A conversão biológica de biomassa celulósica em combustíveis e produtos químicos oferece elevados rendimentos de produtos para a o sucesso da economia e futuramente o potencial de custos muito baixos. A hidrólise enzimática, que converte a biomassa lignocelulósica a açúcares fermentáveis é uma etapa complexa do processo. Um requisito importante no custo-eficiente no processamento de biomassa lignocelulósica é empregar um reator que assegure, ou até mesmo promova uma elevada conversão de celulose para glicose com uma mínima dosagem de enzima. O objetivo da utilização do reator é também de processar um elevado teor de matéria seca e, consequentemente, elevados níveis de celulose que conduzem a um aumento na concentração do produto. No entanto, nos processos que empregam altas cargas de sólidos, além da viscosidade elevada do meio reacional, outros fatores afetam o processo, além da inibição do produto, sendo estes as limitações decorrentes da transferência de massa e a agitação e mistura do meio. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi projetar um biorreator do tipo tambor rotativo para ser empregado no processo, em grande escala, de hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. Para alcançar este objetivo foram realizados experimentos, em escala de bancada, em um protótipo já existente no laboratório. Neste equipamento foi adicionado uma carga de sólidos de 10% (p/v) (bagaço de cana de açúcar, in natura e pré-tratado) e enzima celulase (Accellerase 1500® (Danisco)). Os resultados dos experimentos no reator mostraram um aumento na concentração de glicose (L⁻&#185) convertida quando comparado com os realizados em frascos Erlenmeyer (controle). Isto ocorreu devido a melhor transferência de massa e de mistura no reator, sendo este mais eficiente, pois permite uma maior área de contacto da enzima com o substrato (bagaço). / The biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers high yields of products for the success of the economy and future the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts fermentable sugars in lignocellulosic biomass is a complex step in this process. An important requirement in cost-efficient in the processing of lignocellulosic biomass is to employ a reactor that will ensure, or even promote, maximal conversion of cellulose to glucose with a minimum dosage of enzyme. The purpose of using the reactor is also for to process of high dry matter contents and therefore higher levels of cellulose that will also drive up the product concentration. However, the processes that emply high solid loadings, in addition to the high viscosity of the reaction mixture and other factors than product inhibition, notably mixing and mass transfer limitations. Within this context, the aim of this work was to design a bioreactor rotary drum to be used in the process, with largescale enzymatic hydrolysis from sugarcane bagasse. To achieve this objective were performed in a bench scale, with prototype already existing in the laboratory. In this equipment was added a solids loading of 10% (w/v) (sugar cane bagasse, raw and pretreated) and cellulose enzyme (Accellerase 1500® (Danisco)). The results of the reactor experiments showed an increase in glucose concentration (L⁻&#185) converted when compared with those realized in Erlenmeyer flasks (control). This occurred because the mass transfer and mixing in the reactor is more efficient because it allows greater contact area of the enzyme with the substrate (sugarcane bagasse).

A aplicação da tecnologia enzimática em óleos e gorduras vem se consolidando como uma alternativa atraente para a substituição dos processos químicos tradicionais. A hidrólise de óleos vegetais é um processo pelo qual se pode obter vários compostos de interesse industrial, possibilitando agregar valor tanto a cadeia produtiva como aos produtos finais. O presente trabalho teve como objetivo a produção de um biocatalisador ativo e estável a partir das células íntegras do fungo filamentoso Penicilliumcitrinumpara aplicação na reação de hidrólise de óleos vegetais. As células íntegras contendo lipase ligada ao micélio foram produzidas na sua forma livre e imobilizada em espumas de poliuretano cortadas em cubos de 6 mm de aresta. Os biocatalisadores obtidos foram caracterizados quanto suas propriedades bioquímicas e cinéticas incluindo valores ótimos de pH, temperatura e constantes cinéticas, utilizando o método de hidrólise do azeite de oliva. As células livres apresentaram valores ótimos de atuação em pH 7,5 e temperatura de 45 °C. O tempo de meia vida obtido a 60 °C foi de 1,81 h, com velocidade máxima de 267,33 U/g. Para as células imobilizadas, a melhor atuação da lipase ligada ao micélio foi em pH 8,0 e temperatura de 40 °C, com velocidade máxima de 123,24 U/g e tempo de meia vida a 60 °C de 2,23 h. Definidas as condições ótimas de atuação das células, a próxima etapa do trabalho consistiu em realizar a hidrólise do óleo de soja empregando inicialmente as células livres, avaliando-se