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A necessidade de modificar a matriz energética, fortemente dependente de combustíveis fósseis, está impulsionando estudos que visam buscar alternativas mais sustentáveis. Uma alternativa promissora é a utilização de processos biotecnológicos para a conversão de resíduos lignocelulósicos agroindustriais ricos em celulose (casca de soja, casca de arroz, bagaço de cana-de-açúcar, entre outros) a açúcares fermentescíveis para uma posterior fermentação a etanol de segunda geração. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo estudar a capacidade de conversão dos açúcares provenientes de biomassas hidrolisadas por diferentes leveduras e avaliar a utilização de líquidos iônicos na dissolução de materiais lignocelulósicos. Desta forma, a capacidade de bioconversão dos açúcares contidos no hidrolisado de casca de arroz (RHH) e em meio sintético a etanol foi avaliada utilizando a levedura Candida shehatae e sua co-cultura com Saccharomyces cerevisiae. Este estudo foi realizado em agitador orbital e biorreator. Nos experimentos utilizando co-cultura e agitador orbital o rendimento de etanol (YP/S) foi de 0,42 e 0,51 g g-1 em meio sintético simulando a composição do hidrolisado e em RHH, respectivamente. Utilizando culturas puras de C. shehatae nas mesmas condições, o rendimento de etanol foi de 0,40 g g-1. Determinadas leveduras tem seu metabolismo alterado com a variação de oxigenação do meio. Com o intuito de realizar esta avaliação, experimentos em anaerobiose e com limitação de oxigênio foram realizados em biorreatores. Nestas condições e utilizando as leveduras em co-cultura foi possível obter rendimentos de etanol similares (0,50-0,51g g-1) em meio sintético, enquanto que em RHH, rendimentos de 0,48 e 0,44 g g-1 foram obtidos, respectivamente. Assim como o RHH, o hidrolisado de casca de soja também pode ser uma alternativa para este desenvolvimento. Foi investigada a capacidade de uma linhagem recentemente isolada de Candida guilliermondii converter hexoses e pentoses a partir de hidrolisado ácido/enzimático de casca de soja em etanol. As condições operacionais e suplementação do meio de cultivo foram otimizados utilizando planejamentos experimentais estatísticos (Plackett-Burman e CCD). Os resultados demonstraram que a C. guilliermondii BL 13 foi capaz de crescer em hidrolisado nãosuplementado, não-detoxificado, e as melhores condições de cultivo foram 28 °C, pH 5 e um tamanho de inóculo de 109 UFC ml-1. A produtividade do etanol atingiu um máximo de 1,4 g h-1 L-1e o rendimento de 0,41 g g-1. Para que os materiais lignocelulósicos sejam utilizados em processos destinados à produção de etanol, uma etapa de pré-tratamento é necessária a fim de desorganizar a estrutura deste material facilitando a sacarificação dos açúcares. Com esta finalidade e pensando na utilização de recursos renováveis, foram utilizados no pré-tratamento de casca de soja líquido iônico (LI) de acetato de 1-butil-3-metilimidazólio ([bmim][Ac]). Desta forma, a fim de otimizar o processo de dissolução da celulose, os efeitos da temperatura, tempo de incubação, da relação sólido/líquido (biomassa/IL) e a concentração de líquido iônico (mistura de IL-água) foram avaliadas utilizando um planejamento composto central (CCD). A biomassa regenerada foi analisada por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A eficiência do pré-tratamento foi quantificada através da glicose liberada após hidrólise enzimática utilizando um complexo celulolítico produzido por Penicillium echinulatum em comparação a casca de soja não tratada (matriz celulolítica). O hidrolisado do ponto ótimo foi utilizado em processo fermentativo com C. shehatae HM 52,2. As condições ótimas foram de 75 °C, 165 minutos de tempo de incubação, 57 % (fração de massa) de [bmim] [Ac] e 12,5 % de carga sólida. As análises de FTIR demonstraram que a casca de soja teve uma perda na cristalinidade de sua estrutura. A utilização do complexo enzimático no processo de hidrólise da biomassa conseguiu liberar 92 % da glicose da matriz celulósica e foi obtido uma conversão de glicose em etanol com rendimento de 0,31 (g g-1). As alterações na estrutura da biomassa regenerada após tratamento com os líquidos iônicos cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio ([bmim][Cl]) ou acetato de 1-butil-3- metilimidazólio ([bmim][Ac]) também foram estudadas. A caracterização foi realizada por uma combinação de análise termogravimétrica (TGA), análise de espectroscopia de absorção no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), difracção de raios X (XRD) e por microscopia electrônica de varredura (MEV). Os tratamentos foram estudados utilizando diferentes tempos de tratamento (2 h e 6 h), diferentes temperaturas (75 °C e 100 °C) e variações na concentração de LI (50 % e 100 %). Os resultados sugerem que a casca de soja apresenta uma maior perda da cristalinidade do que a casca de arroz. A