El bioetanol es uno de los biocombustibles líquidos con mayor potencial para sobrellevar el agotamiento y sobreutilización del petróleo como principal carburante a nivel mundial. El presente trabajo estudia la estrategia Sacarificación y Fermentación Simultáneas (SSF) como la principal tecnología de fermentación que permite aumentar la producción de bioetanol a partir de residuos forestales, específicamente de la especie Nothofagus pumilio también conocida lenga. El estudio comprendió una primera etapa en donde se identificaron los parámetros críticos que afectan el rendimiento de etanol al utilizar la estrategia SSF. En una segunda etapa, se realizó un trabajo experimental sobre éstas y se determinaron las mejores condiciones de operación. El factor que mostró tener un efecto más significativo en el rendimiento de etanol correspondió al tipo de pretratamiento utilizado: ácido sulfúrico diluido (ASD 0,75%) versus el líquido iónico (LI) 1-etil-3-metiImidiazol cloro ([EMIM]Cl). Los resultados obtenidos mostraron que la mayor concentración de etanol, 10,4 g/l, fue alcanzada usando una fracción sólida al 9% p/v del material pretratado con el líquido iónico [EMIM]Cl. Se utilizó la levadura S. cerevisiae cepa Red Star como microorganismo fermentador, una concentración inicial de inóculo de 10 g p.s./l, una carga enzimática de 37 FPU/g de sustrato, 40°C como la temperatura de fermentación, 72 horas como el tiempo de reacción, 300 rpm como la velocidad de agitación y el surfactante Tween 20 como modificador de la actividad enzimática. Para el mejor caso se obtuvo un rendimiento de etanol de 0,12 g/g de material pretratado y una productividad volumétrica de etanol de 1,2 g/lh para las primeras 6 horas. Al comparar los dos tipos de pretratamiento, se obtuvo que utilizar el LI se logró un valor de rendimiento de fermentación del orden de un 47% respecto del valor teórico máximo; mientras que para el pretratamiento con ASD sólo se logró un valor del 23%. Además, se observó que un aumento en la masa a pretratar implicaría una disminución de los azúcares fermentables disponibles en la etapa de sacarificación y una consecuente disminución en el rendimiento final de etanol. Por otro lado, se comparó la estrategia SSF con la estrategia Sacarificación y Fermentación Separadas (SHF). Se obtuvieron valores de 146 y 72 litros de etanol por tonelada de material pretratado con LI, respectivamente, destacándose un incremento del 103% en la producción de etanol por la tecnología SSF respecto de la estrategia SHF. Considerando una masa potencial de 254 mil toneladas anuales de residuos de lenga, se estimó una producción de 32 mil m3 de bioetanol, que corresponderían al 50 y 20% de la demanda nacional del biocombustible necesario para utilizarse en las mezclas normadas de 2 y 5% etanol-gasolina. Como conclusión del trabajo elaborado, se estima importante continuar con los estudios desarrollados con el fin de aumentar el rendimiento de etanol obtenido a partir de la estrategia SSF. Para esto, se recomienda seguir estudiando las condiciones de pretratamiento con el LI [EMIM]Cl, aumentar el tiempo de reacción y analizar factores que limiten el desarrollo del M.O. fermentador.

