalizadores de reformado de bioetanol para la producción sostenible de H2 [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63232

En el presente trabajo se caracterizaron glicosil hidrolasas (GHs) y permeasas fúngicas implicadas en el metabolismo y transporte de azúcares, con dos aplicaciones diferentes: la producción de etanol y la síntesis de isomaltooligosacáridos (IMOS). Se han abordado tres objetivos específicos: 1) desarrollar un proceso eficiente de sacarificación y fermentación simultánea (SSF) de celulosa; 2) comparar distintas estrategias para la fermentación de celobiosa, paso crítico en la fermentación de celulosa; 3) sintetizar IMOS utilizando como material catalítico células de levadura que producen una ¿-glucosidasa de Aspergillus niger. En el proceso propuesto de sacarificación y fermentación simultánea celulosa, el material de partida (papel de filtro) se digirió con una preparación enzimática de Trichodema reesei, y se fermentó con una cepa recombinante de Saccharomyces cerevisiae (T500) que secreta una ß-glucosidasa de Saccharomycopsis fibuligera. La actividad ß-glucosidasa, deficitaria en el cóctel celulolítico de T. reesei, mejoró el progreso de la hidrólisis de la celulosa y la fermentación, ya que disminuye el efecto inhibitorio causado por la acumulación de celobiosa. Con este proceso se alcanzaron rendimientos de etanol por encima de 70 g/L. Se han comparado estrategias de hidrólisis extracelular o intracelular de celobiosa. Para ello, se utilizó la cepa T500 y nuevas cepas recombinantes generadas en este estudio. En una primera aproximación para la hidrólisis intracelular, se ensayaron tres ß-glucosidasas distintas y una permeasa de celobiosa de Penicillium oxalicum. En los transformantes resultantes, la tasa de crecimiento en celobiosa se vio limitada por ß-glucosidasas con baja actividad celobiasa, pero por encima de cierto valor de actividad el principal cuello de botella fue el transporte del azúcar. Por esta razón, buscamos nuevos transportadores de celobiosa procedentes de T. reesei. De 107 secuencias designadas como transportadores de azúcares en el genoma de T. reesei, se seleccionaron diez por su mayor similitud de secuencia con permeasas de celobiosa de otros hongos caracterizadas funcionalmente. Solo una de ellas (Tr_StrC) fue capaz de facilitar el transporte de celobiosa y permitir el crecimiento de S. cerevisiae. Finalmente, se comparó la capacidad de fermentar celobiosa de los dobles transformantes de levadura, con capacidad de transportar e hidrolizar intracelularmente el disacárido, con la del transformante T500. La estrategia extracelular permitió una tasa de fermentación más rápida y mayores rendimientos de etanol en comparación con la estrategia intracelular. La cepa T500 también fue más eficiente en un sistema SSF de celulosa. Se han construido y analizado cepas recombinantes de S. cerevisiae que expresan un gen (aglA) que codifica una ¿-glucosidasa de A. niger. Los transformantes de levadura produjeron actividad ¿-glucosidasa extracelularmente, la mitad de la cual quedó asociada a células y la otra mitad fue liberada al medio de cultivo. Usando maltosa como único sustrato de partida, tras 8 h de incubación, el principal producto de transglicosilación fue panosa, pero tras 24 h el producto predominante fue isomaltosa. La isomaltosa también predominó a tiempos cortos de reacción, si en lugar de sólo maltosa se utilizaba de partida una mezcla de maltosa y glucosa. Para facilitar la síntesis de IMOS se diseñó un proceso en el cual las células de levadura pueden ser utilizadas directamente como material catalítico. Para ello, se expresaron en S. cerevisiae construcciones génicas del gen aglA fusionado con el gen de levadura SED1, en versión completa o truncada, que posee la secuencia GPI (glicosilfosfatidil inositol) de anclaje a pared celular. Las enzimas híbridas resultantes se fijaron de forma estable a la superficie celular. Las células provenientes de los cultivos recombinantes que expresan las construcciones aglA-SED1 se pudieron reciclar p / In the present work, glycosyl hydrolases (GHs) and fungal permeases involved in the metabolism and transport of sugars were characterized, with two different applications: the production of ethanol and the synthesis of isomaltooligosaccharides (IMOS). Three specific objectives have been addressed in order to: 1) develop an efficient process of saccharification and simultaneous fermentation (SSF) of cellulose; 2) compare different strategies for cellobiose fermentation, a critical step in cellulose