Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-09Bitstream added on 2014-06-13T20:35:51Z : No. of bitstreams: 1 moretti_mms_me_rcla.pdf: 1537204 bytes, checksum: ee5403abcf2b166e590ebe82f51303d0 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Dos 27 microrganismos recém isolados, A. fumigatus M.7.1 e Myceliophthora sp M.7.7 foram os melhores produtores de FPase (0,8 e 2,0 U/g de substrato) e xilanase (1040 e 1292 U/g de substrato), quando cultivados por fermentação em estado sólido (FES) em mistura de bagaço de cana e farelo de trigo (1:1). As produções máximas de xilanase (7237,9 U/g de substrato) e endoglucanase (46,2 U/g de substrato) por A. fumigatus M.7.1 foram observadas pelo cultivo do fungo em palha de milho e farelo de trigo (9:1 p/p) e bagaço de cana e farelo de trigo (9:1 p/p), respectivamente. Em relação ao isolado Myceliophthora sp M.7.7, os picos de produção de ambas as enzimas (xilanase: 1044,6 U/g de substrato; endoglucanase 53,7 U/g de substrato) foram obtidos quando este foi cultivado em mistura de bagaço de cana e farelo de trigo (9:1 p/p). A endoglucanase e xilanase produzida por A. fumigatus M.7.1 apresentaram atividade ótima em pH 4,5, a 70 e 60 ºC, respectivamente. Nos ensaios com a linhagem Myceliophthora sp M.7.7, ambas as enzimas apresentaram maior atividade em pH 5,0 a 65-70 ºC. Ambas as enzimas de Myceliophthora sp M.7.7 e a endoglucanase de A. fumigatus M.7.1 mantiveram aproximadamente 70-100% da atividade inicial na faixa de pH entre 3,5 a 9,0 e nas temperaturas de 35 a 65 ºC. A xilanase de A. fumigatus M.7.1 manteve-se estável em pH entre 5,5 e 10,5 e 40 e 50 ºC, respectivamente. Dos tratamentos ao qual o bagaço foi submetido, o que mostrou maior eficiência na liberação de açúcares redutores (0,09%) e compostos fenólicos (0,74%), foi a solução de glicerol em microondas por 5 min. O bagaço de cana pré tratado com glicerol foi incubado com o preparado enzimático de A. fumigatus M.7.1 a 55 ºC. Após 24 h de incubação, foram liberados 0,7 mg/mL de açúcar redutor. As mesmas condições foram utilizadas na sacarificação do bagaço utilizando o extrato enzimático... / The microorganisms A. fumigatus M.7.1 and Myceliophthora SP M.7.7 were the best producers of FPase (0,8 and 2,0 U/g of substrate) and xylanase (1040 and 1292 U/g of substrate) of the 27 isolated microorganisms, when cultivated by solid state fermentation (SSF) in a mixture of cane bagasse and wheat bran (1:1). The greatest production of xylanase (7237,9 U/g of substrate) and endoglucanase (46,2 U/g of substrate) by A. fumigatus M.7.1 were noted by the fungi cultivation in corn straw and wheat bran (9:1 p/p) and cane bagasse and wheat bran (9:1 p/p), respectively. In the isolated Myceliophthora sp M.7.7, the peak production of the both enzymes (xylanase: 1044,6 U/g of substrate; endoglucanase 53,7 U/g of substrate) were obtained when the microorganism were cultivated in a mixture of cane bagasse and wheat bran (9:1 p/p). The endoglucanase and the xylanase produced by A. fumigatus M.7.1 showed higher activity in pH 4,5, at 70 and 60 oC, respectively. In the essays with the Myceliophthora sp M.7.7 strains, the both enzymes showed higher activity in pH 5,0, at 65-70 oC. The both enzymes of Myceliophthora sp M.7.7 and the endoglucanase of A. fumigatus M.7.1 maintained approximately 70-100% of the initial activity between pH 3,5 and 9,0 and between 35 and 65 oC. The xylanase of A. fumigatus M.7.1 was stable between the pH 5,5 and 10,5 and the temperature 40 and 50 oC. About the treatments of the bagasse, the most efficient in the liberation of reducing sugars (0,09%) and phenolic compounds (0,74%) was the glycerol solution in microwave for 5 minutes. The cane bagasse pretreated with glycerol was incubated with the enzymatic solution of A. fumigatus M.7.1 at 55 oC. After 24 hours of incubation, 0,7mg/mL of reducing sugar was liberated. The same conditions were used in the saccharification of the bagasse using the enzymatic extract produced by Myceliophthora sp. M.7.7, with a reducing sugar... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-01Bitstream added on 2014-06-13T19:09:12Z : No. of bitstreams: 1 pinto_top_me_sjrp.pdf: 1417990 bytes, checksum: 1ff62a60751622fd662850c2a8565eba (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O aproveitamento de resíduos agrícolas e agro-industriais como fonte de energia pode se tornar uma alternativa viável. O alvo principal para esta empreitada, pela sua disponibilidade e proximidade das indústrias fermentativas é o bagaço de cana, que ainda retém 2/3 da energia presente na cana, é largamente disponível no Brasil e hoje é parcialmente rejeitado ou subaproveitado. Uma forma de aproveitamento que tem se mostrado bastante promissora refere-se ao uso dessa biomassa na produção do bioetanol. No presente trabalho, avaliou-se o perfil de produção enzimática dos fungos Thermoascus aurantiacus CBMAI 756, Thermomyces lanuginosus, Penicillium viridicatum RFC3 e Trichoderma reesei QM9414, através de fermentação em estado sólido em meio com bagaço de cana e farelo de trigo. Aplicou-se esses extratos enzimáticos na hidrólise de bagaço de cana submetido a diferentes pré-tratamentos térmicos: água quente, explosão a vapor, e água quente em combinação com HCl, H2SO4, H3PO4, H2O2 ou NaOH. Determinou-se os principais inibidores (furfural e 5-hidroximetilfurfural) e açúcares redutores (glicose, xilose, arabinose, galactose, xilobiose e celobiose) gerados no processo. O fungo T. aurantiacus foi o melhor produtor de enzimas celulolíticas (536,3 U/g de CMCase) e hemicelulolíticas (3419,2 U/g de xilanase), apresentando juntamente com o extrato enzimático de T. reesei os melhores rendimentos na sacarificação do bagaço. Os extratos enzimáticos foram mais eficientes na hidrólise do bagaço pré-tratado com NaOH e explosão a vapor com rendimentos de 3,87 e 1,21 mg/mL de açúcares redutores, respectivamente. A mistura dos extratos enzimáticos de T. aurantiacus e T. reesei aumentou em 31,4% a eficiência da hidrolise com o bagaço pré-tratado com explosão a vapor. A concentração dos extratos por precipitação por etanol foi eficiente para a maioria... / The utilization of agricultural and agro-industrial residues as energy source can become a viable alternative. The main target for this venture, for its availability and proximity to fermentation industries is the sugarcane bagasse, which still retains two thirds of the energy present in the cane, is widely available in Brazil and today is partly rejected or underused. One form of exploitation that has shown promising refers to the use of biomass in the production of bioethanol. In this study, we evaluated the profile of enzymatic production of fungi Thermoascus aurantiacus CBMAI 756, Thermomyces lanuginosus, Penicillium viridicatum RFC3 and Trichoderma reesei QM9414 through solid state fermentation in a medium with sugar cane bagasse and wheat bran. These enzymatic extracts were applied on the hydrolysis of sugarcane bagasse under different thermic pre-treatments: hot water, steam explosion, and hot water in combination with HCl, H2SO4, H3PO4, NaOH or H2O2. The main inhibitors (furfural and 5-hydroxymethylfurfural) and reducing sugars (glucose, xylose, arabinose, galactose, xilobiose and cellobiose) generated in the process were determined. The fungus T. aurantiacus was the best producer of cellulolytic (536.3 U/g CMCase) and hemicellulolytic enzymes (3419.2 U/g xylanase), exhibiting along the enzymatic extract from T. reesei the best yields in the saccharification of bagasse. The enzymatic extracts were more efficient in the hydrolysis of bagasse pretreated with NaOH and steam explosion with a yield of 3.87 and 1.21 mg/mL of reducing sugars, respectively. The mixture of enzyme extract of T. aurantiacus and T. reesei increased 31.4% the efficiency of hydrolysis with bagasse pre-treated with steam explosion. The concentration of the extracts by precipitation with ethanol was effective for most enzymatic activities and resulted in an increase of approximately 50% of hydrolysis... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:02:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5744.pdf: 5142793 bytes, checksum: 72f54c78f587dd8a944d3e9cfc2aaee2 (MD5) Previous issue date: 2013-09-20 / Financiadora de Estudos e Projetos / The main challenge on the conversion of lignocellulosic biomass into liquid fuels is the economic viability of this process. Thus, the commercialization of lignocellulosic ethanol is hindered mainly by the high costs of the enzyme preparations currently available cellulases - enzymes used in the saccharification step. Some strategies that can be adopted to reduce the enzymes costs include selecting microorganisms, use of cheaper raw materials and more efficient fermentation strategies such as the solid state fermentation (SSF) and efficient techniques for saccharification and fermentation. The aim this work was evaluate the use of the whole fermentation medium containing lignocellulosic biomass, fungal mycelium and enzymes in the hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion for cellulosic ethanol production. In this context, a selection of filamentous fungi highly producing cellulases and hemicellulases, optimization operating conditions, such as humidity and temperature, were carried out for in house enzyme production using an instrumented bioreactor. Then, the efficiency of the whole fermentation medium and enzyme extract in enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass for cellulosic ethanol production was evaluated. Among the 40 fungal strains evaluated, two strains of A. oryzae (P6B2 and P27C3A) stood out. In addition, one strain of A. niger 3T5B8 and another of T. reesei RUT C30 were also evaluated in this study. The influence of the substrate initial moisture content and temperature on efficiency of cellulase and xylanase production by strains of A. oryzae, A. niger and T. reesei grown in SSF under conditions of forced aeration and static were evaluated. The initial moisture content of the substrate did not affect the production of cellulases and xylanases by strain of A. oryzae P27C3A, however higher moisture was better for enzyme production by strains of A. oryzae P6B2 and A. niger and lower moisture were better for the production of cellulases and xylanases by T. reesei in both cultive systems. Temperature 28°C was best for xylanase production by all the fungal strains, while higher temperatures was better cellulases production in both culture systems. The use of whole fermented medium of A. niger or T. reesei obtained in the bioreactor were better in the hydrolysis sugarcane bagasse pretreated by steam explosion (BPSE) than the enzymatic extract with a final conversion of 41.3 and 24.9% of theoretical, respectively. The combination of whole fermentation medium of strains of A. oryzae (P6B2 or P27C3A) obtained in flasks and ½ commercial enzyme hydrolysis also were efficient on BPSE hydrolysis (26.1 and 42.4% of theoretical, respectively). Nevertheless, the combination of whole fermented medium of A. oryzae P6B2 and enzymatic extract of A. niger obtained in flasks promoted a conversion of 65% and an ethanol yield of 84% of the theoretical value. As overall conclusion it was found that the use of whole fermented medium produced by fungi cultivated under solid state fermentation (SSF) in the BPSE hydrolysis resulted in similar or higher yields compared to the hydrolysis using the enzyme extract, giving clear indication that the extraction/filtration step of the enzyme can be eliminated. The use of the enzyme complex of A. oryzae P6B2 in combination with the enzymes of A. niger resulted in a BPSE hydrolysis more efficient when compared with other combinations, showing the importance of selecting microorganisms for high enzymes production. Moreover, the use of a single reactor system for performing enzyme production steps by SSF, saccharification and alcoholic fermentation may be performed, avoiding the need for steps separation. / A discussão dominante sobre a transformação da biomassa lignocelulósica a combustível líquido é a sua viabilidade econômica. Assim, a comercialização do etanol a partir de biomassa lignocelulósica é dificultada principalmente pelos custos proibitivos das preparações de celulases enzimas usadas na sacarificação. Algumas estratégias que podem ser adotadas para a redução do custo das enzimas utilizadas na degradação da biomassa incluem a seleção de micro-organismos altamente produtores de celulases e hemicelulases, utilização de matéria-prima mais barata e estratégias de fermentação a um custo efetivo - como a fermentação em estado sólido (FES) e técnicas mais eficientes de sacarificação e fermentação alcoólica. O objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização do meio fermentado integral (MFI), contendo biomassa lignocelulósica, micélio fúngico e enzimas na hidrólise do bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor para produção de etanol celulósico. Neste contexto, realizou-se a seleção de fungos filamentosos isolados do solo de madeira em decomposição da Região Amazônica produtores de celulases e hemicelulases, otimizou-se as condições operacionais, como umidade e temperatura para a produção de enzimas in house utilizando biorreator de coluna instrumentado e por fim, avaliou-se a eficiência do MFI e (EE) na hidrólise enzimática da biomassa lignocelulósica para produção de etanol celulósico. Entre os 40 fungos caracterizados quanto à produção de enzimas envolvidas na degradação da lignocelulose, duas linhagens de A. oryzae (P6B2 e P27C3A) se destacaram em relação às demais. Além das linhagens de A. oryzae outras duas linhagens de fungos, uma de A. niger 3T5B8 e outra de T. reesei RUT C30 foram avaliadas neste trabalho, a fim de verificar a eficiência das linhagens isoladas do solo da Floresta Amazônica. A umidade inicial do substrato não influenciou na produção de celulases e xilanases pela linhagem de A. oryzae P27C3A, no entanto umidades elevadas foram melhores para a produção de enzimas pelas linhagens de A. oryzae P6B2 e A. niger e umidades baixas foram melhores para a produção de celulases e xilanases por T. reesei em ambos os sistemas de cultivo, forçado e estático. Com relação à temperatura de fermentação, 28ºC foi melhor para a produção de xilanases por todas as linhagens fúngicas e temperaturas mais elevadas favoreceram a produção de celulases pelos fungos. A utilização do MFI de A. niger ou T. reesei obtido em biorreator de coluna instrumentado foram melhores na hidrólise do bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor (BEX) do que o EE, com uma conversão final de 41,3 e 24,9% do valor teórico, respectivamente. A combinação de MFI das linhagens de A. oryzae (P6B2 ou P27C3A) obtida em Erlenmeyer e ½ de enzima comercial também favoreceram a hidrólise do BEX (26,1 e 42,4% do valor teórico, respectivamente). No entanto, a combinação de MFI de A. oryzae P6B2 e EE de A. niger obtido em Erlenmeyer promoveram uma conversão final de 65% e um rendimento de etanol de 84% do valor teórico. Vale salientar que foi utilizado na fermentação alcoólica o meio hidrolisado na íntegra, contendo açúcares, enzimas, biomassa lignocelulósica e micélio fúngico. Como conclusões gerais, constatou-se que a utilização de MFI produzido pelos fungos por FES na hidrólise do BEX resultou em rendimentos semelhantes ou mais elevados quando comparado com a hidrólise do BEX utilizando EE, dando a clara indicação de que o passo de extração/filtração das enzimas pode ser eliminado; a utilização do complexo enzimático de A. oryzae P6B2 em combinação com o complexo enzimático de A. niger resultou em uma hidrólise mais eficiente do BEX quando comparado com outras combinações, mostrando a importância da seleção de micro-organismos produtores de enzimas envolvidas na degradação da lignocelulose, para que a produção de etanol celulósico possa se tornar economicamente viável; e por fim, a utilização de um único sistema de reator para a realização das etapas de produção de enzimas por FES, sacarificação e fermentação alcoólica pode ser realizada, evitando-se a necessidade de etapas de filtração.

