La elevada demanda de energía ha aumentado el interés en el uso de biomasa lignocelulósica para la producción de biocombustibles, en el cual las enzimas hidrolíticas termófilas y termoestables juegan un rol importante. En este contexto, el objetivo de la presente investigación fue aislar y seleccionar bacterias termotolerantes celulolíticas y xilanolíticas de las fuente termales Chancos, Olleros y Huancarhuaz, ubicados en el Callejón de Huaylas, Ancash – Perú. El aislamiento de las bacterias se hizo a partir de muestras frescas, enriquecidos ex situ y enriquecidos mediante cebos dejados in situ; se usó medio basal salino (MBS), 50°C y 6,5 de pH. La selección se realizó mediante la coloración con Rojo Congo sobre placas de cultivo suplementados con carboximetil celulosa (CMC) o xilano. Para la identificación taxonómica se analizó el gen 16S rDNA. Se cuantificó la actividad endoglucanasa, celulasa total y xilanasa de las cepas seleccionadas. A los extractos enzimáticos con los mejores resultados se les determinó la temperatura óptima, pH óptimo, y la estabilidad térmica. Se aislaron 62 cepas de bacterias, de las cuales 29 mostraron halos de hidrólisis en CMC y xilano. Mediante el análisis del gen 16S rDNA se encontró que las cepas seleccionadas correspondían a Bacillus licheniformis, B. subtilis y Cohnella laeviribosi. La mayor actividad de celulasa y xilanasa se obtuvo en B. subtilis DCH4, B. subtilis DO6, B. licheniformis EPO2 y C. laevibosi EHB4. Ensayos posteriores en estas cepas mostraron actividades endoglucanasas óptimas entre 45-60°C y pH entre 5-6. Las actividades xilanasas óptimas se obtuvieron entre 55-65°C y pH entre 6-7. El 50% de la actividad endoglucanasa de C. laevibosi EHB4 se mantuvo después de una incubación a 80°C por 1 hora, resultado similar se obtuvo en la actividad xilanasa de B. licheniformis EPO2. Se ha demostrado la presencia de bacterias termotolerantes celulolíticas y xilanolíticas en las fuentes termales de Chancos, Olleros y Huancarhuaz. Las cepas C. laevibosi EHB4 y B. licheniformis EPO2 podrían ser utilizadas en el desarrollo de procesos de bioconversión de biomasa lignocelulolítica. / The high demand of energy has increased interest in the use of lignocellulosic biomass to produce biofuel, wherein thermophilic and thermostable hydrolytic enzymes play an important rol. In this context, the aim of this investigation was to isolate and select thermotolerant cellulolytic and xylanolytic bacteria from Chancos, Olleros and Huancarhuaz hot springs located in the Callejon de Huaylas, Ancash - Peru. Isolation of bacteria was performent using fresh samples, ex situ enrichment and in situ baiting, in basal salt medium at 50°C and pH 6,5. The selection was performed by staining Congo Red on culture plates supplemented carboxymethyl cellulose (CMC) or xylan. For taxonomic identification 16S rDNA gen was used. Endoglucanase, total cellulase and xylanase activities were quantified in selected strains. Some crude enzyme extracts that shown the best results were tested to determinated optimum temperature, optimum pH, and thermal stability. It was isolated 62 bacterial strains and 29 showed hydrolysis halo on CMC and xylan plates. The 16S rDNA gene analysis determined that the selected strains correspond to Bacillus licheniformis, B. subtilis and Cohnella laeviribosi. The highest cellulase and xylanase activities were obtained to B. subtilis DCH4, B. subtilis DO6, B. licheniformis EPO2 and C. laevibosi EHB4. Subsequent assays in these strains showed endoglucanase activity optimum betwee n 45-60°C and 5-6 of pH. The xylanase activity optimum was obtained at 55-65°C and pH 6-7. Fifty percent of the endoglucanase activity of C. laevibosi EHB4 after incubation at 80 ° C for 1 hour is maintained, a similar result was obtained in the xylanase activity of B. licheniformis EPO2. It was been demostrated the presence of cellulolytic and xylanolytic thermotolerant bacteria in Chancos, Olleros and Huancarhuaz hot springs. C. laevibosi EHB4 and B. licheniformis EPO2 may contribute to the development of lignocellulosic biomass bioconversion process. Keywords: Thermotoleran, hot spring, cellulases, xylanases, Bacillus, Cohnella.

