Produção de enzimas lignocelulósicas por fermentação em estado sólido por espécimes do gênero Trichoderma para sacarificação do bagaço de cana de açúcar tratado com micro-ondas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Clonagem molecular, expressão, purificação e caracterização estrutural da endoglucanase de Trichoderma harzianum visando o desenvolvimento de coquetéis enzimáticos para a produção de etanol lignocelulósico

O aumento na demanda mundial por energia, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos e a preocupação global com a questão ambiental, despertaram o interesse por fontes alternativas de energia. A biomassa lignocelulósica é abundante e de baixo custo, com potencial para complementar a produção em larga escala de combustíveis. A degradação das moléculas constituintes da parede celular à açúcares fermentescíveis e então à etanol, ocorre através da hidrólise enzimática da biomassa. Contudo, a utilização de enzimas para esse fim encontra-se em estágio exploratório e representa um gargalo na implementação de tecnologias de etanol 2G em escala industrial, desencadeando a busca de celulases bioquimicamente mais ativas, estáveis e economicamente viáveis. O presente trabalho visou a caracterização da endoglucanase I do fungo Trichoderma harzianum, e para isso foi realizada expressão, ensaios bioquímicos e biofísicos do domínio catalítico (ThCel7B-CCD) e da proteína inteira (ThCel7B-full). A enzima exibiu um perfil acidofílico, com atividade ótima em pH 3,0 a 55°C. A proteína também se mostrou capaz de hidrolisar uma variedade de substratos, sendo a maior atividade hidrolítica em β-glucano (75 U mg-1). Ao analisar a estabilidade térmica medida a 55°C em pH 5, a atividade residual manteve-se intacta por mais de 2 meses. Outra característica relevante foi o elevado grau de sinergismo entre ThCel7B e ThCel7A. Análises de microscopia eletrônica de flocos de aveia submetidas à hidrólise com ThCel7B evidenciaram os efeitos de degradação do substrato em relação às amostras controle. O conjunto desses resultados, além de importante para a compreensão do mecanismo molecular de ThCel7B e de outras endoglucanases da família GH7, também revelou uma enzima de interesse biotecnológicos uma vez que o comportamento ácido e sua estabilidade térmica são características relevantes para aplicações industriais sob condições extremamente ácidas.

Produção de hidrogênio por fermentação por um novo isolado de Clostridium beijerinckii

O hidrogênio (H2) tem sido considerado uma fonte de energia limpa bastante promissora, pois sua combustão origina apenas moléculas de água, sendo uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Entretanto, os métodos atuais de produção de H2 demandam matérias-primas finitas e uma grande quantidade de energia, tornando a sua obtenção não sustentável. Mais recentemente, a via fermentativa tem sido considerada para a produção de H2, utilizando como matérias-primas efluentes industriais, materiais lignocelulósicos e biomassa de algas, denominado de bio-hidrogênio de primeira, segunda e terceira geração, respectivamente. Neste trabalho foi isolada uma bactéria anaeróbia a partir de uma cultura mista (lodo) de um sistema de tratamento de vinhaça, após pré-tratamento do lodo a pH 3 por 12 horas. Este microrganismo foi identificado com 99% de similaridade como Clostridium beijerinckii com base na sequência do gene RNAr 16S denominado de C. beijerinckii Br21. A temperatura e o pH mais adequados para o crescimento e produção de H2 por esta cultura foi 35 °C e pH inicial 7,0. A bactéria possui a capacidade de utilizar ampla variedade de fontes de carbono para a produção de H2 por fermentação, especialmente, monossacarídeos resultantes da hidrólise de biomassa de algas, tais como glicose, galactose e manose. Foram realizados ensaios em batelada para a produção de H2 com a bactéria isolada empregando diferentes concentrações de glicose e galactose, visando a sua futura utilização em hidrolisados de alga. Os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação estimados pelo modelo de Gompertz modificado, como a velocidade máxima de produção (Rm), a quantidade máxima de hidrogênio produzido (Hmáx) e o tempo necessário para o início da produção de hidrogênio (fase lag) para a glicose (15 g/L) foram de: 58,27 mL de H2/h, 57,68 mmol de H2 e 8,29 h, respectivamente. Para a galactose (15 g/L), a Rm, Hmáx e foram de 67,64 mL de H2/h, 47,61 mmol de H2 e 17,22 horas, respectivamente. O principal metabólito detectado ao final dos ensaios de fermentação, foi o ácido butírico, seguido pelo ácido acético e o etanol, tanto para os ensaios com glicose, como com galactose. C. beijerinckii é um candidato bastante promissor para a produção de H2 por fermentação a partir de glicose e galactose e, consequentemente, a partir de biomassa de algas como substratos.