fermentation; 3) synthesize IMOS using, as catalytic material, yeast cells that produce Aspergillus niger ¿-glucosidase. Strategies for extracellular or intracellular hydrolysis of cellobiose have been compared. To this end, the T500 strain and new recombinant strains generated in this study were used. In a first approach for intracellular hydrolysis, three different ß-glucosidases and a cellobiose permease from Penicillium oxalicum were tested. In the resulting transformants, growth rate in cellobiose was limited by ß-glucosidases with low cellobiase activity, but above a certain activity value the main bottleneck was sugar transport. For this reason, we searched novel cellobiose transporters from T. reesei. Among 107 sequences designated as sugar transporters in the genome of T. reesei, ten were selected based on their higher sequence similarity with functionally characterized cellobiose permeases from other fungi. Only one of them (Tr_StrC) was able to facilitate cellobiose transport and to allow growth of S. cerevisiae. Finally, the ability to ferment cellobiose of the double yeast transformants, capable of transporting and hydrolyzing the disaccharide intracellularly, was compared with that of the transformant T500. The extracellular strategy allowed a faster fermentation rate and higher ethanol yields compared to the intracellular approach. The T500 strain was also more efficient in a cellulose SSF system. Recombinant strains of S. cerevisiae expressing a gene (aglA) encoding an ¿-glucosidase from A. niger have been constructed and analyzed. The yeast transformants produced ¿-glucosidase activity extracellularly, half of which was cell-associated and the other half was released into the culture medium. Using maltose as the only initial substrate, after 8 h of incubation, the main product of transglycosylation was panose, but after 24 h the predominant product was isomaltose. Isomaltose also predominated at short reaction times, if a mixture of maltose and glucose was used instead of maltose alone. In order to facilitate the synthesis of IMOS, a process was designed in which the yeast cells can be used directly as catalytic material. For this purpose, the aglA coding region was fused to full-length or truncated versions of the yeast gene SED1, containing the GPI (glycosylphosphatidyl inositol) sequence for anchoring to the cell wall, and expressed in S. cerevisiae. The resulting hybrid enzymes were fixed stably to the cell surface. Cells from the recombinant cultures expressing the aglA-SED1 constructs could be recycled to produce IMOS in successive reactions. / En aquest treball es van caracteritzar glicosil hidrolases (GHs) i permeases fúngiques implicades en el metabolisme i transport de sucres, amb dos aplicacions diferents: la producció d'etanol i la síntesi d'isomaltooligosacàrids (IMOS). S'han abordat tres objectius específics: 1) desenvolupar un procés eficient de sacarificació i fermentació simultània (SSF) de cel·lulosa; 2) comparar distintes estratègies per a la fermentació de celobiosa, pas crític en la fermentació de cel·lulosa; 3) sintetitzar IMOS utilizant com a material catalític cèl·lules de llevat que produeixen una ¿-glucosidasa de Aspergillus niger. En el procés proposat de sacarificació i fermentació simultània de cel·lulosa, el material de partida (paper de filtre) es va digerir amb una preparació enzimàtica de Trichodema reesei i es va fermentar amb una soca recombinant de Saccharomyces cerevisiae (T500), la qual secreta una ß-glucosidasa de Saccharomycopsis fibuligera. L'activitat ß-glucosidasa, deficitària en el còctel cel·lulolític de T. reesei, va millorar el progrés de la hidròlisi de la cel·lulosa i la fermentació, ja que disminuiex l'efecte inhibitori causat per l'acumulació de celobiosa. Amb aquest procés es van assolir rendiments d'etanol superiors a 70 g/L. S'han comparat estratègies d'hidròlisi extracel·lular o intracel·lular de celobiosa. Per a això, es va emprar la soca T500 i noves soques recombinants generades en aquest estudi. En una primera aproximació per a l'hidròlisi intracel·lular, s'assajaren tres ß-glucosidases distintes i una permeasa de celobiosa de Penicillium oxalicum. Als transformants resultants, la tasa de creixement amb celobiosa va estar limitada per ß-glucosidases amb baixa activitat celobiasa, però per damunt d'un cert valor d'activitat el principal coll d'ampolla va ser el transport del sucre. Per aquesta raó, cercàrem nous transportadors de celobiosa procedents de T. reesei. De 107 seqüències designades com a transportadors