O presente trabalho teve por objetivo avaliar condições de imobilização da levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 pelo método do aprisionamento em gel de alginato de cálcio visando à produção de bioetanol em biorreator STR tipo cesta à partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Primeiramente, realizou-se as etapas de obtenção, destoxificação e caracterização do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Realizou-se em seguida um screening objetivando a seleção de um meio de cultivo adequado para a produção de etanol por esta levedura. O meio escolhido foi aquele onde se suplementou o hidrolisado com extrato de levedura (3,0 g/L), peptona (5,0 g/L), (NH4)2SO4 (2,0 g/L) e CaCl2 (0,1 g/L), onde verificou-se um fator de conversão de xilose à etanol (Yp/s) de 0,33 g/g. As condições de imobilização da levedura foram então avaliadas por planejamento fatorial 23 completo onde os fatores concentração de alginato de sódio, concentração do cloreto de cálcio e tempo de cura foram investigados. Após a análise estatística, as condições 2% de alginato de sódio, 0,1M de cloreto de cálcio e tempo de cura de 12 horas foram fixadas para as etapas seguintes. Nestas condições, avaliou-se então a influência da concentração de células à serem imobilizadas e agitação durante a fermentação a partir de um planejamento fatorial 22 completo, definindo-se assim 10 g/L de células e 100 rpm como condições ideais. Após a determinação das condições de imobilização do processo, verificou-se a estabilidade das células imobilizadas em repetidos ciclos fermentativos, para isso cinco bateladas repetidas em frascos Erlenmeyer foram realizadas. Observou-se que apesar da levedura assimilar xilose e produzir etanol em todos os ensaios, uma diminuição na eficiência da fermentação foi verificada, diminuindo em 24% da terceira para a quarta batelada, indicando assim que a levedura imobilizada era viável para o sistema de batelada repetida em até 3 ciclos nas condições estudadas. Iniciou-se então ensaios fermentativos em biorreator STR tipo cesta, realizando-se ensaios em meio sintético e em hidrolisado hemicelulósico. Observou-se reprodutibilidade nos ensaios utilizando os diferentes meios, com um valor de Yp/s de 0,21g/g e uma produtividade volumétrica de 0,15 g/L.h em ambos os ensaios. Fermentações em sistema de bateladas repetidas foram realizadas neste biorreator STR tipo cesta. Realizou-se cinco ciclos consecutivos, ao final dos quais observou-se comportamento semelhante às bateladas repetidas realizadas em frascos Erlenmeyer, na qual a partir de três ciclos a capacidade fermentativa da levedura S. stipitis diminuiu, apresentando uma produtividade volumétrica em torno de 0,16 g/L.h nas três primeiras bateladas. O gel de alginato de cálcio apresentou considerável estabilidade em sistema de bateladas repetidas indicando a possibilidade de sua utilização nesse processo. Embora os resultados obtidos neste trabalho sejam inferiores aos observados com células livres por outros autores, os mesmos demonstraram o potencial do emprego do gel de alginato de cálcio e da levedura Scheffersomyces stipitis imobilizada para a produção de bioetanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar e contribuíram para os conhecimentos sobre a fermentação de hidrolisado hemicelulósico à etanol. / This study aimed to evaluate immobilization conditions for the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 entrapped in calcium alginate gel in basket type of STR bioreactor for ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate. For this purpose, first the steps to obtain the hydrolysate by dilute acid pretreatment, detoxification and characterization of hydrolysate was performed. Then, a screening aiming the selection of a suitable culture medium suitable for ethanol production by this yeast was carried out. The medium which showed maximum ethanol production (Yp/s, 0.33 g/g) was selected to continue the further studies. It was composed by the hydrolyzate supplemented with yeast extract (3.0 g/L), peptone (5.0 g/L), (NH4)2SO4 (2.0 g/L), CaCl2 (0.1g/L). The immobilization conditions of the yeast were then evaluated through a 23 factorial design where the three process variables i.e. concentration of sodium alginate, concentration of calcium chloride and reaction time were investigated. After statistical analysis, the optimum set of conditions (2% of sodium alginate, 0.1 M of calcium chloride and a reaction time of 12 hrs) were set to perform the following steps of this study. Subsequently, the influence of the cell concentration for immobilization and agitation during fermentation were studied considering a factorial design 22. This study revealed that 10 g/L of cells and 100 rpm were the optimum conditions for ethanol production via immobilized systems. After determination of the conditions for immobilization procedure, the stability of the immobilized cells were evaluated by repeated fermentation cycles, for that five repeated batches were performed in Erlenmeyer flasks. It was observed that despite the yeast assimilates xylose and produces ethanol in all assays, a decrease in the efficiency of the fermentation was verified from the third batch, revealing the 65% efficiency in the second batch and 39% in the fourth batch. This behavior indicates that the immobilized yeast is viable for repeated batch system only up to 3 cycles under the employed conditions. Fermentation tests in basket type STR bioreactor were carried out using synthetic medium and hemicellulosic hydrolysate as carbon source. Reproducibility was observed in assays using the different medium with ethanol yield (Yp/s) of 0.21 g/g and a volumetric productivity of 0.15 g/L.h in both assays. Fermentation assay in repeated batch system were carried out in STR basket type bioreactor. Five consecutive fermentation cycles were performed which eventually showed the similar behavior with the repeated batches conducted in Erlenmeyer flasks. The fermentative efficiency of the yeast S. stipitis was considerably good up to three cycles with a volumetric productivity of 0.16 g/L.h followed by a concomitant down fall. The calcium alginate gel showed a considerable stability in the experiments, indicating the viability of its application in repeated batch system. Although the results of this work are inferior to that observed by other authors using free cells, the calcium alginate gel potential is evident and the yeast Scheffersomyces stipitis showed to be capable to produce ethanol in immobilized form, contributing with knowledge for second generation ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate adopting biochemical platform.