Efeito da adição de fibras de cana-de-açúcar pré-tratadas na produção de metano advinda da biodigestão anaeróbia de gorduras do leite

A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano.

Estratégias de microfabricação utilizando toner para produção de dispositivos microfluídicos

Neste trabalho são apresentados processos de microfabricação de estruturas contendo microcanais e sistemas de manipulação hidrodinâmica e eletroosmótica de fluídos. Foram desenvolvidos processos de microfabricação utilizando toner sobre poliéster, toner sobre vidro, toner como resiste, além de métodos alternativos de perfuração de lâminas e selagem de microestruturas em vidro, desenvolvimento de microestruturas para eletroforese capilar e espectrometria de massas com ionização por eletronebulização. A caracterização dos materiais e processos permitiu uma ampla visão das potencialidades e alternativas dos processos de microfabricação, tendo sido demonstrado que os dispositivos produzidos em toner-poliéster são quimicamente resistentes às substâncias tipicamente utilizadas em eletroforese capilar. Neste trabalho, um detector condutométrico sem contato foi implementado em microestruturas de toner-poliéster e a separação eletroforética de alguns metais alcalinos é demonstrada. A microestrutura foi projetada no formato padrão em cruz, tendo o canal de separação 22 mm de comprimento, 12 µm de profundidade e largura típica. A cela condutométrica foi construída sobre o canal de separação utilizando-se fita adesiva de cobre (1 mm de largura) como eletrodos. O sinal aplicado na cela foi de 530 kHz e 10 Vpp . A separação de K+, Na+ e Li+ na concentração de 100 µmol L-1 foi efetuada em torno de 0,8 min, utilizando-se 1 kV como potencial de separação. Foram desenvolvidos microchips para análise por espectrometria de massas com introdução de amostra por eletronebulização, sendo determinado cluster do íon cloreto em concentração de 1 mmol L+. Também solução com 1 mmol/L de glucosamina em água/metanol 1: 1 (v/v), sob corrente de 100 nA gerou sinal estável e livre de descarga corona. Utilizando detecção amperométrica, obteve-se eletroferogramas mostrando a separação de iodeto (10 mmol L-1) e ascorbato (40 mmol L-1) em potencial de separação de 4,0 kV (800 V cm-1 potencial de detecção de 0,9 V (vs. Ag/AgCI), injeção com 1,0 kV/1°s, tampão borato de sódio 10 mmol L+ com CTAH 0,2 mmol L-1, pH 9,2. Obteve-se eficiência de 1,6.104 pratos/m e foi possível obter limites de detecção de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,8 µmol L-1 (486 amol) para iodeto e ascorbato, respectivamente. O processo de fabricação utilizando toner como material estrutural para microchips em vidro foi bem estabelecido, assim como os modos de detecção fotométrico e condutométrico foram demonstrados. Foram obtidos eletroferogramas par detecção condutométrica sem contato de solução 200 µmol L-1 de K+, Na+ e U+, em tampão histidina/ácido lático 30 mmol L-1 9:1 (v/v) água:metanol, injeção eletrocinética de 2,0 kV/5,0 s, potencial de separação de 1 kV, 530 kHz de frequência e tensão de 2,0 Vpp. Também foi implementado um sistema de detecção fotométrico para microchip operando em 660 nm, tendo sido utilizado para a detecção de azul de metileno 1,0 mmol L-1 em tampão de corrida de barato de sódio 20 mmol L-1 (pH 9,2), com o detector posicionado a 40 mm do ponto de injeção e com injeção eletrocinética a 2,0 kV por 12 s com picos bem resolvidos em menos de 1 min.

