No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danielle.pdf: 2045477 bytes, checksum: e87013d4e9e85c9f4d8686bbb3c0dd6e (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / The researches on second generation ethanol, produced by agroindustrial wastes, have demanded special attention as a possible solution that can contribute to energy sustainability. Such production is based on lignocellulosic fiber conversion (cellulose and hemicellulose), which generates fermentable sugars that are biotransformed in bioethanol after some specific pretreatment and hydrolysis. The industries of extracting oil from sunflower seeds have also generated lignocellulosic residues known as sunflower cake and bran. They can be sources for recycling and profitable alternatives on converting biotechnological products with some trading interest. Thus, this trial aimed at evaluating ethanol production from cellulose and hemicellulose fractions of cake and bran, from the processing of sunflower seeds (Hellianhus annuus). After the description concerning contents of cellulose, hemicellulose and lignin, the residues were submitted to a mild acid hydrolysis with sulfuric acid, whose concentration of H2SO4 varied in 1, 2, 4 and 6% v/v, while times of hydrolysis in autoclave were (20, 40 and 60 minutes). After choosing the best of sunflower residue and treatment to obtain a hemicellulosic hydrolysate with high content of xylose and low content of inhibiting compounds, the detoxified hydrolyzate was fermented by the yeast Pichia stipitis ATCC 58376 at 30 °C with some stirring variations (100, 150 and 200 rpm). In order to obtain ethanol from cellulosic fraction, the remaining solid biomass from acid hydrolysis treatment was delignified at 1% NaOH and submitted to simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) by yeast Kluyveromyces marxianus ATCC 36907, at 38 °C and 150 rpm. The enzymes concentrations varied at 10, 15 and 20 FPU/g of Cellulase complex NS22086 and 1/3, 1.5/3 and 2/3 of β-glucosidase in relation to NS22118 cellulase, both ones from "Novozymes Cellulosic Ethanol Enzyme Kit ". Regarding chemical composition, the cake has shown the following answers: 27.5, 33.16 and 32.18% of cellulose, hemicellulose and lignin, respectively, while for bran, the answers were: 32.93, 30.90 and 26.62% cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. Treatment of sunflower bran with 6% H2SO4 and 20 minutes of hydrolysis resulted in a hemicellulosic hydrolysate with high concentrations of sugars (24.88 g/L xylose, 22.33 g/L glucose, 8.9 g/L arabinose and lower amounts of toxic compounds (1.59 g/L phenol, 1.93 g/L acetic acid, 0.0182 g/L furfural and 0.0514 g/L hydroxymethylfurfural). The stirring influenced the process of ethanol production by P. stipitis in hemicellulosic hydrolyzate, whose best results (ethanol 8.8 g/L, yield 0.23 g/g and productivity 0.12 g/Lh) were with 200 rpm stirring. In relation to the SSF process, the best conditions for ethanol production were 20 FPU/g cellulase and 15 CBU β-glucosidase. This resulted in 27.88 g/L ethanol, 0.35 g/g yield and 0.38 g/Lh productivity. In the same condition, the best efficiency of enzymatic conversion (EEC) was 21.95%. These are promising results since sunflower bran is available to produce second generation ethanol from both xylose and cellulose / Pesquisas sobre o etanol de segunda geração, produzido a partir dos resíduos agroindustriais, têm recebido atenção especial como possível solução para contribuir na sustentabilidade energética. Tal obtenção consiste na conversão das fibras lignocelulósicas (celulose e hemicelulose) que, após passarem por pré-tratamento específico e hidrólise, originam açúcares fermentescíveis, que são biotransformados a etanol de segunda geração. Por sua vez, o setor de extração de óleo, a partir da semente de girassol, gera resíduos lignocelulósicos, conhecidos como torta e farelo de girassol, que podem ser fontes para a reciclagem e alternativa de lucro a partir da conversão biotecnológica em produtos de interesse comercial. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol a partir das frações hemicelulósica e celulósica da torta ou farelo, provenientes do processamento das sementes de girassol (Hellianhus annuus). Após a caracterização da quantidade de celulose, hemicelulose e lignina dos resíduos, os mesmos foram submetidos à hidrólise ácida branda com ácido sulfúrico, com variações na concentração de H2SO4 (1; 2; 4; 6 % v/v) e tempo de hidrólise em autoclave (20, 40 e 60 minutos). Após a escolha do farelo de girassol como melhor resíduo e do melhor tratamento para obtenção do hidrolisado hemicelulósico com alto teor de xilose e baixo teor de compostos inibidores, o hidrolisado foi destoxificado e fermentado pela levedura Pichia stipitis ATCC 58376 a 30 oC com variações na agitação (100, 150 e 200 rpm). Para obtenção do etanol proveniente da fração celulósica, a biomassa sólida restante do tratamento de hidrólise ácida foi deslignificada com 1% NaOH e submetida ao processo de sacarificação simultânea à fermentação (SSF) pela levedura Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 a 38 oC, 150 rpm, com variações na concentração das enzimas (10; 15 e 20 FPU/g de Cellulase complex NS22086 e 1/3; 1,5/3 e 2/3 de β - glicosidase NS22118 em relação à celulase), ambas do Novozymes Cellulosic Ethanol Enzyme Kit. A torta apresentou 27,5; 33,16 e 32,18% de celulose, hemicelulose e lignina respectivamente, enquanto o farelo apresentou 32,93; 30,90 e 26,62% celulose, hemicelulose e lignina, respectivamente. O tratamento do farelo de girassol com 6% de H2SO4 e 20 minutos de hidrólise resultou em um hidrolisado hemicelulósico com elevadas concentrações de açúcares (24,88 g/L xilose; 22,33 g/L glicose e 8,9 g/L arabinose) e menores quantidades de compostos tóxicos (1,59 g/L fenóis; 1,93 g/L ácido acético, 0,0182 g/L furfural e 0,0514 g/L hidroximetilfurfural). A agitação influenciou no processo de produção de etanol por P. stipitis no hidrolisado hemicelulósico, cujos melhores resultados (etanol 8,8 g/L; rendimento 0,23 g/g e produtividade 0,12 g/L.h) foram encontrados com a agitação de 200 rpm. No processo SSF, as melhores condições para produção de etanol foram 20 FPU/g de celulase e 15 CBU β-glicosidase, resultando em 27,88 g/L etanol, rendimento 0,35 g/g e produtividade 0,38 g/L.h. Nessa mesma condição, foi verificada a melhor porcentagem na eficiência de conversão enzimática - ECC (21,95%). Os resultados são promissores e demonstram que o farelo de girassol é adequado para a produção de etanol de segunda geração tanto a partir da hemicelulose como de celulose

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruna.pdf: 2218151 bytes, checksum: 72c1c9063129258699329dd11860a24c (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / There are currently several studies aiming to convert plant biomass, which offers low cost and high generation in a sustainable and alternative energy source, thus adding economic value to the material. Lignocellulosic fibers, after passing through specific pretreatment of hydrolysis, originate fermentable sugars that can be biotransformed on second-generation ethanol. The breaking of this complex results in two main fractions, the cellulosic and the hemicellulosic fractions. The cellulosic one is still a challenge due to the cost, since it requires a pretreatment with high concentrations of acids and high thermal energy, and an enzymatic treatment too. The hemicellulosic fraction is more easily removable and it is composed primarily of xylose, but this sugar is not easily fermentable by traditional yeasts. The Pichia stipitis yeast has been studied due to its ability to use pentoses, appearing to be promising yeast for further industrial application. For this reason, this work aimed to evaluate fermentation parameters such as pH, temperature and agitation for ethanol production by Pichia stipitis ATCC 58376 in a medium consisting of the hemicellulosic hydrolyzate of sunflower meal, a by-product of sunflower oil extraction. In addition, the effects of inoculum adaptation were evaluated through the cultivation of cells in the hydrolyzed one and the reuse of the cells recovered at the end of the fermentation process. Sunflower meal was subjected to acid hydrolysis with sulfuric acid 6% (m/v), 120 atm in 20 min, resulting in a hemicellulosic hydrolyzate with 8.06 g.l-1 of glucose, 49.93 g.L-1 of xylose, 8.67 g.L-1 of arabinose, 3.55 g.L-1 of acetic acid, 0.031 g.L-1 of hydroxymethylfurfural, 0.033 g.L-1 of furfural, and 0.89 g.L-1 of phenols. The hydrolyzed one was detoxified by pH changes and adsorption with activated carbon to reduce or eliminate compounds formed during the hydrolysis, which are toxic to microbial