La presente tesis parte del interés de blanquear pasta de lino (Linum usitatissimum) mediante procesos más respetuosos con el medio ambiente, a partir de secuencias totalmente libre de cloro (TCF) y de la utilización de fibras no madereras para la fabricación de papeles especiales de alta calidad.Asimismo, se ha estudiado la aplicación de enzimas en el blanqueo de pasta de eucalipto (Eucalyptus saligna y Eucalyptus grandis) en la fábrica de Jacareí de Votorantim Celulose e Papel (Brasil) para conseguir una mejora de las propiedades de las pastas y un ahorro de reactivos en la secuencia de blanqueo industrial.Los estudios realizados permiten obtener dos tipos de secuencias para el blanqueo de pasta de lino TCF, ambas con reactivos químicos utilizados individualmente (secuencias químicas) o combinados con tratamientos biotecnológicos (secuencias bioquímicas). Las secuencias químicas incluyen una etapa de ozono y las secuencias bioquímicas incluyen un tratamiento enzimático. Las secuencias bioquímicas constan de etapas que son fácilmente aplicables en la industria, donde la primera de ellas es un sistema lacasa mediador con lacasa comercial de Trametes versicolor y el mediador HBT.En cuanto a los tratamientos biológicos, en primer lugar, se ha estudiado la influencia de la adición de oxígeno y del tiempo de tratamiento en el sistema enzimático y se ha comprobado como influyen ambas variables en las propiedades de la pasta de lino. También se ha estudiado la formación de compuestos cromóforos en la pasta a partir de la determinación de las propiedades ópticas. Posteriormente, se ha realizado un estudio estadístico de las variables de proceso del sistema lacasa mediador y su influencia en las propiedades de las pastas y los efluentes después de cada etapa de blanqueo. La optimización de las variables de tratamiento en el bioblanqueo de lino permite determinar las condiciones de aplicación más adecuadas para conseguir unas determinadas propiedades de la pasta a un menor coste y que resulten fácilmente adaptables a los procesos existentes. Gracias a este estudio, se consigue reducir las dosis de reactivos y el tiempo de tratamiento. El estudio sistemático de cada una de las etapas de blanqueo permite determinar cuál es el efecto sobre la pasta de cada reactivo en cada una de las etapas de las secuencias bioquímicas. Por otro lado, también se ha comprobado como el sistema lacasa mediador es capaz de oxidar ciertos extractivos lipofílicos presentes en la pasta de lino.La optimización de las dosis y el tiempo de tratamiento en el bioblanqueo también se deben tener en cuenta por su influencia en las propiedades de los efluentes, debido a la potencial toxicidad del mediador, como también, a la posible pérdida de actividad enzimática durante el tratamiento. Como novedad, cabe decir, que los valores máximos de toxicidad medidos se encuentran por debajo de los límites que fija la legislación en Cataluña. En este estudio se determina que la pérdida de actividad enzimática en el tratamiento depende básicamente de la dosis de HBT utilizada, por lo que la aplicación de dosis de reactivos superiores a las óptimas, no sólo encarece el proceso de blanqueo, sino que además, una sobredosificación puede dificultar la posible reutilización de estos efluentes de blanqueo.En una segunda parte de la tesis, se estudia la influencia del tratamiento con diversas xilanasas comerciales en las propiedades de la pasta de eucalipto, en las condiciones de blanqueo industriales, a pH y temperatura elevados, en la fábrica de Jacareí de Votorantim Celulose e Papel (Brasil).La aplicación de xilanasas permite una mayor flexibilidad de la secuencia de blanqueo. También, permite ahorrar reactivos químicos, así como incrementar la productividad de aquellas plantas en las que la capacidad de producción de dióxido de cloro es un factor limitante. La aplicación de las xilanasas en la torre de almacenamiento de pasta de la línea de fibras B de la unidad de Jacareí permitiría la mejora de las propiedades de índice kappa y blancura de la pasta en la secuencia de blanqueo industrial. Para ello, no es necesario modificar el proceso existente, lo que es favorable desde el punto de vista industrial, ya que no se requiere una inversión en nuevos equipos. La efectividad del tratamiento enzimático disminuye considerablemente al aumentar la cantidad de licor negro y cuando el pH se encuentra por encima de 10. Por lo que, en el supuesto de que se aplicara un tratamiento enzimático en la torre de almacenamiento, se haría necesario un control, tanto de la cantidad de licor negro presente en la pasta, como del pH antes del punto de aplicación de enzima. / The aim of this thesis is to bleach flax pulp (Linum usitatissimum) by more friendly environmental processes, using totally chlorine free sequences (TCF) and non-wood fibers for the manufacture of high quality specialty papers. This work is framed