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No presente trabalho foram estudados a necessidade de suplementação nutricional do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz para bioconversão a etanol pela levedura Pichia stipitis, e os efeitos da agitação e da razão Vfrasco/Vmeio, em frascos agitados, sobre os parâmetros fermentativos deste processo. Os estudos da suplementação do hidrolisado para produção de etanol por bioconversão pela levedura Pichia stipitis avaliou a adição dos nutrientes: uréia ( 0 a 2,3 g/L) MgSO4.7H2O (0 a 1,0 g/L) e extrato de levedura (0 a 3,0 g/L). Este estudo mostrou que apenas a adição 3 g/L de extrato de levedura foi necessária para que o processo alcançasse bons resultados de conversão (YP/S = 0,29 g/g) e produtividade em etanol (QP = 0,24 g/L.h) não necessitando portanto da adição dos demais nutrientes. Comparado com o meio suplementado com todos os nutrientes, a suplementação com apenas 3 g/L de extrato de levedura, levou a um aumento de 14% na produtividade do processo. A avaliação da oxigenação em frascos agitados mostrou que a aeração foi um fator capaz de influenciar fortemente os parâmetros de fermentação (YP/S e QP). A condição de maior aeração favoreceu a produção de células e a condição de menor aeração favoreceu a conversão em etanol, porém com baixa produtividade, sendo a produtividade em etanol favorecida por condições intermediárias de aeração, correspondente a agitação de 200 rpm e a razão Vfrasco/Vmeio de 2,5, onde foram alcançadas conversão em produto (YP/S) e produtividade em etanol (QP) de 0,36 g/g e 0,39 g/L.h, respectivamente, o que representa um aumento de cerca de 63% a produtividade e 24% a conversão em etanol, quando comparado com as condições de aeração utilizadas anteriormente. A cinética de fermentação de Pichia stipitis no hidrolisado empregando as condições de suplementação nutricional e aeração otimizadas mostrou que a máxima concentração de etanol alcançada para o hidrolisado suplementado foi cerca de 23,6 g/L após 48 horas, consumindo neste tempo 86 % dos açúcares presentes no meio. Comportamento semelhante foi observado para o meio sintético, onde, no mesmo tempo, a máxima concentração de etanol foi de 24,4 g/L, porém com completo consumo dos açúcares. The present work studied the necessity of nutritional supplementation of rice straw hemicellulosic hydrolysate for ethanol bioconversion by Pichia stipitis, and the aeration (effects of agitation and Vflask/Vmedium ratio) in agitated flasks, on the fermentative parameters of the process. The studies on the hydrolysate supplementation for ethanol production by Pichia stipitis yeast bioconversion evaluated the nutrients addition: urea (0 to 2.3 g/L), MgSO47H2O (0 to 10 g/L) and yeast extract (0 to 3.0 g/L). This study showed that only the addition of 3g/L yeast extract was enough to obtain good results for ethanol conversion (YP/S = 0.29 g/g) and productivity (QP = 0.24 g/L.h). By comparing to the medium supplemented with all the nutrients, the supplementation with only 3 g/L yeast extract increased 14% the process productivity. The evaluation of the oxygenation in agitated flasks showed that the aeration highly influenced the fermentative parameters (YP/S and QP). The condition of higher aeration favored the cells production and the condition of lower aeration favored the ethanol conversion, but with low productivity. The ethanol productivity was favored by intermediary conditions of aeration, correspondent to 200 rpm agitation and 2.5 Vflask/Vmedium ratio, thus obtaining 0.36 g/g product conversion (YP/S) and 0.39 g/L.h ethanol productivity (QP). This means an increase of approximately 63% productivity and 24% ethanol conversion, when compared to the aeration conditions previously used. The kinetics of Pichia stipitis fermentation in the hydrolysate using the optimized conditions of nutritional supplementation and aeration rate showed that the maximum ethanol concentration for the supplemented hydrolysate was about 23.6 g/L after 48h, consuming 86% sugars present in the medium. Similar behavior was observed for the synthetic medium where, with the same time, the maximum ethanol concentration was 24.4 g/L, but with the complete sugars consumption.

As biorrefinarias de biomassa lignocelulósica requerem processos eficientes para diminuir ou eliminar a recalcitrância da parede celular vegetal ao processo de hidrólise enzimática. Há evidências de que a ocorrência de β-1-3:β-1-4 glucanos (glucanas mistas) nas paredes celulares vegetais proporciona materiais menos recalcitrantes. No entanto, também há evidências de que as glucanas mistas são progressivamente substituídas por xilanas ao longo do processo de diferenciação celular. Desta forma, entender como a recalcitrância está associada à composição química e a distribuição topoquímica destas hemiceluloses pode contribuir com o desenvolvimento de biorrefinarias mais eficientes. O presente estudo gerou informação relativa ao acúmulo e a eventual degradação de glucanas mistas em diferentes tecidos de cana de açúcar ao longo do processo de diferenciação celular. Para tanto o teor de glucanas mistas foi quantificado em dois híbridos de cana de açúcar. O estudo do híbrido H140 evidenciou a diminuição do conteúdo de glucanas mistas com o avanço da progressão do desenvolvimento dos entrenós. O híbrido H89, no entanto, apresentou um padrão distinto, com teor de MLG significativamente reduzido nas regiões de medula e interface do entrenó 1, enquanto que o córtex dos entrenós de 1 a 5 foram estatisticamente equivalentes. Os dados referentes aos teores de glucanas mistas detectados ao longo do processo de desenvolvimento das plantas em estudo sustentam que pode ocorrer substituição de glucanas mistas por xilanas com a progressão do processo de diferenciação celular ou simplesmente que o espessamento da parede celular secundária que ocorre ao longo do processo de diferenciação reduza a contribuição mássica da glucana mista para os tecido de entrenó analisados. Em tecido foliar, a análise de composição química revelou diferenças na estrutura das hemiceluloses constituintes da parede celular, essencialmente na estrutura das glucuronoarabinoxilanas. Os teores de glucans mistas foram da ordem de 0,6 ± 0,1 % (H89) e de 0,4 ± 0,1 % (H140), embora os teores de glucanas totais foram elevados em ambos híbridos (33,7 ± 0,4 % e 35,5 ± 0,7 %, respectivamente). As análises de imunohistoquímica e microscopia de fluorescência foram efetivas na imunolocalização de glucanas mistas em tecidos de cana-de-açúcar. Lignocellulosic biomass biorefineries require efficient processes to decrease or eliminate the recalcitrance of the plant cell wall to the enzymatic hydrolysis process. There is evidence that the occurrence of β-1-3:β-1-4 glucan (mixed linkage glucans - MLG) in plant cell walls provides less recalcitrant materials. However, there is also evidence that MLG are progressively replaced by xylans throughout the cell development process. Thus, understanding how recalcitrance is associated with chemical composition and the topochemical distribution of these hemicelluloses can contribute to the development of more efficient biorefineries. The present provided information regarding the accumulation and eventual degradation of MLG in different sugarcane tissues during the cell differentiation process. MLG were quantified in two sugarcane hybrids. The H140 hybrid showed a reduction in MLG content with the progression of the internodes development. The H89 hybrid, however, showed a distinct pattern, with significantly reduced MLG content in the central regions of internode 1, while the rind of internodes 1 to 5 were statistically equivalent. Data obtained for MLG contents through progressive internodes development phases support that MLG can be substituted by other hemicelluloses like xylans or simply that the cell wall thickening observed along cell wall differentiation decreases the mass contribution of MLG to the whole tissues. Leaf tissues were also analyzed indicating that glucuronoarabinoxylans predominates in the hemicellulose while the MLG levels were restricted to 0.6 ± 0.1% (H89) and 0.4 ± 0.1% (H140). The same tissues contained high total glucan contents (33,7 ± 0,4 % and 35,5 ± 0,7 % for H89 and H140, respectively), despite low amounts of MLG. Immunohistochemistry and fluorescence microscopy analyzes were also performed demonstrating the suitability of the techniques for immunolocation of MLG in sugarcane tissues.

O 2,3-butanodiol é um álcool que demonstra ter um potencial para a aplicação como intermediário em vários processos químicos industriais. Esse composto é usado na síntese de 1,3-butadieno, intermediário da borracha sintética, e de diacetil, aplicado na indústria de alimentos e, ainda, como combustível para veículos automotivos. Por outro lado, também é intermediário na síntese de poliésteres biodegradáveis. A produção de 2,3-butanodiol por processos fermentativos pode ser justificada pela demanda deste composto no mercado, sobretudo em função de sua aplicabilidade como intermediário químico. A produção de 2,3-butanodiol (2,3-BD) por Klebsiella oxytoca utilizando o glicerol como fonte de carbono, demonstra ser uma vantagem sob o ponto de biotecnológico sustentável, por se tratar de um subproduto abundante obtido da produção de biodiesel. Entretanto, durante o cultivo de K. oxytoca em glicerol para a produção de 2,3-BD é preciso o controle de pH. Quando o processo é desenvolvido em frasco agitado, o controle do pH do meio torna-se complicado. Nesse sentido o objetivo do presente trabalho foi definir uma estratégia de variação controlada de pH durante o cultivo, de forma a proporcionar seu melhor desempenho possível para a produção de 2,3-BD em frascos Erlenmeyer agitados, empregando-se uma concentração inicial de substrato igual 40 g/L. Primeiramente foi realizada a montagem do sistema de controle automático de pH em frasco Erlenmeyer. O primeiro conjunto experimental consistiu em avaliar valores de pH inicial sem o controle de pH. No segundo conjunto foram avaliados valores de pH inicial com controle, mantendo o mesmo valor inicial até o final da fermentação. No terceiro conjunto foram realizados ensaios com um valor de pH inicial igual a 7. Neste caso o pH foi mantido constante a partir do instante que atingiu valores pré-determinados. Por fim, realizaram-se ensaios fermentativos em biorreator com a melhor estratégia de controle de pH. Com o primeiro conjunto experimental obteve-se a maior concentração do produto (2,71 ± g/L) empregando-se pH inicial igual a 5,5, enquanto valores de pH inicial mais altos favoreceram o crescimento celular, enquanto valores mais baixos favoreceram a formação de produto. O controle de pH da fermentação desde o início em 6,0 proporcionou melhores resultados para o rendimento e produtividade volumétrica de 2,3-BD, comparado aos demais valores (7,0; 6,5; 5,5 e 5,2), com uma produção de 3,64 ±0,00 g/L. Empregando-se 60 g/L de substrato e controle do pH em 6,0 foram obtidos 10,96 ±0,02 g/L de 2,3-BD em frasco agitado e 10,94 ±0,00 g/L em biorreator. As fermentações realizadas em frascos, aplicando-se o sistema de controle automático de pH, não apresentaram diferença significativa em relação às fermentações em biorreator, apontando a eficácia do sistema em reproduzir as condições de um biorreator, em relação ao monitoramento e ao controle do pH. 2,3-Butanediol is an alcohol that has the potential to be used as an intermediate in various industrial chemical processes. This compound is used in the synthesis of 1,3-butadiene, an intermediate of synthetic rubber, and diacetyl, used in the food industry and also as fuel for automotive vehicles. On the other hand, it is also an intermediary in the synthesis of biodegradable polyesters. The production of 2.3-butanediol by fermentative processes can be justified by the demand for this compound in the market, mainly due to its applicability as a chemical intermediate. The production of 2,3-butanediol (2,3-BD) by Klebsiella oxytoca using glycerol as a carbon source, demonstrates to be an advantage in terms of sustainable biotechnology, as it is an abundant by-product of biodiesel production. However, during the cultivation of K. oxytoca in glycerol for the 2.3-butanediol production, pH control is necessary. When the process is carried out in a shaken flask, the pH control of the medium becomes complicated. In this sense, the objective of the present work was to define a controlled pH variation strategy during cultivation, in order to provide its best possible performance for the production of 2.3-butanediol in agitated Erlenmeyer flasks, using an initial substrate concentration equal 40 g/L. First, the automatic pH control system was assembled in an Erlenmeyer flask. The first experimental set consisted of evaluating initial pH values without pH control. In the second, initial pH values with control were evaluated, maintaining the same initial value until the end of fermentation. In the third set, tests were carried out with an initial pH value equal to 7.0. In this case, the pH was kept constant from the moment it reached predetermined values. Finally, fermentative tests were carried out in a bioreactor with the best pH control strategy. With the first experimental set, the highest product concentration (2.71 ± g/L) was obtained using an initial pH equal to 5.5, while higher initial pH values favored cell growth, while lower values favored cell growth. product formation. The control of fermentation pH from the beginning at 6.0 provided better results for the yield and volumetric productivity of 2.3 butanediol, compared to the other values (7.0; 6.5; 5.5 and 5.2), with a production of 3.64 ± 0.00 g/L. Using 60 g/L of substrate and pH control at 6.0, 10.96 ± 0.02 g/L of 2.3-butanediol were obtained in a shaken flask and 10.94 ± 0.00 g/L in a bioreactor. The fermentations carried out in flasks using the automatic pH control system did not show any significant difference in relation to fermentations in a bioreactor, pointing out the system\'s effectiveness in reproducing the conditions of a bioreactor, in relation to pH control.

No presente estudo foi avaliada a influência do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) e da concentração inicial de substrato (S0) sobre a produção de carotenoides e lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis NRRL Y-12905 em frascos agitados e biorreatores de bancada. Na etapa inicial deste estudo buscou-se estabelecer um modelo capaz de descrever o comportamento do kLa em frascos Erlenmeyers agitados, em função da frequência de agitação, razão VFrasco/VMeio e S0. Nesta etapa verificou-se que o kLa foi dependente da frequência de agitação, da razão VFrasco/VMeio, bem como de sua interação, verificou-se ainda que o maior valor de kLa obtido foi de 47 h-1. Na segunda etapa do estudo foi avaliada a influência do kLa e de S0 sobre o cultivo da levedura em frascos agitados, tendo como respostas as concentrações de células, carotenoides e lipídeos. Os modelos obtidos apresentaram um comportamento linear, tendo o aumento das variáveis um efeito positivo sobre as respostas. Desta forma, as máximas concentração de células (33,4 g/L), carotenoides (1,97 mg/L) e lipídeos (8,0 g/L), forma alcançadas nos níveis mais elevados de S0 (120 g/L) e kLa (40 h-1). A terceira etapa do trabalho consistiu na seleção de um biorreator capaz de possibilitar maiores transferências de oxigênio que as alcançadas em frascos agitados. Foram avaliados dois tipos de biorreatores (Coluna de Bolhas e Air-lift) e duas porosidades de dispersores de ar (2,0 ou 200 μm). Nesta etapa, foram selecionados o reator Coluna de Bolhas e o dispersor de 2,0 m, uma vez que tal conjunto possibilitou alcançar os maiores valores de kLa (cerca de 160 h-1). Na etapa final do trabalho foi realizado um estudo visando avaliar a influência do kLa (75 a 175 h-1) e de S0 (70 a 250 g/L), sobre a concentração de células, carotenoides e lipídeos. Os ensaios foram realizados segundo um planejamento experimental 22 com face centrada e repetições no ponto central. Os cultivos foram conduzidos em biorreatores do tipo Coluna de Bolhas, com capacidade de 500 mL, equipados com dispersor 2,0 μm. Nesta etapa verificou-se que, dentro da região de variação estudada, a concentração celular e de lipídeos foram favorecidas pelo aumento do kLa e S0, e a concentração de carotenoides apresentou um ponto de máxima (6 mg/L ) para o kLa de 175 h-1 e S0 de 160 g/L. Os modelos foram então utilizados a fim de se estabelecer condições de cultivo que possibilitassem maximizar a produção de lipídeos, minimizando o kLa (vazão de aeração) e a concentração inicial de substrato. Os modelos apontaram que tal condição poderia ser obtida em cultivos realizados com kLa de 125 h-1 e S0 de 230 g/L, sendo estimada para esta condição concentrações de células, carotenoides e lipídeos de 18 ± 2 g/L, 4 ± 2 mg/L e 11 ± 3 g/L, respectivamente, após 120 h de cultivo. No ensaio de confirmação, foram alcançadas concentrações de células (22 ± 1 g/L), carotenoides (3,5 ± 0,3 mg/L) e lipídeos (11 ± 1 g/L) dentro do previsto, validando assim os modelos. Os resultados deste estudo mostraram que o estabelecimento de modelos representa uma importante ferramenta para a produção simultânea de lipídeos e carotenoides. In the present study, the influence of the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) and the initial substrate concentration (S0) on the production of carotenoids and lipids by the yeast Rhodotorula glutinis NRRL Y-12905 in shaken flasks and bench bioreactors was evaluated. In the initial stage of this study, it was sought to establish a model capable of describing the behavior of kLa in agitated Erlenmeyer flasks, as a function of the agitation frequency, VFlask/VMedium ratio and S0. In this step it was found that kLa was dependent of the agitation frequency, the VFlask/VMedium ratio, as well as its interaction, it was also found that the highest kLa obtained was 47 h- 1. In the second stage of the study the influence of kLa and S0 on the cultivation of yeast in shaken flasks was evaluated, based on the responses concentrations of cells, carotenoids and lipids. The models obtained showed a linear behavior, with the increase in variables having a positive effect on responses. Thus, the maximum concentration of cells (33.4 g/L), carotenoids (1.97 mg/L) and lipids (8.0 g/L), were reached at the highest levels of S0 (120 g/L) and kLa (40 h-1). The third stage of the work consisted in the selection of a bioreactor capable of enabling greater oxygen transfer coefficient than those achieved in shaken flasks. Two models of bioreactors (Bubble Column and Air-lift) and two spargers porosity (2.0 or 200 μm) were evaluated. In this stage, the Bubble Column reactor and the 2.0 m sparger were selected, since these set made possible to achieve the highest kLa values (about 160 h-1). In the final stage of the work, a study was carried out to evaluate the influence of kLa (75 to 175 h-1) and S0 (70 to 250 g/L), on the concentration of cells, carotenoids and lipids. The tests were performed according to an experimental design 22 with centered face and repetitions at the central point. The cultures were carried out in bubble column bioreactors, with a capacity of 500 mL, equipped with a 2.0 μm sparger. At this stage it was found that, within the region of variation studied, the cell and lipid concentration were favored by the increase in kLa and S0, and the carotenoid concentration showed a maximum point (6 mg/L) for 175 h-1 kLa and 160 g/L S0. The models were then used in order to establish culture conditions that would make possible to maximize the production of lipids, minimizing the kLa (aeration flow) and the initial substrate concentration. The models pointed out that this condition could be obtained in cultures carried out with 125 h-1 kLa and 230 g/L S0, with an estimated cell, lipid and carotenoid concentration of 18 ± 2 g/L, 11 ± 3 g/L and 4 ± 2 mg/L respectively, for this condition after 120 h of culture. In the confirmation assay, concentrations of cells (22 ± 1 g/L), carotenoids (3.5 ± 0.3 mg/L) and lipids (11 ± 1 g/L) were reached within the predicted condition, thus validating the models. The results of this study showed that the establishment of models represents an important tool for the simultaneous production of lipids and carotenoids.

A tecnologia de lodos granulares é utilizada em condições anaeróbias, e mais recentemente em condições aeróbias, principalmente em reatores de batelada sequencial. O lodo aeróbio granular é classificado como um caso especial de biofilme onde a união de células é formada em uma estrutura estável, continua e composta por associações multicelulares sob condições fisiológicas específicas. Sua composição é definida como um consórcio de diferentes variedades de bactérias contendo milhões de unidades por grama de biomassa, que não coagulam em reduzidas forças hidrodinâmicas. Diferentemente do lodo ativado, apresenta estrutura densa e forte, dotado de diferentes taxas de difusão de oxigênio no interior de sua estrutura. Estas características representam, principalmente, uma ótima capacidade de sedimentação e a possibilidade de diversos processos metabólicos ocorrerem em um único reator. No presente estudo, buscou-se o desenvolvimento de sistemas de reatores de batelada sequencial (RBS1 e RBS2) em nível laboratorial para aplicação desta tecnologia na estação de tratamento de esgoto da Escola de Engenharia de Lorena - USP. Inicialmente, foi utilizado substrato sintético, a fim de observar, de forma preliminar, as condições operacionais e as primeiras transformações do inóculo, de forma flocular, proveniente de sistema de lodos ativados em relação aos processos de granulação. Em experimento com efluente real, optou-se pela utilização da fração líquida de esterco da atividade leiteira. O planejamento do experimento foi baseado na diminuição do tempo de sedimentação no ciclo de um reator de batelada sequencial ao longo de suas fases. Isso representou um aumento na pressão de seleção de biomassa densa e com alta velocidade de sedimentação. As taxas de retenção hidráulica dos dois reatores (RBS1 e RBS2) foram inicialmente de 12 e 24 horas, respectivamente. A duração do experimento foi de 2 meses de aclimatação, sem a utilização de inóculo, com Vs(min) variando de 1m/h até 2,5m/h e 3 meses de operação com Vs(min) de 3,75 m.h-1, 5 m.h-1 e 7,5 m.h-1. Foi realizado o acompanhamento de análises físicas e químicas dos dois reatores. O processo de granulação foi realizado com sucesso no RBS2 no segundo mês de operação, apresentando dominância no reator de biomassa granular de até 1,5 mm a partir da sétima semana. Foi observado a diminiuição da porção orgânica na biomassa granular no RBS2 em relação a biomassa flocular no RBS1. Os ensaios de toxicidade utilizando o organismo Daphnia similis indicaram alta toxicidade aguda do efluente bruto preparado a partir de alta diluição de esterco bovino. Os tratamentos realizados pelos dois reatores reduziram o CE50 (%), porém os efluentes tratados não reduziram sua classificação toxicológica de acordo com a unidade tóxica. Abstract. The granular sludge technology is used in anaerobic conditions, through UASB reactors, and more recently in aerobic conditions, mainly in batch reactors. Granular aerobic sludge is classified as a special case of biofilm where the union of cells to form a stable, continuous structure and composed of multicellular associations under specific physiological conditions. Its composition is defined as a package of consortia of different bacterial strains containing millions of units per gram of biomass that do not coagulate in reduced hydrodynamic forces . Unlike activated sludge, presents a regular structure, dense and strong, with different rates of oxygen diffusion within its structure. These characteristics represents, mainly, an excellent sedimentation capacity and possibility of several metabolic processes in a single reactor. In the present study, a systems of sequence batch reactors (RBS1 and RBS2) were developed at the laboratory level for the application of this technology in the sewage treatment plant of the Lorena Engineering School of the Universisty of São Paulo. Initially, preliminary studies with synthetic substrates was realized to observe the operational conditions of the reactor and the first transformations of the inoculated activated sludge in relation to the granulation process. In the experiment with real effluent, it was decided to use the liquid fraction of dairy manure. The design of the experiment was based on the reduction of the sedimentation time along its phases in the cycle of a sequential batch reactor. This represents an increase in dense biomass selection pressure with a high sedimentation rate. The hydraulic retention rate of the two reactors (RBS1 and RBS2) were initially 12 and 24 hours, respectively. The duration of the experiment was 2 months of acclimatization, without use of inoculation, with Vs(min) ranging from 1m/h to 2.5m/h and 3 months of operation with (Vs) min of 3.75m/h, 5m/h and 7.5m/h. respectively. Physical and chemical analysis of both reactors was performed. The granulation process was successfully performed at RBS2 in the second month of operation, showing dominance in the granular biomass reactor up to 1.5mm from the seventh week. An increase of the inorganic portion in granular biomass present in RBS2 was observed in relation to flocular biomass in RBS1. Toxicity tests using Daphnia similis indicated high acute toxicity of crude effluent prepared from high dilution of cattle manure. The treatments performed by both reactors reduced the EC50 (%), but the treated effluents did not reduce their toxicological classification The treatments performed by both reactors reduced the EC50 (%), but the treated effluents did not reduce their toxicological classification according to the toxic unit.

Subprodutos provenientes de biomassas lignocelulósicas contém composição química rica em açúcares, os quais podem ser aproveitados em diferentes processos fermentativos, como na produção biotecnológica de xilitol, um importante insumo para os segmentos industriais alimentício, farmacêutico e odontológico. A despolimerização da parede celular vegetal é uma etapa importante para o aproveitamento destas biomassas em bioprocessos, como para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, que tem a hidrólise ácido diluído como um dos principais métodos utilizados. Entretanto, além da solubilização dos açúcares, ocorre a liberação e formação de compostos tóxicos aos microrganismos, principalmente compostos fenólicos. Frente a este problema, metodologias de destoxificação dos hidrolisados vem sendo estudadas, de forma a se obter um método mais econômico, sustentável e rentável. Assim sendo, este trabalho tem o objetivo de aproveitar a biomassa seca de Candida guilliermondii FTI 20037 proveniente da bioprodução de xilitol, como agente destoxificante do hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar. Aproveitou-se a biomassa da levedura proveniente do cultivo em hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar (1:1) suplementado com nutrientes. Esta biomassa foi autoclavada, seca em estufa a 90°C até peso constante, triturada em gral com pistilo, e empregada na destoxificação do hidrolisado hemicelulósico. Foi empregado planejamento fatorial 24 com triplicata no ponto central, sendo as variáveis avaliadas o pH do hidrolisado, proporção entre a biomassa seca e hidrolisado, tempo de contato e temperatura. Como experimento controle empregou-se a destoxificação com carvão vegetal ativado. Observou-se que o tratamento do hidrolisado com biomassa seca de C. guilliermondii no HHBP reduziu o teor dos compostos tóxicos avaliados, principalmente de compostos fenólicos. Neste caso, a máxima remoção com a biomassa seca foi de 27%, enquanto que com o carvão, esta foi de 40,3%. Ambos procedimentos levaram a uma pequena perda dos açúcares xilose, glicose e arabinose. A condição de destoxificação com a biomassa seca estabelecida no planejamento fatorial que se verificou maior remoção de fenólicos foi empregada para a avaliação da produção de xilitol. Verificou-se que o máximo consumo de xilose (89%) ocorreu com o uso do carvão, enquanto que para a biomassa seca foi de 80,2%. Porém, o fator de conversão de xilose a xilitol foi favorecido com o uso de biomassa seca, enquanto a produtividade volumétrica de xilitol foi favorecida pelo uso do carvão. Estes resultados obtidos são promissores quanto a possibilidade de ser estabelecido um método alternativo de destoxificação de hidrolisados provenientes de biomassas vegetais, a partir do aproveitamento da biomassa microbiana residual do processo fermentativo da produção de xilitol. By-products from lignocellulosic biomass contain a chemical composition rich in sugars, which can be used in different fermentation processes, as in the biotechnological production of xylitol, an important input for the food, pharmaceutical and dental industries. The depolymerization of the plant cell wall is an important step for the utilization of these biomasses in fermentative bioprocesses, such as to obtain the hemicellulosic hydrolysate, which has dilute acid hydrolysis as one of the main methods used. However, besides the solubilization of sugars, this method releases and make toxic compounds to microorganisms, mostly phenolic compounds. In view of this problem, methodologies for detoxification of hydrolysate have been studied in order to obtain a more economical, sustainable and profitable method. Therefore, this work aims to take advantage of the dried biomass of Candida guilliermondii FTI 20037 derived from the bioproduction of xylitol as a detoxifying agent of the hemicellulosic hydrolysate of the sugarcane bagasse and straw (HHSBS) mixture. The yeast biomass cultivated on the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse and straw mixture (1:1) and supplemented with nutrients was used. This biomass was autoclaved, oven dried at 90 °C until constant weight, ground with mortar and pestle, and used on detoxification of the hemicellulosic hydrolysate, by a 24 factorial design with triplicate at the central point. The variables evaluated were pH of HHSBS, ratio between dry biomass and HHSBS, time of contact and temperature. The control experiment was the hydrolysate detoxification by activated charcoal. It was observed that the use of dried biomass of C. guilliermondii in HHSBS reduced the content of all toxic compounds evaluated, mainly phenolic compounds. The phenolic compounds maximum removal by using dried biomass was 27%, although the use of activated charcoal removed 40.3%. Both procedures led to a small loss of sugars (xylose, glucose and arabinose). The condition removed the highest phenolic content was submitted to the fermentability test, aiming the production of xylitol. It was verified that the highest consumption of xylose (89%) occurred with the use of charcoal, whereas for the dried biomass it was 80.2%. However, the conversion factor of xylose to xylitol was favored using dried biomass, while the volumetric productivity of xylitol was favored by using charcoal. The results obtained are promising to establish an alternative method for detoxification of hemicellulosic hydrolysates by using residual microbial biomass from the fermentation process of xylitol production.

O glicerol pode ser aproveitado em processos biotecnológico como substrato, para a obtenção de diversos produtos, dentre eles os óleos microbianos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a obtenção de lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis a partir de glicerol. Na etapa inicial deste estudo foram realizados ensaios em frascos agitados de 250 mL, contendo 50 mL de meio, segundo um planejamento experimental 24, com face centrada e repetições no ponto central, no qual foram avaliadas as influências das variáveis concentração de substrato (40 a 200 g/L), da razão carbono/nitrogênio (20:1 a 100:1), pH (5 a 7) e concentração de inóculo (1 a 5 g/L), sobre a produção de lipídeos. Verificou-se nesta etapa que, dentro da região avaliada, a concentração de substrato, o pH e a razão carbono/nitrogênio (C/N), apresentaram efeitos estatisticamente significativos sobre a produção de lipídeos. Dentre estas variáveis, a concentração de substrato e o pH apresentaram comportamento quadrático, com pontos de máximo acúmulo de lipídeos próximos a 140 g/L e pH 6,5, respectivamente. Quanto a razão C/N, esta variável mostrou um efeito positivo sobre o acúmulo de lipídeos, ou seja, dentro a região avaliada, o aumento da razão C/N levou a um aumento do acúmulo de lipídeos pela levedura. Nos cultivos realizados nas condições determinadas pelo modelo para maximizar o acúmulo de lipídeos foram alcançadas concentrações de células de 30 ± 1 g/L e lipídios de 15 ± 3 g/L, em 200 h de cultivo. Na segunda etapa deste estudo foi avaliada a ampliação de escala dos cultivos da levedura de frascos agitados para biorreatores de agitação pneumática do tipo coluna de bolhas (CB) e airlift (AL), com volumes de 0,5 e 1,8 L. Os cultivos em biorreatores foram realizados empregando-se as condições otimizadas na etapa anterior deste trabalho. De modo geral, os cultivos realizados em biorreatores de bancada aprestaram concentração de células (15 a 21 g/L) e de lipídeos (5 a 9 g/L), inferiores aos observados em frascos agitados (30 g/L de células e 15 g/L de lipídeos). Tal resultado pode estar relacionado a condição de disponibilidade de oxigênio uma vez que o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) para os cultivos em frascos agitados (kLa 49 h-1) foi superior ao alcançado em biorreatores (kLa ente 20 e 30 h-1). Nesta etapa, verificou-se ainda que, os biorreatores do tipo CB possibilitaram alcançar uma concentração de lipídeos (8 a 9 g/L) superior à obtida nos reatores AL (5 a 7 g/L), além de proporcionar uma condição de mistura mais eficiente. Quanto a composição do óleo microbiano (OM) extraído da biomassa celular ao fim do cultivo, verificou-se elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais corresponderam a cerca de 95% de sua composição. A proporção de ácidos graxos de dezesseis e dezoito carbonos do óleo microbiano assemelha-se a encontrada no óleo de soja (cerca de 94% de C16 e C18), o que possibilita o emprego deste óleo para finalidades semelhantes às do óleo de soja, como por exemplo, produção de biodiesel. Glycerol can be used in biotechnological processes as a substrate to obtain various products, among them microbial oils. In this way, the present study aims to evaluate the lipids production by the yeast Rhodotorula glutinis from glycerol. In the initial stage of this study, experiments were performed in 250 mL shaken flasks, containing 50 mL of medium, according to an experimental design 24, face centered and repetitions at the central point, in which the substrate concentration (40 to 200 g/L), carbon/nitrogen ratio (20:1 to 100:1), pH (5 to 7) and inoculum concentration (1 to 5 g/L) effects on lipid production were evaluated. It was verified that, within the evaluated region, the substrate concentration, pH and carbon/nitrogen ratio (C/N) had statistically significant effects on lipid production. Among these variables, the substrate concentration and pH presented a quadratic behavior, with maximum lipids accumulation points close to 140 g/L and pH 6.5, respectively. The C/N ratio presented a positive effect on the lipid accumulation, that is, within the region evaluated, the increase in the C/N ratio led to an increase in the lipid accumulation by yeast. Cultures performed under conditions determined by the model to maximize lipid accumulation reached cell concentrations of 30 ± 1 g/L and lipids of 15 ± 3 g/L in 200 h of culture. In the second stage of this study, the scale-up of the yeast shake flasks cultures for bubble column (CB) and airlift (AL) pneumatic agitation bioreactors, with volumes of 0.5 and 1.8 L, were evaluated. Cultures in bioreactors were performed using the optimized conditions in the previous stage of this work. In general, cultures in bioreactors presented cells concentrations (15 to 21 g / L) and lipids (5 to 9 g/L) lower than those observed in shaker flasks (30 g/L of cells and 15 g/L of lipid). This result may be related to the oxygen availability condition since the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) for cultures in shaker flasks (kLa 49 h-1) was higher than in bioreactors (kLa 20 and 30 h-1). In this stage, it was also verified that CB-type bioreactors achieve a lipid concentration (8 to 9 g/L) higher than that obtained in AL reactors (5 to 7 g/L), besides providing more efficient mixing conditions. About the composition of the microbial oil (MO), extracted from the cell biomass at the end of the cultivation, presented high levels of palmitic (C16: 0), stearic (C18: 0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which corresponded to about 95% of its composition. The proportion of microbial oil fatty acids of sixteen and eighteen carbons resembles that found in soybean oil (about 94% C16 and C18), which makes it possible to use this oil for similar purposes as soybean oil, such as biodiesel production, for example.

O presente trabalho teve como objetivo o aproveitamento do hidrolisado de cascas de mandioca para produção de pigmentos carotenoides. Para isso, foi realizado o isolamento de leveduras provenientes da Região Amazônica, caracterização das cascas de mandioca e obtenção dos hidrolisados por via ácida (HA) e enzimática (HE). Por fim, foram avaliados o efeito da relação C:N e da luminosidade sobre a produção de carotenoides pelas leveduras previamente selecionadas nos hidrolisados. Os extratos carotenogênicos foram caracterizados quanto ao potencial anti-oxidante e antimicrobiano, sendo ainda avaliado o uso da biomassa seca como agente pigmentante em um material polimérico. Foram isoladas sete colônias pigmentadas (4 do solo, 2 de água e 1 de fruto), as quais foram identificadas como pertencentes ao gênero Rhodotorula. Com relação as cascas de mandioca, o principal componente em % m/m foi o amido (71,0), seguido da lignina (13,0), glucana (4,6), xilana (2,4), cinzas (2,6) e extrativos (4,6). Na melhor condição de hidrólise ácida (1% H2SO4, 10% sólidos, 120 min), foi obtido 48 g/L de glicose, o que correspondeu a uma eficiência de 67%. Já para a hidrólise enzimática (3000 U Termamyl 2X, 240 U AMG XXL, 14% sólidos, 65 min) obtevese 80,8 g/L de glicose, correspondendo a uma eficiência de 79,5%. Nas condições de cultivo empregando HA ou HE contendo cerca de 50,0 g/L de glicose sem qualquer suplementação (pH inicial 6,0, temperatura de 30ºC, agitação de 200rpm e na presença de luminosidade) foi possível selecionar a cepa Rh S2 no HA e a Rh RNA no HE, as quais apresentaram, respectivamente (12,7 g/L e 7,6 mg/L) e (22,8 g/L e 11,2 mg/L) de biomassa e carotenoides totais. O maior potencial antioxidante foi obtido com a cepa Rh S2 que apresentou cerca de 30% de redução do radical DPPH sendo que ambos extratos apresentaram ação anti-microbiana frente à Escherichia coli e Aspergillus fumigatus. Quanto as propriedades mecânicas do compósito formulado com a biomassa seca da cepa Rh S2, ficou demonstrada a possibilidade do uso desta biomassa como agente pigmentante em resinas poliméricas. Estes resultados revelam o grande potencial das leveduras selecionadas para a produção de carotenoides a partir de um subproduto da agroindústria, ressaltando ainda suas importantes propriedades biológicas e de pigmentação, as quais poderão ser exploradas em diferentes aplicações. The present work had as objective the utilization of the hydrolyzate of cassava peels for the production of carotenoid pigments. For this, the yeast from the Amazon region was isolated, characterizing the cassava peels and acid hydrolysates (HA) and enzymatic (HE). Finally, the effect of the C: N ratio and the luminosity on carotenoid production by the selected yeasts in the hydrolysates were evaluated. Carotenogens extracts are characterized as antioxidant and antimicrobial potential, and the use of dry biomass as a pigment agent in a polymeric material is also evaluated. Seven pigmented colonies (4 soil, 2 water and 1 fruit) were isolated, as were the communities as individuals belonging to the genus Rhodotorula. Compared with cassava peels, the main component in% by weight of starch (71.0), followed by lignin (13.0), glucan (4.6), xylan (2.4), ashes (26) and extractives (4.6). The acid hydrolysis condition (1% H2 SO4, 10% solids, 120 min) was 48 g/L glucose, corresponding to an efficiency of 67%. Already for an enzymatic hydration (3000 U Termamyl 2X, 240 U AMG XXL, 14% solids, 65 min), 80.8 g/L of glucose was obtained, corresponding to an efficiency of 79.5%. In the ingestion conditions using HA or HE of about 50.0 g/L of glucose without any supplement (initial pH 6.0, temperature of 30 ° C, agitation of the presence light) it was possible to select the strain Rh S2 in HA and Rh RNA is not HE, as it is today (12.7 g/L and 7.6 mg/L) and (22.8 g/L and 11.2 mg/L) biomass and total carotenoids. The highest antioxidante potential was obtained with the Rh S2 protein which had about 30% reduction of the DPPH radical, with both extracts being moved against the microbiota against Escherichia coli and Aspergillus fumigatus. Regarding the mechanical properties of the compound formulated with a dry biomass of the strain Rh S2, the possibility of the use of this biomass as pigment agent in polymer resins has been demonstrated. This research was useful to increase the potential of selected yeasts for the production of carotenoids from a by-product of agroindustry, highlighting their historical and pigmentation characteristics, such as the ports explored in different applications.

A biomassa lignocelulósica, como o bagaço de cana-de-açúcar, tem potencial para ser usado como matéria-prima na fabricação de produtos de valor agregado, uma vez que, seus componentes estruturais podem ser separados através de pré-tratamentos e utilizados em linhas de processos. Diferentes tipos de pré-tratamentos tem sido desenvolvidos com este objetivo, e neste contexto, foi proposto um tratamento sequencial químico-enzimático (SQE) do bagaço de cana-de-açúcar com três estágios; 1) Extração alcalina a frio (CAE): realizado com 10% (m/m) de NaOH por 30 min a 25ºC, 2) Pré-tratamento sulfito alcalino em etanol (ASE): realizado com 2,5% (m/m) de NaOH e 5% (m/m) de Na2SO3 em etanol (30 %v/v), por 2 h a 120ºC e 3) Extração enzimática da hemicelulose residual (EEH): conduzida com extrato comercial de xilanase (Luminase) a 5UI/g de biomassa em tampão fosfato de sódio 50 mM, pH 8 a 50ºC, por 6 horas e 24 horas. O tratamento SQE permitiu a solubilização de 48% e 60% da hemicelulose e 86% e 84% da lignina original do bagaço, diferenças obtidas em função do tempo de extração enzimática de 6 e 24 horas, respectivamente. Os sólidos resultantes da segunda etapa do pré-tratamento (polpa-P2) e da terceira etapa (polpa-P3) foram hidrolisados com o coquetel enzimático Cellic Ctec2 (10 FPU/g de glucana) por 48h a 50ºC, pH 4,8, nas consistências de 5%, 10% e 15% m/v. A extração enzimática de hemiceluloses (terceira etapa do tratamento SQE) da polpa-P2 não contribuiu com a hidrólise de celulose. Na consistência de 5%, as polpas P2 e P3 apresentaram 95 e 94% de conversão de celulose em 24h, valores similares foram obtidos para as polpas na consistência de 10%, porém em 48h de reação. A conversão de celulose das polpas P2 e P3 em 48h, a 15% de consistência, diminuiu para 84% e 81%, respectivamente. A polpa P3, proveniente da extração enzimática das hemiceluloses por 24h, apresentou um menor valor de conversão de celulose (74%), a 15% de consistência, evidenciando-se o efeito negativo da extração adicional de hemicelulose sobre a hidrólise da celulose. Embora não tenham sido observadas diferenças significativas nas porcentagens de conversão de celulose nas polpas P2 e P3, a implementação das três etapas de pré-tratamentos possibilitou a obtenção de duas frações diferentes de hemiceluloses, que foram recuperadas por precipitação com etanol, cada uma delas com características e aplicações potenciais diferentes. A composição química das hemiceluloses extraídas do bagaço de cana as define como arabinoxilana. As condições operacionais utilizadas na primeira etapa (CAE) do tratamento SQE gerou xilanas com maiores massas molares (34.598 g/mol) e mais contaminadas com lignina (18%) comparadas às xilanas recuperadas na terceira etapa (EEH), que apresentaram massas molares entre 9.948-11.678g/mol com 1,5- 3,5% de lignina. Nestas últimas foram identificados a presença de xilooligossacarideos (XOS) como xilotriose (X3), xilotetraose (X4) e xilopentaose (X5). Lignocellulosic biomass such as sugarcane bagasse has the potential to be used as raw material in the manufacture of value-added products, since its structural components can be separated through pre-treatments and used in process lines. Different types of pretreatments have been developed with this objective, and in this context, a sequential chemical-enzymatic treatment (SQE) of three-stage sugarcane bagasse was proposed. 1) Cold alkaline extraction (CAE): performed with 10% (w/w) NaOH for 30 min at 25ºC, 2) Alkaline sulfite etanol pre-treatment (ASE): performed with 2.5% (w/w) NaOH and 5% (w/w) Na2SO3 in ethanol (30% v/v) for 2h at 120ºC and 3) Enzymatic extraction of residual hemicellulose (EEH): Conducted with commercial extract of xylanase (Luminase) at 5UI/g biomass in 50mM sodium phosphate buffer, pH 8 at 50ºC, for 6h and 24h. The SQE treatment allowed the solubilization of 48% and 60% of the hemicellulose and 86% and 84% of the original bagasse lignin, differences obtained as a function of the enzymatic extraction time of 6 and 24 hours, respectively. The solids resulting from the second stage (pulp P2) and the third stage (pulp P3) of the pretreatment were hydrolyzed with the enzymatic cocktail Cellic Ctec2 (10FPU/g glucan) for 48h at 50ºC pH 4.8, in the consistencies of 5%, 10% and 15% m/v. The enzymatic extraction of hemicelluloses (third stage of the treatment SQA) of the pulp-P2 did not contribute to the hydrolysis of cellulose. At the consistency of 5%, pulps P2 and P3 presented 95 and 94% of cellulose conversion in 24h, similar values were obtained for those pulps in the consistency of 10%, but in 48h of reaction. The cellulose conversion of pulps P2 and P3 in 48h, at 15% consistency decreased to 84% and 81%, respectively. The pulp P3, from the enzymatic extraction of the hemicelluloses for 24h, presented a lower value of cellulose conversion (74%), at 15% of consistency, evidencing the negative effect of the additional extraction of hemicellulose on the hydrolysis of cellulose. Although no significant differences were observed in the cellulose conversion percentages in the P2 and P3 pulps, the implementation of the three pretreatment steps allowed two different fractions of hemicelluloses to be obtained, which were recovered by precipitation with ethanol, each with characteristics and potential applications. The chemical composition of the hemicelluloses extracted from the sugarcane bagasse describes them as arabinoxylan. The operating conditions used in the first stage (CAE) of the SQE treatment generated xylans with higher molar masses (34,598 g/mol) and more lignin contaminants (18%) compared to the third stage (EEH) recovered xylans, which presented molar masses between 9,948-11,678g/mol with 1.5-3.5% lignin. In the latter, the presence of xylo-oligosaccharides (XOS) such as xylotriose (X3), xylotetraose (X4) and xylopentaose (X5) were identified.

Neste trabalho, foi realizada a caracterização de ligninas de palha de cana-de-açúcar. O isolamento das ligninas se deu por acidólise branda e por polpação soda, precedida ou não por pré-tratamento com ácido diluído ou por explosão a vapor. A palha de cana e as ligninas foram caracterizadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), Espectrometrias no Infravermelho (FT-IR) e no Ultravioleta (UV), por Ressonância Magnética Nuclear de Prótons (1H RMN), Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimétrica (DSC), Análise Elementar e de Poder Calorífico Superior (PCS). A lignina técnica isolada por acidólise branda apresentou fórmula C9Har2,31Hal4,14O1,27(OH)ph0,58(OH)al1,19(OCH3)1,11 e relação H:G:S de 1 : 3,22 : 3,68, com 20% de condensação e massa molar média de 1908 Da. A cinética de termodegradação dessa lignina em atmosfera inerte se deu com energia de ativação de 13,90 kJ.mol-1, constante pré-exponencial 0,4799 min-1 e 42% em massa de carvão residual. Foram determinados, ainda, o coeficiente de extinção a 280 nm de 26,03 L.g-1 e o Poder Calorífico Superior de 23,72 kJ.g-1. A partir das informações obtidas em todas as análises, foi proposta uma estrutura para esta lignina. A deslignificação via polpação soda mostrou-se eficiente na remoção de lignina da matriz e foi verificado que, durante o processo, ocorre o rompimento de ligações entre a lignina e carboidratos, entretanto, algumas dessas ligações não são rompidas e o resíduo do processo, denominado lignina, contêm cerca de 17% carboidratos. A lignina soda apresentou poder calorífico superior de 25,14 kJ.g-1, 36% em massa de carvão residual e cinética de termodegradação com energia de ativação de 12,73 kJ.mol-1 e k0=0,4195 min-1. Foi verificado que as polpas soda que sofreram pré-tratamentos apresentaram um menor teor de lignina e maior solubilização de hemiceluloses. Estes tratamentos se mostraram eficientes na hidrólise dos complexos lignina-carboidrato e a ligninas obtidas apresentaram os menores teores de carboidrato residual e características estruturais diferentes das demais, mostrando-se mais condensadas em função das reações que ocorrem em meio ácido. Os coeficientes de extinção a 280 nm foram iguais a 24,2 L.g-1 e 23,3 L.g-1, respectivamente para as ligninas de explosão a vapor e pré-tratamento ácido e suas fórmulas estruturais determinadas por 1H RMN foram, respectivamente, C9Har1,59Hal4,12O0,84(OH)ph0,61(OH)al0,88(OCH3)1,51 e C9Har2,12Hal4,23O1,64(OH)ph0,83(OH)al0,58(OCH3)1,10. In this work, the characterisation of lignins of sugarcane straw was made. The lignins were isolated by moderate acidolysis and soda process, preceded or not by either diluted acid or steam explosion pretreatments. The sugarcane straw and the lignins were characterised by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Infrared (FT-IR) and Ultraviolet (UV) Spectrometry, Proton Nuclear Magnetic Resonance (H1-RMN), Gel Permeation Chromatography (GPC), Thermogravimetrica analysis (TGA) and Differential Scattering Calormietry (DSC), Elemental Analysis and Heat Power (HP). The technical lignin isolated by moderate acidolysis has the formula C9Har2.31Hal4.14O1.27(OH)ph0.58(OH)al1.19(OCH3)1.11, H:G:S ratio of 1 : 3.22 : 3.68, is 20% condensed and its avarage molecular weight is 1908 Da. The thermal degradation kinetics analysis of this lignin in inert atmosphere was carried out, the results obtained were: activation energy of 13.80 kJ.mol-1, pre-exponential constant of 0.4799 min-1 and 42% residual char. The extinction coefficient obtained at 280 nm was 26.03 L.g-1 and the heat power 23.72 kJ.g-1. A structure was proposed for this lignin based on all the information obtained from these analyses. The delignification via soda process was efficient at removing lignin; during the process, the breaking of bonds between the lignin and carbohydrates was noticed, nevertheless, some of these bonds were not broken and the process residue, hereinafter called lignin, contains about 17% carbohydrates. The soda lignin has heat power of 25.14 kJ.g-1, 36% residual char and the thermal degradation kinetics ocurred with activation energy of 12.73 kJ.mol-1 and k0=0.4195 min-1. It was found that pretreated soda pulps have a lower lignin content and higher solubilisation of complexes, the lignins obtained had the lowest residual carbohydrates contents and different structural features from the untreated ones, being more condensed due to the reactions that occur in acid medium. The extinction coefficients at 280 nm obtained are 24.2 L.g-1 and 23.3 L.g-1, the structural formulas determined by 1H RMN are C9Har1.59Hal4.12O0.84(OH)ph0.61(OH)al0.88(OCH3)1.51 and C9Har2.12Hal4.23O1.64(OH)ph0.83(OH)al0.58(OCH3)1.10 for the steam explosion and acid pretreatment lignins, respectively.

Atualmente há uma busca crescente por fontes energéticas renováveis motivada principalmente por razões ambientais e estratégicas, tais como o acúmulo de poluentes na atmosfera decorrente do uso de combustíveis fósseis e a diminuição de suas reservas. O biodiesel tem atraído atenção cada vez maior por sua capacidade em substituir o diesel do petróleo. A maior parte do biodiesel produzido utiliza como matéria-prima os óleos vegetais, os quais apresentam como principais desvantagens a sazonalidade na produção devido aos períodos de safra e a competição no uso de terras agrícolas com a produção de alimentos. Uma alternativa capaz de possibilitar a redução do uso de óleos vegetais são os óleos microbianos, como os produzidos por microalgas, fungos e leveduras. Os lipídeos produzidos por leveduras constituem uma fonte interessante de matéria-prima renovável para a produção de biocombustíveis, pois é independente das mudanças climáticas e sazonalidade, como as culturas vegetais. Desta forma, o presente trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para produção de óleos microbianos em cultivos heterotróficos. Neste sentido foram desenvolvidos estudos buscando selecionar leveduras capazes de produzir lipídeos tendo glicerol como substrato, bem como estabelecer as condições de cultivo mais favoráveis para a produção e acúmulo de lipídeos pela levedura selecionada. Para a seleção de microrganismos foram realizados ensaios visando comparar cinco diferentes leveduras (Cryptococcus curvatus Y -1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y- 12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 e Rhodotorula mucilaginosa Y-27053), neste estudo verificou-se que as cinco leveduras avaliadas foram capazes de consumir substrato, crescer e produzir lipídeos durante os cultivos. Dentre as leveduras avaliadas a Rhodotorula glutinis Y- 12905 e Cryptococcus curvatus Y -1511 foram as que apresentaram as maiores produtividades volumétricas em lipídeos, alcançando valores entre 0,20 e 0,23 g/L.dia, respectivamente. Quanto à capacidade de consumo de substrato a R. glutinis se destacou em relação as demais leveduras tendo sido capaz de consumir cerca de 59% do glicerol após 120 horas de cultivo, consumo este que representa quase duas vezes o valor alcançado pela C. curvatus, que apresentou o segundo maior consumo de substrato. Devido a sua elevada capacidade de assimilação de glicerol e apresentando uma das maiores produtividades volumétricas de lipídeos entre as leveduras avaliadas a levedura Rhodotorula glutinis foi considerada como uma das mais promissoras para a obtenção de óleos microbianos empregando glicerol como substrato. Nos ensaios realizados com diferentes agitações e razões de volume de frasco por volume de meio verificou-se que quanto maior a disponibilidade de oxigênio, maior foi o acúmulo de lipídeos, o crescimento celular e o consumo de glicerol. Quanto à avaliação da composição nutricional a presença de fontes de nitrogênio orgânico, tais como extrato de levedura e peptona mostraram-se fundamentais para o processo de produção de óleos microbianos juntamente com MgSO4.7H2O. Quando estes nutrientes estavam presentes de forma combinada foram obtidas concentrações de até 4,4 g/L de lipídeos e produtividades de 0,43 g/L.dia. Na avaliação da influência do pH inicial e da razão carbono/nitrogênio (C:N), verificou-se que o acúmulo de lipídeos pela levedura é favorecido para cultivos realizados em pH inicial entre 6 e 7, e com razão C:N entre 30:1 e 50:1. Em tais condições a levedura foi capaz de acumular até 8 g/L de lipídeos com produtividade de até 0,82 g/L.dia. A composição do óleo microbiano obtido pela levedura revelou elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais correspondem a 99% de sua composição. O óleo apresentou um comportamento de fluido newtoniano com viscosidade de 39,3 cP à 50ºC, tendo um índice de acidez de 5,8±0,2 mgKOH/góleo e teor de ácido graxos de 1,93±0,08 %. Currently, there is a search for renewable energy sources motivated mainly by environmental and strategic reasons, such as the concept of solutions for the development of fossil fuel use and a decrease of its reserves. Biodiesel has attracted increasing attention for its ability to replace diesel oil. Most of the biodiesel produced uses vegetable oils as raw material, which has as main disadvantages the seasonality and a competition in the use of agricultural land with a food production. An alternative capable of reducing the use of vegetable oils is the use of microbial oils, such as those produced by microalgae, fungi and yeasts. The lipids produced by yeasts are an interesting source of renewable raw material for biofuel production, because it is independent of climatic changes and seasonality, such as vegetable crops. In this way, the present study aims to contribute to the development of technologies of microbial oils production in heterotrophic cultures. In this sense, studies were developed to select yeasts capable of producing lipids having glycerol as substrate, as well as to establish the culture conditions more favorable for the production and accumulation of lipids by the selected yeast. For a selection of microorganisms assays were carried out aiming to compare five different yeasts (Cryptococcus curvatus Y-1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y-12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 and Rhodotorula mucilaginosa Y-27053). In this step it was verified that the five yeasts evaluated were able to consume substrate, grow and produce lipids during the cultures. Among the evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis Y-12905 and Cryptococcus curvatus Y-1511 has presented the highest volumetric lipid yields, reaching values between 0.20 and 0.23 g/L.day, respectively. Regarding the substrate consumption capacity, R. glutinis stood out in relation to other yeasts, being able to consume about 59% of glycerol after 120 hours of cultivation. Due to its high capacity for assimilation of glycerol and presenting one of the highest volumetric productivities of lipids among evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis was considered as one of the most promising for the obtaining of microbial oils from glycerol as substrate. In the assays performed with different oxygenation levels, it was verified that higher oxygen availability higher the volume of lipids, cell growth and glycerol consumption. In the nutritional composition evaluation it was observed that the organic nitrogen source, such as yeast extract and peptone are essential for the production process of microbial oils together with MgSO4.7H2O. When these nutrients were presents in combination, concentrations of 4.4 g/L lipids and productivity of 0.43 g/L.day were obtained. In the evaluation of the influence of the initial pH and the carbon/nitrogen ratio (C:N), it was verified that the accumulation of lipids by yeast is favored for the cultures at initial pH between 6 and 7, and with C:N ratio between 30:1 and 50:1. In such conditions, it was obtained by yeast 8 g/L of lipids and volumetric productivity of 0.82 g/day. The composition of the microbial oil obtained by the yeast revealed high levels of palmitic (C16:0), stearic (C18:0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which correspond to 99% of composition. The oil exhibited a Newtonian fluid behavior and a viscosity of 39.3 cP at 50 °C, having an acid number of 5.8 ± 0.2 mgKOH/goil and a fatty acid content of 1.93 ± 0.08%.

Neste trabalho foi avaliada a produção de etanol a partir da palha de arroz por processo de sacarificação e fermentação em separado (SHF). Para isto, a biomassa foi processada em quatro etapas: 1) tratamento alcalino, para solubilização de grupos acetil (desacetilação) e parcial remoção de lignina e cinzas e; 2) tratamento ácido, para separação da hemicelulose; 3) hidrólise enzimática, para conversão da celulose em glicose 4) fermentação dos hidrolisados açucarados obtidos. O rendimento de cada etapa, assim como, a composição química das frações obtidas (sólido e líquido) foram determinadas. O tratamento ácido teve como objetivo estabelecer uma condição de tratamento para palha de arroz, previamente tratada com álcali, visando eficiente solubilização da hemicelulose, sem contudo, ocasionar grandes perdas no teor de celulose no sólido. O estudo de temperatura, concentração de ácido e tempo foi feito em reator de aço inox com capacidade de 0,5 L. O processo de hidrólise ácida nas condições otimizadas (85 mg de H2SO4/g biomassa, 10% de sólidos, 150 ºC por 10 min em reator 80 L) revelou uma elevada solubilização da hemicelulose (RHH = 94%) e a obtenção de um hidrolisado com menor carga de compostos inibidores. Nestas condições, a composição da celulignina foi de 58,2 de celulose, 19,4 de lignina e 5,9 de hemicelulose m/m. Em seguida, foi então avaliado o processo de sacarificação enzimática da celulignina com altos teores de sólidos (16; 20 e 24% m/v) empregando um reator do tipo Moinho de Bolas Verticais (MBV). Para estes ensaios foram utilizadas as seguintes condições: carga enzimática de 29,5 FPU por grama de celulose, 30 esferas de vidro, temperatura de 46 °C e agitação de 100 rpm. O rendimento de hidrólise enzimática (RHE) em batelada simples foi reduzido de 80 para 72%, com o aumento do teor de sólidos de 16 para 24% m/v. Porém, a condução do processo em batelada alimentada foi capaz de contornar os problemas de mistura causados pelo efeito dos sólidos, o que possibilitou atingir um valor de RHE de 78%, a partir de 24% m/v de substrato. O estudo da fermentabilidade do hidrolisado celulósico (HC) por Kluyveromyces marxianus revelou uma melhor performance do processo na ausência dos sólidos residuais, sendo ainda necessária sua suplementação nutricional. Neste hidrolisado, em reator MBV, a produção de etanol atingiu de 32 g/L a partir de 110 g/L de glicose, o que correspondeu a uma eficiência de 67% e produtividade volumétrica de 3,1 g/L.h. Já a fermentabilidade do hidrolisado hemicelulósico por Scheffersomyces stipitis não foi melhorada com suplementação nutricional e a produção de etanol alcançou 12 a partir de 50 g/L de xilose, o que correspondeu a uma eficiência de 45% e produtividade volumétrica de 0,2 g/L.h, utilizando frascos Erlenmeyer. Com estes resultados e a partir dos rendimentos obtidos em cada etapa do processamento da palha de arroz, foi desenvolvido um balanço de massa para produção global de etanol, foi possível obter 9 g de etanol a partir de 100 g de palha. Em função destes resultados, conclui-se que a palha de arroz é um subproduto agrícola com grande potencial para ser explorado como matéria-prima em biorrefinarias, especialmente para a produção de etanol sendo ainda necessários estudos com vistas a melhorias no processo enzimático e fermentativo. In this work ethanol production from rice straw sugar fractions by saccharification and separate fermentation (SHF) was evaluated. The biomass was treated in four steps: 1) alkaline treatment, for acetyl solubilisation (deacetylation) and partial removal of lignina and ashes; 2) acid treatment, for hemicellulose separation; 3) enzymatic hydrolysis, to convert cellulose in glucose and 4) fermentation of the obtained sugars from rice straw hydrolyzate. In each step, the yield and chemical composition of liquid and solid fractions were determinate. Acid treatment goal was to establish a condition for rice straw previously treated with alkali, aiming at the efficient solubilization of hemicellulose, without causing high losses in the cellulose content in the solid. The study of temperature, acid concentration and time was done in a stainless steel reactor with a capacity of 0.5 L. The process of acid hydrolysis under optimized conditions (85 mg of H2SO4/g biomass, 10% de solids, 150 ºC for 10 min in a 80 L reactor) resulted in a high hemicellulose solubilisation (RHH = 94 %) and in a hydrolysate with low charge of inhibitors compounds. Under these conditions, the cellulignin composition was 58.2 cellulose, 19.4 lignin and 5.9 hemicellulose w/w. After that, the use of high solids contents in the process of enzymatic saccharification of the pretreated biomass was evaluated using high solids (16; 20 and 24% m / v) using a Vertical Ball Mill (MBV). The following conditions were used for these assays: enzymatic loading of 29.5 FPU per gram of cellulose, 30 glass beads, temperature of 46 ºC and stirring at 100 rpm. Increasing solid content from 16 to 24% w/v resulted in a reduction of enzymatic hydrolysis yield (HSR), from 80% to 72%. However, the fed batch process overcame the mixing problems caused by the solids, reaching a RHE value of 78%, using 24% w/v of the substrate. The study of the cellulose hydrolyzate (HC) fermentability by Kluyveromyces marxianus revealed that the best process condition was in the absence of the residual solids and nutritional supplementation was still necessary. In this hydrolyzate, the ethanol production reached 32 g/L, from 110 g/L glucose, an efficiency of 67% and volumetric productivity of 3.1 g/L.h using MBV reactor. However, the fermentability of the hemicellulosic hydrolyzate by Scheffersomyces stipitis was not improved by nutritional supplementation and ethanol production reached 12.0 from 50 g/L xylose, an efficiency of 45% and volumetric productivity of 0.2 g/L.h, using Erlenmeyer flasks. With these results and from the yields obtained in each step of the processing of rice straw, a mass balance was developed for the global production of ethanol, it was possible to obtain 9 g of ethanol from 100 g of straw. Due to these results, it was concluded that rice straw is an agricultural byproduct with great potential to be exploited as a raw material in biorefineries, especially for the production of ethanol. More studies are still required to optimize the enzymatic and fermentative process.

Os polissacarídeos possuem diversas aplicações industriais devido a sua ampla variedade de propriedades físico-químicas. Além desses empregos tradicionais, pesquisas mais recentes estão impulsionando o uso de polissacarídeos para novas aplicações, principalmente na área de terapia farmacêutica. Com o objetivo de ampliar a produção industrial de polissacarídeos microbianos, pesquisas têm se concentrado nos exopolissacarídeos (EPS), que apresentam produtividade elevada e processos de extração e purificação mais simples quando comparados aos polímeros tradicionais. A lasiodiplodana, uma ?-(1->6)-D-glucana, é um EPS produzido por Lasiodiplodia theobromae, um fungo filamentoso característico de regiões tropicais e patógeno de mais de 500 espécies vegetais. Na produção de EPS observa-se que, como resultado do crescimento e da produção do biopolímero, o meio de cultivo torna-se mais viscoso, tornando difícil a manutenção da homogeneidade no biorreator e, consequentemente, prejudicando a transferência de massa e oxigênio no meio. Nos cultivos em que ocorrem mudanças na reologia do meio e nos quais são utilizados fungos filamentosos, sensíveis ao cisalhamento, o uso de biorreatores convencionais, como o Stirred Tank Reactor (STR) e o Airlift, não é adequado. Nesse contexto, no presente estudo tem-se como objetivo estudar a cinética de crescimento, consumo de substrato e produção de EPS pelo fungo filamentoso Lasiodiplodia theobromae, a partir de glicose e de glicerol, no Biorreator Agitado e Aerado de Baixo Cisalhamento (BAABC) e compará-lo com o STR. No estudo inicial, realizado em frascos agitados, a maior produção de EPS (6,49 ± 0,03 g/L) foi alcançada pelo ensaio G, que continha a maior concentração glicose testada (50 g/L) e a menor concentração de extrato de levedura (3 g/L). Quando se utilizou glicerol como fonte de carbono, a maior produção de EPS (3,39 ± 0,06 g/L) foi observada no Ensaio O, que continha 30 g/L de glicerol e a maior concentração de fonte de nitrogênio testada (12 g/L de extrato de levedura). Nos ensaios em biorreatores, quando utilizou-se glicose como fonte de carbono observou-se que o BAABC com controle de temperatura proporcionou uma produção de 3,17 ± 0,16 g/L de EPS, concentração inferior à obtida em frascos, porém bastante superior à obtida no biorreator STR (0,70 ± 0,12 g/L). Para os meios contendo glicerol, o biorreator STR proporcionou uma produção de EPS de 3,02 ± 0,19 g/L, enquanto no BAABC a concentração de EPS obtida foi muito menor (1,45 ± 0,25 g/L). Analisando-se, porém, a concentração máxima de biomassa obtida (28,86 ± 1,46 g/L) bem como os parâmetros cinéticos relacionados (YX/S e QX), nota-se que a produção de biomassa foi muito superior e mais eficiente no BAABC. Apesar das diferenças morfológicas visualmente observadas e confirmadas por meio de microscopia óptica nos EPS obtidos a partir de glicose e de glicerol, as análises de Difração de raios-X e Espectroscopia de absorção na região do infravermelho com Transformada de Fourier permitiram evidenciar a similaridade estrutural entre ambos os EPS. Polysaccharides have several industrial applications because of their wide variety of physicochemical properties. In addition to these traditional applications, recent research is driving the use of polysaccharides towards new applications, especially in the field of pharmaceutical therapy. With the aim of increasing the industrial production of microbial polysaccharides, research has focused on exopolysaccharides (EPS), which have high productivity and simpler extraction and purification processes when compared to traditional polymers. Lasiodiplodana, a ?-(1->6)-D-glucan, is an EPS produced by Lasiodiplodia theobromae, a filamentous fungus characteristic of tropical areas and pathogenic of more than 500 plant species. In EPS production, as a result of the growth and biopolymer production, the culture medium becomes more viscous, making it difficult to maintain homogeneity inside the bioreactor and, consequently, harming the transfer of mass and oxygen in the medium. In cultures where changes in media rheology occur and in which shear-sensitive filamentous fungi are used, the use of conventional bioreactors, such as Stirred Tank Reactor (STR) and Airlift, is not appropriate. In this context, the objective of the present study was to study the growth kinetics, substrate consumption and EPS production by the Lasiodiplodia theobromae filamentous fungus, from glucose and glycerol, in the Low-Shear Aerated-Agitated Bioreactor (LSAAB) and compare it with the STR. In the initial study, conducted in shaken flasks, the highest EPS production (6.49 ± 0.03 g/L) was achieved by the G test, which contained the highest glucose concentration tested (50 g/L) and the lowest concentration of yeast extract (3 g/L). When glycerol was used as the carbon source, the highest EPS yield (3.39 ± 0.06 g/L) was observed in Test O, which contained 30 g/L glycerol and the highest concentration of nitrogen source tested (12 g/L of yeast extract). In the bioreactor trials, when glucose was used as the carbon source, it was observed that the LSAAB with temperature control provided a production of 3.17 ± 0.16 g/L of EPS, a concentration lower than that obtained in flasks, but rather higher than that obtained in the STR bioreactor (0.70 ± 0.12 g/L). For the glycerol-containing media, the STR bioreactor produced 3.02 ± 0.19 g/L of EPS, while in LSAAB the EPS concentration obtained was much lower (1.45 ± 0.25 g/L). However, analyzing the maximum concentration of biomass obtained (28.86 ± 1.46 g/L) as well as the related kinetic parameters (YX/S and QX), biomass production was much higher and more efficient in LSAAB. In spite of the visually observed morphological differences confirmed by optical microscopy in EPS obtained from glucose and glycerol, X-ray diffraction and absorption spectroscopy analyzes in the infrared region with Fourier transform showed the structural similarity between both EPS.

Atualmente, as microalgas têm se mostrado uma matéria prima de interesse para a produção de biocombustíveis, por ser uma fonte renovável, não poluente e por não competir em áreas de cultivos de alimentos. No entanto, há a necessidade de se explorar fatores e metodologias na produção de biodiesel de microalgas para que o processo seja viabilizado. Este estudo buscou potencializar o processo de transesterificação direta (extração e reação simultaneamente) da biomassa da microalga Chlorella minutíssima para a produção de ésteres etílicos brutos tendo em vista a produção de biodiesel. O processamento direto (in situ) investigou separadamente o uso da biomassa seca e úmida, sob os efeitos dos fatores etanol, clorofórmio e ácido como catalisador. A metodologia de Taguchi foi utilizada como planejamento de experimentos para potencializar a conversão e rendimento mássico em ésteres etílicos. A partir da biomassa seca, analisadas as razões de etanol/biomassa de 100, 50, 25 e 10 mL/g teve a maximização dos resultados utilizando 25 mL de etanol (86,16% em massa com 96% de conversão) e 50 mL de etanol (104% em massa com 88% de conversão), ambas, com 5 mL de clorofórmio e 1mL de ácido sulfúrico por grama de biomassa. Posteriormente, com a inclusão dos catalisadores ácidos HCl e H2SO4 como variável, investigou-se o a reação de transesterificação in situ a partir da biomassa úmida (84% em base seca). Ambos ácidos demonstraram não ter efeito sobre as repostas. A maximização tanto do rendimento mássico quanto da conversão (131,5% em massa com 84% de conversão), bem como produzir a maior quantidade de ésteres com a menor uso de reagentes, utiliza a concentração do ácido a 0,6 mol/L, 25 mL de etanol e proporção de 1:10 de clorofórmio. Tanto a partir da biomassa seca quanto a partir da biomassa úmida, a metodologia de Taguchi foi capaz de determinar os melhores ajustes das condições reacionais para a síntese de ésteres etílicos brutos sem a necessidade de aplicar condições reacionais limitadas pela construção ou segurança do projeto como irradiação de micro-ondas ou condições supercríticas. Currently, microalgae are considered an interest feedstock for the biofuel production, since they correspond to a renewable and non-polluting source, not competing with food crops areas. However, there is a need to explore factors and methodologies in the production of microalgae biodiesel to enable the process. This study aimed to enhance the direct transesterification process (simultaneous extraction and reaction) of the Chlorella minutíssima microalgae for the crude ethyl esters production in order to produce biodiesel. The direct processing (in situ) was investigated separately dry and wet biomass use under the effects of ethanol, chloroform and acid as a catalyst. The Taguchi methodology (design of experiments) was used to increase conversion and ethyl esters mass yields. The ethanol ratios 100, 50, 25 and 10 mL/g were analyzed from dry biomass. The results were maximized using 25 mL of ethanol (86.16% by mass with 96% conversion) and 50 mL (104% by mass with 88% conversion) with 5 mL of chloroform and 1 mL of sulfuric acid per gram of biomass. Subsequently, with the inclusion of acid catalysts HCl and H2SO4 as a variable, the in situ transesterification reaction of wet biomass (84% on dry basis) was investigated. In both cases, the acids showed no effect on the responses. Mass yield and conversion were maximized (131.5% by mass with 84% conversion), as the highest number of esters with the lowest use of reagents, take 0.6 mol/L acid concentration, 25 mL ethanol and 1:10 chloroform ratio. Taguchi methodology was able to determine the best reaction conditions adjustments for crude ethyl esters synthesis from dry biomass and wet biomass were met without the need to apply reaction conditions limited by the construction or project safety, as microwave irradiation or supercritical conditions.

Recentemente, tem havido indícios de que o ser humano passou a compreender de forma mais profunda que o meio ambiente e o responsável pelo oferecimento das condições essenciais a sua sobrevivência e evolução, e a busca por alternativas energéticas mais adequadas a essa nova forma de pensar e viver tem sido parte integrante da solução para os problemas socioambientais que se mostram cada vez mais urgentes. A produção de biodiesel tem sido tema de pesquisas intensivas e o aumento no conhecimento sobre os efeitos danosos ao ambiente do uso de combustíveis fosseis como fonte de energia tem motivado a busca da viabilização do uso de biocombustíveis. O presente trabalho teve como objetivo aprimorar a tecnologia de síntese enzimática de biodiesel pela rota etílica. Utilizou-se como proposta a transesterificação do óleo de babaçu com etanol mediada pela enzima lipase em fluxo continuo empregando reator de leito fluidizado, visando aumentar a produtividade do sistema, bem como obter biodiesel com propriedades adequadas a sua utilização como biocombustível. Todos os experimentos foram realizados na ausência de solventes a 50 °C, utilizando como catalisadores a lipase microbiana de Burkholderia cepacia imobilizada em matriz de SiO2-PVA e Candida antarctica adsorvida em resina de metil-metacrilato (NovozymR 435). O reator de leito fluidizado (coluna de vidro: 12 mm × 375 mm) com recirculação foi construído e as características hidrodinâmicas foram determinadas por meio da distribuição do tempo de residência (DTR) usando teste de traçador. Para ambos biocatalisadores foram investigados os efeitos da razão molar óleo e etanol (1:5 a 1:12), tempo espacial (6 a 14 h) e carregamento de lipase (3 a 23 gramas) no rendimento de transesterificação e produtividade. Grande excesso de etanol (razão molar 1:12) e a incorporação de uma coluna empacotada com LewatitR GF202 para remover o glicerol formado como subproduto foram condições essenciais para manter uma operação estável do reator para ambos os biocatalisadores, apesar dos diferentes desempenhos obtidos. Empregando B. cepacia imobilizada em SiO2-PVA, a eficiência do reator foi limitada mesmo utilizando elevado carregamento de lipase (22,3 g). Valores máximos de rendimento de transesterificação [(53,0 } 4,8)%] e produtividade [(9,3 } 0,8)×10-6 molester/gcat/min] foram alcançados no tempo espacial de 9,3 h, revelando um tempo de meia-vida do biocatalisador de 18 dias. A viabilidade do FBR foi demonstrada usando NovozymR 435 e um desempenho superior foi alcançado com apenas 5 gramas de biocatalisador e tempo especial de 8 h, fornecendo rendimentos médios de transesterificação de (98,1 } 2,4)% e produtividade de (9,9 } 0,2)×10-5 molester/gcat/min. Nessas condições as propriedades da amostra de biodiesel foram: teor de éster de 97,1%; massa especifica a 20 °C de 872 kg/m3; viscosidade cinemática a 40 °C de 4,86 mm2/s; 1,4% em massa de monoacilglicerol e 1,0% em massa de diacilglicerol. Outros parâmetros foram estimados por modelos empíricos, visando a predição da qualidade do biodiesel do óleo de babaçu: 64 para o número de cetano; 257 para o índice de saponificação; 17 gI2/100g para o índice de iodo; e 8,5 °C negativos para o ponto de entupimento de filtro a frio. Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e contribuíram para o estabelecimento de condições reacionais e operacionais para a produção enzimática de biodiesel em reator de leito fluidizado, utilizando etanol e óleo de babaçu como materiais de partida em meio isento de solventes. Recently there has been evidence that humans began to understand more deeply that the environment is responsible for providing the essential conditions to their survival and evolution, and the search for suitable energy alternatives to this new way of thinking and living has been an integral part of the solution to the environmental problems that are increasingly urgent. In this context, the production of biodiesel has been the subject of intensive research, because although the prospects of oil shortages have been postponed several times due to the discovery of new reserves, issues related to political and social instability of major producer countries and the increase in knowledge about the harmful effects to the environment from the use of fossil fuels as an energy source have motivated the search for the feasibility of the use of biofuels. The present study aimed at improving the enzymatic technology to produce biodiesel by ethanolysis. The transesterification of babassu oil with ethanol mediated by lipase in a fluidized bed reactor (FBR) under continuous run was used as a proposal to increase the productivity of the system as well as to obtain biodiesel having suitable properties to be used as a biofuel. All experiments were carried out in solvent-free system at 50°C and microbial lipases from Burkholderia cepacia immobilized on SiO2-PVA hybrid matrix and Candida antarctica adsorbed on methyl-methacrylate resin (NovozymR 435) were used as biocatalysts. The FBR system (glass column: 12 mm × 375 mm) with recirculation was assembled and its hydrodynamic characteristics, such as the mean residence time and variance, were evaluated through the residence time distribution (RTD) employing a pulse input. For both biocatalysts the effects of oil-to-ethanol molar ratio (1:5 to 1:12), space time (6 to 14 h) and lipase loading (3 to 23 grams) in the transesterification yield and productivity were investigated. Great excess of ethanol (molar ratio oil-to-ethanol of 1:12) and the incorporation of a column packed with LewatitR GF202 to remove the glycerol formed as a byproduct were found to be essential to maintain a stable reactor operation for both biocatalysts, although different performances were attained. Using B. cepacia lipase immobilized on SiO2-PVA the reactor efficiency was limited even for high lipase loading (22.3 g). Maximum transesterification yield [(53.0 } 4.8)%] and productivities [(9.3 } 0.8)×10-6 molester/gcat/min] were achieved at space time of 9.3 h, revealing a biocatalyst half-life of 18 days. The feasibility of the FBR was demonstrated using NovozymR 435 and enhanced performance was attained using only 5 grams of biocatalyst at 8 h space time, which provided transesterification yield of 98.1 % and productivity of (9.9 } 0.2)×10-5 molester/gcat/min. Under such conditions the biodiesel properties were as follows: ester content of 97.1%, density at 20 °C of 872 kg/m3, kinematic viscosity at 40 °C of 4.86 mm2/s, 1.4 wt% of monoacylglycerol and 1.0 wt% of diacylglycerol. Other parameters were estimated by empirical models in order to predict the quality of biodiesel from babassu oil: 64 for the cetane number; 257 for the index of saponification, 17 g I2/100g for index iodine, and - 8.5 ° C for the cold filter plugging point. The results obtained were quite satisfactory and have contributed to the establishment of operating conditions for the enzymatic production of biodiesel in a fluidized bed reactor using ethanol and babassu oil as starting materials in a solvent-free reaction medium.

O Brasil é hoje o maior produtor de cana-de-açúcar no mundo e a previsão de safra para 2016 é de 658,7 milhões de toneladas. Como o bagaço da cana consiste de 14% de sua massa serão produzidas cerca de 92 milhões de toneladas desse coproduto. Buscando alternativas sustentáveis existem algumas formas de aproveitamento do mesmo, seja na produção de energia, de etanol de segunda geração ou de derivados celulósicos, foco do presente estudo. Objetivou-se através deste trabalho obter metilcelulose por meio de processos sequenciados. Partindo do bagaço de cana in natura, celulose, hemicelulose e lignina foram segregadas por hidrólises, sendo que o foco foi a fração celulósica. A mesma passou por duas diferentes sequências de branqueamento, obtendo celulose purificada, da qual foi produzida a metilcelulose com potencial aplicabilidade industrial. As sequências de branqueamento avaliadas foram uma livre de cloro elementar (ECF) e outra totalmente livre de cloro (TCF), visando reduzir ou suprimir a geração de poluentes tóxicos, principalmente compostos organoclorados. Uma das escolhas para esse objetivo foi o emprego de tecnologia baseada no tratamento enzimático, através da lacase, na sequência TCF. Cada material gerado por etapa de estudo foi analisado. O bagaço de cana, e as celuloses geradas pelas hidrólises foram caracterizadas quanto aos teores de celulose, hemicelulose, lignina, cinzas e extrativos. A celulose gerada antes e após cada etapa de branqueamento foi caracterizada, alcançando por meio da rota ECF uma redução de 80,5% do número kappa, aumento de 3,6 vezes do grau de alvura e pouca variação na viscosidade. Para a rota TCF houve redução de 48,7% do número kappa, aumento de 2,3 vezes do grau de alvura e melhora das propriedades da fibra por meio do aumento da viscosidade. A metilcelulose foi caracterizada por DRX, FTIR, TGA/DTG, MEV e solubilidade. Concluiu-se que os tratamentos foram realizados de maneira eficiente, a otimização das etapas de branqueamento proporcionou uma boa purificação da celulose, a partir da qual pôde ser produzida metilcelulose de boa qualidade, confirmada pelas análises do material. Brazil is now the largest producer of sugarcane in the world and harvest forecast for 2016 is 658.7 million tons. Such as sugarcane bagasse consists of 14% of its mass will be produced about 92 million tons of this coproduct. Seeking sustainable alternatives there are some ways to use the same, whether in energy production of second-generation ethanol or cellulosic derivatives, focus of this study. The objective was to get through this work methylcellulose through sequenced processes. Starting from sugarcane bagasse, cellulose, hemicellulose and lignin were segregated by hydrolysis, and the focus was the cellulosic fraction. The same underwent two different bleaching sequences, obtaining purified cellulose, which was produced methylcellulose having potential industrial applicability. bleaching sequences evaluated were an elemental chlorine free (ECF) and other totally chlorine free (TCF), to reduce or eliminate the generation of toxic pollutants, organochlorine compounds mainly. One of the choices for this purpose was the use of technology based on enzymatic treatment by Laccase in TCF sequence. Each material generated by step study was analyzed. The sugarcane bagasse, and the pulps generated by hydrolysis were characterized how to cellulose, hemicellulose, lignin, ash and extractives. Cellulose generated before and after each bleaching stage was characterized, by ECF route reaching a reduction of the kappa number 80.5%, an increased of 3.6 times the degree of whiteness and little variation in viscosity. For TCF route was reduced by 48.7% kappa number, increase the degree of whiteness in 2.3 times and a improvement of fiber properties by increasing the viscosity. The methylcellulose was characterized by XRD, FTIR, TGA / DTG, SEM and solubility. It was concluded that the treatments were performed in an efficient manner, optimization of the bleaching stages provided a good purification of the pulp, from which good quality can be produced methylcellulose, confirmed by analysis of the material.

O presente trabalho se propôs a avaliar o efeito de uma etapa de tratamento alcalino no bagaço de malte visando à extração de acetato e de compostos fenólicos, e como consequência diminuir a concentração destes no hidrolisado hemicelulósico. Foi ainda objetivo deste trabalho, estudar o efeito do tratamento alcalino na bioconversão das frações celulósica e hemicelulósica do bagaço de malte, por meio de fermentação com as leveduras Kluyveromyces marxianus e Pichia stipitis, respectivamente. Os resultados mostraram que para todas as condições de tratamento alcalino avaliadas, ocorreu solubilização de acetato, compostos fenólicos e furanos, não sendo observada solubilização de açúcares. A capacidade de solubilização destes compostos aumentou com o aumento da concentração de hidróxido de sódio empregada até o tempo de 40 min, sendo observada uma concentração máxima de 0,86 g/L, 13,0 g/L e 0,58 g/L empregando 1%%, 2% e 2% de NaOH, respectivamente. Para todas as condições avaliadas, o tratamento alcalino do bagaço de malte reduziu a concentração de ácido acético no hidrolisado hemicelulósico. A menor concentração (0,026 g/L) foi obtida após 20 minutos de tratamento com 2% de NaOH. Com relação à concentração xilose, o menor teor desta pentose (8,3 g/L) foi obtido após o tratamento do bagaço com 0,25 % de NaOH por 2 minutos e o maior (22,0 g/L) com 0,5% de NaOH por 60 minutos. Visando estabelecer as condições de tratamento alcalino que permitissem uma redução na concentração de ácido acético, concomitantemente ao favorecimento da solubilização de xilose no hidrolisado hemicelulósico e de glicose no hidrolisado celulósico, as condições de temperatura e concentração de NaOH do tratamento alcalino do bagaço de malte foram otimizadas através de um planejamento estatístico. Nas condições otimizadas (concentração de NaOH de 0,63%, temperatura de 67,6°C e tempo de 20 min), o tratamento alcalino do bagaço de malte promoveu uma redução de 90% na concentração de ácido acético, concomitante ao aumento de 4,5% e 15% na concentração de xilose no hidrolisado hemicelulósico e concentração de glicose no hidrolisado celulósico, respectivamente. Os resultados referentes à bioconversão da fração celulósica demonstraram que para ambas as configurações de processo avaliadas (SHF e SSF) a fermentação da celulignina do material tratado (CLT) forneceu maior concentração de etanol, e essa diferença foi mais pronunciada na SSF. Além disso, na SSF, a produtividade volumétrica total em etanol, a qual considera o tempo de sacarificação e fermentação no processo foi aumentada em 2,2 vezes em relação à SHF. Com relação a bioconversão da hemicelulose, os resultados mostraram que tanto para o hidrolisado do bagaço referência não tratado (HHR) quanto para o previamente tratado com álcali (HHT), a concentração máxima de etanol foi obtida após 89 horas de fermentação, porém na fermentação do (HHT) a produção de etanol foi cerca de 3 vezes superior a obtida no (HHR), passando de 5,8 para 17,4 g/L. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a etapa de tratamento alcalino do bagaço de malte, provavelmente promoveu mudanças estruturais na celulignina aumentando a liberação de glicose no hidrolisado e ainda foi capaz de remover substâncias inibidoras do metabolismo microbiano, especialmente o ácido acético, favorecendo o processo fermentativo da fração hemicelulósica. This study aimed to evaluate the effect of alkaline treatment in brewer\'s spent grain on extraction of acetate and phenolic compounds, and consequently to decrease their levels on hemicellulosic hydrolyzate. In addition, the effect of the alkali treatment on the bioconversion of cellulose and hemicellulose hydrolyzates employing Kluyveromyces marxianus and Pichia stipitis, respectively, was also evaluated. The results showed that for all conditions of treatment studied occurred solubilization of acetate, phenolics and furans, but not sugars. The solubilizing capacity of these compounds increased with increasing concentration of sodium hydroxide employed until the time of 40 min, and the maximum concentration observed was 0.86 g / L 13.0 g / L and 0.58 g / L from 1%, 2% NaOH and 2%, respectively. For all conditions evaluated, alkali treatment of brewer\'s spent grain reduced the acetic acid concentration in hemicellulosic hydrolyzate. The lowest concentration (0.026 g / L) was obtained after 20 minutes with 2% NaOH. With respect to xylose concentration, the lower content of this pentose (8.3 g / L) was obtained after the treatment with 0.25% NaOH for 2 minutes and the highest (22.0 g / L) with 0.5 % NaOH for 60 minutes. To establish optimal conditions of temperature and NaOH concentration in the alkaline treatment aiming to decrease the concentration of acetic acid and, at the same time, increase the solubilization of xylose in the hemicellulose hydrolyzate and glucose in the cellulosic hydrolyzed, a statistical design was used. Under optimized conditions (NaOH concentration of 0.63%, a temperature of 67.6 °C and time of 20 min) alkaline treatment of the brewer\'s spent grain promoted a decrease of 90% in acetic acid concentration, concomitant to an increase of 4.5% and 15% on xylose concentration in the hemicellulose hydrolyzate and on glucose concentration in the cellulosic hydrolyzate, respectively. The results concerning the bioconversion of cellulosic fraction showed that for both configurations of the process evaluated (SHF and SSF) the treated material cellulignin (CLT) provided higher ethanol concentration, and this difference was more pronounced in SSF. In addition, in SSF, the total ethanol volumetric productivity, which considers time saccharification and fermentation process was increased by 2.2 times compared to SHF. In relation to the hemicellulose bioconversion, the results showed that for both hydrolyzate employed, i.e untreated (HHR) and previously treated with alkali (HHT), the maximum ethanol concentration was achieved after 89 hours of fermentation, however the ethanol production in HHT was about 3 times higher obtained in HHR (from 5.8 to 17.4 g/L). Based on these results, we conclude that the alkali treatment, probably induced structural changes in the fraction of cellulignin regarding glucose released in the hydrolyzate and still was able to remove substances inhibitory to microbial metabolism, especially acetic acid, favoring the fermentation of hemicellulose fraction.

O presente estudo teve como objetivo identificar os principais compostos inibidores presentes nos hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e bagaço de malte (HHBM), assim como avaliar o perfil fermentativo de Pichia stipitis em meio semissintético contendo os compostos previamente identificados. Foi também objetivo do trabalho avaliar a fermentação da levedura em HHPA e HHBM não destoxificados, de forma a se obter informações sobre o grau de toxicidade destes meios. Após identificação dos inibidores, incluindo ácido acético, furfural, 5-hidroximetilfurfural, vanilina, ácido ferúlico e ácido p-cumárico, foram realizados ensaios fermentativos em meio semissintético variando-se a concentração de cada composto. Os resultados mostraram que, para todos os níveis de ácido acético avaliados (1,5 a 4,5 g.L-1), o fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) foi menos afetado do que a produtividade volumétrica em etanol (QP), sendo que para os meios contendo o maior nível deste ácido os valores de YP/S e QP foram reduzidos em 25 e 77%, respectivamente, em relação ao controle. Dentre os furanos (furfural, de 12 a 84 mg.L-1 e hidroximetilfurfural, de 218 a 553 mg.L-1), o hidroximetilfurfural na concentração de 553 mg.L-1 foi o que apresentou a maior redução nos valores de YP/S (_30%) e QP (_50%) em relação ao controle. Para os fenólicos (vanilina, siringaldeído, ácido ferúlico e ácido pcumárico), o maior impacto sobre o metabolismo fermentativo de P stipitis foi observado com o siringaldeído visto que, em todos os níveis avaliados (90 a 620 mg.L-1), os parâmetros fermentativos foram afetados. Os resultados também demonstraram que, com exceção do ácido p-cumárico, a levedura foi capaz de assimilar todos os inibidores presentes no meio e que o perfil de assimilação variou com o tipo e concentração do composto. A vanilina e os furanos foram completamente assimilados em todos os níveis estudados, enquanto que o ácido acético foi totalmente assimilado pela levedura apenas na menor concentração. Nas fermentações realizadas em HHPA e HHBM não destoxificados, os resultados mostraram que a produção de etanol foi similar ao meio semissintético sem inibidores, porém em tempos mais elevados. Além disso, em HHBM o valor de YP/S foi ligeiramente superior (_10%) ao observado no HHPA, o que pode ser atribuído às variações na composição nutricional de cada hidrolisado. O perfil fermentativo da levedura em ambos os hidrolisados mostrou uma cinética mais lenta quando comparado aos meios semissintéticos mimetizando a composição destes, o que sugere a existência de outras substâncias tóxicas nos hidrolisados além das avaliadas neste estudo. Com base nos resultados obtidos no presente estudo pode-se concluir que, dentre os inibidores identificados nos hidrolisados, o ácido acético foi o composto de maior potencial inibitório, seguido pelos furanos e fenólicos, sendo o efeito destes compostos mais pronunciado na produtividade volumétrica em etanol do que no fator de conversão de substrato em etanol. Estas informações são de fundamental importância na elaboração de estratégias de destoxificação e/ou condução do processo visando à melhoria da fermentação em hidrolisados. The aim of this study was to identify the major inhibitory compounds present in rice straw hemicellulose hydrolysate (RSHH) and brewer\'s spent grain hemicellulose hydrolysate (BSGHH), as well as evaluate Pichia stipitis fermentation profile in semi-synthetic medium containing the previously identified compounds. It was also purpose of this study to evaluate the fermentation of RSHH and BSGHH without detoxification, in order to obtain information about the degree of toxicity of these media. After inhibitors identification, including acetic acid, furfural, 5- hydroxymethylfurfural, vanillin, ferulic acid and p-coumaric acid, fermentation assays were carried out on semi-synthetic medium by varying the concentration of each compound. The results showed that, for all evaluated levels of acetic acid (from 1.5 to 4.5 g.L-1), the ethanol yield (YP/S) was less affected than the ethanol volumetric productivity (QP), and for the media containing the higher evaluated level, the values of YP/S and QP were reduced by 25 and 77%, respectively, compared to control. Among furans (furfural, from 12 to 84 mg.L-1 and hydroxymethylfurfural, from 218 to 553 mg.L-1), the hydroxymethylfurfural at 553 mg.L-1 showed the highest reduction in YP/S (~30%) and QP (~50%) compared to control. For the phenolic compounds (vanillin, syringaldehyde, ferulic acid and pcoumaric acid), the greatest impact on the Pichia stipitis fermentative metabolism was observed with syringaldehyde since the fermentative parameters were affected at all evaluated levels (from 90 to 620 mg.L-1). The results also showed that, except for the p-coumaric acid, the yeast was able to assimilate all inhibitory compunds in the medium and that the assimilation profile varied with the type and concentration of these compounds. Vanillin and furans were completely assimilated at all studied levels, whereas acetic acid was completely assimilated only at the lowest concentration. The ethanol production in RSHH and BSGHH was similar to that observed in semi-synthetic medium without inhibitors, but in a longer period of time. In addition, the YP/S value obtained in BSGHH was slightly higher (~10%) than that observed in RSHH, which can be attributed to variations in the nutritional composition of each hydrolysate. The yeast fermentation profile in both hydrolysates showed slower kinetics when compared to semi-synthetic medium containing the same inhibitors, which suggests the existence of other toxic substances in the hydrolysate in addition to those evaluated in this study. Based on the results obtained in this study, it can be concluded that, among the inhibitors identified in hydrolysates, acetic acid was the main inhibitory compound, followed by furans and phenolics. The most pronounced effect of these compounds was in ethanol volumetric productivity rather than in the ethanol yield. This information is of fundamental importance in the development of detoxification and/or process conduction strategies aimed at improving the fermentation in hemicellulosic hydrolysates.

De acordo com a legislação brasileira o uísque cortado é produzido com a mistura de, no mínimo, 30% de destilado alcoólico simples de malte envelhecido, com destilados alcoólicos simples de cereais envelhecidos ou não, e neste trabalho foi utilizada a quirera de arroz preto IAC-600 para produzir uísque, pois tem alto valor nutricional, propriedades antioxidantes e baixo custo. A quirera de arroz preto IAC-600 foi inicialmente hidrolisada em escala de bancada de 500mL seguindo o planejamento fatorial 23 completo, com seis experimentos no ponto central, analisando os parâmetros tempo, adição da enzima ProteMax N600® ou Maltezyn W® e a concentração das enzimas Brautec alfa TF® e Maltezyn W®. De acordo com a análise estatística, a melhor condição obtida na região estudada foi com a utilização de 1000mg de Brautec alfa TF®/kg de amido em base seca e 750mg de Maltezyn W®/kg de quirera de arroz preto IAC-600 em base seca a 95ºC por 30min, sendo adicionado posteriormente 500mg de Maltezyn W®/kg de quirera de arroz preto IAC-600 em base seca a 60ºC até a hidrólise do amido resultar em teste de iodo negativo, sendo esta condição utilizada em escala de bancada de 15L e em escala piloto de 125L. Em todas as fermentações com quirera de arroz preto IAC-600 adicionou-se 10g da enzima Panzyn GA®/hL de meio fermentativo, após a inoculação com a levedura. A levedura Saccharomyces cerevisiae, pré-tratada ou não a 40ºC/1h, foi utilizada na concentração de 0,4g peso seco/L de meio fermentativo. Em escala de bancada de 15 L os resultados de produtividade volumétrica em etanol, dos ensaios fermentativos com quirera de arroz preto IAC-600 e malte de cevada, com levedura pré-tratada ou não, não apresentaram diferença significativa. Portanto, nas fermentações das matérias-primas em escala piloto de 125L utilizou-se levedura sem pré-tratamento, e os fermentados obtidos foram destilados separadamente em alambique de 160L. O destilado alcoólico simples de malte de cevada que foi envelhecido aceleradamente por nove dias e o de quirera de arroz preto IAC-600 que não foi envelhecido foram misturados na proporção de 30% e 70%, e também 50% e 50%, respectivamente, resultando em dois uísques cortados a 40ºGL com o teor de polifenois de 141 e 229mg/L equivalente em ácido gálico, respectivamente. Estes dois uísques cortados foram analisados sensorialmente em relação a um uísque puro malte envelhecido 12 anos e um bourbon, encontrados no mercado mundial, por 125 provadores voluntários não treinados da EEL-USP. Considerando que o uísque cortado produzido com 50% de destilado alcoólico simples de malte de cevada envelhecido e 50% destilado alcoólico simples de quirera de arroz preto IAC-600 não envelhecido foi avaliado positivamente nos parâmetros cor e sabor quando comparado aos outros três uísques, e que não houve diferença significativa na aceitação global entre os quatro uísques avaliados, este uísque cortado possui potencial mercadológico como um produto novo, apresentando sabor diferenciado em relação aos dois uísques comerciais. Por outro lado, a análise descritiva quantitativa realizada por dez provadores treinados da Pernod Ricard, nos dois uísques produzidos neste trabalho, demonstrou que o processo de envelhecimento acelerado não forneceu os atributos aromáticos desejados, sendo necessário o aperfeiçoamento ou a substituição desta metodologia. According to Brazilian law, the blended whisky is produced by mixing at least 30% of aged single malt distilled alcohol with aged or not single alcoholic distillates from cereal, and this study used broken IAC-600 black rice to produce whisky, due to its high nutritional value, antioxidant properties and low cost. The broken IAC-600 black rice was initially hydrolyzed at bench scale (500mL) following the 23 full factorial design with six assays at central point, analyzing the parameters time, addition of ProteMax N600® or Maltezyn W® enzymes and the concentration of the Brautec alfa TF® and Maltezyn W® enzymes. According to statistical analysis, the best condition obtained at the studied region was with1000mg Brautec alfa TF®/kg starch (dry basis) and 750mg Maltezyn W®/kg of broken IAC-600 black rice (dry basis) at 95°C for 30min. Subsequently, 500mg Maltezyn W®/kg of broken IAC-600 black rice was added at 60°C until starch hydrolysis results in negative iodine test, and this condition was used at bench scale (15L) and at pilot scale (125L). In all the fermentations with broken IAC-600 black rice 10g Panzyn GA®/hL of fermentative medium was added after the inoculation with the yeast. The Saccharomyces cerevisiae yeast, pretreated or not at 40°C/1h, was used at 0.4g dry weight/L of fermentative medium. At bench scale (15L), the results of ethanol volumetric productivity in the fermentation assays with broken IAC-600 black rice and barley malt with yeast, pre-treated or not, showed no significant difference. Therefore, in the raw materials fermentations at pilot-scale (125L), the yeast without pretreatment was used, and the obtained washes were separately distilled into 160L still. The single alcoholic distillate of barley malt that was rapidly aged for nine days and the broken IAC-600 black rice that was not aged were mixed at ratios of 30% and 70% and also 50% and 50%, respectively, obtaining two blended whiskies at 40ºGL with 141 and 229mg/L polyphenol contents equivalent to gallic acid, respectively. These two blended whiskies were sensory analyzed in relation to a 12 year-old pure malt whisky and to a bourbon found in the world market, by 125 volunteers untrained tasters of EEL-USP. Considering that the blended whisky produced with 50% of aged single alcoholic distillate of barley malt and 50% of not aged single alcoholic distillate of broken IAC-600 black rice was positively evaluated in color and taste parameters when compared to the other three whiskies, and that there was no significant difference in acceptability among the four whiskies evaluated, this blended whisky has marketing potential as a new product, presenting distinctive taste compared to the two commercial whiskies. In the other hand, the quantitative descriptive analysis made by ten trained tasters of Pernod Ricard about the two whiskies produced in this work showed that the process of rapid aging did not provide the desired aromatic attributes, requiring the improvement or substitution of this methodology.

Este estudo buscou definir as melhores condições para a fermentação alcoólica da xilose pela levedura S. stipitis DSM-3651, utilizando suplementação nutricional de baixo custo. Inicialmente, o melaço de cana foi escolhido, devido à sua disponibilidade e inserção no contexto do etanol de segunda geração. Sendo assim, o estudo acerca dos requerimentos nutricionais foi realizado em quatro etapas. A primeira foi avaliar a capacidade da levedura em utilizar os açúcares provenientes de materiais lignocelulósicos e do melaço: xilose, arabinose, glicose, frutose e sacarose. Observou-se que a levedura foi capaz de converter apenas glicose, xilose e frutose em etanol, e inclusive realizar a co-fermentação destes. Desta forma, a segunda etapa foi determinar a composição química do melaço e compará-la com a de um suplemento referência (extratos de levedura e malte, e peptona). Enquanto o conteúdo de minerais foi semelhante o teor de nitrogênio foi bem inferior, de modo que o enriquecimento com fosfato de amônio foi requerido. A próxima etapa confrontou a qualidade nutricional de meios suplementados com melaço e fosfato ou com a suplementação referência, utilizando xilose como fonte de carbono. Embutida nesta análise foram testadas diferentes cargas de inóculo (0,07 e 3,00 g/L) provenientes de cultivos com ou sem limitação de nutrientes. Como resposta obtivemos que, de modo geral, o desempenho fermentativo de S. stipitis DSM-3651 foi reduzido quando apenas melaço e fosfato foram disponibilizados como nutrientes. Desta forma a quarta e última etapa baseou-se na metodologia de planejamento experimental para definir a combinação de nutrientes ideal para cada carga de inóculo. Com base na produção de etanol, definiu-se que, para o prosseguimento do trabalho um meio à base, principalmente, de melaço seria o mais adequado, utilizando uma concentração celular inicial de 3,00 g/L. O estudo dos efeitos das condições de fermentação no crescimento celular e na produção de etanol a partir de xilose, foi realizado com base no planejamento de experimentos e adequada análise estatística, utilizando 4 variáveis: aeração e concentrações de substrato, células e suplemento. Após avaliar e interpretar o impacto que cada variável exerceu no desenvolvimento da levedura, o aumento da produção de etanol foi o critério escolhido para estabelecer as condições que seriam fixadas para a continuidade do trabalho, atendendo nosso objetivo principal; redução da aeração e aumento das concentrações de substrato, células e nutrientes. Considerando que o melaço perfazia a maior porção mássica do suplemento nutricional, e que frutose, glicose e sacarose são os seus principais componentes, avaliou-se a possibilidade de inverter este dissacarídeo, utilizando invertases. O resultado foi uma eficiente hidrólise em glicose e frutose, atingindo 100% rendimento. Deste modo, o estudo de otimização da produção de etanol por S. stipitis DSM-3651, a partir de meio a base de xilose, procedeu-se na forma de uma nova abordagem para a integração das produções de etanol de primeira e segunda geração. Utilizando-se da capacidade intrínseca da levedura de co-fermentar xilose, glicose e frutose, um aumento da concentração de substrato foi obtido a partir do tratamento enzimático do melaço, que passou a exercer função dupla no processo fermentativo: fonte de nutriente e de açúcares fermentescíveis. Como resultado, a condição otimizada pelo presente trabalho atingiu fator de conversão e produtividade volumétrica de etanol de 0,41 g/g e 1,26 g/L.h, respectivamente, referentes à concentração final de 60,36 g/L de etanol. This study seek to define the best conditions for the xylose fermentation by yeast S. stipitis DSM-3651, using an inexpensive nutritional supplementation. Initially, the sugarcane molasses was chosen due to its availability and integration in the second generation ethanol context. Thus, the study of the nutritional requirements was conducted in four stages. The first was to evaluate the yeast\'s ability to use sugars from lignocellulosic materials and sugarcane molasses: xylose, arabinose, glucose, fructose and sucrose. It was observed that the yeast was capable of converting only glucose, xylose and fructose in ethanol, and even carry out their co-fermentation. Thus, the second stage was to determine the chemical composition of sugarcane molasses and compare it with a reference supplement (malt and yeast extracts and peptone). While the mineral content was similar, the nitrogen content was much lower, so that the enrichment of ammonium phosphate was required. In the next step a comparison was established among media supplemented with sugar molasses plus phosphate or reference supplementation considering their nutritional qualities, using xylose as a carbon source. Embedded in this analysis were tested different inoculum loads (0.07 and 3.00 g/L) from cultures with or without nutrient limitation. We obtained that, in general, the fermentative performance of S. stipitis DSM-3651 was reduced when only sugarcane molasses and phosphate were provided as nutrients. Thus the fourth and final step was based on the experimental design methodology to define the optimum combination of nutrients for each inoculum load. Based in ethanol production, it was decided that a media composed mainly by sugarcane molasses would be more appropriate, using an initial cell concentration of 3.00 g/L. The study of the effects of fermentation conditions on cell growth and ethanol production from xylose was conducted based on the design of experiments, and appropriate statistical analysis using four variables: aeration and substrate, cells and supplement concentrations. After evaluating and interpreting the impact which each variable exercised in the yeast development, the increased ethanol production was chosen as criteria to establish the conditions that would be fixed for the research continuation, following our main aim; reducing aeration and increasing substrate, cells and nutrients concentrations. Whereas sugarcane molasses composing the greatest mass portion of the nutritional supplement, and fructose, glucose and sucrose are its main components, we evaluated the ability to invert this disaccharide using invertase. The result was an efficient hydrolysis into glucose and fructose, reaching 100% yield. Thus, the optimization studies of ethanol production by S. stipitis DSM-3651 from a medium composed by xylose was arranged as a novel approach for integrating the first and second generation ethanol production. Using the yeast intrinsic capacity of to perform the co-fermentation of xylose, glucose and fructose, an increase in the substrate concentration was obtained from the enzymatic treatment of the sugarcane molasses, which had a double duty in the fermentation process: nutrient and fermentable sugars source. As a result, the best condition determined by this study reached an ethanol yield and productivity of 0.41g/g and 1.26 g/L.h, respectively, for an ethanol final concentration of 60.36 g/L.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência de 8 compostos fenólicos de baixa massa molar, oriundos da degradação da lignina, sobre a fermentação de glicose a etanol, em meio semidefinido, utilizando-se as leveduras Saccharomyces cerevisiae PE-2 e de panificação. Esses compostos são formados quando o bagaço de cana-de-açúcar é pré-tratado, por explosão a vapor. Assim, p-hidroxibenzaldeído, vanilina, siringaldeído, ácido p-hidroxibenzoico, ácido vanílico, ácido siríngico, ácido cumárico e ácido ferúlico foram adicionados individualmente aos meios de fermentação. Objetivou-se, também, identificar e quantificar os produtos da bioconversão desses compostos pela S. cerevisiae PE-2, por cromatografia líquida seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que o p-hidroxibenzaldeído e o ácido p-hidroxibenzoico não foram tóxicos para ambas as cepas. Para a cepa PE-2, o siringaldeído e os ácidos cumárico e ferúlico também não apresentaram toxicidade. No caso da S. cerevisiae de panificação, a vanilina, o siringaldeído e o ácido vanílico (1,0 g.L-1) dificultaram o consumo de glicose, diminuíram a produtividade volumétrica (Qp) e aumentaram o desvio de glicose para ácido acético. Vanilina (1,0 g.L-1) aumentou o fator de conversão de glicose em células (YX/S). Os ácidos siríngico e ferúlico (1,0 g.L-1) e o ácido cumárico (0,6 e 1,0 g.L-1) diminuíram YX/S (~50%), aumentaram o desvio de glicose para glicerol, dificultaram o consumo de glicose e diminuíram Qp, tendo os ácidos cumárico e ferúlico apresentado o maior efeito inibitório. Para a S. cerevisiae PE-2, a presença da vanilina provocou a queda de Qp, devido à dificuldade inicial em consumir o substrato. Já os ácidos vanílico e siríngico foram bastante inibitórios, dificultando o consumo da glicose, diminuindo Qp e aumentando os desvios de glicose para a produção de glicerol e ácido acético. Os ácidos cumárico e ferúlico aumentaram o YX/S (~ 45 e 80%). Quanto à bioconversão dos compostos fenólicos pela levedura S. cerevisiae PE-2, apenas os ácidos que apresentam carboxila benzílica (ácidos p-hidroxibenzoico, vanílico e siríngico) não foram transformados. A cepa PE-2 transformou rapidamente os aldeídos, formando os respectivos ácidos e alcoóis (esses últimos, provavelmente, formados em maior extensão). Esta levedura também foi capaz de converter os ácidos cumárico e ferúlico, mas neste trabalho não foram identificados os produtos dessa transformação. Concluiu-se que os compostos afetaram mais a Qp do que YX/S. O fator de conversão de glicose em etanol não foi afetado por nenhum dos compostos. Alguns provocaram um maior desvio de glicose para a formação de glicerol. O desvio de glicose para ácido acético, nos meios aos quais se adicionou os aldeídos, acompanhou a bioconversão dos mesmos em seu produto de redução, preferencialmente. Este trabalho confirmou os dados da literatura de que a inibição dos processos fermentativos não depende apenas da natureza do composto, mas também de sua concentração e do tipo de micro-organismo. The main objective of the present work was to investigate the influence of eight low molecular weight phenolic compounds, obtained from lignin degradation, in the fermentation of glucose to ethanol using S. cerevisiae PE-2 and the baker\'s yeast S. cerevisiae in a semi-defined medium. These compounds are originated from the pretreated sugarcane bagasse by steam explosion. Thus, 4-hydroxybenzaldehyde, vanillin, syringaldehyde, 4-hydroxybenzoic acid, vanillic acid, syringic acid, coumaric acid and ferulic acid were added separately in the fermentative media. Moreover, the bioconversion products of these molecules by S. cerevisiae were identified and quantified by high performance liquid chromatography and mass spectrometry. These results indicated that 4-hydroxybenzaldehyde and 4-hydroxybenzoic acid were not toxic for both strain. Additionally, syringaldehyde and coumaric and ferulic acids were also not toxic for PE-2 strain. Vanillin, syringaldehyde and vanillic acid (at 1.0g.L-1) made the glucose consumption slower, reduced the volumetric productivity (Qp), increased the deviation of glucose to produce acetic acid for the baker\'s yeast S. cerevisiae system. Vanillin (at 1.0 g.L-1) increased the cellular mass yield. Syringic and ferulic acids (at 1.0g.L-1) and coumaric acid (at 0.6 and 1.0 g.L-1) highly inhibited the microbial growth (about 50 %), increased the deviation of glucose to produce the glycerol and made slower the glucose consumption, reducing Qp. Coumaric and ferulic acids were the greatest inhibitors compounds for the baker\'s yeast S. cerevisiae. For Saccharomyces cerevisiae PE-2, the presence of vanillin led to a Qp reduction, based on the initial difficult in substrate consumption. Vanillic and syringic acids were extremely inhibitory, making difficult the glucose consumption, reducing Qp and increasing both, glycerol and acetic acid production by deviation of glucose. Coumaric and ferulic acids increased the cellular yield (about 48 and 80 %). Concerning the bioconvertion of the phenolic acids by S. cerevisiae PE-2, only those molecules presenting the benzilic carboxyl group (4-hydroxybenzoic, vanillic and syringic acids) did not reacted. In contrast, aldehydes were rapidly transformed into their respective acids and alcohols (being this last one probably formed in greater amount). S. cerevisiae PE-2 was also capable to convert coumaric and ferulic acids, however, herein none products were identified. Thus, the compounds most affect ethanol productivity than the cellular mass yield. The ethanol yield was not affected by any of the compounds. Some of them led to a greater glucose deviation to produce glycerol and acetic acid. This work confirmed previously data published in the literature indicating that the inhibition of fermentative process did not depend exclusively on the compounds, but also its concentration and microorganism type.

O presente trabalho tem como objetivo estudar as modificações ocorridas na cana-de-açúcar, com diferentes composições químicas e estruturais, pelo pré-tratamento sulfito alcalino. A remoção de lignina e hemicelulose, bem como a introdução de grupos sulfônicos em cana-de-açúcar que ocorrem durante o pré-tratamento sulfito alcalino tornam mais fácil a hidrólise da celulose. A compreensão das modificações químicas e físicas em materiais lignocelulósicos que ocorrem durante este pré-tratamento é fundamental para a geração de processos mais eficazes. Neste trabalho, bagaço e entrenós de cana-de-açúcar, selecionados de plantas híbridas com composição química variada, foram pré-tratados em condições brandas com 10% de sulfito e 5% de hidróxido de sódio por diferentes tempos. No início do pré-tratamento, a deslignificação aumentou rapidamente, o mesmo não aconteceu com a hemicelulose. Nos primeiros 30 min de pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar houve remoção de 50% da lignina inicial e 30% da hemicelulose, o que ocasionou uma melhora significativa na conversão de celulose, atingindo 64%. Mesmo sem remoção adicional de lignina e hemicelulose, o processo continuou a introduzir os grupos ácidos, o que contribuiu para o inchamento da fibra. A largura da fibra do bagaço não tratado aumentou de 10,4 ?m para 30 ?m no material pré-tratado com 120 min. Estas modificações na fibra foram responsáveis pelo aumento na eficiência da hidrólise enzimática da celulose, a qual atingiu 92%. Híbridos experimentais com teores reduzidos de lignina apresentaram taxas iniciais de hidrólise mais elevadas e um menor tempo de pré-tratamento para alcançar a conversão total de celulose do que a cana de referência. Diferentes regiões (medula, interface, córtex e fração externa) dos entrenós das canas foram hidrolisadas por celulases. O pré-tratamento da interface, córtex e fração externa com sulfito-alcalino produziu substratos menos recalcitrantes com o aumento do tempo de reação e resultou na melhora da hidrólise enzimática. Foram utilizadas várias técnicas para avaliar as mudanças que ocorreram durante o pré-tratamento, as quais foram capazes de estudar a morfologia da superfície e as características químicas das amostras. O tratamento químico ocasionou uma intensa deslignificação e alterações morfológicas nas superfícies das fibras da cana-de-açúcar. A redução na absorção a 285 nm e 315 nm das paredes celulares das fibras, parênquima e dos vasos aumentou substancialmente os valores de conversão enzimática da celulose e da hemicelulose. Microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FE-SEM) revelou que as fibras da região do córtex e, especialmente, da interface mostrou paredes celulares colapsadas após a parcial deslignificação. Após o tratamento sulfito alcalino, os dados de espectroscopia fotoelétrica de raio-X (XPS) e espectrometria de massa de íons secundários por tempo de vôo (TOF-SIMS) apresentaram um aumento das intensidades dos sinais nas superfícies das fibras, os quais foram atribuídos à presença de carboidratos em algumas amostras. Em conformidade, os sinais de lignina diminuíram nas superfícies das fibras das mesmas amostras. The present work aims to study the changes occurring in sugar cane, with different in structure and chemical compositions, by sulfite-alkaline pre-treatment. Removing lignin and hemicellulose as well as introducing sulfonic groups in sugar cane pretreated with alkaline sulfite made cellulose hydrolysis easier. Understanding the chemical and physical alterations occurring during this pretreatment of lignocellulosic materials is fundamental for the generation of effective pretreatment methods. In the present work, sugarcane bagasse and also sugar cane internodes, selected from experimental hybrid plants, were pretreated with the alkaline-sulfite process under mild conditions with varied cooking times. The first 30 min of pretreatment of sugar cane bagasse, which removed approximately half of the initial lignin and 30% of hemicellulose seemed responsible for a significant enhancement of the cellulose conversion level, which reached 64%. After the first 30 min of pretreatment, delignification increased slightly and hemicellulose removal was not enhanced. However, the process continued to introduce acid groups into the residual lignin that enhanced the fiber swelling up to 120 min of cooking. The fiber widths increased from 10,4 ?m in the untreated bagasse to 30 ?m in the 120 min-pretreated material. These changes were responsible for an additional increase in the efficiency of enzymatic hydrolysis of the cellulose, which reached 92%. Experimental hybrids with less original lignin presented higher initial hydrolysis rates than reference sugar cane and required lower time of pretreatment to achieve the total cellulose conversion. Different regions (pith, interface, rind and outermost fraction) of the internodes of types of sugarcanes were hydrolyzed by cellulases. The pretreatment of the interface, rind and outermost fraction with alkaline sulfite produced less recalcitrant substrates with increasing reaction time and resulted in improvement enzymatic hydrolysis. Several techniques enabling the study of surface morphological and chemical characteristics were used to evaluate the changes occurring during the pretreatment step. The chemical treatment caused intense delignification and morphological changes on the sugar cane fiber surfaces. The reduction in the absorption at 285 nm and 315 nm of the cell walls of the fibers, parenchyma and vessel, substantially increased the values of enzymatic conversion of cellulose and hemicellulose. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) indicated that the fibers from rind regions and especially from the interface showed collapsed cell walls after partial delignification. After the alkaline sulfite treatment, X-ray photoelectrom spectroscopy (XPS) and time-of-flight-secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) data showed increased signal intensities on the fibers surfaces assigned to carbohydrates of some samples. In accordance, the lignin signals diminished on the fiber surfaces of the same samples.

Os processos de separação por membrana (PSM) vêm ganhando destaque em aplicações industriais por conta de suas vantagens, principalmente o baixo custo de implementação e o baixo consumo de energia para sua operação. A utilização de subprodutos agrícolas na obtenção de materiais é uma tendência crescente, sendo os seus maiores atrativos a grande disponibilidade desses subprodutos e por serem uma matéria-prima barata. O presente trabalho teve como principais objetivos a produção de membranas sua utilização na detoxificação do hidrolisado hemicelulósico originado do tratamento ácido do bagaço de cana-de-açúcar. Para tanto foram produzidos dois tipos de membranas a partir de três polímeros diferentes, o acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana, o acetato de celulose comercial e a poliamida 66. Na produção de acetato a partir do bagaço foi realizado um estudo exploratório para extrair a celulose, matéria-prima do acetato, de uma maneira que se obtivesse um material com alto grau de pureza e que as perdas de celulose durante o processo fossem minimizadas. Para a produção das membranas foi utilizada a técnica de inversão de fases. No caso das membranas de acetato de celulose, foi realizada uma variação dos parâmetros utilizados no processo de confecção das membranas (tempo de evaporação do solvente, temperatura do banho de coagulação e tratamento térmico), com o intuito de se estabelecer as melhores variáveis do processo, enquanto que para a poliamida 66, foram utilizadas condições previamente determinadas por outros estudos. Depois de prontas, as membranas foram caracterizadas fisicamente e pelas suas propriedades de fluxo de água pura, fluxo de vapor de água, rejeição de sais, rejeição de açúcares e rejeição de compostos tóxicos. Finalmente, as membranas foram aplicadas no processo de detoxificação do hidrolisado hemicelulósico para testar sua capacidade de remoção de furfural, hidroximetilfurfural (HMF), ácido acético e compostos fenólicos. No estudo de extração da celulose do bagaço, as melhores condições produziram uma celulose com pureza de 84,01%. O acetato produzido apresentou um grau de substituição de 2,52, podendo ser classificado como um triacetato de celulose. Em comparação, o acetato comercial apresentou um grau de substituição de 2,85. Fisicamente, todas as membranas apresentaram uma morfologia que intercalava a presença de poros com regiões nodulares. As membranas de bagaço de cana apresentaram uma considerável fragilidade, por isso nos testes de permeação sob pressão, elas foram suportadas por uma membrana de polissulfona comercial. Todas as membranas de acetato de bagaço e membrana de poliamida apresentaram fluxo de água pura, enquanto que apenas algumas membranas de acetato comercial conseguiram permear água pura. As membranas apresentaram diferentes resultados nos experimentos de rejeição de compostos, resultado das diferenças estruturais entre elas. No ensaio de detoxificação, a membrana que alcançou o melhor desempenho foi a membrana obtida a partir do acetato comercial. Essa membrana conseguiu remover 89,92% de HMF, 91,99% de furfural, 51,52% de ácido acético e 8,35% de compostos fenólicos. As membranas produzidas a partir do bagaço de cana alcançaram uma remoção de 71,66 de HMF, 60,87% de furfural, 91,79% de ácido acético e 10,86% de fenólicos. Membrane separation processes (MSP) have been highlighted at industrial processes because of their advantages, mainly the low cost of implementation and the low energy consumption during their operation. The utilization of agriculture co-products for the obtainment of material is a increasing trend, wherein the main attractive are the high availability and the low cost of these co-products. The aims of this work were to produce membranes and to investigate their utilization in the detoxification of the hemicellulosic hydrolisate originated from the acid treatment of sugarcane bagasse. For that, two types of membranes were produced from three different types of polymers, cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse, commercial cellulose acetate and polyamide 66. For the production of the sugarcane bagasse cellulose acetate it was conducted an exploratory study in order to extract cellulose, raw-material of the acetate, in a manner that the final material possessed high purity degree and the losses of cellulose during the process were minimized. The technique of phase inversion was utilized to produce the membranes. In the case of cellulose acetate membranes, the variation of the membrane production parameters (time of solvent evaporation, temperature of coagulation bath and thermical treatment) was performed for the purpose of establishing the best process parameters, whereas it was utilized previously established conditions found in the literature for the polyamide membrane production. The membranes were characterized physically and for their properties of pure water flux, vapor water flux, salt rejection, sugar rejection and toxic compound rejection. Finally, the membranes were applied in the process of hemicellulosic hydrolysate detoxification for testing their capacity of furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), acetic acid and phenolic compound removal. The best conditions of cellulose extraction from sugarcane bagasse were able to produce cellulose with 84.01% of purity. The sugarcane cellulose acetate presented a substitution degree of 2.52, being classified as cellulose triacetate. In comparison, commercial cellulose acetate presented a substitution degree of 2,85. Physically, all membranes possessed a morphology that interspersed the presence of porous and nodular regions. Due to their fragility, sugarcane bagasse membranes were supported by a polysulfone commercial membrane in the tests of permeation under pressure. All sugarcane bagasse membranes and polyamide membrane achieved pure water flux. Nevertheless, just some commercial cellulose acetate membranes could permeate pure water. In the assays of compound rejection, the membranes reached different results, on behalf of their structural differences. The membrane that obtained the best performance in the detoxification process was the membrane produced form commercial cellulose acetate. This membrane was able to remove 89.92% of HMF, 91.99% of furfural, 51.52% of acetic acid and 8.35% of phenolic compounds. The membranes produced from sugarcane bagasse reached a removal of 71.66 of HMF, 60.87% of furfural, 91.79% of acetic acid and 10,86% of phenolics.

O cultivo da cana-de-açúcar é uma das atividades agrícolas mais importantes no Brasil, produzindo após a moagem o caldo, utilizado para a produção de açúcar e etanol, e o bagaço, resíduo lignocelulósico. O bagaço é recalcitrante à hidrólise enzimática, em parte pela baixa porosidade, resultante do recobrimento das fibrilas de celulose com lignina e hemicelulose. Neste estudo, o bagaço foi pré-tratado com sulfito alcalino nas concentrações de 2,5% de NaOH e 5% de Na2SO3 versus 5% de NaOH e 10% de Na2SO3 para produzir substratos para hidrólise enzimática. Ambos pré-tratamentos produziram substratos com teor de hemicelulose, grupos ácidos, grau de retenção de água e área superficial semelhantes. O conteúdo de lignina foi bem diferente nos bagaços pré-tratados com 5% de sulfito (21% de lignina) e 10% de sulfito (13% de lignina). A hidrólise da celulose e hemicelulose do bagaço com alto teor de lignina, utilizando a carga enzimática de 40 FPU/g e 80 U/g de ?-glicosidase foram próximas a 50% em 48 horas e, mesmo no bagaço com pouca lignina a conversão dos polissacarídeos não foi completa (90%). Considerando a importância do tipo de enzimas para a conversão dos polissacarídeos dos bagaços pré-tratados, realizou-se um planejamento experimental 24 com 6 pontos centrais ampliado em estrela, para avaliar uma mistura de enzimas partindo de 5 FPU/g do extrato comercial de Trichoderma reesei (celluclast) combinado com enzimas purificadas comerciais: xilanase de Neocallimastix patriciarum (família 10), xilanase de Thermotoga maritima (família 11), ?-xilosidase de Selelomonas ruminantium e ?-glicosidase de Aspergillus niger. A aplicação da mistura de enzimas otimizada no bagaço pré-tratado com alta carga de sulfito aumentou a conversão de celulose e hemicelulose em 6,6% e 15% respectivamente, comparado com a mistura de referência (5FPU de celluclast e 10UI de Novozyme 188 por grama de bagaço). A suplementação da celluclast com ?-xilosidase e ?- glicosidase foi estatisticamente significativa em 24 horas de hidrólise a um nível de 95% de confiança e a interação da xilanase 10 e 11 foi significativa com um nível de confiança de 90%. Quando foram realizados os mesmos ensaios do planejamento com o substrato com alto teor de lignina, as hidrólises da celulose e hemicelulose com a mistura de enzimas foram inferiores à obtida com a referência. A suplementação com xilanases e ?-xilosidase aumentou a conversão enzimática da hemicelulose apenas do substrato com pouca lignina, entretanto nos hidrolisados de ambos os substratos foi detectada a presença de xilooligossacarídeos, indicando a necessidade de adição de mais ?-xilosidase à mistura enzimática. As velocidades iniciais de hidrólise da celulose e hemicelulose foram pouco alteradas quando a lignina do bagaço reduziu de 21% para 13%, porém a conversão em 48 h de reação foi o dobro. Este estudo mostrou que o acesso das enzimas à hemicelulose foi limitado pelo alto teor de lignina do substrato, e que o benefício do uso de xilanases para a conversão de celulose foi obtido no substrato pré-tratado com alta carga de sulfito. The cultivation of sugarcane is one of the most important agricultural activities in Brazil. The juice obtained from the crushed stalks of sugarcane is used to produce sugar and ethanol and the dry, fibrous residue remaining is the bagasse. Bagasse is recalcitrant to enzymatic hydrolysis, in part by low porosity due to the partial filling of space between the cellulose microfibrils by lignin and hemicelluloses. In this study, bagasses were pretreated with alkaline sulfite at concentrations of 2.5% NaOH and 5% Na2SO3 NaOH versus 5% and 10% Na2SO3 to produce substrates for enzymatic hydrolysis. Both substrates presented similar hemicellulose content, acid groups, water retention and specific surface area. Lignin content differed between pretreated bagasse with 5% sulfite (21%) and 10% sulfite (13%). The hydrolysis of cellulose and hemicellulose of bagasse with high lignin content, using 40 FPU/g and 80 U/g of ?-glucosidase was aproximately 50% in 48 hours and even on bagasse with low lignin content, the polysaccharides conversion was not complete (90%). Considering the importance of the type of enzymes for the conversion of polysaccharides of pretreated bagasses, a 24 full factorial experimental design with six central points was performed to evaluate a mixture of enzymes. A load of 5 FPU/g of Trichoderma reesei extract (celluclast) was combined with purified commercial enzymes: Neocallimastix patriciarum xylanase (family 10), Thermotoga maritima xylanase (family 11), Selelomonas ruminantium ?-xylosidase and ?-glucosidase from Aspergillus niger. The optimized mixture improved the conversion of cellulose and hemicellulose of the substrate with low lignin content in 6.6% and 15% respectively, when compared to the reference mixture (5FPU of celluclast and 10 IU of novozyme 188 per gram of bagasse). Supplementation with ?-xylosidase and ?-glucosidase was statistically significant at 24 hours of reaction and also the interaction of xylanases 10 and 11. When the same assays were performed with the substrate with low lignin, hydrolysis of the cellulose and hemicellulose with a mixture of purified enzymes was inferior to that obtained by the reference. Supplementation with xylanase and ?-xylosidase improved the enzymatic conversion only for substrate with low lignin content, however in supernatants of both substrates was detected the presence of xylo-oligosaccharides, suggesting the need for further addition of ?-xylosidase to the enzyme mixture. Initial rate of cellulose and hemicellulose hydrolysis changed very little when the lignin in the bagasse was reduced from 21% to 13%, but the conversion at 48 h conversion time was twice higher. This study showed that access of enzymes to the hemicellulose was limited by the high lignin content of the substrate, and that the benefit of using xylanases for the conversion of cellulose was obtained on the substrate pretreated with high sulfite load.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a produção de etanol pela levedura Pichia stipitis, a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de malte (HHBM). Primeiramente estudou-se o efeito da suplementação nutricional do hidrolisado adicionando-se extrato de farelo de arroz (0 a 20% v/v), uréia (0 a 3 g/L) e extrato de levedura (0 a 3 g/L). Os resultados mostraram que o hidrolisado suplementado apenas com extrato de levedura proporcionou os melhores resultados de conversão (YP/S = 0,44 g/g) e produtividade em etanol (QP = 0,33 g/L.h). Em seguida foi avaliado o nível ótimo deste nutriente sobre a bioconversão, sendo confirmada a suplementação do HHBM com 3,0 g/L de extrato de levedura. Após o estabelecimento das condições nutricionais, a levedura foi cultivada em HHBM após o crescimento de 24 horas em meio semissintético, visando aclimatar as células aos inibidores presentes no hidrolisado. Este estudo resultou no aumento das velocidades do processo, sendo 16% sobre a produtividade volumétrica em etanol (QP) e 10% sobre a velocidade de consumo de substrato (QS), quando comparado ao cultivo das células somente em meio semissintético. Na etapa seguinte utilizou-se um planejamento fatorial 22 com face centrada para otimização das condições de pH e concentração inicial de células (X0) na fermentação em HHBM não destoxificado e após a destoxificação com carvão ativado. Foram obtidos modelos para descrever os valores de YP/S e QP na região estudada, sendo que para o HHBM não destoxificado os valores destes parâmetros foram 0,40 g/g e 0,65 g/L.h, respectivamente, em pH 6,4 e X0 = 5,0 g/L (modelo 1). Em HHBM destoxificado, as condições ótimas foram obtidas em pH 6,0 e 1,36 g/L de células (modelo 2), obtendo-se YP/S de 0,40 g/g e QP de 0,46 g/L.h. Nas condições otimizadas foram então realizados ensaios que confirmaram a validade dos modelos 1 e 2, obtendo-se a máxima concentração de etanol (23,4 g/L), YP/S de 0,41 g/g e QP de 0,65 g/L.h em HHBM não destoxificado. Realizouse ensaios para avaliação do efeito do ácido acético sobre a fermentação em meio semissintético por P. stipitis, empregando-se as condições de pH e X0 otimizadas em HHBM não destoxificado (modelo 1) e destoxificado (modelo 2). Este estudo mostrou que nas condições do modelo 1, o ácido acético favoreceu a bioconversão sendo os melhores resultados obtidos na presença deste ácido (YP/S = 0,47 g/g e QP = 1,08 g/L.h). Por outro lado, nas condições do modelo 2, os valores de YP/S foram similares, enquanto que com a adição de ácido acético ao meio de fermentação, o valor de QP foi reduzido em 53%. Na fermentação em biorreator, o emprego das condições otimizadas em frascos (pH 6,4 e 5,0 g/L de células) resultaram em valores de QP 48% inferiores ao obtido em frascos (0,65 para 0,44 g/L.h), entretanto YP/S foi apenas 10% inferior (0,41 para 0,37 g/g). No presente estudo, conclui-se que a suplementação nutricional do HHBM e a otimização das condições de pH e X0 resultaram em valores promissores para os principais parâmetros da fermentação por P. stipitis, ressaltando o potencial deste hidrolisado em processos biotecnológicos para produção de etanol. This study aimed to evaluate the ethanol production by Pichia stipitis in brewer\'s spent grain hemicellulosic hydrolysate (BSGHH). Initially, the effect of nutritional supplementation was evaluated by adding rice bran extract, urea and yeast extract. The results showed that supplementation only with yeast extract promoted the highest conversion values (YP/S = 0.44 g/L) and ethanol productivity (QP = 0.33 g/L.h). Additional assays showed that the optimal concentration of this nutrient was 3.0 g/L. To acclimate the cells to inhibitors present in BSGHH the yeast was cultivated in hydrolysate after growth for 24 hours in semisynthetic medium. This study resulted in increased of the process rates, 16% of the ethanol productivity (QP) and 10% on the substrate consumption (QS) when compared to growing cells only in the semisynthetic medium. In the second step a 22 full factorial centeredface design was employed to optimized the conditions of pH and initial cells concentration (X0) in fermentation of hydrolysate undetoxified and after detoxification with activated charcoal. Mathematical models that relate the YP/S and QP were obtained. For non-detoxified BSGHH (model 1) the optimal conditions of pH (6.4) and X0 (5.0 g/L) showed values parameters of 0.41 g/g and 0.65 g/L.h, respectively. In detoxified BSGHH (model 2) the optimum conditions of pH (6.0) and X0 (1.36 g/L), resulted in YP/S and QP values of 0.40 g/g and 0.46 g/L.h, respectively. Under these conditions, the the validity of the models were confirmed. The effect of acetic acid on fermentation by P. stipitis in semisynthetic medium, employing optimized conditions of pH and X0 in model 1 and model 2 was evaluated. The results showed that under the conditions of model 1 and in a concentration of 2,9 g/L, the acetic acid favored the bioconversion by P. stipitis, increasing the YP/S (15 %) and QP (66 %). On the other hand, in the conditions of the model 2 the YP/S values were similar, whereas the QP values were reduced by 53% when the acetic acid was added. By using these optimized conditions in bioreactor fermentation it was obtained the ethanol productivity was approximately 48% lower (0.65 to 0.44 g/L.h), however the ethanol production was similar as compared to fermentation flasks. It is possible conclude that the HHBSG requires nutritional supplementation and that the optimized conditions of pH and initial cells concentration can be used as a strategy in order to raising the fermentation parameters.