El presente trabajo de título tiene como objetivo estudiar, a nivel exploratorio, la viabilidad de la producción de bioetanol y co-productos de biorefinería en Chile, utilizando rastrojo de maíz como materia prima, logrando obtener resultados concluyentes. El aumento del precio del petróleo, sus impactos ambientales y la incertidumbre de su abastecimiento para el futuro, han incrementado la búsqueda de fuentes de energía renovable, más conocidas como Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Dentro de las ERNC están los biocombustibles, los cuales se dividen en biodisel, bioetanol y biogás, entre otros. El bioetanol es un biocombustible que puede sustituir a la gasolina, ya que se adapta al actual sistema de transporte, razón por la cual su uso se ha implementado en varios países. La regulación legal en Chile permitiría una mezcla de 5% de etanol con gasolina y el etanol no se vería agravado con el impuesto específico de la gasolina. Actualmente, la producción mundial de etanol proviene principalmente de maíz y caña de azúcar, lo que implicó el aumento del precio de estos alimentos. Para solucionar este problema se está impulsando el desarrollo de tecnologías para producir bioetanol lignocelulósico y se espera que esta tecnología esté completamente disponible el año 2012 en el mundo. Uno de los problemas en la actualidad del bioetanol lignocelulosico es que no es rentable por sí solo y es necesario tener ingresos adicionales para que éste sea rentable. En este informe se desarrolló un estudio técnico, en el cual se diseñó conceptualmente una planta de biorefinería, realizando el balance de masa asociado y el dimensionamiento de los equipos. Con ésto se obtuvo un costo de equipos de US$ 67,7 millones, considerando una tasa de cambio de US$ 1 a 525 CHP. Al producir bioetanol de residuo de cosecha de maíz se aprovechían los desechos agrícolas del país y no se competiría con la producción de alimentos. Además, se producirían co-productos de biorefinería (CO2 alimenticio, levadura industrial, lignina comercial y xilitol), para aumentar la rentabilidad de una planta productora en estudio. La planta productora antes mencionada estaría ubicada en la VI Región, Libertador Bernardo O´Higgins, debido a la disponibilidad de materia prima, su geomorfología y accesos viales, para funcionar como biorefinería. Su capacidad sería de 75 mil m3 de bioetanol al año, a partir de 345 mil toneladas de rastrojo de maíz. Finalmente, se elaboró un estudio económico de la planta, en donde se estimó la inversión inicial del proyecto en US$ 160 millones. El costo de producción de bioetanol que resultó fue de US$ 540/m3. Si el precio de venta del bioetanol fuese US$ 600/m3, el Valor Presente Neto (VPN) del proyecto es US$ 21 millones en 20 años y la TIR es 18% y un periodo de recuperación de 5 años.

La hidrólisis de celulosa a azúcares fermentables es una de las etapas clave que deben ser optimizadas para disminuir el costo de producción de bioetanol producido a partir de lignocelulosa, materia prima abundantemente disponible en Chile en desechos agrícolas y forestales. La hidrólisis de celulosa es catalizada por enzimas celulasas, pertenecientes al grupo de las glicosil hidrolasas. Este Trabajo de Memoria de Título tiene como objetivo la identificación y clonación de glicosil hidrolasas, con énfasis en enzimas potencialmente útiles en procesos de producción de bioetanol. La estrategia general de trabajo consistió en la identificación y selección de cepas capaces de degradar celulosa cristalina, a las cuales se dirigió un método de obtención de fragmentos de DNA codificantes de glicosil hidrolasas, enfocado a la actividad exoglucanasa. Un análisis in sílico de la secuencia de los fragmentos de DNA obtenidos indicó que se obtuvieron fragmentos de genes con actividades putativas β-1,3(4)-glucanasa y α-glucosidasa provenientes de cepas de Lentinula edodes y Peniophora gigantea, respectivamente. Estos resultados poseen altos niveles de confianza (con e-values del orden de 10-9 y 10-30, respectivamente). El fragmento correspondiente a la β-1,3(4)-glucanasa contiene el dominio catalítico conservado característico de este tipo de enzimas. Se estima que los fragmentos encontrados representan un 38% de una β-1,3(4)-glucanasa y un 12% de una α-glucosidasa. El método también produjo la obtención de fragmentos de DNA que codificarían enzimas con otras actividades no relacionadas con glicosil hidrolasas, específicamente una transcriptasa reversa y un transportador de urea. Las enzimas β-1,3(4)-glucanasas y α-glucosidasas son potencialmente aplicables en la etapa de pretratamiento de lignocelulosa en la producción de bioetanol de segunda generación y en la etapa de degradación de almidón en la producción de bioetanol de primera generación, respectivamente, entre otras aplicaciones industriales de menor interés para este trabajo. En conclusión, se logró clonar fragmentos de dos glicosil hidrolasas potencialmente aplicables en un proceso de producción de bioetanol. La estrategia utilizada deberá ser perfeccionada para hacerla más específica, logrando el diseño de partidores degenerados más específicos o bien considerando una estrategia global alternativa, tal como utilizar una genoteca de cDNA como templado del método en lugar de DNA genómico.

