Dentre as etapas de produção do etanol de segunda geração tem-se no pré-tratamento da biomassa um dos pontos cruciais, uma vez que a eficiência deste processo está diretamente ligada à maior produção de monossacarídeos fermentáveis após hidrólise e consequentemente maior produtividade de etanol. Dentro deste contexto, no presente trabalho estudou-se o efeito da presença de espécies químicas derivadas do ácido bórico durante pré-tratamento alcalino de palha de soja (matéria-prima abundante no Brasil e ainda inexplorada), visando uma solubilização mais seletiva da lignina em condições brandas, onde a recuperação de carboidratos possa ser superior. Numa primeira etapa estudou-se através de metodologia de superfície de resposta (planejamento composto central) o efeito da concentração inicial de ácido bórico (0,06 a 0,49 mol/l), pH (9,27 a 13,00) e tempo de pré-tratamento (80 min a 280 min) na porcentagem de solubilização da biomassa e recuperação de carboidratos (glicose e xilose) após hidrólise enzimática - experimentos foram conduzidos em temperatura de refluxo. Os resultados mostraram que o tempo não tem efeito significativo dentro do intervalo estudado, e que as superfícies de resposta da porcentagem de solubilização e recuperação de monossacarídeos possuem comportamentos distintos. A máxima recuperação de monossacarídeos pode ser obtida teoricamente utilizando-se 0,33 mol/l de ácido bórico com tendência crescente da resposta conforme se aumenta o pH do meio, enquanto a porcentagem de solubilização indica um crescimento contínuo conforme se aumentam concomitantemente a concentração de ácido bórico e pH. Na melhor condição testada foram obtidos rendimentos de monossacarídeos superiores em 181,2% (glicose) e 507,8% (xilose) com relação à biomassa não tratada. Numa segunda etapa estudou-se comparativamente o pré-tratamento em três valores de pH diferentes (9,27, 11,10 e 13,00) na presença (0,28 mol/l) e ausência de ácido bórico inicial, constatando-se que em todas as condições onde existiam espécies derivadas do ácido bórico (comparadas para um mesmo pH) foram obtidos maiores valores de recuperação de monossacarídeos. Resultados obtidos pelas técnicas de FTIR, TG/DTG, MEV e DRX comprovaram a maior deslignificação em condições onde se tinha ácido bórico inicial presente. Pode-se concluir que a presença de espécies químicas derivadas do ácido bórico (pKa aproximadamente 9,27) em meio alcalino promovem uma maior deslignificação do material lignocelulósico, e que tal comportamento se deve provavelmente à complexação de íons borato (principal íon presente em soluções alcalinas) aos grupos fenólicos da lignina, promovendo desta forma uma maior solubilização e/ou impedindo que fragmentos obtidos da degradação desta se repolimerizem e se depositem novamente sobre a biomassa. / Among the second-generation ethanol production stages, one of the crucial points is the biomass pretreatment since its efficiency is directly linked to the higher production of fermentable monosaccharides after hydrolysis and consequently higher ethanol productivity. In this context, the effect of the presence of boric acid-based chemical species during alkaline pretreatment of soybean straw (a raw material abundant in Brazil and still unexplored) was studied, aiming at a more selective solubilization of lignin in soft conditions, where cellulose and hemicellulose recoveries may be higher. In a first step, the effects of the initial concentration of boric acid (0,06 to 0,49 mol / l), pH (9,27 to 13,00) and pretreatment time (80 min to 280 min) were studied through response surface methodology (central composite design) considering as responses the percentage of biomass solubilization and recovery of monosaccharides (glucose and xylose) after enzymatic hydrolysis - pretreatment experiments were conducted at reflux temperature. The results showed that the time has no significant effect within the range studied, and that the response surfaces of the solubilization and recovery percentage of monosaccharides have different behaviors. The maximum recovery of monosaccharides can be theoretically obtained using 0.33 mol/l of boric acid with increasing tendency as the pH of the medium is increased, while the percentage of solubilization indicates a continuous growth as the boric acid concentration and pH concomitantly increases. In the best tested condition, yields of monosaccharides with 181.2% (glucose) and 507.8% (xylose) were obtained in relation to the crude biomass. In a second step, the pretreatment was studied in three different pH values (9,27, 11,10 and 13,00) in the presence (0,28 mol / l) and absence of boric acid, being verified that in all conditions where boric acid had been added (compared to the same pH) there was a greater recovery of monosaccharides. Results obtained by FTIR, TG / DTG, SEM and XRD showed higher delignification under conditions where boric acid was present. It can be concluded that the presence of boric acid-derived chemical species (pKa approximately 9,27) in alkaline media promotes a greater delignification of the lignocellulosic material, and that this behavior is probably due to the complexation of borate ions (main ion present in alkaline solutions) to the phenolic groups of the lignin, promoting in this way a greater solubilization and / or preventing fragments of this one from being repolymerized and deposited again on the biomass.