Atualmente, o aumento da preocupação com a sustentabilidade ambiental, alinhado às perspectivas de esgotamento das reservas de petróleo, tem direcionado às buscas por fontes renováveis de energia. O emprego de resíduos agroindustriais, principalmente de usinas sucroalcooleiras destaca-se como sendo uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Dentre as metodologias aplicadas para disponibilização dos açúcares fermentescíveis está a hidrólise enzimática. Ainda, para facilitar esta etapa e torná-la mais acessível, submete-se, previamente, o material lignocelulósico a um pré-tratamento, com o objetivo de contribuir com a susceptibilidade da celulose a ataques enzimáticos. No entanto, devido à complexidade das estruturas lignocelulósicas, os processos de hidrólise e pré-tratamento precisam se tornar mais eficientes e economicamente viáveis. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar e caracterizar os pré-tratamentos hidrotérmico e organossolve (etanol 50%), isoladamente, e estes combinados em diferentes condições, assim como a influência destes procedimentos na estrutura e composição da biomassa, bem como na hidrólise enzimática. Os resultados demonstraram que os pré-tratamentos hidrotérmicos a 160 ºC nas condições analisadas foram pouco efetivos na melhora do acesso enzimático durante a etapa de hidrólise, pois atuaram de maneira branda na parede celular, pouco solubilizando a hemicelulose e lignina, conforme as análises físicas comprovaram. Os tratamentos combinados hidrotérmico 30 min e 60 min a 160 ºC seguidos pelo organossolve por 150 min apresentaram semelhança morfológica e alta solublização da lignina e hemicelulose, justificando os valores de hidrólise. Nossos resultados abrem perspectivas de novos estudos que visam a otimização dos pré-tratamentos hidrotérmicos e organossolve, além da compreensão das alterações composicionais e morfológicas que levam à melhoria da hidrólise enzimática na biomassa lignocelulósica. / The concerns with environmental sustainability and perspectives of petroleum reserves depletion motivated exploration of new and sustainable energy sources. In this context, renewable energies start to receive significant attention in the world´s energy matrix, with biofuels playing a special role. The use of agro-industrial residues, mainly from the sugarcane industry, stands out as a viable alternative for the production of second-generation ethanol. The enzymatic hydrolysis of the biomass has a number of advantages for polysaccharides depolimerization, such as high substrate specificity, low environmental impact and lack of corrosion issues. To further facilitate this procedure and to make biomass more accessible, the lignocellulosic material has to be previously submitted to a pretreatment in order to increase the cellulose accessibility and susceptibility to the enzymatic action. This process aims at the disorganization of the chemical structure of the lignocellulosic matter, facilitating the further steps of hydrolysis and fermentation. Due to the complexity of the lignocelluloses structures, their pretreatment and hydrolysis processes have to become more efficient and economically viable to be efficiently applied at an industrial scale. Therefore, the objective of this work is to evaluate the hydrothermal and organosolv (50% ethanol) pretreatments, separately and combined in different conditions, and the influence of these procedures on the structure and composition of the biomass and on the efficiency of enzymatic hydrolyses. Our results demonstrated that the hydrothermal pretreatments at 160ºC within the analyzed reaction conditions had minor effects on improving the enzymatic efficiency, being not harsh enough to introduce significant modifications of the cell wall composition and structure, as demonstrated by our physical and chemical analyses. The combined hydrothermal treatments lasting 30 min and 60 min at 160ºC followed by the organosolv step for 150 min resulted in significant morphological changes and high lignin and hemicelluloses solubilization, resulting in an efficient enzymatic hydrolysis. Our results open perspectives of further studies aimed at optimization of hydrothermal and organosolv pretreatments and comprehension of compositional and morphological changes which lead to improved enzymatic hydrolysis of the lignocelulosic biomass.