Los biocombustibles son una alternativa a los combustibles derivados del petróleo. En particular, el bioetanol podría reemplazar en forma parcial el uso de la gasolina, sin modificaciones a los motores y con la ventaja de ser renovable y tener un menor impacto ambiental. El proceso de producción de bioetanol a partir de residuos forestales comienza con un pretratamiento de la materia prima mediante diversos métodos que permiten incrementar la eficiencia de la etapa de hidrólisis de la celulosa. A su vez, esta hidrólisis permite obtener glucosa que es fermentable por microorganismos como la levadura Saccharomyces cerevisiae. Como producto de la fermentación se obtiene el etanol, el cual luego debe ser llevado a una pureza del 99,5%. Por otro lado, a partir de corrientes secundarias del proceso se pueden obtener subproductos, lo que se conoce como biorefinería, o también se pueden utilizar para generar energía térmica y eléctrica, lo que se conoce como cogeneración. En el presente trabajo se evaluaron técnica y económicamente diversas alternativas de producción de bioetanol a partir de residuos forestales, variando el pretratamiento de la biomasa y los coproductos obtenidos, con el objetivo de determinar aquella alternativa con mayor potencial económico. Los pretratamientos considerados fueron: explosión a vapor, organosolv y líquidos iónicos, y los coproductos: energía mediante cogeneración y productos de biorefinería (lignina, levadura y xilitol), considerando toda las combinaciones posibles entre éstos. El estudio consistió en diseñar el proceso correspondiente, realizar los balances de masa y energía y luego integración energética, dimensionar los equipos, confeccionar el layout, estimar los costos de capital y de operación y los ingresos, construir el flujo de caja, obtener los indicadores financieros, y realizar un análisis de sensibilidad respecto de los parámetros críticos, para cada una de las alternativas consideradas. A partir del estudio realizado se determinó que la alternativa con mayor potencial en términos de los indicadores financieros obtenidos es aquella con pretratamiento de explosión a vapor y obtención de coproductos de biorefinería. En este caso se obtuvo un VAN de 50,9 [MMUS$], una TIR del 19,3%, un ROI del 29% y un PRI de 6 años, considerando un procesamiento de 1.200 ton de residuos y una obtención de 240 m3 de bioetanol al día. Adicionalmente, se concluyó que en las condiciones actuales la explosión a vapor es preferible en términos de rentabilidad sobre el organosolv, y éste sobre el pretratamiento con líquidos iónicos (que resultó ser no rentable), mientras que la biorefinería es preferible sobre la cogeneración. Sin embargo, se plantea que existen potenciales escenarios futuros en que esta situación podría cambiar, dado que las técnicas de organosolv y particularmente líquidos iónicos pueden ser mejoradas y el precio de los insumos requeridos puede disminuir. Finalmente, dado que se determinó que el proceso con explosión a vapor y biorefinería es rentable y aquel con mayor potencial económico en la actualidad, se recomienda continuar a un estudio de prefactibilidad sobre dicha alternativa para la producción de bioetanol a partir de residuos forestales en Chile.

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Reinaldo Gaspar Bastos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T08:48:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Klein_BrunoColling_M.pdf: 2562214 bytes, checksum: f891de86d253786cf5d2101fec1f3eba (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A busca por uma maior sustentabilidade tem levado a uma mudança em direção à utilização de fontes renováveis para geração de energia em detrimento do uso de combustíveis fósseis, visando a uma modificação na matriz energética global. A utilização da biomassa de microalgas para produção de biocombustíveis vem sendo vista como uma alternativa promissora, uma vez que o seu cultivo proporciona produtividades em carboidratos e lipídios superiores às matérias-primas vegetais convencionalmente utilizadas na obtenção de etanol e biodiesel. Neste contexto, o objetivo da presente dissertação de mestrado foi avaliar a produção de biomassa da microalga clorofícea Chlorella vulgaris em fotobiorreator de placa plana em diferentes condições de fluxo luminoso, concentração de CO2 na alimentação gasosa e concentração de NaNO3 no meio de cultivo, visando o acúmulo de carboidratos para obtenção de bioetanol de terceira geração. As influências das variáveis nutricionais e de processo sobre a eficiência fotossintética das microalgas também foram estimadas para determinação do estado fisiológico das culturas. A produtividade média de biomassa e a concentração máxima final das microalgas foram significativamente afetadas pela incidência de radiação luminosa e pela suplementação de CO2 gasoso, obtendo-se maiores produtividades de carboidratos em cultivos com alto fluxo luminoso e concentrações de CO2 intermediárias (7,5%). Também foi observado o efeito positivo do aumento do fotoperíodo sobre o crescimento das microalgas. Através de hidrólise