metabolism. After this treatment, there was a reduction of 58% of acetic acid, and furfural, hydroxymethylfurfural and phenols were not detected in the hydrolyzate. Fermentations were conducted according to a factorial 33- DCCR, with 8 major tests, 6 axial and 3 central, totalizing 17 tests in different conditions of pH, temperature and agitation. Data analysis was performed using the STATISTICA 8.0 program. The tests showed no significant difference between them until the period of 72 hours, since in the test 14 (pH 5.0, 30ºC and 234 rpm) and in the 15, 16 and 17 central points (pH 5.0, 30° C and 150 rpm) it was verified the largest concentrations of ethanol, 13.31 g.L-1 and 13.28 g.L-1 respectively after 84 hours, regardless of the condition of the inoculum preparation. Efficiency and productivity were the same for the last five tests (13, 14, 15, 16 and 17): 0.45 g. g-1 and 0.185 g.l-1 .h-1after 84 hours of fermentation. The optimization of the process led to a final production of ethanol of 13.92 g.l-1, 4.38% higher than test 13, yield equivalent to the theoretical, 0, 51g.g-1, and productivity of 0.165 g.L-1.h-1 after 84 hours of fermentation. / Atualmente há vários estudos com objetivo de converter a biomassa vegetal, a qual apresenta baixo custo e alta geração, em uma fonte alternativa e sustentável de energia, agregando valor econômico à matéria. As fibras lignocelulósicas, após passarem por pré-tratamento específico de hidrólise, originam açúcares fermentescíveis que podem ser biotransformados em etanol de segunda geração. A quebra desse complexo resulta em duas frações principais: a celulósica e a hemicelulósica. A fração celulósica é ainda um desafio devido ao custo, já que esta requer um pré-tratamento com altas concentrações de ácidos e grande energia térmica e ainda um tratamento enzimático. A fração hemicelulósica é mais facilmente extraível e constituída principalmente por xilose, porém este açúcar não é facilmente fermentável por leveduras tradicionais. A levedura Pichia stipitis está sendo muito estudada devido a sua capacidade de utilizar pentoses, mostrando ser muito promissora para aplicação industrial. Por essa razão, este trabalho teve como objetivo avaliar parâmetros fermentativos como pH, temperatura e agitação para a produção de etanol por Pichia stipitis ATCC 58376, em meio constituído de hidrolisado hemicelulósico de farelo de girassol, um sub-produto da extração do óleo de girassol. Além disso, foram avaliados os efeitos da adaptação do inóculo pelo cultivo das células no hidrolisado e o reaproveitamento das células separadas ao final de repetições do processo fermentativo. O farelo de girassol foi submetido à hidrolise ácida com ácido sulfúrico 6% (m/v), 120 atm, por 20 min., resultando num hidrolisado hemicelulósico com 8,06 g.L-1 de glicose, 49,93 g.L-1 de xilose, 8,67 g.L-1 de arabinose, 3,55 g.L-1 de ácido acético, 0,031 g.L-1 de hidroximetilfurfural, 0,033 g.L-1 de furfural e 0,89 g.L-1 de fenóis. O hidrolisado foi destoxificado por alterações de pH e adsorção com carvão ativado, a fim de reduzir e/ou eliminar compostos formados durante a hidrólise, que são tóxicos ao metabolismo microbiano. Após esse tratamento, houve redução de 58% de ácido acético e o hidroximetilfurfural, furfural e fenóis não foram detectados no hidrolisado. As fermentações foram conduzidas segundo um esquema fatorial 33 - DCCR, com 8 ensaios principais, 6 axiais e 3 centrais, totalizando 17 ensaios, em diferentes condições de pH, temperatura e agitação. A análise dos dados foi realizada empregando-se o programa STATISTICA 8.0. Os ensaios apresentaram diferença significativa entre si até o período de 72 horas, sendo que no ensaio 14 (pH 5,0, 30ºC e 234 rpm) e nos ensaios 15, 16 e 17 nos pontos centrais (pH 5,0, 30 ºC e 150 rpm) foram verificadas as maiores concentrações de etanol, 13,31 g.L-1 e 13,28 g.L-1, respectivamente, em 84 horas e independentemente da condição de preparo do inóculo. O rendimento e a produtividade foram iguais para os cinco últimos ensaios (13, 14, 15,16 e 17), 0,45 g.g-1 e 0,185 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação. A otimização do processo levou a uma produção final de etanol de 13,92 g.L-1, 4,38% superior ao ensaio 13, rendimento equivalente ao teórico: 0,51g.g-1 e produtividade de 0,165 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danielle.pdf: 2045477 