O uso de resíduos agrícolas como fonte de carbono para a geração de energia renovável parece uma solução promissora para reduzir nossa dependência em combustíveis fósseis. Na natureza, como na compostagem, comunidades microbianas formam redes metabólicas complexas que degradam eficientemente a biomassa disponível através de um conjunto de enzimas sinérgicas. Entretanto, a desconstrução da lignocelulose continua uma desafio para a indústria devido a natureza recalcitrante do substrato e a baixa atividade das enzimas, aumentando o preço do biocombustível produzido. Estudos de metagenômica e metatranscriptômica de comunidades microbianas complexas tornam possível acessar as funções metabólicas empregadas por consórcios lignocelulolíticos e revelar novos biocatalisadores que podem melhorar a conversão industrial da lignocelulose. Aqui, através de uma abordagem metagenômica, foi examinada a diversidade de microrganismos obtidos em condições laboratoriais quando um meio definido ou um complexo foi usado no seu crescimento. Em seguida, a comunidade microbiana derivada de compostagem foi crescida em meio mínimo com bagaço de cana-de-açúcar como única fonte de carbono. A degradação do substrato foi monitorada e o metatranscriptoma da cultura resultante foi sequenciado, seguido pela seleção e caracterização funcional de vários alvos. Durante as cinco semanas de estudo, a comunidade microbiana crescida em meio mínimo mostrou maior diversidade e enriquecimento em microrganismos capazes de degradar a lignocelulose do que a comunidade microbiana crescida no meio complexo. A partir do metatranscriptoma foi descoberta a primeira hidrolase de glicosídeo da família 11 com atividade exoxilanase (C21). A estrutura cristalográfica da C21, refinada à 1,76 Å, revelou que a atividade exoxilanase observada se deve a presença de duas alças que não estão presentes nas demais estruturas dos membros da família 11 de hidrolase de glicosídeo depositadas até então. A adição da C21 a um coquetel comercial provocou um aumento na velocidade de hidrólise do Avicel quando na presença de xilooligômeros. As análises metagenômica e metatranscriptômica da comunidade microbiana proveniente da compostagem revelaram que o uso de um meio definido pode deslocar espécies generalistas, levando a uma fonte enriquecida para explorar enzimas com aplicação biotecnológica. Também demonstrou a diversidade de mecanismos envolvidos na degradação in situ da lignocelulose. / Using of the globally abundant crop residues as carbon source for energy generation seems a promising solution to reduce our dependency on fossil fuels. In nature, such as in compost habitats, microbial communities create complex metabolic networks that efficiently degrade the available plant biomass using a set of synergistic enzymes. However, deconstruction of lignocellulose remains a challenge for industry due to recalcitrant nature of the substrate and enzymes low activity, raising the price of the produced biofuel. Metagenomics and metatranscriptomics studies on complex microbial communities can assess the metabolic functions employed by the lignocellulolytic consortia and unveil novel biocatalysts that could improve industrial lignocellulose conversion. Here, using 16S rRNA amplicon metagenomic approach, we examined the diversity of microorganisms obtained in the laboratory setting when a nutrient-limited or nutrient-rich media are used. Then, a microbial community derived from compost was grown in minimal medium with sugarcane bagasse as a sole carbon source. The substrate degradation was monitored and the metatranscriptome from the resulting cultures was sequenced; several target genes were selected and functional characterized. During a five-week time course, the microbial community grown in minimal medium showed greater diversity and enrichment in lignocellulose-degrading microorganisms than the one grown in nutrient rich medium. Metatranscriptomics analysis revealed the first glycoside hydrolase from family 11 with exo-xylanase activity (C21). C21 crystal structure, refined at 1.76 Å, explained the molecular basis of exo-xylanase activity due to two extra loops previously unseen in the other reported structures from members from glycoside hydrolase family 11. A supplementation of commercial enzyme mix with C21 showed improvement in Avicel hydrolysis in the presence of inhibitory xylooligomers. The combination of metagenomic and metatranscriptomic analysis of compost-derived microbial community showed that nutrient-limited medium may displace bacterial generalist species, leading to an enriched source for mining novel enzymes for biotechnology applications. It also unveiled a diversity of mechanisms involved in lignocellulose degradation in situ.