ácida foi possível atingir concentrações de até 2 g L-1 de açúcares fermentescíveis no hidrolisado a partir de biomassa de microalgas cultivadas em meio com baixo teor de nitrogênio. A fermentação etanólica foi então conduzida com a levedura Dekkerabruxellensis capaz de converter diferentes hexoses e pentoses em bioetanol, dada a presença de ambos os tipos de açúcares no hidrolisado / Abstract: The search for industrial processes with higher sustainability has led to a change towards the utilization of renewable sources for energy generation in substitution of fossil fuels, aiming the modification of the global energy matrix. The utilization of microalgal biomass for the production of biofuels is viewed as a promising alternative, since its cultivation yields carbohydrate and lipid productivities superior to those of conventional sources used in the obtention of bioethanol and biodiesel. In this context, the goal of this master thesis was to evaluate the biomass production of the chlorophycean microalga Chlorella vulgaris in a flat plate photobioreactor under different conditions of light flux, CO2 concentration in the gas feed and NaNO3 concentration in the culture medium, aiming carbohydrate accumulation for the production of third generation bioethanol. The influences of both process and nutritional variables on the photosynthetic efficiency of microalgae were estimated for the determination of the physiological condition of the cultures. The mean biomass productivity and the maximum final microalgae concentration were significantly affected by the incidence of light radiation and by the supplementation of gaseous CO2, the highest carbohydrate productivities being obtained in cultivations with high light flux and intermediate CO2 concentrations (7,5%). It was also observed the positive effect of increasing the photoperiod over microalgae growth. Through acid hydrolysis, it was possible to attain fermentable sugar concentration of up to 2 g L-1 from biomass of microalgae cultivated in low-nitrogen medium. The ethanolic fermentation was then carried out with the Dekkerabruxellensis yeast, capable of converting different hexoses and pentoses into ethanol, due to the presence of both sugar types in the hydrolysate / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_ThiagoCostaFerreira_D.pdf: 13438556 bytes, checksum: add103a09a2f775dbe590afd1507f3e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta Tese foram investigados sistemas biológicos relacionados à hidrólise da biomassa lignocelulósica. O trabalho de tese está subdividido em três partes. Na primeira parte foram investigadas, mediante simulações por dinâmica molecular, as características estruturais e dinâmicas que conferem termoestabilidade a laminarinases, enzimas da família das glicosideo hidrolases de grande interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis para a produção industrial de etanol celulósico. Na segunda parte do trabalho, desenvolvemos e tornamos publicamente disponível um programa de computador, denominado cellulose-builder, que visa automatizar a construção de arquivos em formato PDB que representem cristalitos de celulose. Os arquivos em formato PDB gerados pelos nosso programa podem ser utilizados como configuração inicial em simulações por dinâmica molecular de sistemas que contenham fases cristalinas da celulose. O programa permite gerar cristalitos de forma e tamanho arbitrários, permitindo expor qualquer face cristalográfica de quatro alomorfos da celulose cristalina. Visando contribuir para o melhor entendimento em nível molecular da estrutura da parede celular vegetal e elucidar os modos de interação entre a celulose e a hemicelulose (dois componentes importantes da parede celular vegetal), na terceira parte deste trabalho empregamos o programa cellulose-builder para construir cristais de celulose com xilanos (hemiceluloses) adsorvidos em diversas faces cristalográficas e utilizamos simulações por dinâmica molecular para estudar em nível atômico a interação entre xilanos e diversas faces cristalográficas do alomorfo I-beta da celulose. Também investigamos o efeito de substituintes comumente presentes em hemiceluloses (acetil e glucuronil) nos parâmetros geométricos e energéticos da interação entre celulose e hemicelulose / Abstract: This Thesis comprises the study of biological systems related to the hydrolysis of lignocellulosic biomass. The work is divided in three parts. In the first part we investigated, by means of molecular dynamics simulations, the structural and dynamical features that confer thermostability to laminarinases, enzymes belonging to the glycoside hydrolase family, which are of great interest in the development of viable tecnologies aiming the industrial production of cellulosic ethanol. In the second part of the Thesis work we developed and made publicly available a computer program, named cellulose-builder, whose purpose is to automatize the construction of PDB-format files representing cellulose crystallites. The PDB-format files generated by our program can be used as starting configurations