Bacterias anaeróbias como fábricas celulares: produção de hidrogénio e butirato por clostridium sp.

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Avaliação do potencial da fibra e casca de coco maduro, casca de coco verde e cacto pré-tratados visando à produção de etanol

The present work investigated the potential of different residual lignocellulosic materials generated in rural and urban areas (coconut fibre mature, green coconut shell and mature coconut shell), and vegetable cultivated in inhospitable environments (cactus) aimed at the production of ethanol, being all materials abundant in the Northeast region of Brazil. These materials were submitted to pretreatments with alkaline hydrogen peroxide followed by sodium hydroxide (AHP-SHP), autohydrolysis (AP), hydrothermal catalyzed with sodium hydroxide (HCSHP) and alkali ethanol organosolv (AEOP). These materials pretreated were submitted to enzymatic hydrolysis and strategies of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and saccharification and fermentation semi-simultaneous (SSSF) by Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis and Pichia stipitis. It was also evaluated the presence of inhibitory compounds (hydroxymethylfurfural, furfural, acetic acid, formic acid and levulinic acid) and seawater during the fermentative process. Materials pretreated with AHP-SHP have resulted in delignification of the materials in a range between 54 and 71%, containing between 51.80 and 54.91% of cellulose, between 17.65 and 28.36% of hemicellulose, between 7.99 and 10.12% of lignin. Enzymatic hydrolysis resulted in the conversions in glucose between 68 and 76%. Conversion yields in ethanol using SSF and SSSF for coconut fibre mature pretreated ranged from 0.40 and 0.43 g/g, 0.43 and 0.45 g/g, respectively. Materials pretreated by AP showed yields of solids between 42.92 and 92.74%, containing between 30.65 and 51.61% of cellulose, 21.34 and 41.28% of lignin. Enzymatic hydrolysis resulted in glucose conversions between 84.10 and 92.52%. Proceeds from conversion into ethanol using green coconut shell pretreated, in strategy SSF and SSSF, were between 0.43 and 0.45 g/g. Coconut fibre mature pretreated by HCSHP presented solids yields between 21.64 and 60.52%, with increased in cellulose between 28.40 and 131.20%, reduction of hemicellulose between 43.22 and 69.04% and reduction in lignin between 8.27 and 89.13%. Enzymatic hydrolysis resulted in the conversion in glucose of 90.72%. Ethanol yields using the SSF and SSSF were 0.43 and 0.46 g/g, respectively. Materials pretreated by AEOP showed solid reductions between 10.75 and 43.18%, cellulose increase up to 121.67%, hemicellulose reduction up to 77.09% and lignin reduced up to 78.22%. Enzymatic hydrolysis resulted in the conversion of glucose between 77.54 and 84.27%. Yields conversion into ethanol using the SSF and SSSF with cactus pretreated ranged from 0.41 and 0.44 g/g, 0.43 and 0.46 g/g, respectively. Fermentations carried out in bioreactors resulted in yields and ethanol production form 0.42 and 0.46 g/g and 7.62 and 12.42 g/L, respectively. The inhibitory compounds showed negative synergistic effects in fermentations performed by P. stipitis, Z. mobilis and S. cerevisiae. Formic acid and acetic acid showed most significant effects among the inhibitory compounds, followed by hydroxymethylfurfural, furfural and levulinic acid. Fermentations carried out in culture medium diluted with seawater showed promising results, especially for S. cerevisiae (0.50 g/g) and Z. mobilis (0.49 g/g). The different results obtained in this study indicate that lignocellulosic materials, pretreatments, fermentative processes strategies and the microorganisms studied deserve attention because they are promising and capable of being used in the context of biorefinery, aiming the ethanol production.

