A cultura da cana-de-açúcar tem grande relevância na economia brasileira. A agroindústria sucroenergética origina uma grande quantidade de sub-produtos, como o bagaço e a palha. Vários estudos têm sido conduzidos no intuito de utilizálos como matéria-prima para a obtenção de diversos produtos, como o etanol celulósico, energia e diversos compostos de interesse industrial. As biomassas lignocelulósicas, como o bagaço da cana, são compostas principalmente de celulose, hemicelulose e lignina, sendo que a proporção de cada componente é dependente de diversos fatores. No caso da cana, há variedades que apresentam diferentes teores de fibra e, ao pensar em utilizar o material residual para geração de produtos de maior valor agregado, é muito importante conhecer a composição dessa fibra. A celulose é um polímero de glicose unido por ligações glicosídicas ?1-4, rígida e muito resistente à hidrólise. A hemicelulose é um polímero de baixa massa molecular composta por pentoses, hexoses, e/ou ácidos urônicos e mais susceptível à hidrólise quando comparada à celulose, uma vez que apresenta menor grau de polimerização. Por fim, a lignina é uma substância hidrofóbica, com estrutura tridimensional e amorfa, altamente ramificada e sintetizada a partir de três precursores, o álcool coniferílico, o álcool sinapílico e o álcool p-cumarílico. Vários compostos de interesse têm sido descobertos nas biomassas lignocelulósicas, neste contexto surgem as biorrefinarias, onde são obtidos produtos de elevado valor agregado e energia por rotas bioquímicas ou termoquímicas e de maneira sustentável. A classificação proposta no trabalho objetiva padronizar posteriores discussões relacionadas à classificação da fibra da cana e auxiliar os melhoristas na obtenção de novas variedades comerciais. O propósito do estudo foi avaliar a constituição da fibra de diversos genótipos de cana-de-açúcar com altos teores de fibra, propor um modelo para classificação da cana-de-açúcar de acordo com a composição dessa fibra e investigar o potencial dos genótipos analisados para uso em biorrefinarias na obtenção de produtos como etanol de segunda geração, polietileno verde e xilitol. Os resultados obtidos indicaram que o genótipo 196 foi o que apresentou a maior porcentagem de celulose (54,18 %) e o 192 foi o que apresentou a menor quantidade desse componente (26,47 %). Em relação à hemicelulose, o genótipo 77 foi o que apresentou o maior (25,97 %) teor e o 167 (16,71 %) o menor. Por fim, o genótipo 166 (27,13 %) foi o que apresentou maior quantia de lignina em sua composição e o 27 (17,7 %) a menor. Em relação à classificação, a maior parte dos genótipos analisados foram classificados como C2H4L4, ou seja, apresentam de 40 a 50 % de celulose, de 20 a 25 % de hemicelulose e de 20 a 25 % de lignina na composição da fibra. No contexto de biorrefinarias, o genótipo 196 mostrou maior potencial para obtenção do etanol celulósico e do polietileno verde, uma vez que apresentou maior teor de celulose na fibra. Para obtenção do xilitol, o genótipo 77 se mostrou mais promissor, pois demonstrou possuir maior quantidade de hemicelulose em sua composição. / Sugarcane farming plays an important role in the Brazilian agribusiness. The agro-industrial energy sector generates a number of by-products, such as bagasse and straw. Several studies were conducted to investigate the use of bagasse and straw as raw material for the production of various products, such as cellulosic ethanol, energy and several compounds for industrial use. The lignocelullosic biomasses, such as sugarcane bagasse, are composed primarily of cellulose, hemicellulose and lignin, and the content of each component depends on several factors. There are varieties of sugarcane plants with different fiber contents and to use the residual material to generate high value-added products, it is very important to know the fiber composition. Cellulose is a glucose polymer linked by glycosidic ?1- 4 bonds, rigid and very resistant to hydrolysis. Hemicellulose is a low-molecularweight polymer composed of pentoses, hexoses and/or uronic acids and more susceptible to hydrolysis when compared to cellulose, since it has a lower polymerization degree. Finally, lignin is a hydrophobic substance, with threedimensional and amorphous structure, highly branched and synthesized from three precursors, coniferyl alcohol, sinapyl alcohol and P-Coumaryl alcohol. Several compounds of interest have been discovered in lignocelullosic biomasses, and biorefineries are important to produce high value-added products and energy by biochemical or thermochemical routes in a sustainable way. The classification proposed in this study aims to standardize further discussions on the classification of the sugarcane fibers and helps plant breeders to obtain new commercial varieties. The purpose of this study was to evaluate the fiber composition of several sugarcane genotypes with high fiber contents; propose a model for sugarcane classification according to the fiber composition of the cultivar and investigate the potential of the genotypes analyzed to be used bio-refineries to obtain products such as the secondgeneration ethanol, green polyethylene and xylitol. There were investigated an access group of 207 genotypes. We used high-performance liquid chromatography to characterize cellulose and hemicellulose, and spectrophotometry to analyze the lignin content. The results showed that genotype 192 had the highest cellulose content (54,18 %) and 196 had the lowest (26,47 %). Genotype 77 showed the highest hemicellulose content (25,97 %) and 167 had the lowest (16,71%). Genotype 166 showed the highest lignin content (27,13 %) in its composition and 27 had the lowest (17,7 %). Most of the analyzed genotypes were classified as C2H4L4, that is, containing 40-50 % of cellulose, 20-25 % of hemicellulose and 20-25 % of lignin in the fiber composition. For the bio-refineries, genotype 192 showed the greatest potential for the production of cellulosic ethanol and green polyethylene due to its higher cellulose content in the fiber. To obtain xylitol, genotype 77 was more promising, because of the higher hemicellulose content in its composition.