de sucres en el genoma de T. reesei, es van seleccionar deu per la seua major similitut de seqüència amb permeases de celobiosa d'altres fongs caracteritzades funcionalment. Només una d'elles (Tr_StrC) va ser capaç de facilitar el transport de celobiosa i permetre el creixement de S. cerevisiae. Finalment, es va comparar la capacitat de fermentar celobiosa dels dobles transformants de llevat, amb capacitat de transportar i hidrolitzar intracel·lularment el disacàrid, amb la del transformant T500. La estratègia extracel·lular va permetre una tasa de fermentació més ràpida i majors rendiments d'etanol en comparació amb la estratègia intracel·lular. La soca T500 també va ser més eficient en un sistema SSF de cel·lulosa. S'han construït i analitzat soques recombinants de S. cerevisiae que expresen un gen (aglA) que codifica una ¿-glucosidasa de A. niger. Els transformants de llevat produiren activitat ¿-glucosidasa extracelul·larment, la meitat de la qual va quedar associada a cèl·lules i l'altra meitat va ser alliberada al medi de cultiu. Utilitzant maltosa com a únic substrat de partida, després de 8 h d'incubació, el principal producte de transglicosilació va serpanosa, però després de 24 h el producte predominant va ser isomaltosa. La isomaltosa també va predominar a tiemps curts de reacció, si en lloc de només maltosa s'utilizava de partida una combinació de maltosa i glucosa. Per a facilitar la síntesi de IMOS es va dissenyar un procés en el qual les cèl·lules de llevat poden ser utilitzades directament com a material catalític. Per a això, s'expresaren en S. cerevisiae construccions gèniques del gen aglA fusionat amb el gen de llevat SED1, en versió completa o truncada, el qual conté la seqüència GPI (glicosilfosfatidil inositol) d'ancoratge a paret cel·lular. Els enzims híbrids resultants es van fixar de forma estable a la superfície cel·lular. Les cèl·lules provinents dels cultius recombinants que exp / Casa Villegas, MF. (2018). Caracterización de glicosidasas y permeasas fúngicas implicadas en el transporte y metabolismo de azúcares [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/106344

Na busca por soluções que maximizem a produção de etanol, o melhoramento genético de diferentes linhagens de levedura tornou-se foco de investigação em diversos centros de pesquisa. Com o recente sequenciamento de uma linhagem selvagem utilizada nas usinas sucroalcooleiras brasileiras, a linhagem PE-2 da espécie Saccharomyces cerevisiae, surgiu o interesse em estudar sua dinâmica durante o processo de fermentação a fim de encontrar aspectos que possam explicar como estas se tornaram mais adaptadas às dornas de fermentação mantendo a alta produtividade de bioetanol. A partir da análise transcricional da linhagem PE-2, Buscamos por métodos de inferência de redes que possam representar a dinâmica dessa levedura. Propomos nesse trabalho a modelagem de dados experimentais temporais das linhagens PE-2 e S288c (utilizada como referência) baseado em um modelo de Redes Booleanas. Trata-se de um modelo onde convertemos dados contínuos em dados discretos (0 or 1) no qual, de acordo com restrições ditadas pelo modelo, são inferidas redes que representem interações gênicas ao longo do tempo baseados nas amostras temporais. Conseguimos modelar, com sucesso, algumas redes utilizando conjuntos com 11 e 12 genes relacionados a genes pertencentes à via da glicólise e fermentação da levedura. / Ethanol production improvements give rise to the breeding of yeast strains, that became the investigation focus in several research centers. Recently, a wild strain used in Brazilian sugarcane industry was sequenced, the PE-2 strain of Saccharomyces cerevisiae, and this event brought an interest in studying the dynamics of the fermentation of this strain in order to understand which aspects this strain become more adapted to the fermentation conditions, maintaining a high capacity to produce bioethanol. From the analysis of transcriptional strain PE-2, we seek for inference networks methods that can represent the dynamics of this yeast.In this work, we model an experimental temporal data of strain PE-2 and strain S288c (used as a reference) based on Boolean networks model. In this model, the data are converted from continuous into discrete data (0 or 1) and, based on constraints rules of Boolean Network model, networks are inferred to represent gene interactions over time based on temporal data. We successfully model networks using a set with 11 and 12 genes related to yeast glycolysis and fermentation pathways.

