A produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de leveduras em hidrolisados hemicelulósicos obtidos a partir de resíduos agroindustriais é de grande interesse econômico. Isso porque, esse processo pode agregar valor aos resíduos lignocelulósicos, substituir o corrente e oneroso processo químico de obtenção de xilitol, além de promover um aproveitamento completo dos materiais, utilizando as frações celulósica e hemicelulósica, para a obtenção de etanol, biocombustível de grande interesse econômico e ambiental. O presente trabalho teve como objetivo ampliar os conhecimentos da produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de Candida guilliermondii NRRL Y-2075 a partir de hidrolisado de casca de soja (SHH). A melhor condição de hidrólise testada (125 °C; 1,4 % (v/v) H2SO4; 1 h; 1/10 relação sólido/líquido) promoveu hidrólise de 76 % da hemicelulose da casca de soja, liberando, 85 e 62 % de manose e xilose, respectivamente. Dentre os tratamentos de detoxificação testados no hidrolisado de casca de soja quatro vezes concentrado (SHH-4C), o carvão ativado (10 % (p/v)) demonstrou os melhores resultados, apresentando alto índice de remoção de contaminantes, 95 e 76 % para furfural e compostos fenólicos, respectivamente. Os parâmetros cinéticos obtidos a partir do cultivo em SHH-4C demonstraram que a pressão osmótica desse meio é maior do que a suportada por leveduras osmofílicas, revelando a característica osmotolerante da C. guilliermondii NRRL Y-2075. Os cultivos realizados em frascos agitados empregando SHH duas vezes concentrado (SHH-2C) resultaram na produção de etanol com altos índices de rendimento, não havendo produção de xilitol, devido, provavelmente, a uma variação na preferência do cofator da xilose redutase nesta levedura. Os cultivos de SHH-2C em batelada, avaliando-se a influência do coeficiente de transferência de oxigênio em três diferentes níveis (kLa de 0, 8 e 46 h-1, respectivamente, anaeróbio, microearóbio e aeróbio), comprovaram a possibilidade de produção de xilitol a partir de hidrolisado de casca de soja desde que condições limitadas de oxigênio (kLa de 8 h-1) sejam empregadas, bem como, a boa fermentabilidade do meio dado o alto rendimento de formação de biomassa sob condições aeróbias (kLa de 46 h-1). Os resultados obtidos no presente trabalho revelam o potencial do hidrolisado de casca de soja em aplicações biotecnológicas. / The biotechnology production of xylitol and ethanol by yeasts in hemicellulosic hydrolysates from agro industrial residues has great economic interest. This process can add value to these materials; replace the expensive chemical processes currently used for xylitol production, and makes the bioconversion of lignocellulosic materials into ethanol using hemicellulose in addition to cellulose to obtain this biofuel of important economical and environmental interest. The aim of the present work was to improve the knowledge about the biotechnological production of xylitol and ethanol employing the cultivation of Candida guilliermondii NRRL Y-2075 in soybean hull hydrolysate (SHH). The best acid hydrolysis of soybean hull (125 °C; 1.4 % (v/v) H2SO4; 1 h; 1/10 solid/liquid ratio) produced a hydrolysis of 76 % of hemicellulose from soybean hull, liberating approximately, 85 and 62 % of the total xylose and manose, respectively. Four-fold soybean hull hydrolysate (SHH-4C) was submitted to different detoxification treatments, of which activated charcoal 10 % (w/v) showed the best results, removing 95 and 76 % of furfural and phenol, respectively. Kinetic parameters obtained from the cultivation of C. guilliermondii NRRL Y-2075 on detoxified SHH-4C have shown that the osmotic pressure of this medium is higher than that supported by most osmophilic yeasts, revealing the osmotolerant characteristic of C. guilliermondii NRRL Y-2075. When cultivations were carried out on two times concentrated SHH (SHH- 2C) in shake flasks, we obtained high yields of ethanol production. Although xylose was present in high concentrations, no xylitol was produced, probably due to some varying cofactor preference of xylose reductase in this yeast strain. Batch cultivation of SHH-2C employing as variable parameter the oxygen volumetric mass transfer coefficient (kLa), evaluating three different conditions of aeration (kLa of 0, 8 e 46 h-1, respectively, anaerobic, microerobic and anaerobic) revealed that it is possible to produce xylitol from soybean hull hydrolysate if conditions of oxygen limitation are applied. Furthermore, this hydrolysate readily metabolized under aerobic conditions (kLa of 46 h-1) rendering a high biomass yield. These results showed the prospect of SHH as a candidate for biotechnological process.