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-27Bitstream added on 2014-06-13T20:30:13Z : No. of bitstreams: 1 murari_cs_me_sjrp_parcial.pdf: 225376 bytes, checksum: f1c467b09ceb77e424e43229434d3924 (MD5) Bitstreams deleted on 2015-03-16T11:30:19Z: murari_cs_me_sjrp_parcial.pdf,Bitstream added on 2015-03-16T11:31:02Z : No. of bitstreams: 1 000713892.pdf: 1800564 bytes, checksum: ec4b7820479ba135ca9dd0c43a1b89ff (MD5) / O soro de leite é um subproduto de elevado valor nutricional, composto principalmente por lactose e proteínas. Representa uma fonte rica de nutrientes, podendo ser utilizado em diversos processos fermentativos, porém quando descartado de maneira incorreta pode gerar sérios problemas ao meio ambiente devido a sua elevada carga orgânica. Desta maneira, o objetivo do trabalho foi avaliar a produção de etanol e redução da matéria orgânica por Kluyveromyces marxianus 229 em meios compostos por soro de leite. Os meios foram fermentados por 48 horas em condições aeróbias e anaeróbias em diferentes concentrações de soro de leite (100%, 80%, 50% e 25%) e inoculo inicial (5%,10%,15% e 20%). Em intervalos de 6 horas alíquotas dos meios fermentativos foram retiradas para realizar análise de etanol, carboidratos, proteínas, e demanda química de oxigênio (DQO). A maior produção de etanol ocorreu nos meios compostos por maiores concentração de nutrientes (MSL1), e com 10% de inoculo inicial, chegando a produzir 18,70 g/L de etanol em 10 horas de fermentação e 17,20 g/L de etanol em 18 horas de fermentação em condições aeróbias e anaeróbias respectivamente. Porém, em termos de rendimento etanólico teórico, os meios que apresentaram 50% de soro de leite (MSL3), foram os que obtiveram melhores resultados, chegando a um rendimento de 71,80% em aerobiose e 68,11% em anaerobiose . Em relação à produção e produtividade celular, os meios MSL1 com 15% de inoculo foram os que obtiveram resultados mais satisfatório, com 6,45 g/L e 0,53 g/L.h respectivamente em aerobiose e 5,44 g/L e 0,22 g/L.h respectivamente em anaerobiose. A levedura K. marxianus 229 apresentou melhores resultados quanto a redução da DQO nos meios de menor concentração de nutrientes (MSL4), chegando a reduzir até 94,26% e 83,28%... / Whey, a by-product with high nutritional value, mainly composed by lactose and proteins, represents a rich source of nutrients that can be used in different fermentation processes. However, when it´s incorrectly disposed, can cause, however when it‘s incorrectly disposed it can cause serious problems to the environment due its high organic load. Thus, the aim of this study was to evaluate the ethanol production and the organic matter reduction by Kluyveromyces marxianus 229 in a media composed of whey. The media was fermented for 48 hours under aerobic and anaerobic conditions at different concentrations of whey (100%, 80%, 50% and 25%) and initial inoculums (5%, 10%, 15% and 20%). Aliquots of fermentation media were taken every 6 hours to perform analysis of ethanol, carbohydrates, proteins and chemical oxygen demand (COD). Ethanol production was higher in media containing higher nutrients concentration (MSL1) and 10% of initial inoculums, reaching 18.70g/L of ethanol after 10 hours and 17.20g/L after 18 hours of fermentation under aerobic and anaerobic conditions, respectively; though in terms of theoretical ethanol yield, the media containing 50% of whey (MSL3) obtained better results, reaching a yield of 71.80% under aerobic condition and 68.11% under anaerobic condition. Regarding the cellular production and productivity, the media MSL1 containing 15% of inoculum obtained more satisfactory results, presenting 6.45g/L and 0.53 g/L.h respectively under aerobic condition and 5.44g/L and 0.22 g/L.h respectively under anaerobic condition. The yeast K. marxianus 229 showed better results for the COD reduction in the media with lower nutrients concentration (MSL4), reducing to 94.26% and 83.28% after 48 hours of aerobic and anaerobic fermentation respectively. These results... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T16:05:47Z No. of bitstreams: 1 DOUGLAS ALEXANDRE SARAIVA LEÃO - TESE PPGEP 2014..pdf: 1444579 bytes, checksum: 17272fc64c2d76578d08692395e65bfe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T16:05:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DOUGLAS ALEXANDRE SARAIVA LEÃO - TESE PPGEP 2014..pdf: 1444579 bytes, checksum: 17272fc64c2d76578d08692395e65bfe (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / A matriz energética brasileira é uma das mais limpas do mundo e, atualmente, mais de 45% de toda energia consumida no país provém de fontes renováveis. O álcool é um combustível que já tem o seu lugar assegurado nessa matriz, diante disso, o etanol de segunda geração pode se tornar uma fonte de energia para o Brasil e o mundo. Uma planta promissora na produção de bioetanol é o sisal, pois possui 90 % de açúcares fermentáveis e 10 % a mais de celulose que a cana-de-açúcar, além disso, o Brasil é o maior produtor de sisal do mundo. O objetivo do trabalho foi caracterizar a fibra do sisal, quanto à concentração de açucares por CLAE e a composição físico-química e térmica por meio de métodos convencionais e das técnicas de DRX, TG, DSC e MEV; determinar as melhores condições para o pré-tratamento ácido seguido de básico e realizar a hidrólise ácida e enzimática. Além de fermentar o licor hidrolisado de maior concentração de glicose. Para avaliar o pré-tratamento e a hidrólise ácida, usou-se duas granulometrias 0,21 e 0,49 mm da fibra e verificou-se os efeitos da temperatura e concentração de ácido na produção da xilose e glicose, utilizando como ferramenta um planejamento experimental fatorial. Para avaliar a hidrólise enzimática, verificou-se, por meio da aplicação de um planejamento experimental fatorial, o efeito da carga enzimática e a razão massa seca de fibra de sisal e extrato enzimático. Foram usadas as enzimas comerciais Celluclast 1.5L da Novozyme e betaglicosidase da Proenzyme. O pré-tratamento ácido seguido de básico mostrou-se bastante eficiente em concentrar a celulose, pela retirada da hemicelulose e lignina, provocando um aumento da celulose de 54 para 83%. Evidenciou-se a cristalinidade da fibra de sisal, comprovada por Difração de Raios X, modificou-se a morfologia da fibra, verificada