Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-09-21T13:34:29Z No. of bitstreams: 1 DissLM.pdf: 2911132 bytes, checksum: 362b734e96e18d3619903ec85dba4bb5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:32:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLM.pdf: 2911132 bytes, checksum: 362b734e96e18d3619903ec85dba4bb5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:33:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLM.pdf: 2911132 bytes, checksum: 362b734e96e18d3619903ec85dba4bb5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-23T18:33:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLM.pdf: 2911132 bytes, checksum: 362b734e96e18d3619903ec85dba4bb5 (MD5) Previous issue date: 2016-03-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The use of a simplified consolidated bioprocess for the conversion of biomass using enzymes produced in-house (integrated into the process of converting lignocellulosic biomass) may enable significant increases in the production of bioethanol, without the need for expansion of cultivated area. With this motivation, the present work had as objective the study of the steps of production of (hemi)cellulases by solid-state fermentation (SSF) and the use of whole fermentation medium (WFM) for saccharification of biomass and subsequent alcoholic fermentation within the context of a consolidated bioprocess for the 2G ethanol production. To this end, firstly, the selection of the cultivation conditions for the production of enzymes directly using the sugarcane bagasse pretreated by steam explosion (SEB) as SSF substrate was studied. Thus, different fungi were cultivated in isolation and in co-cultivation, including the study of the use of wheat bran and lactose as inducers in the production of enzymes. In order to optimize the enzymatic hydrolysis (EH) step with the WFM from SSF, it was evaluated the influence of the operating parameters and the use of soy protein, Tween 80, PEG 1500 and bovine serum albumin (BSA) as additives. Finally, the alcoholic fermentation step was performed for the selected condition for the overall validation of this bioprocess. The results obtained in the conditions which maximize the production of enzymes, using SEB as substrate, were: addition of lactose at 0.075 g/g of substrate and wheat bran in the mass ratio 1:1 relative to the substrate, which led to an increase of activity of 73% for beta-glucosidase, 67% for endoglucanase, and 72% for xylanase, compared to the control condition using SEB as the substrate, without the presence of lactose or wheat bran. Cultivations under SSF followed by the EH step with the WFM showed that the co-cultivation were, in most cases, better in the conversion of SEB into fermentable sugars. The co-cultivation that presented the best result when compared to the best-isolated cultivation of Aspergillus niger was the Trichoderma reesei with Aspergillus oryzae, which has promoted an increase of 47% in the glucose production. The evaluation of operating parameters (pH, temperature and stirring) during the enzymatic hydrolysis step with the WFM from SSF showed that the saccharification process performed under the condition of pH 4.8, 200 RPM and 50 °C presented the best conversion of lignocellulosic biomass. This operational condition is the same already used in the conventional process of enzymatic hydrolysis with commercial extract enzymes. The addition of additives (soy protein and Tween 80) improved the saccharification process, whereas the addition of soy protein (0.5% w/v) lead to a 50% increase in glucose release. The alcoholic fermentation carried out for validating the overall integration process at the best condition of cultivation /hydrolysis gave a yield of 83.5% of the theoretical yield and volumetric productivity of ethanol (QP) 4.77 g/L.h. These results show that all process steps can be performed sequentially in the same reactor, thus denoting the proposed consolidated bioprocess. / A utilização de um bioprocesso consolidado simplificado para a conversão de biomassa usando enzimas produzidas in-house (integrada ao processo de conversão da biomassa lignocelulósica) pode possibilitar incrementos significativos na produção de bioetanol, sem a necessidade de expansão da área cultivada. Com esta motivação, o presente trabalho teve como objetivo o estudo das etapas de produção de (hemi)celulases por fermentação em estado sólido (FES) e a utilização do meio fermentado integral (MFI) para sacarificação da biomassa e posterior fermentação alcoólica, dentro do contexto de um bioprocesso consolidado para a produção de etanol 2G. Para este fim, primeiramente, foi estudada a seleção das condições de cultivo para a produção de enzimas usando diretamente o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor (BEX) como substrato da FES. Assim, diferentes fungos foram cultivados de forma isolada e em cocultivo, incluindo o estudo de farelo de trigo e lactose como indutores na produção de enzimas. Para otimizar a etapa de hidrólise enzimática (HE) com o MFI da FES, avaliou-se a influência dos parâmetros operacionais e o uso de proteína de soja, Tween 80, PEG 1500 e albumina de soro bovino (BSA) como aditivos. Por fim, para a melhor condição foi realizada a etapa de fermentação alcoólica para a validação global deste bioprocesso. Os resultados obtidos para as condições que maximizam a produção de enzimas, utilizando o BEX como substrato, foram: inserção de lactose na concentração de 0,075 g/g de substrato e farelo de trigo na proporção 1:1 em massa em relação ao substrato, o que levou a um aumento de atividade de 73% para betaglicosidase, 67% para endoglucanase e 72% para xilanase, em relação à condição controle utilizando apenas BEX como substrato, sem a presença de lactose ou farelo. Os cultivos em FES seguidos pela etapa de HE com o MFI mostrou que os cocultivos foram, na maioria dos casos, melhores na conversão do BEX a açúcares fermentescíveis. O cocultivo que apresentou o melhor resultado quando comparado ao melhor cultivo isolado de Aspergillus niger foi o de Trichoderma reesei com Aspergillus oryzae, o qual promoveu um aumento de 47% na produção de glicose. A avaliação dos parâmetros operacionais (pH, temperatura e agitação) durante a etapa de hidrólise enzimática com o MFI da FES mostrou que o processo de sacarificação realizado sob a condição de pH 4,8, 200 rpm e 50 ºC apresentou a melhor conversão da biomassa lignocelulósica. Essa condição operacional é a mesma já empregada no processo convencional de HE com extrato comercial de enzimas. A utilização de aditivos (proteína de soja e Tween 80) melhorou o processo de sacarificação, sendo que a adição da proteína de soja (0,5%, m/v) promoveu um aumento de 50% na liberação de glicose. Assim, realizou-se a fermentação alcoólica para a validação do processo global de integração para a melhor condição do conjunto cultivo/hidrólise, obtendo-se um rendimento de etanol de 83,5% do rendimento teórico e uma produtividade volumétrica de etanol (QP) de 4,77 g/L.h. Esses resultados permitiram a validação do bioprocesso consolidado proposto, indicando que todas as etapas podem ser realizadas sequencialmente no mesmo reator.