A Biopolpação é definida como o pré-tratamento de cavacos de madeira, designado como um processo de fermentação em estado sólido, para a produção de polpas mecânicas e químicas. Apesar dos resultados promissores obtidos pelo pré-tratamento com fungos seguido de reações de polpação, não há correlação entre o padrão de biodegradação dos componentes da madeira e o aumento na eficiência dos métodos de polpação subseqüentemente utilizados. Esta falta de correlação sugere que os benefícios do biotratamento dependem mais do tipo de modificação induzida na madeira do que da extensão da mineralização de seus componentes. Dentro deste contexto, este estudo visa o entendimento dos mecanismos químicos e bioquímicos, que poderiam explicar as alterações estruturais ocorridas nos componentes principais da madeira durante a etapa de biopolpação. Pinus taeda foi degradado por Ceriporiopsis subvermispora por períodos de 15 a 90 dias em condições de fermentação sólida. O fungo degradou lignina e extrativos extensivamente, sem remover grandes quantidades de glucana. As polioses foram significativamente removidas após 60 dias de degradação (7%), chegando a 31 % após 90 dias. A lignina e os polissacarídeos residuais , provenientes dos cavacos de madeira degradados e não degradados, foram caracterízados. A fração de lignina residual foi avaliada por técnicas de degradação in situ e por análises efetuadas na lignina de madeira moída e lignina liberada enzimaticamente, que foram isoladas das madeiras biodegradadas. A compilação dos resultados mostrou que a principal reação ocorrida na estrutura da lignina durante a biodegradação foi a quebra de ligações β-O-4 . Esta reação de oxidação gerou despolimerização da macromolécula e foi seguida do aumento nos teores de dímeros conectados por ligações C-C e 4-0-5 e pelo aparecimento de novos carbonos saturados não-oxigenados nas cadeias laterais. Após longos períodos de biodegradação, reações de abertura de anéis aromáticos também puderam ser sugeridas . A despolimerização de celulose foi avaliada através da preparação de amostras de acelulose provenientes dos cavacos de madeira biodegradados. O perfil de eluição dos derivados tricarbanilados das preparações de α-celuloses foi determinado por cromatografia de exclusão. Os rendimentos de α-celulose e os perfis de eluição indicaram alguma despolimerização da fração de celulose após trinta dias de biodegradação. Este resultado mostrou que reações de degradação da cadeia de celulose começaram a ocorrer antes que a mineralização fosse detectada como perda de glicose. As enzimas hidrolíticas e ligninolíticas relacionadas à degradação de madeira foram extraídas e quantificadas. Durante os primeiros trinta dias de biodegradação, os altos valores de atividades xilanolítica não produziram degradação extensiva da fração de polioses, indicando que o processo de biodegradação foi limitado pela baixa porosidade das paredes celulares da madeira. Por outro lado, algumas reações mediadas enzimaticamente parecem ter sido responsáveis pela despolimerização de lignina e celulose nos estágios iniciais de degradação. / Biopulping is the fungaI pretreatment of wood chips designed as a solid-state fermentation process for production of mechanical or chemical pulps. Although promising results have been obtained by combining fungaI pretreatment with chemical pulping methods, there is no relationship between the pattern of biodegradation of the wood components and the increase in efficiency of pulp methods subsequently adopted. This study presents some efforts to elucidate changes in the structure of residual components and enzymes produced during the wood biotreatment. Softwood Pinus taeda was degraded by Ceriporiopsis subvermispora for periods from 15 to 90 days under solid-state fermentation. The fungus degraded lignin and extractives extensively without removing large amounts of glucan. Polyoses were significantly removed (7%) only after 60 days of degradation, reaching 31 % after 90 days . Decayed and undecayed wood chips were characterized as to their residual lignin and polysaccharides. Residual lignin fraction was evaluated by using in situ techniques and analysis performed on milled wood lignin and enzymatically-liberated lignin isolated from biodegraded wood. Compiled data suggested that the main reaction taking place on the lignin moiety during biodegradation was the cleavage of β-0-4 linkages. This oxidation reaction generates lignin depolymerization, which is followed by an increase in the amount of dimmers connected by C-C and 4-0-5 linkages and the appearance of new saturated-carbons at the side chain. After longer biodegradation periods, ring-opening reactions can also occur. Depolymerization of cellulose was evaluated by preparing α-cellulose samples from biotreated wood chips. High performance size exclusion chromatography of tricarbanyl derivatives of these α-cellulose samples was also evaluated. Both, acellulose yield and elution profiles indicated some depolymerization of the cellulose fraction starting from the 30th day of biodegradation. This result suggests that degradation reactions started at the cellulose backbone before mineralization has been detected as glucan loss. Hydrolytic and ligninolytic enzymes were extracted from the cultures and quantified.· During the first 30 days of biodegradation, high xylanolytic activities did not produce an extensive degradation of the polyoses fractions indicating that the biodegradation process was limited by the low porosity of the wood ceIl walls. On the other hand, some enzimatically-mediated reactions are suggested to be responsible for cellulose and lignin depolymerization at an early decay stage.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-20022015-135400 |
| Date | 27 May 2002 |
| Creators | Guerra, Anderson de Almeida |
| Contributors | Ferraz, André Luís |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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