bytes, checksum: e87013d4e9e85c9f4d8686bbb3c0dd6e (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / The researches on second generation ethanol, produced by agroindustrial wastes, have demanded special attention as a possible solution that can contribute to energy sustainability. Such production is based on lignocellulosic fiber conversion (cellulose and hemicellulose), which generates fermentable sugars that are biotransformed in bioethanol after some specific pretreatment and hydrolysis. The industries of extracting oil from sunflower seeds have also generated lignocellulosic residues known as sunflower cake and bran. They can be sources for recycling and profitable alternatives on converting biotechnological products with some trading interest. Thus, this trial aimed at evaluating ethanol production from cellulose and hemicellulose fractions of cake and bran, from the processing of sunflower seeds (Hellianhus annuus). After the description concerning contents of cellulose, hemicellulose and lignin, the residues were submitted to a mild acid hydrolysis with sulfuric acid, whose concentration of H2SO4 varied in 1, 2, 4 and 6% v/v, while times of hydrolysis in autoclave were (20, 40 and 60 minutes). After choosing the best of sunflower residue and treatment to obtain a hemicellulosic hydrolysate with high content of xylose and low content of inhibiting compounds, the detoxified hydrolyzate was fermented by the yeast Pichia stipitis ATCC 58376 at 30 °C with some stirring variations (100, 150 and 200 rpm). In order to obtain ethanol from cellulosic fraction, the remaining solid biomass from acid hydrolysis treatment was delignified at 1% NaOH and submitted to simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) by yeast Kluyveromyces marxianus ATCC 36907, at 38 °C and 150 rpm. The enzymes concentrations varied at 10, 15 and 20 FPU/g of Cellulase complex NS22086 and 1/3, 1.5/3 and 2/3 of β-glucosidase in relation to NS22118 cellulase, both ones from "Novozymes Cellulosic Ethanol Enzyme Kit ". Regarding chemical composition, the cake has shown the following answers: 27.5, 33.16 and 32.18% of cellulose, hemicellulose and lignin, respectively, while for bran, the answers were: 32.93, 30.90 and 26.62% cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. Treatment of sunflower bran with 6% H2SO4 and 20 minutes of hydrolysis resulted in a hemicellulosic hydrolysate with high concentrations of sugars (24.88 g/L xylose, 22.33 g/L glucose, 8.9 g/L arabinose and lower amounts of toxic compounds (1.59 g/L phenol, 1.93 g/L acetic acid, 0.0182 g/L furfural and 0.0514 g/L hydroxymethylfurfural). The stirring influenced the process of ethanol production by P. stipitis in hemicellulosic hydrolyzate, whose best results (ethanol 8.8 g/L, yield 0.23 g/g and productivity 0.12 g/Lh) were with 200 rpm stirring. In relation to the SSF process, the best conditions for ethanol production were 20 FPU/g cellulase and 15 CBU β-glucosidase. This resulted in 27.88 g/L ethanol, 0.35 g/g yield and 0.38 g/Lh productivity. In the same condition, the best efficiency of enzymatic conversion (EEC) was 21.95%. These are promising results since sunflower bran is available to produce second generation ethanol from both xylose and cellulose / Pesquisas sobre o etanol de segunda geração, produzido a partir dos resíduos agroindustriais, têm recebido atenção especial como possível solução para contribuir na sustentabilidade energética. Tal obtenção consiste na conversão das fibras lignocelulósicas (celulose e hemicelulose) que, após passarem por pré-tratamento específico e hidrólise, originam açúcares fermentescíveis, que são biotransformados a etanol de segunda geração. Por sua vez, o setor de extração de óleo, a partir da semente de girassol, gera resíduos lignocelulósicos, conhecidos como torta e farelo de girassol, que podem ser fontes para a reciclagem e alternativa de lucro a partir da conversão biotecnológica em produtos de interesse comercial. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol a partir das frações hemicelulósica e celulósica da torta ou farelo, provenientes do processamento das sementes de girassol (Hellianhus annuus). Após a caracterização da quantidade de celulose, hemicelulose e lignina dos resíduos, os mesmos foram submetidos à hidrólise ácida branda com ácido sulfúrico, com variações na concentração de H2SO4 (1; 2; 4; 6 % v/v) e tempo de hidrólise em autoclave (20, 40 e 60 minutos). Após a escolha do farelo de girassol como melhor resíduo e do melhor tratamento para obtenção do hidrolisado hemicelulósico com alto teor de xilose e baixo teor de compostos inibidores, o hidrolisado foi destoxificado e fermentado pela levedura Pichia stipitis ATCC 58376 a 30 oC com variações na agitação (100, 150 e 200 rpm). Para obtenção do etanol proveniente da fração celulósica, a biomassa sólida restante do tratamento de hidrólise ácida foi deslignificada com 1% NaOH e submetida ao processo de sacarificação simultânea à fermentação (SSF) pela levedura Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 a 38 oC, 150 rpm, com variações na concentração das enzimas (10; 15 e 20 FPU/g de Cellulase complex NS22086 e 1/3; 1,5/3 e 2/3 de β - glicosidase NS22118 em relação à celulase), ambas do Novozymes Cellulosic Ethanol Enzyme Kit. A torta apresentou 27,5; 33,16 e 32,18% de celulose, hemicelulose e lignina respectivamente, enquanto o farelo apresentou 32,93; 30,90 e 26,62% celulose, hemicelulose e lignina, respectivamente. O tratamento do farelo de girassol com 6% de H2SO4 e 20 minutos de hidrólise resultou em um hidrolisado hemicelulósico com elevadas concentrações de açúcares (24,88 g/L xilose; 22,33 g/L glicose e 8,9 g/L arabinose) e menores quantidades de compostos tóxicos (1,59 g/L fenóis; 1,93 g/L ácido acético, 0,0182 g/L furfural e 0,0514 g/L hidroximetilfurfural). A agitação influenciou no processo de produção de etanol por P. stipitis no hidrolisado hemicelulósico, cujos melhores resultados (etanol 8,8 g/L; rendimento 0,23 g/g e produtividade 0,12 g/L.h) foram encontrados com a agitação de 200 rpm. No processo SSF, as melhores condições para produção de etanol foram 20 FPU/g de celulase e 15 CBU β-glicosidase, resultando em 27,88 g/L etanol, rendimento 0,35 g/g e produtividade 0,38 g/L.h. Nessa mesma condição, foi verificada a melhor porcentagem na eficiência de conversão enzimática - ECC (21,95%). Os resultados são promissores e demonstram que o farelo de girassol é adequado para a produção de etanol de segunda geração tanto a partir da hemicelulose como de celulose

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

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.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruna.pdf: 2218151 bytes, checksum: 72c1c9063129258699329dd11860a24c (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / There are currently several studies aiming to convert plant biomass, which offers low cost and high generation in a sustainable and alternative energy source, thus adding economic value to the material. Lignocellulosic fibers, after passing through specific pretreatment of hydrolysis, originate fermentable sugars that can be biotransformed on second-generation ethanol. The breaking of this complex results in two main fractions, the cellulosic and the hemicellulosic fractions. The cellulosic one is still a challenge due to the cost, since it requires a pretreatment with high concentrations of acids and high thermal energy, and an enzymatic treatment too. The hemicellulosic fraction is more easily removable and it is composed primarily of xylose, but this sugar is not easily fermentable by traditional yeasts. The Pichia stipitis yeast has been studied due to its ability to use pentoses, appearing to be promising yeast for further industrial application. For this reason, this work aimed to evaluate fermentation parameters such as pH, temperature and agitation for ethanol production by Pichia stipitis ATCC 58376 in a medium consisting of the hemicellulosic hydrolyzate of sunflower meal, a by-product of sunflower oil extraction. In addition, the effects of inoculum adaptation were evaluated through the cultivation of cells in the hydrolyzed one and the reuse of the cells recovered at the end of the fermentation process. Sunflower meal was subjected to acid hydrolysis with sulfuric acid 6% (m/v), 120 atm in 20 min, resulting in a hemicellulosic hydrolyzate with 8.06 g.l-1 of glucose, 49.93 g.L-1 of xylose, 8.67 g.L-1 of arabinose, 3.55 g.L-1 of acetic acid, 0.031 g.L-1 of hydroxymethylfurfural, 0.033 g.L-1 of furfural, and 0.89 g.L-1 of phenols. The hydrolyzed one was detoxified by pH changes and adsorption with activated carbon to reduce or eliminate compounds formed during the hydrolysis, which are