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5536.pdf: 2735660 bytes, checksum: 14dceb0da38443c19f1b8c8410041cad (MD5) Previous issue date: 2013-09-20 / Universidade Federal de Minas Gerais / The use of fossil fuels has a significant impact on the environment, making biofuels a renewable and friendly alternative. Brazil, as one of the leading producers of sugar and ethanol, generates as main residue sugar cane bagasse, which is usually burned for power generation. However, this biomass can be reused as raw material for the production of second generation bioethanol (2G). The consolidation of the industrial production of second-generation (2G) bioethanol relies on the improvement of the economics of the process. Thus, it is important the use of both the fermentable fractions present in sugarcane bagasse, cellulose (C6) and hemicellulose (C5), for the economically feasible process. Within this general scope, the second chapter of this thesis addresses one aspect that impacts the costs of the biochemical route for producing 2G bioethanol: defining optimal operational policies for the reactor running the enzymatic hydrolysis of the C6 biomass fraction. A simple Michaelis Menten pseudo-homogeneous kinetic model with product inhibition was used in the dynamic modeling of a fed-bath reactor, and two feeding policies were implemented and validated in bench-scale reactors processing pre-treated sugarcane bagasse. The first policy was defined with the purpose of sustaining high rates of glucose production, adding enzyme (Accellerase® 1500) and substrate simultaneously during the reaction course. The second approach applied classical optimal control theory, for determining optimal substrate feeding profiles, in order to maximize the performance index proposed. Economical criteria were used for comparing the reactor performance operating in successive batches and in fed-batch modes. Fed-batch mode was less sensitive to enzyme prices than successive batches. Process intensification in the fed-batch reactor led to final glucose concentrations around 200 g/L. The third chapter, in turn, focuses on the xylose utilization, the main sugar found in the C5 fraction, for fermentation to ethanol by yeast Saccharomyces cerevisiae. Although this yeast is not capable of fermenting xylose, it is able to ferment D-xylulose obtained by isomerisation of xylose by glucose isomerase enzyme, generating ethanol and/or xylitol as the main products. The optimization of ethanol production requires the analysis of the metabolism of xylulose. In this context, the genome-scale metabolic model iND750 was adjusted. In silico experiments were carried out using the software OptFlux and compared with experimental data of batch cultivation of S. cerevisiae, in order to validate the model and establishing relationships between fluxes of assimilating xylulose and oxygen and selectivity in the production of ethanol compared to xylitol. Experiments of simultaneous isomerization and fermentation (SIF) of xylose were carried out in a continuous bioreactor containing alginate pellets as biocatalyst with enzyme glucose isomerase and S. cerevisiae coimobilizated. Final concentrations of 6 g/L of ethanol and 5 g/L of xylitol were achieved in continuous cultivation. / A utilização de combustíveis fósseis tem um significativo impacto no meio ambiente, tornando os biocombustíveis uma alternativa renovável e ambientalmente amigável. O Brasil, por ser um dos principais produtores de açúcar e etanol, gera como principal subproduto dessa indústria, o bagaço de cana de açúcar, que é geralmente queimado para geração de energia. Entretanto, esta biomassa pode ser reaproveitada como matéria-prima para produção de bioetanol de segunda geração (2G). A consolidação da produção industrial de bioetanol 2G baseia-se na melhoria econômica do processo. É importante, assim, o uso de ambas as frações fermentáveis presentes no bagaço de cana, de celulose (C6) e de hemicelulose (C5), para viabilizar economicamente o processo. Neste âmbito geral, o segundo capítulo desta tese de doutorado aborda um aspecto que impacta os custos da rota bioquímica para a produção de bioetanol 2G: definição de políticas operacionais ótimas para um reator de hidrólise enzimática da fração C6 do bagaço de cana de açúcar. Foi utilizado um modelo cinético de Michaelis-Menten pseudohomogêneo, com inibição pelo produto, na modelagem dinâmica de um reator em batelada alimentada e duas políticas de alimentação foram implementadas e validadas em reatores de escala de bancada processando bagaço de cana pré-tratado. A primeira política de alimentação foi definida com a finalidade de sustentar elevadas taxas de produção de glicose, adicionando enzima (Accellerase® 1500) e substrato simultaneamente durante o curso da reação. A segunda política aplica a teoria clássica de controle ótimo, para determinação de perfis ótimos de alimentação de substrato, a fim de maximizar o índice de desempenho proposto. Foram usados critérios econômicos para comparar o desempenho do reator operando em bateladas sucessivas e em modos de batelada alimentada. O modo batelada alimentada foi menos sensível a alterações no preço da enzima do que bateladas sucessivas. Intensificação do processo em batelada alimentada conduziu a concentrações finais de glicose de cerca de 200 g/L. Já o terceiro capítulo foca na utilização da xilose, principal açúcar encontrado na fração C5, para fermentação a etanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae. Embora esta levedura seja incapaz de fermentar xilose, pode fermentar a D-xilulose obtida pela isomerização de xilose pela enzima glicose isomerase, gerando etanol e/ou xilitol como produtos principais. A otimização da produção de etanol requer a análise do metabolismo da xilulose. Neste contexto, o modelo metabólico em escala genômica iND750 foi utilizado e ajustado. Experiências in silico usando o software OptFlux foram realizadas e comparadas com dados experimentais de cultivos em batelada de S. cerevisiae, com o propósito de validar o modelo e estabelecer relações entre os fluxos de assimilação de xilulose e de oxigênio e a seletividade na produção de etanol em relação a xilitol. Experimentos de isomerização e fermentação simultâneas da xilose (SIF) foram realizados em reator contínuo de leito fixo, contendo como biocatalisador pellets de alginato com enzima glicose isomerase e S. cerevisiae coimobilizadas. Concentrações finais de 6 g/L de etanol e 5 g/L de xilitol foram alcançadas em cultivo contínuo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5990.pdf: 3991723 bytes, checksum: 8f7428459353354f21c1db08bd391507 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / The industrial production of fuel ethanol and sugar generates the main byproduct of sugarcane bagasse, which is burned in boilers for power generation. However, as a lignocellulosic material (consisting basically of three polymers: cellulose, hemicellulose and lignin), bagasse can be reused for the production of second generation bioethanol (2G), which is a renewable and environmentally friendly biofuel. For industrial 2G bioethanol