os efeitos da temperatura, pH, agitação e uso de solventes. Com o objetivo de melhorar a produtividade do sistema, os parâmetros temperatura e razão mássica óleo/tampão foram otimizados por meio do planejamento experimental, em busca das melhores condições para a reação. A condição otimizada predita pelo planejamento fatorial foi temperatura de 37°C e razão mássica óleo/tampão fosfato de sódio 0,1M pH 7,0 de 20%, obtendo-se uma porcentagem máxima de hidrólise de 38,6% após 3 horas de reação empregando 10% m/m de biocatalisador em sua forma livre na presença de agente emulsificante. A etapa seguinte explorou a utilização de ondas ultrassônicas na hidrólise do óleo de soja sendo constatados incrementos significativos no grau de hidrólise máximo em um período de tempo de 9 h. Foram obtidos valores de 77 e 96% de grau de hidrólise com e sem agente emulsificante, evidenciando a influência positiva das ondas ultrassônicas na reação. A análise cromatográfica do hidrolisado revelou que as células de P. citrinumforneceram os principais ácidos graxos presentes no óleo de soja, com predominância dos ácidos graxos C18:1 e C18:2. A influência de óleos vegetais contendo diferentes composições em ácidos graxos (oliva, canola e girassol) também foi avaliada na reação de hidrólise, sendo constatada a preferência do biocatalisador livre na conversão em ácidos graxos de cadeia longa, presentes no óleo de girassol. Ao final, o desempenho do biocatalisador imobilizado foi investigado na reação de hidrólise do óleo de soja e revelou resultados promissores, com grau de hidrólise máximo de 55,7% em 12h de reação. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que o emprego de células íntegras como biocatalisador em reações de hidrólise de óleos vegetais é uma alternativa promissora à catálise convencional, principalmente na obtenção de ácidos graxos poli-insaturados, como ômega 6. / The application of enzymatic technology in oils and fats has been consolidated as an attractive alternative for the substitution of traditional chemical processes.The hydrolysis of vegetable oils is a process by which several compounds of industrial interest can be obtained, allowing to add value both the production chain and the final products.This study aimed to the production of an active biocatalyst and stable from whole cells of the filamentous fungus Penicillium citrinum for application in the hydrolysis reaction of vegetable oils.The whole cells containing intracellular lipase attached to the mycelium were produced in free and immobilized form polyurethane foams cut into cubes 6 mm edge. The biocatalysts were characterized as their biochemical and kinetic properties including optimum values of pH, temperature and kinetic constants. The free cells showed optimal values of activity at pH 7.5 and temperature 45 ° C.O half-life obtained at 60 ° C was 1.81 h, with a maximum speed of 267,33 U / g. For immobilized cells, the best performance of intracellular lipase was at pH 8.0 and 40 ° C, with a maximum speed of 123,24 U / g and half-life at 60 ° C for 2,23 h.After the optimum conditions of cell performance were determined, the next stage of the work consisted in hydrolysis of soybean oil using the free cells, evaluating the effects of temperature, pH, agitation and solvent use.In order to improve system productivity, the temperature parameters and ratio by weight oil / buffer were optimized through experimental design, in search of better conditions for reaction. The optimized conditions predicted by the experimental design was 37 ° C and weight ratio oil / 20% buffer to give a maximum percentage of hydrolysis of 38.6% after 3 hours of reaction using 10% m / m biocatalyst in free form in the presence of emulsifying agent. The next step explored the use of ultrasonic waves in the hydrolysis of soybean oil with significant increases in the degree of maximum hydrolysis in a time period of 9 h.The values of 77 and 96% of hydrolysis degree with and without emulsifying agent were obtained, evidencing the positive influence of the ultrasonic waves in the reaction.The chromatographic analysis of the hydrolyzate showed that the P. citrinumcells provided the main fatty acids present in soybean oil, predominantly C18:1 and C18:2 fatty acids.The influence of vegetable oils containing different compositions in fatty acids (olive, canola and sunflower) was also evaluated in the hydrolysis reaction, being verified the preference of the free biocatalyst in the conversion to long chain fatty acids present in sunflower oil.At the end, the performance of the immobilized biocatalyst was investigated in the hydrolysis reaction of soybean oil and showed promising results, with a maximum hydrolysis degree of 55.7% in 12 hours of reaction.The results obtained in this work demonstrate that the use of intact cells as a biocatalyst in hydrolysis reactions of vegetable oils is a promising alternative to conventional catalysis, especially in the production of polyunsaturated fatty acids, such as omega 6.

