O etanol de segunda geracao e produzido a partir da hidrolise da biomassa vegetal, liberando os acucares presentes em sua estrutura com sua subsequente fermentacao. Entretanto, um dos desafios em sua producao e a baixa diversidade de microrganismos capazes de fermentar eficientemente a D-xilose, principal acucar no hidrolisado hemicelulosico. Este trabalho avaliou o potencial fermentativo de novas linhagens das leveduras Candida shehatae e Spathaspora arborariae para a producao de etanol a partir de hidrolisado hemicelulosico de bagaco de cana-de-acucar. Foram avaliadas quatro linhagens de C. shehatae em meio YPX (10 g/L de extrato de levedura, 20 g/L de peptona e 50 g/L de D-xilose) e, posteriormente, em hidrolisado hemicelulosico. A levedura C. shehatae CG8-8BY apresentou o melhor desempenho fermentativo em hidrolisado. Apos esta etapa, avaliou-se o efeito da suplementacao do meio na fermentacao de D-xilose por C. shehatae CG8-8BY e S. arborariae UFMG-HM19.1A. O extrato de farelo de arroz na concentracao de 20 g/L demonstrou ser uma fonte de nitrogenio eficiente e de baixo de custo para a suplementacao de hidrolisado hemicelulosico. Por ultimo, foi estudado o efeito da temperatura, agitacao e pH na fermentacao de hidrolisado hemicelulosico por meio de planejamento fatorial completo 23, com tres repeticoes no ponto central, para as duas leveduras. Todos os experimentos foram conduzidos em incubadora de bancada. De acordo com os resultados, o pH e o parametro mais relevante para a producao de etanol pelas linhagens estudadas, seguido da temperatura. Os melhores resultados foram obtidos nas condicoes de 30°C, 150 rpm e pH 5,0, referentes ao ponto central, para as duas linhagens avaliadas. Nestas condicoes, a linhagem C. shehatae CG8-8BY produziu 11,58 g/L de etanol, com fator de rendimento em etanol de 0,26 g/g, produtividade volumetrica de 0,16 g/L.h, eficiencia de fermentacao de 50,36% e consumo de D-xilose de 99,83%. A linhagem S. arborariae UFMG-HM19.1A produziu 11,6 g/L de etanol, com fator de rendimento em etanol de 0,26 g/g, produtividade volumetrica de 0,15 g/L.h, eficiencia de fermentacao de 51,1% e consumo de D-xilose de 88%. Os resultados demonstram que as leveduras estudadas apresentam potencial para producao de etanol de segunda geracao. A importancia do uso de linhagens microbianas eficazes e o aprimoramento dos metodos contribuem para um melhor desenvolvimento desta tecnologia em larga escala. / Second generation ethanol is produced from vegetal biomass, releasing sugars present into its structure with its subsequent fermentation. However, one of the challenges in its production it the low diversity of microorganisms able to ferment efficiently D-xylose, the main sugar in hemicellulosic hydrolysate. This study evaluated the fermentative potential of new yeasts strains Candida shehatae and Spathaspora arborariae UFMG-HM 19.1A to ethanol production from sugarcane hemicellulosic hydrolysate. Four strains of C. shehatae were evaluated in YPX medium (10 g/L yeast extract, 20 g/L peptone, 50 g/L D-xylose) and, subsequently, in hemicellulosic hydrolysate. C. shehatae CG8-8BY presented the best fermentative performance in hydrolysate. Then, the effect of medium supplementation in Dxylose fermentation by C. shehatae CG8-8BY e S. arborariae UFMG-HM19.1A were evaluated. Rice bran extract in a concentration of 20 g/L was presented as an efficient and inexpensive nitrogen source for hemicellulosic hydrolysate supplementation. Lastly, it were evaluated the effects of temperature, agitation and pH on hemicellulosic hydrolysate fermentation, studied by full factorial design 23, with three replications at the central point, to both yeasts. All experiments were carried out in rotatory shaker. According to results, pH is the most important parameter to ethanol production by strains studied, followed by temperature. The best results were obtained at 30 °C, 150 rpm and pH 5.0, concerning the central point, for two yeasts evaluated. Accordingly, C. shehatae CG8-8BY strain produced 11.58 g/L of ethanol, with ethanol yield equal 0.26 g/g, productivity equal 0.16 g/L.h, fermentation efficiency equal 50.36% and xylose consumption equal 99.83%. S. arborariae UFMG-HM19.1A strain produced 11.6 g/L of ethanol, with ethanol yield equal 0.26 g/g, productivity equal 0.15 g/L.h, fermentation efficiency equal 51.1% and D-xylose consumption equal 88%. Present data showed that yeasts studied have potential to second generation ethanol production. The importance of use of new effective strains and increasing of methods contributes for a better development of this technology in large scale.