production becomes economically feasible, the use of all fermentable fractions present in the bagasse is required: C6 fraction (cellulose) and C5 fraction (hemicellulose). These fractions are subjected to hydrolysis processes that generate as main sugars glucose and xylose respectively. It is important, therefore, that the microorganism employed for the production of ethanol 2G is able to utilize all the sugars generated during the hydrolysis process. In this work we chose the yeast Saccharomyces cerevisiae to be the main microorganism used in the industrial production of ethanol, although unfortunately, this yeast is unable to ferment xylose. However, while S. cerevisiae does not use xylose, can ferment xylulose obtained by isomerization of xylose by the enzyme glucose isomerase. The objective of this study was to develop and evaluate technological alternatives for the production of ethanol 2G from hexoses and pentoses using wild S. cerevisiae. In relation to the C6 fraction, in this work two important aspects have been addressed: i) study of the operation regime of a fed-batch reactor enzymatic hydrolysis of the C6 fraction of bagasse from sugarcane, yielding values of final glucose concentration of 200 g.L-1, higher than 45 g.L-1 achieved in batch reactor; ii) kinetic modeling of complex systems (enzymatic hydrolysis of lignocellulosic substrates), in which an interpolator was developed using fuzzy logic as an important tool to represent the processes of enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials for rugged and reliable manner. Now, in relation to the C5 fraction initially applied simple techniques of Evolutionary Engineering, leading to the selection of a different strain of S. cerevisiae, adapted to assimilate xylulose in minimal medium and characterized by reduced formation of xylitol, which demonstrated a selectivity of ~7 getanol.gxilitol -1, significantly higher than the selectivity achieved by the wild strain of ~2 getanol.gxilitol -1. The selected strain was studied in batch cultures conducted in bench scale reactor under different conditions of oxygen limitation. It was found that the production of ethanol is favored over the formation of xylitol, keeping the flow of consumed xylulose above 0,5 mmol.gMS -1.h-1 for flow of oxygen consumption of 0.1 mmol.gMS -1.h-1, reaching in this condition selectivities around 4 getanol.gxilitol -1. For zero flow of oxygen (anaerobic culture) or above 0,3 mmol.gMS -1.h-1, ethanol production is drastically reduced , regardless of the flow xylulose assimilated by the cells. / A produção industrial de etanol combustível e de açúcar gera como principal subproduto o bagaço de cana de açúcar, que é queimado nas caldeiras para geração de energia. Entretanto, por ser um material lignocelulósico (constituído basicamente por três polímeros: celulose, hemicelulose e lignina), o bagaço pode ser reaproveitado para a produção de bioetanol de segunda geração (2G), que é um biocombustível renovável e ambientalmente amigável. Para que a produção industrial de etanol 2G se torne economicamente viável, é necessário o aproveitamento de todas as frações fermentescíveis presentes no bagaço de cana: fração C6 (celulose) e fração C5 (hemicelulose). Estas frações são submetidas a processos de hidrólise que geram como principais açúcares glicose e xilose respetivamente. É importante, portanto, que o microrganismo empregado para a produção de etanol 2G seja capaz de utilizar todos os açúcares gerados no processo de hidrólise. Neste trabalho foi escolhida a levedura Saccharomyces cerevisiae por ser o principal microrganismo utilizado na produção industrial de álcool combustível, embora, infelizmente, esta levedura seja incapaz de fermentar xilose. No entanto, embora S. cerevisiae não utilize xilose, pode fermentar a xilulose obtida pela isomerização de xilose pela enzima xilose isomerase conhecida industrialmente como glicose isomerase. Assim, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar alternativas tecnológicas para a produção de etanol 2G a partir de hexoses e pentoses, utilizando S. cerevisiae selvagem. Em relação à Fração C6, neste trabalho foram abordados dois aspectos importantes: i) estudo da operação em regime de batelada alimentada de um reator de hidrólise enzimática da fração C6 do bagaço de cana de açúcar, obtendo-se valores de concentração final de glicose de cerca de 200 g.L-1, superiores aos 45 g.L-1 alcançados em reator operado em bateladas simples; ii) modelagem cinética de sistemas complexos (hidrólise enzimática de substratos lignocelulósicos), no qual foi desenvolvido um interpolador utilizando a lógica fuzzy como uma ferramenta importante para representar os processos de hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos de forma robusta e confiável. Já em relação à Fração C5, inicialmente aplicou-se técnicas simples de Engenharia Evolutiva, levando à seleção de uma linhagem diferenciada de S. cerevisiae, adaptada à assimilação de xilulose em meio mínimo e caracterizada por reduzida formação de xilitol, a qual apresentou uma seletividade de ~7 getanol.gxilitol -1, valor significativamente superior à seletividade alcançada pela linhagem selvagem, de ~2 getanol.gxilitol -1. A linhagem selecionada foi então estudada em cultivos em batelada conduzidos em biorreator de bancada, sob diferentes condições de limitação por oxigênio. Verificou-se que a produção de etanol é favorecida, em detrimento da formação de xilitol, mantendo-se o fluxo de xilulose consumida acima de 0,5 mmol.gMS -1.h-1, para fluxo de oxigênio consumido de 0,1 mmol.gMS -1.h-1, alcançando-se nessa condição seletividades em torno de 4 getanol.gxilitol -1. Para fluxos de oxigênio nulo (cultivo anaeróbio) ou acima de 0,3 mmol.gMS -1.h-1, a produção de etanol é drasticamente reduzida, independentemente do fluxo de xilulose assimilado pelas células.

A produção de etanol em indústrias de polpação de celulose é uma proposta importante para o desenvolvimento econômico do país e que desafia pesquisadores a buscar tecnologias mais eficientes que viabilizem a transformação dessas indústrias em biorrefinarias. Há necessidade de serem estudadas e viabilizadas novas fontes e novos processos de obtenção de etanol, sendo que uma das alternativas é a utilização de materiais lignocelulósicos. O presente trabalho visa realizar a hidrólise enzimática de polpa Kraft não branqueada da indústria de papel e celulose com posterior uso do produto das hidrólises para a formação de papel. A hidrólise enzimática foi realizada com o cocktail de enzimas Cellic® CTec2 a 6% em incubadora sob a temperatura de 50 °C, pH 5,0-5,5 e 250 rpm. As amostras foram preparadas em triplicata utilizando a relação de 1,5 gramas de polpa celulósica para 10 mL de solução tampão previamente esterilizada. Na hidrólise foram testados diferentes tempos de 0,5 h, 1 h, 1,7 h, 3 h, 6 h, 16 h, 24 h, 48 h e 72 h de incubação. O produto sólido das hidrólises foi utilizado para a formação de papel e o líquido foi separado para a determinação dos açúcares por cromatografia de troca aniônica. Para os maiores tempos de hidrólise obteve-se uma maior conversão de polpa celulósica em