Ingeniero Civil en Biotecnología / Ingeniero Civil en Química / El actual escenario energético del planeta, y la baja diversidad de la matriz energética de Chile, ha terminado por generar la necesidad de encontrar nuevas fuentes de combustibles. Combustibles que resulten menos contaminantes para el medio ambiente, y que permitan un desarrollo sustentable del país. Ante esta necesidad se alzan los biocombustibles. Chile no posee las ventajas competitivas de EE.UU. y Brasil para la producción de biocombustibles de primera generación, por lo que debe concentrar sus esfuerzos en la producción de biocombustibles de segunda generación utilizando diversos residuos lignocelulósicos, la variabilidad de suelos, y los diferentes climas a lo largo de su territorio. Es en esta situación que esta memoria se sitúa, como parte del proyecto FONDECYT de iniciación 11110368 y el programa Domeyko Energía. La memoria consistió en estudiar la fermentación de mezclas de medios de glucosa, derivados a partir de diferentes residuos lignocelulósicos, los cuales fueron pretratados previamente por hongos de pudrición blanca. Preguntas como la posible existencia de sinergias, inhibiciones, y cómo contribuyen estos residuos lignocelulósicos en el producto de bioetanol buscaron ser respondidas en este trabajo. El desarrollo de experiencias se diseñó a partir de hidrólisis y fermentaciones separadas (HFS). Primero se seleccionaron los residuos lignocelulósicos (rastrojos de maíz, rastrojos de trigo, y residuos de eucalipto) pretratados por hongos de pudrición blanca (Ganoderma applanatum, Lentinus edodes, y Stereum hirsutum), los cuales pasaron a continuación por idénticos procesos de sacarificación utilizando hidrólisis enzimática (1 [g] peso seco de residuo lignocelulósico, 40 [CBU] de Novozyme® 188, 2,5 [FPU] de Celluclast® 1,5 L, 75 [µL] de Tween® 20, 29,8 [mL] de tampón Acetato de Sodio 0,05 M y pH:4,8, por 72 [hrs] a 50 [°C] y 200 RPM), siendo posteriormente diluidas las concentraciones obtenidas de glucosa a 2 [g/L] para su posterior fermentación. Dichas fermentaciones se efectuaron usando la levadura Saccharomyces cerevisiae cepa Ethanol Red® (Red Star), los medios fermentados correspondieron a caldos con la cantidad de glucosa total fijada en 2 [g/L], en forma de mezclas o individualmente (10 [mL] de fase líquida sacarificada diluida a 2 [g/L], 9 [mL] de medio nutritivo compuesto de extracto de levadura-Fosfato de Amonio-Sulfato de Magnesio, 1 [mL] de inóculo de levadura, por 72 [hrs] a 40 [°C] y 200 RPM). Las mediciones de bioetanol fueron efectuadas en un cromatógrafo de gases, y mediciones de abundancias naturales de isótopos estables de 13C en un espectrómetro de masas. Para la determinación estadística de diferencias significativas entre resultados, se aplicaron los tests paramétricos: ANOVA, Tukey-Kramer, y los tests no-paramétricos: Kruskal-Wallis, Dunn-Sidak. Los resultados obtenidos mostraron que la mezcla de medios con glucosa de distintos sustratos genera efectos inhibitorios y sinergias. Las sinergias ocurrieron a partir de todas las mezclas fermentadas de rastrojos de maíz y residuos de eucalipto (10,5% en promedio sobre lo esperable), y las inhibiciones se generaron a partir de todas las mezclas fermentadas de rastrojos de maíz y rastrojos de trigo (467,5% en promedio menos de lo esperable). Además, se determinó que la contribución al producto final de bioetanol por parte de rastrojos de trigo y residuos de eucalipto es mayor (65,6% en promedio,) que la efectuada por los rastrojos de maíz (34,4% en promedio). En consecuencia, la glucosa con origen de plantas C3 generalmente tiene una mayor contribución que la glucosa con origen de plantas C4 en el producto de bioetanol. Se concluyó a partir de los resultados obtenidos que el principal factor que posiblemente influyó en los rendimientos de bioetanol fue la concentración de ácidos hidroxicinámicos en el medio de fermentación, la cual estaría determinada mayormente por la estructura lignocelulósica de los residuos y el tipo de hongo de pudrición blanca. En relación a la contribución por parte de las plantas C3 y C4 al producto final de bioetanol, se concluyó que esta situación se debió a una preferencia de la levadura Saccharomyces cerevisiae cepa Ethanol Red® (Red Star) por incorporar a sus productos de fermentación moléculas de glucosa isotópicamente más livianas, las cuales poseen velocidades de difusión y colisión más elevadas, además de tener energías de enlace menores. Este último párrafo, permite asentar las bases para continuar la investigación de fermentaciones de medios de cultivo que contienen glucosa derivada de dos sustratos distintos (e.g. análisis de inhibidores), y como siguiente paso una optimización del proceso en post de encontrar las mejores alternativas de producción de bioetanol de segunda generación.