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar como algumas condições de pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com H2SO4 diluído influenciam a distribuição granulométrica do bagaço de cana, a composição química dos sólidos pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos, além da digestibilidade enzimática dos sólidos pré-tratados. Para isso, previamente, uma amostra de bagaço de cana-de-açúcar in natura foi caracterizada quanto suas composições percentuais; a distribuição granulométrica de suas fibras também foi avaliada antes e após o pré-tratamento. O pré-tratamento do bagaço com H2SO4 diluído foi realizado em reator piloto, aquecido por vapor direto, com capacidade de 100 L, onde o teor inicial de sólidos foi fixado em 15% (p/p). A temperatura (131,91-168,09 °C), tempo de residência (11,90-48,09 min) e concentração ácida (0,19 - 3,81 p/p) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23. Após o pré-tratamento, os bagaços pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos foram caracterizados quanto suas composições químicas. A composição química dos bagaços in natura e pré-tratados, assim como a composição química dos hidrolisados, foi determinada por gravimetria, espectrofotometria e cromatografia líquida de alta eficiência. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente sendo que a maior variação foi observada para hemicelulose (0,14-17,62 %). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram a composição química do bagaço pré-tratado, sendo que a variável com maior poder de influência no teor de celulose, hemicelulose e lignina dos sólidos foi a concentração ácida, seguida da temperatura e tempo de reação. Xilose foi o açúcar predominante nos hidrolisados hemicelulósicos variando de 1,43 a 21,05 g/L, de acordo com o planejamento. A concentração de furfural variou entre 0,08 e 4,68 g/L. Condições severas de pré-tratamento acarretaram na maior remoção de hemicelulose dos bagaços pré-tratados, porém nestas mesmas condições foram encontradas baixas concentrações de xilose e altas concentrações de furfural nos hidrolisados. A concentração de xilose no hidrolisado se mostrou dependente da temperatura e da concentração ácida. A variável com maior influência na formação de furfural foi a temperatura, seguida pela concentração ácida e tempo. A digestibilidade enzimática dos bagaços obtidos de acordo com planejamento experimental em 24 h variou de 25,35 a 63,76%, conforme a composição química dos sólidos. A temperatura de pré-tratamento foi o fator que exerceu maior influência na conversão da celulose dos sólidos. Com o intuito de avaliar o efeito da lavagem dos sólidos na digestibilidade enzimática da celulose, bagaços pré-tratados obtidos nas condições mais branda e severa de pré-tratamento, lavados e não-lavados, foram submetidos à sacarificação enzimática. A sacarificação de bagaços não-lavados foi prejudicada pela presença de inibidores nos hidrolisados hemicelulósicos, variando entre 0- 23,9%, em 72h. As condições de pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar que maximizam a concentração de xilose no hidrolisado hemicelulósico e a sacarificação enzimática do bagaço pré-tratado são diferentes. O pré-tratamento com H2SO4 diluído acarretou na diminuição do tamanho das partículas do bagaço de cana. / This study aimed to evaluate how certain pretreatment conditions of sugarcane bagasse with dilute H2SO4 influence the size distribution of sugarcane bagasse, the chemical composition of solids pretreated and hemicellulosic hydrolysate, as well the enzymatic digestibility of pretreated solids. For that, previously, a sample of in natura sugarcane bagasse was characterized in terms of chemical composition; the size distribution of fibers was also evaluated before and after the pretreatment. The experiments of pretreatment of bagasse with dilute H2SO4 were conducted in a pilot reactor, heated by direct steam, with a capacity of 100 L, where the initial solids content was fixed at 15% (w / w). The temperature (131.91 to 168.09 ° C), residence time (11.90 to 48.09 min) and acid concentration (0.19 to 3.81 w / w) varied according to a factorial design 2³ . After pretreatment, the pretreated bagasse and hemicellulosic hydrolysates were characterized in terms of their chemical compositions. The chemical composition of in natura and pretreated bagasse , as well the chemical composition of the hydrolysates, was determined by gravimetry, spectrophotometry and high-efficiency liquid chromatography. According to the condition of pretreatment, cellulose, hemicellulose and lignin content in pretreated bagasse differed substantially, and the major variation was observed for hemicellulose content (0.14 to 17.62%).The three factors evaluated in the pretreatment influenced the chemical composition of pretreated bagasse, and the variable with greatest influence on the content of cellulose, hemicellulose and lignin concentration of solids was acid concentration, followed by temperature and reaction time.. Xylose was the predominant sugar in hemicellulose hydrolysates ranging from 1.43 to 21.05 g / L, according to the experimental design. Furfural concentration varied between 0.08 and 4.68 g / L. Severe conditions of pretreatment resulted in greater removal of hemicellulose from pretreated bagasse, but under these conditions were found low concentrations of xylose and high concentrations of furfural in the hydrolysates. The concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate were dependet of temperature and acid concentration. The variable with greatest influence on the formation of furfural was temperature, followed by acid concentration and time. The enzymatic digestibility of the pretreated solids, obtained according to experimental design, in 24 h, ranged from 25.35 to 63.76% depending on the chemical composition of solids. The temperature of the pretreatment was the factor that showed greater influence on the conversion of cellulose solids. In order to evaluate the effect of washing the solids in the enzymatic digestibility of cellulose, pretreated bagasses obtained in milder and severe conditions of pretreatment, non-washed and washed solids, were submitted to enzymatic saccharification. Saccharification of non-washed solids was impaired by the presence of inhibitors in hemicellulosic hydrolysates, ranging from 0 to 23.9% in 72h. The pretreatment conditions of sugarcane bagasse that maximize the concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate and enzymatic saccharification of pretreated bagasse are different. Pretreatment with dilute H2SO4 resulted in the decrease of particle size of bagasse.