Estudo experimental e modelagem do processo de sacarificação e fermentação simultânea utilizando bagaço de cana-de-açúcar para produção de etanol

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Polpa de jambolão (Eugenia jambolana Lam.) fresca e desidratada: características físico-químicas, bioativas e funcionais, efeitos biológicos em Caenorhabditis elegans e uso para produção de frozen yogurt caprino probiótico

This work evaluated the fresh, spray dried (with 10 % of Arabic Gum) and freeze dried jambolan pulp (Eugenia jambolana Lam.) in regard to physicochemical (pH, moisture, water activity, average particle diameter, solubility and color), bioactive [total phenolic content (TPC), monomeric anthocyanin, pronathocyanidin (PA), total elagic acid (TEA), myricetin and cyanidin] and in vitro functionality (antioxidant, antienzymatic and antimicrobial activities]. In addition, the in vivo functionality of jambolan pulp was investigated using the Caenorhabditis elegans model for insulin signaling, longevity and induced neurodegeneration (Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease related symptoms). The dried jambolan pulp presented TPC retention (50% to 75%), PA (90% to 98%), TEA (31% to 83%), myricetin (40% to 84%), cyanidin (72% to 84%) and antioxidant activity (15%). The fresh jambolan pulp, the freeze dried pulp and the spray dried jambolan pulp presented high enzymatic inhibitory activity against pancreatic lipase (4,4 to 5,8 mg/mL), alpha-glycosidase (10,3 to 13,8 mg/mL) and alpha-amylase (8,9 to 11,2 mg/mL). They also were active inhibitors against the pathogen S. aureus. The dried jambolan experimental samples were able to increase the expression of several genes linked to the insulin signaling pathways (SIR-2.1, PPTR-1, DAF-16, SOD-3, e CTL) and increased the lifespan in C. elegans (18,07 % - 24,34 %), besides decreasing the amyloid AB1-42 aggregation induced paralysis and MPP+ (1-methyl-4-phenylpyridinium) induced neurodegeneration. Based on that, the jambolan pulp and the spray dried jambolan pulp were further selected for the production of caprine frozen yogurt with the addition of Bifidobacterium animalis subsp. lactis BI-07. The final product were evaluated in regard to their physicochemical (pH, acidity, total solids, protein, total reducing sugars, fat, ashes, overrun, melting test), bioactive (TPC and monomeric anthocyanin, antioxidant activity, probiotic viability and sensory analysis (sensory acceptance). The results showed that samples with probiotic had lowest pH and higher acidity, TPC, anthocyanin and antioxidant activity. It was also observed low overrun (14.2% to 22.6%). vi Samples with probiotic had lower flavor scores. Overall, this research presents the jambolan as a highly functional bioactive-rich fruit with the potential to modulate important biological pathways, extend lifespan and retard the development of neurodegenerative diseases. Jambolan is an underexploited exotic fruit with a high colorant potential and this thesis shows for the first time in the literature important technological, biological and scientific data about this fruit that could be used towards the development of health-oriented food products.

Produção de filtrantes ativados a partir de aproveitamento de resíduos: uma proposta para a proteção respiratória ocupacional