por Microscopia Eletrônica de Varredura, e, por meio da Termogravimetria e Calorimetria Exploratória Diferencial comprovou-se a degradação da hemicelulose e lignina. Com o material pré-tratado, o processo de hidrólise enzimática foi mais eficiente na sacarificação, não ocorrendo eficácia para a hidrólise ácida. A hidrólise ácida com o material sem prétratamento provocou a sacarificação da celulose, no entanto, os valores obtidos de glicose são menores do que os obtidos na hidrólise enzimática que foi de 39000 ± 2700 mg.L-1. O licor hidrolisado enzimaticamente foi usado para a produção de etanol por meio de fermentação submersa, utilizando S. cerevisiae (Y904), desta forma, obteve-se uma produção de etanol de 19,4 g.L-1 em 7,3 h de fermentação. O monitoramento da cinética fermentativa em reator de batelada permitiu a avaliação do consumo de glicose, produção de etanol e massa microbiana. Em nível laboratorial a taxa especifica máxima de crescimento foi de 0,3 h-1, 96% de rendimento e produtividade de 2,7 g. L-1.h-1. / The Brazilian energy matrix is one of the cleanest in the world and currently more than 45% of all energy consumed in the country comes from renewable sources. The alcohol is a fuel already has its place assured in the Brazilian energy matrix, therefor the second-generation ethanol can become a source of energy for Brazil and the world. A promising plant to produce bioethanol is the sisal because it has 90% of fermentable sugars and 10% more cellulose than sugar cane, in addition to Brazil is the world's largest sisal producer. The objective was to characterize the sisal fiber, as the concentration of sugars by HPLC and the physicochemical composition chemical and thermal by means of conventional methods and techniques XRD, TG, DSC and MEV; determine the best conditions for the pre-treatment followed by acid perform basic and acidic and enzymatic hydrolysis. In addition to ferment the hydrolyzate liquor higher concentration of glucose. To evaluate the pre-treating and the acid hydrolysis it was used two grain sizes 0.21 and 0.49 mm fiber and found the effects of temperature and the concentration of acid in the production of xylose and glucose using as a tool factorial design. To assess the enzymatic hydrolysis was verified by applying a factorial design, the load effect enzyme and the dry weight ratio of sisal fiber and enzyme extract. The were used commercial enzymes of Celluclast 1.5L and Novozyme beta-glucosidase proenzyme. The pretreatment followed basic acid proved to be very effective in concentrating cellulose, by removing the hemicellulose and lignin, resulting in an increase in cellulose from 54 to 83%. Revealed a crystallinity of sisal fiber, proven by X-ray diffraction, has changed the morphology of the fiber, verified by microscopy Scanning Electron, and by Thermogravimetry and Scanning Calorimetry Differential proved the degradation of hemicellulose and lignin. With the material pretreated the enzymatic hydrolysis process was more efficient in saccharification, not occurring efficiency for acid hydrolysis. Acid hydrolysis of the material without pretreatment caused saccharification of cellulose however the values obtained glucose are smaller than those obtained in the enzymatic hydrolysis was 39000 ± 2700 mg l-1. The enzymatically hydrolysed liquor was used to produce ethanol by through submerged fermentation using S. cerevisiae (Y904), this way was obtained an ethanol yield of 19.4 gL1 in 7.3h of fermentation. The monitoring fermentation kinetics in batch reactor allowed assessment of glucose uptake, ethanol and microbial mass. In laboratory level the maximum specific rate growth was 0.3 h-1, 96% yield and productivity 2.7 g.L-1.h-1.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T16:38:21Z No. of bitstreams: 1 SHÂMIA BORBOREMA CABRAL - TESE PPGEP 2014..pdf: 2568406 bytes, checksum: 49c874b9a297e3b182edc28e1539bc52 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T16:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SHÂMIA BORBOREMA CABRAL - TESE PPGEP 2014..pdf: 2568406 bytes, checksum: 49c874b9a297e3b182edc28e1539bc52 (MD5) Previous issue date: 2014-07-07 / Capes / Atualmente, a matriz energética brasileira centraliza toda a sua produção de bioetanol a partir da cana-de-açúcar, no entanto, tendo em vista a vasta biodiversidade encontrada em seu território, o Brasil dispõe de uma grande variedade de resíduos agrícolas e agroindustriais cujo bioprocessamento para a produção de bioetanol desperta um grande interesse econômico e social. Nesse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo estudar o aproveitamento de sementes de jaca (resíduo) como fonte de amido para a produção de bioetanol. Visando à máxima remoção do amido presente nas sementes de jaca, as mesmas foram submetidas a etapas de extração e purificação. Parâmetros físico-químicos foram determinados tanto para as sementes quanto para o amido extraído das sementes de jaca. O material amiláceo obtido foi, então, submetido a tratamentos hidrolíticos, empregando os ácidos sulfúrico e fosfórico como catalisadores, seguindo um planejamento fatorial completo 23 com três pontos centrais. Foram definidas como variáveis independentes, a temperatura (80, 100 e 120 °C), o tempo de reação (30, 60 e 90 min.) e a concentração do ácido (1, 3 e 5%), e como variáveis dependentes, as concentrações de glicose e hidroximetilfurfural (g.L1 ) presentes nos licores hidrolisados. A fim de observar e avaliar o efeito dos tratamentos ácidos, realizados nas condições