O presente trabalho teve como objetivo, a caracterizacao da composicao quimica de diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902), e posterior hidrolise enzimatica para averiguacao de acucares redutores e sacarificacao da biomassa. As analises composicionais foram realizadas utilizando biomassa nas condicoes in natura, celulignina e polpa celulosica. As condicoes de pre-tratamento das amostras para hidrolise com acido sulfurico diluido (relacao s/l: 1,5:10; temperatura: 150 °C; concentracao acida: H2SO4 2% m/v; tempo: 30 minutos); e deslignificacao com hidroxido de sodio (1:10 s/l; 100 °C; 1% NaOH; 30 minutos) foram pre-estabelecidas de modo a determinar uma analise comparativa das diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar estudadas. A hidrolise enzimatica das amostras obtidas apos os pre-tratamento foram realizadas em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo tampao citrato (50 mM; pH 5; 1:20 s/l) e carga enzimatica (Celluclast 1.5 L - 75 FPU/mL e 13,5 UI/mL de ?-glicosidase; e Novozym 188 - 65 UI/mL de ?-glicosidase), e surfactante Tween 20 (0,15 g/g de bagaco). A composicao quimica das variedades de bagaco de cana-de-acucar, acucares redutores e sacarificacao da biomassa foram determinados por metodos cromatograficos, espectrofotometricos e gravimetricos tradicionais. Quanto a analise das variedades de cana tratada, a media dos valores observados: in natura - celulose (40,84%), hemicelulose (24,07%), lignina (33,7%) e cinzas (0,68%); extraido - celulose (38,83%), hemicelulose (27,32%), lignina (25,92), cinzas (0,32%) e extrativos (10,24%); celulignina - celulose (54,17%), hemicelulose (5,3%), lignina (37,28%), cinzas (0,54%) e polpa celulosica - celulose (77,48%), hemicelulose (6,07%), lignina (15,4%) e cinzas (0,32%). Os processos de hidrolise acida e deslignificacao demonstraram remocao eficaz da hemicelulose e da lignina (80% e 58%, respectivamente), e solubilizacao da biomassa (45% e 14%, em media). Os percentuais de sacarificacao da celulose das amostras apos 24 horas de reacao foram de 9,7% para bagaco extraido, 50,4% para celulignina e 72,87% para polpa celulosica. Nao foram observadas variacoes significativas na composicao quimica das cinco amostras estudadas, bem como diferenciacao na sacarificacao das mesmas. Evidenciou-se que emprego de variedades de bagaco de cana-de-acucar distintas utilizando pre-tratamentos em condicoes fixas nao alteram os percentuais quimico-estruturais do vegetal, bem como a recuperacao da glicose e dos acucares redutores presente na celulose. / The present work had as objective the chemical characterization of different varieties of sugarcane bagasse (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902) in different pretreatment conditions and the influence of pretreatments concerning varieties, reducing sugars recovery and biomass saccharification. Different pretreated biomass were obtained from in natura bagasse as it follows: extracted bagasse (24 hours/24 hours water/ethanol extraction in Sohxlet equipment), cellulignin (solid/liquid ratio: 1.5/10; temperature: 150 °C; acid concentration: H2SO4 2% w/v; residence time: 30 minutes); and cellulose pulp (1:10 solid/liquid ratio; 1% NaOH w/v; 100°C; 30 minutes). Enzymatic hydrolysis experiments were performed in 125 mL Erlenmeyers containing citrate buffer (50 mM; pH 5; 1:20 solid/liquid ratio), Tween 20 surfactant (0.15 g/g of bagasse) and commercial enzymatic loads of Celluclast 1.5 L (75 FPU/mL and 13,5 IU/mL of ?- glicosidase) and Novozym 188 (65 IU/mL of ?-glucosidase). Chemical composition of varieties, reducing sugars and biomass saccharification were determined by chromatographic, spectrometric and gravimetric traditional methods. Biomass presented an average composition in each condition as it follows: In natura - cellulose (40.84%), hemicellulose (24.07%), lignin (33.7%) and ashes (0.68%); Extracted - cellulose (38.83%), hemicellulose (27.32%), lignin (25.92), ashes (0.32%) and extractives (10.24%); Cellulignin - cellulose (54.17%), hemicellulose (5.3%), lignin (37.28%) and ashes (0.54%). Cellulose pulp - cellulose (77.48%), hemicellulose (6.07%), lignin (15.4%) and ashes (0.32%). Acid and alkaline hydrolysis presented effective removal of hemicellulose and lignin (80% and 58% respectively), showing as average biomass solubilization 45% and 14%. Saccharification after 24 hours of reaction presented 9,7% for extracted bagasse, 50.4% for cellulignin and 72.87% for cellulose pulp. There were no significant observations in chemical-structural composition and at cellulose saccharification of the five studied samples, showing that the variety did not present any relevant influence on pretreated sugarcane bagasse.

Hidrolisados hemicelulósicos como o resultante do processamento do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção do etanol celulósico, constituem uma fonte rica em açúcares, em particular xilose. Considerando o potencial destes hidrolisados para utilização por micro-organismos fermentadores de pentoses e a disponibilidade de leveduras xilanolíticas isoladas da Antártica, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o cultivo destas leveduras no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar com vistas à obtenção de bioprodutos. Os experimentos foram realizados empregando-se 16 leveduras xilanolíticas isoladas de diferentes fontes. Inicialmente estas foram repicadas em ágar Sabouraud e cultivadas em diferentes temperaturas, selecionando-se para o cultivo em hidrolisado hemicelulósico aquelas que cresceram neste meio. Os cultivos no hidrolisado foram realizados em triplicata em frascos Erlenmeyer, a 200 rpm, a 30°C em duas etapas: O primeiro ocorreu por 72 h e as leveduras que cresceram neste período foram as empregadas para avaliação do cultivo no hidrolisado e também em meio semi-definido simulando a composição em açúcares deste hidrolisado por um período de 96h. Neste caso as avaliações ocorreram a cada 24h a partir da determinação da concentração de açúcares, formação de células, xilitol e etanol, pH, concentração dos tóxicos ácido acético, hidroximetilfurfural, furfural e fenólicos. O experimento controle foi empregado utilizando-se Candida guillermondii já bastante pesquisada nas fermentações que empregam hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. Foi verificado que 6 das leveduras testadas foram capazes de assimilar os açúcares presentes no hidrolisado, sendo que apenas a Cryptococcus adeliensis (L95) apresentou capacidade de produzir etanol como produto deste metabolismo, enquanto as leveduras Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 e L107) e Cryptococcus adeliensis (L108) apresentaram indícios de atividade xilanolítica. Com relação aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado verificou-se que em alguns cultivos ocorreu decréscimo na concentração destes e a manutenção da viabiliadade celular ao final do cultivo. Considerando o caráter inovador da presente pesquisa faz-se necessário a continuidade da investigação a fim de se estabelecer as melhores condições de cultivo destas leveduras para fins de aproveitamento biotecnológico de hidrolisados hemicelulosicos, em função do desempenho destas em relação à C. guilliermondii. / Hemicellulose hydrolysates, as the result of sugarcane bagasse processing for obtaining cellulosic ethanol, are a rich source of sugars, especially xylose. Considering the potential of these hydrolysates for the use by pentoses fermenting micro-organisms and the availability of xylanolytic yeasts isolated from Antarctica, this research aims to evaluate the cultivation of these yeasts in hemicellulose hydrolysate of sugarcane bagasse in order to obtain bioproducts. The experiments were performed by employing 16 xylanolytic yeasts isolated from different sources. Initially, they were transferred in Sabouraud agar and grown at different temperatures, and those that grew in this medium were selected for cultivation in hemicellulose hydrolysate. The cultures in the hydrolysate were performed in triplicate in Erlenmeyer flasks at 200 rpm at 30 ° C in two stages: The first one occurred for 72 h and the yeasts that grew in this period were used for the evaluation of growth in the hydrolysate and also in semi-defined medium simulating the sugar composition of this hydrolysate for 96h. In this case, the evaluations occurred every 24 hours from the determination of sugars concentration, formation of cell, xylitol and ethanol, pH, concentration of the toxics acetic acid, hydroxymethylfurfural, furfural and phenols. A control experiment was employed using Candida guillermondii which has been well investigated in fermentations employing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate. It was verified that 6 of the tested yeasts were able to assimilate the sugars present in the hydrolysate, and only Cryptococcus adeliensis (L95) showed ability to produce ethanol as a product of this metabolism, while the yeasts Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 and L107) and Cryptococcus adeliensis (L108) showed evidences of xylanolytic activity. With respect to toxic compounds present in hydrolysate, it was verified that, in some cultures, the decrease in their concentration and the maintenance of cell viability at the end of cultivation occurred. Due to the innovative nature of this research, it is necessary to continue the investigation in order to establish the best conditions for this yeasts cultivation with the purpose of biotechnological exploitation of hemicellulose hydrolysates, depending on their performance regarding C. guilliermondii.

A madeira é muito empregada em diferentes campos, dentre os principais tem-se a construção civil, visto que a relação entre resistência mecânica e densidade, para a madeira, é das mais altas no caso dos materiais empregados na construção civil. Neste sentido, o Brasil se encontra em posição favorável, pois já dispõe diversas áreas certificadas para extração de madeiras, no âmbito da Floresta Amazônica. A fim de obter as melhores respostas na utilização desse material, necessita-se de sua completa caracterização. Entretanto, com a anisotropia e a heterogeneidade da madeira, muitas propriedades devem ser determinadas, o que exige equipamentos específicos, técnicos especializados e, por conseguinte, o tempo despendido é considerável. Neste contexto, é urgente a definição de procedimentos que tornem mais expedita e igualmente confiável a caracterização. No presente estudo foi avaliada, de forma inédita, a possibilidade de propriedades físico-mecânicas da madeira se relacionar com parâmetros como porosidade, densidade aparente e componentes químicos (celulose, hemicelulose, lignina, extrativos e cinzas). Foram caracterizadas dez espécies tropicais de madeira, por meio dos ensaios descritos no Anexo B da Norma ABNT NBR 7190/1997. Os componentes químicos foram determinados pelo método Klason modificado, a partir da norma TAPPI T-222 om-02, e a porosidade pela intrusão de mercúrio. A partir dos resultados, foram aplicados modelos de regressão multivariadas, dos quais se obtiveram equações para estimar cada propriedade a partir das diversas variáveis fixas (densidade aparente, porosidade e componentes químicos). Nas relações encontradas verificaram-se ótimos resultados como, por exemplo, a equação que estima a resistência à compressão paralela às fibras (fc0) levou a R² 99,69%. Deste modo, a hipótese inicial se confirmou, o que possibilita a estimativa confiável das propriedades estudadas com os parâmetros citados. / Wood is a very used material in different fields, among them civil construction can be highlighted, since the relation between mechanical strength and density for wood is the highest in the case of building materials. In this sense, Brazil is in a favorable position, as it already has several areas certified for timber extraction, within the Amazon Forest. In order to obtain the best responses in the use of this material, its complete characterization is required. However, due to wood anisotropy and heterogeneity, many properties must be determined, which requires specific equipment sets, technical expertise and therefore time spent is considerable. In this context, it is urgent to devise procedures that make more expeditious and equally reliable the wood characterization. In the present study, it was considered the possibility of wood physical-mechanical properties can be estimated in an unprecedented way, based on parameters such as porosity, chemical components (cellulose, hemicellulose, lignin, extractives and ash) and density. Ten tropical wood species were characterized by tests described in Annex B of ABNT NBR 7190/1997. Chemical components were determined by the modified Klason method, from TAPPI standard T-222 om-02 and the porosity by the intrusion of mercury. To the results, multivariate regression models were applied and equations were obtained to estimate each property from the several fixed variables (apparent density, porosity and chemical components). Very great results were reached from these relationships, for example, the equation that estimates strength in compression parallel to the grain (fc0) led to R² 99.69%. Thus, the initial hypothesis was confirmed, which allows the reliable estimation of the studied properties with the mentioned parameters.