glicose (34,6%) e xilose (47,2%), respectivamente. Tanto para o papel branqueado quanto para o não branqueado ocorreu uma redução na resistência à tração (43,2% e 51,3%, respectivamente), ao estouro (41,8% e 16,2%) e ao rasgo (82,4% e 82,3%, respectivamente) do papel comparada a polpa in natura quando a polpa utilizada passa por um tempo maior de hidrólise (6 h). Para a produção de papel, os tempos ideais foram os menores, até 3 horas. Para a fabricação do papel após hidrólise em tempos maiores, deve-se adicionar até 20% com polpa celulósica não hidrolisada. Com a utilização da microscopia óptica observou-se claramente que após 6 horas de hidrólise enzimática ocorre a degradação visível da fibra de celulose. / The production of ethanol from cellulose pulping industries is an important proposal for the country's economic development and that challenges researchers to seek more efficient technologies that enable the transformation of these industries in biorefineries. There needs to be studied and made possible new sources and new processes to obtain ethanol, and one of the alternatives is the use of lignocellulosic material. This study aims to carry out the enzymatic hydrolysis of Kraft unbleached pulp of the pulp and paper industry with subsequent use of the product of hydrolysis to form paper. The enzymatic hydrolysis was performed with the enzyme cocktail Cellic® CTec2 to 6% in an incubator under the temperature of 50 ° C, pH 5.0-5.5 and 250 rpm. Samples were prepared in triplicate using the ratio of 1.5 grams of pulp into 10 ml of sterile buffer solution beforehand. In the hydrolysis were tested different times of 0.5 h, 1 h, 1.7 h, 3 h, 6 h, 16 h, 24 h, 48 h and 72 h incubation. The solid product of hydrolysis was used for forming the paper and the liquid was separated for the determination of sugars by anion exchange chromatography. For larger hydrolysis times was obtained a higher conversion pulp into glucose (34.6%) and xylose (47.2%), respectively. Both for bleached paper and for the unbleached was a decrease in tensile strength (43.2% and 51.3%, respectively), the overflow (41.8% and 16.2%) and the groove (82, 4% and 82.3% respectively) compared to the paper pulp in nature when the pulp passes used by a higher hydrolysis time (6 h). For paper production, the ideal times were minor, up to 3 hours. For the manufacture of paper after hydrolysis times higher, one must add up to 20% unhydrolyzed cellulosic pulp. Using optical microscopy clearly be observed that after 6 hours of enzymatic hydrolysis occurs visible degradation of the cellulose fiber.

A produção de etanol em indústrias de polpação de celulose é uma proposta importante para o desenvolvimento econômico do país e que desafia pesquisadores a buscar tecnologias mais eficientes que viabilizem a transformação dessas indústrias em biorrefinarias. Há necessidade de serem estudadas e viabilizadas novas fontes e novos processos de obtenção de etanol, sendo que uma das alternativas é a utilização de materiais lignocelulósicos. O presente trabalho visa realizar a hidrólise enzimática de polpa Kraft não branqueada da indústria de papel e celulose com posterior uso do produto das hidrólises para a formação de papel. A hidrólise enzimática foi realizada com o cocktail de enzimas Cellic® CTec2 a 6% em incubadora sob a temperatura de 50 °C, pH 5,0-5,5 e 250 rpm. As amostras foram preparadas em triplicata utilizando a relação de 1,5 gramas de polpa celulósica para 10 mL de solução tampão previamente esterilizada. Na hidrólise foram testados diferentes tempos de 0,5 h, 1 h, 1,7 h, 3 h, 6 h, 16 h, 24 h, 48 h e 72 h de incubação. O produto sólido das hidrólises foi utilizado para a formação de papel e o líquido foi separado para a determinação dos açúcares por cromatografia de troca aniônica. Para os maiores tempos de hidrólise obteve-se uma maior conversão de polpa celulósica em glicose (34,6%) e xilose (47,2%), respectivamente. Tanto para o papel branqueado quanto para o não branqueado ocorreu uma redução na resistência à tração (43,2% e 51,3%, respectivamente), ao estouro (41,8% e 16,2%) e ao rasgo (82,4% e 82,3%, respectivamente) do papel comparada a polpa in natura quando a polpa utilizada passa por um tempo maior de hidrólise (6 h). Para a produção de papel, os tempos ideais foram os menores, até 3 horas. Para a fabricação do papel após hidrólise em tempos maiores, deve-se adicionar até 20% com polpa celulósica não hidrolisada. Com a utilização da microscopia óptica observou-se claramente que após 6 horas de hidrólise enzimática ocorre a degradação visível da fibra de celulose. / The production of ethanol from cellulose pulping industries is an important proposal for the country's economic development and that challenges researchers to seek more efficient technologies that enable the transformation of these industries in biorefineries. There needs to be studied and made possible new sources and new processes to obtain ethanol, and one of the alternatives is the use of lignocellulosic material. This study aims to carry out the enzymatic hydrolysis of Kraft unbleached pulp of the pulp and paper industry with subsequent use of the product of hydrolysis to form paper. The enzymatic hydrolysis was performed with the enzyme cocktail Cellic® CTec2 to 6% in an incubator under the temperature of 50 ° C, pH 5.0-5.5 and 250 rpm. Samples were prepared in triplicate using the ratio of 1.5 grams of pulp into 10 ml of sterile buffer solution beforehand. In the hydrolysis were tested different times of 0.5 h, 1 h, 1.7 h, 3 h, 6 h, 16 h, 24 h, 48 h and 72 h incubation. The solid product of hydrolysis was used for forming the paper and the liquid was separated for the determination of sugars by anion exchange chromatography. For larger hydrolysis times was obtained a higher conversion pulp into glucose (34.6%) and xylose (47.2%), respectively. Both for bleached paper and for the unbleached was a decrease in tensile strength (43.2% and 51.3%, respectively), the overflow (41.8% and 16.2%) and the groove (82, 4% and 82.3% respectively) compared to the paper pulp in nature when the pulp passes used by a higher hydrolysis time (6 h). For paper production, the ideal times were minor, up to 3 hours. For the manufacture of paper after hydrolysis times higher, one must add up to 20% unhydrolyzed cellulosic pulp. Using optical microscopy clearly be observed that after 6 hours of enzymatic hydrolysis occurs visible degradation of the cellulose fiber.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-12-18T14:58:25Z No. of bitstreams: 1 Dissertação realmente corrigida.pdf: 2600370 bytes, checksum: f6dfd5312d899b3cc7513282683ff5be (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T14:58:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação realmente corrigida.pdf: 2600370 bytes, checksum: f6dfd5312d899b3cc7513282683ff5be (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / Pode-se considerar a química das águas naturais dividida em duas categorias de reações mais comuns: as reações ácido-base e as de oxidação-redução. Os fenômenos ácidobase e de solubilidade controlam o pH e as concentrações de íons inorgânicos, resultando em composição química variada de acordo com as condições bioclimáticas. A origem da acidez de uma água natural pode estar relacionada à geoquímica e ao aporte de matéria orgânica e nutrientes, fenômeno frequente em ambientes que apresentam drenagem sob turfeira. As turfeiras são ambientes especiais para estudos relacionados com a dinâmica da matéria orgânica, elas contribuem para o sequestro global de carbono, além de funcionarem como reservatórios de água. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi analisar a correlação da matéria orgânica e da interação água-rocha com a acidez observada na nascente do rio Campo Belo, situada à 2419 m de altitude, no Maciço do Itatiaia. Para isso, foram coletadas amostras de água e solo, submetidas à analise dos parâmetros físico-químicos in situ e análise dos íons maiores e elementos traço em laboratório. Os resultados encontrados foram utilizados para a realização da modelagem para especiação de íons em água e tratamento estatístico multivariado, que mostraram que a disponibilidade do alumínio no solo está correlacionada com as variações do pH ao longo do perfil. A liberação do alumínio aumenta a acidez do sistema através da hidrólise ácida da água, o que por sua vez, favorece o aumento da desmineralização e lixiviação de bases, favorecendo a concentração e retenção do alumínio no solo. Embora a matéria orgânica não seja responsável pela acidez, a presença da turfa é fator imprescindível para a manutenção da acidez, pois atua como sequestrador de bases ao formar complexos com as substâncias húmicas, além de exercer papel tamponante no sistema. / The chemistry of natural waters can be divided in two more common reaction categories: acid-base reactions, and oxidation-reduction reactions. Acid-base and solubility phenomena control the pH and the inorganic ions concentrations, which result in diverse chemical composition, according to bioclimatic conditions. Acidity origin of natural waters can be related to its geochemistry and to organic matter and nutrient supplies, which are frequent phenomena in environments that present drainage underneath turf. Turfs are special environments for studies related to organic matter dynamic, they contribute to carbon global sequestration, besides functioning as water reservoirs. In that context, the aim of this work was to analyse the correlation between organic matter and water-rock interaction with the acidity observed at the Campo Belo river spring, located at 2419 m of altitude, at the Itatiaia massif. For that, water and soil samples were collected, and analised in terms of their physical-chemical parameters, in situ, and also analysis of the major ions and trace elements in laboratory. The observed results were used in an ion speciation modeling in water, and multivariate statistical analysis, that showed that the availability of aluminum in the soil is correlated to the pH variations along the soil profile. The liberation of aluminum increases the system acidity through acidic hydrolysis of water, which, in turn, promotes the increase of the demineralization and leaching of basis, favoring the concentration and retention of the aluminum of the soil. Despite the organic matter is not responsible for the acidity, the presence of turf is an indispensable factor for the maintenance of the acidity, since it acts as basis sequestrant as it forms complexes with humic substances, besides playing a role in buffering the system.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:22:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Luciana Reis Fontinelle Souto.pdf: 3386616 bytes, checksum: 6b773bbb93582ddab7140968d3299e26 (MD5) Previous issue date: 2011-06-30 / The present work aimed to produce vinegar from cassava peel, as well to evaluate its physicochemical and functional characteristics. Thus cassava peel was sanitized, dried in an oven at 55ºC, for 24 hours and grinded. Cassava peel showed pH 4.85 ± 0.05, humidity 72.53 ± 0.09 g (100g)-¹; flour humidity 11.75 ± 0.09 g (100g)-¹; 5.18 ± 0.13 mL NaOH 1M (100g)-¹ of acidity; 60.68 ± 1.86 g (100g)-¹ of amid; 1.08 ± 0.03 g (100g)-¹ of reducing sugar; 1.63 ± 0.04 g (100g)-¹ of ashes; 0.86 ± 0.02 g (100g)-¹ of lipids and 3.97 ± 0.05 g (100g)-¹ of proteins. The enzymatic hydrolysis optimization was carried out by Central Composite Rotational Design (CCRD), divided in two essays. In the first essay it was analyzed the effects of α-amylase [10 to 50 U (g amid)-¹] concentrations and of enzyme amyloglucosidase [80 to 400 U (g amid)-¹]. In the second essay it was studied the action of each enzyme separately (liquefaction and saccharification). In liquefaction it was varied the temperature (25 to 50°C), concentration of α-amylase [4 to 20 U (g amid)-¹] and time (30 to 120 minutes). In saccharification it was varied the concentration of amyloglucosidase [200 to 300 U (g amid)-¹] and time (12 to 36 hours), with the fixed temperature at 60°C. The variable responses to the essays were the percentage of amid conversion into reducing sugar and soluble solids content. From the results obtained in the optimization, the production of the hydrolyzed was carried out in a higher scale. The liquefaction was accomplished with 12 U (g amid) of α-amylase, at 37°C for 75 minutes and the saccharification with 200 U (g amid) amyloglucosidase at 60°C for 15.5 hours. The hydrolyzed presented pH 4.54 ± 0.005; 9.5 ± 0.05°Brix of soluble solids, sourness 3.92 ± 0.19 mL (100 mL)-¹; and reducing sugar 91.84 ± 1.8 g (100g)-¹ To the alcoholic fermentation, the hydrolyzed has its soluble solids adjusted to 14° Brix with commercial sugar addition. The alcoholic fermentation was carried out in plastic container of 20L capacity, simulating a Batch reactor. In each container, it was added 10L of hydrolyzed in the presence of 1% [m (v)-¹] of commercial baker's yeast. It was incubated the container in shaker at 28°C, 50 rpm, for 24 hours. The alcoholic fermentation presented sourness of 57.97 ± 2.68 meq (L)-¹; 0.094 g (100g) -¹ of reducing sugar; relative density at 20°C of 0.9885; pH 4.45; 4.33°Brix of soluble solids and real alcoholic content of 6.80 mL (100 mL)-¹. Through the alcoholic content of the fermented, it was necessary to add commercial grain alcohol 96°GL to the acetic fermentation. This was accomplished by submerse method, using standing acetifiers, with temperature adjusted to 30°C and the air flow rate to 5L (min)-¹. The inoculum used came from strong rice vinegar. The vinegar obtained were vacuum-filtered using white tipping paper and Büchner funnel and undergone to pasteurization at 65°C for 5 minutes. The yield of acetic fermentation was high (96.72%) and the productivity oscillated along the cycles, getting its higher value at 0.22 [g L (h)-¹]. The cassava by-product vinegar presented 6.88 ± 0.47 g acetic acid (100 mL)-1; 1.76 ± 0.07 g (L)-¹ of ashes; relative density at 20°C of 1.0160 ± 0,0011; dried powder 15.60 ± 0.57 g (L)-¹; 0.19 ± 0.01 mL (100 mL)-¹ real alcoholic content, pH 3.32 ± 0.11; antioxidant capacity 25.96 ± 1.49% DPPH; 204.70 ± 1.49 mg EAG (100 mL)-¹ of total polyphenols; and 19.35 ± 1.08 mg Ecat (100 mL)-¹ of condensed tannins. The