O etanol de segunda geracao e produzido a partir da hidrolise da biomassa vegetal, liberando os acucares presentes em sua estrutura com sua subsequente fermentacao. Entretanto, um dos desafios em sua producao e a baixa diversidade de microrganismos capazes de fermentar eficientemente a D-xilose, principal acucar no hidrolisado hemicelulosico. Este trabalho avaliou o potencial fermentativo de novas linhagens das leveduras Candida shehatae e Spathaspora arborariae para a producao de etanol a partir de hidrolisado hemicelulosico de bagaco de cana-de-acucar. Foram avaliadas quatro linhagens de C. shehatae em meio YPX (10 g/L de extrato de levedura, 20 g/L de peptona e 50 g/L de D-xilose) e, posteriormente, em hidrolisado hemicelulosico. A levedura C. shehatae CG8-8BY apresentou o melhor desempenho fermentativo em hidrolisado. Apos esta etapa, avaliou-se o efeito da suplementacao do meio na fermentacao de D-xilose por C. shehatae CG8-8BY e S. arborariae UFMG-HM19.1A. O extrato de farelo de arroz na concentracao de 20 g/L demonstrou ser uma fonte de nitrogenio eficiente e de baixo de custo para a suplementacao de hidrolisado hemicelulosico. Por ultimo, foi estudado o efeito da temperatura, agitacao e pH na fermentacao de hidrolisado hemicelulosico por meio de planejamento fatorial completo 23, com tres repeticoes no ponto central, para as duas leveduras. Todos os experimentos foram conduzidos em incubadora de bancada. De acordo com os resultados, o pH e o parametro mais relevante para a producao de etanol pelas linhagens estudadas, seguido da temperatura. Os melhores resultados foram obtidos nas condicoes de 30°C, 150 rpm e pH 5,0, referentes ao ponto central, para as duas linhagens avaliadas. Nestas condicoes, a linhagem C. shehatae CG8-8BY produziu 11,58 g/L de etanol, com fator de rendimento em etanol de 0,26 g/g, produtividade volumetrica de 0,16 g/L.h, eficiencia de fermentacao de 50,36% e consumo de D-xilose de 99,83%. A linhagem S. arborariae UFMG-HM19.1A produziu 11,6 g/L de etanol, com fator de rendimento em etanol de 0,26 g/g, produtividade volumetrica de 0,15 g/L.h, eficiencia de fermentacao de 51,1% e consumo de D-xilose de 88%. Os resultados demonstram que as leveduras estudadas apresentam potencial para producao de etanol de segunda geracao. A importancia do uso de linhagens microbianas eficazes e o aprimoramento dos metodos contribuem para um melhor desenvolvimento desta tecnologia em larga escala. / Second generation ethanol is produced from vegetal biomass, releasing sugars present into its structure with its subsequent fermentation. However, one of the challenges in its production it the low diversity of microorganisms able to ferment efficiently D-xylose, the main sugar in hemicellulosic hydrolysate. This study evaluated the fermentative potential of new yeasts strains Candida shehatae and Spathaspora arborariae UFMG-HM 19.1A to ethanol production from sugarcane hemicellulosic hydrolysate. Four strains of C. shehatae were evaluated in YPX medium (10 g/L yeast extract, 20 g/L peptone, 50 g/L D-xylose) and, subsequently, in hemicellulosic hydrolysate. C. shehatae CG8-8BY presented the best fermentative performance in hydrolysate. Then, the effect of medium supplementation in Dxylose fermentation by C. shehatae CG8-8BY e S. arborariae UFMG-HM19.1A were evaluated. Rice bran extract in a concentration of 20 g/L was presented as an efficient and inexpensive nitrogen source for hemicellulosic hydrolysate supplementation. Lastly, it were evaluated the effects of temperature, agitation and pH on hemicellulosic hydrolysate fermentation, studied by full factorial design 23, with three replications at the central point, to both yeasts. All experiments were carried out in rotatory shaker. According to results, pH is the most important parameter to ethanol production by strains studied, followed by temperature. The best results were obtained at 30 °C, 150 rpm and pH 5.0, concerning the central point, for two yeasts evaluated. Accordingly, C. shehatae CG8-8BY strain produced 11.58 g/L of ethanol, with ethanol yield equal 0.26 g/g, productivity equal 0.16 g/L.h, fermentation efficiency equal 50.36% and xylose consumption equal 99.83%. S. arborariae UFMG-HM19.1A strain produced 11.6 g/L of ethanol, with ethanol yield equal 0.26 g/g, productivity equal 0.15 g/L.h, fermentation efficiency equal 51.1% and D-xylose consumption equal 88%. Present data showed that yeasts studied have potential to second generation ethanol production. The importance of use of new effective strains and increasing of methods contributes for a better development of this technology in large scale.