A viabilidade econômica da produção de etanol de segunda geração (2G) depende do desenvolvimento de tecnologias eficientes e baratas para a hidrólise da biomassa lignocelulósica. Em particular, o grande consumo de água nas plantas de processamento de biomassa pode inviabilizar o processo. As xilanases são enzimas chave na hidrólise enzimática da xilana para a produção de etanol 2G e atualmente é grande o interesse na identificação de xilanases tolerantes a altas concentrações salinas, bem como aos subprodutos de etapas de pré-tratamento da biomassa, o que permitiria reduzir o volume de água empregado em etapas de lavagem e/ou a substituição da água doce pela água do mar. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram a purificação e caracterização bioquímica e cinética de uma endo-xilanase halotolerante e termoestável produzida por uma linhagem de C. graminicola isolada da floresta Amazônica (Brasil). A enzima pura (Excg1) apresentou massa molecular aparente de 20,0 ± 2,4 kDa em SDS-PAGE e 17,3 ± 1,9 kDa por filtração em gel, sugerindo que a enzima nativa é monomérica. O teor de carboidratos totais de Excg1 foi de 97,0 ± 3,7 % (m/m) e o seu ponto isoelétrico correspondeu a 9,200 ± 0,018. A enzima manteve cerca de 85% da atividade controle na presença de NaCl 0,5 mol/L. Em ausência e presença de NaCl em concentração 0,5 mol/L a temperatura e o pH ótimos de atividade de Excg1 foram 65 ºC e 5,5, respectivamente, enquanto na presença de NaCl 2,5 mol/L o pH ótimo foi alterado para 6,0. Excg1 mostrou-se bastante termoestável a 50ºC, com tempo de meia-vida de 48 h na ausência do substrato. Já na presença de NaCl 2,5 mol/L a termoestabilidade foi substancialmente maior, com atividade residual de 75% após o mesmo intervalo de tempo. Excg1 apresentou excelente estabilidade na faixa de pH de 3,0-10,0 na ausência de sal, mantendo-se também completamente estável entre pH 4,0 e 10,0 na presença de NaCl em concentração 0,5 e 2,5 mol/L. Os parâmetros cinéticos determinados para a hidrólise de xilana Beechwood por Excg1 na ausência de NaCl foram Vmax= 481,3 ± 34,0 U/mg e KM= 3,7 ± 0,3 mg/mL, resultando em eficiência catalítica (kcat/KM) de 36,9 mL/s.mg. Parâmetros muito similares foram determinados na presença de NaCl 0,5 mol/L, porém em presença do sal em concentração 2,5 mol/L ocorreu diminuição da afinidade aparente pelo substrato e redução da velocidade máxima, resultando em eficiência catalítica 2,3 vezes menor. Já a hidrólise de xilana Birchwood em ausência de sal ocorreu com constante de afinidade aparente similar e eficiência catalítica cerca de 18% maior, se comparada à hidrolise de xilana Beechwood na mesma condição. Excg1 foi tolerante a K+, Na+, Pb2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+, Mg2+, Co2+, Ca2+ e Sr2+ em concentração 10 mmol/L, além de Cu2+, Al3+, Cr3+ e Fe3+ em concentração 1 mmol/L. Além disso, Excg1 foi tolerante a diferentes solventes orgânicos e a acetato. A análise dos produtos de hidrólise de xilana Beechwood por Excg1 revelou que os produtos principais formados foram xilobiose e xilotriose com uma ramificação de ácido 4-O-metilglucurônico. A presença de NaCl 0,5 mol/L não afetou este padrão de hidrólise e a enzima mostrou também boa tolerância aos produtos de hidrólise. Em conjunto, as propriedades de Excg1 sugeriram bom potencial de aplicação na sacarificação da biomassa lignocelulósica, particularmente em condições de salinidade elevada e/ou em presença de resíduos de etapas de pré-tratamento, o que é potencialmente interessante para viabilizar economicamente processos de produção de etanol 2G. / The economic viability of the production of second-generation (2G) ethanol depends on the development of efficient and inexpensive technologies for the hydrolysis of lignocellulosic biomass. In particular, the large consumption of water in the biomass processing plants can make the process unfeasible. The xylanases are key enzymes in the enzymatic hydrolysis of xylan aiming the production of 2G ethanol and there is currently great interest in identifying xylanases tolerant to high salt concentrations and to the byproducts from biomass pretreatment steps, allowing the reduction of the volume of water used in washing steps and/or the replacement of fresh water by sea water. In this context, the objectives of this work were the purification and the biochemical and kinetic characterization of a salt-tolerant and thermostable endoxylanase produced by a strain of C. graminicola isolated from the Amazon forest (Brazil). The pure enzyme (Excg1) showed apparent molecular mass of 20.0 ± 2.4 kDa by SDS-PAGE and 17.3 ± 1.9 kDa by gel filtration, suggesting that the native enzyme is monomeric. The total carbohydrate content of Excg1 was 97.0 ± 3.7% (m/m) and its isoelectric point corresponded to 9.200 ± 0.018. The enzyme retained approximately 85% of control activity in the presence of 0.5 mol.L-1 NaCl. In the absence and presence of NaCl at 0.5 mol.L-1 concentration, the optimum reaction temperature and pH of Excg1 were 65 ° C and 5.5, respectively, while in the presence of 2.5 mol.L-1 NaCl the optimum pH was altered to 6.0. Excg1 was highly thermostable at 50 °C, with a half-life of 48 h in the absence of substrate. In the presence of 2.5 mol.L-1 NaCl the thermal stability was greatly increased, and a residual activity of 75% was determined after 48 h at 50 ºC. Excg1 showed excellent stability in the pH range from 3.0 to 10.0 in the absence of salt, and was likewise completely stable at pH 4.0-10.0 in the presence of NaCl at the concentrations 0.5 mol.L-1 and 2.5 mol.L-1. The kinetic parameters for the hydrolysis of Beechwood xylan by Excg1 in the absence of salt were Vmax = 481.3 ± 34.0 U.mg-1 and KM = 3.7 ± 0.3 mg.mL-1, with a catalytic efficiency (kcat/KM) of 36.9 mL.s-1.mg-1. Similar parameters were determined in the presence of 0.5 mol.L-1 NaCl, while in the presence of a higher salt concentration (2.5 mol.L-1) decreases in the apparent affinity for the substrate and in the maximum velocity were observed, resulting in a catalytic efficiency 2.3 fold lower. In comparison with Beechwood xylan, the hydrolysis of Birchwood xylan in the absence of salt occurred with similar apparent affinity and catalytic efficiency about 18% greater. Excg1 was tolerant to 10 mmol.L-1 K+, Na+, Pb2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+, Mg2+, Co2+, Ca2+ or Sr2+, and also to Cu2+, Al3+, Cr3+ e Fe3+ at 1 mmol.L-1 concentration. Furthermore, the enzyme was tolerant to various organic solvents and acetate. The analysis of Beechwood xylan hydrolysis products by Excg1 revealed that the main products were xylobiose and xylotriose with a 4-O-methylglucuronic acid branch. The presence of 0.5 mol.L-1 NaCl has not affected the hydrolysis pattern and the enzyme showed good tolerance to the hydrolysis products. Altogether, the properties of Excg1 suggested good potential for the saccharification of lignocellulosic biomass, particularly under high salinity conditions and/or in the presence of residues of pre-treatment steps, which is potentially interesting for the economically viable production of 2G ethanol.