in molecular dynamics simulations of systems containing crystalline phases of cellulose. The program enables one to generate crystallites of arbitrary size and shape, making it possible to expose any crystallographic face of four cellulose allomorphs. Aiming to contribute to a better understanding of the plant cell wall structure at the molecular level and to elucidate the modes of interaction between cellulose and hemicellulose (two major components of the plant cell wall), in the third part of this work we employed the computer program cellulose-builder to set up cellulose crystals with xylans (hemicelluloses) adsorbed onto several crystallographic faces and applied molecular dynamics simulations to study, at the atomic level, the interactions between xylans and several crystallographic faces of cellulose's allomorph I-beta. We also investigated the effect of substituents commonly occurring in hemicelluloses (namely acetyl and glucuronyl) in geometric and energetic parameters resulting from the interaction between cellulose and hemicellulose / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Quimica

Orientadores: Anete Pereira de Souza, Sindélia Freitas Azzoni / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:06:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Crucello_Aline_D.pdf: 3829574 bytes, checksum: b0eb3f1e3e0030f42a0081e3bf8b5ef8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O Brasil é hoje referência mundial na produção de etanol produzido a partir da cana-de-açúcar, cujo consumo tem aumentado significativamente nos últimos anos. Entretanto, a produção atual de etanol a partir do suco da cana-de-açúcar é insuficiente para atender a demanda do mercado nacional e internacional. Nesse contexto, a produção de etanol celulósico (de segunda geração) emergiu como uma alternativa promissora ao bioetanol de primeira geração. O fungo filamentoso Trichoderma harzianum IOC-3844 é uma linhagem brasileira que se destaca pela alta capacidade de produção de enzimas do complexo das celulases e hemicelulases, característica de grande interesse em biocatálise para conversão de biomassa em monômeros de açúcar fermentáveis. Apesar de seu comprovado potencial, há poucos dados de literatura disponíveis a respeito de sua capacidade celulolítica. Desta forma, este projeto teve como objetivo principal contribuir para o conhecimento básico sobre regiões do genoma de T. harzianum IOC-3844 envolvidas na via de hidrólise de compostos celulósicos, através da construção de uma biblioteca genômica de BAC (bacterial artificial chromosome). A biblioteca de BACs conta com 5760 clones, com insertos de DNA de tamanho médio de 90 kb, o que dá uma cobertura de aproximadamente 12 vezes o genoma de T. harzianum. Através da seleção de clones contendo genes de interesse, foram identificadas regiões com altas concentrações de genes relacionados à hidrólise de biomassa. Além disso, a combinação de dados genômicos, obtidos através da biblioteca de BACs, juntamente com dados de transcriptoma possibilitou a identificação de novos potenciais genes regulatórios. Os resultados trazem grande contribuição para a pesquisa associada a T. harzianum e à genômica de fungos relacionada à produção de etanol de segunda geração / Abstract: Brazil is a world reference in sugarcane ethanol production, whose consumption has increased significantly in recent years. However, the current production of ethanol from sugarcane juice is insufficient to meet the demand of national and international market. In this context, the production of cellulosic ethanol (second generation) has emerged as a promising alternative to first-generation bioethanol. The filamentous fungus Trichoderma harzianum IOC-3844 is a Brazilian strain known for its high ability to produce enzymes of cellulosic and hemicellulosic complex, characteristic of great interest in biocatalysis for conversion of biomass into fermentable sugar monomers. Despite its potential, there are few published data available regarding its cellulolytic ability. Thus, this project aimed to contribute to the basic knowledge about regions of the genome of T. harzianum IOC-3844 involved in the hydrolysis of cellulosic compounds pathway, through the construction of a genomic BAC (bacterial artificial chromosome) library. The BAC library comprises 5,760 clones with an average DNA insert size of 90 kb, which represents about 12-fold coverage of the T. harzianum genome. Through the selection of clones containing genes of interest, regions containing high concentrations of genes related to biomass hydrolysis were identified. Furthermore, the combination of genomic data obtained from BAC library together with transcriptome data allowed the identification of novel potential regulatory genes. The results bring great contribution to studies related to T. harzianum and to fungal genomics regarding second generation bioethanol production / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutora em Genética e Biologia Molecular