by one of the research topics in the Textile and Paper Engineering Department of the Technical University of Catalonia. Part of this research topic is based on bleaching fibers, focused basically on the study of new bleaching agents and biotechnology application. Likewise, enzyme application has been studied in eucalyptus pulp bleaching (Eucalyptus saligna and Eucalyptus grandis) in Jacareí Mill of Votorantim Celulose e Papel (Brazil) in order to obtain an improvement of the pulp properties and reagent savings in the industrial bleaching sequence. Performed studies allow to obtain two kinds of TCF sequences for flax pulp bleaching, both with chemical reagents used individually (chemical sequences) or combined with biotechnological treatments (biochemical sequences). Before beginning the bleaching sequences studies, the ozonation pilot plant has been modified. This plant was designed by the research group CIPAGRAF. A new design has been carried out improving the distribution of the equipments, pipelines and valves, basically to minimize delay times in ozone measurements. Chemical sequences include an ozone stage and biochemical sequences include an enzymatic treatment. The biochemical sequences include stages that are easily applicable in the industry. The first one is a laccase-mediator system with a commercial laccase from Trametes versicolor and mediator HBT.Regarding biological treatments, firstly, the influence of oxygen addition and treatment time has been studied in the enzymatic system. Both variables have been proven to have influence on flax pulp properties. The formation of chromophores compounds in pulp has been also studied from the determination of optical properties. Later, it has been carried out a statistical study of the process variables in laccase-mediator system and their influence in pulp and effluent properties after each bleahing stage. References have not been almost found on pulp properties modeling as a function of the variables in an enzymatic process in this enclosed operation conditions regarding a future industrial application. Process variables optimization in flax pulp biobleaching allows to establish the application conditions most appropriated to obtain certain pulp properties to a lower cost and that turn out to be easily adaptable to existing processes. The results show that a reduction of reagent doses and treatment time can be obtained, and the study allows establishing those conditions which the system is not effective. The systematic study of each one of the bleaching stages allows determining the effect on the pulp of each reagent in each of the stages of the biochemical sequences. On the other hand, it has been proved that laccase-mediator system is capable of oxidize certain lipophilic compounds on flax pulp.Besides, it must be also considered the influence of the process variables in effluent properties, due to the potential toxicity of mediator and possible enzymatic activity loss during the treatment. It is necessary to emphasize that studies on effluent characterization depending on process variables in laccase mediator system have not been found. As a novelty, maximum values of toxicity measured are below the legal limit that determines legislation in Catalonia. It has been also observed, that effluent toxicity in L stage is not only due to the presence of mediator HBT, but by-products of degradation show a major toxicity than the HBT in its initial form. In this study, enzymatic activity loss depends basically on the HBT dose. Therefore, a reagent dose application higher to the optimal doses, not only increases bleaching cost, but in addition, an overdosage can avoid the possible reutilization of bleaching effluents.In the second part of the thesis, the study is based on the influence of an enzymatic treatment with commercial xylanases on eucalyptus pulp properties at the industrial bleaching conditions, high pH and temperature, in Jacareí Mill of Votorantim Celulosa e Papel (Brazil). Xylanase application allows a major flexibility of the bleaching sequence. Moreover, it allows chemical reagents saving, as well an increase of productivity in those mills in which the production capacity of chlorine dioxide is a limiting factor, as it is the case of Jacareí's Mill. Xylanase application in storage tower would allow pulp properties improvement, like kappa number and brightness, in the industrial bleaching sequence. For this, it is not necessary to modify the existing process, which is an advantage from an industrial point of view, since an investment in new equipments is not needed. Enzymatic treatment efficiency decreases considerably when black liquor amount is increased and when the pH is over 10. For this reason, if an enzymatic treatment was applied in the storage tower, a control would become necessary for black liquor amount in pulp and for pH before the enzyme application point.