Hidrolisados hemicelulósicos como o resultante do processamento do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção do etanol celulósico, constituem uma fonte rica em açúcares, em particular xilose. Considerando o potencial destes hidrolisados para utilização por micro-organismos fermentadores de pentoses e a disponibilidade de leveduras xilanolíticas isoladas da Antártica, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o cultivo destas leveduras no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar com vistas à obtenção de bioprodutos. Os experimentos foram realizados empregando-se 16 leveduras xilanolíticas isoladas de diferentes fontes. Inicialmente estas foram repicadas em ágar Sabouraud e cultivadas em diferentes temperaturas, selecionando-se para o cultivo em hidrolisado hemicelulósico aquelas que cresceram neste meio. Os cultivos no hidrolisado foram realizados em triplicata em frascos Erlenmeyer, a 200 rpm, a 30°C em duas etapas: O primeiro ocorreu por 72 h e as leveduras que cresceram neste período foram as empregadas para avaliação do cultivo no hidrolisado e também em meio semi-definido simulando a composição em açúcares deste hidrolisado por um período de 96h. Neste caso as avaliações ocorreram a cada 24h a partir da determinação da concentração de açúcares, formação de células, xilitol e etanol, pH, concentração dos tóxicos ácido acético, hidroximetilfurfural, furfural e fenólicos. O experimento controle foi empregado utilizando-se Candida guillermondii já bastante pesquisada nas fermentações que empregam hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. Foi verificado que 6 das leveduras testadas foram capazes de assimilar os açúcares presentes no hidrolisado, sendo que apenas a Cryptococcus adeliensis (L95) apresentou capacidade de produzir etanol como produto deste metabolismo, enquanto as leveduras Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 e L107) e Cryptococcus adeliensis (L108) apresentaram indícios de atividade xilanolítica. Com relação aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado verificou-se que em alguns cultivos ocorreu decréscimo na concentração destes e a manutenção da viabiliadade celular ao final do cultivo. Considerando o caráter inovador da presente pesquisa faz-se necessário a continuidade da investigação a fim de se estabelecer as melhores condições de cultivo destas leveduras para fins de aproveitamento biotecnológico de hidrolisados hemicelulosicos, em função do desempenho destas em relação à C. guilliermondii. / Hemicellulose hydrolysates, as the result of sugarcane bagasse processing for obtaining cellulosic ethanol, are a rich source of sugars, especially xylose. Considering the potential of these hydrolysates for the use by pentoses fermenting micro-organisms and the availability of xylanolytic yeasts isolated from Antarctica, this research aims to evaluate the cultivation of these yeasts in hemicellulose hydrolysate of sugarcane bagasse in order to obtain bioproducts. The experiments were performed by employing 16 xylanolytic yeasts isolated from different sources. Initially, they were transferred in Sabouraud agar and grown at different temperatures, and those that grew in this medium were selected for cultivation in hemicellulose hydrolysate. The cultures in the hydrolysate were performed in triplicate in Erlenmeyer flasks at 200 rpm at 30 ° C in two stages: The first one occurred for 72 h and the yeasts that grew in this period were used for the evaluation of growth in the hydrolysate and also in semi-defined medium simulating the sugar composition of this hydrolysate for 96h. In this case, the evaluations occurred every 24 hours from the determination of sugars concentration, formation of cell, xylitol and ethanol, pH, concentration of the toxics acetic acid, hydroxymethylfurfural, furfural and phenols. A control experiment was employed using Candida guillermondii which has been well investigated in fermentations employing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate. It was verified that 6 of the tested yeasts were able to assimilate the sugars present in the hydrolysate, and only Cryptococcus adeliensis (L95) showed ability to produce ethanol as a product of this metabolism, while the yeasts Cryptococcus aff laurentii (L62), Candida davisiana (L101 and L107) and Cryptococcus adeliensis (L108) showed evidences of xylanolytic activity. With respect to toxic compounds present in hydrolysate, it was verified that, in some cultures, the decrease in their concentration and the maintenance of cell viability at the end of cultivation occurred. Due to the innovative nature of this research, it is necessary to continue the investigation in order to establish the best conditions for this yeasts cultivation with the purpose of biotechnological exploitation of hemicellulose hydrolysates, depending on their performance regarding C. guilliermondii.