otimizadas de operação, sobre a superfície dos grânulos do amido extraído de sementes de jaca, a técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi empregada. Os licores hidrolisados pelos ácidos sulfúrico e fosfórico, obtidos nas condições otimizadas de operação, foram submetidos a ensaios fermentativos em uma câmara incubadora com agitação orbital a 160 rpm, sob temperatura controlada de 32 ºC, empregando como microrganismo, a levedura industrial Saccharomyces cerevisiae Y904, e como nutrientes, o composto nutricional industrial Nitrofós. O material amiláceo extraído das sementes de jaca apresentou elevado teor de amido (85,5%). Maiores concentrações de glicose, 32,98 e 31,23 g.L-1 para os tratamentos hidrolíticos com os ácidos sulfúrico e fosfórico, respectivamente, concomitantemente, com concentrações de hidroximetilfurfural (HMF) que não inibissem o processo fermentativo, 0,53 e 0,08 g.L-1 para os tratamentos com os ácidos sulfúrico e fosfórico, respectivamente, foram encontradas no ensaio executado nas condições mais severas estabelecidas para a matriz de planejamento, sendo elas: 120 °C, concentração do ácido a 5% e 90 min. de reação. O tratamento hidrolítico do amido conduzido com o ácido sulfúrico apresentou maior eficiência de hidrólise (70,13%) quando comparada a eficiência alcançada pelo tratamento empregando-se o ácido fosfórico (66,41%). As micrografias revelaram os aspectos morfológicos característicos dos grânulos de amido de sementes de jaca, constatando-se formatos, predominantemente, elipsoides e hemisféricos, e tamanhos variando de 4 a 9 μm, bem como suas modificações estruturais causadas pela ação dos ácidos durante os tratamentos hidrolíticos. Os ensaios fermentativos realizados com os licores hidrolisados pelos ácidos sulfúrico e fosfórico apresentaram eficiências de fermentação de 97,85 e 95,89%, respectivamente, indicando, portanto, que a levedura foi capaz de metabolizar, praticamente, todo o substrato limitante (glicose) presente nos licores em etanol. Considerando os resultados obtidos em todas as etapas realizadas durante a presente pesquisa, conclui-se que o amido extraído de sementes de jaca apresentou-se como uma matéria-prima promissora para a produção de bioetanol. / Currently, the Brazilian energy matrix centralizes all their production of bioethanol from sugar cane, however, in view of the vast biodiversity found in its territory, Brazil has a wide variety of agricultural and agro-industrial waste whose bioprocessing for bioethanol production arouses a great economic and social interest. In this context, the present research was to study the use of jackfruit seeds (residue) as a source of starch for the production of bioethanol. For ultimate removal of this starch in jackfruit seeds, they were subjected to extraction and purification steps. Physical and chemical parameters were determined for both the seeds and the starch extracted from jackfruit seeds. The starch material obtained was then subjected to hydrolytic treatments using sulfuric and phosphoric acids as catalysts, following a full 23 factorial design with three central points. We defined as independent variables the temperature (80, 100, 120 °C), the reaction time (30, 60 and 90 min.) and the concentration of the acid (1, 3 and 5%), the dependent variables were the glucose concentrations and hydroxymethylfurfural (g.L-1) present in the hydrolyzed liquor. In order to observe and evaluate the effect of acid treatments, based on the optimized operating conditions on the surface of starch granules extracted from jackfruit seeds, scanning electron microscopy technique (SEM) was used. The liquors hydrolyzed by sulfuric and phosphoric acids, obtained in the optimized operating conditions, underwent fermentation trials in a dry incubator with orbital shaking at 160 rpm, under controlled temperature of 32 °C, using industrial yeast Saccharomyces cerevisiae Y904 as microorganism, and the industrial nutritional compound Nitrophós as nutrients. The starch material extracted from jackfruit seeds showed high starch content (85.5%). We found higher concentrations of glucose, 32.98 and 31.23 g.L-1 to hydrolytic treatment with sulfuric and phosphoric acids respectively, concurrently, with concentrations of hydroxymethylfurfural (HMF) which would not inhibit the fermentative process, 0.53 and 0, 08 g.L-1 for treatment with sulfuric and phosphoric acids, respectively. These were found in the test run under the most severe conditions attached to the planning matrix, namely, 120 °C, 5% acid concentration and 90 min. reaction. The hydrolytic treatment of starch conducted with sulfuric acid hydrolysis showed higher efficiency (70.13%) compared to treatment efficiency achieved by employing phosphoric acid (66.41%). The micrographs revealed the characteristic morphology of jackfruit seed starch granules, confirming hemisphere and ellipsoid formats, and sizes ranging from 4 to 9 μm, as well as its structural modifications caused by the action of acid during the hydrolytic treatment . The fermentation trials with liquors hydrolyzed by sulfuric and phosphoric acids showed fermentation efficiencies of 97.85 and 95.89%, respectively, thus indicating that the yeast was capable of metabolizing substantially all the limiting substrate (glucose) present in liquors from ethanol. Considering the results obtained in all steps undertaken during this research, it is concluded that the extracted starch jackfruit seeds appeared as a promising raw material for the production of bioethanol.