A exploração de fontes alternativas para a produção de energia e produtos químicos ganha cada vez mais relevância devido à crescente demanda mundial por energia, combustíveis e produtos sintéticos. Nesse contexto, a biomassa lignocelulósica passa a ser importante matéria prima e o uso de catalisadores heterogêneos uma via atrativa para a transformação química da biomassa. A associação do Ni com Nb2O5 é promissora para obtenção de um sistema catalítico multifuncional com propriedades ácidas e de hidrogenação. O Brasil é o maior produtor mundial de nióbio e possui enormes quantidades de biomassa lignocelulósica. Assim, o uso de catalisadores à base de nióbio para valorização da biomassa é uma maneira de se agregar ciência e tecnologia a estas matérias primas abundantes em nosso país. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de catalisadores heterogêneos de Ni/Nb2O5 para a exploração da biomassa lignocelulósica como matéria prima para produção de combustíveis e produtos químicos. Nb2O5 foi preparado por duas rotas de síntese, hidrólise básica (HB) que produziu um material amorfo com partículas sem morfologia definida e a síntese hidrotérmica (HT), que produziu um material cristalino com morfologia de nano-bastões. O método HT gerou uma nióbia estável em condições hidrotérmicas e com propriedades texturais e ácidas bastantes superiores do que HB. Foi depositado Ni (5, 10, 15 e 25% m/m) em Nb2O5 e através de experimentos de redução monitorados in situ por técnicas de luz síncrotron ficaram estabelecidas as condições de ativação como sendo temperatura de 320oC e tempo de isoterma de no mínimo 1 h sob fluxo de H2. Isso para obtenção de cristalitos pequenos de Ni0 (2 a 25 nm) e para preservar as propriedades estruturais do suporte. Os catalisadores foram avaliados em reações de hidrodesoxigenação de éter difenílico e o sistema Ni/Nb2O5(HT) apresentou atividade para hidrogenólise da ligações éter, hidrogenação do anel aromático e hidrodesoxigenação, apresentando conversão completa do substrato e seletividade maior que 99% para cicloexano, além de poder ser reciclado por cinco ciclos de reação. 15%Ni/Nb2O5(HT) foi ativo e apresentou boa estabilidade na hidrodesoxigenação de um substrato real de lignina e produziu uma mistura de cicloalcanos e álcoois cíclicos em fase líquida com potencial para ser utilizada como biocombustíveis devido a sua baixa razão O/C. Experimentos exploratórios de conversão de celulose indicaram que o sistema catalítico Ni/Nb2O5(HT) também apresenta potencial para obtenção de polióis e glicóis a partir da fração de carboidratos da biomassa. / The exploitation of alternative resources for the production of energy and chemical products is gaining more and more relevance due to the growing world demand for energy, fuels and synthetic products. In this context, lignocellulosic biomass become an important raw material and the use of heterogeneous catalysts a very attractive way for biomass chemical transformation. The association of Ni with Nb2O5 is promising for obtaining a multifunctional catalytic system with acidic and hydrogenation properties. Brazil is the world\'s largest producer of niobium and has enormous amounts of lignocellulosic biomass. So, the use of niobium-based catalysts for biomass valorisation is a way for adding science and technology to these abundant raw materials in our country. Thus, the aim of this work is the development of heterogeneous Ni/Nb2O5 catalysts for the exploitation of lignocellulosic biomass as raw material for the production of fuels and chemicals. Nb2O5 was prepared by two routes of synthesis, basic hydrolysis (HB) that produced an amorphous material with particles with non-defined morphology and hydrothermal (HT) synthesis that produced a crystalline material with morphology of nano-rods. The HT method produced a stable niobia in hydrothermal conditions and with textures and acidic properties quite higher than HB. Ni (5, 10, 15 and 25 wt.%) was deposited on Nb2O5 and by in situ experiments of reduction monitored by synchrotron light techniques the activation conditions were established as being temperature of 320oC for at least 1 h under H2 flow. This condition enables the production of small crystallites of Ni0 (2 at 25 nm) and for preserving the structural properties of the support. The catalysts were evaluated in hydrodeoxygenation reactions of diphenyl ether and the Ni/Nb2O5(HT) system showed activity for hydrogenolysis of the ether linkages, hydrogenation of aromatic rings and hydrodeoxygenation, converting the substrate completely with selectivity higher than 99% for cyclohexane and being recyclable for five reaction cycles. 15% Ni/Nb2O5(HT) was active for hydrodeoxygenation of a real lignin substrate and exhibited good stability, producing a mixture of cyclic cycloalkanes and alcohols in a liquid phase with potential to be used as biofuels due to their low O/C ratio. Exploratory experiments of cellulose conversion indicated that the Ni/Nb2O5(HT) catalyst also has the potential for obtaining polyols and glycols from the carbohydrate fraction of the biomass.