Os Fatores de Redução Parciais (FRp) contemplam a estimativa das perdas de resistência à tração dos geossintéticos com o decorrer da vida útil em uma aplicação geotécnica. Esses valores são obtidos através de ensaios que consideram, isoladamente, os diversos tipos de degradação a que esses elementos possam ser expostos. A metodologia convencional sugere que a resistência a tração do geossintético, no tempo de projeto, seja dada pela resistência à tração característica dividida pelo produto de todos os FRp e um fator de segurança (FS) relativo à extrapolações, sinergias, etc. Neste conceito, pouco se conhece a respeito da sinergia entre os FRp e, ao assumir valores empíricos, há o risco de incorrer em um sobredimensionamento ou, por outro lado, desfavorecer a segurança da obra. Este trabalho alerta, em sua revisão bibliográfica, para os efeitos dos danos de instalação no comportamento em longo prazo dos geossintéticos destinados a reforço. É conclusiva a necessidade de rever a atual metodologia de cálculo utilizada. Nesta mesma linha, o efeito sinérgico da hidrólise e fluência em filamentos de PET é debatido e estudado através de ensaios especificamente desenvolvidos para esta análise. Os resultados, dentre outras contribuições, destacam a necessidade imediata de continuidade deste estudo com aplicação em corpos-de-prova bidimensionais. Problemas e sugestões relativas aos mecanismos e procedimentos de ensaios são, também, enfatizados.

O bagaço de cana-de-açúcar, um dos resíduos gerados durante a produção de açúcar, é composto basicamente por celulose (41 44 %), hemicelulose (25 27 %) e lignina (20 22 %); cerca de dois terços da energia existente na cana-de-açúcar está contida no bagaço e na palha. Diversos processos utilizam o bagaço excedente, mas principalmente para produção de energia. No entanto, devido à grande quantidade de bagaço e palha que ainda sobram no processo estes materiais podem ser utilizados como fonte de celulose para obtenção de etanol. Para tanto, se faz necessária a hidrólise do bagaço e da palha a fim de se obter um hidrolisado que possa ser fermentado por leveduras industriais. A hidrólise do bagaço pode ocorrer por explosão a vapor, hidrólise química com ácidos ou álcalis ou hidrólise enzimática entre outros processos; a hidrólise química pode gerar compostos que são inibidores do processo fermentativo enquanto a hidrólise enzimática é um processo bastante oneroso visto não existir no Brasil a produção de enzimas para este fim. Por outro lado, se a hidrólise for efetuada somente com o próprio fungo, o processo pode ser lento. Neste contexto, este trabalho visou utilizar bagaço de cana-de-açúcar, pré-tratado por explosão a vapor e pré-tratado com ácido como substrato para selecionar fungos capazes de hidrolisar o bagaço a açúcares potencialmente fermentáveis por leveduras industriais. Foram realizados experimentos em uma etapa preliminar para selecionar dentre seis linhagens de fungos o(s) mais apto(s) para produção de açúcares redutores. E, experimentos fatoriais 22 para otimização das condições de hidrólise para os fungos selecionados na etapa anterior. Os fungos Trichoderma reesei e Phanerochaete chrysosporium foram selecionados para hidrolisar bagaço moído pré-tratado por ácido em cinco dias de incubação. A análise de variância (ANOVA) possibilitou gerar modelos validados e, superfícies de resposta para liberação de açúcares redutores e hexoses na hidrólise pelos fungos selecionados. As superfícies de resposta indicaram faixas ótimas de temperatura e concentração de ácido (32,19°C/1,09%) para liberação de açúcares redutores por T. reesei e, (32,6°C/1,06%) para P. chrysosporium. / The bagasse from sugar cane, a waste generated during the production of sugar, is composed primarily of cellulose (41 - 44%), hemicellulose (25 - 27%) and lignin (20 - 22%), about two thirds of energy in existing sugar cane is contained in the bagasse and straw. Several processes using bagasse surplus, but mainly for energy production. However, due to the large amount of bagasse and straw still left in these materials can be used as a source of cellulose to obtain ethanol. Thus, it is necessary to hydrolysis of bagasse and straw in order to obtain a hydrolyzate that can be fermented by yeast industry. Hydrolysis of bagasse can occur for a steam explosion, hydrolysis with acid or alkali chemical or enzymatic hydrolysis and other processes, the hydrolysis may generate chemical compounds that are inhibitors of the fermentation process while the enzymatic hydrolysis process is very costly as there is in Brazil the production of enzymes for this purpose. Furthermore, if the hydrolysis is carried out only with the fungus itself, the process can be slow. In this context, this work aimed to use crushed sugar cane, pre-treated by steam explosion and pre-treated with acid as a substrate to select fungi able to hydrolyze the bagasse potentially fermentable sugars for the yeast industry. Experiments were carried out in a preliminary step to select among six strains of fungi as suitable for production of reducing sugars. And, 2² factorial experiments to optimize the conditions of hydrolysis for selected fungi in the previous step. The fungi Trichoderma reesei and Phanerochaete chrysosporium were selected to hydrolyze milled bagasse pre-treated by acid in five days of incubation. The analysis of variance (ANOVA) allowed generate validated models and response surfaces for the release of reducing sugars and hexose hydrolysis by the selected fungi. The areas of response indicated bands optimum temperature and concentration of acid (32.19°C/1.09%) for release of reducing sugars by T. reesei, and (32.6°C/1.06%) for P. chrysosporium.