A busca por novas tecnologias que visam à produção de biocombustíveis renováveis, especialmente bioetanol e outros biomateriais, tem se intensificado nos últimos anos. Há um interesse mundial crescente na limitação dos impactos ambientais e mudanças climáticas através da substituição de produtos petroquímicos por análogos ambientalmente corretos, a fim de alcançar uma economia mais sustentável. Além disso, as plataformas biorrefinarias lignocelulósicas necessárias para a produção de bioetanol representam uma oportunidade de estimular novos mercados para o setor agrícola e aumentar os empregos locais, contribuindo para o desenvolvimento das economias emergentes. No entanto, a maioria dos processos de conversão são baseados no conhecimento empírico, exigindo estudos mais aprofundados sobre os fatores envolvidos na hidrólise enzimática da celulose, tais como características biomassas, a otimização da etapa de pré-tratamento, bem como das atividades das enzimas e seus mecanismos de ação. Assim, com o objetivo de contribuir para a viabilização e implantação das tecnologias de produção do etanol lignocelulósico, na primeira parte deste trabalho de doutorado, foi realizada a purificação da β-glicosidase do fungo Aspergillus Níger (NaBgl1), principal enzima do coquetel comercial Novozymes 188, e sua caracterização bioquímica e biofísica. As análises de espalhamento de raios-x a baixo ângulo revelaram uma organização multidomínios desta enzima, com uma estrutura molecular de girino semelhante ao encontrado para as celulases. A sua estrutura é composta por um domínio catalítico N-terminal e um domínio fibronectina de tipo III (FnIII) na região C-terminal, conectados entre si por um longo linker com uma inserção de 100 resíduos de aminoácidos numa conformação estendida. Apesar desta estrutura molecular incomum, os ensaios de eletroforese capilar revelaram um perfil processividade característico de β-glucosidases, e os ensaios enzimáticos confirmaram, também, a ausência de atividade em substratos poliméricos. Nos ensaios adosrção com diferentes compostos poliméricos, a enzima β-glicosidase mostrou uma capacidade de adsorção elevada em lignina. Os mecanismos de ligação FnIII-lignina foram elucidados por simulações de dinâmica molecular, que confirmaram apresença de vários sítios de ligação à lignina no domínio FnIII da enzima. Como segunda parte da presente tese, diferentes biomassas, como bagaço de cana, resíduos de casca de eucalipto e gramíneas (Panicum maximum, Pennisetum purpureum e Brachiaria brizantha) foram submetidas a vários métodos de pré-tratamento (ácido diluído, alcalino, sulfito e água quente) em diferentes condições de tratamento e avaliadas quanto ao seu potencial para a produção de bioetanol. As biomassas in natura e pré-tratadas foram caracterizadas quanto à sua composição química por métodos cromatográficos, ressonância magnética nuclear e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier; o índice de cristalinidade das amostras foi determinado por método químico e difração de raios-x; as análises morfológicas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura; e os resultados da caracterização foram correlacionados com os perfis de sacarificação enzimática encontrados para cada uma delas. / The search for new technologies aimed at the production of renewable biofuels, specially bioethanol, and other biomaterials has intensified in recent years. There is an increasing world-wide interest in the limitation of environmental impact and climate change by replacing petrochemical products with environment-friendly analogues in order to move towards a sustainable economy. In turn, the lignocellulosic biorefining platforms required for ethanol production present an opportunity to stimulate new markets for the agriculture sector and increase domestic employment, contributing to the development of emerging economies. However, most of conversion processes are based on empirical knowledge, demanding thorough studies about the factors involved on enzymatic hydrolysis of cellulose, such as biomasses characteristics, optimization of pretreatment steps and enzymes activities and molecular action mechanisms. Aiming to contribute for the viability and establishment of lignocellulosic ethanol technologies, on the first part of the present thesis, we performed the purification of main Aspergillus niger β-glucosidase (AnBgl1) from the commercial cocktail Novozymes 188 and its biochemical and biophysical characterization. The