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-24T15:17:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 267697.pdf: 1680226 bytes, checksum: 06a6bcca172ded47f570f3ad61da7d09 (MD5) / O presente trabalho teve como objetivo estudar o cultivo de Pycnoporus sanguineus e a produção do antibiótico cinabarina em meio líquido, e a utilização de resíduos lignocelulósicos como meio de cultivo, em estado sólido, para a produção da cinabarina. Foi realizada a análise do crescimento radial e avaliada a produção de cinabarina de três diferentes cepas de P. sanguineus (MIP 95001, MIP 95002 e MIP 20001). O modelo que melhor representou o crescimento das cepas foi o modelo exponencial, sendo selecionada a cepa MIP 20001 como melhor produtora de cinabarina. Foi proposta neste trabalho uma nova metodologia para o doseamento da cinabarina, em sua forma purificada, através de método espectrofotométrico visando obter um método confiável, mais rápido e prático de doseamento. O método espectrofotométrico mostrou-se adequado para a finalidade pretendida, produzindo resultados semelhantes aos obtidos com o método microbiológico. A cinética de crescimento do P. sanguineus e a produção de cinabarina foram estudadas em caldo de batata dextrose (CBD) com pH inicial 5,6 e 9,0 e também combinando-se as fontes de carbono (glicose, maltose e glicerol), o CBD e as fontes de nitrogênio (peptona, extrato de levedura e uréia). Os cultivos em CBD com pH inicial 5,6 e 9,0 não apresentaram diferenças quanto a produção de cinabarina, sendo que o fungo apresentou maior crescimento em pH inicial 5,6. O meio contendo glicose e extrato de levedura propiciou a maior produção de biomassa, sendo que o meio em que houve a maior produção de cinabarina foi o meio CBD sem a adição de fontes de nitrogênio. Foi avaliada a produção de cinabarina utilizado como substrato os resíduos lignocelulósicos: serragem de Pinus sp. e de Eucalyptus sp. e casca de arroz, enriquecidos com farelo de arroz. A utilização da serragem de Pinus sp., devido ao seu elevado teor de lignina, resultou na maior produção de cinabarina, (1,6 vezes mais do que em CBD). A estabilidade da cinabarina foi avaliada até 60 dias após sua extração e os resíduos foram armazenados em geladeira a 2 ºC de três maneiras: seco, diluído em DMSO e diluído em DMSO com EDTA. O resíduo armazenado seco manteve sua estabilidade pelo período analisado, o resíduo diluído em DMSO apresentou-se estável por um mês e a adição de EDTA aumentou a estabilidade do resíduo em solução por pelo menos 60 dias. / This work has as main objective to study the growth of Pycnoporus sanguineus in liquid medium broth, following their cinnabarin antibiotic production. Besides this, it is aimed to produces the cinnabarin by utilizing wood wastes by growing the broth in solid state of the Pycnoporus sanguineus. We performed the radial growth analysis and evaluated the cinnabarin production starting from three different strains of P. sanguineus (MIP 95001, MIP 95002 and MIP 20001). Among the strains, those which presented the exponential model growth showed the best results. We choose the strains of MIP 2001 as the better cinnabarin producer. In this work, we proposed a new routine for measuring the cinnabarin content in their pure state via spectrometric method aiming a more reliable, fast and practical method. The spectrometric method fit to the existing procedures, with same results as the microbiological method ones. The P. sanguineus kinetic growth and the cinnabarin production were performed in a potato dextrose broth (PDB), having an initial p-H's of 5.5 and 9.0. It is composed of a carbon source as glucose, maltose, and glycerol, the PDB, and the nitrogen source as (peptone, yeast extract and urea). The growing of PBD at initial p-H's of 5.6 and 9.0 presented nor differences in cinnabarin production, whereas the yeast presented more rate of growing at initial p-H of 5.6. Most biomass production was obtained with the broth plus glucose and yeast extract; whereas most cinnabarin production was obtained with the PBD without nitrogen addition. Further, the cinnabarin production was evaluated utilizing wood waste as substrate: Pinus sp. and Eucalyptus sp. sawdust and bark of rice with addition of milled rice. The Pinus sp. sawdust, due to its high content of lignin, presented more cinnabarin production than others ones (1.6 times more than in CBD). After the cinnabarin extraction, their stability after drying was evaluated by three methods for periods of time performing a total of 60 days. The extracts were put onto a freezer at temperature of 2 oC in three forms: dried (1) diluted on DMSO (2) and diluted on DMSO plus EDTA (3). The method (1) presented stability for the analyzed period of 60 days, the method (2) the method presented stability for a period of 30 days, and the method (3) presented stability for 60 days. We conclude that the EDTA addition enhanced the stability of the dried cinnabarin extract for at least 60 days.