Os grãos de quinoa possuem excelente balanço nutricional além das propriedades funcionais, comparativamente superior à dos cereais. A quinoa é cultivada em diversos países e, devido às suas características, têm aumentado o interesse de pesquisadores e consumidores. A quinoa contém pericarpo branco, no entanto, existem grãos com pericarpo vermelho e preto, e todos os tipos são utilizados como alimento em diferentes preparações. Com o objetivo de avaliar as características de grãos de quinoa, amostras de cor branca, preta e vermelha foram analisadas quanto às propriedades físico-químicas e funcionais dos grãos e do amido extraído das diferentes amostras. O amido, extraído pelo método alcalino, foi submetido as análises de teor de amilose, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades térmicas (por DSC-Differential Scanning Calorimeter) e propriedades de pasta (por RVA- Rapid Visco Analyser), além de suscetibilidade à hidrólise enzimática e cor. A composição físico-química dos grãos de quinoa apresentou como principais diferenças o teor de cinzas, fibras e amido. O teor de amilose variou de 13,6% a 21,3%, entre as amostras de amido; os padrões de cristalinidade dos amidos foram de tipo A, típico dos cereais; e, a cristalinidade relativa variou de 25,4 a 29,6 %; as micrografias obtidas por MEV apresentaram as formas poliédricas dos grânulos de amido. Os viscoamilogramas, obtidos para os diferentes amidos, mostraram um comportamento semelhante entre as amostras brancas e pretas. As propriedades térmicas de retrogradação das amostras de quinoa vermelha apresentaram uma menor taxa de retrogradação que variou de 7,5 a 8,5 %; as cultivares brancas apresentaram as maiores taxas de retrogradação de 19,0 a 25,4 %. A hidrólise enzimática dos grânulos de amido, analisada em equivalentes de maltose, variou de 7,2 a 8,7 mg/mL, com uma velocidade maior para a cultivar BSyB, em 60 minutos. O amido extraído das amostras brancas de quinoa apresentou valor de luminosidade de 99,0 e os amidos extraídos das amostras de cor vermelha e preta apresentaram em torno de 97,0. As análises realizadas neste estudo ampliam o conhecimento das características da quinoa de cor branca, vermelha e preta, além de mostrar que a cultivar brasileira (BSyB) apresenta características diferenciadas em vários parâmetros. Devido as suas propriedades todas as amostras analisadas possuem potencial para futuras aplicações tecnológicas. / The quinoa grain have excellent nutritional balance beyond functional properties, comparatively higher than that of cereals. Quinoa is cultivated in many countries and due to its characteristics; this has increased the interest of researchers and consumers. Quinoa contains white pericarp, however, there are red and black grain pericarp and all of kinds are used as food in different preparations. In order to evaluate the quinoa grain characteristics, samples of white, black and red color were analyzed for physical-chemical and functional properties of the grains and starch extracted from different samples, aiming a future technology use. Starch from quinoa grains was extracted by the alkaline method and analyzed for amylose content, X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), thermal properties (by Differential Scanning Calorimeter, DSC) and properties folder (by Rapid Visco Analyser, RVA), susceptibility to enzymatic hydrolysis and color. The physicochemical composition of quinoa grains presents major differences as the ash content, fiber and starch. The amylose content ranged from 13.6% to 21.3% among starch samples; patterns crystallinity of starches of type A were typical cereal; and the relative crystallinity ranged from 25.4 to 29.6%; SEM micrographs obtained showed the polyhedral forms of starch granules. The viscoamilogramas obtained for the different starches, show a similar behavior between the white and black samples. The thermal properties of retrogradation of red quinoa samples showed less retrogradation rate ranged from 7.5 to 8.5%; white cultivars showed the highest rates of downgrading from 19.0 to 25.4%. The enzymatic hydrolysis of the starch granules analyzed to maltose equivalents, ranged from 7.2 to 8.7 mg / ml, at a higher speed for cultivating BsyB in 60 minutes. The starch extracted from samples of white quinoa showed 99.0 brightness value and starches extracted from samples of red and black color had around 97.0. The analyzes performed in this study extend the knowledge of quinoa characteristics of white, red and black, in addition to showing that the Brazilian cultivar (BsyB) has different characteristics on various parameters. Because of their properties, all samples have the potential for future technological applications.

