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

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

The intolerance to lactose is the most common intolerance to carbohydrates among people of all ages and it affects about 70% of the adult population worldwide. Due to the prevalence of this condition on the world population, the commercial interest on milk and derivatives with reduced amount of lactose has increased. Such product can be obtained through lactose hydrolysis, mainly through the enzymatic method, using lactase enzyme. The level of lactose hydrolysis depends on the dosage of J-galactosidase in milk, as well as on its processing conditions and, for this reason, it is extremely important to evaluate the influence of such conditions concerning obtainment of milk with reduced amount of lactose, such as temperature during hydrolysis and lactase concentration, over the efficiency of the hydrolysis process and over the physical, chemical and microbiological characteristics of the fina product. The aim of the present study was to observe the influence of different temperatures and concentrations of lactase enzymes over the lactose hydrolysis in pasteurized milks. Samples of pasteurized milks from the Usina Escola de Laticínios (UFSM) were used. Lactase enzyme, supplied by two companies, was added to the milk in different quantities (0.1g/L; 0.2g/L; 0.5g/L; 0.8g/L e 0.9g/L) and hydrolysis was accomplished in different temperatures (7.9ºC; 12ºC; 22ºC; 32ºC e 36.1ºC). These two variables were combined through Response Surface Methodology (RSM) by rotational composed central delineation. Hydrolysis was followed by crioscopy until it reached stabilization. Physical, chemical and microbiological analysis were carried out before and after lactose hydrolysis, and sensorial analysis was carried out after hydrolysis. Lactase enzyme input modified physical and chemical properties and characteristics of milk, reducing pH, crioscopy, fat and lactose levels and increasing density, total dry extract (TDE), free-fat dry extract (FDE), glucose and protein levels. There was a difference between the efficiency of the two enzymes on the reduction of the lactose level. Lactose hydrolysis reached values in between 80% and 100%, reducing lactose level to less than 1g/100g, thus enabling milk ingestion by individuals who are intolerant to this carbohydrate. Higher percentages of hydrolysis and, consequently, lower lactose levels were verified in temperatures in between 15 and 30°C, using enzyme concentrations in between 0.6 and 1.0 g/L. The average total count after hydrolysis was beyond the limit established by law, but concerning the count per milk sample, using enzyme 1 and 2, treatments three and seven did not exceed this limit, respectively. Higher values of total count were found at the highest temperatures and using lowest enzyme concentrations. Differences among milk samples with different lactose levels were not sensorially perceived through triangular test. / A intolerância à lactose é a intolerância a carboidrato mais comum entre pessoas de todas as faixas etárias e afeta cerca de 70% dos adultos do mundo. Devido à prevalência desta condição na população mundial, tem aumentado o interesse comercial nos leites e derivados com teor reduzido de lactose. E isto pode ser obtido através da hidrólise da lactose, principalmente pelo método enzimático, com a utilização da enzima lactase. O grau de hidrólise da lactose depende da dosagem da J-galactosidase no leite e das condições de processamento e por isto, é extremamente importante avaliar a influência dessas condições para obtenção do leite com teor reduzido de lactose, como temperatura durante a hidrólise e concentração da lactase, sobre a eficiência do processo de hidrólise e sobre as características físico-químicas e microbiológicas do produto final. O objetivo do presente estudo foi observar a influência de diferentes temperaturas e concentrações de enzimas lactase sobre a hidrólise da lactose em leites pasteurizados. Foram utilizadas amostras de leite pasteurizado, proveniente da Usina Escola de Laticínios (UFSM). A enzima lactase, fornecida por duas empresas, foi adicionada ao leite em diferentes concentrações (0,1g/L; 0,2g/L; 0,5g/L; 0,8g/L e 0,9g/L) e a hidrólise foi realizada a diferentes temperaturas (7,9ºC; 12ºC; 22ºC; 32ºC e 36,1ºC), sendo estas duas variáveis combinadas entre si através da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) por delineamento central composto rotacional. A hidrólise foi acompanhada por crioscopia até que esta se estabilizasse. Foram realizadas análises físicoquímicas e microbiológicas antes e após a hidrólise da lactose e análise sensorial após. A adição da enzima lactase modificou características e propriedades físico-químicas do leite, reduzindo pH, crioscopia, teores de gordura e lactose e aumentando densidade, extrato seco total (EST), extrato seco desengordurado (ESD), teores de proteína e glicose. Houve diferença entre a eficiência das duas enzimas na redução do teor de lactose. A hidrólise da lactose atingiu valores de 80% a 100%, reduzindo o teor de lactose para menos de 1g/100g, possibilitando a ingestão do leite por indivíduos intolerantes a este carboidrato. As maiores porcentagens de hidrólise e, conseqüentemente, os menores teores de lactose foram verificados em temperaturas de 15 a 30ºC e com o uso de concentrações de enzima de 0,6 a 1,0 g/L. A média da contagem total após a hidrólise ultrapassou o limite estabelecido pela legislação, porém, nas contagens realizadas por amostra de leite, com o uso da enzima 1, três tratamentos não excederam esse limite e com o uso da enzima 2, sete. Os maiores valores de contagem total foram encontrados nas maiores temperaturas e com o uso de menores concentrações de enzimas. As diferenças entre amostras de leite com teores de lactose diferentes, não foram sensorialmente percebidas através do teste triangular.