cassava by-product vinegar produced answered the Brazilian laws specifications and presented physicochemical and functional characteristics similar to the commercial vinegars. Thus, the utilization of cassava by-product to the vinegar production is technologically viable, showing to be a good option of this waste product valorization. / O presente trabalho objetivou produzir vinagre a partir da casca de mandioca, assim como avaliar as suas características físico-químicas e funcionais. Para tal, a casca de mandioca foi sanitizada, seca em estufa a 55°C, por 24 horas e triturada. A casca de mandioca apresentou pH de 4,85 ± 0,05; 72,53 ± 0,09 g (100g)-¹ de umidade; umidade da farinha de 11,75 ± 0,14 g (100g)-¹; 5,18 ± 0,13 mL NaOH 1M (100g)-¹ de acidez; 60,68 ± 1,86 g (100g)-¹ de amido; 1,08 ± 0,03 g (100g)-¹ de açúcar redutor; 1,63 ± 0,04 g (100g)-¹ de cinzas; 0,86 ± 0,02 g (100g)-¹ de lipídios e 3,97 ± 0,05 g (100g)-¹ de proteínas. A otimização da hidrólise enzimática foi realizada por meio do delineamento composto central rotacional (DCCR), dividida em dois ensaios. No primeiro ensaio analisou-se os efeitos das concentrações da enzima α-amilase [10 a 50 U (g amido)-¹] e da enzima amiloglucosidase [80 a 400 U (g amido)-¹] e no segundo ensaio estudou-se a ação de cada enzima separadamente (liquefação e sacarificação). Na liquefação variou-se a temperatura (25 a 50°C), concentração de α-amilase [4 a 20 U (g amido)-¹] e tempo (30 a 120 minutos). Na sacarificação variou-se a concentração de amiloglucosidase [200 a 300 U (g amido)-¹] e tempo (12 a 36 horas), sendo a temperatura fixa em 60°C. As variáveis respostas para os ensaios foram a porcentagem de conversão do amido em açúcares redutores e o teor de sólidos solúveis. A partir dos resultados obtidos na otimização, a produção do hidrolisado foi realizada em maior escala. A liquefação foi realizada com 12 U (g amido)-¹ de α-amilase, a 37°C por 75 minutos e a sacarificação com 200 U (g amido)-¹ de amiloglucosidase a 60°C por 15,5 horas. O hidrolisado apresentou pH de 4,54 ± 0,005; 9,5 ± 0,05°Brix de sólidos solúveis, acidez de 3,92 ± 0,19 mL (100 mL)-¹; e 91,84 ± 1,8 g (100g)-¹ de açúcares redutores. Para a fermentação alcoólica, o hidrolisado teve seu teor de sólidos solúveis ajustado para 14°Brix com a adição de açúcar comercial. A fermentação alcoólica foi realizada em recipiente de plástico de 20 L de capacidade, simulando um reator de batelada. Em cada recipiente, adicionou-se 10 L de hidrolisado na presença de 1% [m (v)-¹] de fermento biológico comercial. Incubou-se os recipientes em shaker a 28ºC, 50 rpm, por 24 horas. O fermentado alcoólico apresentou acidez de 57,97 ± 2,68 meq (L)-¹; 0,094 ± 0,008 g (100g) -¹ de açúcar redutor; densidade relativa a 20°C de 0,9885 ± 0,0024; pH de 4,45 ± 0,05; 4,33 ± 0,12°Brix de sólidos solúveis e grau alcoólico real de 6,80 ± 0,17 mL (100 mL)-¹. Mediante ao teor alcoólico do fermentado, foi necessário adicionar álcool comercial de cereal 96°GL para a fermentação acética. Esta foi realizada pelo método submerso, utilizando acetificador de bancada, com temperatura ajustada em 30°C e a vazão de ar em 5 L (min)-¹. O inóculo utilizado foi oriundo de vinagre forte de arroz. Os vinagres obtidos foram filtrados a vácuo utilizando papel filtro e funil de Büchner e submetidos à pasteurização a 65°C por 5 minutos. O rendimento da fermentação acética foi alto (96,72%) e a produtividade oscilou ao longo dos ciclos, tendo seu maior valor em 0,22 [g L (h)-¹]. O vinagre de casca de mandioca apresentou 6,88 ± 0,47 g ácido acético (100 mL)-¹; 1,76 ± 0,07 g (L)-¹ de cinzas; densidade relativa a 20°C de 1,0160 ± 0,0011; extrato seco de 15,60 ± 0,57 g (L)-¹; 0,19 ± 0,01 mL (100 mL)-¹ de grau alcoólico real, pH de 3,32 ± 0,11; capacidade antioxidante de 25,96 ± 1,49 % DPPH; 204,70 ± 1,49 mg EAG (100 mL)-1 de fenóis totais; e 19,35 ± 1,08 mg Ecat (100 mL)-¹ de taninos condensados. O vinagre de casca de mandioca produzido atendeu as especificações da legislação brasileira e apresentou características físico-químicas e funcionais similares a vinagres comerciais. Sendo assim, o aproveitamento da casca de mandioca para a produção de vinagre se mostrou viável tecnologicamente, apresentando-se como uma boa opção de valorização deste resíduo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grettya Maria Assuncao.pdf: 2495923 bytes, checksum: 815b6e9d74269efe9f6ba6585d9b8a4f (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / The whey is a dairy industry effluent. Due to its high nutritional content , is used in the production of whey protein concentrate by ultrafiltration. This process generates another residue, cheese whey permeate which also contains high nutritional content, it is rich in lactose, and some minerals (P, K, Mg, Na and Ca). Can be reused in fermentation processes as a source of nutrients. One of these processes is the production of cell biomass from the growth of yeasts for use in food for human and animal consumption. Yeasts are used to obtain the GRAS (generally regarded the safe), in other words, be considered safe for use in foods. Some are: S. cerevisiae, used as a standard micro-organism to have its well-defined characteristics; S. boulardii, used in medicine as probiotic and marketed as a medicine, there are no reports of its production from waste; K. marxianus with potential of metabolizing lactose present in the permeate. This work aims to study the growth of three yeasts, using culture medium as the residue of cheese whey permeate, for the production of biomass. Two experimental design were performed to enzymatic hydrolysis in order to obtain the best condition for this process, and an experimental design was carried out for the fermentations in order to assess which variables are significant in the production of yeast biomass process. The analyzes carried out during the process were: absorbance, reducing sugars, indirect and direct dry weight and pH. Fermentation was carried out with addition of oxygen, aiming an increase in the production of cell biomass, BOD and COD analysis and analysis of the final concentration of ethanol. The best condition for the hydrolysis was obtained using [enzyme] 0.125% , T 35.35 °C and pH 7,7. For the production of biomass without added oxygen, the best values achieved for all yeasts were from 150 g L-1 and permeate temperature of 30 °C, the results were: 14.22 g L-1 of S. cerevisiae at pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0.5 g L-1 [MgSO4], and 4 g L-1 [KH2PO4 ]; 22.85 g L-1 of S. boulardii at pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1.2 g L-1 [MgSO4] and 9 g L-1 [KH2PO4]; and 16.90 g L-1 of K. marxianus at pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2.5 g L-1 [MgSO4] and 1 g L-1 [KH2PO4]. The results of cell biomass obtained in these process conditions and with the addition of oxygen to the fermentation medium were 16.54 g L-1 of S. cerevisiae, 30.58 g L-1 of S. boulardii and 21.12 g L-1 K. marxianus. The ethanol concentration at the end of the process for each yeast was 28.8 g L-1 of ethanol from S. cerevisiae; 27 g L-1 of ethanol from S. boulardii and 52.1 g L-1 of ethanol from