A biomassa lignocelulósica é uma alternativa atrativa para o aumento na oferta de biocombustíveis, uma vez que é constituída de celulose e hemicelulose. Esses polímeros são constituídos principalmente de unidades menores de glicose e xilose, os quais por meio de bactérias anaeróbias termófilas, podem ser metabolizados em etanol. Portanto, estabeleceu-se o objetivo desse trabalho, em utilizar as principais fontes de carbono da biomassa lignocelulósica (celulose, glicose e xilose), e produzir etanol por meio da ação de consórcio microbiano selecionado a partir de inóculo termófilo e anaeróbio. O inóculo foi submetido a condição de crescimento com variação de pH (2,3,4,5,6,e 7) e variação de dois meios de cultivo em reatores em batelada, visando favorecer bactérias celulolíticas e fermentativas produtoras de etanol. Para a produção de etanol, o pH e meio de cultivo mais adequados foram 7,0 e Meio Thermoanaerobacter ethanolicus, respectivamente. A partir do inóculo enriquecido nas condições nutricionais de pH e meio de cultivo, prosseguiu-se a realização dos ensaios de produção de etanol a partir de celulose, glicose e xilose (1g/L de cada substrato), em pH 7 e meio T. ethanolicus. Os ensaios foram realizados em reator em batelada, em triplicata, a 55 ºC, ambos seguidos de um reator controle, sem adição desses substratos orgânicos. Os rendimentos de etanol foram de 1,73 mol etanol/mol glicose e 1,33 mol de etanol /mol de xilose. Para o substrato celulose obteve-se 1,88 mmol de etanol/g de celulose. Para os reatores controle de glicose, celulose e xilose, no qual o extrato de levedura foi a única fonte orgânica adicionada, a produção de etanol foi 1,27 mmol/L, 0,39 mmol/L e 1,65 mmol/L, respectivamente. Em todos os reatores foi detectado produção de ácido acético, ácido butírico e ácido propiônico. A produção de ácido acético foi de 5,73 mmol/L, 9,73 mmol/L e 14,45 mmol/L, para os reatores de glicose, celulose e xilose, respectivamente. No reator com glicose, observou-se baixo rendimento de hidrogênio (0,31 mol hidrogênio/mol glicose), e nos demais reatores não foi constatado produção desse gás. Em contrapartida, observou-se rendimentos de 6,6 mmol de metano/g de celulose e 0,68 mol de metano/mol de xilose para os respectivos reatores. Dessa forma, pode-se mencionar que em função das características do consórcio microbiano foi possível obter a degradação da celulose e metabolização da glicose e xilose em etanol. / Lignocellulosic biomass is an attractive alternative to increase biofuels proposal, as its composed of cellulose and hemicellulose. These polymers are consisted in individual molecules of glucose and xylose, through some thermophilic bacteria, can metabolize these carbohydrates in ethanol. Therefore, this study reports on using the principals carbon sources of lignocellulosic biomass (cellulose, glucose, and xylose), and producing ethanol through microbial consortium from anaerobic and thermophilic inoculum. The biomass was submitted to variation of pH (2,3,4,5,6, and 7) and two kinds of medium, due to ethanol production in batch reactors. For ethanol production, the optimized pH and medium were 7,0 and Thermoanaerobacter ethanolicus medium, respectively. The enriched culture was being cultivated in pH and medium experiments were used to ethanol production experiments that carried out in batch reactors, from cellulose, glucose and xylose were realized in triplicate and were maintained at 55 °C, in both batches had a control reactor (without these organics substrates). Positive results in ethanol yields were 1,73 mol ethanol/ mol glucose and 1,33 mol ethanol/ mol xylose. In celluloses reactors the microbial consortium was efficient in substrate degradation, however, was obtained lower ethanol yields (1,88 mol ethanol/ g cellulose). In control reactors from glucose, cellulose and xylose, that yeast extract was the unique organic source, ethanol production was 1,27 mmol/L, 0,39 mmol/L e 1,65 mmol/L, respectively. In all reactors were detected acetic, butyric and propionic acids. The acetic acid production was 5,73 mmol/L, 9,73 mmol/L e 14,45 mmol/L in glucose, cellulose and xylose reactors, respectively. For glucoses reactors were observed lower hydrogen production (0,31 mol hydrogen/ mol glucose), in the other reactors did not observed gases production. Instead of the following yields were obtained: 6,6 mmol methane/ g cellulose and 0,68 mol methane/ mol xylose. Taking this into account, microbial consortium enriched had characteristics to degrade cellulose and metabolize glucose and xylose to ethanol.