alta recalcitrância da casca de arroz devido a sílica presente pode explicar a pequena redução na cristalinidade desta biomassa. Observou-se que a dissolução da biomassa lignocelulósica sofreu influencia do tipo de biomassa e LI utilizado, temperatura, tempo e proporção LI-água. The necessity of changing energy matrix, which is highly dependent on fossil fuel, it is booking studies wich seek more sustainable alternatives. One promising alternative is the use of biotechnological processes from the conversion of lignocellulosic agroindustrial waste rich in cellulose (soybean hulls, rice hull, bagasse, etc.) to fermentable sugars for subsequent fermentation second-generation ethanol. In this context, the present work has the goal to study the capacity of the conversion sugars coming from biomass hydrolyze by different yeasts and evaluates the use of ionic liquids on the dissolution of lignocellulosic materials.Thus, the capacity of the sugars bioconversion contained in the rice hull hidrolisate (RHH) and in synthetic medium for ethanol was evaluated using the yeast Candida shehatae and their co-culture with Saccharomyces cerevisiae. This study was carried in an orbital shaker and bioreactor. In co-culture experiments using orbital shaker the ethanol yields (Y P/S) was 0.42 and 0.51 g g-1 in synthetic medium simulating the sugar composition of RHH and in RHH, respectively. By using pure cultures of C. shehatae in the same conditions the ethanol yield was 0.40 g g-1. Certain yeasts have their altered metabolism by varying the oxygenation of the medium. In order to accomplish this evaluation experiments under anaerobic conditions and with limited oxygen were performed in bioreactors. In those conditions and by using the yeast in co-culture, it was possible to obtain similar ethanol yields of (0.50 to 0.51 g g-1) in the synthetic medium, while in RHH, yields of 0.48 and 0.44 g g-1 were obtained respectively.The ability of a newly isolated strain of Candida guilliermondii BL13converting hexoses and pentoses from the soybean hull hydrolysate acid / enzyme in ethanol was investigated. The operating conditions and supplementation of the culture medium were optimized using statistical experimental design (Plackett-Burman and CCD). The results bring to us the conclusion that C. guilliermondii BL 13 was able to grow on non-supplemented and non-detoxified hydrolyzate, and best culture conditions were 28 °C, pH 5 and inoculum size of 109 CFU ml-1. The ethanol productivity reached a maximum of 1.4 g L-1 h-1, and the yield of 0.41 g g-1. For that lignocellulosic materials was used in processes for the production of ethanol, a pretreatment step is required in order to disrupt the structure of this material facilitating the saccharification of sugar. With this purpose, and considering the use of renewable resources were used in the pretreatment of soybean hulls with ionic liquid (IL) 1-butyl-3-methylimidazolium acetate ([bmim][Ac]). Thus, in order to optimize the dissolution of the cellulose process, the effects of temperature, incubation time, the solid / liquid ratio (biomass / IL), and the concentration of ionic liquid (IL-water mixture) were evaluated using a central composite design (CCD). The regenerated biomass was analyzed by Fourier transform infrared (FTIR) analysis. The effectiveness of the pretreatment was measured by glucose released after enzymatic hydrolysis using a cellulolytic complex produced by Penicillium echinulatum in untreated soybean hulls comparison (cellulolsic matrix). The hydrolyzate was used in optimum fermentation with C. shehatae HM 52.2. Optimal conditions were 75 °C, 165 minutes of incubation time, 57 % (mass fraction) of [bmim][Ac] and 12.5 % of solid. The FTIR analysis showed that soybean hulls had a loss in the crystallinity of its structure. The use of the enzyme complex in the biomass hydrolysis process achieved 92 % of the glucose release the cellulosic matrix was obtained and an ethanol conversion of glucose to yield 0.31 (g g-1).The changes in the structure of the regenerated biomass after treatment with ionic liquids 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([bmim][CI]) or 1-butyl-3- methylimidazolium acetate ([bmim][Ac]) were also studied. The characterization was done by a combination of thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared (FTIR) analysis, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The treatments were studied using different treatment times (2h and 6h), different temperatures (75 °C and 100 °C) and different IL concentration (50 % and 100 %). The results suggest that soybean hull has a higher loss of crystallinity than rice hull. The high recalcitrance of rice hull, due to silica present, may explain the low decrystallization this biomass. It was observed that the dissolution of the lignocellulosic biomass has undergone the influence of the type of biomass used and IL, temperature, time and ratio IL-water.