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-09-14T18:52:44Z No. of bitstreams: 1 TeseLJC.pdf: 3758058 bytes, checksum: 4551fb3e08abee5796d1f863288fd5ae (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T14:23:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseLJC.pdf: 3758058 bytes, checksum: 4551fb3e08abee5796d1f863288fd5ae (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T14:23:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseLJC.pdf: 3758058 bytes, checksum: 4551fb3e08abee5796d1f863288fd5ae (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T14:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLJC.pdf: 3758058 bytes, checksum: 4551fb3e08abee5796d1f863288fd5ae (MD5) Previous issue date: 2016-02-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In this work it was evaluated, firstly, the performance of four impellers configurations in the enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. The configurations evaluated were: (1): Rushton turbine - Rushton turbine; (2): Elephant ear down-pumping and Rushton turbine; (3): Rushton turbine and Elephant ear up-pumping; (4): Elephant ear downpumping and Elephant ear up-pumping. The choice of the best impeller configuration was based in mixing efficiency, characterized by the mixing time. The configurations were also evaluated considering the conversion of cellulose to glucose, power consumption as well as the rheological behavior during hydrolysis. The hydrolysis experiments were carried out in batch stirred tank reactor (3 L) using 10% w/v of solids (pH 4.8; 50°C; 470 rpm), 10 FPU· g-1 biomassa for 96 h. The configuration (4) showed the lowest mixing time and energy efficiency values (ratio of conversion of cellulose to glucose and total energy consumption) of 78.9%·MJ-1. Further, to get a high concentration of glucose associated with low power consumption, it was investigated two operating modes: batch and fed-batch. The strategies evaluated were: E1 [20%]; E2 [10(E)+5+5%]; E3 [5(E)+5+5+5%]; E4 [5(E)+5+5+5%], and E5 5(E)+5(E)+5(E)+5(E)%]. The best energy efficiency was obtained for the E5 strategy in which substrate and enzyme were added simultaneously (0.35 kgglicose·kWh-1). This value was 52% higher than that obtained in the single batch operation (E1). In continuation of the work were carried out enzymatic hydrolysis of exploded and hydrothermal bagasse and cane straw submitted to hydrothermal pretreatment. The experiments were carried out under the conditions: solids loading of 10 (w/v), pH 4.8; 50 ° C; 470 rpm and 10 FPU·g-1 biomass for 96 h. The efficiency obtained in the enzymatic hydrolysis of steam explosion sugarcane bagasse proved to be 41 and 46% higher than the hydrolysis of hydrothermally pretreated sugarcane straw and bagasse, respectively. Finally, a scale-up protocol with a scale factor equal to 1000 was proposed. It was analyzed the maintenance of two parameters on larger scale: the constancy of the mixing time (tm) and the constancy of the power consumption per unit volume (P/V). In turn, maintenance P/V parameter constant, the mixing time and the new scale power consumption (3000L) were approximately 4 and 1000 times higher, respectively, than those values obtained in the smaller scale (3L). / Neste trabalho avaliou-se, primeiramente, o desempenho de quatro configurações de impelidores na hidrólise enzimática do bagaço explodido de cana-de-açúcar. As configurações avaliadas foram: (1): turbina Rushton – turbina Rushton; (2): Elephant ear down-pumping e turbina Rushton; (3): turbina Rushton e Elephant ear up-pumping; (4): Elephant ear down-pumping e Elephant ear up-pumping. A escolha da melhor configuração de impelidores foi baseada na eficiência de mistura, caracterizada pelo tempo de mistura. As configurações também foram avaliadas considerando a conversão de celulose em glicose, o consumo de potência, bem como o comportamento reológico durante a hidrólise. Os experimentos de hidrólise em batelada foram realizados em reator tipo tanque agitado (3 L) utilizando 10% m/v de sólidos (pH 4,8; 50°C; 470 rpm), 10 FPU·g-1 biomassa por 96 h. A configuração (4) apresentou os menores valores de tempo de mistura e uma eficiência energética de 78,9 %·MJ-1. Com o intuito de obter-se alta concentração de glicose associada a um baixo consumo de potência, investigou-se dois modos de operação: batelada e batelada alimentada. As estratégias avaliadas foram: E1 [20%]; E2 [10(E)+5+5%]; E3 [5(E)+5+5+5%]; E4 [5(E)+5+5+5%] e E5 [5(E)+5(E)+5(E)+5(E)%]. Os melhores resultados foi obtido na estratégia E5, obtendo uma eficiência energética de 0,35 kgglicose∙kWh-1. Este valor foi 52% maior do que o obtido na operação em batelada simples (E1). Na continuação do trabalho, foi realizada a hidrólise enzimática do bagaço explodido e hidrotérmico e a palha de cana submetida ao pré-tratamento hidrotérmico. Os experimentos foram realizados em um reator de 3 L nas seguintes condições: carga de sólidos de 10% m/v (pH 4,8; 50°C, 470rpm ) e 10 FPU·g-1 biomassa por 96 h. A eficiência energética obtida na hidrólise do bagaço explodido mostrou-se 41 e 46 % superior aos pré-tratados de bagaço e palha hidrotermicamente, respectivamente. Finalmente, foi proposto um protocolo de aumento de escala com um fator de escala igual a 1000. Analisou a manutenção de dois parâmetros na escala maior: tempo de mistura (tm) e do consumo de potência por unidade de volume (P/V). Com a manutenção do parâmetro P/V constante, o tempo de mistura e consumo de potência da nova escala (3000L) foram aproximadamente 4 e 1000 vezes maiores, respectivamente, do que o obtido na escala menor escala (3L). / FAPESP: 2011/23807-1

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-09-26T14:51:02Z No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T18:48:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T18:48:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T18:48:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMAF.pdf: 3997675 bytes, checksum: 3238bd54da33e9d0c201deb533005fa2 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Xylooligosaccharides (XOS) are short-chain polymers of xylose (2 to 7 units) which can be produced by enzymatic hydrolysis of the xylan from the lignocellulosic feedstocks. XOS have a great potential as probiotic ingredients, and when they are incorporated in diets, they can provide many health benefits. The worldwide interest in the use of lignocellulosic residues is constantly growing, and in this scenario the soybean hull arises as a potential residue of the Brazilian agroindustry. The bioconversion of these residues to value-added products requires suitable pretreatments to deconstruct/disorganize the recalcitrant lignocellulosic complex, separating its main fractions: cellulose, hemicellulose, and lignin. In this context, this work did evaluate different biomass pretreatments aiming to produce XOS by the action of a Bacillus subtilis endoxylanase. Initially, the conditions for maximum catalytic activity of this enzyme were evaluated changing pH, buffer, and temperature. Among these parameters, 50 mM citrate buffer, pH 5.5, and 45 oC were the one that gave highest activity. The in nature soybean hull (previously chemically characterized) was hydrolyzed with soluble endoxylanase with different enzyme loads (40, 80, and 100 U/g biomass) under preestablished pH and temperature, producing around 55 mg RS/g dry biomass. This result, though little expressive, showed the viability of XOS production from soybean hull. However, this approach requires a suitable pretreatment of the lignocellulosic biomass to improve the endoxylanase accessibility to the C-5 fraction. Several pretreatments were performed in the soybean hulls, such as, enzymatic deproteinization, hydrogen peroxide/acetic acid pretreatment, and organosolv-ethanol pretreatment. For some pretreatments, reagent