A geração de energia a partir de biomassa lignocelulósica pode contribuir de maneira significativa com a ampliação do escopo energético, no que se refere ao uso de fontes alternativas voltadas à geração de combustíveis renováveis. Porém, a utilização destas fontes enfrenta ainda desafios relacionados à exploração de diferentes matérias-primas com potencial de utilização e o desenvolvimento de tecnologias de processos que garantam a viabilidade técnica e econômica da geração do etanol 2G. Neste estudo foi estimada a produção de etanol da biomassa aérea da batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.) e da biomassa do capim-elefante (Pennisetum purpureum Schumach), cv. Roxo e cv. Napier após pré-tratamento ácido e básico, sob hidrólise de dois complexos enzimáticos comerciais (CTec2 e HTec2) e o extrato enzimático obtido a partir de fungo isolado de ninhos de Acromyrmex balzani. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos inteiramente casualizados e o arranjo dos tratamentos o Esquema Fatorial 3x3, em três repetições. Foi verificado, para a batata-doce, o rendimento estimado médio de 37,42 mL/Kg de MS hidrolisada com os complexos enzimáticos comerciais e que o capim-elefante, nesse experimento, confirmou seu potencial para ser utilizado na produção de energia renovável, pois apresentou o rendimento médio de 123,5 mL/Kg de MS hidrolisada nas mesmas condições da hidrólise da biomassa aérea da batata-doce. / Power generation from lignocellulosic biomass can contribute significantly to the energy scope expansion, with regard to the alternative sources use focused on the renewable fuels generation. However, the use of these sources still faces challenges related to different raw materials exploration with potential use and technologies processes development that ensure the technical and economic viability of generating 2G ethanol. The aim of this study was to evaluate the ethanol production potential from aerial sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) (B) crop residues compared to elephantgrass materials (Pennisetum purpureum Schum), cultivar Roxo and cultivar Napier by the hydrolytic action of three enzyme solutions: two commercial enzymatic complexes (CTec2 e HTec2) and an enzyme extract obtained from filamentous fungi isolated from Acromyrmex balzani. The experimental design was the Factorial Scheme 3x3, in triplicate. It was checked on the sweet potato, the average yield of 37.42 mL/kg MS hydrolyzed with commercial enzymatic complexes and the elephantgrass, this experiment confirmed its potential to be used in the renewable energy production, as it presented average yield of 123.5 mL/kg MS hydrolyzed under the same conditions of biomass sweet potato hydrolysis.