Atualmente o consumo de xarope de maltose vem crescendo devido ao seu uso em cervejarias e está substituindo progressivamente os adjuntos amiláceos. O xarope de maltose é, tradicionalmente, produzido por meio da hidrólise ácida e/ou enzimática de amido ou flocos de milho. Este trabalho teve como objetivo analisar a possibilidade de obtenção de maltose a partir de outras matérias-primas amiláceas como a mandioca e a puba (produto derivado da fermentação da mandioca) pela ação da a-amilase bacteriana e da a-amilase fúngica sem que fosse necessária a extração do amido. Amostras de mandioca e puba com 10, 20 e 30% de sólidos foram incubadas com a-amilase bacteriana termoestável durante 10, 20 e 30 minutos a 80 0 C, adicionando-se em seguida, µ-amilase fúngica e incubando-se as amostras durante 48 horas a 55 0 C. O grau de sacarificação, expresso em dextrose equivalente (DE), foi determinado pelo método DNS em vários intervalos de tempo. Glicose e maltose foram determinadas por HPLC após 48 horas de sacarificação. Os resultados mostraram que o tempo de ação da a-amilase bacteriana não causou diferenças significativas no grau de hidrólise entre as amostras, mas a concentração de sólidos influiu significativamente no grau da liquefação das amostras. O comportamento das curvas do grau de sacarificação foi semelhante para todos os tratamentos tanto da mandioca quanto da puba. O conteúdo de maltose nas amostras variou entre 30-60% e a glicose entre 0-10% caracterizando um xarope com alto teor de maltose. A eficiência de hidrólise ficou abaixo do esperado. Entretanto, esse fato pode ser explicado pela utilização da mandioca sem extração prévia do amido e pelas dificuldades na extração dos sólidos por centrifugação. Pode-se afirmar que tanto a mandioca quanto à puba podem ser utilizadas como matéria prima em substituição ao milho na obtenção de xarope de maltose através da hidrólise enzimática. A puba, porém, é de mais fácil manuseio sendo que o tratamento com 20% de sólidos, exposto durante 10 minutos a a-amilase bacteriana proporcionou maior rendimento, atingindo 4,2 kg de maltose e 0,3 kg de glicose por 100 kg de mandioca fresca além de proporcionar menor quantidade de resíduo sólidos de 13,7 kg. / Nowadays the consumption of maltose syrups is increasing due to its utilization in breweries where it replaces starch adjuncts. Traditionally maltose syrup has been produced from cornstarch or pellets using acid and/or enzymatic hydrolysis. The objective of this work was to evaluate the possibility of obtaining maltose from starch sources other than maize, such as cassava roots or puba, a fermented cassava product, without extraction of the starch, using bacterial a-amylase and fungal a-amylase for starch hydrolysis. Cassava and puba samples with 10, 20 and 30% dry matter were incubated with termostable bacterial a-amylase for 10, 20 and 30 minutes at 80 0 C, followed by the addition of fungal a-amylase. The samples were incubated for 48 hours at 55 0 C. The degree of saccharification, expressed as dextrose equivalent (DE), was determined by the DNS method. The glucose and maltose contents of the hydrolysate were determined after 48 hours by HPLC. The results showed that the time of action of a-amylase did not influence the degree of saccharification of the samples but the solids concentration significantly affected the hydrolysis degree. The saccharification degree curves were similar for both cassava and puba. The maltose content of the samples varied between 30-60% and the glucose content between 0-10%, which characterized them as "High maltose syrups". The hydrolysis efficiency was lower than expected. However, this fact could be explained by the use of cassava without extraction of the starch and by the difficulty of extracting the solids by centrifugation. It was concluded that for replacement of corn starch, both cassava roots and puba could be used as raw materials for maltose syrup production by enzymatic hydrolysis. However the puba was easier to handle than cassava. The puba treatment consisting of 20% of solids and 10 minutes exposure to a-amylase gave the highest yield reaching 4.2 kg of maltose and 0.3 kg of glucose per 100 kg of raw cassava, in addition to a lower solids residue of 13.7 kg.

Celulose nanocristalina (CNC) é um material de grande ascensão e desenvolvimento no mercado, com um número cada vez maior de aplicações em diversos setores industriais. Contudo, suas aplicações dependem fortemente das propriedades químicas, físicas e ópticas inerentes da CNC, bem como a capacidade de subsequente modificação química. A produção de CNC por via enzimática é um processo controlado e ambientalmente correto que permite obter as CNCs com propriedades desejáveis, porém o processo ainda é pouco estudado. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi aumentar a seletividade da endoglucanase para as regiões amorfas e produzir CNC com alta cristalinidade e alto grau de pureza (baixo teor de hemicelulose). Para isso, foi investigado, pela primeira vez, os efeitos de um preparo enzimático rico em xilanase (Cellic HTec2 ®) para auxiliar na produção de CNC por hidrólise enzimática a partir de polpa kraft de eucalipto branqueada (BEKP). Surpreendentemente, combinações de enzimas com cargas mais elevadas de xilanase em relação a de endoglucanase, mostrou ter um maior potencial para produção de CNC, uma vez que esta foi a única condição que levou ao isolamento de nanopartículas. Essas nanopartículas apresentaram tamanho médio de 420-720nm, índice de cristalinidade entre 65-70%, suas suspensões aquosas permaneceram estáveis por um período maior do que 48h, e apresentaram termoestabilidade muito superior a CNCs obtidas pelo método tradicional de hidrólise com H2SO4. A combinação com carga de xilanase 3 e 7 vezes maior do que a de endoglucanase mostrou ser uma combinação ideal para produção de CNCs. Apesar da xilanase utilizada neste trabalho ter solubilizado mais 70% da xilana de BEKP, o teor de xilana encontrado nas CNCs mantiveram alto (13-15%) e não houve correlação com a composição química o resíduo de BEKP após a hidrólise enzimática. / Cellulose nanocrystal (CNC) is a high-value, emerging nanomaterial with an increasing number of applications in various industrial sectors. However, its applications depend heavily on the inherent chemical, physical and optical properties as well as its suitability for subsequent chemical modification. The enzymatic production of CNC is a controlled and ecofriendly process that allows to obtain CNC with improved properties, but the process is still poorly studied. In this context, the objective of this work was to increase the selectivity of an endoglucanase to the amorphous regions of cellulose and to produce CNC with high crystallinity and purity (low hemicellulose content). We investigated, for the first time, the ability of an endoxylanase enriched enzyme preparation (Cellic HTec2 ®) to aid in the production of CNC by enzymatic hydrolysis from a bleached eucalyptus kraft pulp (BEKP). Interestingly, it was found that combinations of enzymes with xylanase load higher than endoglucanase resulted in greater potential for CNC production, since this was the only condition that led to the isolation of nanoparticles. These nanoparticles showed an average particle size of 420- 720nm, crystallinity index between 65-70%, and their aqueous suspension could remain stable for a period longer than 48h. The enzymatically produced CNCs showed much higher thermostability than the CNC obtained by the traditional hydrolysis with H2SO4. The combination of xylanase loading 3 and 7 times greater than endoglucanase was shown to be an ideal combination for CNC production. Although the xylanase employed in this work solubilized more than 70% of the xylan in BEKP, the content of xylan found in CNC produced remained high (13-15%) and did not correlated with the chemical composition of the enzymatic hydrolysis cellulosic residue.

Um dos desafios relacionados à utilização de xilana para a fabricação de biofilmes, aditivos para fabricação de papéis, medicamentos e alimentos é a sua extração na forma polimérica e com alta pureza. Neste trabalho o material de partida para a obtenção de xilana foi o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado quimio-termomecanicamente com álcali e sulfito, visando aproveitar esta fração, que corresponde a aproximadamente 25% (m/m). A composição química das xilanas no material original foi determinada, bem como o tipo e a proporção dos grupos pendentes. A extração de xilanas do bagaço de cana pré-tratado foi feita utilizando uma endoxilanase recombinante da família GH30, denominada xilanase VI, com mecanismo de ação dependente da presença de ácidos urônicos para a clivagem da cadeia principal de xilana. Partindo-se do DNA genômico de Trichoderma reesei QM6a, que contém o gene da xilanase VI, foi feita a clonagem em um vetor e este foi inserido em Escherichia coli Rosetta-gami, Pichia pastoris e Aspergillus nidulans A773. Os melhores resultados de expressão da xilanase VI foram obtidos em E. coli, porém os estudos com este sistema serão conduzidos em outro trabalho. A xilanase VI expressa em A. nidulans A773 foi parcialmente purificada e exibiu ótimos de atividade em pH 4-5 à 50 oC. Esta xilanase apresentou maior ação em glucuronoxilana de beechwood e em arabinoglucuronoxilana extraída de bagaço de cana, quando comparado à xilana de oat spelts e à medula de cana. Os dados de Km e Vmax em xilana beechwood exibiram valores de 0,783 mg/ml e 0,4675 UI/ml, respectivamente, em 10 min de reação. A extração enzimática do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino solubilizou 14% das xilanas e após uma extração alcalina o rendimento aumentou para 32%. A massa molar média das xilanas extraídas na etapa enzimática foi de 4000 Da, produzindo oligossacarídeos em vez de xilobiose ou xilose, mesmo após longos tempos de reação. Esta enzima se mostrou eficaz para a extração de xilanas de cadeias longas quando se comparada às xilanas extraídas por xilanases de outras famílias. / One of the challenges related to the use of xylan for the manufacture of biofilms, papermaking additives, drugs and food is its extraction in polymer form with high purity. In this project, the starting material for xylan isolation was the sugarcane bagasse pretreated with alkali-sulfite chemothermomechanical process, to recover this fraction, which corresponds to approximately 25% (w/w). The chemical composition of original xylans was determined, as well as the type and proportion of the pendant groups. Xylan extraction from pre-treated sugarcane bagasse was performed using a recombinant endoxylanase from the GH30 family, named xylanase VI, with an appendage-dependent mechanism of action for the xylan backbone cleavage. Starting from the genomic DNA of Trichoderma reesei QM6a, which contains the xylanase VI gene, cloning was done in a vector that was inserted into Escherichia coli Rosetta-gami, Pichia pastoris and Aspergillus nidulans A773. The highest xylanase VI expression results were obtained in E. coli, but studies with this system it will be conducted in future works. Xylanase VI expressed in A. nidulans A773 was purified and showed the higher activity at pH 4-5 at 50 oC. This xylanase present higher activities on beechwood glucuronoxylan and on arabinoglucuronoxylan extracted from sugarcane bagasse than on oat spelts xylan and sugarcane pith. Data for Km and Vmax in xylan beechwood showed values of 0.783 mg / ml and 0.4675 IU / ml, respectively, in 10 min of reaction. The enzymatic extraction of alkaline sulphite pretreated sugarcane bagasse solubilized 14% of the xylans followed by an alkaline extraction with yield of 32%. The average molar mass of xylans extracted in the enzymatic step was 4000 Da, producing oligosaccharides instead of xylobiose or xylose, even after long reaction periods. This enzyme proved effective for xylan extraction of long chains when compared to xylan hydrolysates by xylanases from other families.