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-20T14:35:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Ribas tese vf.pdf: 2036236 bytes, checksum: 4d1f446720dbedcab34a1394932ee78f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-20T14:35:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Ribas tese vf.pdf: 2036236 bytes, checksum: 4d1f446720dbedcab34a1394932ee78f (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / FACEPE / O termo biocombustível refere-se aos biocombustíveis sólidos, líquidos ou gasosos que são produzidos predominantemente por matérias-primas. Atualmente, dois tipos de combustíveis são utilizados para o transporte a nível global, o bioetanol e o biodiesel. Destacando-se o bioetanol, sendo este o mais consumido mundialmente. A produção desse biocombustível a partir da cana-de-açúcar no Brasil e milho nos Estados Unidos apresenta um mercado maduro com os dois países liderando a produção mundial. Contudo as destilarias de todo mundo que produzem etanol a partir dessas matérias primas ou outros cereais tem presenciado diminuição no rendimento industrial, e uma das causas é a presença de contaminantes bacterianos. Os episódios de contaminação são normalmente causados por bactérias láticas (LAB), devido à sua capacidade de adaptação às condições adversas impostas pelo processo industrial. Além disso, o aumento da população de espécies de leveduras contaminantes, podem também contribuir para a redução da produção de etanol. O presente trabalho avaliou a possível relação ecológica entre a levedura comercialmente utilizada para o processo fermentativo das destilarias de etanol a S. cerevisiae e dois microrganismos freqüentemente encontrados no processo: a levedura Dekkera bruxellensis e a bactéria Lactobacillus vini. Os resultados mostraram que o elevado teor de etanol no meio produzido por S. cerevisiae, pode controlar a população de bactérias, enquanto que a diminuição deste metabolito causada pelo aumento de contagem de células de D. bruxellensis poderia favorecer o crescimento bacteriano. Além disso, o elevado número de células bacterianas promoveu o aumento na produção de ácido orgânico que reduz o crescimento de levedura. No entanto, este fenômeno pareceu dependente do pH do meio. Por fim, foi realizado um estudo acerca do metabolismo de carboidratos de L. vini em meio sintético similar ao Manga Rosa Shape, com o objetivo de analisar a velocidade específica de L.vini e a sua biomassa final, tendo sido demonstrado uma alta biomassa quando celobiose, glicose, frutose e sacarose foram utilizados em relação a lactose e maltose, quando citrato de amônio estava presente no meio. Contudo a velocidade específica de crescimento de L.vini e sua biomassa variaram para os diferentes carboidratos com a mudança de citrato de amônio para sulfato de amônio, nitrato de sódio ou glutamato. A velocidade específica de crescimento e a biomassa de L.vini também foram analisadas em caldo e melaço da cana de açúcar com Brix 12, adicionados ou não de suplementos nutricionais como peptona, extrato de levedura, extrato de carne, citrato de amônia, Tween 80 e vitaminas, assim como com lisado celular de S.cerevisiae, interessantemente L.vini cresceu em caldo porém não em melaço quando adicionados do lisado de S.cerevisiae. Dessa forma, estamos apresentando um dos principais aspectos ecológicos da relação entre leveduras e bactérias que tem um enorme significado para o processo de produção de etanol. / The biofuel term refers to solid, liquid, or gaseous biofuels that are made predominantly of raw materials. Currently, two fuels are used to transport the global level, bioethanol and biodiesel. Highlighting bioethanol, which is the most consumed worldwide. The production of this biofuel from sugar cane in Brazil and corn in the United States has a mature market with more advanced technology. However distilleries worldwide that produce ethanol from these raw materials or other cereals has witnessed decline in industrial output, and one reason is the presence of bacterial contaminants. The episodes of contamination are normally caused by Lactic Acid Bacteria (LAB) due to their adaptability to the rough conditions imposed by the industrial process. Furthermore, the increase in the population of contaminating yeast species may also contribute to the reduction of ethanol production. This study evaluated the possible ecological relationship between the yeast commercially used for the fermentation of ethanol distilleries S. cerevisiae and two microorganisms frequently found in the process: the yeast Dekkera bruxellensis and the bacterium Lactobacillus vini. The results showed that high ethanol content in the medium produced by S. cerevisiae can control bacterial population, while the decrease of this metabolite caused by the raising of D. bruxellensis cell count could stimulate bacterial growth. Furthermore, the high number of bacterial cell promoted the increase in organic acid production that reduces yeast growth. However, this phenomenon seemed dependent on the medium pH. Finally, a study was conducted on the L.vini carbohydrate metabolism in synthetic medium, in order to analyze the specific growth rate and biomass of