Nessa pesquisa foram testados separadamente dois inóculos solo/compostagem e lodo termofílico de reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) do tratamento de vinhaça em relação ao potencial de produção de compostos de valor agregado a partir do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) em reatores em batelada em condição mesofílica e termofílica, respectivamente. Pré-tratamentos térmico, ácido e diluição seriada foram aplicados ao inóculo termofílico, como tentativa de inibir as arqueias metanogênicas. A diluição seriada foi o pré-tratamento aplicado em ambos os inóculos, mesofílico e termofílico, para obtenção de consórcio de bactérias fermentadoras. Cinco meios de culturas foram testados como fonte de nutrientes para o crescimento de bactérias celulolíticas e fermentadoras. Dentre esses foi selecionado para os ensaios mesofílicos e termofílicos, o meio de cultura mais complexo suplementado com extrato de levedura. O BCA foi submetido à pré-tratamento biológico, térmico, explosão a vapor, deslignificação alcalina e hidrotérmico sendo o último utilizado nos ensaios do planejamento fatorial. O efeito das variáveis independentes de concentração de extrato de levedura e temperatura foi avaliado na produção de hidrogênio, metano e ácidos orgânicos a partir do inóculo termofílico. O efeito da concentração de extrato de levedura e substrato (BCA) foi avaliado na produção de bioprodutos a partir do inóculo mesofílico (37ºC). A maior produção de hidrogênio foi de 17,30 mmol/L à 60ºC e 3,42 g/L de extrato de levedura para a condição termofílica. Em relação aos ensaios mesofílicos observou-se 1,53 mmol/L com 3,42 e 5,00 g/L de extrato de levedura e BCA, respectivamente. Caracterização taxonômica e funcional dos microrganismos dos reatores de melhor desempenho de produção de hidrogênio dos planejamentos fatoriais termofílico e mesofílico foi realizada por análise Metagenômica (Illumina HiSeq). Nestas condições foram identificados microrganismos dos domínios Archaea, Bacteria, Eukarya, além de vírus. Para o domínio Bacteria foram identificados microrganismos celulolíticos e fermentadores como Coprothermobacter e Clostridium, enquanto para o domínio Archaea, foram identificadas metanogênicas hidrogenotróficas e acetoclásticas, como Methanothermobacter e Methanosarcina. Foram ainda identificados genes codificantes de enzimas catalisadoras da degradação de celulose, hemicelulose e lignina, constituintes principais da biomassa lignocelulósica utilizada como substrato, tais como celulase, carboxylesterase e 2-ácido hidroxi oxidase, respectivamente. Microrganismos aderidos no BCA in natura foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e identificados por sequenciamento do RNAr 16S, e semelhantes a Streptomyces, Paenibacillus, Stenotrophomonas, Sphingomonas. Os microrganismos do lodo termofílico, solo e compostagem foram caracterizados por sequenciamento do RNAr 16S, e foram semelhantes a Clostridium, Thermoanaerobacter, Caloramator, Anaerobaculum, Tatlockia, Coprothermobacter, Dysgonomonas, Coprococcus, Sporomusa, Methanobacterium, Methanothermobacter, Methanosaeta, dentre outros. / In the present study, two inoculum (soil/compost and thermophilic sludge from upflow anaerobic sludge blanket from vinasse treatment) were separately evaluated as potential to production of value-added products from sugarcane bagasse in mesophilic and thermophilic conditions, respectively. Thermal, acid and serial dilution pretreatments were performed in the thermophilic inoculum to inhibition of methanogenic archaea. Serial dilution was applied into the mesophilic inoculm. Five culture medium were evaluated as nutritional source to enrichment of cellulolytic and fermenters bacteria; between then, the most complex one, supplemented with yeast extract was selected for the mesophilic and thermophilic bioassays. The sugarcane bagasse (SCB) was submitted to biological, thermal, stem explosion alkaline delignification and hydrothermal pretreatments, and the last one was used as substrate for the factorial designs. The effect of independent variables, such as yeast extract and temperature were evaluated on the hydrogen, methane and organic acids production from the thermophilic inoculum. The effect of yeast extract and substrate (SCB) concentrations were evaluated on the bioproducts generation from the mesophilic inoculum. The highest hydrogen production of 17.3 mmol/L was obtained at 60ºC and 3.42 g/L of yeast extract, on the thermophilic factorial design. In relation to the mesophilic factorial design, obtained 1.53 mmol/L of hydrogen with 3.42 and 5.00 g/L of yeast extract and SCB, respectively. Taxonomical and functional characterizations from the microorganisms were performed in the reactors with highest hydrogen production on the factorial designs using Metagenomics analysis (Illumina HiSeq). In both condition, mesophilic and thermophilic were found microorganisms from Archaea, Bacteria, Eukarya domin, besides Viruses. Concerning the Bacteria domain were found cellulolytic and fermenters microorganisms similar to Coprothermobacter and Clostridium, whiles for Archaea domain were identified hydrogenotrophic and acetoclastic methanogenic similar to Methanothermobacter and Methanosarcina. There were obtained genes coding to enzymes related to the cellulose, hemicellulose and lignin degradation such as carboxylesterase e 2-acid-hydroxioxidase, respectively. Microorganisms adhered into the in natura SCB fiber were observed by scanning electronic microscopy (SEM) and identified by 16 S rRNA sequencing, mainly as similar to Streptomyces, Paenibacillus, Stenotrophomonas, Sphingomonas. The microorganisms from the thermophilic sludge, soil and composting were also characterized by 16S RNAr sequencing and were similar to Clostridium, Thermoanaerobacter, Caloramator, Anaerobaculum, Tatlockia, Coprothermobacter, Dysgonomonas, Coprococcus, Sporomusa, Methanobacterium, Methanothermobacter, Methanosaeta, among others.