Cada vez mais a busca por fontes de energia renováveis tem se intensificado. Isto não somente pela preocupação ambiental, mas também devido aos combustíveis fósseis serem limitados. Desta forma, o etanol de segunda geração (bioetanol) tem chamado a atenção por ser uma fonte de energia pouco poluente e que pode ser obtida a partir de resíduos agroindustriais. Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz, são fontes abundantes e de baixo custo para produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado. Esse processo biotecnológico tem o objetivo de promover o aproveitamento completo das frações celulósica (contém hexoses) e hemicelulósica (rica em pentoses) dos resíduos lignocelulósicos, para a obtenção de commodities. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de conversão de hexoses e pentoses pela levedura Spathaspora arborariae, descrita recentemente como boa conversora de pentoses a etanol. Cultivos sobre meio semissintético e hidrolisado de casca de arroz, a 180 rpm e 28oC, foram realizados em agitador orbital utilizando frascos Erlemmeyers, utilizando leveduras fermentadoras de hexoses e pentoses, como Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis e Spathaspora arborariae, respectivamente, em cultivos isolados e em co-cultivo. As cepas testadas isoladamente apresentaram valores de produtividade de etanol (YP/S) entre 0,35 e 0,46 g g-1, enquanto que o rendimento dos co-cultivos variou de 0,30 e 0,77 g g-1 de etanol, sobre ambos os susbstratos. Também foram realizados ensaios em frascos agitados em aerobiose (180 rpm) e anaerobiose (100 rpm) a 28oC utilizando como meio de cultura com diferentes açúcares individualmente (glicose, xilose ou arabinose). O cultivo realizado em anaerobiose, utilizando glicose como substrato foi o que apresentou maior índices de conversão de etanol (Y P/S) 0,26 g g-1. Cultivos foram conduzidos em biorreatores submersos utilizando S. arborariae sobre meio semissintético, contendo glicose e xilose, em condições anaeróbicas (150 rpm), aeróbicas (400 rpm e 2 vvm; 150 rpm e 0,5 vvm) e microaerofilia (180 rpm e 0,33 vvm). O maior rendimento de etanol foi obtido no cultivo anaeróbico com Y P/S=0,52 g g-1. It is increasing the search for renewable energy sources due to environmental concerns and the possibility of fossil fuels shortage in the near future. Thus, the second generation ethanol (bioethanol) has drawn attention for being a renewable energy source and can be obtained from organic residues. Lignocellulosic agroindustrial residues such as rice hulls are abundant resources and have a low cost for the biotechnological production of compounds of high added value. This biotechnological process aims to promote the full exploitation of the cellulose fractions (containing hexoses) and hemicellulose (rich in pentoses) of lignocellulosic wastes to obtain commodities such as ethanol. This study aimed at studying the capability of the yeast Spathaspora arborariae, recently discovered, of converting hexoses and pentoses into ethanol. Cultures on semi synthetic medium and hydrolyzed rice hull at 180 rpm and 28oC, were performed in shaker, using fermenting yeast hesoxes and pentoses such as Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis and Spathaspora arborariae, either isolated or in co-cultivations. The strains tested alone showed values of ethanol yields (YP/S) between 0.35 and 0.46 g g-1, while the yield of co-cultures varied from 0.30 to 0.77 g g-1 ethanol on both substrates. Experiments were also carried out in shake flasks under aerobic conditions (180 rpm) and anaerobic (100 rpm) at 280C using culture medium with different sugars individually (glucose, xylose, or arabinose). The yeasts cultivated in anaerobic conditions using glucose as substrate showed the highest ethanol yields (YP/S) 0.26 g g-1. Cultures were conducted in submerged bioreactors using S. arborariae on semi-synthetic medium containing glucose and xylose under anaerobic conditions (150 rpm), aerobic (400 rpm and 2 vvm, 150 rpm and 0.5 vvm) and micro-aerobiosis (180 rpm and 0.33 vvm). The highest ethanol yield was obtained in anaerobic cultivation with YP/S = 0.52 g g-1.