Résumé confidentiel / No abstract

Atualmente é grande o interesse pelo aproveitamento da biomassa vegetal visando à obtenção de bioetanol de segunda geração. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol de segunda geração a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pelas leveduras Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 e Candida shehatae UFMG HM 52.2 visando à aplicação em bioprocessos com campo eletromagnético. Salienta-se ainda que a importância do presente trabalho se dá, não apenas pelo caráter inovador desta pesquisa, mas também pelo fato do bioeletromagnetismo e particularmente biorreatores assistidos por campos eletromagnéticos constituírem uma recente e promissora área de pesquisa na biotecnologia onde é possível estudar alternativas que resultem no aumento do rendimento e/ou da produtividade do processo de fermentação. Numa primeira etapa, foram realizados experimentos em bateladas simples em meio contendo hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar previamente destoxificado e suplementado com extrato de levedura para a avaliação da influência das variáveis pHinicial, agitação e vazão de ar no fator de conversão de açúcares em etanol para cada uma das leveduras, de acordo com um planejamento fatorial completo 23 com três repetições no ponto central. As melhores condições operacionais obtidas para a levedura S. stipitis NRRL Y-7124 foram 100 rpm, 0,7 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 3 h-1 as quais exerceram uma influência positiva sobre o processo fermentativo, obtendo-se valores de YP/S de 0,16 g/g e QP de 0,10 g L-1 h-1. Para a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 as condições foram 100 rpm, 0,1 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 0,2 h-1 obtendo-se valores de YP/S de 0,44 g/g e QP de 0,25 g L-1 h-1. Segundo os resultados obtidos, observou-se que a levedura C. shehatae apresentou maiores valores de fator de rendimento e produtividade em etanol quando comparados à levedura S. stipitis. Posteriormente, foi avaliada a influência da configuração do campo eletromagnético no processo de fermentação de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar empregando a levedura C. shehatae imobilizada em polímero com propriedades magnéticas. Os resultados da influência das configurações do campo eletromagnético (axial e transveral) foram positivos observando-se aumento de 47 % na produção de etanol (configuração axial) em relação ao experimento controle (sem campo). Este estudo demonstrou que a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 apresentou-se com melhor performance fermentativa no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar quando comparada à levedura S. stipitis e que os campos eletromagnéticos são uma tecnologia promissora no processo de obtenção de bietanol. / Currently the use of biomass is of huge interest into the second generation bioethanol process. Into this field, fermentation is a key process with numerous opportunities for innovation. Electromagnetic fields bioreactors stand for a new and promising research area for the yield and/or productivity improvement of fermentation process. This study focused on the utilization of hemicellulose hydrolysate from sugarcane bagasse for ethanol production by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 and Candida shehatae UFMG HM 52.2 strains intended to be applied in the electromagnetic-based bioprocesses. A 23 full factorial Central Composite Design (CCD), including three replications at the center point was applied to evaluate the effect of initial pH, agitation and air-flow rate on sugars to ethanol conversion for both strains. The experiments were carried out using stirred tank batch fermentor with medium supplemented with yeast extract and containing hemicellulose hydrolysate previously detoxified. S. stipitis showed the best ethanol production operating conditions obtained at 100 rpm, 0.7 vvm and initial pH 6.50 with kLainicial of 3 h-1 obtaining YP/S of 0.16 g/g and QP of 0.10 g L-1 h-1. For C. shehatae, the best conditions of 100 rpm, 0.1 vvm and pHinitial of 6.50 with kLainicial of 0.2 h-1 obtained YP/S of 0.44 g/g and QP of 0.25 g L-1 h-1. The results showed that yield and ethanol productivity for C. shehatae strain was higher comparing to S. stipitis. Subsequently, the influence of electromagnetic field configuration in the fermentation process of sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate was evaluated using immobilized C. shehatae in a polymer with magnetic properties. The application of electromagnetic field configuration (axial and transversal) favored the ethanol production, observing at increase of 47 % in ethanol production (axial configuration) compared to the control experiment (no electromagnetic field). The present study demonstrated that C. shehatae yeast shows high fermentative potential for sugarcane hemicellulose hydrolyzate when compared to S. stipitis strain, and that electromagnetic fields are a promising technology tool to be used into the bioethanol process.