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

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

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-10-26T17:28:34Z No. of bitstreams: 1 TeseJBCS.pdf: 2225419 bytes, checksum: d3ec7a73f461b658739175f8e171c762 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:27:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseJBCS.pdf: 2225419 bytes, checksum: d3ec7a73f461b658739175f8e171c762 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:27:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseJBCS.pdf: 2225419 bytes, checksum: d3ec7a73f461b658739175f8e171c762 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T18:27:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJBCS.pdf: 2225419 bytes, checksum: d3ec7a73f461b658739175f8e171c762 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Cell-associated lipases have been considered biocatalysts economically advantageous because they are produced at low cost, avoiding further recovery or purification steps. Few studies regarding Streptomyces clavuligerus lipase have reported the production of extracellular enzyme, although at first this had been considered a cell-associated enzyme. In this context, the aim of this work was the production of the cell-associated lipase from Streptomyces clavuligerus (whole-cell lipase, Sc-WCL) by submerged fermentation, the biochemical characterization of the enzyme and its use in the synthesis of butyl butyrate, an aroma ester with industrial importance. The culture conditions on rotary shaker and the operational parameters for cultivation in bioreactor were evaluated in order to establish a protocol for Sc- WCL production. The conditions for S. clavuligerus cultivation in rotary shaker that resulted in maximal hydrolytic activity of Sc-WCL (3,000 U.L-1) were: baffled flask, free-glycerol production medium, pH 6.8 and 28 °C. The operational parameters in bench reactor that resulted in maximal volumetric productivity of Sc-WCL (54 U.L-1.h-1) were agitation of 400 rpm and aeration of 1 vvm. The maximal volumetric productivity in bioreactor operated under selected conditions (52.5 U.L-1.h-1) was reached after 24 h, while similar productivity in rotary shaker (54.8 U.L-1.h -1) was achieved only after 48 h fermentation. The catalytic potential of Sc-WCL in hydrolysis reactions was comparable to the commercial lipase preparations. Sc- WCL was more active at 60 °C and pH 10.7, and stable at 30-40 °C after 1 h incubation at pH 10. For butyl butyrate synthesis catalyzed by Sc-WCL, the reaction conditions that resulted in higher ester conversion (85%) were: 5 g of Sc-WCL/ L, molar ratio of fatty acid: alcohol 1:1 in heptane and 8 h reaction. The stability at alkaline pH and organic medium (leastwise in heptane and butanol), associated with the low cost, make Sc-WCL attractive in industrial applications, such as flavors synthesis, detergent formulations, hydrolysis of vegetable oils, among others. / Lipases associadas à célula têm se destacado como biocatalisadores economicamente vantajosos, pois são produzidas a baixo custo, dispensando etapas posteriores de recuperação ou purificação. Poucos estudos sobre lipase de Streptomyces clavuligerus relatam a produção da enzima extracelular, embora esta tenha sido, a princípio, considerada uma enzima associada à célula. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a produção de lipase associada à célula de Streptomyces clavuligerus (lipase “whole-cell”, Sc-WCL) por fermentação submersa, a caracterização bioquímica da enzima e sua aplicação na síntese de butirato de butila, um éster de aroma com importância industrial. As condições de cultivo em shaker e os parâmetros operacionais para cultivo em biorreator foram avaliados com o intuito de estabelecer um protocolo para a produção de Sc-WCL. As condições de cultivo de S. clavuligerus em shaker que resultaram em maior atividade hidrolítica de Sc-WCL (3.000 U.L- 1) foram: frasco aletado, ausência de glicerol no meio de produção, pH 6,8 e 28 ºC. Os parâmetros operacionais em reator de bancada que resultaram em maior produtividade volumétrica de Sc-WCL (54 U.L-1.h-1) foram: agitação de 400 rpm e aeração de 1 vvm. A máxima produtividade volumétrica em biorreator operado nas condições selecionadas foi alcançada após 24 h de cultivo (52,5 U.L-1.h-1), enquanto que produtividade similar em shaker foi obtida somente após 48 h de cultivo (54,8 U.L-1.h-1). O potencial catalítico de Sc-WCL em reações de hidrólise foi comparável ao de preparações comerciais de lipase. Sc-WCL foi mais ativa a 60 ºC e pH 10,7, e mais estável na faixa de 30 a 40 ºC após 1 h de incubação a pH 10. Na síntese de butirato de butila catalisada pela Sc-WCL, as condições reacionais que resultaram em maior conversão (85%) foram: 5 g de Sc-WCL/ L, razão molar ácido graxo/álcool 1:1 em heptano e 8 h de reação. A estabilidade em pH alcalino e em meio orgânico (pelo menos em heptano e butanol), associada ao baixo custo, tornam a Sc-WCL atrativa em aplicações de interesse industrial, tais como, síntese de aromas, formulações de detergentes, hidrólise de óleos vegetais, dentre outras.