K. marxianus. And the reduction in BOD and COD parameters was 69.31% in COD and 97.19% in BOD using S. cerevisiae; 97.67 % in COD and 99.53 % in BOD using S. boulardii; and 83.53 % in COD and 93.14 % in BOD using K. marxianus. Thus, the study demonstrated that permeate cheese whey is a residue with a potential application in the production of yeast biomass, which allow the end of the fermentation process reduced the initial organic load of the waste being one of the bound parameters to reduce the environmental impact as well as the decreasing cost of the wastewater treatment processes. / O soro de queijo é um efluente da indústria láctea. Devido ao seu alto teor nutricional, é utilizado na produção de concentrado proteico de soro por ultrafiltração. Esse processo gera outro resíduo, o permeado de soro de queijo que também contém elevado teor nutricional, pois é rico em lactose, além de alguns sais minerais (P, K, Mg, Na e Ca). Pode ser reutilizado em processos fermentativos como fonte de nutrientes. Um destes processos é a produção de biomassa celular proveniente do crescimento de leveduras, para uso em alimentos para consumo humano e animal. As leveduras utilizadas devem obter o GRAS (generally regarded as safe), ou seja, ser consideradas seguras para o uso em alimentos. Algumas são: S. cerevisiae, utilizada como micro-organismo padrão por ter suas características bem definidas; S. boulardii, utilizada na medicina como probiótico e comercializada como medicamento, não havendo relatos da sua produção a partir de resíduos; K. marxianus com potencial de metabolizar a lactose presente no permeado. Este trabalho tem por objetivo estudar o crescimento das três leveduras utilizando como meio de cultivo o resíduo permeado de soro de queijo, para a produção de biomassa. Dois planejamento experimentais foram realizados para a hidrólise enzimática visando obter a melhor condição para esse processo, e um planejamento experimental foi realizado para as fermentações com o intuito de avaliar quais as variáveis são significativas no processo de produção de biomassa de leveduras. As análises realizadas durante o processo foram: absorbância, açúcares redutores, massa seca indireta e direta e pH. Foi realizada uma fermentação com adição de oxigênio, objetivando um aumento na produção de biomassa celular, análises de DBO e DQO e análise da concentração final de etanol. A melhor condição obtida para a hidrólise foi utilizando [enzima] 0,125%, T 35,35ºC e pH 7,7. Para a produção de biomassa sem adição de oxigênio, os melhores valores alcançados para todas as leveduras foram a partir de 150 g L-1 de permeado e a temperatura de 30 ºC, cujos resultados foram respectivamente: 14,22 g L-1 de S. cerevisiae em pH 4, 1 g L-1 [(NH4)2SO4], 0,5 g L-1 [MgSO4] e 4 g L-1 [KH2PO4]; 22,85 g L-1 de S. boulardii em pH 5,5, 9 g L-1 [(NH4)2SO4], 1,2 g L-1 [MgSO4] e 9 g L-1 [KH2PO4]; 16,90 g L-1 de K. marxianus em pH 6,5, 2 g L-1 [(NH4)2SO4], 2,5 g L-1, [MgSO4] e 1 g L-1 [KH2PO4]. Os resultados de biomassa celular obtidos nessas condições de processo e com a adição de oxigênio ao meio fermentativo foram 16,54 g L-1 de S. cerevisiae, 30,58 g L-1 de S. boulardii e 21,12 g L-1 de K. marxianus. A concentração de etanol ao final do processo para cada levedura foi de 28,8 g L-1 de etanol a partir de S. cerevisiae; 27,0 g L-1 de etanol a partir de S. boulardii e 52,1 g L-1 de etanol a partir de K. marxianus. E a redução nos parâmetros DBO e DQO foi de 69,31% na DQO e 97,19% na DBO utilizando S. cerevisiae; 97,67% na DQO e 99,53% na DBO utilizando S. boulardii; e 83,53% na DQO e 93,14% na DBO utilizando K. marxianus. Desta forma, o estudo demonstrou que o permeado de soro de queijo é um resíduo com grande potencial de aplicação na produção de biomassa de leveduras, as quais possibilitam ao final do processo fermentativo uma redução da carga orgânica inicial do resíduo sendo esse um dos parâmetros vinculados à redução do impacto ambiental, bem como à diminuição dos custos de processos de tratamento do efluente.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabiano Bisinella Scheufele.pdf: 1716907 bytes, checksum: fee6288858ac3d92f0d2e7f9f8d02ba2 (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lignocellulosic biomass has high yields of cellulose which can be hydrolyzed to fermentable carbohydrates. Global generation of agro-industrial wastes grows simultaneously with the sector development resulting at the accumulation of lignocellulosic residues leading environmental pollution and loss of potential materials for the bioconversion to a wide range of high added value products, such as biofuels. Recently, the search of renewable sources of energy has grown, due to the depleting of fossil fuels, increasing the possibility at the conversion of the lignocellulosic biomass via hydrolytic enzymes. The aim of this work was evaluate cellulases production by lignocellulolytic fungi from the Amazonic biome aiming at the bioconversion of the agro-industrial residues. Submerged and solid-state fermentations were performed to select the microorganism with superior cellulase productive capacity. The influence of parameters such as pH, surfactant induction (Tween 80), aeration and agitation, besides the alkaline oxidative treatment of the sugarcane bagasse. Statistical design were carried out to estimate the influence of the moisture and the initial pH at cellulases production by solid-state fermentation. Trichoderma sp. and Aspergillus niger performed the best production of enzymes, where the highest yields of total cellulase were obtained by agitated submerged fermentation with sugarcane bagasse pretreated with H2O2 (1%) reaching 0.265 U.mL-1 (12.915 U.g-1) by Trichoderma sp. at the sugarcane bagasse, and 0.155 U.mL-1 (7.549 U.g-1) by Aspergillus niger. Through solid state fermentations with the pretreated sugarcane bagasse the influence of initial pH and the moisture were evaluated by statistical design. In the case of the Trichoderma sp. both parameters were significant at the cellulase production, as well as the synergistic interaction, within the confidence interval of 95%, yielding 0.167 U.mL-1 (2.695 U.g-1), at the pH 7.0 and 1:9 solid-liquid ratio. For Aspergillus niger only pH was significant and the cellulase content obtained was 0.098 U.mL-1 (1.695 U.g-1) at pH 7.0. Finally, a cellulase produced by Trichoderma sp. at solid state fermentation and a commercial enzyme were used at enzymatic hydrolysis tests. The parameters hydrolysis time, enzyme dilution, concentration of Tween 80 and solid-liquid ratio of sugarcane bagasse were evaluated. The significant variables were then optimized by a central composite rotational design. The strain of Trichoderma sp. from the Amazon biome showed potential at the cellulase production and the treated sugarcane bagasse was a fine substrate for the enzymatic production. / A biomassa lignocelulósica contêm altos teores de celulose e outros polissacarídeos em sua constituição química, podendo ser hidrolisados em açúcares fermentescíveis. A geração de resíduos agroindustriais anual tem crescido resultando no acúmulo de resíduos que contribuem para a poluição do meio ambiente