L.vini, it has been demonstrated high biomass while cellobiose, glucose, fructose and sucrose were used in connection with the lactose and maltose, while ammonium citrate was present in the medium. However, the specific growth rate and biomass of L.vini varied for different carbohydrates with a change in ammonium citrate to ammonium sulfate, sodium nitrate or glutamate. The specific growth rate and biomass of L.vini were also analyzed in broth and molasses from sugar cane with Brix 12, with or without nutritional supplements as peptone, yeast extract, meat extract, ammonium citrate, Tween 80 and vitamins, as well as with cell lysate of S. cerevisiae, interestingly L.vini grown in broth but not in molasses when added lysate of S. cerevisiae. Thus, we are presenting one of the major ecological aspects of the relationship between yeasts and bacteria that has an enormous significance to ethanol production process.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-22T16:39:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Ribas tese vf.pdf: 2036236 bytes, checksum: 4d1f446720dbedcab34a1394932ee78f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-22T16:39:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Ribas tese vf.pdf: 2036236 bytes, checksum: 4d1f446720dbedcab34a1394932ee78f (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / FACEPE / O termo biocombustível refere-se aos biocombustíveis sólidos, líquidos ou gasosos que são produzidos predominantemente por matérias-primas. Atualmente, dois tipos de combustíveis são utilizados para o transporte a nível global, o bioetanol e o biodiesel. Destacando-se o bioetanol, sendo este o mais consumido mundialmente. A produção desse biocombustível a partir da cana-de-açúcar no Brasil e milho nos Estados Unidos apresenta um mercado maduro com os dois países liderando a produção mundial. Contudo as destilarias de todo mundo que produzem etanol a partir dessas matérias primas ou outros cereais tem presenciado diminuição no rendimento industrial, e uma das causas é a presença de contaminantes bacterianos. Os episódios de contaminação são normalmente causados por bactérias láticas (LAB), devido à sua capacidade de adaptação às condições adversas impostas pelo processo industrial. Além disso, o aumento da população de espécies de leveduras contaminantes, podem também contribuir para a redução da produção de etanol. O presente trabalho avaliou a possível relação ecológica entre a levedura comercialmente utilizada para o processo fermentativo das destilarias de etanol a S. cerevisiae e dois microrganismos freqüentemente encontrados no processo: a levedura Dekkera bruxellensis e a bactéria Lactobacillus vini. Os resultados mostraram que o elevado teor de etanol no meio produzido por S. cerevisiae, pode controlar a população de bactérias, enquanto que a diminuição deste metabolito causada pelo aumento de contagem de células de D. bruxellensis poderia favorecer o crescimento bacteriano. Além disso, o elevado número de células bacterianas promoveu o aumento na produção de ácido orgânico que reduz o crescimento de levedura. No entanto, este fenômeno pareceu dependente do pH do meio. Por fim, foi realizado um estudo acerca do metabolismo de carboidratos de L. vini em meio sintético similar ao Manga Rosa Shape, com o objetivo de analisar a velocidade específica de L.vini e a sua biomassa final, tendo sido demonstrado uma alta biomassa quando celobiose, glicose, frutose e sacarose foram utilizados em relação a lactose e maltose, quando citrato de amônio estava presente no meio. Contudo a velocidade específica de crescimento de L.vini e sua biomassa variaram para os diferentes carboidratos com a mudança de citrato de amônio para sulfato de amônio, nitrato de sódio ou glutamato. A velocidade específica de crescimento e a biomassa de L.vini também foram analisadas em caldo e melaço da cana de açúcar com Brix 12, adicionados ou não de suplementos nutricionais como peptona, extrato de levedura, extrato de carne, citrato de amônia, Tween 80 e vitaminas, assim como com lisado celular de S.cerevisiae, interessantemente L.vini cresceu em caldo porém não em melaço quando adicionados do lisado de S.cerevisiae. Dessa forma, estamos apresentando um dos principais aspectos ecológicos da relação entre leveduras e bactérias que tem um enorme significado para o processo de produção de etanol. / The biofuel term refers to solid, liquid, or gaseous biofuels that are made predominantly of raw materials. Currently, two fuels are used to transport the global level, bioethanol and biodiesel. Highlighting bioethanol, which is the most consumed worldwide. The production of this biofuel from sugar cane in Brazil and corn in the United States has a mature market with more advanced technology. However distilleries worldwide that produce ethanol from these raw materials or other cereals has witnessed decline in industrial output, and one reason is the presence of bacterial contaminants. The episodes of contamination are normally caused by Lactic Acid Bacteria (LAB) due to their adaptability to the rough conditions