A Proteção Respiratória Ocupacional é atualmente uma exigência legal do Ministério do Trabalho e Emprego para garantia da saúde e segurança de milhares de trabalhadores que labutam com exposição habitual a substâncias nocivas que possam ocasionar doenças ocupacionais por inalação de ar contaminado no local de trabalho, cuja principal via de penetração no organismo humano é o Sistema Respiratório. Carvões ativados são materiais obtidos a partir de fontes carbonáceas e utilizados como elemento tecnológico filtrante nos equipamentos destinados a proteção respiratória individual. Fomentada por esse contexto, e visando potencializar conceitos de eco-eficiência e sustentabilidade em produção de materiais, este trabalho destina-se a produção de carvão ativado com potencial filtrante a partir de um rejeito agrícola abundante na região Nordeste do Brasil através de uma rota que favorece carbonização e ativação simultâneas, seguido de neutralização térmica. A biomassa precursora foi caracterizada por Ensaios padrões para determinação do teor de umidade e cinzas, Análise Química Elementar, Análises Térmicas (TG e DSC) e Distribuição Granulométrica por difração a laser. As amostras de carvões ativos sintetizadas foram caracterizadas por Difração de Raios X (DRX), Medidas de área específica por BET, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise assistida com ultravioleta visível e Redução à Temperatura Programada (TPR) por Amônia. A rota empregada favorece uma tecnologia alternativa para o aproveitamento de resíduos e aplicável para a Proteção Respiratória Ocupacional. A atmosfera de queima influencia diretamente na produção. A temperatura de carbonização variou conforme a estabilidade térmica da amostra. A cristalinidade, morfologia, teor mineralógico, área superficial específica e a adsorção em fase líquida e gasosa variaram em função da interação do resíduo precursor com o tipo e concentração de ácido utilizado. Os ensaios de adsorção demonstraram a efetividade da ativação segundo a rota experimental proposta. O potencial catalítico dos materiais produzidos para uso em máscaras respiratórias foi evidenciado pelo ensaio de TPR. O processo de produção estudado se mostrou eficaz para obtenção dos carvões promovendo processamentos e aplicações mais nobres para materiais cujo uso tem sido restrito a meras aplicações primárias ou descarte, mas cujo potencial tecnológico é amplo, empreendedor, sustentável, viável em escala industrial e de baixo custo.

Nanopartículas catiônicas de poli (ácido lático) para liberação modificada de peptídios da peçonha do escorpião Tityus serrulatus

Reported accidents involving the poisoning scorpions are still frequent in Brazil, mainly caused by Tityus serrulatus, known as yellow scorpion. Although antivenom sera are produced routinely by various government laboratories, the effectiveness of its use depends on how quickly treatment is initiated and efficiency in the production of antibodies by the immunized animals. In this study, the development of cationic polymeric nanoparticles of poly(lactic acid) aimed to create a modified delivery system for peptides and proteins of T. serrulatus venom, able to enhance the production of serum antibodies against the scorpion toxins. The cationic nanoparticles were obtained by a low energy nanoprecipitation, after study of the parameters’ variations effects over the physicochemical properties of the particles. The surface functionalization of the nanoparticles with the hyperbranched polyethyleneimine was proved by zeta potential analysis and enabled the adsorption by electrostatic interaction of different types of proteins. The protein loading efficiency of 40-80 % to bovine serum albumin (BSA) and 100 % to scorpion venom peptides evaluated by spectrophotometry and polyacrylamide gel electrophoresis confirmed the success of the selected parameters established for obtainment of nanoparticles, produced with size between 100 to 250 nm. The atomic force microscopy analysis and in vitro release showed that the spherical nanoparticles provided a sustained release profile of proteins by diffusion mechanism, demonstrating the potential for application of the nanoparticles in vivo.

Nanopartículas catiônicas de poli (ácido lático) para liberação modificada de peptídios da peçonha do escorpião Tityus serrulatus

Reported accidents involving the poisoning scorpions are still frequent in Brazil, mainly caused by Tityus serrulatus, known as yellow scorpion. Although antivenom sera are produced routinely by various government laboratories, the effectiveness of its use depends on how quickly treatment is initiated and efficiency in the production of antibodies by the immunized animals. In this study, the development of cationic polymeric nanoparticles of poly(lactic acid) aimed to create a modified delivery system for peptides and proteins of T. serrulatus venom, able to enhance the production of serum antibodies against the scorpion toxins. The cationic nanoparticles were obtained by a low energy nanoprecipitation, after study of the parameters’ variations effects over the physicochemical properties of the particles. The surface functionalization of the nanoparticles with the hyperbranched polyethyleneimine was proved by zeta potential analysis and enabled the adsorption by electrostatic interaction of different types of proteins. The protein loading efficiency of 40-80 % to bovine serum albumin (BSA) and 100 % to scorpion venom peptides evaluated by spectrophotometry and polyacrylamide gel electrophoresis confirmed the success of the selected parameters established for obtainment of nanoparticles, produced with size between 100 to 250 nm. The atomic force microscopy analysis and in vitro release showed that the spherical nanoparticles provided a sustained release profile of proteins by diffusion mechanism, demonstrating the potential for application of the nanoparticles in vivo.