concentration and reaction time were evaluated, as well as, sequential pretreatment. Besides, enzymatic hydrolysis of the in nature soybean hull under microwave irradiation was also evaluated. The deproteinization of the soybean hull was not very efficient to the enzymatic hydrolysis of the remnant solid (production of 30 mg RS/dry biomass). However, this pretreatment allows the protein recovery as a high nutritional value hydrolysate. The pretreatment of the deproteinized soybean hulls with hydrogen peroxide solution (5 M, 1 h) removed 56% lignin without cellulose losses. However, this pretreatment did not contribute to an efficient action of the endoxylanase to the hemicellulose fraction (production of around 30 mg RS/g dry biomass). The organosolv-(50% v/v)ethanol pretreatment of the deproteinized soybean hulls promoted the removal of around 50% lignin, with low solubilization of hemicellulose (<17%), producing a poor substrate for the endoxylanase. The organosolv pretreatments with 50 and 70% (v/v) ethanol of the in nature soybean hull were able to solubilize around 30% hemicellulose, allowing the production of around 76 and 49 mg RS/g dry biomass, respectively, after hydrolysis with endoxylanase. Finally, the microwave action on the lignocellulosic biomass probably decreased the biomass recalcitrance, because the hydrolysis of the in nature soybean hulls catalyzed by the endoxylanase (100 IU / g of biomass) yielded approximately 100 mg of RS/g dry biomass. On the other hand, the hydrolysis performed in a reactor under conventional heating produced only 52 mg RS/g dry biomass. The results of this work did show that the combination of microwave irradiation and enzymatic hydrolysis might be a promising alternative to produce XOS. Keywords: soybean hulls; xylo-oligosaccharides; pretreatments / Xilo-oligossacarídeos (XOS) são polímeros de xilose de cadeia curta (2 a 7 unidades) que podem ser obtidos por hidrólise enzimática da xilana presente na fração de hemicelulose dos materiais lignocelulósicos. XOS possuem um grande potencial como ingredientes prebióticos, e quando incorporados na dieta, podem fornecer muitos benefícios à saúde. O interesse mundial no aproveitamento de resíduos lignocelulósicos é cada vez maior, e no cenário nacional a casca de soja se destaca como um potencial resíduo da agroindústria brasileira. Para viabilizar a bioconversão desses resíduos em produtos de interesse comercial (etanol 2G e XOS, por exemplo) são necessários pré-tratamentos, que atuam desconstituindo/desorganizando a estrutura altamente recalcitrante do complexo lignocelulósico e separando as frações principais da biomassa: celulose, hemicelulose e lignina. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar diferentes pré-tratamentos da biomassa para produzir sequencialmente XOS por ação de uma endoxilanase de Bacillus subtilis. Inicialmente as condições de máxima atividade catalítica dessa enzima foram avaliadas variando pH, tampão e temperatura. Dentre as variáveis estudadas, as que contribuíram para uma melhor atividade da endoxilanase foram tampão citrato de sódio (50mM) pH 5,5 e 45 °C. A casca de soja in natura (previamente caracterizada quimicamente) foi hidrolisada com endoxilanase solúvel com diferentes cargas enzimáticas (40, 80 e 100 U/g casca) nas condições de pH e temperatura pré-estabelecidas, produzindo em média 55 mg de AR/g biomassa seca. Esse resultado, embora pouco expressivo, demonstrou a viabilidade da produção de XOS a partir de casca de soja, requerendo, entretanto, um pré-tratamento adequado para melhorar a acessibilidade da endoxilanase à fração C-5 da biomassa. Os pré-tratamentos avaliados foram a desproteinização enzimática da casca, prétratamento com peróxido de hidrogênio e ácido acético e pré-tratamento organossolve-etanol, variando nestes, as concentrações de solventes, tempo de reação e pré-tratamentos sequenciais. Adicionalmente, realizou-se a hidrólise enzimática da casca de soja in natura em reator micro-ondas. A desproteinização da casca de soja mostrou-se ineficiente para a hidrólise da fração sólida remanescente com endoxilanase (produção de 30 mg de AR/g biomassa seca), embora esse pré-tratamento permita a recuperação de proteínas como um hidrolisado de alto valor nutricional. O pré-tratamento com peróxido de hidrogênio (5 M, 1 h) para casca de soja desproteinizada removeu 56% de lignina sem perdas de celulose, entretanto, este pré-tratamento não contribuiu para uma eficiente atuação da endoxilanase sobre a fração hemicelulósica (produção de aproximadamente 30 mg de AR/g biomassa seca). O pré-tratamento organossolve-etanol 50% (v/v) da casca de soja desproteinizada removeu em torno de 50% de lignina com baixa solubilização de hemicelulose (< 17%), gerando, portanto, um líquido com baixa concentração de substrato para a ação da endoxilanase. Os pré-tratamentos organossolve-etanol 50 e 70% (v/v) da casca de soja in natura foram capazes de solubilizar em torno de 30% da hemicelulose, sendo possível a produção de 76 e 49 mg de AR/g de biomassa seca, respectivamente, após hidrólise com endoxilanase. Por fim, a ação das microondas sobre a biomassa lignocelulósica provavelmente reduziu a recalcitrância da biomassa, pois a hidrólise da casca in natura com endoxilanase (100 U/g de casca) produziu aproximadamente 100 mg de AR/g de biomassa seca, ao contrário da hidrólise conduzida em reator com aquecimento convencional que produziu em torno de 52 mg de AR/g de biomassa seca. Os resultados deste trabalho indicam que a combinação de irradiação micro-ondas e hidrólise enzimática pode ser uma alternativa promissora para a produção de XOS.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-26T10:38:48Z No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T11:17:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T11:18:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T11:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) Previous issue date: 2016-04-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The complex cell wall structure of lignocellulosic biomass makes pretreatment one of the most relevant 2G ethanol production process steps due to the difficulty of hydrolyzing lignocellulose to fermentable sugars and the cost of the process as a whole. The optimization of enzymatic hydrolysis conditions is crucial for reaching high yields that make the process feasible. In this way, the aim of this work is to assess the stages of pretreatment and enzymatic hydrolysis of the cellulosic fraction of straw sugarcane. All samples were chemically characterized before and after the pretreatment step. Hydrothermally pretreatment was evaluated in four conditions: 170ºC / 5 min, 170ºC / 15 min, 220°C / 5 min, 220°C / 5 min, and 195ºC / 10 min. Higher hemicellulose removal (85.58%) was found at 195ºC / 10 min. This operational condition was set as a reference. Hydrolysis experiments were carried out in Erlenmeyer flasks at 50ºC, 250 rpm and pH 4.8, with a reaction volume of 50 mL. Two sets of experiments were performed. In the first, the effect of substrate concentration was evaluated varying solid load (5; 10; 15; 20% msolid/vsolution) with enzyme load constant in 13 FPU.gbiomass. At 72h of enzymatic reaction, cellulose conversions were: 72% (5% of solids), 84% (10% of solids), 72% (15% of solids), and 59% (20% solids). In the second set, the enzyme (Cellic®CTec2) load effect (3; 7; 10; 13; 16; 40 FPU/gbiomass) with solid load settled at 15% (msolid/vsolution), was assessed. For assays with 15% of solid load, cellulose conversions were: 48% (3 FPU/gbiomass), 58% (7 FPU/gbiomass), 66% (10 FPU/gbiomass), 72% (13 FPU/gbiomass), 71% (16 FPU/gbiomass), and 74% (40 FPU/gbiomass). A trade-off between solid load and enzyme dosage was found (15% m/v and 13 FPU/gbiomass) which results in 72,4% of cellulose to glucose conversion. After that it was studied the products inhibition effect on hydrolysis was assessed. glucose and cellobiose (10 and 30g.L-1) caused a higher inhibitory