O presente trabalho teve como objetivo, a caracterizacao da composicao quimica de diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902), e posterior hidrolise enzimatica para averiguacao de acucares redutores e sacarificacao da biomassa. As analises composicionais foram realizadas utilizando biomassa nas condicoes in natura, celulignina e polpa celulosica. As condicoes de pre-tratamento das amostras para hidrolise com acido sulfurico diluido (relacao s/l: 1,5:10; temperatura: 150 °C; concentracao acida: H2SO4 2% m/v; tempo: 30 minutos); e deslignificacao com hidroxido de sodio (1:10 s/l; 100 °C; 1% NaOH; 30 minutos) foram pre-estabelecidas de modo a determinar uma analise comparativa das diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar estudadas. A hidrolise enzimatica das amostras obtidas apos os pre-tratamento foram realizadas em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo tampao citrato (50 mM; pH 5; 1:20 s/l) e carga enzimatica (Celluclast 1.5 L - 75 FPU/mL e 13,5 UI/mL de ?-glicosidase; e Novozym 188 - 65 UI/mL de ?-glicosidase), e surfactante Tween 20 (0,15 g/g de bagaco). A composicao quimica das variedades de bagaco de cana-de-acucar, acucares redutores e sacarificacao da biomassa foram determinados por metodos cromatograficos, espectrofotometricos e gravimetricos tradicionais. Quanto a analise das variedades de cana tratada, a media dos valores observados: in natura - celulose (40,84%), hemicelulose (24,07%), lignina (33,7%) e cinzas (0,68%); extraido - celulose (38,83%), hemicelulose (27,32%), lignina (25,92), cinzas (0,32%) e extrativos (10,24%); celulignina - celulose (54,17%), hemicelulose (5,3%), lignina (37,28%), cinzas (0,54%) e polpa celulosica - celulose (77,48%), hemicelulose (6,07%), lignina (15,4%) e cinzas (0,32%). Os processos de hidrolise acida e deslignificacao demonstraram remocao eficaz da hemicelulose e da lignina (80% e 58%, respectivamente), e solubilizacao da biomassa (45% e 14%, em media). Os percentuais de sacarificacao da celulose das amostras apos 24 horas de reacao foram de 9,7% para bagaco extraido, 50,4% para celulignina e 72,87% para polpa celulosica. Nao foram observadas variacoes significativas na composicao quimica das cinco amostras estudadas, bem como diferenciacao na sacarificacao das mesmas. Evidenciou-se que emprego de variedades de bagaco de cana-de-acucar distintas utilizando pre-tratamentos em condicoes fixas nao alteram os percentuais quimico-estruturais do vegetal, bem como a recuperacao da glicose e dos acucares redutores presente na celulose. / The present work had as objective the chemical characterization of different varieties of sugarcane bagasse (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902) in different pretreatment conditions and the influence of pretreatments concerning varieties, reducing sugars recovery and biomass saccharification. Different pretreated biomass were obtained from in natura bagasse as it follows: extracted bagasse (24 hours/24 hours water/ethanol extraction in Sohxlet equipment), cellulignin (solid/liquid ratio: 1.5/10; temperature: 150 °C; acid concentration: H2SO4 2% w/v; residence time: 30 minutes); and cellulose pulp (1:10 solid/liquid ratio; 1% NaOH w/v; 100°C; 30 minutes). Enzymatic hydrolysis experiments were performed in 125 mL Erlenmeyers containing citrate buffer (50 mM; pH 5; 1:20 solid/liquid ratio), Tween 20 surfactant (0.15 g/g of bagasse) and commercial enzymatic loads of Celluclast 1.5 L (75 FPU/mL and 13,5 IU/mL of ?- glicosidase) and Novozym 188 (65 IU/mL of ?-glucosidase). Chemical composition of varieties, reducing sugars and biomass saccharification were determined by chromatographic, spectrometric and gravimetric traditional methods. Biomass presented an average composition in each condition as it follows: In natura - cellulose (40.84%), hemicellulose (24.07%), lignin (33.7%) and ashes (0.68%); Extracted - cellulose (38.83%), hemicellulose (27.32%), lignin (25.92), ashes (0.32%) and extractives (10.24%); Cellulignin - cellulose (54.17%), hemicellulose (5.3%), lignin (37.28%) and ashes (0.54%). Cellulose pulp - cellulose (77.48%), hemicellulose (6.07%), lignin (15.4%) and ashes (0.32%). Acid and alkaline hydrolysis presented effective removal of hemicellulose and lignin (80% and 58% respectively), showing as average biomass solubilization 45% and 14%. Saccharification after 24 hours of reaction presented 9,7% for extracted bagasse, 50.4% for cellulignin and 72.87% for cellulose pulp. There were no significant observations in chemical-structural composition and at cellulose saccharification of the five studied samples, showing that the variety did not present any relevant influence on pretreated sugarcane bagasse.