In this research, the saccharine sorghum bagasse was submitted to a pre-treatment with an ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium [Bmim] Cl in order to evaluate the effect on the undissolved solid after the pre-treatment in relation to the cellulose contents, hemicelluloses and lignin. Two pretreatment facilities were evaluated, 100 and 120 °C. The increase in hemicellulose groups required for pretreatments at temperatures of 100 and 120 °C with a biomass/eutectic solvent ratio of 1:10 in 2 was evaluated, 4 and 6h using Fourier transform infrared spectrophotometry The pretreatment of saccharine bagasse was also evaluated in relation to a lignicellulosic composition by thermogravimetric analysis and the derivative of thermograms (DTG) generated. From the integration of the DTG peaks (in well defined intervals defined by the literature) the contents of cellulose, hemicelluloses and lignin were determined, both in pre-treated and in natura. The pre-treatment condition that generated a biomass rich in hemicelluloses and greater delignification was provided as best, and the biomass from the pre-treatment was used in the subsequent hydrolysis step. Subcritical hydrolysis was performed in a reactor in semi-continuous operation mode. The process variables were studied: temperature (220 and 260 ° C) and solvent/feed mass ratio (80 and 100). The pressure was set at 15 MPa and the total reaction time was 10 min. The highest yield of fermentable sugars (19.18 ± 0.50 g / 100 g biomass) was obtained for saccharine bagasse pretreated with [Bmim] Cl with water under the reaction condition in the 220 ° hydrolysis step C in the solid/solvent ratio of 100. For fresh sorghum bagasse the yield, under the same condition, was 09.36 ± 0.35 g / 100 g biomass. Sugar sorghum bagasse pretreated with ionic liquid presented a yield 2.05 times greater than fresh sorghum bagasse. Nesta pesquisa o bagaço de sorgo sacarino foi submetido a pré-tratamento com líquido iônico, 1-butil-3-metilimidazólio [Bmim]Cl com intuito de avaliar o efeito no sólido não dissolvido após o pré-tratamento com relação aos teores de celulose, hemiceluloses e lignina. Duas temperaturas de pré-tratamento foram avaliadas, 100 e 120 °C. Foi avaliado o aumento nos grupos funcionais relativos a hemiceluloses para os pré-tratamentos a temperaturas de 100 e 120 °C com uma razão biomassa/solvente eutético de 1:10 em 2, 4 e 6h utilizando espectrofotometria no infravermelho com transformada de Fourier O pré-tratamento do bagaço de sorgo sacarino também foi avaliado com relação a composição lignicelulósica por análise termogravimétrica e a derivada dos termogramas (DTG) gerados. A partir da integradação dos picos do DTG (em intervalos de temperaturas bem definidos pela literatura) foram determinados os teores de celulose, hemiceluloses e lignina, tanto nas amostras pré-tratadas como na in natura. A condição de pré-tratamento que gerou uma biomassa rica em hemiceluloses e maior deslignificação foi selecionada como melhor, e a biomassa proveniente do pré-tratamento foi utilizada na etapa posterior de hidrólise. A hidrólise subcrítica foi relizada em reator em modo de operação semicontinuo. Foram estudadas as variáveis do processo: temperarura (220 e 260 °C) e razão mássica solvente/alimentação (80 e 100). A pressão foi fixada a 15 MPa e o tempo de reação total foi de 10 min. O maior rendimento em açúcares fermentescíveis (19.18 ± 0.50 g/100 g biomassa) foi obitdo para as amostras de bagaço de sorgo sacarino pré-tratada com [Bmim]Cl com água sob a condição de reação na etapa de hidrólise de 220 °C na razão sólido/solvente de 100. Para o bagaço de sorgo sacarino in natura o rendimento, na mesma condição, foi de 09.36 ± 0.35 g/100 g biomassa. O bagaço de sorgo sacarino pré-tratado com líquido iônico apresentou um rendimento de 2,05 vezes maior que o bagaço de sorgo in natura.