effect. Xylose did not show the significant inhibitory effect on β-glucosidase. However, glucose and cellobiose had significant inhibitory effects on endoglucanase and exoglucanase as well as on β-glucosidase. Hydrolysis experiments were conducted in the batch reactor (3 L) with 10% solids to compare the performance with the hydrolysis conducted in Erlenmeyer flasks. At 72h hydrolysis cellulose to glucose, conversion was obtained in 84.8% (Erlenmeyer flask) and 80.2% (in the reactor); hydrolysis profiles obtained were similar in both conditions evaluated. In face of this, it was opted by conduct experiments in bioreactor (50 mL) using solid loads of 15 and 20% showed the best cellulose to glucose conversions when compared to those carried out in shake flasks in the same conditions. / A complexa estrutura da parede celular da biomassa lignocelulósica torna o pré-tratamento uma das etapas operacionais do processo de produção do etanol 2G mais relevantes, devido tanto à dificuldade de se hidrolisar lignocelulose a açúcares fermentescíveis quanto ao custo do processo como um todo. A otimização das condições de pré-tratamento hidrotérmico e hidrólise enzimática é crucial, para atingir altos rendimentos que tornem o processo de produção de etanol 2G viável. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar as etapas de pré-tratamento hidrotérmico e hidrólise enzimática da fração celulósica da palha de cana-de-açúcar. Todas as amostras foram caracterizadas quimicamente antes e após o pré-tratamento. Neste estudo foram avaliadas quatro condições de pré-tratamento: 170oC/5 min., 170oC/15 min., 220ºC/5 min, 220ºC/15 min e 195oC/10 min. A amostra proveniente do tratamento a 195oC/10 min. foi a que obteve maior remoção de hemicelulose, 85,58%, sendo essa condição de tratamento empregada como referência. Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados em frascos de Erlenmeyer a 50oC, 250 rpm e pH 4,8 (volume reacional de 50 mL). Foram avaliados o efeito da carga de sólidos (5, 10, 15 e 20% m/v) mantendo a carga enzimática em 13 FPU/gbiomassa. Em 72h de hidrólise as conversões de celulose obtidas foram: 72% (5% de sólidos), 84% (10% de sólidos), 72 % (15% de sólidos) e 59% (20% de sólidos). Em seguida foram avaliados o efeito da carga de enzima (3, 7, 10, 13, 16, e 40 FPU/gbiomasssa) mantendo a carga de sólidos em 15%. Nos experimentos realizados com 15% de sólidos as conversões obtidas foram: 48% (3 FPU/gbiomasssa), 58% (7 FPU/gbiomasssa), 66% (10 FPU/gbiomasssa), 72% (13 FPU/gbiomasssa), 71% (16 FPU/gbiomasssa) e 74% (40 FPU/gbiomasssa). Considerou-se como melhor resultado o ensaio com 15% de sólidos e 13 FPU/gcelulose, que resultou em 72,4% de conversão de celulose em glicose. Em seguida foi estudado o efeito de inibição dos produtos durante a hidrólise obtendo-se um maior efeito inibidor para a glicose e celobiose (10 e 30g.L-1). A xilose não apresentou efeito inibidor significativo sobre a -glicosidase, porém a glicose e a celobiose apresentaram efeitos inibitórios significativos tanto nas endoglucanase e exoglucanase quanto na -glicosidase. Foram realizados experimentos de hidrólises em reator de bancada (3 L) com 10% de sólidos para comparar o desempenho com as hidrólises realizadas em frascos de Erlenmeyer. Em 72h de hidrólise as conversões de celulose a glicose obtidas foram de 84,8% (em frasco de Erlenmeyer) e de 80,2% (em reator), os perfis de hidrólises obtidos foram similares em ambas às condições avaliadas. Diante do que foi colocado, optou-se pela realização de experimentos em reator (50 mL) nas cargas de sólidos de (15 e 20%) que então apresentaram melhores conversões de celulose a glicose quando comparados com os resultados de experimentos realizados em frascos de Erlenmeyer nas mesmas cargas de sólidos.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-07T10:26:14Z No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T12:04:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T12:08:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T12:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCF.pdf: 2944475 bytes, checksum: 0b8b7d83e1195e91eb572351858f7b93 (MD5) Previous issue date: 2016-04-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Currently, one of the major challenges for second generation ethanol is to reduce the cost of cellulolytic enzymes. Thus, the development of bioprocesses for the enzyme production on-site and strategies to increase the final yield of the enzymatic hydrolysis are required to ensure that biomass conversion to be economically feasible. Therefore, the objective of this work was to study the production and characterization of enzyme cocktails involved in the degradation of plant biomass by filamentous fungi Trichoderma reesei and Aspergillus niger grown in sequential fermentation and evaluate the application of these cocktails in the saccharification process of sugarcane bagasse. Firstly, evaluation and validation of sequential fermentation cultivation methodology to different strains of Trichoderma. Cultivation were made using sugarcane bagasse "in natura" and pretreated by steam explosion, as a carbon source. The result more significantly was observed for T. reesei Rut C30, the endoglucanase production was 4.2-fold higher than the values obtained in conventional submerged fermentation. The enzyme extracts were characterized in terms of optimum pH and temperature and endoglucanase profile. The thermostability was directly influenced by the type of carbon source and type of cultivation method. Subsequently, the proteomic analysis were performed of enzyme cocktails from T. reesei Rut C30 and A. niger A12 produced by submerged and sequential fermentation in the presence of pretreated bagasse. The performance of the enzyme cocktail in saccharification of pretreated bagasse showed that the combination of enzyme cocktails from T. reesei and A. niger produced by sequential fermentation had a yield than 3-fold higher than the enzyme cocktails of submerged fermentation. In order to evaluate the action of the enzyme cocktails produced by T. reesei and A. niger in sugarcane bagasse saccharification, the last step of the work was to study the additives effects during the sugarcane bagasse hydrolysis aiming at reducing non-productive adsorption of enzymes into lignin. The saccharification results in the presence of soybean protein were 2-fold higher than the controls (no additive) to the enzyme cocktails of two fungi studied produced by solid state fermentation, indicating the potential use of soybean protein as an additive to minimize non-productive adsorption of the enzyme into lignin. Overall, this study presents an interesting final contribution in the cellulase production process and the application of the enzyme cocktail in the hydrolysis of sugarcane bagasse. / Atualmente, um dos grandes desafios para a produção de etanol de segunda geração consiste em diminuir o custo das enzimas celulolíticas. Assim, o desenvolvimento de bioprocessos para produção das enzimas on-site e estratégias para aumentar o rendimento final da hidrólise enzimática são necessários para assegurar que a conversão de biomassa seja economicamente viável. Para tanto, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção e caracterização de coquetéis enzimáticos envolvidos na degradação da biomassa vegetal pelos fungos filamentosos Trichoderma reesei e Aspegillus niger cultivados por fermentação sequencial, bem como avaliar a aplicação dos mesmos no processo de sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar. Primeiramente foi realizada a avaliação e validação da metodologia de cultivo de fermentação sequencial para diferentes linhagens de Trichoderma. Os cultivos foram feitos utilizando o bagaço de cana “in natura” e prétratado por explosão a vapor, como fonte de carbono. O melhor resultado foi observado para T. reesei Rut C30, em que a produção de endoglucanase foi 4,2 vezes maior do que os valores obtidos em cultivo convencional de fermentação submersa. Os