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JosefaABR_DISSERT.pdf: 824111 bytes, checksum: d30d54c9e635df7322649f582f4c2e81 (MD5) Previous issue date: 2010-09-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Cellulolytic enzymatic broth by Trichoderma reesei ATCC 2768 cultived in shaker using cashew apple bagasse and coconut shell bagasse, as substrate for fermentation, was used to investigate the enzymatic hydrolysis of these substrates after pre-treatment with 1 M NaOH, wet-oxidation as well as a combination of these treatments. Hydrolysis runs were carried at 125 rpm, 50?C and initial pH of 4.8 for 108 hours. Enzymatic broth produced using cashew apple bagasse treated with 1M NaOH (1.337 UI/mL CMCase and 0.074 UI/mL FPase), showed after the hydrolysis an initial of 0.094 g of reducing sugar/g of substrate.h with 96% yield of total reducing sugars while for the coconut shell bagasse treated using the alkaline process (0.640 UI/mL CMCase and 0.070 UI/mL FPase) exhibited an initial hydrolysis velocity of 0.025 g of reducing sugar/g of substrate.h with 48% yield of total reducing sugars. For the treatment with wet-oxidation using cashew apple bagasse as substrate enzymatic broth (0.547 UI/mL CMCase) exhibited an initial hydrolysis velocity of 0.014 g of reducing sugars/g of substrate.h with a lower yield about 89% of total reducing sugars compared to the alkaline treatment. Enzymatic broth produced using coconut shell treated by wet-oxidation showed an initial hydrolysis velocity of 0.029 g of reducing sugar/g of substrate.h with 91% yield. However, when the combination of these two treatments were used it was obtained an enzymatic broth of 1.154 UI/mL CMCase and 0.107 FPase for the cashew apple bagasse as well as 0.538 UI/mL CMCase and 0,013 UI/mL de FPase for the coconut shell bagasse. After hydrolysis, initial velocity was 0.029 g of reducing sugar/g of substrate.h. with 94% yield for the cashew apple bagasse and 0.018 g de reducing sugar/g of substrate.h with 69% yield for coconut shell bagasse. Preliminary treatment improves residues digestibility showing good yields after hydrolysis. In this case, cellulose from the residue can be converted into glucose by cellulolytic enzymes that can be used for ethanol production / Extrato enzim?tico celulol?tico produzido por Trichoderma reesei ATCC 2768 cultivado em incubador rotativo, utilizando-se baga?os de ped?nculo de caju e de casca de coco como substrato, foi utilizado para estudar o processo de hidr?lise enzim?tica dos mesmos res?duos, baga?o do ped?nculo de caju e baga?o de coco, quando esses materiais foram pr?-tratados alcalinamente (com NaOH 1M) e por oxida??o ?mida, e combinando-se esses dois pr?-tratamentos. Os ensaios de hidr?lise foram realizados em condi??es de 125 rpm, 50?C e pH inicial 4,8 durante 108 horas. O extrato produzido utilizando como substrato baga?o de caju tratado alcalinamente (1,337 UI/mL de CMCase e 0,074 UI/mL de FPase), quando utilizado nos ensaios de hidr?lise, apresentou uma velocidade inicial de hidr?lise de 0,094 g de AR/g de substrato.h e rendimento de hidr?lise de 96% de a??cares redutores totais (ART s), enquanto que para o extrato obtido utilizando-se baga?o de coco tratado com NaOH 1M (0,640 UI/mL de CMCase e 0,070 UI/mL de FPase) obteve-se uma velocidade inicial de hidr?lise de 0,025 g de AR/g de substrato.h e um rendimento de 48% de a??cares redutores totais (ART s). No caso dos baga?os tratados por oxida??o ?mida, verificou-se que o caldo enzim?tico obtido utilizando como substrato ped?nculo de caju (0,547 UI/mL de CMCase) apresentou uma velocidade inicial de hidr?lise de 0,014 g de AR/g de substrato.h e um menor rendimento 89% de ART s, quando comparado com o m?todo alcalino. O baga?o de coco tratado por oxida??o ?mida (1,147 UI/mL de CMCase e 0,071 de FPase) apresentou uma velocidade inicial de hidr?lise de 0,029 g de AR/g de substrato.h e um rendimento de hidr?lise de 91% de a??cares redutores totais (ART s). Entretanto, quando se utilizou os baga?os ped?nculo de caju e casca de coco, submetidos aos dois pr?-tratamentos combinados obteve-se um caldo enzim?tico para o ped?nculo de caju com atividades de (1,154 UI/mL de CMCase e 0,107 de FPase) e para a casca de coco um extrato enzim?tico com atividades de (0,538 UI/mL de CMCase e 0,013 UI/mL de FPase). Ao se utilizar estes extratos enzim?ticos nos processos de hidr?lise obteve-se para o ped?nculo de caju uma velocidade inicial de 0,029 g de AR/g de substrato.h. e um rendimento de 94% de a??cares redutores totais (ART s). Para o baga?o de casca de coco obteve-se uma velocidade de hidr?lise de 0,018 g de AR/g de substrato.h e um rendimento de 69% de a??cares redutores totais (ART s). Dessa forma, conclui-se que o tratamento preliminar melhora a digestibilidade dos res?duos onde a celulose presente no substrato converte-se em a??car fermentesc?vel com a a??o da enzima, sendo importante para uma posterior fermenta??o alco?lica