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A biomassa lignocelulósica é uma alternativa atrativa para o aumento na oferta de biocombustíveis, uma vez que é constituída de celulose e hemicelulose. Esses polímeros são constituídos principalmente de unidades menores de glicose e xilose, os quais por meio de bactérias anaeróbias termófilas, podem ser metabolizados em etanol. Portanto, estabeleceu-se o objetivo desse trabalho, em utilizar as principais fontes de carbono da biomassa lignocelulósica (celulose, glicose e xilose), e produzir etanol por meio da ação de consórcio microbiano selecionado a partir de inóculo termófilo e anaeróbio. O inóculo foi submetido a condição de crescimento com variação de pH (2,3,4,5,6,e 7) e variação de dois meios de cultivo em reatores em batelada, visando favorecer bactérias celulolíticas e fermentativas produtoras de etanol. Para a produção de etanol, o pH e meio de cultivo mais adequados foram 7,0 e Meio Thermoanaerobacter ethanolicus, respectivamente. A partir do inóculo enriquecido nas condições nutricionais de pH e meio de cultivo, prosseguiu-se a realização dos ensaios de produção de etanol a partir de celulose, glicose e xilose (1g/L de cada substrato), em pH 7 e meio T. ethanolicus. Os ensaios foram realizados em reator em batelada, em triplicata, a 55 ºC, ambos seguidos de um reator controle, sem adição desses substratos orgânicos. Os rendimentos de etanol foram de 1,73 mol etanol/mol glicose e 1,33 mol de etanol /mol de xilose. Para o substrato celulose obteve-se 1,88 mmol de etanol/g de celulose. Para os reatores controle de glicose, celulose e xilose, no qual o extrato de levedura foi a única fonte orgânica adicionada, a produção de etanol foi 1,27 mmol/L, 0,39 mmol/L e 1,65 mmol/L, respectivamente. Em todos os reatores foi detectado produção de ácido acético, ácido butírico e ácido propiônico. A produção de ácido acético foi de 5,73 mmol/L, 9,73 mmol/L e 14,45 mmol/L, para os reatores de glicose, celulose e xilose, respectivamente. No reator com glicose, observou-se baixo rendimento de hidrogênio (0,31 mol hidrogênio/mol glicose), e nos demais reatores não foi constatado produção desse gás. Em contrapartida, observou-se rendimentos de 6,6 mmol de metano/g de celulose e 0,68 mol de metano/mol de xilose para os respectivos reatores. Dessa forma, pode-se mencionar que em função das características do consórcio microbiano foi possível obter a degradação da celulose e metabolização da glicose e xilose em etanol. / Lignocellulosic biomass is an attractive alternative to increase biofuels proposal, as its composed of cellulose and hemicellulose. These polymers are consisted in individual molecules of glucose and xylose, through some thermophilic bacteria, can metabolize these carbohydrates in ethanol. Therefore, this study reports on using the principals carbon sources of lignocellulosic biomass (cellulose, glucose, and xylose), and producing ethanol through microbial consortium from anaerobic and thermophilic inoculum. The biomass was submitted to variation of pH (2,3,4,5,6, and 7) and two kinds of medium, due to ethanol production in batch reactors. For ethanol production, the optimized pH and medium were 7,0 and Thermoanaerobacter ethanolicus medium, respectively. The enriched culture was being cultivated in pH and medium experiments were used to ethanol production experiments that carried out in batch reactors, from cellulose, glucose and xylose were realized in triplicate and were maintained at 55 °C, in both batches had a control reactor (without these organics substrates). Positive results in ethanol yields were 1,73 mol ethanol/ mol glucose and 1,33 mol ethanol/ mol xylose. In celluloses reactors the microbial consortium was efficient in substrate degradation, however, was obtained lower ethanol yields (1,88 mol ethanol/ g cellulose). In control reactors from glucose, cellulose and xylose, that yeast extract was the unique organic source, ethanol production was 1,27 mmol/L, 0,39 mmol/L e 1,65 mmol/L, respectively. In all reactors were detected acetic, butyric and propionic acids. The acetic acid production was 5,73 mmol/L, 9,73 mmol/L e 14,45 mmol/L in glucose, cellulose and xylose reactors, respectively. For glucoses reactors were observed lower hydrogen production (0,31 mol hydrogen/ mol glucose), in the other reactors did not observed gases production. Instead of the following yields were obtained: 6,6 mmol methane/ g cellulose and 0,68 mol methane/ mol xylose. Taking this into account, microbial consortium enriched had characteristics to degrade cellulose and metabolize glucose and xylose to ethanol.