e na perda de materiais que possuem potencial na bioconversão a produtos de alto valor agregado, como por exemplo, biocombustíveis. Recentemente, há a necessidade de fontes energéticas de origem renovável, devido à diminuição dos combustíveis fósseis, viabilizando a conversão das biomassas lignocelulósicas via enzimas hidrolíticas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de enzimas celulases por fungos lignocelulolíticos provenientes do bioma amazônico visando a bioconversão de resíduos agroindustriais. Diferentes fermentações foram realizadas, tanto em meio submerso quanto em estado sólido, através das quais selecionou-se os micro-organismos com melhor capacidade produtiva de celulases. Estudou-se a influência de parâmetros como pH, utilização de surfactante como indutor (Tween 80), aeração e agitação, além do tratamento alcalino oxidativo do bagaço de cana. Os micro-organismos que apresentaram melhor desempenho na produção das enzimas foram o Trichoderma sp. e o Aspergillus niger, sendo que os maiores níveis de celulase total foram obtidos por fermentação submersa nos ensaios agitados com bagaço de cana pré-tratado com H2O2 (1%), com 0,265 U.mL-1 (12,915 U.g-1) pelo Trichoderma sp., e 0,155 U.mL-1 (7,549 U.g-1) com Aspergillus niger. A partir de fermentações em estado sólido com o bagaço de cana pré-tratado avaliou-se a influência dos parâmetros pH inicial e umidade por planejamentos experimentais, verificando-se que para o Trichoderma sp. ambos os parâmetros, bem como a interação sinergética entre si, foram significativos dentro do intervalo de confiança de 95%, obtendo-se 0,167 U.mL-1 (2,695 U.g-1) no pH 7,0 e relação sólido-líquido 1:9. No caso do Aspergillus niger apenas o pH foi significativo e o teor de celulase obtido foi de 0,098 U.mL-1 (1,695 U.g-1) para um pH 7,0. Finalmente, a partir de uma celulase produzida por fermentação em estado sólido do Trichoderma sp. e uma enzima comercial foi realizada a avaliação da influência dos parâmetros tempo de hidrólise, diluição da enzima, concentração de Tween 80 e razão sólido-líquido do bagaço de cana sobre a hidrólise do mesmo. As variáveis significativas foram, posteriormente, otimizadas por um delineamento composto central rotacional. A cepa Trichoderma sp. proveniente do bioma amazônico apresentou potencial na produção de celulases e o o bagaço de cana submetido ao tratamento alcalino oxidativo apresentou-se como um bom substrato para a produção enzimática.

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O presente trabalho, apresenta um estudo detalhado dos mecanismos de reação de H2O, HF e sarin com hidróxidos lamelares. Para tanto, foram utilizados cálculos ab initio baseados na Teoria do Funcional da Densidade com condições de contorno e o método CI-NEB (Climbing Image-Nudging Elastic Band) para calcular o caminho de reação e a barreira energética de cada reação envolvida nos processos. A reação de HF foi baseada num mecanismo proposto composto por quatro reações elementares: a adsorção de HF sobre a superfície dos hidróxidos, a dissociação do HF adsorvido, a dessorção da molécula de água formada na reação de dissociação e a formação do composto M(OH)2−xFx. Os resultados mostram que a formação do composto M(OH)2−xFx é espontânea. Este resultado está de acordo com trabalhos experimentais, que prevêem como estável o composto formado pela substituição de OH- por F- em hidróxidos lamelares. Foram analisadas duas propostas para a formação de hidroxila sobre a superfície de hidróxidos lamelares. Na primeira uma hidroxila da própria lamela do hidróxido migra para a superfície e na segunda uma molécula de água se dissocia sobre a superfície do hidróxido, formando uma molécula de água e hidroxila adsorvidas na superfície, sendo esta última proposta mais favorável segundo os cálculos realizados. Os trabalhos anteriores foram etapas necessárias para o objetivo central da tese: estudar a desativação do agente neurotóxico sarin. No processo de desativação do sarin foram estudados intermediários formados pela dissociação e quimissorção do agente sobre a superfície da brucita. Com base nos resultados dos três processos estudados pôde-se verificar que a reação de desativação do agente sarin utilizando a brucita é termodinamicamente mais estável do que a reação de hidrólise. Além disso, verificou-se que a água pode participar do processo de desativação como um catalisador. Tal estudo está no âmbito do Programa Pró-Defesa do ministério da Defesa em conjunto com a CAPES. / Layered hydroxides, including brucite-like compounds and layered double hydroxides (LDHs), present numerous applications due to their properties such as: high thermal stability, ion exchange capacity, porosity and high surface area, electrochemistry, photochemistry and others. The capacity of adsorption and ion exchange presented by these materials make them to be widely used in the removal of anionic species and contaminants. Thus, for example, such materials can be used in the removal of excess fluoride from drinking water, because fluoride in excess can cause dental or skeletal fluorosis, and degradation of nerve agents, like organophosphates that attack the nervous system. This work presents a detailed study of the reactions H2O, HF and sarin with layered hydroxides. Therefore, were used ab initio calculations based on Density Functional Theory (DFT) with periodic boundary conditions and the CI-NEB method (Climbing Image – nudging Elastic band) to calculate the reaction path and the energetic barrier for each reaction involved in the process. The reaction of HF was based on a proposed mechanism consisting of four elementary steps: the adsorption of HF on the surface of hydroxides, the dissociation of adsorbed HF, the desorption of water molecule formed in the dissociation reaction and the formation of the compound M(OH)2−xFx. The results show that the formation of the compound M(OH)2−xFx is spontaneous. This result agrees with experimental works, that predicts as stable the compound formed by replacing OH- by F- in layered hydroxides. Two proposals were analyzed for the formation of hydroxyl on the surface of layered hydroxides. In the first proposal a hydroxyl of the hydroxide lamella migrates to the surface and in the second proposal a water molecule dissociates on the surface of the hydroxides, forming a water molecule and hydroxyl adsorbed on the surface; the latter proposal is more favorable according to the calculations performed. The previous studies were necessary steps for the central goal of the thesis: to study the deactivation of the nerve agent sarin. In the deactivation process of the nerve agent sarin intermediates formed by dissociation and chemisorption of the agent on the surface of brucite were studied. Based on the results of the three cases studied it could be checked that the deactivation reaction of the agent sarin using brucite is thermodynamically more stable than the hydrolysis reaction. Moreover, it appears that water can participate in the deactivation process as a catalyst. This study has happened into the ambit of the Pro-Defense program of the Defense Menistry in conjunction with the CAPES.