As celuloses nanocristalinas (CNC) são partículas de, pelo menos, uma dimensão nanométrica, possuem baixa densidade, alta resistência e área de superfície para realizar modificações químicas, podendo melhorar as propriedades de materiais compósitos. O método mais tradicional para isolar CNC é por hidrólise ácida com ácido sulfúrico, porém este procedimento apresenta desvantagens. Além disso, a ação não seletiva do ácido também ataca as regiões cristalinas levando a um baixo rendimento de produção, e a obtenção de uma suspensão muito diluída de açúcares solubilizados e outros compostos indesejáveis, o que inviabiliza a recuperação dos açúcares. Outra possibilidade para o isolamento de CNC envolve a utilização de preparos enzimáticos de celulases, uma alternativa promissora. Porém, a utilização de baixa carga de polpa celulósica e alta quantidade de enzima tipicamente utilizadas na rota enzimática para obter nanocristais são fatores limitantes. A fim de tentar superar estes problemas, este trabalho teve como objetivo avaliar um sistema de tratamento enzimático em duas etapas para possibilitar a condução do tratamento enzimático em alta concentração de polpa celulósica e baixa dose de enzimas e permitir a produção de CNC e recuperar os açúcares solubilizados em alta concentração. Os resultados mostraram que ao realizar uma hidrólise com baixa carga de sólidos e com suplementação de ?- glicosidade foi possível obter uma conversão de celulose 30% maior, mas uma significativa redução da eficiência enzimática foi observada quando a carga de sólidos foi aumentada, mesmo utilizando a suplementação.Por meio do sistema de duas etapas, foi possível obter uma conversão de celulose e uma concentração de açúcares relativamente alta, além de obter CNC com propriedades comparáveis as obtidas em situações tradicionais de hidrólises. No entanto, o diferencial da hidrólise aplicando o sistema de duas etapas se caracterizou pela utilização de, aproximadamente, metade da quantidade de enzimas utilizadas nas hidrólise tradicionais. Alem disso, o sistema em duas etapas possibilitou a reciclagem das enzimas não adsorvidas para reações de hidrólises subsequentes, se mostrando mais um fator de destaque para a área de conversão enzimática. Conclui-se, portanto, que este sistema se mostrou muito eficiente e promissor o que é interessante do ponto e vista econômico para processos subsequentes à hidrólise. / Nanocrystalline celluloses (CNC) are particles of at least one nanometric dimension, have low density, high strength and surface area to perform chemical modifications, and can improve the properties of composite materials. The most traditional method for isolating CNC is by hydrolysis with sulfuric acid, however this procedure has drawbacks. In addition, the non-selective action of the acid also attacks the crystalline regions leading to a low yield of production, and obtaining a very diluted suspension of solubilized sugars and other undesirable compounds, which impairs prevents the recovery of sugars. Another possibility for the isolation of CNC involves the use of enzymatic preparations of cellulases, a promising alternative. However, the use of low cellulosic pulp load and high amount of enzyme typically used in the enzymatic route to obtain nanocrystals are limiting factors. In order to overcome these problems, this work had as objective to evaluate a system of enzymatic treatment in two stages to enable the conduction of the enzymatic treatment in high concentration of cellulose pulp and low dose of enzymes and to allow the production of CNC and to recover the solubilized sugars in high concentration. The results showed that when hydrolysis was carried out with low solids loading and with ?-glycoside supplementation, 30% higher cellulose conversion was achieved, but a significant reduction of the enzymatic efficiency was observed when solids loading was increased, even using by means of the two-stage system, it was possible to obtain relatively high cellulose conversion and sugar concentration, in addition to obtaining CNCs with properties comparable to those obtained in traditional hydrolysis situations. However, the differential of the hydrolysis applying the two-stage system was characterized by the use of approximately half the amount of enzymes used in traditional hydrolysis. In addition, the two-step system allowed the recycling of the non-adsorbed enzymes to subsequent hydrolysis reactions, showing another important fator for the enzymatic conversion area. It is concluded, therefore, that this system proved very efficient and promising what is interesting from the economic point of view of processes subsequent to the hydrolysis.