A cultura da cana-de-açúcar tem grande relevância na economia brasileira. A agroindústria sucroenergética origina uma grande quantidade de sub-produtos, como o bagaço e a palha. Vários estudos têm sido conduzidos no intuito de utilizálos como matéria-prima para a obtenção de diversos produtos, como o etanol celulósico, energia e diversos compostos de interesse industrial. As biomassas lignocelulósicas, como o bagaço da cana, são compostas principalmente de celulose, hemicelulose e lignina, sendo que a proporção de cada componente é dependente de diversos fatores. No caso da cana, há variedades que apresentam diferentes teores de fibra e, ao pensar em utilizar o material residual para geração de produtos de maior valor agregado, é muito importante conhecer a composição dessa fibra. A celulose é um polímero de glicose unido por ligações glicosídicas ?1-4, rígida e muito resistente à hidrólise. A hemicelulose é um polímero de baixa massa molecular composta por pentoses, hexoses, e/ou ácidos urônicos e mais susceptível à hidrólise quando comparada à celulose, uma vez que apresenta menor grau de polimerização. Por fim, a lignina é uma substância hidrofóbica, com estrutura tridimensional e amorfa, altamente ramificada e sintetizada a partir de três precursores, o álcool coniferílico, o álcool sinapílico e o álcool p-cumarílico. Vários compostos de interesse têm sido descobertos nas biomassas lignocelulósicas, neste contexto surgem as biorrefinarias, onde são obtidos produtos de elevado valor agregado e energia por rotas bioquímicas ou termoquímicas e de maneira sustentável. A classificação proposta no trabalho objetiva padronizar posteriores discussões relacionadas à classificação da fibra da cana e auxiliar os melhoristas na obtenção de novas variedades comerciais. O propósito do estudo foi avaliar a constituição da fibra de diversos genótipos de cana-de-açúcar com altos teores de fibra, propor um modelo para classificação da cana-de-açúcar de acordo com a composição dessa fibra e investigar o potencial dos genótipos analisados para uso em biorrefinarias na obtenção de produtos como etanol de segunda geração, polietileno verde e xilitol. Os resultados obtidos indicaram que o genótipo 196 foi o que apresentou a maior porcentagem de celulose (54,18 %) e o 192 foi o que apresentou a menor quantidade desse componente (26,47 %). Em relação à hemicelulose, o genótipo 77 foi o que apresentou o maior (25,97 %) teor e o 167 (16,71 %) o menor. Por fim, o genótipo 166 (27,13 %) foi o que apresentou maior quantia de lignina em sua composição e o 27 (17,7 %) a menor. Em relação à classificação, a maior parte dos genótipos analisados foram classificados como C2H4L4, ou seja, apresentam de 40 a 50 % de celulose, de 20 a 25 % de hemicelulose e de 20 a 25 % de lignina na composição da fibra. No contexto de biorrefinarias, o genótipo 196 mostrou maior potencial para obtenção do etanol celulósico e do polietileno verde, uma vez que apresentou maior teor de celulose na fibra. Para obtenção do xilitol, o genótipo 77 se mostrou mais promissor, pois demonstrou possuir maior quantidade de hemicelulose em sua composição. / Sugarcane farming plays an important role in the Brazilian agribusiness. The agro-industrial energy sector generates a number of by-products, such as bagasse and straw. Several studies were conducted to investigate the use of bagasse and straw as raw material for the production of various products, such as cellulosic ethanol, energy and several compounds for industrial use. The lignocelullosic biomasses, such as sugarcane bagasse, are composed primarily of cellulose, hemicellulose and lignin, and the content of each component depends on several factors. There are varieties of sugarcane plants with different fiber contents and to use the residual material to generate high value-added products, it is very important to know the fiber composition. Cellulose is a glucose polymer linked by glycosidic ?1- 4 bonds, rigid and very resistant to hydrolysis. Hemicellulose is a low-molecularweight polymer composed of pentoses, hexoses and/or uronic acids and more susceptible to hydrolysis when compared to cellulose, since it has a lower polymerization degree. Finally, lignin is a hydrophobic substance, with threedimensional and amorphous structure, highly branched and synthesized from three precursors, coniferyl alcohol, sinapyl alcohol and P-Coumaryl alcohol. Several compounds of interest have been discovered in lignocelullosic biomasses, and biorefineries are important to produce high value-added products and energy by biochemical or thermochemical routes in a sustainable way. The classification proposed in this study aims to standardize further discussions on the classification of the sugarcane fibers and helps plant breeders to obtain new commercial varieties. The purpose of this study was to evaluate the fiber composition of several sugarcane genotypes with high fiber contents; propose a model for sugarcane classification according to the fiber composition of the cultivar and investigate the potential of the genotypes analyzed to be used bio-refineries to obtain products such as the secondgeneration ethanol, green polyethylene and xylitol. There were investigated an access group of 207 genotypes. We used high-performance liquid chromatography to characterize cellulose and hemicellulose, and spectrophotometry to analyze the lignin content. The results showed that genotype 192 had the highest cellulose content (54,18 %) and 196 had the lowest (26,47 %). Genotype 77 showed the highest hemicellulose content (25,97 %) and 167 had the lowest (16,71%). Genotype 166 showed the highest lignin content (27,13 %) in its composition and 27 had the lowest (17,7 %). Most of the analyzed genotypes were classified as C2H4L4, that is, containing 40-50 % of cellulose, 20-25 % of hemicellulose and 20-25 % of lignin in the fiber composition. For the bio-refineries, genotype 192 showed the greatest potential for the production of cellulosic ethanol and green polyethylene due to its higher cellulose content in the fiber. To obtain xylitol, genotype 77 was more promising, because of the higher hemicellulose content in its composition.