small angle x-ray scattering analysis revealed a multidomain organization, with a tadpole-like molecular shape similar to that found for cellulases. Its structure is composed by a N-terminal catalytic domain and a fibronectin type III-like (FnIII) C-terminal domain, connected by a long linker with a 100 aminoacids residues insertion in a extended conformation. In spite of this uncommon molecular structure, capilar zone electrophoresis assays revealed a processivity profile characteristic of β-glucosidases and the enzymatic assays confirmed no-activity on polymeric substrates. On the pull-dowm assays with different polymeric compounds, the β-glucosidase showed a high adsorption ability to lignin. The FnIII-lignin binding mechanisms were elucidated by molecular dynamics simulations, confirming the multiple binding sites to lignin in the enzyme FnIII domain. As a second part of the present thesis, different biomasses such as sugarcane bagasse, eucalyptus bark residues and grasses (Panicum maximum, Pennisetum purpureum and Brachiaria brizantha) were submitted to several pretreatment methods (diluted acid, alkaline, sulfite and hot water) at various conditions and evaluated about their potential to bioethanol production. The raw and pretreated biomasses were characterized about their chemical composition by chromatographic methods, nuclear magnetic ressonance and Fourier transformed infrared spectroscopy; the crystallinity index was determined by chemical method and x-ray diffraction; morphological features were analysed by scanning electron microscopy; and the characterization results were correlated to their enzymatic saccharification profiles.

Na busca por soluções que maximizem a produção de etanol, o melhoramento genético de diferentes linhagens de levedura tornou-se foco de investigação em diversos centros de pesquisa. Com o recente sequenciamento de uma linhagem selvagem utilizada nas usinas sucroalcooleiras brasileiras, a linhagem PE-2 da espécie Saccharomyces cerevisiae, surgiu o interesse em estudar sua dinâmica durante o processo de fermentação a fim de encontrar aspectos que possam explicar como estas se tornaram mais adaptadas às dornas de fermentação mantendo a alta produtividade de bioetanol. A partir da análise transcricional da linhagem PE-2, Buscamos por métodos de inferência de redes que possam representar a dinâmica dessa levedura. Propomos nesse trabalho a modelagem de dados experimentais temporais das linhagens PE-2 e S288c (utilizada como referência) baseado em um modelo de Redes Booleanas. Trata-se de um modelo onde convertemos dados contínuos em dados discretos (0 or 1) no qual, de acordo com restrições ditadas pelo modelo, são inferidas redes que representem interações gênicas ao longo do tempo baseados nas amostras temporais. Conseguimos modelar, com sucesso, algumas redes utilizando conjuntos com 11 e 12 genes relacionados a genes pertencentes à via da glicólise e fermentação da levedura. / Ethanol production improvements give rise to the breeding of yeast strains, that became the investigation focus in several research centers. Recently, a wild strain used in Brazilian sugarcane industry was sequenced, the PE-2 strain of Saccharomyces cerevisiae, and this event brought an interest in studying the dynamics of the fermentation of this strain in order to understand which aspects this strain become more adapted to the fermentation conditions, maintaining a high capacity to produce bioethanol. From the analysis of transcriptional strain PE-2, we seek for inference networks methods that can represent the dynamics of this yeast.In this work, we model an experimental temporal data of strain PE-2 and strain S288c (used as a reference) based on Boolean networks model. In this model, the data are converted from continuous into discrete data (0 or 1) and, based on constraints rules of Boolean Network model, networks are inferred to represent gene interactions over time based on temporal data. We successfully model networks using a set with 11 and 12 genes related to yeast glycolysis and fermentation pathways.