In this research, the rice husks were submitted to pretreatments with deep eutectic solvents in order to enrich the cellulose content and reduce the lignin contents. Four mixtures of deep eutectic solvents were evaluated, Choline Chloride: Glycerol, Choline Chloride: Glycerol with water, Choline Chloride: Urea and Choline Chloride: Urea with water. At a temperature of 120 °C with a biomass/deep eutectic solvent ratio of 10, the increase in functional groups related to cellulose for pretreatments in 1, 2, 4 and 6h was evaluated using infrared spectrophotometry with Fourier transform (FT-IR). For pretreatments with the 4 mixtures of deep eutectic solvents, the best time from the FTIR was defined. The rice husks pre-treated at this time were analyzed with respect to the lignicellulosic composition by thermogravimetric analysis and the derivative of the generated thermograms (DTG). From the integration of the DTG peaks (at intervals of time defined by the literature), the levels of cellulose, hemicelluloses and lignin were determined, both in pretreated and in natura samples. The deep eutectic solvent that generated a cellulose-rich biomass was selected as the best, and the biomass from the pretreatment with it was used in the subsequent hydrolysis step. Subcritical hydrolysis was carried out in a reactor in semi-continuous operation mode. The process variables were studied: (temperature (200, 230 and 260 ° C) and mass water / solids ratio (25 and 40). The pressure was set at 15 Mpa and the total reaction time was 10 min. The highest yield of reducing sugars (49.9 ± 2.41 g / 100 g biomass) was obtained for samples of rice husks pretreated with Choline Chloride: Glycerol with water under the reaction condition in the hydrolysis step of 230 ° C / R-40. The yield was 10.21 ± 0.41 g / 100 g biomass for untreated rice husks. Rice husks pretreated with eutectic solvent showed a yield 4.9 times greater than untreated rice husks. Nesta pesquisa a casca de arroz foi submetida a pré-tratamentos com solventes eutéticos com intuito de enriquecer o teor de celulose e reduzir os teores de lignina. Quatro misturas de solventes eutéticos foram avaliadas, Cloreto de Colina: Glicerol, Cloreto de Colina: Glicerol com água, Cloreto de Colina: Ureia e Cloreto de Colina: Ureia com água. Foi avaliado o aumento nos grupos funcionais relativos a celulose para os pré-tratamentos a temperatura de 120 °C com uma razão biomassa/solvente eutético de 10 em 1, 2, 4 e 6h utilizando espectrofotometria no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Para os pré-tratamentos com as 4 misturas de solventes eutéticos foi definido o melhor tempo a partir do FT-IR. A casca de arroz pré-tratada neste tempo foi analisada com relação a composição lignicelulósica por análise termogravimétrica e a derivada dos termogramas (DTG) gerados. A partir da integradação dos picos do DTG (em intervalos de tempos definidos pela literatura) foram determinados os teores de celulose, hemiceluloses e lignina, tanto nas amostras pré-tratadas como na in natura. O solvente eutético que gerou uma biomassa rica em celulose foi selecionado como melhor, e a biomassa proveniente do pré-tratamento com este foi utilizada na etapa posterior de hidrólise. A hidrólise subcrítica foi relizada em reator em modo de operação semi-continuo. Foram estudadas as variáveis do processo: (temperarura (200, 230 e 260 °C) e razão mássica água/sólidos (25 e 40). A pressão foi fixada a 15 MPa e o tempo de reação total foi de 10 min. O maior rendimento em açúcares redutores (49.9 ± 2.41 g/100 g biomassa) foi obitdo para as amostras de casca de arroz pré-tratada com Cloreto de Colina: Glicerol com água sob a condição de reação na etapa de hidrólise de 230 °C /R-40. Para a casca de arroz in natura o rendimento, na mesma condição, foi de 10.21 ± 0.41 g/100 g biomassa. A casca de arroz pré-tratada com solvente eutético aprentarou um rendimento de 4,9 vezes maior que a casca de arroz in natura.