As nonoceluloses são partículas com pelo menos uma dimensão menor que 100 nm. A produção delas a partir de materiais lignocelulósicos tem obtido grande destaque nos últimos anos. A celulose nanocristalina (CNC) é tradicionalmente produzida através da hidrólise ácida, utilizando alta concentração de ácido, grande volume de água e com baixo rendimento. A celulose nanofibrilada (CNF) é produzida pela desfibrilação mecânica de polpas celulósicas com alto consumo de energia. Por outro lado, embora a produção industrial de etanol 2G já tenha começado, com as primeiras plantas de produção em escala espalhadas pelo mundo, a hidrólise enzimática completa da celulose para este fim não é economicamente viável e gera um resíduo rico em celulose e altamente recalcitrante, que poderia ser utilizado para produzir nanoceluloses, que tem alto valor agregado. Neste contexto, este estudo investigou a viabilidade técnica da produção das nanoceluloses (CNC e CNF) integradas ao processo de produção de açúcares fermentescíveis para a produção de etanol 2G a partir do bagaço de cana-de-açúcar. Incialmente, em uma planta piloto de produção de etanol 2G, o bagaço foi pré-tratado por explosão a vapor, que gerou a celulignina que foi deslignificada com NaOH. A polpa celulósica gerada foi tratada com peróxido de hidrogênio em meio alcalino para realizar a remoção da lignina residual. Os materiais gerados pelo pré-tratamento e pelo processo de polpação em meio alcalino foram caracterizados quando sua composição química e hidrolisados com diferentes cargas de enzimas. Os resultados mostraram a eficiência dos pré-tratamentos aplicados ao bagaço de cana-de-açúcar causando o enriquecimento em celulose e a diminuição do teor lignina e de hemiceluloses, acarretando um maior acesso das enzimas a celulose. O estudo do efeito das cargas enzimáticas, do aumento da carga de sólidos e do sistema de agitação, resultou em conversões de celulose em torno de 80%, atingindo concentrações acima de 120 g/L. Utilizando o resíduo de hidrólise da polpa celulósica, foram obtidas as nanoceluloses. A CNC apresentou tamanho médio de partículas de 679 nm, índice de cristalinidade de 54%, diâmetros mais frequentes entre 55 e 65 nm e rendimento de aproximadamente 48%. A CNF apresentou tamanho médio de 722 nm e diâmetros com maior frequência em torno de 60 nm, e rendimento de aproximadamente 38%. As suspensões aquosas de CNC e CNF apresentaram baixa estabilidade, quando monitoradas através do potencial zeta. / Nanocelluloses are particles with at least one dimension smaller than 100 nm. Their production from lignocellulosic materials has gained prominence in recent years. Cellulose nanocrystals (CNC) is traditionally produced through acid hydrolysis using high acid concentration, high water volume and results in low yield. Cellulose nanofibrils (CNF) is produced by mechanical defibrillation of cellulosic pulps with high energy consumption. On the other hand, despite the fact the production of 2G ethanol has already reached commercial production, with the first commercial facilities around the worldwide, complete enzymatic hydrolysis of cellulose for this purpose is not economically viable and generates a highly recalcitrant residue rich in cellulose and, which could be used to produce nanocelluloses, high-added value products. In this context, this study investigated the technical viability of obtaining nanocelluloses integrated into the production process of fermentable sugars to obtain 2G ethanol from sugarcane bagasse. Initially, at a pilot plant for production of2G ethanol, sugarcane bagasse was pre-treated by steam explosion, generating cellulignin, which was delignified with NaOH. The resulting cellulosic pulp was treated with hydrogen peroxide in an alkaline medium to remove residual lignin. The materials generated after the pre-treatment and the pulping process in alkaline medium were characterized regarding their chemical composition and then hydrolyzed with different loads of enzymes. The results showed that the pre-treatments applied to the bagasse caused the enrichment in cellulose and the decrease of lignin and hemicelluloses contents, leading to a greater access of the enzymes to cellulose. The enzymatic charges used in the experiments, which were evaluated in combination with the increase of the solids loading together with the change of the agitation system, resulted in a cellulose conversion of around 80%, reaching concentrations above 120 g/L. Using the hydrolysis residue of the cellulosic pulp, nanocelluloses were obtained. The CNC showed a mean particle size of 679 nm, crystallinity index of 54%, diameters between 55 and 65 nm and a yield of about 48%. The CNF displayed an average particle size of 722 nm and diameters with higher frequency around 60 nm. The aqueous suspensions of CNC and CNF showed low stability when monitored through the zeta potential.