A importância atribuída aos biocombustíveis aumentou de forma drástica nos últimos anos, pois além de reduzir a dependência de petróleo e os gastos com energia fóssil, o uso de fontes de energia renováveis resulta também em uma diminuição significativa das emissões de gases tóxicos para a atmosfera. A biomassa de origem vegetal é uma das mais baratas e abundantes matérias-primas renováveis para o desenvolvimento sustentável e é uma fonte promissora para a produção de biocombustíveis. O bioetanol produzido a partir das frações lignocelulósicas, conhecido como etanol de segunda geração, tem um potencial de mercado promissor como biocombustível. No entanto, a tecnologia do processo ainda está em escala de demonstração. Há grande necessidade de melhorias no processo de produção a fim de reduzir o custo de produção. Caso houvesse a utilização total dos açúcares presentes na biomassa vegetal, existiria uma maior rentabilidade e competitividade, tornando esse processo mais viável. Os polissacarídeos constituintes do material lignocelulósico, como hemicelulose e celulose, por uma reação de hidrólise podem ser transformados em açúcares simples, tais como xilose e glicose, que podem ser utilizados como substrato em processos fermentativos. Algumas linhagens de leveduras não pertencentes ao gênero Saccharomyces possuem a capacidade de bioconversão das pentoses (xilose e arabinose), constituintes da fração hemicelulósica, em etanol. Neste contexto, o presente estudo objetivou isolar leveduras de madeira em fase de decomposição para avaliação das mesmas quanto à capacidade de bioconversão da xilose, principal constituinte da fração hemicelulósica, em etanol. Foram obtidas 83 colônias de leveduras do isolamento, sendo que todas foram inoculadas em meio de xilose como fonte de carbono. Somente onze isolados não apresentaram capacidade de produção de etanol a partir de xilose, os isolados que exibiram essa capacidade apresentaram uma variação de 0,60 até 6,58 g L-1 de etanol. Além dos isolados, quinze linhagens pertencentes a espécies de leveduras já conhecidas como fermentadoras de xilose foram avaliadas quanto à produção de etanol. As linhagens pertencentes às espécies Spathaspora passalidarum (HMD1.3) e Candida shehatae (HM52.2) foram as maiores produtoras de etanol e não apresentaram diferenças significativas entre elas. Dentre todos os isolados obtidos, os isolados I38 e I54 não diferiram entre si, e foram os maiores produtores de etanol. O isolado I38 apresentou resultados significativamente maiores do que as linhagens padrão Spathaspora arborariae HM19.1A e Sheffersomyces stipitis NRRLY7124, enquanto o isolado I54 não diferiu da linhagem padrão HM19.1A, mas foi superior à linhagem NRRLY7124. / The importance given to biofuels drastically increased in the last years, because besides reducing oil dependence and spending on fossil energy, the use of renewable energy sources also results in a significant reduction of toxic gas emissions to the atmosphere. Plant biomass is one of the cheapest and most abundant renewable feedstock for sustainable development and is a promising source for biofuel production. Bioethanol produced from lignocellulosic fractions, known as second generation ethanol, have a promising market potential as a biofuel. However, the process technology is still in demonstration scale. There is a great need for improvements in the production process in order to reduce the production cost. If there was a total utilization of sugars in plant biomass, there would be greater profitability and competitiveness, making this process more feasible. The polysaccharides components of lignocellulosic material, such as cellulose and hemicellulose, by hydrolysis reaction can be transformed into simple sugars such as xylose and glucose, which can be used as substrate for fermentation. Some yeast strains not belonging to the genus Saccharomyces have the ability of bioconversion of pentoses (xylose and arabinose), components of the hemicellulose fraction, to ethanol. In this context, the aim of the present study was the isolation of yeasts from decaying wood, to assess their ability in bioconversion of xylose, the main constituent of the hemicellulosic fraction, to ethanol. Eighty-three colonies were obtained from the yeasts isolation, which all were inoculated in media containing xylose as carbon source. Only eleven strains did not showed the ability of ethanol production from xylose, the strains that exhibited this ability varied between 0.60 to 6.58 g L-1 of ethanol. In addition to the isolated strains, fifteen strains belonging to yeast species already known as xylose fermenters were assessed for ethanol production. The strains belonging to the species Spathaspora passalidarum (HMD1.3) and Candida shehatae (HM52.2) were the largest producers of ethanol and showed no significant differences between them. Among all obtained strains from isolation, I38 and I54 did not differed from each other, and were the largest producers of ethanol. The I38 strain showed results significantly higher than the standard strains Spathaspora arborariae HM19.1A and Sheffersomyces stipitis NRRLY7124, while the I54 strain did not differed from the standard strain HM19.1A, but was higher than the strain NRRLY7124.

In this thesis the interactions in cellulose systems havebeen studied with emphasis on surface forces and adsorptionphenomenon. The study was limited to surfaces and polymers ofinterest for papermaking. During papermaking both therunability of the paper machine as well as the properties ofthe final paper will depend on the molecular interactionsbetween the components present in the suspension. The objectiveof this work was to gain a better understanding of theseinteraction forces and how they are affected by solutionconditions like pH and electrolyte concentration. The maintechniques employed for this purpose were direct surface forcemeasurements using both the interferometric surface forceapparatus (SFA) and the atomic force microscopy (AFM)colloidal-probe technique. In addition, both electronspectroscopy for chemical analysis (ESCA) and AFM imaging wereused for surface characterisation and to study adsorptionbehaviour. Since a smooth and transparent surface is needed forsurface force studies using SFA, Langmuir-Blodgett films ofcellulose were employed. The interactions between cellulose surfacesand xylansurfaces were studied. Cellulose is the main constituent of thewood fibre. In close association with cellulose in the cellwall are the hemicelluloses, xylan being a commonhemicellulose. Steric forces were found to dominate theinteractions between these substances in aqueous solutions.Still factors like charge density, solution pH and electrolyteconcentration were important. The adhesion between cellulosesurfaces in air depended on the contact area. The effect of acationic polyelectrolyte on the forces between cellulosesurfaces and between cellulose and mineral surfaces wasinvestigated to obtain a better understanding of the effects ofcationic retention and strength additives. In the presence of acationic polyelectrolyte the forces at large distances weredominated by double-layer repulsion. Bridging attraction was insome cases observed, but the presence and magnitude of thisforce was dependent on the properties of the substratesurface. Lignin on the fibre surface affects brightness, swelling andstrength of paper. In addition, dissolved lignin interfereswith added polymers during papermaking. For this reason theadsorption of lignin on cellulose fibre surfaces was explored.The adsorption of lignin was influenced by the concentration oflignin in solution and by the electrolyte composition of thesolution. The retention of lignin was affected by the presenceof a cationic polyelectrolyte and particularly by how thepolyelectrolyte was added. The AFM imaging revealed thestructure of the adsorbed lignin, which varied with the way ofadding the polyelectrolyte, and gave an idea about theadsorption mechanism. The effect of lignin on strengthproperties of paper sheets was also evaluated. Keywords: cellulose, hemicellulose, xylan, lignin, surfaceforces, adsorption, polyelectrolyte, SFA, AFM, ESCA,Langmuir-Blodgett films, chitosan, steric forces,bridging,adhesion