toxic to microbial metabolism. After this treatment, there was a reduction of 58% of acetic acid, and furfural, hydroxymethylfurfural and phenols were not detected in the hydrolyzate. Fermentations were conducted according to a factorial 33- DCCR, with 8 major tests, 6 axial and 3 central, totalizing 17 tests in different conditions of pH, temperature and agitation. Data analysis was performed using the STATISTICA 8.0 program. The tests showed no significant difference between them until the period of 72 hours, since in the test 14 (pH 5.0, 30ºC and 234 rpm) and in the 15, 16 and 17 central points (pH 5.0, 30° C and 150 rpm) it was verified the largest concentrations of ethanol, 13.31 g.L-1 and 13.28 g.L-1 respectively after 84 hours, regardless of the condition of the inoculum preparation. Efficiency and productivity were the same for the last five tests (13, 14, 15, 16 and 17): 0.45 g. g-1 and 0.185 g.l-1 .h-1after 84 hours of fermentation. The optimization of the process led to a final production of ethanol of 13.92 g.l-1, 4.38% higher than test 13, yield equivalent to the theoretical, 0, 51g.g-1, and productivity of 0.165 g.L-1.h-1 after 84 hours of fermentation. / Atualmente há vários estudos com objetivo de converter a biomassa vegetal, a qual apresenta baixo custo e alta geração, em uma fonte alternativa e sustentável de energia, agregando valor econômico à matéria. As fibras lignocelulósicas, após passarem por pré-tratamento específico de hidrólise, originam açúcares fermentescíveis que podem ser biotransformados em etanol de segunda geração. A quebra desse complexo resulta em duas frações principais: a celulósica e a hemicelulósica. A fração celulósica é ainda um desafio devido ao custo, já que esta requer um pré-tratamento com altas concentrações de ácidos e grande energia térmica e ainda um tratamento enzimático. A fração hemicelulósica é mais facilmente extraível e constituída principalmente por xilose, porém este açúcar não é facilmente fermentável por leveduras tradicionais. A levedura Pichia stipitis está sendo muito estudada devido a sua capacidade de utilizar pentoses, mostrando ser muito promissora para aplicação industrial. Por essa razão, este trabalho teve como objetivo avaliar parâmetros fermentativos como pH, temperatura e agitação para a produção de etanol por Pichia stipitis ATCC 58376, em meio constituído de hidrolisado hemicelulósico de farelo de girassol, um sub-produto da extração do óleo de girassol. Além disso, foram avaliados os efeitos da adaptação do inóculo pelo cultivo das células no hidrolisado e o reaproveitamento das células separadas ao final de repetições do processo fermentativo. O farelo de girassol foi submetido à hidrolise ácida com ácido sulfúrico 6% (m/v), 120 atm, por 20 min., resultando num hidrolisado hemicelulósico com 8,06 g.L-1 de glicose, 49,93 g.L-1 de xilose, 8,67 g.L-1 de arabinose, 3,55 g.L-1 de ácido acético, 0,031 g.L-1 de hidroximetilfurfural, 0,033 g.L-1 de furfural e 0,89 g.L-1 de fenóis. O hidrolisado foi destoxificado por alterações de pH e adsorção com carvão ativado, a fim de reduzir e/ou eliminar compostos formados durante a hidrólise, que são tóxicos ao metabolismo microbiano. Após esse tratamento, houve redução de 58% de ácido acético e o hidroximetilfurfural, furfural e fenóis não foram detectados no hidrolisado. As fermentações foram conduzidas segundo um esquema fatorial 33 - DCCR, com 8 ensaios principais, 6 axiais e 3 centrais, totalizando 17 ensaios, em diferentes condições de pH, temperatura e agitação. A análise dos dados foi realizada empregando-se o programa STATISTICA 8.0. Os ensaios apresentaram diferença significativa entre si até o período de 72 horas, sendo que no ensaio 14 (pH 5,0, 30ºC e 234 rpm) e nos ensaios 15, 16 e 17 nos pontos centrais (pH 5,0, 30 ºC e 150 rpm) foram verificadas as maiores concentrações de etanol, 13,31 g.L-1 e 13,28 g.L-1, respectivamente, em 84 horas e independentemente da condição de preparo do inóculo. O rendimento e a produtividade foram iguais para os cinco últimos ensaios (13, 14, 15,16 e 17), 0,45 g.g-1 e 0,185 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação. A otimização do processo levou a uma produção final de etanol de 13,92 g.L-1, 4,38% superior ao ensaio 13, rendimento equivalente ao teórico: 0,51g.g-1 e produtividade de 0,165 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação.