Submitted by MARIANE DANIELLA DA SILVA null (marianedaniella@hotmail.com) on 2018-03-26T17:27:45Z No. of bitstreams: 1 Produção de etanol de segunda geração por Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 a partir da hidrólise ácida de sabugo de milho (Zea mays L.).pdf: 1492655 bytes, checksum: 70efb779a58921756712a570e233019d (MD5) / Rejected by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: Problema 01) Falta a FICHA CATALOGRÁFICA (Obrigatório pela ABNT NBR14724) Problema 02) Corrija na folha de aprovação a data(dia, mês e ano) da defesa, no seu arquivo está somente o mês e ano. Estamos encaminhando via e-mail o modelo das páginas pré-textuais. Lembramos que o arquivo depositado no repositório deve ser igual ao impresso. Agradecemos a compreensão. on 2018-03-26T19:03:05Z (GMT) / Submitted by MARIANE DANIELLA DA SILVA null (marianedaniella@hotmail.com) on 2018-04-02T13:42:13Z No. of bitstreams: 2 Ficha catalográfica Dissertação_ Mariane Daniella da Silva.pdf: 54318 bytes, checksum: 46197f331d49ae2a8970b14be36ee268 (MD5) Produção de etanol de segunda geração por Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 a partir da hidrólise ácida de sabugo de milho (Zea mays L.).docx: 1953480 bytes, checksum: c6c99237c6f29ff0694598067cb3dced (MD5) / Rejected by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: Problema 01) É necessário que o arquivo contendo a sua dissertação esteja no formato Portable Document Format (PDF) e não esteja protegido. Problema 02) A FICHA CATALOGRÁFICA deve ser inserida após a folha de rosto. Ordem correta CAPA, FOLHA DE ROSTO, FICHA CATALOGRÁFICA, FOLHA DE APROVAÇÃO. Lembramos que o arquivo depositado no repositório deve ser igual ao impresso. Agradecemos a compreensão. on 2018-04-02T18:55:18Z (GMT) / Submitted by MARIANE DANIELLA DA SILVA null (marianedaniella@hotmail.com) on 2018-04-02T21:38:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação com a ficha.pdf: 1878110 bytes, checksum: 09ba2606445ff243567d9126a98041bd (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-04-03T12:23:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_md_me_sjrp.pdf: 1878110 bytes, checksum: 09ba2606445ff243567d9126a98041bd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-03T12:23:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_md_me_sjrp.pdf: 1878110 bytes, checksum: 09ba2606445ff243567d9126a98041bd (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / 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 utilização do meio contendo o sabugo de milho hidrolisado. Os resultados indicaram que a melhor concentração de H2SO4 para realização da hidrólise foi de 2,5% com 30 min. de aquecimento. A desintoxicação do hidrolisado resultou na diminuição da concentração de compostos fenólicos. Foi realizada uma avaliação da produção de etanol após a fermentação de 48 h do hidrolisado, apresentando o melhor resultado em 36 h de fermentação, 7,04 g/L de etanol no meio incubado com agitação de 50 rpm e 8,11 g/L de etanol no meio com agitação de 100 rpm. Portanto, tem-se que o hidrolisado do sabugo de milho é uma opção alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Além disso, a levedura S. cerevisiae ATCC 26602 foi capaz de utilizar o hidrolisado sem desintoxicação para produção de etanol. / 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 concentration for hydrolysis was 2,50% acid with 30 min. of heating. The detoxification of the hydrolyzates resulted in a decrease on the concentration of phenolic compounds. A partial evaluation of the ethanol production was carried out after fermentation of 48 h of the hydrolyzates, providing the best result within 36 h of fermentation, 7,04 g/L of ethanol in the medium incubated with agitation of 50 rpm and 8,11 g/L ethanol in the medium with 100 rpm stirring. This concludes that corn cob hydrolyzates are an advantageous option for the production of ethanol. Besides, the yest S. cereviseae ATCC 26602 was able to use the hydrolyzate without detoxification for ethanol production. / CNPq: 134033/2016-7

El etanol producido desde material lignocelulósico es parte de las conocidas Energías Renovables No Convencionales. Para la producción de bioetanol de segunda generación es necesario realizar un pretratamiento a la madera, cuyo objetivo es romper la pared de lignina para así poder sacarificar la celulosa expuesta a glucosa, que finalmente pueda ser fermentada mediante microorganismos. El objetivo de este trabajo fue estudiar los efectos de tres pretratamientos: ácido diluido, alcalino diluido y líquidos iónicos, bajo sus mejores condiciones, sobre los residuos forestales Lenga (Nothofagus pumilio) y Eucalipto (Eucalyptus globulus). El primero fue elegido por ser un árbol nativo masivo y el segundo por el alto potencial de plantaciones en Chile. Los pretratamientos ácido y alcalino se utilizaron a modo de comparación con el pretratamiento de líquidos iónicos, del cual solo se tienen referencias sobre disolución de celulosa y no de material lignocelulósico. Lenga y Eucalipto fueron pretratadados con los tres métodos anteriormente nombrados, posteriormente se realizó la sacarificación enzimática del material sólido resultante. Luego se analizó la liberación de azúcares totales y monómeros específicos posterior al pretratamiento y después de la hidrólisis enzimática. Para el pretratamiento ácido y alcalino se utilizó ácido sulfúrico al 0,50%, 0,75%, 1,00% y 1,25% (v/v) por 30 y 60 minutos a una temperatura de 121°C. Para el pretratamiento alcalino se uso NaOH al 2% (v/v) por 60 minutos a una temperatura de 121°C. En el pretratamiento de líquidos iónicos se utilizó [emim]+ [Cl]- y [A336]+ [OH]- a 80°C, 121°C y 150°C por 30 y 60 minutos. Por último, para la hidrólisis enzimática