imposed by the industrial process. Furthermore, the increase in the population of contaminating yeast species may also contribute to the reduction of ethanol production. This study evaluated the possible ecological relationship between the yeast commercially used for the fermentation of ethanol distilleries S. cerevisiae and two microorganisms frequently found in the process: the yeast Dekkera bruxellensis and the bacterium Lactobacillus vini. The results showed that high ethanol content in the medium produced by S. cerevisiae can control bacterial population, while the decrease of this metabolite caused by the raising of D. bruxellensis cell count could stimulate bacterial growth. Furthermore, the high number of bacterial cell promoted the increase in organic acid production that reduces yeast growth. However, this phenomenon seemed dependent on the medium pH. Finally, a study was conducted on the L.vini carbohydrate metabolism in synthetic medium, in order to analyze the specific growth rate and biomass of L.vini, it has been demonstrated high biomass while cellobiose, glucose, fructose and sucrose were used in connection with the lactose and maltose, while ammonium citrate was present in the medium. However, the specific growth rate and biomass of L.vini varied for different carbohydrates with a change in ammonium citrate to ammonium sulfate, sodium nitrate or glutamate. The specific growth rate and biomass of L.vini were also analyzed in broth and molasses from sugar cane with Brix 12, with or without nutritional supplements as peptone, yeast extract, meat extract, ammonium citrate, Tween 80 and vitamins, as well as with cell lysate of S. cerevisiae, interestingly L.vini grown in broth but not in molasses when added lysate of S. cerevisiae. Thus, we are presenting one of the major ecological aspects of the relationship between yeasts and bacteria that has an enormous significance to ethanol production process.

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Javier Telis Romero / Banca: Fernanda Maria Pagane Guereschi Ernandes / Resumo: O milho é uma das culturas mais produzidas no Brasil e durante o seu processamento apresenta como rejeitos o sabugo, caule, folhas e a palha que podem ser utilizados como biomassa para produção de bioetanol de segunda geração. Estima-se que para cada tonelada de milho produzido 2,3 toneladas são rejeitos. Entretanto, para a utilização deste substrato é necessário um tratamento inicial de hidrólise ácida, básica ou enzimática para a remoção da lignina e hemicelulose deixando exposta a celulose, que pode ser utilizada como substrato por microrganismos. Portanto, este trabalho teve como objetivo estudar a produção de etanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 a partir do sabugo de milho hidrolisado que foi utilizado como substrato. Para isto variaram-se diferentes concentrações de ácido sulfúrico (2,5; 5,0; 7,5 e 10,0%) em diferentes tempos de aquecimento em autoclave (15 e 30 minutos). Foi avaliado o efeito da desintoxicação nos hidrolisados para a remoção de compostos inibidores da fermentação produzidos durante a hidrólise nos diferentes tempos de aquecimento e o efeito de diferentes velocidades de agitação (0, 50 e 100 rpm) na fermentação do hidrolisado. Foi avaliada a produção de etanol utilizando o meio hidrolisado de sabugo de milho (na concentração de 20, 40 e 60 g/L de açúcares redutores). Também foi estimada a produção de etanol utilizando um meio sintético adicionado de glicose (nas concentrações de 40 e 60 g/L) que serviu como padrão de comparação na... / Abstract: Corn is one of the most produced crops in Brazil and it can be grown in any soil or climate. During its processing, it presents as tailings the cob, stem, leaves and straw that can be used as biomass for bioethanol production. It is estimated that for each ton of corn produced 2,3 tons are tailings. However, the use of this substrate requires an initial treatment of acidic, basic or enzymatic hydrolysis for the removal of lignin and hemicellulose exposing cellulose, which can be used as a substrate by microorganisms. Therefore, the aim of this research is to study the ethanol production on the yest Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 from hydrolyzed corn cob wich was used as substrate. For this purpose, different concentrations of sulfuric acid (2,5, 5,0, 7,5 and 10,0%) were used under different autoclaving heating periods (15 and 30 minutes). The effect of detoxification on hydrolysates to remove fermentation inhibitor compounds produced during the hydrolysis at the different heating periods and the effect of different stirring rates (0, 50 and 100 rpm) was evaluated in the fermentation of hidrolizate. The ethanol production was evaluated using a hydrolyte environment (at concentration of 40 and 60 g/L). The ethanol production was also evaluated using a synthetic medium added with glucose (at concentrations of 20, 40 and 60 g/L), which will serve as a comparison standard when using the medium containing hydrolyzed corn cob. The results indicate that the best H2SO4 ... / Mestre