Atualmente é grande o interesse pelo aproveitamento da biomassa vegetal visando à obtenção de bioetanol de segunda geração. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol de segunda geração a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pelas leveduras Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 e Candida shehatae UFMG HM 52.2 visando à aplicação em bioprocessos com campo eletromagnético. Salienta-se ainda que a importância do presente trabalho se dá, não apenas pelo caráter inovador desta pesquisa, mas também pelo fato do bioeletromagnetismo e particularmente biorreatores assistidos por campos eletromagnéticos constituírem uma recente e promissora área de pesquisa na biotecnologia onde é possível estudar alternativas que resultem no aumento do rendimento e/ou da produtividade do processo de fermentação. Numa primeira etapa, foram realizados experimentos em bateladas simples em meio contendo hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar previamente destoxificado e suplementado com extrato de levedura para a avaliação da influência das variáveis pHinicial, agitação e vazão de ar no fator de conversão de açúcares em etanol para cada uma das leveduras, de acordo com um planejamento fatorial completo 23 com três repetições no ponto central. As melhores condições operacionais obtidas para a levedura S. stipitis NRRL Y-7124 foram 100 rpm, 0,7 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 3 h-1 as quais exerceram uma influência positiva sobre o processo fermentativo, obtendo-se valores de YP/S de 0,16 g/g e QP de 0,10 g L-1 h-1. Para a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 as condições foram 100 rpm, 0,1 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 0,2 h-1 obtendo-se valores de YP/S de 0,44 g/g e QP de 0,25 g L-1 h-1. Segundo os resultados obtidos, observou-se que a levedura C. shehatae apresentou maiores valores de fator de rendimento e produtividade em etanol quando comparados à levedura S. stipitis. Posteriormente, foi avaliada a influência da configuração do campo eletromagnético no processo de fermentação de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar empregando a levedura C. shehatae imobilizada em polímero com propriedades magnéticas. Os resultados da influência das configurações do campo eletromagnético (axial e transveral) foram positivos observando-se aumento de 47 % na produção de etanol (configuração axial) em relação ao experimento controle (sem campo). Este estudo demonstrou que a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 apresentou-se com melhor performance fermentativa no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar quando comparada à levedura S. stipitis e que os campos eletromagnéticos são uma tecnologia promissora no processo de obtenção de bietanol. / Currently the use of biomass is of huge interest into the second generation bioethanol process. Into this field, fermentation is a key process with numerous opportunities for innovation. Electromagnetic fields bioreactors stand for a new and promising research area for the yield and/or productivity improvement of fermentation process. This study focused on the utilization of hemicellulose hydrolysate from sugarcane bagasse for ethanol production by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 and Candida shehatae UFMG HM 52.2 strains intended to be applied in the electromagnetic-based bioprocesses. A 23 full factorial Central Composite Design (CCD), including three replications at the center point was applied to evaluate the effect of initial pH, agitation and air-flow rate on sugars to ethanol conversion for both strains. The experiments were carried out using stirred tank batch fermentor with medium supplemented with yeast extract and containing hemicellulose hydrolysate previously detoxified. S. stipitis showed the best ethanol production operating conditions obtained at 100 rpm, 0.7 vvm and initial pH 6.50 with kLainicial of 3 h-1 obtaining YP/S of 0.16 g/g and QP of 0.10 g L-1 h-1. For C. shehatae, the best conditions of 100 rpm, 0.1 vvm and pHinitial of 6.50 with kLainicial of 0.2 h-1 obtained YP/S of 0.44 g/g and QP of 0.25 g L-1 h-1. The results showed that yield and ethanol productivity for C. shehatae strain was higher comparing to S. stipitis. Subsequently, the influence of electromagnetic field configuration in the fermentation process of sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate was evaluated using immobilized C. shehatae in a polymer with magnetic properties. The application of electromagnetic field configuration (axial and transversal) favored the ethanol production, observing at increase of 47 % in ethanol production (axial configuration) compared to the control experiment (no electromagnetic field). The present study demonstrated that C. shehatae yeast shows high fermentative potential for sugarcane hemicellulose hydrolyzate when compared to S. stipitis strain, and that electromagnetic fields are a promising technology tool to be used into the bioethanol process.