extratos enzimáticos foram caracterizados em termos de pH e temperatura ótimos e perfil de endoglucanase. A termo-estabilidade foi diretamente influenciada pelo tipo de fonte de carbono e tipo de cultivo. Posteriormente, foram realizadas as análises proteômicas dos coquetéis enzimáticos do T. reesei Rut C30 e A. niger A12 produzidos por fermentação submersa convencional e fermentação sequencial, na presença de bagaço de cana prétratado. A performance dos coquetéis enzimáticos na sacarificação do bagaço de cana pré-tratado mostraram que a combinação dos coquetéis enzimáticos de T. reesei e A. niger produzidos por fermentação sequencial tiveram um rendimento 3 vezes maior do que os coquetéis da fermentação submersa. A fim de explorar melhor a ação dos coquetéis enzimáticos produzidos por T. reesei e A. niger na sacarificação do bagaço, na última etapa do trabalho foi estudo o efeito de aditivos durante a hidrólise do bagaco de cana visando à redução da adsorção improdutiva de enzimas na lignina. Os resultados de sacarificação na presença da proteína de soja foram 2 vezes maiores do que os controles (sem aditivo) para os coquetéis enzimáticos dos dois fungos estudados produzidos por fermentação em estado sólido, indicando o potencial do uso da proteína de soja como aditivo para minimizar a adsorção improdutiva das enzimas na lignina. De modo geral, o presente trabalho conseguiu uma contribuição final interessante no processo de produção das celulases e a aplicação do coquetel enzimático na hidrólise do bagaço de cana.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5507.pdf: 1818716 bytes, checksum: f253091b70b1a6a711750c2be095f5e5 (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Instant coffee is one of the main products generated by food industry worldwide, consisting of solubilized fraction from roasted and grounded coffee by heat treatment in two steps: thermal extraction at 125 0C, followed by thermal hydrolysis at 180 0C of not solubilized fraction in the previous step. With a high overall yield (~ 50%) due to high temperatures used in thermal hydrolysis step in order to solubilize carbohydrates present in the coffee, this step is characterized by high energy consumption and generation of unwished volatile compounds (acetaldehyde, furfural and 5 -hydroxy methyl furfural) from thermal degradation of coffee beans constituents. The goal of this study was to evaluate the feasibility of conducting hydrolysis and solubilization of polysaccharides remaining in coffee residue after thermal extraction step (low temperature) through enzymatic hydrolysis. This alternative was further compared to the industrial process conventionally employed. Enzymatic hydrolysis experiments were performed at 50 0C and pH 5.0, using roasted arabica coffee residue obtained after thermal extraction conducted at 125 0C (Steps I and II) or at 165 0C (Step III). Solubilized fraction by thermal extraction, thermal or enzymatic hydrolysis were characterized in terms of volatiles from thermal degradation (GC-MS), carbohydrate composition (HPAEC-PAD) and sensorial evaluation. In Step I of this study, 11 commercial enzyme preparations, presenting enzymatic activities of galactomannanases, cellulases, galactanases and &#946;-glucanases, among others, able to act in coffee biopolymers (arabinogalactans - AGs, galactomannans - GMs and cellulose) were tested. Three enzyme preparations (Powercell, Galactomannanase-HBI and Ultraflo® XL) were selected due to their high activity in standard substrates (463 FPU / g, 18,554 IU / g and 1.028 IU / mL, respectively). In Step II, the influence of the concentration of enzymatic preparations Powercell, Galactomannanase-HBI and Ultraflo ® XL (independent variables) on the performance of the enzymatic process was investigated by running 11 experiments performed according to a full factorial design in two levels. Results showed that Ultraflo® XL preparation did not contribute for carbohydrates solubilization nor for yield increasing (p-value> 0.49), while enzymes present in the preparations Galactomannanase and Powercell influenced significantly the response variables favoring the release of glucose, arabinose, mannose and glactose as free and total sugars (p-value <0.1). The best results were achieved in the experimental condition conducted with 0.12% of Powercell, 0.10% of galactomannanase, and 0.12% of Ultraflo® XL, reaching up 22.3% of yield with reduced concentration of unwished volatiles. Products obtained by the three processes were also compared, resulting in similar yields for thermal extraction and enzymatic hydrolysis, whereas thermal hydrolysis yield was approximately 60% higher, due to a high solubilization of galactose. However, this product contained double concentrations of unwished volatiles compounds. In order to improve the yield of the alternative process (thermal extraction followed by enzymatic hydrolysis), in Step III the extraction temperature influence in a range of 125 to 175 0C was studied. Results showed that it is possible to increase thermal extraction temperature to 165 0C, without additional generation of unwished volatiles and with 80% increase of yield in this stage, when compared to the traditional process performed at 125 0C. Residue unsolubilized at 165 0C was then processed by thermal hydrolysis (180 0C) and enzymatic hydrolysis in 3 different experimental conditions of factorial design performed in Step II. Achieved yields were similar in thermal and enzymatic hydrolysis (~ 28%). It was also noticed that increase of thermal extraction temperature enhanced coffee biopolymers solubilization by the enzymes action, again with reduced formation of undesirable volatiles. Sensorial evaluation of soluble coffees obtained by the different process was conducted. Product generated at 125 and 165 0C showed characteristics similar to roasted and grinded coffee fresh brew. Yet, thermal hydrolyzed products in Stages II and III stood out by high acidity, while the enzymatic hydrolyzed product showed characteristic strongly bitter in Step II and neutral characteristic in Stage III, although enzymatic hydrolysis can be improved it can be used for instant coffee production. / O café solúvel é um dos principais produtos gerados pela indústria de alimentos mundial, consistindo na fração solubilizada do café torrado e moído por tratamento térmico em duas etapas: extração térmica a 125 0C, seguida por hidrólise térmica a 180 0C da fração não solubilizada na etapa anterior. Com elevado rendimento total (~ 50 %) na solubilização dos carboidratos presentes no café devido à alta temperatura empregada na etapa de hidrólise térmica, essa etapa se caracteriza por alto consumo de energia, além da geração de compostos voláteis indesejados (acetaldeído, furfural e 5-hidroxi metil furfural) provenientes da degradação térmica dos constituintes dos grãos de café. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de efetuar a hidrólise e solubilização dos polissacarídeos presentes no resíduo do café obtido após a etapa de extração térmica (baixa temperatura) por meio de hidrólise enzimática, além de comparar essa alternativa com o processo industrial convencionalmente empregado. Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados a 50 0C e pH 5,0, utilizando o resíduo de café arábica torrado obtido após extração térmica conduzida a 125 0C (Etapas I e II) ou a 165 0C (Etapa III). A fração solubilizada por extração térmica e pela hidrólise térmica ou enzimática foi caracterizada em termos de voláteis provenientes de degradação térmica por (GC-MS), composição de carboidratos (HPAEC-PAD) e avaliação sensorial. Na Etapa I do presente estudo, foram inicialmente testados 11 preparados enzimáticos comerciais apresentando atividades enzimáticas de galactomananases, celulases, galactanases e &#946;-glucanases, dentre outras, capazes de atuar nos principais biopolímeros do café (arabinogalactanos - AGs, galactomananos - GMs e celulose), sendo selecionados os produtos Powercell, Galactomananase-HBI e Ultraflo® XL devido à maior atividade enzimática em substratos padronizados (463 FPU/g, 18.554 UI/g e 1.028 UI/mL, respectiviamentes). Na Etapa II, a influência da concentração dos preparados Powercell, Galactomananase-HBI e Ultraflo® XL (variáveis independentes) no desempenho do processo de hidrólise enzimática foi investigado por meio de 11 experimentos executados de acordo com um planejamento fatorial completo em dois níveis. Os resultados mostraram que o preparado Ultraflo® XL não contribuiu (p-valor > 0,49) para solubilização de carboidratos ou aumento de rendimento, enquanto que as enzimas presentes nos preparados Powercell e Galactomananase influenciaram significativamente as respostas, favorecendo a liberação de glicose, arabinose, glactose e manose como açúcares livres e totais (p-valor < 0,1). Os melhores resultados foram alcançados na condição experimental conduzida com 0,12 % de Powercell, 0,10 % de Galactomananase, e 0,12 % de Ultraflo® XL, alcançando-se 22,3 % de rendimento com reduzida concentração de voláteis indesejados. Os produtos obtidos pelos três processos foram ainda comparados, obtendo-se rendimentos semelhantes nas extrações térmica e hidrólise enzimática, enquanto o rendimento da hidrólise térmica foi aproximadamente 60% superior devido principalmente à maior solubilização de galactose, apresentando porém o dobro de voláteis indesejados. Buscando-se aumentar o rendimento do processo alternativo (extração térmica seguida por hidrólise enzimática), na Etapa III do estudo, a influência da temperatura de extração térmica foi variada de 125 a 175 0C. Os resultados mostraram que é possível elevar a temperatura da extração térmica até 165 0C, sem geração adicional de voláteis indesejados e com aumento de 80 % no rendimento desta etapa em relação ao processo tradicional realizado a 125 0C. O resíduo não solubilizado a 165 0C foi então processado por hidrólise térmica (180 0C) e hidrólise enzimática em 3 diferentes condições experimentais avaliadas no planejamento fatorial realizado na Etapa II. Os rendimentos alcançados foram semelhantes para a hidrólise térmica e hidrólise enzimática (~28 %), constatando-se que o aumento da temperatura da extração térmica favoreceu a solubilização dos biopolímeros do café pela ação das enzimas, novamente com reduzida formação de voláteis indesejados. Efetuou-se avaliação sensorial dos cafés solúveis obtidos, sendo que os produtos gerados a 125 e 165 0C apresentaram características semelhantes ao café de coador. Já o hidrolisado obtido termicamamente nas Etapas II e III se destacou pela elevada acidez, enquanto o hidrolisado enzimático gerado na Etapa II apresentou característica fortemente amarga e o da Etapa III característica neutra, mostrando que embora necessite ser aprimorada, a hidrólise enzimática pode ser utilizada na fabricação de café solúvel.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3594.pdf: 4727343 bytes, checksum: 286ef46bfae3e1cd8fe2debcf9995fb6 (MD5) Previous issue date: 2011-03-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / Sugarcane bagasse is an abundant lignocelulosic byproduct, due to the high ethanol production from sugarcane juice, which turns this residue an attractive alternative for obtaining cellulosic ethanol and other products of higher value added. However, the use of bagasse requires a pre-treatment step for better use of its fractions. It was proposed in this study, an evaluation of different operational conditions of bagasse Organsolv pre-treatment, followed or not by alkaline delignification, acid catalyzed or not, aiming the application of cellulose to ethanol production and xylan to produce xylo-oligosaccharides (XO). The pretreatment reactions were conducted in a high pressure reactor (Parr) under different temperature conditions (150, 170 and 190°C), time (10, 30, 60 and 90min), ethanol concentration (30, 50 and 70%), with solid:liquid ratio of 1:10 (w/v) and stirring speed of 300 rpm. The pre-treatments with higher severity factor were followed by delignification with 1% NaOH (w/v) at 100°C for 1 hour. Acid catalysis with 1% H2SO4 (w/w) was used in the pretreatment condition at 190°C/10min/50%ethanol with or without the alkaline delignification step. The evaluation of pre-treatment efficiency was carried out using structural, chemical and gravimetric characterization of the obtained solid fraction, cellulose enzymatic conversion in the hydrolysis of this fraction and ethanol yield after hydrolisate fermentation. The liquid fraction was characterized with respect to its xylan yield and the ratio obtained between xylan oligomers and xylose. The conditions of higher severity factor presented higher lignin and hemicelulose solubilization with average values of 80% and 86,3%, respectively, and average cellulose degradation of 2,4%. The same conditions, when associated with alkaline delignification, led to a increase on lignin and hemicelulose solubilization, 89,7% and 96,8%, respectively. However, the average initial cellulosic fraction loss of 14% was depicted. The use of acid catalyst, despite having promoted increase in solubilization of lignin (4%) and hemicelulose (12%), led to a expressive degradation of the cellulosic fraction, with mass loss of 34% and 12,6%, with and without alkaline delignification, respectively. The pre-treatment condition at 190°C/10min/50%ethanol promoted a higher enzymatic conversion (61,2%) with cellulose degradation of only 1% and after alkaline delignification step, reached 88,2%. The alkaline delignification led to a conversion increase for all the conditions tested, but also led to significant cellulose losses. On the other hand, the use of the acid catalyst had no significant effect on enzymatic hydrolysis. The fermentation of the hydrolisates was equally satisfactory for all the conditions evaluated, with average yield of 80%. The SEM analysis showed changes on the morphological structure of the fiber compared to the in natura bagasse, for the different pre-treatment conditions. The black liquor obtained after the pretreatment was evaluated with respect to its hemicelulosic fraction, obtaining 54,5% of xylooligomers and only 2% of xylose at the best condition (170°C/60min/50%ethanol), with 75% of recovery yield of xylan initially present in the bagasse. / Bagaço de cana é um subproduto lignocelulósico abundante no Brasil, devido à alta produção de etanol a partir do caldo de cana-de-açúcar, o que torna esse material uma atraente alternativa para obtenção de etanol celulósico e outros produtos de maior valor agregado. O uso de bagaço, entretanto, requer etapa de pré-tratamento para melhor aproveitamento de suas frações. Neste trabalho, propôs-se avaliar diferentes condições operacionais de pré-tratamento organossolve do bagaço, seguido ou não de deslignificação alcalina, catalisado ou não com ácido, visando à aplicação da celulose para produção de etanol e da xilana para produção de xilooligossacarídeos (XOS). As reações de pré-tratamento foram realizadas em reator de alta pressão (Parr) sob diferentes condições de temperatura (150, 170 e 190°C), tempo (10, 30, 60 e 90min), concentração de etanol (30, 50 e 70%), com relação sólido:líquido de 1:10 (m/v) e agitação de 300 rpm. Os pré-tratamentos com maior grau de severidade foram seguidos de deslignificação com NaOH 1% (m/v) a 100°C por 1h. Catálise ácida com H2SO4 1% (m/m) foi utilizada na condição de tratamento a 190°C/10min/50% etanol com e sem a etapa de deslignificação alcalina. A avaliação de eficiência do pré-tratamento foi feita através da caracterização estrutural, química e gravimétrica da fração sólida obtida, da conversão enzimática da celulose na hidrólise dessa fração e do rendimento em etanol após fermentação do hidrolisado. A fração líquida foi caracterizada quanto ao rendimento da extração de xilana e à proporção obtida entre oligômeros de xilana e xilose. As condições de maior grau de severidade para os pré-tratamentos apresentaram maior solubilização de lignina