A biomassa lignocelulósica é uma fonte abundante de açúcares simples passíveis de serem fermentados em uma variedade de bioprodutos de maior valor agregado, além do etanol de segunda geração. Tal diversidade é relevante ao desenvolvimento e aprimoramento do conceito de biorrefinarias e da bioeconomia, em um viés mais amplo. Todavia, a elevada recalcitrância dos lignocelulósicos dificulta a sua sacarificação enzimática, resultando em bioprocessos mais onerosos. Por isso, coquetéis com diferentes enzimas ativas em carboidrato (CAZymes) são desenvolvidos, em busca de uma maior eficiência e melhor relação custo/benefício, para processos em larga escala. Dentre as CAZymes estudadas, encontram-se as mono-oxigenases líticas de polissacarídeo (LPMOs), tendo em vista a sua atestada capacidade de otimizar a hidrólise da lignocelulose, quando em sinergismo com diversas hidrolases. Levando isto em conta, selecionou-se, ao atual estudo, o ascomiceto termofílico Thermothelomyces thermophila (anteriormente denominado Myceliophthora thermophila), pois este tem se mostrado capaz de expressar e secretar ampla gama de LPMOs ativas em diferentes substratos. Objetivando-se estudar duas LPMOs derivadas deste organismo, as mesmas foram expressas, heterologamente, por Aspergillus nidulans linhagem A773, utilizando-se o vetor de expressão pEXPYR construído para viabilizar a secreção de altas concentrações de proteínas recombinantes. As proteínas heterólogas aqui analisadas foram denominadas TtLPMO1A9 e TtLPMO2A9. Embora ambas tenham sido capazes de gerar peróxido de hidrogênio na presença de oxigênio molecular e de um doador de elétrons, apenas TtLPMO2A9 apresentou atividade contra substratos celulósicos e bagaço de cana pré-tratado hidrotermicamente, atuando, em associação com hidrolases homemade e o preparo enzimático comercial Celluclast 1.5L, a degradação de tais materiais. / The lignocellulosic biomass is an abundant source of simple sugars that can be fermented to various value-added bio-based products. This diversity is seen as relevant to the improvement of biorefinery and bioeconomy concept. Nevertheless, the significant recalcitrance of lignocellulose imposes dificulties to its enzymatic saccharification, resulting in onerous bioprocessing. This scenario stimulates studies based on the development of efficient and cost-effective customizable carbohydrate-active enzyme (CAZymes) cocktails for large-scale processes. Among the available CAZymes, there are the lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs), a set of oxidative proteins capable of optimizing the lignocellulose hydrolysis, when acting in synergism with various hydrolases. Based on this fact, in the current study, the thermophilic ascomycete Thermothelomyces thermophila (previously known as Myceliophthora thermophila) was adopted, because of its ability of expressing and secreting large amounts of LPMOs. Thus, two LPMOs derived from this fungus was heterologously produced by an expression system composed by Aspergillus nidulans strain A773 and the vector pEXPYR: an expression vector built to increase the secretion of recombinant proteins. The heterologous proteins herein analysed were termed as TtLPMO1A9 and TtLPMO2A9. Although both enzymes were able to produce hydrogen peroxide in the presence of molecular oxygen and an electron donor, only the second one was active in reactions with cellulosic substrates and hydrothermally pre-treated sugar cane bagasse. When tailor-made hydrolases and the commercial enzymatic mixture Celluclast 1.5L were supplemented with TtLPMO2A9, it was noticed na improvement of the deconstruction of the aforementioned substrates.

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