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danielle_ Camargo.pdf: 2743019 bytes, checksum: bb99b3949e2803b846be4f0bae327172 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / Ethanol is considered a promising alternative to fossil fuels and causes less environmental impact, which implies an increase in the consumption of biofuel. To meet this demand, research has been conducted with alternative raw materials to complement the production of first generation ethanol. In Brazil, sweet sorghum is being studied for the expansion of sugarcane industry due to its rapid growth and the possibility of cultivating it during the season-cropping of sugarcane. However, during processing of sweet sorghum for ethanol production, generation of bagasse occurs, a material composed primarily of cellulose and hemicellulose, which can be considered a potential source of feedstock for bioprocesses. Therefore, the purpose of this study was the use of the sugars from the hemicellulose and the cellulosic fractions of the sweet sorghum bagasse, for the production of second generation ethanol by pentoses and hexoses fermentation yeasts, respectively. After chemical characterization of sorghum bagasse of six cultivars, they were subjected to mild acid hydrolysis with variations in temperature (111; 115 °C and 121), time (40, 50, and 60 min) and concentration of sulfuric acid (075; 1.25 and 1.75% w/v) using a central composite design (DCC) and response surface to find the condition that is conducive to high concentrations of sugars and less toxic compounds in the hemicellulosic hydrolysate. After the hydrolysate was concentrated and detoxified, it was submitted to fermentation by the yeast Schefferosomyces stipitis in a bioreactor at 30 °C, with kLa 4.9 h-1, pH 5.5 and volume of 4.5 liters. The solid biomass (cellulignin) that resulted from the acid treatment was submitted to evaluation of the percentage of cellulose, hemicellulose and lignin and then to studies with variation in the concentration of NaOH (1; 2.5 to 4%) and time (20, 40 and 60 min). After the treatment with the best condition of removal of lignin, cellulosic biomass was subjected to enzymatic hydrolysis with variation in the concentration of cellulase NS22086 (15, 20 and 25 FPU/g) and β-glucosidase NS22118 (1/3 to 2/3) and temperature of 38; 41 to 44 °C, in order to obtain the best saccharification rates and high glucose concentrations. The production of ethanol from the cellulosic fraction was then carried out with Kluyveromyces marxianus, during simultaneous saccharification and fermentation (SSF) at three different temperatures (38, 41 and 44 °C) for fermentation. The chemical composition between different varieties studied was similar and varied from 22-26% of lignin, from 30-32% of hemicellulose and 32-37% of cellulose. In the study of the hydrolysis conditions of hemicellulose, it was found that the acid concentration was the most important factor, and the condition that resulted in the highest concentration of sugars (14.22 g/L xylose and 2.42 g/L glucose) was 1.75% H2SO4, 40 minutes and 121 °C. This same condition showed low quantities of toxic compounds (1.34 g/L of acetic acid, 0.90 g/L of phenol; 124.54 mg/L of hydroxymethylfurfural and 978 mg/L furfural). The production of ethanol by S. stiptis in the hemicellulosic hydrolysate resulted in a concentration of 22 g/L ethanol, Yp/s of 0.40 g/g; Yx/s 0.28 g/g and Qp of 0.34 g/L.h-1. For the study of cellulignin delignification it was found that 2.5% NaOH for 60 minutes was the best condition for the removal of lignin (68%). During the enzymatic hydrolysis of the cellulosic portion, it was verified that the increase of cellulase from15 to 25 FPU/g resulted in higher concentration of glucose. In addition, the increase of β-glucosidase also resulted in the largest amount of glucose in a shorter time. The temperature also increased and accelerated the process of saccharification of cellulose. The simultaneous saccharification fermentation with K. marxianus was shown to be affected by the temperature studied, and the maximum ethanol concentration was reached (9.41 g/L) after 72 hours at 41 °C. With these results, it was possible to consider that the bagasse of sweet sorghum is a promising material in the field of second generation ethanol production both from hemicellulose and cellulose. / O etanol é considerado uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis, o que implica no aumento do consumo deste biocombustível. Para suprir essa demanda, pesquisas têm sido realizadas com matérias primas alternativas para complementar a produção de etanol de primeira geração. No Brasil, o sorgo sacarino está sendo estudado para ampliação do setor sucroenergético por ter crescimento rápido e possibilidade de cultivo na entressafra da cana-de-açúcar. Porém, durante o processamento do sorgo sacarino