Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice husk is a subproduct of the food industry, rich in carbohydrates, which can be partially fractionated and converted into fermentable sugars. In this work, it was investigated the best conditions for the conversion of the residual biomass, rice husks, into succinic acid, an important start molecule for the synthesis of the chemo-pharmaceutical industry. With the goal of the separation of lignin and transformation of cellulose and hemicellulose into sugars, the rice husks were submitted, initially, to acid hydrolysis, in autoclave and in pressurized polytetrafluoroethylene reactor. The hydrolysis conditions were optimized by factorial design for the pressurized acid hydrolysis; temperature, time and acid catalyst concentration (HCl or H2SO4) were evaluated. For the acid hydrolysis in autoclave, it was optimized the ratio rice husks mass: acid volume, time and concentration of HCl or H2SO4. It was observed that the sugar production by using autoclave was lower than by the pressurized hydrolysis system, needing further concentration of the hydrolysate for the subsequent fermentation step. The best results were obtained with the polytetrafluoroethylene reactor, by 59 bar, with HCl 0,26 mol L-1, at 175°C and reaction time of 46 min, yielding 19.0 g L- 1 of glucose and 3.01 g L- 1 of xylose. The efficiency of different detoxification methods of the hydrolyzed rice husk were evaluated; the combined method of pH adjustment plus adsorption on active carbon was the most effective by eliminating inhibitors, without appreciable reduction of the sugar concentration. The detoxified hydrolysate was sterilized and adjusted at pH 7 and fermented with A. succinogenes at 37 ° C, in anaerobic medium, occurring the conversion of the two main monosaccharides, glucose and xylose, into succinic acid. The nutrient concentration and the agitation rate of the medium were also optimized by factorial design. As a result, after 54 h of static fermentation, the hydrolysate was supplemented with 8.40 g L-1 yeast extract and 1.40 g L -1 of NaHCO3, to yield 59.9% succinic acid. Almost all of the sugar at this time was consumed and converted to succinic acid; at the same time, acetic and formic acid are formed, but, in low concentrations related to the production of succinic acid, not compromising the yield of the process. For the succinic acid extraction and purification, the fermentate was submitted to the solid phase extraction procedure; cartridges with different extraction phases were tested, and among them, the ion exchange one was the only effective, with recoveries up to 96%. After solid phase extraction, the eluted solution, containing 12.05 g L- 1 succcinic acid, was lyophilized, and crystals of succinic acid with 80.7% (m m- 1) were obtained. The raw material used in the bioprocess has no commercial value, representing a zero cost carbon source, which reveals itself adequate to the succinic acid production by fermentation with A. succinogenes, after hydrolysis. The use of the residual rice husk can contribute to the mitigation of the environmental impact resulting from the illegal discharge in the environment. / A casca de arroz é um subproduto da indústria de alimentos, rico em carboidratos, que pode ser fracionada e, parcialmente, convertida em açúcares fermentescíveis. Neste trabalho, investigou-se as melhores condições para a conversão da biomassa residual, casca de arroz, em ácido succínico, importante insumo para a síntese industrial farmoquímica. Com o objetivo de separação da lignina e transformação da celulose e da hemicelulose em açúcares, a casca de arroz foi submetida, inicialmente, à hidrólise ácida em autoclave e em reator de politetrafluoretileno, à pressão. As condições de hidrólise foram otimizadas através de planejamento fatorial, sendo avaliado na hidrólise ácida pressurizada, a influência da temperatura, do tempo e da concentração do catalisador ácido (HCl ou H2SO4); já, na hidrólise em autoclave, otimizou-se a relação massa de casca de arroz : volume de solução ácida, tempo e concentração de HCl ou H2SO4. Observou-se que a produção de açúcares em autoclave é inferior à do sistema de hidrólise à pressão, necessitando, inclusive, concentração do hidrolisado para utilização na etapa fermentativa. Os melhores resultados foram obtidos com o reator de politetrafluoretileno, à pressão de 59 bar, com 0,26 mol L-1 de HCl, temperatura de 175 °C e tempo de reação de 46 min, produzindo-se 19 g L-1 de glicose e 3,01 g L-1 de xilose. Avaliou-se a eficiência de diferentes métodos de destoxificação do hidrolisado de casca de arroz, sendo o método combinado, de ajuste de pH seguido de adsorção em carvão ativado, o mais eficaz na eliminação de inibidores, sem redução apreciável da concentração de açúcares. O hidrolisado destoxificado foi esterilizado, ajustado a pH 7 e fermentado com A. succinogenes, à 37 ºC, em meio anaeróbio, ocorrendo a conversão dos monossacarídeos predominantes, glicose e xilose, em ácido succínico. A concentração dos nutrientes e a velocidade de agitação do meio também foram otimizadas por meio de planejamento fatorial. Após 54 h de fermentação estática do hidrolisado, suplementado com 8,40 g L-1 de extrato de levedura e 1,40 g L-1 de NaHCO3, o rendimento em ácido succínico foi de 59,9%. Praticamente, toda a concentração de açúcar é consumida neste tempo e convertida em ácido succínico; simultaneamente, formam-se ácido acético e fórmico, porém, em baixas concentrações em relação à produção de ácido succínico, não comprometendo o rendimento do processo. Para a extração e purificação do ácido succínico, o fermentado foi submetido ao procedimento de extração em fase sólida; cartuchos com diferentes fases extratoras foram testados, e, dentre eles, somente o de troca iônica se mostrou efetivo, com recuperação de até 96,0%. Após a extração, o eluido da extração em fase sólida, contendo 12,0 g L-1 de ácido succínico foi liofilizado, obtendo-se cristais com pureza de 80,7% (m m-1). A matéria-prima utilizada no bioprocesso, casca de arroz, não tem valor comercial, representando fonte de carbono de custo zero, que se revelou adequada à produção de ácido succínico por meio de fermentação com A. succinogenes, após hidrólise. O aproveitamento da casca de arroz residual pode contribuir para a mitigação do impacto ambiental resultante da disposição ilegal no ambiente.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice Husks (RH) can be regarded as an abundant lignocellulosic raw material in the Brazilian southern(se for somente regiões do RS, SC e PR fica South region, senão, tá ok) region, renewable and practically without economic added value able to be bioconverted into industrial and pharmochemical products of great interest. The main objective of this dissertation was to search the use of RH for the production of itaconic acid (IA) and, simultaneously, to contribute to the mitigation of a serious environmental problem arising from the improper disposal of the processing residues. For this, RHs were submitted to pressurized acid hydrolysis with diluted HNO3 and H3PO4in accordance with a statistical multivariate planning using Central Composite Rotatable Design (DCCR). The experiments showed that, at 145 °C and reaction time of 28 min, with 3,4% (v v-1) H3PO4, it was produced 44,4 g sugar L-1, by yield of 266,4 mg sugar g-1 RH. By using 3,76% (v v-1) HNO3, the best experimental was 135 ºC and reaction time of 35 min, resulting on a 42,0 g sugar L-1, by yield of 252,0 mg sugar g-1RH. Compared to the results obtained before in our group for chloridric RH hydrolysis, the outcomes of this work were better, considering the concomitant liberation of glucose, xylose and arabinose. However, no additional benefit was found by applying a RH pretreatment with NaOH and NH4OH. Previous fermentative tests were made to find the best conditions for the grown of the Aspergillus terreus (ATCC 7860) fungus in RH hydrolysate, submitting the fermentative process to a central compound experimental design in blocks, evaluating the variables initial pH, temperature, use of yeast extract (YE) and RH origin. 20 mL flasks were used for the batch experiments. The best experiment produced 1,9 g IA L-1, by yield of 132 mg AI g-1 sugars (or 11,4 mg AI g-1 RH), using chloridric hydrolysate (0,8% HCl v v-1), 145 ºC and reation time of 46 min; detoxification with CaO, fermentation medium 50:50 hydrolysate : potato dextrose solution, with 10,0 g YE L-1, initial pH 6,0, 152 h fermentation). The used analytical techniques were HPLC-DAD and -RID, and UV-visible spectrophotometry, including the figures-of-merit and validation of the developed methodologies. It was possible to demonstrate the viability of the production processes of IA from RH, in laboratory scale, contributing to the efforts to the development of the biotechnological research and scientific innovation. / A casca de arroz (CA) pode ser considerada matéria-prima lignocelulósica abundante na região sul-brasileira, renovável e quase sem valor comercial - passível de bioconversão em produtos de grande interesse industrial e farmoquímico. O principal objetivo deste trabalho foi investigar o aproveitamento da CA na produção de ácido itacônico (AI) e, simultaneamente, contribuir para a mitigação de grave problema ambiental oriundo da disposição imprópria deste resíduo de beneficiamento. Para tanto, a CA foi submetida à hidrólise ácida à pressão segundo planejamento estatístico multivariado, usando-se delineamento composto central rotacional (DCCR) para as hidrólises com HNO3 e H3PO4 diluídos. Os experimentos revelaram que, a 145 °C e 28 min de reação, com 3,4% (v v-1) H3PO4, foram produzidos 44,4 g de açúcar L-1, com rendimento de 266,4 mg de açúcar g-1 CA. Empregando-se 3,76% (v v-1) HNO3, a melhor condição experimental foi 135 ºC e 35 min de reação, produzindo-se 42,0 g açúcar L-1, com rendimento de 252,0 mg de açúcar g-1 CA. Comparados a resultados de hidrólises com HCl de trabalhos anteriores desenvolvidos no grupo, os resultados foram superiores, considerando-se a liberação concomitante de glicose, xilose e arabinose. Nenhum benefício adicional foi obtido, porém, com o pré-tratamento da CA com NaOH e NH4OH. Ensaios fermentativos prévios foram feitos com o intuito de encontrar-se as condições mais adequadas ao crescimento do fungo Aspergillus terreus (ATCC 7860) no hidrolisado de CA, submetendo-se o processo fermentativo a planejamento experimental composto central, em blocos, avaliando-se as variáveis pH inicial do meio, temperatura, uso de extrato de levedura (EL) e origem da CA. Utilizaram-se frascos de 20 mL para os experimentos em batelada. O melhor experimento foi aquele que produziu 1,9 g AI L-1, com rendimento de 132 mg AI g-1 açúcares (ou 11,4 mg AI g-1 CA), usando-se hidrolisado clorídrico (0,8% HCl v v-1), temperatura de 145 ºC e 46 min de reação; destoxificação com CaO, meio de fermentação 50:50 hidrolisado : solução de dextrose de batata, com 10,0 g EL-1, pH inicial 6,0, 152 h de fermentação). As técnicas analíticas utilizadas foram HPLC-DAD e -RID, e Espectrofotometria UV-vis, apresentando-se figuras-de-mérito e validação das metodologias desenvolvidas. Foi possível demonstrar a viabilidade do processo de produção de AI a partir da CA, em escala de laboratório, contribuindo-se para o esforço do desenvolvimento da pesquisa biotecnológica e da inovação científica.