se utilizaron enzimas celulasas comerciales, Celluclast 1.5 L (Novo Co., Denmark) y Novozyme 188 (Novo Co., Denmark), con cargas enzimáticas de 102 FPU/g y 147 CBU/g respectivamente. Los resultados obtenidos indican que todos los pretratamientos utilizados mejoran la eficiencia en términos de rendimientos y tasas de reacción de la hidrólisis enzimática en la obtención de azúcares reductores frente al material no tratado. Además, se obtuvo que un pretratamiento ácido posee bajos rendimientos en comparación a los otros pretratamientos, donde el mejor caso de Lenga es T=121°C, t=30 min, 1,00 % (v/v) H2SO4 y Eucalipto es T=121°C, t=30 min, 1,00 % (v/v) H2SO4 con un rendimiento de un 30% y 27% respectivamente, con una relación glucosa/xilosa de un 7/93%. Por otro lado, si el objetivo es una fermentación de pentosas y hexosas, el pretratamiento alcalino es el indicado con un rendimiento de 49% para Lenga y un 45% para Eucalipto. Las condiciones en la hidrólisis ácida para Lenga en este caso son T=121°C, t=60 min, 0,75% (v/v) H2SO4 y para Ecualipto son T=121°C, t=60 min, 1,00% (v/v) H2SO4. Si, por el contrario, si la fermentación es de glucosa, el pretratamiento con líquidos iónicos es el más efectivo, donde las condiciones de operación encontradas para Lenga son T=150°C, t=30min, IL [emim+ ][Cl- ] y para Eucalipto son T=150°C, t=60min, IL [emim+ ][Cl- ] con una conversión con respecto a los azúcares teóricos del 40% y 29% respectivamente y una relación xilosa/glucosa del 25/75%. Otro punto interesante viene dado por los perfiles cinéticos durante 72 horas en la sacarificación, donde se concluyó que con pretratamiento alcalino y con líquidos iónicos el máximo de los azúcares se obtiene en un tiempo menor a las 24 horas. Finalmente, se recomienda continuar el trabajo de pretratamiento con líquidos iónicos, probando otros aniones y/o cationes, técnicas de separación y tamaños de partícula para la obtención de azúcares.

Submitted by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2016-12-01T18:14:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Submitted by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2016-12-01T18:31:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Submitted by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2016-12-01T18:34:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2016-12-01T18:34:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-01T18:34:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) Previous issue date: 2016 / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Nas ?ltimas d?cadas tem se intensificado o estudo de estrat?gias que proporcionem melhores rendimentos em etanol a partir do uso de biomassas lignocelul?sicas. Neste trabalho foi utilizado o res?duo agroindustrial do processo de beneficiamento do ?leo do dend? (Elaeis guineensis) para obten??o de um hidrolisado ?cido hemicelul?sico para posterior fermenta??o. O hidrolisado foi obtido atrav?s da utiliza??o de ?cido sulf?rico dilu?do o qual se mostrou eficiente na solubiliza??o da hemicelulose. Tr?s m?todos de destoxifica??o dos inibidores foram testados dentre os quais se destacaram os tratamentos por carv?o ativado e a combina??o do tratamento empregando overliming e carv?o ativado, com remo??o de compostos fen?licos, furfural e 5-hidroximetilfurfural acima de 90% do hidrolisado. As linhagens de Scheffersomyces stipitis NRRLY 1214 e NRRLY 7124 apresentaram os maiores valores de etanol, com valores correspondentes de 6,2 e 6,13 g L-1, no meio destoxificado por overliming com suplementa??o. Estas linhagens, neste mesmo meio, alcan?aram as maiores taxas de Yp/s (0,32 e 0,33) e Ef (64,46 e 64,89%). Os dados obtidos corroboram que as linhagens estudadas apresentam potencial para a fermenta??o da fra??o hemicelul?sica da torta de dend?. O uso de meio de hidrolisado ?cido da torta de dend?, sem suplementa??o, se mostra invi?vel nas condi??es testadas, pois reflete em valores insignificantes de etanol. Os dados obtidos contribuir?o de forma positiva no aproveitamento de res?duos agroindustriais, bem como para os avan?os na ?rea de obten??o de etanol de segunda gera??o. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-gradua??o em Biocombust?veis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2016. / In recent decades, the study of strategies that provide better yields in ethanol from lignocellulosic biomass has intensified. In this study we used the agroindustrial residue from the palm oil milling process (Elaeis guineensis) to obtain an acid-hydrolyzed hemicellulose for fermentation. The hydrolyzate was obtained using dilute sulfuric acid, which was efficient at dissolving the hemicellulose. Three methods of detoxification of inhibitors were tested, including the use of activated carbon treatment and a combination treatment employing overliming and activated carbon. Greater than 90% of the phenolic substances, furfural and 5-hydroxymethylfurfural were removed from the hydrolysis product. The NRRLY 1214 and NRRLY7124 strains of Scheffersomyces stipitis produced the highest yields of ethanol, 6.2 and 6.13 g L-1, in the medium detoxified by the overliming procedure. These strains achieved the highest rates of Yp / s (0.32 and 0.33) and Ef (64.46 and 64.89%) in the same medium. The data confirm that these strains have a potential for fermentation of the hemicellulose fraction of palm kernel cake. The use of the acid hydrolyzate of palm kernel cake without supplementation was shown to be unfeasible under the conditions tested, as reflected in the insignificant yields of ethanol. The data obtained will contribute positively to the use of agro-industrial waste, as well as to advances in the area of the production of second-generation ethanol.