ocorre a geração do bagaço como material excedente, que é constituído principalmente por celulose e hemicelulose, e que pode ser considerado matéria-prima em potencial para bioprocessos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar o aproveitamento dos açúcares das frações hemicelulósica e celulósica do bagaço de sorgo sacarino para produção de etanol de segunda geração por leveduras fermentadoras de pentoses e hexoses, respectivamente. Após a caracterização química do bagaço de sorgo, este foi avaliado através de estudo de delineamento composto central (DCC) e superfície de resposta à hidrólise ácida branda com variações na temperatura (111; 115 e 121 °C), tempo (40; 50 e 60 min) e concentração de ácido sulfúrico (0,75; 1,25 e 1,75% m/v) a fim de encontrar a condição que propiciasse altas concentrações de açúcares e menores de compostos tóxicos no hidrolisado hemicelulósico. Após o hidrolisado ser concentrado e destoxificado, seguiu para fermentação pela levedura Schefferosomyces stipitis em biorreator a 30 °C, com kLa de 4,9 h-1, pH 5,5 e volume de 4,5 litros. A biomassa sólida (celulignina) resultante do tratamento ácido foi submetida à avaliação da porcentagem de celulose, hemicelulose e lignina e seguiu para estudo da deslignificação com variação na concentração de NaOH (1; 2,5 e 4%) e tempo (20, 40 e 60 min). Após tratamento com a melhor condição de remoção da lignina, a biomassa foi submetida à hidrólise enzimática com variação na concentração de celulase NS22086 (15; 20 e 25 FPU/g) e de β-glicosidase NS22118 (1/3 a 2/3) e temperatura (38; 41 e 44 °C), a fim de obter as melhores taxas de sacarificação e altas concentrações de glicose. A produção de etanol a partir da fração celulósica foi então realizada com Kluyveromyces marxianus durante sacarificação simultânea à fermentação (SSF) em três diferentes temperaturas (38; 41 e 44 °C) de incubação. A composição química do bagaço variou entre 22-26% de lignina, 30-32% de hemicelulose e 32-37% de celulose. A concentração de ácido sulfúrico foi o fator que teve maior influência na formação de açúcares e hidrólise da hemicelulose e a condição que resultou na maior concentração de açúcares (14,22 g/L de xilose e 2,42 g/L de glicose) foi 1,75% de H2SO4, 40 minutos a 121 °C. Essa mesma condição apresentou baixas quantidades de compostos tóxicos (1,34 g/L de ácido acético, 0,90 g/L de fenólicos; 124,54 mg/L de hidroximetilfurfural e 978 mg/L de furfural). A produção de etanol por S. stiptis no hidrolisado hemicelulósico resultou em uma concentração de 22 g/L de etanol, Yp/s de 0,40 g/g; Yx/s de 0,28 g/g e Qp de 0,34 g/L.h-1. No estudo de deslignificação da celulignina foi verificado que 2,5% de NaOH, 121 0C por 60 minutos foi a melhor condição na remoção de lignina (68%). Durante a hidrólise enzimática da porção celulósica foi verificado que o aumento da concentração da celulase de 15 para 25 FPU/g resultou na maior concentração de glicose. Além disso, o aumento da β-glicosidase diminui o tempo de hidrólise e o aumento da temperatura favoreceu o processo de sacarificação da celulose. A sacarificação simultânea à fermentação com K. marxianus demonstrou ser afetada pela temperatura estudada e a máxima concentração de etanol foi alcançada (9,41 g/L) com 72 horas a 41 °C. Com esses resultados, é possível considerar que o bagaço do sorgo sacarino é uma matéria prima promissora na produção de etanol de segunda geração tanto a partir da hemicelulose como de celulose.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-08-29T17:53:24Z No. of bitstreams: 2 Dissertação DEBORA.pdf: 1099973 bytes, checksum: aabc08a0f4d095fb9706cae57d8da79a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T17:53:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação DEBORA.pdf: 1099973 bytes, checksum: aabc08a0f4d095fb9706cae57d8da79a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Second generation bioethanol employs lignocellulosic materials in its preparation. One of the steps for these materials degradation utilizes cellulases produced by microorganisms. Among these, Trichoderma reesei fungus is one of the main cellulases producers used in industry. This fungus genetic modification can lead to enzimes production optimization, reducing cost and improving biofuels manufacture. Thus, the present work objective was delete the sequence encoding zinc fingers motifs of cellulase ACE1repressor transcription factor from T. reesei RUT-C30 fungus, seeking enzymatic production optimization. In