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

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

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3641.pdf: 2915031 bytes, checksum: 75a88eb9fcd13120c484443ffeae1a1a (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this work was evaluated the sugarcane bagasse (SCB) pretreatment by aqueous ammonia, an alkaline method. Samples of SCB (in natura and steam exploded unwashed) were pretreated with ammonium hydroxide solution (NH4OH) at 1:5 solid-liquid ratio (by weight), in a bench scale. Preliminary assays were carried out employing NH4OH solution (28% w/w) at room temperature 24 ± 3 &#8304;C by 7, 15 and 30 days. In these experiments, it was observed that the pretreatment was selective in removing lignin and hemicellulose. New experiments were carried out using at 50&#8304;C and NH4OH 15% during 30, 60 and 90 minutes. In these pretreatments the same behavior was observed. In the next assays, it decided to fix the reaction time in 60 minutes and the temperature in 100&#8304;C. Samples of in nature and steam exploded SCB were pretreated at diffent NH4OH concentrations (4 to 15%). Enzymatic hydrolysis assays were carried out in Erlenmeyers flasks (50&#8304;C, pH 4.8 and 250 rpm) using 30 FPU/g bagasse (Accellerase 1500, Genencor) and 5 CBU/g bagasse (BG, Genencor). Experiments were carried out employing in natura SCB (pretreated conditions 4, 10 and 15% NH4OH solution, 60 min., 100&#8304;C) with 3% of solid loading. A glucose conversion of 64.2% was reached in the best condition (10% NH4OH solution). Experiments were carried out employing steam exploded SCB (5, 10 e 15% NH4OH solution, 60 min. and 100&#8304;C) with 5% of solid loading. A glucose conversion of 79.9% was reached in the best condition (15% NH4OH solution). Hydrolysis experiments using higher solid loading (5% for in natura and 10% for steam exploded) and 30 FPU/g cellulose (Accellerase 1500) were carried out. A glucose conversion of 69.6% for in natura and 82.2% for steam exploded SCB were obtained. Fermentation assays (250 rpm, 30&#8304;C) employing commercial and industrial Saccharomyces cerevisiae were conducted, in a rich and poor medium. A theoretical fermentation yield up to 78% was found for the poor medium and around 88% for the rich medium. The industrial S. cerevisiae shows a value of yield slightly superior to those of commercial strain. Samples of SCB (before and after pretreatment) were analyzed by scanning electron micrograph (SEM). / O objetivo deste trabalho foi avaliar a etapa de pré-tratamento do bagaço de cana de açúcar empregando amônia aquosa, um método alcalino. Amostras de bagaço (in natura e explodido a vapor não lavado) foram tratadas na proporção 1:5 (massa de bagaço seco por massa de solução de NH4OH), em escala de bancada. Ensaios preliminares foram realizados empregando solução 28% (m/m) de NH4OH, a temperatura ambiente 24 ± 3 &#8304;C por 7, 15 e 30 dias em recipiente fechado. Nestes experimentos verificou-se que o pré-tratamento foi seletivo na remoção de lignina e hemicelulose. Novos experimentos foram realizados fixando-se a temperatura em 50&#8304;C e a concentração de NH4OH em 15%. Avaliaram-se tempos de reação de 30, 60 e 90 min. Nestes prétratamentos o mesmo comportamento foi observado. Nos próximos ensaios o tempo de reação foi fixado em 60 min e a temperatura em 100&#8304;C. Amostras de bagaço foram pré-tratadas em soluções de NH4OH (4 a 15%). Experimentos de hidrólise enzimática foram realizados em frascos de Erlenmeyer (50&#8304;C, pH 4,8 e 250 rpm) empregando 30 FPU/g bagaço (Accellerase 1500, Genencor) e 5 CBU/g bagaço (BG, Genencor). Na hidrólise das amostras de bagaço in natura (pré-tratadas com soluções de NH4OH 4, 10 e 15%, 60 min, 100&#8304;C) com carga de sólidos de 3% a melhor conversão em glicose foi de 64,2% (amostra tratada NH4OH 10%). Na hidrólise da amostra de bagaço explodido (pré-tratadas com NH4OH 5, 10 e 15%, 60 min e 100&#8304;C) com carga de sólidos de 7% a melhor conversão em glicose foi de 79,9% (amostra tratada com NH4OH 15 %). Hidrólises com maior carga de sólidos, 5% (bagaço in natura) e 10% (bagaço explodido), utilizando 30 FPU/g celulose (Accellerase 1500, Genencor) foram realizadas. Nestes ensaios obteve-se conversão em glicose de 69,6% (bagaço in natura) e 82,2% (bagaço explodido). Experimentos de fermentação alcoólica (250 rpm, 30&#8304;C) foram realizados empregando levedura Saccharomyces cerevisiae (comercial e industrial) em meios de cultivo denominados rico e pobre . A eficiência na conversão da glicose em etanol nos experimentos foi acima de 78% (meio pobre ) e da ordem de 88% (meio rico ). A levedura industrial apresentou eficiência um pouco superior à comercial. As amostras de bagaço (antes e após o pré-tratamento) foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV).