Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danielle_ Camargo.pdf: 2743019 bytes, checksum: bb99b3949e2803b846be4f0bae327172 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / Ethanol is considered a promising alternative to fossil fuels and causes less environmental impact, which implies an increase in the consumption of biofuel. To meet this demand, research has been conducted with alternative raw materials to complement the production of first generation ethanol. In Brazil, sweet sorghum is being studied for the expansion of sugarcane industry due to its rapid growth and the possibility of cultivating it during the season-cropping of sugarcane. However, during processing of sweet sorghum for ethanol production, generation of bagasse occurs, a material composed primarily of cellulose and hemicellulose, which can be considered a potential source of feedstock for bioprocesses. Therefore, the purpose of this study was the use of the sugars from the hemicellulose and the cellulosic fractions of the sweet sorghum bagasse, for the production of second generation ethanol by pentoses and hexoses fermentation yeasts, respectively. After chemical characterization of sorghum bagasse of six cultivars, they were subjected to mild acid hydrolysis with variations in temperature (111; 115 °C and 121), time (40, 50, and 60 min) and concentration of sulfuric acid (075; 1.25 and 1.75% w/v) using a central composite design (DCC) and response surface to find the condition that is conducive to high concentrations of sugars and less toxic compounds in the hemicellulosic hydrolysate. After the hydrolysate was concentrated and detoxified, it was submitted to fermentation by the yeast Schefferosomyces stipitis in a bioreactor at 30 °C, with kLa 4.9 h-1, pH 5.5 and volume of 4.5 liters. The solid biomass (cellulignin) that resulted from the acid treatment was submitted to evaluation of the percentage of cellulose, hemicellulose and lignin and then to studies with variation in the concentration of NaOH (1; 2.5 to 4%) and time (20, 40 and 60 min). After the treatment with the best condition of removal of lignin, cellulosic biomass was subjected to enzymatic hydrolysis with variation in the concentration of cellulase NS22086 (15, 20 and 25 FPU/g) and β-glucosidase NS22118 (1/3 to 2/3) and temperature of 38; 41 to 44 °C, in order to obtain the best saccharification rates and high glucose concentrations. The production of ethanol from the cellulosic fraction was then carried out with Kluyveromyces marxianus, during simultaneous saccharification and fermentation (SSF) at three different temperatures (38, 41 and 44 °C) for fermentation. The chemical composition between different varieties studied was similar and varied from 22-26% of lignin, from 30-32% of hemicellulose and 32-37% of cellulose. In the study of the hydrolysis conditions of hemicellulose, it was found that the acid concentration was the most important factor, and the condition that resulted in the highest concentration of sugars (14.22 g/L xylose and 2.42 g/L glucose) was 1.75% H2SO4, 40 minutes and 121 °C. This same condition showed low quantities of toxic compounds (1.34 g/L of acetic acid, 0.90 g/L of phenol; 124.54 mg/L of hydroxymethylfurfural and 978 mg/L furfural). The production of ethanol by S. stiptis in the hemicellulosic hydrolysate resulted in a concentration of 22 g/L ethanol, Yp/s of 0.40 g/g; Yx/s 0.28 g/g and Qp of 0.34 g/L.h-1. For the study of cellulignin delignification it was found that 2.5% NaOH for 60 minutes was the best condition for the removal of lignin (68%). During the enzymatic hydrolysis of the cellulosic portion, it was verified that the increase of cellulase from15 to 25 FPU/g resulted in higher concentration of glucose. In addition, the increase of β-glucosidase also resulted in the largest amount of glucose in a shorter time. The temperature also increased and accelerated the process of saccharification of cellulose. The simultaneous saccharification fermentation with K. marxianus was shown to be affected by the temperature studied, and the maximum ethanol concentration was reached (9.41 g/L) after 72 hours at 41 °C. With these results, it was possible to consider that the bagasse of sweet sorghum is a promising material in the field of second generation ethanol production both from hemicellulose and cellulose. / O etanol é considerado uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis, o que implica no aumento do consumo deste biocombustível. Para suprir essa demanda, pesquisas têm sido realizadas com matérias primas alternativas para complementar a produção de etanol de primeira geração. No Brasil, o sorgo sacarino está sendo estudado para ampliação do setor sucroenergético por ter crescimento rápido e possibilidade de cultivo na entressafra da cana-de-açúcar. Porém, durante o processamento do sorgo sacarino ocorre a geração do bagaço como material excedente, que é constituído principalmente por celulose e hemicelulose, e que pode ser considerado matéria-prima em potencial para bioprocessos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar o aproveitamento dos açúcares das frações hemicelulósica e celulósica do bagaço de sorgo sacarino para produção de etanol de segunda geração por leveduras fermentadoras de pentoses e hexoses, respectivamente. Após a caracterização química do bagaço de sorgo, este foi avaliado através de estudo de delineamento composto central (DCC) e superfície de resposta à hidrólise ácida branda com variações na temperatura (111; 115 e 121 °C), tempo (40; 50 e 60 min) e concentração de ácido sulfúrico (0,75; 1,25 e 1,75% m/v) a fim de encontrar a condição que propiciasse altas concentrações de açúcares e menores de compostos tóxicos no hidrolisado hemicelulósico. Após o hidrolisado ser concentrado e destoxificado, seguiu para fermentação pela levedura Schefferosomyces stipitis em biorreator a 30 °C, com kLa de 4,9 h-1, pH 5,5 e volume de 4,5 litros. A biomassa sólida (celulignina) resultante do tratamento ácido foi submetida à avaliação da porcentagem de celulose, hemicelulose e lignina e seguiu para estudo da deslignificação com variação na concentração de NaOH (1; 2,5 e 4%) e tempo (20, 40 e 60 min). Após tratamento com a melhor condição de remoção da lignina, a biomassa foi submetida à hidrólise enzimática com variação na concentração de celulase NS22086 (15; 20 e 25 FPU/g) e de β-glicosidase NS22118 (1/3 a 2/3) e temperatura (38; 41 e 44 °C), a fim de obter as melhores taxas de sacarificação e altas concentrações de glicose. A produção de etanol a partir da fração celulósica foi então realizada com Kluyveromyces marxianus durante sacarificação simultânea à fermentação (SSF) em três diferentes temperaturas (38; 41 e 44 °C) de incubação. A composição química do bagaço variou entre 22-26% de lignina, 30-32% de hemicelulose e 32-37% de celulose. A concentração de ácido sulfúrico foi o fator que teve maior influência na formação de açúcares e hidrólise da hemicelulose e a condição que resultou na maior concentração de açúcares (14,22 g/L de xilose e 2,42 g/L de glicose) foi 1,75% de H2SO4, 40 minutos a 121 °C. Essa mesma condição apresentou baixas quantidades de compostos tóxicos (1,34 g/L de ácido acético, 0,90 g/L de fenólicos; 124,54 mg/L de hidroximetilfurfural e 978 mg/L de furfural). A produção de etanol por S. stiptis no hidrolisado hemicelulósico resultou em uma concentração de 22 g/L de etanol, Yp/s de 0,40 g/g; Yx/s de 0,28 g/g e Qp de 0,34 g/L.h-1. No estudo de deslignificação da celulignina foi verificado que 2,5% de NaOH, 121 0C por 60 minutos foi a melhor condição na remoção de lignina (68%). Durante a hidrólise enzimática da porção celulósica foi verificado que o aumento da concentração da celulase de 15 para 25 FPU/g resultou na maior concentração de glicose. Além disso, o aumento da β-glicosidase diminui o tempo de hidrólise e o aumento da temperatura favoreceu o processo de sacarificação da celulose. A sacarificação simultânea à fermentação com K. marxianus demonstrou ser afetada pela temperatura estudada e a máxima concentração de etanol foi alcançada (9,41 g/L) com 72 horas a 41 °C. Com esses resultados, é possível considerar que o bagaço do sorgo sacarino é uma matéria prima promissora na produção de etanol de segunda geração tanto a partir da hemicelulose como de celulose.

Este trabalho avaliou a extração de xilose da palha de cana-de-açúcar sob diferentes condições de hidrólise por ácido sulfúrico diluído visando à obtenção de um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose e ainda a fermentabilidade deste para a bioconversão a etanol por Pichia stipitis Y-7124. Inicialmente caracterizou-se a palha de cana e a fração hemicelulósica representou 30,79% da massa seca da palha, enquanto que a celulose representou 40,84% e a lignina 25,80%. Verificou-se ainda que 26,57% da palha corresponde à xilose, representando 86,27% de sua fração hemicelulósica. As hidrólises ácidas foram realizadas de acordo com um planejamento experimental fatorial fracionado 24-1 visando-se à resposta concentração de xilose (g/L) no hidrolisado hemicelulósico. Levou-se em consideração os fatores: tempo, temperatura, concentração da solução ácida e a relação sólido:líquido. A melhor resposta para a concentração de xilose foi encontrada nas condições do ponto central, com a média da concentração igual a 31,70 g/L. A análise de variância foi realizada para um screening do planejamento e observou-se que apenas os fatores concentração da solução ácida e temperatura foram significativos ao nível de 95% de confiança. Em seguida realizou-se ensaios para otimização da hidrólise ácida considerando os fatores temperatura e concentração da solução ácida. As condições de ótimo encontradas foram 130 ºC e a solução de ácido sulfúrico em 2,9% m/v, empregadas com uma relação sólido:líquido igual a 1:4 (g/mL) por 30 minutos de reação. Estas condições de ótimo permitiram a obtenção de um hidrolisado hemicelulósico com concentração igual a 56,5 g/L de xilose, correspondendo à extração de 85,1% da xilose da palha. Posteriormente, ensaios de fermentação foram conduzidos com o hidrolisado hemicelulósico obtido, visando à produção de etanol por P. stipitis em frascos Erlenmeyer de 250 mL com 100 mL de meio hidrolisado para avaliar a fermentabilidade do hidrolisado obtido bem como a necessidade de suplementação nutricional e utilizou-se um planejamento experimental fatorial 23 de face centrada para verificar a influência dos fatores: concentração de ureia, concentração de MgSO4*7H2O e concentração de extrato de levedura. Os ensaios foram conduzidos a 200 rpm e 30 ºC. Verificou-se que o extrato de levedura (5 g/L) exerceu maior influência sobre o processo fermentativo e que o MgSO4*7H2O (0,5 g/L) não apresentou significância estatística. A melhor condição na fermentação para produção de etanol por P. stipitis encontrada foi empregando-se extrato de levedura (5 g/L), ureia (5 g/L) e MgSO4*7H2O (1,0 g/L), em que se obteve um fator de rendimento em etanol YP/S igual a 0,38 g/g e produtividade volumétrica igual a 0,41 g/L.h, em 60 horas de fermentação. / This work evaluated the sugar cane straw xylose extration under different diluted sulfuric acid hydrolysis conditions aiming at the attainment of hemicellulosic hydrolysate rich in xylose and their fermentability for ethanol bioconversion by Pichia stipitis Y 7124. Previous assays for chemical characterization of the sugar cane straw has been carried. The hemicellulosic fraction represented 30.79% of the dry straw mass, whereas the cellulose represented 40.84% and the lignin represented 25,80%. It was verified despite 26,57% of the straw corresponded to xylose, representing 86,27% of its hemicellulosic fraction. The acid hydrolysis was carried out using an experimental design 24-1 aiming at it the xylose concentration (g/L) response on the hemicellulosic hydrolysate regarding the factors: time, temperature, acid solution concentration and the ratio solid:liquid. The best result for the xylose concentration has been found on the center point conditions, with concentration of 31,70 g/L. The analysis of variance was carried out to one screening of the design and it was observed that only the parameters temperature and acid solution concentration has been significant at 95% reliable level. After that acid hydrolysis assays has been carried regarding the factors temperature and acid solution concentration aiming the acid hydrolysis optimization. The optimum point conditions were 130 ºC and the sulfuric acid solution of 2,9% m/v, carried with the ratio solid:liquid of 1:4 (g/mL) at 30 minutes of reaction. Later, fermentation assays was carried out with the hemicellulosic hydrolysate obtained in 250 mL Erlenmeyer flasks containing 100 mL of hydrolysate to evaluate the hydrolysate fermentability obtained as well tha needless of nutritional supplementation and for it used an experimental design 23 of face centered to verify the influence of the factors: urea concentration, MgSO4*7H2O concentration and yeast extract concentration. Assays has been carried at 30 ºC and 200 rpm. It was verified that the yeast extract (5 g/L) exerts greater influence on the fermentation and the MgSO4*7H2O (0,5 g/L) did not present statistic significance. The best conditions were achieved using yeast extract (5 g/L), urea (5 g/L) and MgSO4*7H2O (0,5 g/L). with ethanol yield and volumetric productivity of 0,38 g/g and 0,41 g/L.h, respectively, after 60 hours of fermentation.

Atualmente, a bioprodução de etanol a partir de materiais lignocelulósicos como o bagaço de cana é de grande interesse nacional e cientifico. Para utilização destes materiais em processos biotecnológicos procedeu-se sua hidrólise em função de sua constituição complexa em celulose, hemicelulose e lignina. Após hidrólise ácida branda obteve-se um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose e outros açúcares juntamente com compostos tóxicos a atividade microbiana como ácido acético, furfural, hidroximetilfurfural e compostos fenólicos. Este trabalho avaliou a necessidade da suplementação nutricional bem como a concentração inicial de xilose e células no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar sobre os parâmetros fermentativos de sua bioconversão a etanol pela levedura Pichia stipitis UFMG-IMH 43.2. Os ensaios foram realizados de acordo com um planejamento fatorial completo 23 com face centrada tendo como resposta o fator de conversão de açúcares em etanol (YP/S). Na suplementação do hidrolisado avaliou-se a adição dos seguintes nutrientes: MgSO4 (0 a 1,0 g/L), extrato de levedura (0 a 5,0 g/L) e uréia (0 a 5,0 g/L). Neste estudo observou-se que o extrato de levedura (5,0 g/L) exerceu maior influência sobre o processo fermentativo alcançando máximos valores de YP/S (0,13 g/L) e produtividade volumétrica em etanol (0,07 g/L.h) não necessitando da adição dos demais nutrientes. Ao se avaliar a concentração inicial de xilose (30; 52,5; 75 g/L) bem como a concentração celular inicial (0,5; 1,0; 2,0 g/L) no hidrolisado observou-se uma melhoria significativa no valor de YP/S (0,19 g/g) utilizando máxima concentração celular inicial (2 g/L) associada com menor concentração de xilose inicial (30 g/L). Estes resultados indicaram que a levedura Pichia stipitis UFMG-IMH 43.2 favoreceu a conversão em etanol YP/S (0,19 g/g), mostrando que a levedura teve melhor comportamento a baixas concentrações de xilose. Este estudo demonstrou que a levedura P. stipitis UFMG-IMH 43.2 mostrou-se como uma alternativa viável para a produção de bioetanol em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. / Currently, ethanol bioproduction from lignocellulosic materials such as sugarcane bagasse is of great national and scientific interest. For utilization of these materials in biotechnological processes according mild acid hydrolysis is required to complex constitution of cellulose, hemicellulose and lignin. After mild acid hydrolysis, a hemicellulosic hydrolyzate rich in xylose and other sugars together with toxic compounds to microbial activity as acetic acid, furfural, hydroxymethylfurfural and phenolics was obtained. The studies on the hydrolysate supplementation evaluated the nutrients addition: MgSO4 (0 to 1.0 g/L), yeast extract (0 to 5.0 g/L) and urea (0 to 5.0 g/L) and effects of initial xylose and cell concentration for ethanol production by Pichia stipitis UFMG-IMH 43.2 yeast were evaluated. The experiments were performed according to factorial design central composite face centered 23 using YP/S as response factor. This study showed that only the addition of 5.0 g/L yeast extract was enough to obtained YP/S equal to 0.13 g/L and productivity of 0.07 g/L-h. The evaluation of initial xylose concentration (30; 52,5; 75 g/L) and initial cell concentration (0,5; 1,0; 2;0 g/L) showed a significant influence on fermentation parameter YP/S. The best conditions were achieved using initial cell concentration of 2.0 g/L and initial xylose concentration of 30 g/L with YP/S equal to 0.19 g/g, showing that this yeast strain had better performance at low xylose concentrations. This study demonstrated that P. stipitis UFMG-IMH 43.2 yeast was a promising alternative for bioethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lillian Leonel.pdf: 1330884 bytes, checksum: 72d7ed478436a2a5c72fa3f74e8d44d4 (MD5) Previous issue date: 2014-03-18 / To supply the increasing demand for bioethanol it is necessary to search for new sources of renewable raw materials and emerging technologies. Most studies have been directed to the cellulose, since this fraction is more abundant in biomass and its hydrolysis leads to glucose, a more easily metabolizable sugar for the commercially available yeasts. Considering that the hemicellulose represents 20-30% of plant biomass and is easily removable, either by acid or enzymatic hydrolysis, the use of this fraction by pentose-fermenting yeasts as Scheffersomyces (Pichia) stipitis has been promising. However, the process of hydrolysis of lignocellulosic biomass to the release of fermentable sugars, specifically the acid hydrolysis, generates toxic compounds that impair the microbial metabolism and ethanol production. Thus, it is important to know the different effects of the major inhibitors present in hemicellulosic hydrolysates in the metabolism of S. stipitis ATCC 58376. For this purpose the culture was performed in synthetic medium supplemented with different concentrations of the inhibitors furfural, HMF, acetic acid, syringic acid and vanillin, following the Plackett and Burman factorial design with 12 assays (7 assays more compared to the number of independent variables) and 4 assays at the central point, totalizing 16 assays. The assays were conducted under agitation of 200 rpm at 30 °C and pH 5.25 for 96 hours. The analysis of the kinetic profiles obtained showed that the consumption of sugars, cell growth and ethanol production by S. stipitis were adversely affected by the addition of inhibitor compounds in synthetic medium promoting the inhibition of cell growth and ethanol production, as well as the delay in the consumption of sugars (xylose and glucose) according to the concentrations of the inhibitors tested. However, the acetic acid concentration of 2.0 g / L favored S. stipitis metabolism in the assays 09 (furfural 0.025 g.L-1; HMF: 0.01 g.L-1; acetic acid: 2.0 g.L-1, vanillin: 0.09 g.L-1 and syringic acid: 0.75 g.L-1), 10 (furfural: 0.75 g.L-1 HMF: 0,01 g.L-1; vanillin: 0.09 g.L-1 and syringic acid: 0.75 g.L-1) and 02 (furfural: 0.75 g.L-1; HMF: 0.03 g.L-1; acetic acid 2.0 g.L-1; vanillin: 0.09 g.L-1 and syringic acid: 0.025 g L-1), with peak concentrations of ethanol obtained in 72 hours of 14.3 g.L-1, 12.43 g.L-1 and 10.75 g.L-1, respectively, higher than the control assay (10.05 g.L-1), that lacked inhibitors. In assays with 6.0 g.L-1 of acetic acid, the metabolism of the yeast was completely inhibited. Statistical analysis for cell growth response showed that only acetic acid was significant (p < 0.10), being the most potent inhibitor. The others inhibitors also showed negative effect, except for syringic acid, which had a positive effect at 72 and 96 hours, but were not statistically significant. For the response ethanol production, among the factors evaluated, only the effect of furfural was not significant (p> 0.10). The most potent inhibitors were acetic acid and HMF, while vanillin and syringic acid promoted a positive effect on ethanol production. These results contribute to the choice of an appropriate method of detoxification for hemicellulosic hydrolyzate, which aims for a greater removal of the compounds that actually affect the metabolism of S. stipitis ATCC 58376 / Para suprir a demanda crescente de bioetanol há necessidade de buscar novas fontes de matérias-primas renováveis e tecnologias emergentes. A maior parte dos estudos tem sido direcionada à celulose, visto que esta fração é mais abundante na biomassa e sua hidrólise resulta em glicose, açúcar mais facilmente metabolizável por leveduras comercialmente disponíveis. Considerando que a hemicelulose representa 20-30% da biomassa vegetal e é facilmente extraível, seja por hidrólise ácida ou enzimática, a utilização desta fração por leveduras fermentadoras de pentoses, como Scheffersomyces (Pichia) stipitis, tem se mostrado promissora. No entanto, o processo de hidrólise da biomassa lignocelulósica para liberação dos açúcares fermentescíveis, em específico a hidrólise ácida, gera compostos tóxicos que prejudicam o metabolismo microbiano e a produção de etanol. Assim, é importante o conhecimento dos efeitos distintos dos principais inibidores presentes nos hidrolisados hemicelulósicos no metabolismo de S. stipitis ATCC 58376. Para isso foram realizados cultivos em meio sintético, adicionado de diferentes concentrações dos inibidores furfural, HMF, ácido acético, ácido siríngico e vanilina, seguindo o planejamento fatorial Plackett e Burman com 12 ensaios (7 ensaios a mais em relação ao número de variáveis independentes) e 4 ensaios no ponto central, totalizando 16 ensaios. Os ensaios foram conduzidos sob agitação de 200 rpm, temperatura de 30 °C e pH inicial 5,25 por 96 horas. A análise dos perfis cinéticos obtidos mostrou que o consumo de açúcares, o crescimento celular e a produção de etanol por S. stipitis foram afetados negativamente pela adição de compostos inibidores em meio sintético, promovendo a inibição do crescimento celular e produção de etanol, bem como o retardo no consumo de açúcares (glicose e xilose) de acordo com as concentrações dos inibidores testadas. No entanto, o ácido acético em concentração de 2,0 g/L favoreceu o metabolismo de S. stipitis, nos ensaios 09 (furfural: 0,025 g.L-1; HMF: 0,01 g.L-1; ácido acético 2,0 g.L-1; vanilina: 0,09 g.L-1 e ácido siríngico: 0,75 g.L-1), 10 (furfural: 0,75 g.L-1; HMF: 0,01 g.L-1; ácido acético 2,0 g.L-1; vanilina: 0,09 g.L-1 e ácido siríngico: 0,75 g.L-1) e 02 (furfural: 0,75 g.L-1; HMF: 0,03 g.L-1; ácido acético 2,0 g.L-1; vanilina: 0,09 g.L-1 e ácido siríngico: 0,025 g.L-1), sendo as máximas concentrações de etanol obtidas em 72 horas de 14,3 g.L-1, 12,43 g.L-1 e 10,75 g.L-1,respectivamente, sendo valores superiores ao ensaio controle (10,05 g.L-1), que não possuía inibidores. Nos testes com 6,0 g.L-1 de ácido acético, o metabolismo da levedura foi completamente inibido. A análise estatística para a resposta crescimento celular mostrou que somente o ácido acético foi significativo (p<0,10), mostrando-se o mais potente inibidor. Os demais inibidores também apresentaram efeito negativo, exceto o ácido siríngico, que apresentou efeito positivo em 72 e 96 horas, porém não foram estatisticamente significativos. Para a resposta produção de etanol, entre os fatores avaliados, somente o efeito do furfural não foi significativo (p>0,10). Os mais potentes inibidores foram o ácido acético e o HMF, enquanto vanilina e ácido siríngico promoveram um efeito positivo na produção de etanol. Esses resultados contribuem para a escolha de um método de destoxificação adequado para o hidrolisado hemicelulósico, que vise uma maior remoção dos compostos que realmente afetam o metabolismo de S. stipitis ATCC 58376

O sabugo de milho, devido a sua estrutura lignocelulósica, pode servir como fonte de biomassa renovável na produção de açúcares solúveis que podem ser convertidos em produtos de elevados valores agregados, como etanol e outros. A hidrólise ácida é o método mais utilizado na obtenção de hidrolisado hemicelulósico de materiais lignocelulósicos ricos em açúcares fermentescíveis, sendo o açúcar xilose em maior concentração. A levedura fermentadora de xilose Scheffersomyces stipitis está entre os poucos organismos que utilizam a xilose e a glicose e exibem um sistema regulatório de transição entre o processo respiratório e o fermentativo. Este trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia de obtenção de bioetanol por S. stipitis CBS 6054, a partir da fração hemicelulósica do sabugo de milho, avaliando a formulação nutricional do meio de fermentação. Como fonte de nitrogênio alternativa foi escolhida o farelo de soja. O hidrolisado hemicelulósico de sabugo de milho (HHSM), obtido por hidrólise ácida, foi concentrado a vácuo e tratado pela elevação e abaixamento de pH. O hidrolisado de farelo de soja foi obtido por hidrólise enzimática (Alcalase, 600C, 100 rpm, 3h). Para avaliar a solubilidade do hidrolisado de farelo de soja em HHSM (pH de 4,0 a 7,0) empregou-se planejamento fatorial 22 completo com análise de superfície de resposta (RSM). A suplementação do HHSM com a proteína de farelo de soja solubilizada em associação ou não com outros nutrientes (ureia e sulfato de amônio) na obtenção de bioetanol por S. stipitis foi avaliada por meio de um planejamento fatorial 23 completo com RSM. A fermentação foi realizada em frascos de Erlenmeyer (125 mL) contendo 50 mL de meio sob agitação de 150 rpm e 30 °C. A concentração de inoculo foi de 1,5 g/L de células. Os resultados mostraram que a hidrólise ácida favoreceu a remoção da fração hemicelulósica (88,05%) com pouca alteração na celulose (10,06%) e da lignina (27,07%) com relação ao material in natura, proporcionando um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose (28,30 g/L) com baixas concentrações de compostos fenólicos e furanos. O tratamento do HHSM reduziu seu teor proteico em relação ao hidrolisado concentrado (74,76%) e hidrolisado original (28,53%). O farelo de soja foi de boa qualidade apresentando solubilidade da proteína em KOH igual a 82,99% e índice de urease igual a 0,00. A hidrólise enzimática de farelo de soja hidrolisou 50,45% mais proteína do que a extração aquosa de proteína de farelo de soja, obtendo-se 45 g/L de proteína solubilizada. Na quantificação de proteína pelo método de Lowry foi necessário levar em consideração a presença de espécies interferentes do HHSM. A máxima solubilização da proteína de soja (9,02 g/L) em HHSM foi obtida maximizando a concentração de hidrolisado de farelo de soja (5,0 g/L). O pH, nos níveis estudados, não influenciou a solubilização da proteína de soja em HHSM. Pela RMS, o valor máximo para o fator de conversão de açúcares em etanol (0,20 g/g) pode ser alcançado empregando-se hidrolisado de farelo de soja em seu nível superior (5,0 g/L) e uréia (3 g/L) e sulfato de amônio (3,0 g/L) em seus pontos centrais. A fonte de proteína de farelo de soja solubilizada em HHSM tem potencial como fonte de nitrogênio alternativa na produção de bioetanol por Scheffersomyces stipitis. / The corn cob, due to its lignocellulosic structure, can be used as a biomass renewable source for soluble sugars can be converted into high value-added products, such as ethanol and others. Acid hydrolysis is the mostly used method to obtain hemicellulosic hydrolysate from lignocellulosic materials, leading to the obtaining of the xylose sugar at the highest concentration, from their hemicellulosic fraction. The xylose fermenting yeast Scheffersomyces stipitis is among the few organisms that utilize both xylose and glucose regulatory systems and exhibits a transition between the respiratory and fermentative processes. This work aims to contribute to the development of a technology to obtain bioethanol by Scheffersomyces stipitis CBS 6054, from the corn cob hemicellulosic fraction, evaluating the nutritional formulation of the fermentation medium. As an alternative of nitrogen source, it was chosen soybean bran. The corn cob hemicellulosic hydrolysate (HHSM) was obtained by acid hydrolysis, vacuum evaporated and treated by pH variation. Hydrolysate of soybean bran was obtained by enzymatic hydrolysis (Alcalase, 60°C, 100 rpm, 3h). The solubility evaluation of the hydrolysate of soybean bran in HHSM (pH 4.0 to 7.0) was performed by 22 full factorial design using response surface methodology (RSM). The supplementation of HHSM with solubilized soybean bran protein associated or not with other nutrients (urea and ammonium sulphate) to obtain bioethanol employed a 23 full factorial design using RSM. The fermentation was carried out in Erlenmeyer flasks (125 mL) containing 50mL of medium stirred at 150rpm and 30 °C. The inoculum concentration was 1.5 g/L of cells. The results showed that the acid hydrolysis favored removal of the hemicellulosic fraction (88.05%) with little change in cellulose (10.06%) and lignin (27.07%) compared to the in natura material, providing a hemicellulosic hydrolysate rich in xylose (28.30 g/L) with low concentrations of phenolics compounds and furans. Treatment of HHSM reduced protein content in the vaccum evaporated hydrolysate (74.76%) and original hydrolysate (28.53%). Soybean bran had good quality as shown by the protein solubility of KOH of 82.99 % and by urease index of 0.00. The soybean bran enzymatic hydrolysis produced 50.45% more protein than aqueous soybean bran protein extraction, yielding 45 g/L of solubilized protein. In the determination of protein content by the Lowry method was necessary to take into account the presence of interfering species of the HHSM. The maximum soybean bran protein solubility (9.01 g/L) was obtained maximizing the concentration of hydrolysate of soybean bran (5.0 g /L) in HHSM. In the range studied in this work, the pH did not influence the solubility of soybean bran protein in HHSM. For the response surface methodology, the maximum value for the ethanol yield (0.20 g/g.) can be achieved employing hydrolysate of soybean bran in its upper level (5.0 g/L) and urea (3 g/L) and ammonium sulfate (3 g/L) in their center points. The source of soybean bran protein solubilized in HHSM has potential as an alternative nitrogen source for bioethanol production by Scheffersomyces stipitis.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de Saccharomyces cerevisiae em metabolizar os compostos tóxicos presentes em hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e de poda de oliveira (HHPO), visando a obtenção de hidrolisados com menor grau de toxicidade para Pichia stipitis. Após determinada a composição dos hidrolisados (açúcares e compostos tóxicos) foi avaliado o nível de concentração do HHPA capaz de inibir o metabolismo de P. stipitis. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo, concentração de S. cerevisiae, pH e aeração sobre a composição destes hidrolisados, tendo como resposta a fermentabilidade de P. stipitis. Nas condições otimizadas do biotratamento, as fermentações de P. stipitis foram conduzidas em frascos agitados e em biorreator, e as respostas avaliadas foram o consumo de D-xilose, fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP). Os ensaios de biotransformação destes hidrolisados, assim como do meio sintético (MS), o qual mimetizou o teor de açúcares e compostos tóxicos presentes no HHPA, mostraram que as modificações na composição destes meios foram dependentes do tempo de tratamento. Durante o tratamento, a levedura S. cerevisiae foi capaz de consumir apenas a D-glicose com baixas produções de etanol glicerol e ácido acético. Além disso, no HHPA e MS o 5-HMF e furfural foram quase que totalmente assimilados (> 90%), com formação de baixos teores de ácido furóico. Nestes meios, S. cerevisiae converteu parcialmente os ácidos ferúlico (15%) e p-cumárico (20%), sendo observado apenas produto de conversão do ácido ferúlico (álcool vanilil). A vanilina foi completamente assimilada em MS, porém, em HHPA foi constatado um residual do composto (42%), sendo o álcool vanilil o principal produto de conversão. Em relação ao HHPO foi observada assimilação de 47% de furanos totais e 11% de fenólicos totais, não sendo identificados produtos de conversão. Os resultados da fermentação de P. stipitis em HHPA mostraram que o tratamento biológico por 6 horas favoreceu o consumo de D-xilose e a produção de etanol, indicando que este parâmetro é um importante fator a ser considerado. Nestas condições, o consumo de D-xilose foi de 57% com produção de 9 g/L de etanol (YP/S = 0,18 g/g e QP = 0,086 g/L.h). Os resultados da fermentação do HHPO apresentaram valores inferiores de YP/S (0,14 g/g) e QP (0,060 g/L.h) quando comparados ao HHPA, o que indica um maior grau de toxicidade deste hidrolisado. Em relação ao MS, verificou-se que o biotratamento favoreceu em aproximadamente 40% o consumo de D-xilose e a produção de etanol por P. stipitis, quando comparado com o MS não-tratado. As melhores condições de concentração de S. cerevisiae (5 g/L), pH (3,0) e fator de aeração (6,5) definidas no HHPA através de um planejamento experimental, proporcionou um consumo de 67% de D-xilose por P. stipitis, com produção de 13,5 g/L de etanol (YP/S = 0,24 g/g e QP = 0,15 g/L.h). Na fermentação em biorreator, P. stipitis foi capaz de consumir totalmente a D-xilose, produzindo 23 g/L de etanol, após 44 horas. Com base nestes resultados, pode-se concluir que o tratamento dos hidrolisado hemicelulósicos com S. cerevisiae é uma técnica promissora capaz de diminuir o grau de toxicidade destes meios com consequente melhoria em sua fermentabilidade, especialmente na velocidade de produção de etanol. / The aim of this work was to study the ability of Saccharomyces cerevisiae to metabolize a variety of toxic compounds found in rice straw (RSHH) and olive tree pruning (OTHH) hemicellulosic hydrolysates, in order to obtain hydrolysates with lower toxicity for Pichia stipitis. After determined the hydrolysate composition (sugar and toxic compounds) was evaluated the RSHH concentration level able to inhibit the P. stipitis metabolism. Then, the effect of time, S. cerevisiae concentration, pH and aeration on the hydrolysates composition was evaluated, and the fermentation was used as response. Under optimized conditions of biotreatment, P. stipitis fermentations were conducted in shake flasks and in bioreactor. In relation to the biotransformation assays of these hydrolysates, as well as synthetic medium (SM), with the same sugar and toxic compounds concentrations found in RSHH, the results showed that changes in the media compositions were dependent on the treatment time. During the treatment, S. cerevisiae consumed only D-glucose with low ethanol, glycerol, and acetic acid production. Furthermore, in SM and RSHH media, 5-HMF and furfural were almost completely assimilated (> 90 %), with low levels of furoic acid formation. In these media, S. cerevisiae partially converted ferulic acid (15%) and p-coumaric acid (20%), being observed only the conversion product of ferulic acid (vanillyl alcohol). Vanillin was totally assimilated in SM, however a residual of this compound (42%) was observed in RSHH, being vanillyl alcohol the main conversion product. Regarding OTHH was observed the assimilation of total furans (47%) and total phenolic (11%), and no conversion products were identified. The results from the P. stipitis fermentation in RSHH showed that biotreatment for 6 hours favored D-xylose consumption and ethanol production, indicating that this parameter is an important factor to be considered. In these conditions, D-xylose consumption was 57% with 9 g/L ethanol production (YP/S = 0.18 g/g QP = 0.086 g/Lh). The results of OTHH fermentation showed lower YP/S (0.14 g/g) and QP (0.060 g/L.h ) compared to RSHH, which indicates a higher degree of toxicity in OTHH. Regarding SM, the biotreatment increased D-xylose consumption and ethanol production by P. stipitis in approximately 40%, when compared with untreated-SM. The most suitable conditions of S. cerevisiae concentration (5 g/ L), pH (3.0) and the aeration factor (6.5) defined in RSHH through an experimental design, provided 67% of D-xylose consumption, and 13.5 g/L ethanol production by P. stipitis (YP/S = 0.24 g/g QP = 0.15 g/L.h). In bioreactor, P. stipitis was able to completely consume D-xylose, producing 23 g/L ethanol after 44 hours. Based on these results, it can be concluded that previous treatment of hemicellulose hydrolysates with S. cerevisiae is a promising technique capable of reducing the toxicity degree of RSHH and OTHH, with consequent improvement in their fermentability, especially on ethanol production rate.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de Saccharomyces cerevisiae em metabolizar os compostos tóxicos presentes em hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e de poda de oliveira (HHPO), visando a obtenção de hidrolisados com menor grau de toxicidade para Pichia stipitis. Após determinada a composição dos hidrolisados (açúcares e compostos tóxicos) foi avaliado o nível de concentração do HHPA capaz de inibir o metabolismo de P. stipitis. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo, concentração de S. cerevisiae, pH e aeração sobre a composição destes hidrolisados, tendo como resposta a fermentabilidade de P. stipitis. Nas condições otimizadas do biotratamento, as fermentações de P. stipitis foram conduzidas em frascos agitados e em biorreator, e as respostas avaliadas foram o consumo de D-xilose, fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP). Os ensaios de biotransformação destes hidrolisados, assim como do meio sintético (MS), o qual mimetizou o teor de açúcares e compostos tóxicos presentes no HHPA, mostraram que as modificações na composição destes meios foram dependentes do tempo de tratamento. Durante o tratamento, a levedura S. cerevisiae foi capaz de consumir apenas a D-glicose com baixas produções de etanol glicerol e ácido acético. Além disso, no HHPA e MS o 5-HMF e furfural foram quase que totalmente assimilados (> 90%), com formação de baixos teores de ácido furóico. Nestes meios, S. cerevisiae converteu parcialmente os ácidos ferúlico (15%) e p-cumárico (20%), sendo observado apenas produto de conversão do ácido ferúlico (álcool vanilil). A vanilina foi completamente assimilada em MS, porém, em HHPA foi constatado um residual do composto (42%), sendo o álcool vanilil o principal produto de conversão. Em relação ao HHPO foi observada assimilação de 47% de furanos totais e 11% de fenólicos totais, não sendo identificados produtos de conversão. Os resultados da fermentação de P. stipitis em HHPA mostraram que o tratamento biológico por 6 horas favoreceu o consumo de D-xilose e a produção de etanol, indicando que este parâmetro é um importante fator a ser considerado. Nestas condições, o consumo de D-xilose foi de 57% com produção de 9 g/L de etanol (YP/S = 0,18 g/g e QP = 0,086 g/L.h). Os resultados da fermentação do HHPO apresentaram valores inferiores de YP/S (0,14 g/g) e QP (0,060 g/L.h) quando comparados ao HHPA, o que indica um maior grau de toxicidade deste hidrolisado. Em relação ao MS, verificou-se que o biotratamento favoreceu em aproximadamente 40% o consumo de D-xilose e a produção de etanol por P. stipitis, quando comparado com o MS não-tratado. As melhores condições de concentração de S. cerevisiae (5 g/L), pH (3,0) e fator de aeração (6,5) definidas no HHPA através de um planejamento experimental, proporcionou um consumo de 67% de D-xilose por P. stipitis, com produção de 13,5 g/L de etanol (YP/S = 0,24 g/g e QP = 0,15 g/L.h). Na fermentação em biorreator, P. stipitis foi capaz de consumir totalmente a D-xilose, produzindo 23 g/L de etanol, após 44 horas. Com base nestes resultados, pode-se concluir que o tratamento dos hidrolisado hemicelulósicos com S. cerevisiae é uma técnica promissora capaz de diminuir o grau de toxicidade destes meios com consequente melhoria em sua fermentabilidade, especialmente na velocidade de produção de etanol. / The aim of this work was to study the ability of Saccharomyces cerevisiae to metabolize a variety of toxic compounds found in rice straw (RSHH) and olive tree pruning (OTHH) hemicellulosic hydrolysates, in order to obtain hydrolysates with lower toxicity for Pichia stipitis. After determined the hydrolysate composition (sugar and toxic compounds) was evaluated the RSHH concentration level able to inhibit the P. stipitis metabolism. Then, the effect of time, S. cerevisiae concentration, pH and aeration on the hydrolysates composition was evaluated, and the fermentation was used as response. Under optimized conditions of biotreatment, P. stipitis fermentations were conducted in shake flasks and in bioreactor. In relation to the biotransformation assays of these hydrolysates, as well as synthetic medium (SM), with the same sugar and toxic compounds concentrations found in RSHH, the results showed that changes in the media compositions were dependent on the treatment time. During the treatment, S. cerevisiae consumed only D-glucose with low ethanol, glycerol, and acetic acid production. Furthermore, in SM and RSHH media, 5-HMF and furfural were almost completely assimilated (> 90 %), with low levels of furoic acid formation. In these media, S. cerevisiae partially converted ferulic acid (15%) and p-coumaric acid (20%), being observed only the conversion product of ferulic acid (vanillyl alcohol). Vanillin was totally assimilated in SM, however a residual of this compound (42%) was observed in RSHH, being vanillyl alcohol the main conversion product. Regarding OTHH was observed the assimilation of total furans (47%) and total phenolic (11%), and no conversion products were identified. The results from the P. stipitis fermentation in RSHH showed that biotreatment for 6 hours favored D-xylose consumption and ethanol production, indicating that this parameter is an important factor to be considered. In these conditions, D-xylose consumption was 57% with 9 g/L ethanol production (YP/S = 0.18 g/g QP = 0.086 g/Lh). The results of OTHH fermentation showed lower YP/S (0.14 g/g) and QP (0.060 g/L.h ) compared to RSHH, which indicates a higher degree of toxicity in OTHH. Regarding SM, the biotreatment increased D-xylose consumption and ethanol production by P. stipitis in approximately 40%, when compared with untreated-SM. The most suitable conditions of S. cerevisiae concentration (5 g/ L), pH (3.0) and the aeration factor (6.5) defined in RSHH through an experimental design, provided 67% of D-xylose consumption, and 13.5 g/L ethanol production by P. stipitis (YP/S = 0.24 g/g QP = 0.15 g/L.h). In bioreactor, P. stipitis was able to completely consume D-xylose, producing 23 g/L ethanol after 44 hours. Based on these results, it can be concluded that previous treatment of hemicellulose hydrolysates with S. cerevisiae is a promising technique capable of reducing the toxicity degree of RSHH and OTHH, with consequent improvement in their fermentability, especially on ethanol production rate.

Atualmente é grande o interesse pelo aproveitamento da biomassa vegetal visando à obtenção de bioetanol de segunda geração. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol de segunda geração a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pelas leveduras Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 e Candida shehatae UFMG HM 52.2 visando à aplicação em bioprocessos com campo eletromagnético. Salienta-se ainda que a importância do presente trabalho se dá, não apenas pelo caráter inovador desta pesquisa, mas também pelo fato do bioeletromagnetismo e particularmente biorreatores assistidos por campos eletromagnéticos constituírem uma recente e promissora área de pesquisa na biotecnologia onde é possível estudar alternativas que resultem no aumento do rendimento e/ou da produtividade do processo de fermentação. Numa primeira etapa, foram realizados experimentos em bateladas simples em meio contendo hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar previamente destoxificado e suplementado com extrato de levedura para a avaliação da influência das variáveis pHinicial, agitação e vazão de ar no fator de conversão de açúcares em etanol para cada uma das leveduras, de acordo com um planejamento fatorial completo 23 com três repetições no ponto central. As melhores condições operacionais obtidas para a levedura S. stipitis NRRL Y-7124 foram 100 rpm, 0,7 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 3 h-1 as quais exerceram uma influência positiva sobre o processo fermentativo, obtendo-se valores de YP/S de 0,16 g/g e QP de 0,10 g L-1 h-1. Para a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 as condições foram 100 rpm, 0,1 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 0,2 h-1 obtendo-se valores de YP/S de 0,44 g/g e QP de 0,25 g L-1 h-1. Segundo os resultados obtidos, observou-se que a levedura C. shehatae apresentou maiores valores de fator de rendimento e produtividade em etanol quando comparados à levedura S. stipitis. Posteriormente, foi avaliada a influência da configuração do campo eletromagnético no processo de fermentação de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar empregando a levedura C. shehatae imobilizada em polímero com propriedades magnéticas. Os resultados da influência das configurações do campo eletromagnético (axial e transveral) foram positivos observando-se aumento de 47 % na produção de etanol (configuração axial) em relação ao experimento controle (sem campo). Este estudo demonstrou que a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 apresentou-se com melhor performance fermentativa no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar quando comparada à levedura S. stipitis e que os campos eletromagnéticos são uma tecnologia promissora no processo de obtenção de bietanol. / Currently the use of biomass is of huge interest into the second generation bioethanol process. Into this field, fermentation is a key process with numerous opportunities for innovation. Electromagnetic fields bioreactors stand for a new and promising research area for the yield and/or productivity improvement of fermentation process. This study focused on the utilization of hemicellulose hydrolysate from sugarcane bagasse for ethanol production by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 and Candida shehatae UFMG HM 52.2 strains intended to be applied in the electromagnetic-based bioprocesses. A 23 full factorial Central Composite Design (CCD), including three replications at the center point was applied to evaluate the effect of initial pH, agitation and air-flow rate on sugars to ethanol conversion for both strains. The experiments were carried out using stirred tank batch fermentor with medium supplemented with yeast extract and containing hemicellulose hydrolysate previously detoxified. S. stipitis showed the best ethanol production operating conditions obtained at 100 rpm, 0.7 vvm and initial pH 6.50 with kLainicial of 3 h-1 obtaining YP/S of 0.16 g/g and QP of 0.10 g L-1 h-1. For C. shehatae, the best conditions of 100 rpm, 0.1 vvm and pHinitial of 6.50 with kLainicial of 0.2 h-1 obtained YP/S of 0.44 g/g and QP of 0.25 g L-1 h-1. The results showed that yield and ethanol productivity for C. shehatae strain was higher comparing to S. stipitis. Subsequently, the influence of electromagnetic field configuration in the fermentation process of sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate was evaluated using immobilized C. shehatae in a polymer with magnetic properties. The application of electromagnetic field configuration (axial and transversal) favored the ethanol production, observing at increase of 47 % in ethanol production (axial configuration) compared to the control experiment (no electromagnetic field). The present study demonstrated that C. shehatae yeast shows high fermentative potential for sugarcane hemicellulose hydrolyzate when compared to S. stipitis strain, and that electromagnetic fields are a promising technology tool to be used into the bioethanol process.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a conversão dos açúcares do bagaço de cana em etanol, com foco na integração entre o pré-tratamento com H2SO4 diluído, sacarificação com celulases comerciais e fermentação com Scheffersomyces stipitis DSM- 3651, buscando-se uma configuração simplificada. Previamente aos ensaios de integração, o bagaço foi moído para a redução de sua heterogeneidade granulométrica. Após a moagem, o bagaço foi submetido a fracionamento, por fluxo de ar, separando frações de fibras e finos. Estas frações foram submetidas a analise composicional e observou-se que a fração de finos possui elevados teores de cinzas e extrativos, além de baixo teor de lignina em relação à fração de fibras, entretanto a estratégia de fracionamento do bagaço não foi seletiva. Os experimentos de definição da condição de pré-tratamento mais adequada para a avaliação entre integração entre sacarificação e fermentação foram conduzidos em reator Parr (2 gal) com 2Kg de mistura reacional, incluindo bagaço (10%), água e ácido. Três condições operacionais de pré-tratamento foram avaliadas: 140°C/1%H2SO4/20 min, 150°C/2% H2SO4/30 min e 160°C/3% H2SO4/40 min. Após o pré-tratamento, o slurry foi separado em sólido pré-tratado e hidrolisado hemicelulósico, por filtração. Em seguida o bagaço pré-tratado foi lavado exaustivamente com água destilada e submetido à hidrólise enzimática com celulases (10 FPU/g bagaço) por 72h. Paralelamente, o hidrolisado foi submetido à fermentação com S. stipitis (3 g/L) por 120h. As composições das frações geradas após o pré-tratamento (bagaço pré-tratado, hidrolisado e água de lavagem), quanto aos teores de açúcares e sólidos (solúveis e insolúveis) foram determinadas. As três condições de pré-tratamento levaram a remoção completa de hemicelulose do bagaço, e o aumento da severidade do pré-tratamento acarretou em aumento da eficiência de sacarificação dos sólidos pré-tratados, porém em menor recuperação de glicose após hidrólise enzimática. Por outro lado, o aumento da severidade do pré-tratamento prejudicou a recuperação de açúcares no hidrolisado hemicelulósico, elevando concentrações de ácido acético, furfural e HMF, resultando em inibição completa de fermentação daqueles obtidos nas condições de 150°C e 160°C. A conversão do sólido prétratado (lavado ou não-lavado) + hidrolisado (destoxificado ou não), e do slurry completo (destoxificado ou não) ambos obtidos após pré-tratamento à 140°C, foi avaliada em duas configurações, respectivamente: \"Fermentação do hidrolisado hemicelulósico (FHH), em separado da sacarificação do sólido pré-tratado e da fermentação do hidrolisado celulósico, separadas (SHF)\" e \"Sacarificação do sólido pré-tratado, em separado da co-fermentação dos hidrolisados celulósico e hemicelulósico, integradas (ISHCF)\". Na primeira, observouse que a destoxificação do hidrolisado com lacase (1U/mL) aumentou a produção de etanol, e possibilitou a redução do tempo de conversão em 48h. A sacarificação de sólidos não-lavados foi prejudicada pela presença de compostos solúveis e o condicionamento com lacase não influenciou a eficiência de sacarificação. A eficiência máxima de conversão em configuração de SHF+FHH foi de 28,4%, devido a não lavagem do sólido pré-tratado (13,7%) e destoxificação do HH (14,7%). Em ISHCF, observou-se que a eficiência de conversão de slurry integral destoxificado com lacase é mais alta (38,9%) do que em SHF+FHH, devido a não separação sólido-líquido e maior disponibilidade de açúcares. / This study aimed to evaluate the conversion of sugarcane bagasse into ethanol, focusing on integration between pretreatment with dilute H2SO4, saccharification with commercial cellulases and fermentation with Scheffersomyces stipitis DSM-3651, in a simplified design process. Prior to integration assays, the bagasse was milled to reduce its granulometric heterogeneity. After milling, the fractions of bagasse (fiber and pith) were separated by air flow. These fractions had their chemical composition determined and it was observed that pith fraction has higher content of ash, soluble extractives and low lignin content than fiber fraction; however the separation method was not selective. The experiments to define the most suitable pretreatment condition for evaluating the integration between saccharification and fermentation were conducted in a Parr reactor (2 gal) with 2 kg of reaction mixture, including bagasse (10%), water and acid. Three operational conditions of pretreatment were evaluated: 140°C/1% H2SO4/20min, 150°C/ 2% H2SO4/30 min and 160°C/3% H2SO4/40min. After pretreatment, the slurry was separated in pretreated solid and hemicellulosic hydrolyzate, by filtration. The pretreated solid was thoroughly washed with distilled water and submitted to enzymatic hydrolysis with cellulases (10 FPU / g residue) for 72h. In parallel, the hemicelullosic hydrolyzate was submitted to fermentation with S. stipitis (3 g / L) for 120h. The compositions of the fractions generated after pretreatment (pretreated bagasse, hemicellulosic hydrolyzate and washing water), regarding sugars and solids (soluble and insoluble) contents were determined. All pretreatment conditions led to complete removal of hemicellulose from the bagasse, and the increase of pretreatment severity improved the saccharification yield of pretreated solid, but, leaded to low recovery of glucose after enzymatic hydrolysis. On the other hand, the increase of pretreatement severity impaired the recovery of sugars in hemicellulosic hydrolysate besides increasing the concentrations of acetic acid, furfural and HMF, resulting in complete inhibition of fermentation of those obtained under the pretreatement conditions of 150°C and 160°C. The conversion of pretreated solid (washed and non-washed) + hemicellulosic hydrolyzate (with or without detoxification) and of the whole slurry, both obtained at 140°C was evaluated in two process designs, respectively: \"Fermentation of hemicellulosic hydrolyzate (FHH), separated from hydrolysis of pretreated solid and fermentation of cellulosic hydrolyzate, separately (SHF)\" and \"Integrated hydrolysis of pretreated solid separated from co-fermentation of cellulosic and hemicellulosic hydrolysates (ISHCF)\". In the first, it was observed that the detoxification of the hydrolyzate with laccase (1U / ml) improved the ethanol production, particularly for conversion time. The saccharification of non-washed solid was hampered by the presence of soluble compounds and its conditioning treatment with laccase did not influence the saccharification yield. The maximum conversion efficiency in SHF + FHH configuration was 28.4% due to not washing the pretreated solid (13.7%) and detoxification of hemicellulosic hydrolysate (14.7%). In the second process design, it was observed that the conversion efficiency of whole slurry, with laccase detoxification, was higher (38.9%) than in the separate configuration, with a lower conversion time.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a conversão dos açúcares do bagaço de cana em etanol, com foco na integração entre o pré-tratamento com H2SO4 diluído, sacarificação com celulases comerciais e fermentação com Scheffersomyces stipitis DSM- 3651, buscando-se uma configuração simplificada. Previamente aos ensaios de integração, o bagaço foi moído para a redução de sua heterogeneidade granulométrica. Após a moagem, o bagaço foi submetido a fracionamento, por fluxo de ar, separando frações de fibras e finos. Estas frações foram submetidas a analise composicional e observou-se que a fração de finos possui elevados teores de cinzas e extrativos, além de baixo teor de lignina em relação à fração de fibras, entretanto a estratégia de fracionamento do bagaço não foi seletiva. Os experimentos de definição da condição de pré-tratamento mais adequada para a avaliação entre integração entre sacarificação e fermentação foram conduzidos em reator Parr (2 gal) com 2Kg de mistura reacional, incluindo bagaço (10%), água e ácido. Três condições operacionais de pré-tratamento foram avaliadas: 140°C/1%H2SO4/20 min, 150°C/2% H2SO4/30 min e 160°C/3% H2SO4/40 min. Após o pré-tratamento, o slurry foi separado em sólido pré-tratado e hidrolisado hemicelulósico, por filtração. Em seguida o bagaço pré-tratado foi lavado exaustivamente com água destilada e submetido à hidrólise enzimática com celulases (10 FPU/g bagaço) por 72h. Paralelamente, o hidrolisado foi submetido à fermentação com S. stipitis (3 g/L) por 120h. As composições das frações geradas após o pré-tratamento (bagaço pré-tratado, hidrolisado e água de lavagem), quanto aos teores de açúcares e sólidos (solúveis e insolúveis) foram determinadas. As três condições de pré-tratamento levaram a remoção completa de hemicelulose do bagaço, e o aumento da severidade do pré-tratamento acarretou em aumento da eficiência de sacarificação dos sólidos pré-tratados, porém em menor recuperação de glicose após hidrólise enzimática. Por outro lado, o aumento da severidade do pré-tratamento prejudicou a recuperação de açúcares no hidrolisado hemicelulósico, elevando concentrações de ácido acético, furfural e HMF, resultando em inibição completa de fermentação daqueles obtidos nas condições de 150°C e 160°C. A conversão do sólido prétratado (lavado ou não-lavado) + hidrolisado (destoxificado ou não), e do slurry completo (destoxificado ou não) ambos obtidos após pré-tratamento à 140°C, foi avaliada em duas configurações, respectivamente: \"Fermentação do hidrolisado hemicelulósico (FHH), em separado da sacarificação do sólido pré-tratado e da fermentação do hidrolisado celulósico, separadas (SHF)\" e \"Sacarificação do sólido pré-tratado, em separado da co-fermentação dos hidrolisados celulósico e hemicelulósico, integradas (ISHCF)\". Na primeira, observouse que a destoxificação do hidrolisado com lacase (1U/mL) aumentou a produção de etanol, e possibilitou a redução do tempo de conversão em 48h. A sacarificação de sólidos não-lavados foi prejudicada pela presença de compostos solúveis e o condicionamento com lacase não influenciou a eficiência de sacarificação. A eficiência máxima de conversão em configuração de SHF+FHH foi de 28,4%, devido a não lavagem do sólido pré-tratado (13,7%) e destoxificação do HH (14,7%). Em ISHCF, observou-se que a eficiência de conversão de slurry integral destoxificado com lacase é mais alta (38,9%) do que em SHF+FHH, devido a não separação sólido-líquido e maior disponibilidade de açúcares. / This study aimed to evaluate the conversion of sugarcane bagasse into ethanol, focusing on integration between pretreatment with dilute H2SO4, saccharification with commercial cellulases and fermentation with Scheffersomyces stipitis DSM-3651, in a simplified design process. Prior to integration assays, the bagasse was milled to reduce its granulometric heterogeneity. After milling, the fractions of bagasse (fiber and pith) were separated by air flow. These fractions had their chemical composition determined and it was observed that pith fraction has higher content of ash, soluble extractives and low lignin content than fiber fraction; however the separation method was not selective. The experiments to define the most suitable pretreatment condition for evaluating the integration between saccharification and fermentation were conducted in a Parr reactor (2 gal) with 2 kg of reaction mixture, including bagasse (10%), water and acid. Three operational conditions of pretreatment were evaluated: 140°C/1% H2SO4/20min, 150°C/ 2% H2SO4/30 min and 160°C/3% H2SO4/40min. After pretreatment, the slurry was separated in pretreated solid and hemicellulosic hydrolyzate, by filtration. The pretreated solid was thoroughly washed with distilled water and submitted to enzymatic hydrolysis with cellulases (10 FPU / g residue) for 72h. In parallel, the hemicelullosic hydrolyzate was submitted to fermentation with S. stipitis (3 g / L) for 120h. The compositions of the fractions generated after pretreatment (pretreated bagasse, hemicellulosic hydrolyzate and washing water), regarding sugars and solids (soluble and insoluble) contents were determined. All pretreatment conditions led to complete removal of hemicellulose from the bagasse, and the increase of pretreatment severity improved the saccharification yield of pretreated solid, but, leaded to low recovery of glucose after enzymatic hydrolysis. On the other hand, the increase of pretreatement severity impaired the recovery of sugars in hemicellulosic hydrolysate besides increasing the concentrations of acetic acid, furfural and HMF, resulting in complete inhibition of fermentation of those obtained under the pretreatement conditions of 150°C and 160°C. The conversion of pretreated solid (washed and non-washed) + hemicellulosic hydrolyzate (with or without detoxification) and of the whole slurry, both obtained at 140°C was evaluated in two process designs, respectively: \"Fermentation of hemicellulosic hydrolyzate (FHH), separated from hydrolysis of pretreated solid and fermentation of cellulosic hydrolyzate, separately (SHF)\" and \"Integrated hydrolysis of pretreated solid separated from co-fermentation of cellulosic and hemicellulosic hydrolysates (ISHCF)\". In the first, it was observed that the detoxification of the hydrolyzate with laccase (1U / ml) improved the ethanol production, particularly for conversion time. The saccharification of non-washed solid was hampered by the presence of soluble compounds and its conditioning treatment with laccase did not influence the saccharification yield. The maximum conversion efficiency in SHF + FHH configuration was 28.4% due to not washing the pretreated solid (13.7%) and detoxification of hemicellulosic hydrolysate (14.7%). In the second process design, it was observed that the conversion efficiency of whole slurry, with laccase detoxification, was higher (38.9%) than in the separate configuration, with a lower conversion time.