primers construction for amplification ACE1 regions 5’ and 3' and the hph selection marker, which confers hygromycin B resistance, Joint Genome Institute - JGI site and the BioEdit ® program were used. The deletion cassette with pRS426 vector construction was mediated by Saccharomyces cerevisiae SC9721 yeast. After the cassette construction, T. reesei RUT-C30 transformation was made by protoplast and this transformation confirmation was effected by part of the hph using hphNestF and hphNestR amplification primers. After transformation with mutants obtained, endoglucanase, exoglucanase and total cellulase activity was quantified with carboxymethylcellulose substrates (CMC), microcrystalline cellulose (Avicel®) and Whatman paper filter (PF), respectively. The enzymatic production and biomass hydrolysis efficiency were performed comparing RUT-C30 strain for mutants. After deletion cassette construction, a 3501 bp fragment amplification confirmed the cassette formation. Posteriorly, RUT-C30 strain transformation, a 989 bp amplification was observed, confirming the 3 mutants target sequence deletion. With cellulase activity assay, 3 transformed strain showed higher enzymatic production when compared to RUT-C30 strain. In this comparison, a significant statistical difference was observed of RUT-C30Δace1-1 strain with Avicel® and PF (p <0.001) CMC (p <0.01), RUT-C30Δace1-2 strain with CMC (p<0,01) e PF (p<0,05), and RUT-C30Δace1-3 strain with Avicel (p<0,001), CMC and PF (p<0,01). The mutants also showed greater efficiency in biomass hydrolysis, with release sugar increase between 21 and 42%. Based on this study, mutants are promising for most efficient and viable ethanol production. Nevertheless, additional tests must be carried out to better understand these fungi applicability in the industrial level. / O bioetanol de segunda geração emprega materiais lignocelulósicos na sua elaboração. Uma das etapas para a degradação destes materiais utiliza celulases produzidas por microrganismos. Dentre estes, o fungo Trichoderma reesei é um dos principais produtores de celulases utilizadas na indústria. A modificação genética deste fungo pode levar à otimização da produção de suas enzimas, diminuindo o custo e melhorando a fabricação de biocombustíveis. Desta forma, o objetivo do trabalho foi deletar a região dos motivos dedos de zinco no gene que codifica o fator de transcrição repressor de celulase ACE1 do fungo T. reesei RUT-C30, buscando a otimização na produção enzimática. Na construção dos primers para amplificação das regiões 5’ e 3’ de ace1 e do marcador de seleção hph, que confere resistência à higromicina B, utilizou-se o site Joint Genome Institute – JGI e o programa BioEdit®. A construção do cassete de deleção com o vetor pRS426 foi mediado pela levedura Saccharomyces cerevisiae SC9721. Posteriormente, a construção do cassete, a transformação de T. reesei RUT-C30 foi realizada através de protoplasto e a confirmação desta transformação foi efetuada por amplificação de parte do hph utilizando os primers hphNestF e hphNestR. Após a transformação, com os mutantes obtidos, a atividade de endoglucanase, exoglucanase e celulase total foi quantificada com os substratos carboximetilcelulose (CMC), celulose microcristalina (Avicel®) e papel de filtro Whatman (PF), respectivamente. A produção enzimática e a eficiência na hidrólise da biomassa foram realizadas comparando-se a linhagem RUT-C30 aos mutantes. Após a construção do cassete de deleção, a amplificação de um fragmento de 3501 pb confirmou a formação do cassete. E, posteriormente à transformação da linhagem RUT-C30, o amplificado de 989 pb foi observado, confirmando a deleção da sequência alvo em 3 mutantes. Com o ensaio de atividade de celulases, as 3 linhagens transformadas mostraram maior produção enzimática quando comparadas à linhagem RUT-C30. Nessa comparação, foi observada diferença estatística significativa da linhagem RUT-C30Δace1-1 com Avicel® e PF (p<0,001), da linhagem RUTC30Δace1- 2 com CMC (p<0,01) e PF (p<0,05) e da linhagem RUT-C30Δace1-3 com Avicel (p<0,001), CMC e PF (p<0,01). Os mutantes também apresentaram maior eficiência na hidrólise da biomassa, com aumento na liberação de açúcar entre 21 e 42%. Com base nos dados deste estudo, os mutantes apresentam-se promissores para a produção mais eficiente e viável de etanol. Apesar disso, testes adicionais devem ser realizados para melhor entendimento da aplicabilidade destes fungos a nível industrial.