Avaliação da influência de surfactantes químico e biológico na hidrólise enzimática de casca de coco verde após pré-tratamento ácido/alcalino e com peróxido de hidrogênio alcalino

In Brazil many types of bioproducts and agroindustrial waste are generated currently, such as cacashew apple bagasse and coconut husk, for example. The final disposal of these wastes causes serious environmental issues. In this sense, waste lignocellulosic content, as the shell of the coconut is a renewable and abundant raw material in which its use has an increased interest mainly for the 2nd generation ethanol production. The hydrolysis of cellulose to reducing sugars such as glucose and xylose is catalysed by a group of enzymes called cellulases. However, the main bottleneck in the enzymatic hydrolysis of cellulose is the significant deactivation of the enzyme that shows irreversible adsorption mechanism leading to reduction of the cellulose adsorption onto cellulose. Studies have shown that the use of surfactants can modify the surface property of the cellulose therefore minimizing the irreversible binding. The main objective of the present study was to evaluate the influence of chemical and biological surfactants during the hydrolysis of coconut husk which was subjected to two pre-treatment in order to improve the accessibility of the enzymes to the cellulose, removing this way, part of the lignin and hemicellulose present in the structure of the material. The pre-treatments applied to coconut bagasse were: Acid/Alkaline using 0.6M H2SO4 followed by 1M NaOH, and the one with Alkaline Hydrogen Peroxide at a concentration of 7.35% (v/v) and pH 11.5. Both the material no treatment and pretreated were characterized using analysis of diffraction X-ray (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and methods established by NREL. The influence of both surfactants, chemical and biological, was used at concentrations below the critical micelle concentration (CMC), and the concentrations equal to the CMC. The application of pre-treatment with coconut residue was efficient for the conversion to glucose, as well as for the production of total reducing sugars, it was possible to observe that the pretreatment fragmented the structure as well as disordered the fibers. Regarding XRD analysis, a significant increase in crystallinity index was observed for pretreated bagasse acid/alkali (51.1%) compared to the no treatment (31.7%), while that for that treated with PHA, the crystallinity index was slightly lower, around 29%. In terms of total reducing sugars it was not possible to observe a significant difference between the hydrolysis carried out without the use of surfactant compared to the addition of Triton and rhamnolipid. However, by observing the conversions achieved during the hydrolysis, it was noted that the best conversion was using the rhamnolipíd for the husk pretreated with acid/alkali, reaching a value of 33%, whereas using Triton the higher conversion was 23.8%. The coconut husk is a residue which can present a high potential to the 2nd generation ethanol production, being the rhamonolipid a very efficient biosurfactant for use as an adjuvant in the enzymatic process in order to act on the material structure reducing its recalcitrance and therefore improving the conditions of access for enzymes to the substrate increasing thus the conversion of cellulose to glucose.

Avaliação da influência de surfactantes químico e biológico na hidrólise enzimática de casca de coco verde após pré-tratamento ácido/alcalino e com peróxido de hidrogênio alcalino