La tesi que ens ocupa, parteix de I'interes de blanquejar pasta kraft d'eucaliptus a traves de tecnologies netes, es a dir, utilitzant metodes mes respectuosos pel medi ambient. La motivacio per a la realitzacio d'aquesta tesi, sorgeix de la problematica ambiental ja coneguda que existeix amb relacio a la contaminacio produida pels reactius utilitzats en el blanqueig de pastes per a paper i de I'interes estrategic que representa per Espanya la utilitzacio de la fusta d'eucaliptus. D'aquesta manera, es volen estudiar nous sistemes enzimatics que puguin deslignificar i blanquejar aquesta pasta.La present tesi s'emmarca dins d'una de les linees d'investigacio del Departament d'Enginyeria Textil i Paperera, de la Universitat Politecnica de Catalunya, encaminada a ('Aplicacio de la Biotecnologia per al Blanqueig de Pastes.Aixi, s'enfoca la recerca cap a la utilitzacio de xilanases per a potenciar el blanqueig en sequencies ECF i TCF, i cap a la utilitzacio de lacases a traves del sistema lacasa-mediador per a blanquejar i deslignifcar la pasta. Degut al gran contingut en acids hexenuronics de les pastes kraft d'eucaliptus, i a la creixent importancia d'aquests en els processos de blanqueig, especial interes es dona en la seva evolucio al Ilarg dels diferents tractaments.Primerament es realitza un escrutini d'actuacio de diferents xilanases tant noves com comercials per tal d'identificar les mes eficients en potenciar el blanqueig. Aquests assajos es realitzen sobre sequencies XD, XP i XDP. Segons les propietats de la pasta d'index kappa, blancor, viscositat i HexA i segons I'analisi per cromatografia en capa fina dels efluents de I'etapa X, s'obte que la xilanasa comercial Xc i que la xilanasa nova XG son les mes eficients en potenciar el blanqueig. La xilanasa nova mes eficient pertany a la familia 11 de les glicosil hidrolases. D'altra banda, s'observa que la xilanasa XJ (familia 5) produeix Ileugers efectes sobre les pastes i que totes les xilanases noves (families 10, 11 i 5) contribueixen a la disminucio del contingut en HexA de les pastes.Seguidament, la millor xilanasa comercial (Xc) i nova (XG) s'apliquen en una sequencia complerta de blanqueig XDEopD1. Degut a I'interes cientific que representa aplicar per primera vegada una xilanasa de la familia 5 sobre les pastes, tambe s'aplica la xilanasa Xj en aquesta sequencia complerta. La xilanasa Xj s'aplica sola i combinada amb la xilanasa XG. Els resultats demostren que amb un pretractament amb xilanasa es milloren les propietats de les pastes al Ilarg de la sequencia i que el pretractament X podria permetre un estalvi en dioxid de clor. A mes, les xilanases no afecten a les propietats fisiques finals dels papers.En segon Iloc, s'aplica el sistema lacasa-mediador (L) sobre les pastes utilitzant HBT com a mediador. L'objectiu d'aquest tractament es d'una banda optimitzar les condicions d'aplicacio del sistema lacasamediador segons les propietats d'index kappa i blancor i d'altra banda veure si el pretractament amb xilanasa es capag de potenciar I'efecte del tractament L. Tambe es vol analitzar com el tractament L afecta als HexA, a la lignina i a la viscositat. Els resultats demostren que a dosis baixes de mediador i a temps curts s'obtenen bones propietats. El tractament L disminueix sobretot la lignina de la pasta tot i que tambe fa disminuir els HexA, i Ileugerament la viscositat. Els esterols de la pasta son tambe eliminats durant aquest tractament. A mes, es demostra que el pretractament X "facilita" I'efecte del sistema lacasa-mediador en eliminar els acids hexenuronics de la pasta. Per I ltim, queda reforgada la necessitat d'aplicar una etapa d'extraccio alcalina posterior a L.Posteriorment, es compara I'efectivitat del mediador NHA respecte I'HBT obtenint resultats molt prometedors amb aquest mediador ja que a part de ser mes barat i potencialment menys toxic que I'HBT, presenta una reaccio de tipus reversible i es tant eficient com aquest I ltim en deslignificar la pasta. Paral·lelament es realitza una recerca de mediadors naturals produits durant el creixement de P.cinnabarinussobre la fusta de pi. Per I ltim, s'aplica per primera vegada la tirosinasa en el blanqueig de pastes i els resultats indiquen que cal continuar la recerca sobre aquesta possible aplicacio biotecnolOgica d'aquest enzim. Aquest bloc d'experiencies s'ha realitzat a l'"Institut National de la Recherche Agronomique" (INRA) de Marsella, Franca.Finalment, es discuteix sobre la importancia dais acids hexenuronics al Ilarg dais processos de blanqueig, i sobre com aquests son eliminats pals diferents tractaments tant quimics corn enzimatics. Es troba la relacio antra aquests acids i I'index kappa de la pasta d'eucaliptus utilitzada.