Os resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz e a casca de soja, são fontes abundantes e de baixo custo na produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado como etanol e xilitol, por figurarem como fontes de celulose e hemicelulose. No presente trabalho será estudada a capacidade de conversão dos açúcares provenientes destes resíduos por diferentes leveduras ampliando os conhecimentos sobre a produção biotecnológica de alcoóis. A capacidade de Candida shehatae, Saccharomyces cerevisiae, e a co-cultura destas duas leveduras na conversão do açúcar presente no hidrolisado de casca de arroz (RHH) utilizado como substrato para a produção de etanol foi estudada. Em experimentos em agitador orbital, as co-culturas dessas leveduras apresentaram rendimentos de etanol (YP/S) de 0,42 e 0,51 em meio sintético simulando a composição do hidrolisado e em RHH, respectivamente. Ao analisar a produção de etanol com culturas puras de C. shehatae o rendimento de etanol foi ligeiramente inferior (0,40). Visando analisar o metabolismo das leveduras sob condições de anaerobiose e de limitação de oxigênio, foram realizados experimentos em biorreatores, onde a utilização de co-culturas produziu rendimentos de etanol similares em ambas condições (0,50-0,51) em meio sintético, enquanto que em RHH, rendimentos de 0,48 e 0,44 foram obtidos, respectivamente. Novas estratégias de produção de etanol a partir de hidrolisado de casca de arroz também foram testadas, como a sacarificação e co-fermentação simultânea por S. cerevisiae, Spathaspora arborariae e pela combinação destas leveduras. Nas culturas sob limitação de oxigênio, S. cerevisiae foi capaz de metabolizar a glicose presente RHH, resultando em um rendimento de etanol (YP/S) de 0,45. A co-cultura de S. cerevisiae e S. arborariae foi capaz de metabolizar pentoses e hexoses presentes em RHH, obtendo YP/S de 0,48 g g -1 e rendimento de xilitol (YX/X ) de 0,39 g g -1 e com o uso de sacarificação e co-fermentação simultânea produziu-se 14,5 e 3 g L-1 de etanol e xilitol, respectivamente. No hidrolisado de casca de soja (SHH), testou-se a capacidade das celulases provenientes do fungo Penicillium echinulatum S1M29, em aumentar a quantidade de açúcares no meio de hidrolisado. O rendimento de sacarificação foi de 72 %, quando foi utilizado 15 FPU g-1 de matéria seca, incubado num agitador orbital a 120 rpm, 50 ºC durante 96 h. Após a sacarificação, a capacidade das células imobilizadas de S. cerevisiae, C. shehatae, S. arborariae, ou a combinação de C. shehatae, S. arborariae com S. cerevisiae, para a conversão de açúcares presentes em SHH como substrato para a produção de etanol foi estudada. Os melhores coeficientes de rendimento de etanol (YP/S) foram de 0,45, 0,47 e 0,38, utilizando culturas puras de S. cerevisiae, C. shehatae, e S. arborariae respectivamente, e YP/S de 0,48 e 0,40 g g -1, para co-culturas de S. cerevisiae e C. shehatae ou S. arborariae, respectivamente. As leveduras com os melhores rendimentos de etanol (S. cerevisiae e C. shehatae) tiveram seu metabolismo testado em biorreatores imobilizados. Estas culturas em biorreatores produziram um rendimento do etanol de 0,49, para S. cerevisiae e 0,41 g g -1 usando C. shehatae. Visando a melhora do processo de fermentação do hidrolisado de casca de soja (HCS), realizaram-se experimentos estatísticos (Plackett-Burman e CCD), para diferentes condições operacionais e formulações do meio. Com o Plackett-Burman testou-se os efeitos da suplementação com quatro nutrientes (peptona, extrato de levedura, milhocina e Tween 80). Através do planejamento fatorial composto central (CCD) com quatro repetições no ponto central e seis pontos axiais, analisou-se os efeitos das condições de fermentação (temperatura, pH e tamanho do inóculo) para a produção de etanol por C . guilliermondii. Os resultados demonstraram que nenhuma suplementação do meio foi necessária, sendo C. guilliermondii capaz de crescer em hidrolisado não-suplementado e não-desintoxicado. As melhores condições de cultura foram determinadas pelo CCD como sendo de 28 °C, pH 5.0, e 109 UFC ml-1 de tamanho do inóculo, respectivamente. O coeficiente de produtividade de etanol atingiu um máximo de 1,4 g L-1 h-1 cerca de 80 % do rendimento teórico esperado, resultando em um coeficiente de rendimento de etanol (YP/S) de 0,41 g g-1. / The lignocellulosic agroindustrial residues such as rice hull and soybean hull are abundant and inexpensive wastes and can be used in biotechnological production of high value-added compounds such as ethanol and xylitol, like sources of cellulose and hemicellulose. In this paper was tested the ability of converting sugars from these wastes by different yeasts, using the knowledge about the biotechnological production of alcohols. The ability of Candida shehatae, Saccharomyces cerevisiae, or the combination of these two yeasts in converting the mixed sugar composition of rice hull hydrolysate (RHH) as substrate for ethanol production is presented. In shake flask experiments, co-cultures showed ethanol yields (YP/S) of 0.42 and 0.51 in synthetic medium simulating the sugar composition of RHH and in RHH, respectively, with both glucose and xylose being completely depleted, while pure cultures of C. shehatae produced slightly lower ethanol yields (0.40). Experiments were scaled-up to bioreactors, in which anaerobiosis and oxygen limitation conditions were tested. Bioreactor co-cultures produced similar ethanol yields in both conditions (0.50-0.51) in synthetic medium, while in RHH, yields of 0.48 and 0.44 were obtained, respectively. New technologies to produce ethanol from RHH were tested, with the simultaneous saccharification and co-fermentation by S. cerevisiae, Spathaspora arborariae and the combination of these yeasts. In bioreactor cultures under oxygen limitation, S. cerevisiae was capable of metabolizing glucose from RHH, which contained small amounts of acetic acid, furfural, and hydroxymethylfurfural, achieving ethanol yields of 0.45. In the co-culture of S. cerevisiae and S. arborariae pentoses and hexoses from RHH, were converted to ethanol and xylitol, with yields of 0.48 and 0.39, and using simultaneous saccharification and co-fermentation with both yeasts produced ethanol and xylitol to final concentrations of 14.5 g L-1 and 3 g L-1, respectively. In soybean hull hydrolysate (SHH), was studied the ability of cellulase from Penicillium echinulatum S1M29, to increase the amount of sugars in the hydrolysate medium. The saccharification yield was 72 % using 15 FPU g-1 dry matter on orbital shaker at 120 rpm, 50 °C for 96 h. After saccharification, the ability of immobilized cells of S. cerevisiae, C. shehatae, S. arborariae, or a combination of C. shehatae, S. arborariae with S. cerevisiae for the conversion of sugars present in SHH as a substrate for ethanol production was studied. In shaker cultivations, the bioconversion of SHH into ethanol showed yields (YP/S) of 0.43, 0.47, and 0.38, in cultures of S. cerevisiae, C. shehatae, and S.arborariae, respectively. Co-cultures of S. cerevisiae and C. shehatae or S. cerevisiae and S. arborariae, produced YP/S of 0.48 and 0.40, respectively. S. cerevisiae and C.shehatae were immobilized in Ca-alginate and cultivated in bioreactors to analyse the possibility of scaling up this process. Immobilized-cell cultures showed yields of 0.45 and 0.38, respectively. Aiming to improve the fermentation of soybean hull hydrolysate (HCS), operational conditions and medium formulation were optimized using statistical experimental designs (Plackett-Burman and CCD). Plackett-Burman was used to analysate the effects of supplementation with four nutrients (peptone, yeast extract, corn steep liquor and Tween 80). Using factorial central composite design (CCD) with four replications at the center point and six axial points, was examined the effects of fermentation conditions (temperature, pH, and inoculum size) for ethanol production by Candida guilliermondii BL13. Results showed that C. guilliermondii was capable of growing in non-supplemented, non-detoxified hydrolysate, and the best culture conditions were determined to be 28 °C, pH 5.0, and 109 CFU mL-1 inoculum size, respectively. Ethanol productivity peaked at 1.4 g L-1 h-1 and yields of 0.41 g g-1, about 80 % of expected theoretical yields, were observed.

A produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de leveduras em hidrolisados hemicelulósicos obtidos a partir de resíduos agroindustriais é de grande interesse econômico. Isso porque, esse processo pode agregar valor aos resíduos lignocelulósicos, substituir o corrente e oneroso processo químico de obtenção de xilitol, além de promover um aproveitamento completo dos materiais, utilizando as frações celulósica e hemicelulósica, para a obtenção de etanol, biocombustível de grande interesse econômico e ambiental. O presente trabalho teve como objetivo ampliar os conhecimentos da produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de Candida guilliermondii NRRL Y-2075 a partir de hidrolisado de casca de soja (SHH). A melhor condição de hidrólise testada (125 °C; 1,4 % (v/v) H2SO4; 1 h; 1/10 relação sólido/líquido) promoveu hidrólise de 76 % da hemicelulose da casca de soja, liberando, 85 e 62 % de manose e xilose, respectivamente. Dentre os tratamentos de detoxificação testados no hidrolisado de casca de soja quatro vezes concentrado (SHH-4C), o carvão ativado (10 % (p/v)) demonstrou os melhores resultados, apresentando alto índice de remoção de contaminantes, 95 e 76 % para furfural e compostos fenólicos, respectivamente. Os parâmetros cinéticos obtidos a partir do cultivo em SHH-4C demonstraram que a pressão osmótica desse meio é maior do que a suportada por leveduras osmofílicas, revelando a característica osmotolerante da C. guilliermondii NRRL Y-2075. Os cultivos realizados em frascos agitados empregando SHH duas vezes concentrado (SHH-2C) resultaram na produção de etanol com altos índices de rendimento, não havendo produção de xilitol, devido, provavelmente, a uma variação na preferência do cofator da xilose redutase nesta levedura. Os cultivos de SHH-2C em batelada, avaliando-se a influência do coeficiente de transferência de oxigênio em três diferentes níveis (kLa de 0, 8 e 46 h-1, respectivamente, anaeróbio, microearóbio e aeróbio), comprovaram a possibilidade de produção de xilitol a partir de hidrolisado de casca de soja desde que condições limitadas de oxigênio (kLa de 8 h-1) sejam empregadas, bem como, a boa fermentabilidade do meio dado o alto rendimento de formação de biomassa sob condições aeróbias (kLa de 46 h-1). Os resultados obtidos no presente trabalho revelam o potencial do hidrolisado de casca de soja em aplicações biotecnológicas. / The biotechnology production of xylitol and ethanol by yeasts in hemicellulosic hydrolysates from agro industrial residues has great economic interest. This process can add value to these materials; replace the expensive chemical processes currently used for xylitol production, and makes the bioconversion of lignocellulosic materials into ethanol using hemicellulose in addition to cellulose to obtain this biofuel of important economical and environmental interest. The aim of the present work was to improve the knowledge about the biotechnological production of xylitol and ethanol employing the cultivation of Candida guilliermondii NRRL Y-2075 in soybean hull hydrolysate (SHH). The best acid hydrolysis of soybean hull (125 °C; 1.4 % (v/v) H2SO4; 1 h; 1/10 solid/liquid ratio) produced a hydrolysis of 76 % of hemicellulose from soybean hull, liberating approximately, 85 and 62 % of the total xylose and manose, respectively. Four-fold soybean hull hydrolysate (SHH-4C) was submitted to different detoxification treatments, of which activated charcoal 10 % (w/v) showed the best results, removing 95 and 76 % of furfural and phenol, respectively. Kinetic parameters obtained from the cultivation of C. guilliermondii NRRL Y-2075 on detoxified SHH-4C have shown that the osmotic pressure of this medium is higher than that supported by most osmophilic yeasts, revealing the osmotolerant characteristic of C. guilliermondii NRRL Y-2075. When cultivations were carried out on two times concentrated SHH (SHH- 2C) in shake flasks, we obtained high yields of ethanol production. Although xylose was present in high concentrations, no xylitol was produced, probably due to some varying cofactor preference of xylose reductase in this yeast strain. Batch cultivation of SHH-2C employing as variable parameter the oxygen volumetric mass transfer coefficient (kLa), evaluating three different conditions of aeration (kLa of 0, 8 e 46 h-1, respectively, anaerobic, microerobic and anaerobic) revealed that it is possible to produce xylitol from soybean hull hydrolysate if conditions of oxygen limitation are applied. Furthermore, this hydrolysate readily metabolized under aerobic conditions (kLa of 46 h-1) rendering a high biomass yield. These results showed the prospect of SHH as a candidate for biotechnological process.