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Rodrigo Simões Ribeiro Leite / Banca: Marcos de Lucca Junior / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Maurício Boscolo / Resumo: A geração de álcool combustível a partir de resíduos lignocelulósicos pode ser uma fonte alternativa e renovável de energia. O Brasil é um dos maiores produtores de frutas tropicais do mundo, com destaque para a laranja e banana. Em consequência disto, é capaz de gerar grandes quantidades de resíduos que podem ser utilizados como biomassa que, uma vez hidrolisada, libera pentoses e hexoses. A fim de se buscar uma maior produção de etanol, a utilização de co-culturas que metabolizem tanto pentoses quanto hexoses torna-se bastante interessante. Dentro desse contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar o efeito da hidrólise de cascas de banana e laranja para a produção de etanol por co-culturas de Zymomonas mobilis e Pichia stipitis. A hidrólise ácida foi feita com ácido sulfúrico 5% e 15 min em autoclave, para a hidrólise enzimática utilizou-se kit fornecido pela Novozymes em reação a 50°C durante 36 h. Após as hidrólises o meio foi desintoxicado com carvão ativado. Foram avaliados os efeitos da fermentação somente por Z. mobilis e por co-culturas de Z. mobilis e P. stipitis, do pH, da agitação e da quantidade de açúcares no meio. As hidrólises ácida e enzimática liberaram 64,97 e 134,75 g/L de açúcares totais das cascas de banana e 101,30 e 176,70 g/L de açúcares totais das cascas de laranja, respectivamente. A desintoxicação do hidrolisado resultou em remoção de 58% a 93% dos fenóis e 1,7% a 4% dos açúcares totais. Nas fermentações descontínuas com meio sintético o maior crescimento celular e máxima produção de etanol foram 1,52 e 11,29 g/L para a monocultura de Z. mobilis, e 8,00 e 77,02 g/L para a co-cultura, respectivamente. Para o meio com cascas de banana essas respostas foram 1,87 e 4,16 g/L para a monocultura, e 15,19 e 23,92 g/L para a co-cultura, respectivamente. Para o meio com cascas de laranja, as mesmas respostas foram 0,39 e 1,85 g/L para a monocultura, e 6,73 e... / Abstract: The generation of ethanol from lignocellulosic waste, such as fruit crops, can be an alternative and renewable energy source. Brazil is one of the largest producers of tropical fruits in the world, especially orange and banana. As a result, it is able to generate large amounts of waste that may be used as biomass, which once hydrolyzed, releases pentoses and hexoses. In order to get a higher ethanol yield, the use of co-cultures which metabolize both pentose and hexose becomes quite interesting. In this context, the objective of this work was to study the hydrolysis effect of banana and orange peels for ethanol production by co-cultures of Zymomonas mobilis and Pichia stipitis. The acid hydrolysis was performed with 5% sulfuric acid and 15 min in autoclave; for the enzymatic hydrolysis was used a commercial kit supplied by Novozymes, in reaction at 50°C for 36 h. After the hydrolysis the medium was detoxified with activated carbon. The effects of fermentation by Z. mobilis monoculture and Z. mobilis and P. stipitis co-cultures, pH, agitation and the initial amount of sugars in the middle were evaluated. The sequential acid and enzymatic hydrolysis released 64.97 and 134.75 g/L of total sugars from banana peels and 101.30 and 176.70 g/L of total sugars from orange peels, respectively. The detoxification of the hydrolysate resulted in a removal of 58% to 93% of phenol and 1.7% to 4% of the total sugars. In Erlenmeyer fermentations with synthetic medium, the largest cell growth and maximum ethanol production were 1.52 and 11.29 g/L for Z. mobilis monoculture, and 8.00 and 77.02 g/L for the co-culture, respectively. In the medium with banana peels, these responses were 1.87 and 4.16 g/L for monoculture, and 15.19 and 23.92 g/L for the co-culture, respectively. To the medium with orange peels, the same responses were 0.39 and 1.85 g/L for monoculture and 6.73 and 11.36 g/L for the co-culture, respectively. For all evaluated media, the Z. ... / Doutor