La motivació per a la realització d'aquest projecte sorgeix de la problemàtica ambiental ja coneguda que existeix amb relació a la contaminació produïda pels reactius utilitzats en el blanqueig de pastes per a paper, i per l'interès en la utilització de matèries primes anuals, com per exemple els residus agrícoles.La present tesi forma part de les línies d'investigació en el blanqueig de pastes per a paper que es porten a terme en el laboratori de l'Especialitat Paperera i Gràfica del Departament d'Enginyeria Tèxtil i Paperera de la Universitat Politècnica de Catalunya, essent la primera tesi que es realitza en temes de blanqueig amb ozó i d'utilització d'enzims. Mitjançant els estudis realitzats s'arriba a obtenir una seqüència totalment lliure de clor (TCF) que inclou una etapa de blanqueig amb ozó (Z) i un tractament enzimàtic amb xilanasa (X), amb la qual s'aconsegueix obtenir una pasta blanquejada d'Eucalyptus amb propietats finals de les pastes, papers i efluents comparables amb les d'una seqüència ECF. Aquesta seqüència de blanqueig és també aplicable a una pasta de palla de blat, amb la qual s'obté bones propietats finals. Així doncs, el present treball d'investigació tracta bàsicament tres qüestions:La primera consisteix en l'increment de la selectivitat del blanqueig amb ozó per al qual es realitza un estudi de l'aplicació de diferents tractaments abans, durant i després d'aquest estadi. Els resultats obtinguts mostren que és convenient realitzar un postractament amb borohidrur sòdic ja que és molt eficient degut al seu elevat potencial reductor de grups carbonil, la qual cosa es corrobora amb l'estudi realitzat sobre el número de talls en la cadena cel·lulòsica (CS). Pel que fa als diferents pretractaments i additius aplicats, aquests últims són més beneficiosos, i en concret els que es realitzen a pH àcid, indicant que el pH té un efecte important en la selectivitat de l'etapa Z, cosa que es confirma amb els estudis cinètics realitzats, i que a més està relacionat amb la major formació de radicals hidroxil a pH alcalí. La naturalesa de l'additiu utilitzat a pH àcid també influeix en la selectivitat de l'etapa Z. Dels diferents additius estudiats i aplicats a pH entre 2 i 3, l'àcid oxàlic és el més eficient ja que presenta un efecte "addicional" a la resta d'additius diferent al pH, influint positivament en la cinètica de la etapa Z ja que augmenta la cinètica de deslignificació i disminueix la de degradació de la cel·lulosa. A través dels estudis realitzats es dedueix que aquest efecte addicional de l'àcid oxàlic és degut a un conjunt de factors: captador de radicals hidroxil, estabilitzador de l'ozó, disminució de l'inflament de la cel·lulosa, catalitzador de les reaccions de l'ozó i/o radicals amb la lignina, aportador d'hidrogen i quelant de cations metàl·lics. La dosi necessària d'àcid oxàlic és molt petita i inclús inferior a la quantitat que es forma en el propi estadi. Per tant, en cas de tancament de circuits, es podria realitzar una recirculació dels efluents dins de l'estadi Z, aprofitant el propi àcid oxàlic que es forma en aquesta etapa.La segona part està basada en l'estudi del pretractament enzimàtic amb xilanasa aplicat en una seqüència TCF de pasta d'Eucalyptus amb la qual cosa s'aconsegueix un efecte "estimulador" del blanqueig, ja que s'incrementa la facilitat de blanquejar en els posteriors estadis de blanqueig, cosa que permet una reducció del consum de reactius. Aquest efecte es relaciona amb l'eliminació de xilans i de grups hexenurònics que es confirma amb els estudis de microscopia electrònica d'escombrat (SEM) i de determinació d'hidrats de carboni per HPLC. Amb els estudis cinètics realitzats s'obté que amb el tractament X s'elimina una part de lignina que no s'aconsegueix eliminar durant el blanqueig amb ozó. El tercer tema es l'aplicació de la seqüència TCF obtinguda, en pasta de palla de blat, amb la modificació d'alguna de les condicions, obtenint resultats no tan favorables com amb l'Eucalyptus, però realment bons tractant-se d'una pasta de palla. Les tècniques d'anàlisi utilitzades -determinació d'hidrats de carboni mitjançant HPLC, observació de la superfície de la fibra utilitzant la microscopia electrònica d'escombrat (SEM) i de transmissió (TEM), determinació de cations metàl·lics per espectroscopia d'absorció atòmica, diferents tècniques per a la determinació de la cristal·linitat i el grau d'oxidació de les fibres, estudis cinètics de l'etapa de blanqueig amb ozó i determinació de grups hexenurònics per espectroscopia UV- han permès una major comprensió dels mecanismes de reacció que tenen lloc en la seqüència estudiada. Així doncs, estudiant l'efecte de l'àcid oxàlic s'aconsegueix saber quins són els requisits que ha de complir un additiu per a ser el més eficient possible en el blanqueig amb ozó.Finalment s'ha d'indicar que part d'aquests estudis s'han realitzat en el Centre Technique du Papier (CTP) de Grenoble (França) i en el Royal Institute of Technology (KTH) d'Estocolm (Suècia).