Este estudo teve como objetivo verificar a liberação de xilitol em saliva artificial ao longo do tempo após aplicação de verniz contendo 10% e 20% do açúcar. Para tal, 15 blocos de dentes bovinos foram divididos em três grupos (Grupo 1- recebeu verniz a 10%; Grupo 2 - recebeu verniz a 20% e Grupo 3 - recebeu verniz sem xilitol). Na seqüência, cada bloco foi imerso em tubo de microcentrífuga contendo 500 µL de saliva artificial. Foram coletadas e analisadas as amostras salivares em diferentes tempos após a aplicação do verniz (1h, 8h, 12h, 16h, 24h, 48h e 72h). Comparando-se os valores de concentração de xilitol em mg/L nos grupos G1 e G2, pode-se observar que houve diferença estatisticamente significante entre os grupos (ANOVA, F=32,68, p=0,0004) e tempos (ANOVA, F=2465,53, p=0,0000). Foi observada interação entre as variáveis grupo e tempo (ANOVA, F=1486,25, p=0,0000). Notou-se uma liberação significativamente maior no Grupo G2 nos tempos de 1 h (168,96 mg/L) e 8 h (164,22 mg/L), quando comparados com o Grupo G1 (1 h=63,42 mg/L e 8 h=69,52 mg/L), conforme detectado pelo teste de Tukey (p=0,0002). No entanto, nos tempos de 12 h, 16 h, 24 h, 48 h e 72 h, a liberação do açúcar foi significativamente maior no Grupo 1 (56,92 mg/L; 49,70 mg/L; 49,40 mg/L; 55,52 mg/L; 32,66 mg/L, respectivamente) em relação ao Grupo 2 (29,90 mg/L; 18,52 mg/L; 19,76 mg/L; 24,20 mg/L; 12,72 mg/L, respectivamente), conforme detectado pelo teste de Tukey (p=0,0002). Portanto, o verniz contendo 10% de xilitol liberou maiores concentrações do açúcar em períodos de tempo mais longos, denotando-se em uma liberação mais lenta e homogênea deste verniz. / The aim of this study was to test xylitol release in artificial saliva along time after application of varnishes containing 10% and 20% xylitol. For this purpose, 15 block of bovine teeth were divided into three groups (Group 1-varnish 10%; Group 2-varnish 20%; Group 3-control). In sequence, each block was immersed in a microcentrifuge tube containing 500 µL of artificial saliva. Saliva samples were collected and analyzed for xylitol in different times after varnishes application (1h, 8h, 12h, 16h, 24h, 48h e 72h). Data were analyzed by 2-way ANOVA and Tukey?s test (p<0.05). An interaction between group and time was observed (ANOVA, F=1,486.25, p=0.0000). Xylitol release was significantly higher for Group G2 in times 1 h (168.96 mg/l) and 8 h (164.22 mg/l) when compared with Group G1 (1h=63.42 mg/l e 8h=69.52 mg/l). However, for the other periods, the sugar release was significantly higher in Group 1(56.92 mg/l; 49.70 mg/l; 49.40 mg/l; 55.52mg/l and 32.66 mg/l, respectively, for 12 h, 16 h, 24 h, 48 h and 72 h) when compared to Group G2 (29.90 mg/l; 18.52 mg/l; 19.76 mg/l; 24.20 mg/l and 12.72 mg/l, respectively). In conclusion, the varnish containing 10% xylitol released sugar more slowly and for longer periods, characterizing a more homogeneous release.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-02Bitstream added on 2014-06-13T20:30:11Z : No. of bitstreams: 1 carrion_lm_me_sjrp.pdf: 381584 bytes, checksum: f7ac95eb0ed933b2a92b058b0e3faefb (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A efetiva produção de etanol lignocelulósico depende de leveduras capazes de fermentar a fração hemicelulósica da biomassa lignocelulósica que é composta em sua maioria por xilose. Há uma grande dificuldade em encontrar esses microrganismos já que a capacidade de utilizar xilose como fonte de carbono não é apresentada pela maioria das leveduras. Neste trabalho leveduras isoladas de diferentes materiais da zona rural,foram testadas quanto à assimilação de xilose e glicose, e fermentação de xilose a 30°C, onde observou-se diferentes comportamentos entre diferentes linhagens da mesma espécie. As linhagens de leveduras isoladas foram identificadas pela técnica molecular PCR-RFLP empregando-se as regiôes ITS 5,8 S e D1/D2 do DNA ribossômico. Três leveduras identificadas como espécies de Cândida tropicalis foram avaliadas quanto a capacidade de produção de xilitol e etanol a partir de meio basal com xilose como única fonte de carbono e do licor negro da extração da celulose hidrolisado por enzimas do fungo Thermoascus aurantiacus. A produção de xilitol foi semelhante nos dois substratos, entretanto a produção de etanol foi maior quando o licor negro foi empregado, esses resultados mostraram que a quantidade e a natureza dos açúcares presentes nos meios foram um interferente maior no metabolismo da levedura que os compostos tóxicos presentes no licor negro / The effective lignocellulosic ethanol production depends on yeasts that are able to ferment the hemicellulosic biomass fraction, which is mostly composed by xylose. There is a big difficulty in finding such microorganisms because most yeasts do not use xylose as a carbon source. In this work, yeasts isolated from different materials were tested for xylose and glucose assimilation and xylose fermentation at 30°C ,where it was observed different behaviors between strains of the same species. The strains isolated were identified by PCR-RFLP molecular technique employing the ITS 5,8 and D1/D2 regions of ribosomal DNA. Three yeasts were identified as Cândida tropicalis species and their ability to produce xylitol and ethanol from xylose and the black liquor from the cellulose extraction hydrolyzed by enzymes of the fungus Thermoascus aurantiacus was evaluated. The xylitol production was similar in both media, but the ethanol production was higher when the black liquor was used, these results shows that the quantity and nature of the sugars present in the media have a bigger interference in the metabolism of yeast to toxic compounds present in black liquor

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-19T13:34:49Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3622359 bytes, checksum: aa6dd8f1ac4a2370f6d9e49178fe4491 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-19T13:34:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3622359 bytes, checksum: aa6dd8f1ac4a2370f6d9e49178fe4491 (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The scientific community has been concerned with environmental issues and the allocation of agro-industrial waste, seeking to perform treatments for waste or recycling to add value. Sisal bagasse is a residue of the sisal, which is discarded into the environment without control. The aim of this study was to evaluate the simultaneous production of xylitol and ethanol from hemicellulose liquor sisal bagasse. The characterization of lignocellulosic biomass was carried out by checking the cellulose, hemicellulose and lignin. The pretreatment was carried out in stainless steel reactor in the ratio 1/10 (bagasse / acid) for 1 hour. To check the influence of temperature variables and concentration of sulfuric acid 22 experimental design with 3 central points was carried out. The liquor hemicellulose hydrolyzate was analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) methods as the levels of sugars and inhibitors and the changes in the treated bagasse were analyzed-Ray Diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TG) and Infrared (IR). In the acid treatment model was statistically significant at the 95% confidence level, confirmed by the F test, the response surface indicated that the higher xylose content and glucose were obtained at the maximum level, corresponding to a temperature of 120 °C and 2 5% sulfuric acid. The characterization techniques reaffirmed the removal of the hemicellulose fraction of lignocellulosic material. Infrared there are changes in the absorption bands relating hemicellulose due to its removal, and modification of the lignin and cellulose bands due their increase. The thermogravimetric curve taken characteristic similar to the aftertreatment acid cellulose, as this is the component in larger amounts in the biomass. The micrographs showed the breakdown of fibrous regions of the cellulose fibrils and decrease in the interconnected, and these hemicellulose. In the XRD crystallinity index indicated extensive removal of the amorphous fraction of the lignocellulosic material. In the fermentation was carried out the study of the microorganism to be used, it is the best time to perform the inoculum, under the conditions that the medium contained 3 g/L or 107 cells and were observed three main stages of growth of the microorganism. Both the dry mass analysis as the cell count per chamber Neubauer the best time for completion of the fermentation was between 24 and 36 h. It was found that the best fermentation times for xylitol was 72 h and the ethanol was 36 h, yielding respectively 1.4 g/L and 2.4 g/L in Candida guilliermondii. / A comunidade cientifica tem se preocupado com problemas ambientais e a destinação de resíduos agroindustriais, buscando realizar tratamentos para os resíduos ou reaproveitamento para agregar valor. O bagaço de sisal é um resíduo do desfibramento do sisal, que é descartado no meio ambiente sem controle. O objetivo desse trabalho foi avaliar a produção simultânea de xilitol e etanol a partir do licor hemicelulósico do bagaço de sisal. A caracterização da biomassa lignocelulósica foi realizada, verificando os teores de celulose, hemicelulose e lignina. O pré-tratamento foi realizado em reator de aço inoxidável na razão 1/10 (bagaço/ácido) durante 1 hora. Para verificar a influência das variáveis temperatura e concentração de ácido sulfúrico um planejamento experimental 22 com 3 pontos centrais foi realizado. O licor do hidrolisado hemicelulósico foi analisado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) quanto aos teores de açúcares e inibidores e as alterações no bagaço tratado foram analisadas por Difração de Raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), Termogravimetria (TG) e Infravermelho (IV). No tratamento ácido o modelo foi estatisticamente significativo no nível de confiança de 95%, confirmado pelo teste F, a superfície de resposta indicou que os maiores teores de xilose e glicose foram obtidos nos níveis máximos, que correspondem a temperatura de 120 oC e 2,5% de ácido sulfúrico. As técnicas de caracterização reafirmaram a remoção da fração hemicelulósica do material lignocelulósico. No Infravermelho verificou-se modificações nas bandas de absorção referentes a hemicelulose devido a sua remoção, e modificação nas bandas da lignina e celulose devido seu aumento. A curva termogravimétrica assumiu característica semelhante a da celulose pós-tratamento ácido, devido ser o componente em maior quantidade na biomassa. As micrografias demonstraram a quebra das regiões fibrosas da celulose e diminuição das fibrilas que as interligavam, sendo essas a hemicelulose. Na difração de raios X o índice de cristalinidade indicou grande remoção da fração amorfa do material lignocelulósico. Na fermentação foi realizado o estudo do microrganismo a ser utilizado, verificou-se o melhor tempo para realização do inóculo, nas condições em que o meio contivesse 3g/L ou 107 células, e observaram-se três das principais fases do crescimento do microrganismo. Tanto pela análise de massa seca quanto pela contagem de células por câmara de Neubauer o melhor tempo para a realização da fermentação foi entre 24 e 36 h. Verificou-se que os melhores tempos de fermentação para o xilitol foi 72 h e para o etanol foi 36 h, produzindo respectivamente 1,4 g/L e 2,4 g/L com a levedura Cândida guilliermondii.

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-03T17:32:35Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3344225 bytes, checksum: 51629c806c0ec944118e7a7f8696ed4e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T17:32:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3344225 bytes, checksum: 51629c806c0ec944118e7a7f8696ed4e (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sisal is a typical plant of the northeast, being resistant to dry climates. Brazil is the largest producer and exporter of the fiber, with 50% of world production. Sisal is a potential feedstock for the production of xylitol due to its lignocellulosic composition containing high sugar content. This study aimed to evaluate the potential of the hemicellulose fraction of sisal fiber for production of xylitol, in addition to determining the lignocellulosic composition, the most appropriate pretreatment to remove xylose and optimum conditions for fermentation. The pretreatments were carried out in stainless steel reactor for 1 hour 1:10 (w/v) sisal fiber/acidic or basic solution. The sisal fibers showed better lignocellulosic composition for xylitol production other biomasses currently used, for example, bagasse from sugar cane, corn stover, due to exhibit a greater amount of hemicellulose, about 10% more, and lower lignin content. The pretreatment acid, dilute sulfuric acid, xylose removal was more effective under conditions of higher acid content (2,5%) and temperature (120 ºC). In alkaline pretreatment it was observed that there was no removal of the hemicellulose fraction, since the treatment basic/acid solubilization xylose was inferior to the single acid treatment. The effectiveness of the pretreatment acid was confirmed by ray-x diffraction, scanning electron microscopy, Thermogravimetric and Infrared. In the XRD patterns was observed an increase in the crystallinity of the treated sample due to the removal of amorphous components (hemicellulose) in TG curves second mass loss phase characterized depolymerization of hemicellulose with a reduction of 20% of the material between fiber in nature and treated. In the micrographs that found after pretreatment with acid the outer layer of the fibers was removed, and cleaving the more complex structure existed before making visible the cellulosic fibrillar structure. In the best condition was observed hydrolyzate liquor produced in large scale and this was fermented using yeast Candida guilliermondii CCT 1516. At 96 hours there was the maximum production of xylitol, 3,14 g/L, but liquor from the fiber sisal showed levels of acetic acid (5,86 g/L) above those permitted. The conversion factor xylose to xylitol, which when production was maximum, was 0,32 g/g xylose and xylitol in conversion efficiency was 35%. In the fermentation process it was observed that the acetic acid has interacted with the microorganism so as to reduce xylose to xylitol conversion. Therefore, the sisal fiber showed satisfactory performance even in conditions where fermentation would be disadvantaged, producing xylitol. / O sisal é uma planta típica da região nordeste, sendo resistente a climas secos. O Brasil é o maior produtor e exportador mundial da fibra, com 50% da produção mundial. O sisal é uma matéria-prima potencial para produção de xilitol devido sua composição lignocelulósica, que contém elevado teor de açúcares. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial da fração hemicelulósica da fibra do sisal para produção de xilitol, além de determinar a composição lignocelulósica, o pré-tratamento mais adequado para remoção de xilose e as condições ideais para a fermentação. Os pré-tratamentos foram realizados em reator de aço inoxidável durante 1 hora na proporção de 1:10 (m/v) fibra de sisal/solução ácida ou básica. A fibra de sisal apresentou melhor composição lignocelulósica para produção de xilitol do que outras biomassas empregadas atualmente, como, por exemplo, o bagaço da cana de açúcar e a palha de milho, devido apresentar um maior valor de hemicelulose, cerca de 10% a mais, e menor teor de lignina. No pré-tratamento ácido, com ácido sulfúrico diluído, a remoção de xilose foi mais eficiente nas condições de maior teor de ácido (2,5%) e temperatura (120 ºC). No pré-tratamento alcalino observou-se que não houve remoção da fração hemicelulósica, já o tratamento básico/ácido a solubilização de xilose apresentou resultados inferiores ao tratamento ácido individual. A eficácia do pré-tratamento ácido foi confirmada através de Difração de raios-X, Microscopia eletrônica de varredura, Termogravimetria e Infravermelho. Nos difratogramas foi observado um aumento na cristalinidade da amostra tratada devido a remoção de componentes amorfos (hemicelulose), nas curvas TG a segunda etapa de perda de massa caracterizou a despolimerização da hemicelulose com redução de 20% desse material entre a fibra in natura e a tratada. Nas micrografias verificou-se que após o pré-tratamento com ácido a camada mais externa das fibras foi removida, além de clivar a estrutura mais complexa antes existente, tornando visível a estrutura fibrilar celulósica. Na melhor condição observada foi produzido o licor hidrolisado em grande escala e este foi fermentado utilizando a levedura Candida guilliermondii CCT 1516. No tempo de 96 horas verificou-se a produção máxima de xilitol, 3,14 g/L, porém o licor proveniente da fibra de sisal apresentou níveis de ácido acético (5,86 g/L) acima do permitido. O fator de conversão xilose em xilitol, no momento onde a produção foi máxima, foi 0,32 g/g e eficiência de conversão de xilose em xilitol foi de 35%. No processo fermentativo observou-se que o ácido acético interagiu com o microrganismo de forma a diminuir a conversão de xilose em xilitol. Portanto, a fibra de sisal apresentou rendimento satisfatório, mesmo em condições onde a fermentação seria desfavorecida, produzindo xilitol.

Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-04-24T14:21:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Silvana Rissi.pdf: 204126 bytes, checksum: 91edf998ca04bba3fa4bbbd222b873a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T14:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Silvana Rissi.pdf: 204126 bytes, checksum: 91edf998ca04bba3fa4bbbd222b873a4 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24

Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-04-25T13:43:14Z No. of bitstreams: 1 Tese Fernanda Roberta Rech.pdf: 330878 bytes, checksum: dcfd7515c7bf4521f3c575214f90f867 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T13:43:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Fernanda Roberta Rech.pdf: 330878 bytes, checksum: dcfd7515c7bf4521f3c575214f90f867 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24

Os resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz e a casca de soja, são fontes abundantes e de baixo custo na produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado como etanol e xilitol, por figurarem como fontes de celulose e hemicelulose. No presente trabalho será estudada a capacidade de conversão dos açúcares provenientes destes resíduos por diferentes leveduras ampliando os conhecimentos sobre a produção biotecnológica de alcoóis. A capacidade de Candida shehatae, Saccharomyces cerevisiae, e a co-cultura destas duas leveduras na conversão do açúcar presente no hidrolisado de casca de arroz (RHH) utilizado como substrato para a produção de etanol foi estudada. Em experimentos em agitador orbital, as co-culturas dessas leveduras apresentaram rendimentos de etanol (YP/S) de 0,42 e 0,51 em meio sintético simulando a composição do hidrolisado e em RHH, respectivamente. Ao analisar a produção de etanol com culturas puras de C. shehatae o rendimento de etanol foi ligeiramente inferior (0,40). Visando analisar o metabolismo das leveduras sob condições de anaerobiose e de limitação de oxigênio, foram realizados experimentos em biorreatores, onde a utilização de co-culturas produziu rendimentos de etanol similares em ambas condições (0,50-0,51) em meio sintético, enquanto que em RHH, rendimentos de 0,48 e 0,44 foram obtidos, respectivamente. Novas estratégias de produção de etanol a partir de hidrolisado de casca de arroz também foram testadas, como a sacarificação e co-fermentação simultânea por S. cerevisiae, Spathaspora arborariae e pela combinação destas leveduras. Nas culturas sob limitação de oxigênio, S. cerevisiae foi capaz de metabolizar a glicose presente RHH, resultando em um rendimento de etanol (YP/S) de 0,45. A co-cultura de S. cerevisiae e S. arborariae foi capaz de metabolizar pentoses e hexoses presentes em RHH, obtendo YP/S de 0,48 g g -1 e rendimento de xilitol (YX/X ) de 0,39 g g -1 e com o uso de sacarificação e co-fermentação simultânea produziu-se 14,5 e 3 g L-1 de etanol e xilitol, respectivamente. No hidrolisado de casca de soja (SHH), testou-se a capacidade das celulases provenientes do fungo Penicillium echinulatum S1M29, em aumentar a quantidade de açúcares no meio de hidrolisado. O rendimento de sacarificação foi de 72 %, quando foi utilizado 15 FPU g-1 de matéria seca, incubado num agitador orbital a 120 rpm, 50 ºC durante 96 h. Após a sacarificação, a capacidade das células imobilizadas de S. cerevisiae, C. shehatae, S. arborariae, ou a combinação de C. shehatae, S. arborariae com S. cerevisiae, para a conversão de açúcares presentes em SHH como substrato para a produção de etanol foi estudada. Os melhores coeficientes de rendimento de etanol (YP/S) foram de 0,45, 0,47 e 0,38, utilizando culturas puras de S. cerevisiae, C. shehatae, e S. arborariae respectivamente, e YP/S de 0,48 e 0,40 g g -1, para co-culturas de S. cerevisiae e C. shehatae ou S. arborariae, respectivamente. As leveduras com os melhores rendimentos de etanol (S. cerevisiae e C. shehatae) tiveram seu metabolismo testado em biorreatores imobilizados. Estas culturas em biorreatores produziram um rendimento do etanol de 0,49, para S. cerevisiae e 0,41 g g -1 usando C. shehatae. Visando a melhora do processo de fermentação do hidrolisado de casca de soja (HCS), realizaram-se experimentos estatísticos (Plackett-Burman e CCD), para diferentes condições operacionais e formulações do meio. Com o Plackett-Burman testou-se os efeitos da suplementação com quatro nutrientes (peptona, extrato de levedura, milhocina e Tween 80). Através do planejamento fatorial composto central (CCD) com quatro repetições no ponto central e seis pontos axiais, analisou-se os efeitos das condições de fermentação (temperatura, pH e tamanho do inóculo) para a produção de etanol por C . guilliermondii. Os resultados demonstraram que nenhuma suplementação do meio foi necessária, sendo C. guilliermondii capaz de crescer em hidrolisado não-suplementado e não-desintoxicado. As melhores condições de cultura foram determinadas pelo CCD como sendo de 28 °C, pH 5.0, e 109 UFC ml-1 de tamanho do inóculo, respectivamente. O coeficiente de produtividade de etanol atingiu um máximo de 1,4 g L-1 h-1 cerca de 80 % do rendimento teórico esperado, resultando em um coeficiente de rendimento de etanol (YP/S) de 0,41 g g-1. / The lignocellulosic agroindustrial residues such as rice hull and soybean hull are abundant and inexpensive wastes and can be used in biotechnological production of high value-added compounds such as ethanol and xylitol, like sources of cellulose and hemicellulose. In this paper was tested the ability of converting sugars from these wastes by different yeasts, using the knowledge about the biotechnological production of alcohols. The ability of Candida shehatae, Saccharomyces cerevisiae, or the combination of these two yeasts in converting the mixed sugar composition of rice hull hydrolysate (RHH) as substrate for ethanol production is presented. In shake flask experiments, co-cultures showed ethanol yields (YP/S) of 0.42 and 0.51 in synthetic medium simulating the sugar composition of RHH and in RHH, respectively, with both glucose and xylose being completely depleted, while pure cultures of C. shehatae produced slightly lower ethanol yields (0.40). Experiments were scaled-up to bioreactors, in which anaerobiosis and oxygen limitation conditions were tested. Bioreactor co-cultures produced similar ethanol yields in both conditions (0.50-0.51) in synthetic medium, while in RHH, yields of 0.48 and 0.44 were obtained, respectively. New technologies to produce ethanol from RHH were tested, with the simultaneous saccharification and co-fermentation by S. cerevisiae, Spathaspora arborariae and the combination of these yeasts. In bioreactor cultures under oxygen limitation, S. cerevisiae was capable of metabolizing glucose from RHH, which contained small amounts of acetic acid, furfural, and hydroxymethylfurfural, achieving ethanol yields of 0.45. In the co-culture of S. cerevisiae and S. arborariae pentoses and hexoses from RHH, were converted to ethanol and xylitol, with yields of 0.48 and 0.39, and using simultaneous saccharification and co-fermentation with both yeasts produced ethanol and xylitol to final concentrations of 14.5 g L-1 and 3 g L-1, respectively. In soybean hull hydrolysate (SHH), was studied the ability of cellulase from Penicillium echinulatum S1M29, to increase the amount of sugars in the hydrolysate medium. The saccharification yield was 72 % using 15 FPU g-1 dry matter on orbital shaker at 120 rpm, 50 °C for 96 h. After saccharification, the ability of immobilized cells of S. cerevisiae, C. shehatae, S. arborariae, or a combination of C. shehatae, S. arborariae with S. cerevisiae for the conversion of sugars present in SHH as a substrate for ethanol production was studied. In shaker cultivations, the bioconversion of SHH into ethanol showed yields (YP/S) of 0.43, 0.47, and 0.38, in cultures of S. cerevisiae, C. shehatae, and S.arborariae, respectively. Co-cultures of S. cerevisiae and C. shehatae or S. cerevisiae and S. arborariae, produced YP/S of 0.48 and 0.40, respectively. S. cerevisiae and C.shehatae were immobilized in Ca-alginate and cultivated in bioreactors to analyse the possibility of scaling up this process. Immobilized-cell cultures showed yields of 0.45 and 0.38, respectively. Aiming to improve the fermentation of soybean hull hydrolysate (HCS), operational conditions and medium formulation were optimized using statistical experimental designs (Plackett-Burman and CCD). Plackett-Burman was used to analysate the effects of supplementation with four nutrients (peptone, yeast extract, corn steep liquor and Tween 80). Using factorial central composite design (CCD) with four replications at the center point and six axial points, was examined the effects of fermentation conditions (temperature, pH, and inoculum size) for ethanol production by Candida guilliermondii BL13. Results showed that C. guilliermondii was capable of growing in non-supplemented, non-detoxified hydrolysate, and the best culture conditions were determined to be 28 °C, pH 5.0, and 109 CFU mL-1 inoculum size, respectively. Ethanol productivity peaked at 1.4 g L-1 h-1 and yields of 0.41 g g-1, about 80 % of expected theoretical yields, were observed.