In Brazil many types of bioproducts and agroindustrial waste are generated currently, such as cacashew apple bagasse and coconut husk, for example. The final disposal of these wastes causes serious environmental issues. In this sense, waste lignocellulosic content, as the shell of the coconut is a renewable and abundant raw material in which its use has an increased interest mainly for the 2nd generation ethanol production. The hydrolysis of cellulose to reducing sugars such as glucose and xylose is catalysed by a group of enzymes called cellulases. However, the main bottleneck in the enzymatic hydrolysis of cellulose is the significant deactivation of the enzyme that shows irreversible adsorption mechanism leading to reduction of the cellulose adsorption onto cellulose. Studies have shown that the use of surfactants can modify the surface property of the cellulose therefore minimizing the irreversible binding. The main objective of the present study was to evaluate the influence of chemical and biological surfactants during the hydrolysis of coconut husk which was subjected to two pre-treatment in order to improve the accessibility of the enzymes to the cellulose, removing this way, part of the lignin and hemicellulose present in the structure of the material. The pre-treatments applied to coconut bagasse were: Acid/Alkaline using 0.6M H2SO4 followed by 1M NaOH, and the one with Alkaline Hydrogen Peroxide at a concentration of 7.35% (v/v) and pH 11.5. Both the material no treatment and pretreated were characterized using analysis of diffraction X-ray (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and methods established by NREL. The influence of both surfactants, chemical and biological, was used at concentrations below the critical micelle concentration (CMC), and the concentrations equal to the CMC. The application of pre-treatment with coconut residue was efficient for the conversion to glucose, as well as for the production of total reducing sugars, it was possible to observe that the pretreatment fragmented the structure as well as disordered the fibers. Regarding XRD analysis, a significant increase in crystallinity index was observed for pretreated bagasse acid/alkali (51.1%) compared to the no treatment (31.7%), while that for that treated with PHA, the crystallinity index was slightly lower, around 29%. In terms of total reducing sugars it was not possible to observe a significant difference between the hydrolysis carried out without the use of surfactant compared to the addition of Triton and rhamnolipid. However, by observing the conversions achieved during the hydrolysis, it was noted that the best conversion was using the rhamnolipíd for the husk pretreated with acid/alkali, reaching a value of 33%, whereas using Triton the higher conversion was 23.8%. The coconut husk is a residue which can present a high potential to the 2nd generation ethanol production, being the rhamonolipid a very efficient biosurfactant for use as an adjuvant in the enzymatic process in order to act on the material structure reducing its recalcitrance and therefore improving the conditions of access for enzymes to the substrate increasing thus the conversion of cellulose to glucose.

Preparação de catalisadores para reações de esterificação do ácido oleico baseados em matrizes polímericas sulfonadas POLI(1- FENILETILENO) (PS) e POLI(1-CLOROETILENO) (PVC)

Chemical modification of polymer matrices is an alternative way to change its surface properties. The introduction of sulfonic acid groups in polymer matrices alter properties such as adhesion, wettability, biocampatibility, catalytic activity, among others. This paper describes the preparation of polymeric solid acid based on the chemical modification of poly (1-fenietileno) (PS) and Poly (1-chloroethylene) (PVC) by the introduction of sulfonic acid groups and the application of these polymers as catalysts in the esterification reaction of oleic acid with methanol. The modified materials were characterized by Infrared Spectroscopy, Elemental Analysis and titration acid-base of the acid groups. All techniques confirmed the chemical changes and the presence of sulfur associated with sulfonic acid groups or sulfates. The modified polymers excellent performance in the esterification reaction of oleic acid with methanol a degree of conversion higher than 90% for all investigated polymers (modified PS and PVC (5% w / w)), with a mass ratio of oleic acid: methanol 1:10 to 100 ° C. The best performance was observed for the modified PVC catalyst (PVCS) which showed low degree of swelling during the reactions is recovered by filtration different from that observed for polystyrene sulfonate (PSS). Given these facts, the PVCS was employed as a catalyst in the esterification reaction of oleic acid in different times and different temperatures to obtain the kinetic parameters of the reaction. Experimental data show a great fit for pseudo-homogeneous model of second order and activation energy value of 41.12 kJ mol -1, below that found in the literature for the uncatalyzed reaction, 68.65 kJ mol -1 .The PVCS exhibits good catalytic activity for 3 times of reuse, with a slight decrease in the third cycle, but with a conversion of about 78%. The results show that solid polymeric acid has good chemical stability for the application in esterification reaction of commercial importance with possible application in the biodiesel production. The advantages in use of this system are the increased reaction rate at about 150 times, at these test conditions, the replacement of sulfuric acid as a catalyst for this being the most corrosive and the possibility of reuse of the polymer for several cycles.