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Data de aprova??o ausente. / Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2017-02-02T17:06:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Rejected by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br), reason: Faltou fomento on 2017-02-02T18:12:58Z (GMT) / Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2017-02-02T18:30:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2017-03-06T15:07:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T15:07:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) philipe_luan_brito.pdf: 1575319 bytes, checksum: fbec2867a577d1c18c943afc8609f8e3 (MD5) Previous issue date: 2016 / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Nas ?ltimas d?cadas tem se intensificado o estudo de estrat?gias que proporcionem melhores rendimentos em etanol a partir do uso de biomassas lignocelul?sicas. Neste trabalho foi utilizado o res?duo agroindustrial do processo de beneficiamento do ?leo do dend? (Elaeis guineensis) para obten??o de um hidrolisado ?cido hemicelul?sico para posterior fermenta??o. O hidrolisado foi obtido atrav?s da utiliza??o de ?cido sulf?rico dilu?do o qual se mostrou eficiente na solubiliza??o da hemicelulose. Tr?s m?todos de destoxifica??o dos inibidores foram testados dentre os quais se destacaram os tratamentos por carv?o ativado e a combina??o do tratamento empregando overliming e carv?o ativado, com remo??o de compostos fen?licos, furfural e 5-hidroximetilfurfural acima de 90% do hidrolisado. As linhagens de Scheffersomyces stipitis NRRLY 1214 e NRRLY 7124 apresentaram os maiores valores de etanol, com valores correspondentes de 6,2 e 6,13 g L-1, no meio destoxificado por overliming com suplementa??o. Estas linhagens, neste mesmo meio, alcan?aram as maiores taxas de Yp/s (0,32 e 0,33) e Ef (64,46 e 64,89%). Os dados obtidos corroboram que as linhagens estudadas apresentam potencial para a fermenta??o da fra??o hemicelul?sica da torta de dend?. O uso de meio de hidrolisado ?cido da torta de dend?, sem suplementa??o, se mostra invi?vel nas condi??es testadas, pois reflete em valores insignificantes de etanol. Os dados obtidos contribuir?o de forma positiva no aproveitamento de res?duos agroindustriais, bem como para os avan?os na ?rea de obten??o de etanol de segunda gera??o. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-gradua??o em Biocombust?veis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, [2016]. / In recent decades, the study of strategies that provide better yields in ethanol from lignocellulosic biomass has intensified. In this study we used the agroindustrial residue from the palm oil milling process (Elaeis guineensis) to obtain an acid-hydrolyzed hemicellulose for fermentation. The hydrolyzate was obtained using dilute sulfuric acid, which was efficient at dissolving the hemicellulose. Three methods of detoxification of inhibitors were tested, including the use of activated carbon treatment and a combination treatment employing overliming and activated carbon. Greater than 90% of the phenolic substances, furfural and 5-hydroxymethylfurfural were removed from the hydrolysis product. The NRRLY 1214 and NRRLY7124 strains of Scheffersomyces stipitis produced the highest yields of ethanol, 6.2 and 6.13 g L-1, in the medium detoxified by the overliming procedure. These strains achieved the highest rates of Yp / s (0.32 and 0.33) and Ef (64.46 and 64.89%) in the same medium. The data confirm that these strains have a potential for fermentation of the hemicellulose fraction of palm kernel cake. The use of the acid hydrolyzate of palm kernel cake without supplementation was shown to be unfeasible under the conditions tested, as reflected in the insignificant yields of ethanol. The data obtained will contribute positively to the use of agro-industrial waste, as well as to advances in the area of the production of second-generation ethanol.