e hemicelulose com média de 80% e 86,3%, respectivamente, e degradação média de celulose de 2,4%. Essas mesmas condições, quando acrescidas de deslignificação alcalina, levaram a aumento na solubilização de lignina e hemicelulose, 89,7% e 96,8%, respectivamente, porém houve uma perda média de 14% da fração celulósica inicial. Já o uso de catalisador ácido, embora tenha promovido aumento na solubilização de lignina (4%) e de hemicelulose (12%), levou a uma expressiva degradação da fração celulósica, com perda mássica de 34% e 12,6%, com e sem a etapa de deslignificação alcalina, respectivamente. A condição de pré-tratamento a 190°C/10min/50% etanol promoveu maior conversão enzimática (61,2%) com degradação de apenas 1% de celulose e, após etapa de deslignificação alcalina, atingiu 88,2%. A deslignificação alcalina conduziu a aumento na conversão para todas as condições testadas, mas também levou a perdas significativas de celulose. Por outro lado, o uso de catalisador ácido não teve efeito significativo na hidrólise enzimática. A fermentação desses hidrolisados foi igualmente satisfatória para todas as condições avaliadas, com rendimento médio de 80%. As análises de MEV mostraram alterações na estrutura morfológica da fibra em relação ao bagaço in natura, para as diferentes condições de pré-tratamento. O licor negro obtido após pré-tratamento foi avaliado quanto sua fração hemicelulósica obtendo, para a melhor condição (170°C/60min/50% etanol), 54,5% de xilooligômeros e apenas 2% de xilose, com rendimento de 75% na recuperação da xilana presente inicialmente no bagaço.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3875.pdf: 1789055 bytes, checksum: a2495b6571816afdda74f70d8d9b300d (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / B-glucosidase (BG) is an important enzyme for several biotechnological applications. This enzyme plays an important role in hydrolyses of lignocellulosic biomass in order to produce second generation ethanol (2G ethanol). The enzimatic hydrolysis of cellulose requires the sinergystic action of endoglucanases, exoglucanases and β-glucosidases. Endo e exoglucanases are strongly inhibited by cellobiose and its accumulation into reaction medium decreases the hydrolysis rate. The supplementation of the reaction medium with BG can reduce the inhibition effect, leading to higher conversions of cellulose to glucose. In this work, BG was immobilized on different solid supports in order to obtain an active and stable derivative to be used in hydrolyses of sugarcane bagasse. BG was immobilized on glyoxyl-agarose (GA) and polyacrylic matrix (MP) at 25oC and pH 9.0 and 4.8, respectively. To improve the immobilization yield on glyoxyl-agarose at pH 9.0, a chemical amination of the enzyme surface was required. However, BG was inactivated during the immobilization reaction due to alkaline conditions that are required to immobilize enzymes on glyoxylagarose support. Nevertheless, the presence of a competitive inhibitor (glucose) during immobilization of BG preserved about 70% of the initial activity. However, the reduction step with sodium borohydride (end point of the reaction) drastically reduced the derivative activity even in the presence of glucose. The BG immobilization in presence of competitive inhibitor allowed the preparation of a derivative approximately 4 times more active than one prepared in inhibitor absence. On the other hand, the best derivative was prepared adsorbing the enzyme on polyacrylic resin covered with carboxylic groups. After four hours of reaction, the immobilization yield and the recovered activity were ca. 71% and 97%, respectively. Pretreated sugarcane bagasse (10% w/v, dry basis) was hydrolyzed at 50oC, pH 4.8 (50 mM sodium citrate buffer), for 24 h, using soluble cellulase (Acellerase 1500) in the enzyme/substrate ratio of 20 FPU/gcellulose. Hydrolyses under same conditions were performed by supplementing the reaction medium with BG immobilized on glyoxyl-agarose (BG-GA) or BG immobilized on polyacrylic resin (GA-MP) in the enzyme/substrate ratio of 120 U/gcellulose. Five batches were performed under - xi - conditions described above by reusing the immobilized BG and non-converted cellulose after thoroughly washing with distilled water. The supplementation of the reaction medium with immobilized BG enhanced the cellulose conversions in all batches. This behavior is due to the fact that BG removes cellobiose from the reaction medium, avoiding its accumulation, which could inhibit the endoglucanases and exoglucanases. However, a decrease of the cellulose conversion after the second batch was observed (cellulose conversion decreased from ca. 50% to 15-25%). Anyway, this work shows that supplementation of the commercial enzymatic complexes with immobilized BG is advantagous. However, the stabilization of the immobilized BG is still required. / B-Glicosidase (BG) é uma enzima de grande importância em inúmeras aplicações biotecnológicas. Essa enzima desempenha um papel muito importante na hidrólise enzimática da biomassa lignocelulósica visando a produção de etanol de segunda geração (etanol 2G). A hidrólise enzimática da celulose requer a ação sinergística de endoglicanases, exoglicanases e β-glicosidases. Endo e exoglicanases são fortemente inibidas por celobiose e seu acúmulo no meio reacional reduz a taxa de hidrólise. A suplementação do meio reacional com BG pode reduzir o efeito inibitório, levando a conversões maiores de celulose a glicose. Neste trabalho BG foi imobilizada em diferentes suportes sólidos visando a obtenção de um derivado ativo e estável para uso em reações de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar. BG foi imobilizada em glioxil-agarose (GA) e resina poliacrílica catiônica (MP) a 25ºC e pH 9,0 e 4,8, respectivamente. Para melhorar o rendimento de imobilização de BG em glioxilagarose a pH 9,0 foi necessária uma aminação química da superfície da enzima. Entretanto, BG era inativada durante a imobilização, devido às condições alcalinas requeridas para imobilização de enzimas em glioxilagarose. Contudo, a presença de um inibidor competitivo (glicose) durante a imobilização de BG preservou aproximadamente 70% da atividade inicial. Mesmo na presença de glicose, a etapa de redução com borohidreto de sódio (finalização da reação de imobilização) reduziu drasticamente a atividade da enzima imobilizada. A imobilização de BG na presença de inibidor competitivo permitiu a preparação de um derivado cerca de 4 vezes mais ativo que aquele preparado na ausência do inibidor. Por outro lado, o melhor derivado foi preparado adsorvendo BG em resina poliacrílica funcionalizada com grupos carboxílicos. Após quatro horas de reação, o rendimento de imobilização e a recuperação de atividade foram aproximadamente 71% e 97%, respectivamente. Bagaço de cana pré-tratado (10% m/v, base seca) foi hidrolisado a 50°C, pH 4,8 (tampão citrato de sódio 50 mM), por 24h, utilizando celulase solúvel (Acellerase 1500) na relação enzima/substrato de 20 FPU/gcelulose. Hidrólises nas mesmas condições foram realizadas - ix - suplementando o meio reacional com BG imobilizada em glioxil-agarose (BGGA) ou BG imobilizada em matriz poliacrílica (BG-MP) na relação enzima/substrato de 120 U/gcelulose. Cinco bateladas foram realizadas nas condições descritas acima, reutilizando a BG imobilizada e a celulose não convertida, após lavagem abundante com água destilada. A suplementação do meio reacional com BG imobilizada contribuiu para a obtenção de maiores conversões de celulose em todas as bateladas, devido ao fato da BG remover celobiose do meio reacional, evitando seu acúmulo, o qual poderia inibir a ação das endoglucanases e exoglucanases. Entretanto, observou-se uma redução da conversão de celulose após a segunda batelada (de 50% para 15-25%). De qualquer forma, esse trabalho mostra que a suplementação dos complexos enzimáticos comerciais com BG imobilizada é vantajosa, entretanto, a estabilidade da BG imobilizada ainda precisa ser melhorada.&#61472;