Fungal cellulases: production by solid-state cultivation in packedbed bioreactor using solid agro-industrial by-products as substrates and application for hydrolysis of sugarcane bagasse / Celulases fúngicas: produção por cultivo sólido em biorreator de leito empacotado usando resíduos sólidos agroindustriais como substratos e aplicação na hidrólise de bagaço de cana

Cellulases are essential for the hydrolysis of lignocellulosic materials in the production of second generation ethanol. Solid-state cultivation is a process that provides high concentrations of enzymes that can be used in this hydrolysis. The objectives of this work were to produce cellulases by cultivating the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b in a packed bed bioreactor with sugarcane bagasse (SCB) and wheat bran (WB) as substrate and to evaluate the efficiency of the enzymatic extract in the hydrolysis of SCB in natura (BIN) and pretreated with ozone, alkali and ultrasound (BOU). The conditions for enzyme production in the bioreactor were SCB:WB at a ratio of 2.3:1 (w/w), 75 % moisture content; 45 ºC; aeration rate 240 L h-¹ and 96 h. The enzyme production was evaluated by endoglucanase, xylanase, filter paper (FPU) and β-glycosidase activities. For the application of the enzymes, a central composed response surface design with 5 repetitions of the central point was used, taking enzyme volume and hydrolysis time as factors. Such cultivation yielded the following enzymatic activities: 723 U gss-¹ of endoglucanases, 2024 U gss-¹ of xylanase, 12.6 U gss-¹ of FPU and 41 U gss-¹ of β-glucosidase. The results of the application tests indicated the best conditions as 7.0 mL of the enzyme extract (4.2 FPU) and 6 hours for BIN and BOU. The best cellulose-glucose conversions were obtained for BOU, reaching 32.1 % at 65 ºC. In conclusion, the enzyme production in the packed bed bioreactor was efficient and BOU pretreatment improved the hydrolysis of biomass, increasing the efficiency of conversion of cellulose to glucose.

Celulases são essenciais para a hidrólise de materiais lignocelulósicos visando à produção de etanol de segunda geração. O cultivo em estado sólido é um processo que proporciona altas concentrações de enzimas que podem ser aplicadas nessa hidrólise. O objetivo deste trabalho foi produzir celulases pelo fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b em biorreator de leito empacotado com bagaço decana (BC) e farelo de trigo (FT) como substrato e avaliar a eficiência deste extrato enzimático na hidrólise de bagaço de cana in natura (BIN) e pré-tratado com ozônio, álcali e ultrassom (BOU). As condições para produção de enzimas no biorreator foram BC:FT numa proporção de 2,3:1 (m/m); 75 %de umidade em base úmida; 45 ºC; taxa de aeração 240 L h-1 e 96 h. A produção de enzimas foi avaliada pelas atividades de endoglucanase, xilanase, papel de filtro (FPU) e β-glicosidase. Para a aplicação das enzimas, foi utilizado um planejamento de superfície de resposta central composto com 5 repetições do ponto central, tendo como fatores o volume de extrato enzimático e o tempo de hidrólise. Esse cultivo produziu as seguintes atividades enzimáticas: 723 U gss-1 de endoglucanases, 2024 U gss-¹ de xilanase, 12,6 U gss-¹ de FPU e 41 U gss-¹ de β-glucosidase. Os resultados da aplicação dessas enzimas na hidrólise indicaram como ótimos 7,0 mL de extrato enzimático (4,2 FPU) e 6 horas para BIN e BOU. As melhores conversões de celulose-glicose foram obtidas para a BOU, atingindo 32,1 % a 65 ºC. Em conclusão, a produção de enzimas no biorreator de leito compactado foi eficiente e o pré-tratamento BOU melhorou a hidrólise da biomassa, aumentando a eficiência de conversão de celulose em glicose.

Fungal cellulases: production by solid-state cultivation in packedbed bioreactor using solid agro-industrial by-products as substrates and application for hydrolysis of sugarcane bagasse / Celulases fúngicas: produção por cultivo sólido em biorreator de leito empacotado usando resíduos sólidos agroindustriais como substratos e aplicação na hidrólise de bagaço de cana

Cellulases are essential for the hydrolysis of lignocellulosic materials in the production of second generation ethanol. Solid-state cultivation is a process that provides high concentrations of enzymes that can be used in this hydrolysis. The objectives of this work were to produce cellulases by cultivating the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b in a packed bed bioreactor with sugarcane bagasse (SCB) and wheat bran (WB) as substrate and to evaluate the efficiency of the enzymatic extract in the hydrolysis of SCB in natura (BIN) and pretreated with ozone, alkali and ultrasound (BOU). The conditions for enzyme production in the bioreactor were SCB:WB at a ratio of 2.3:1 (w/w), 75 % moisture content; 45 ºC; aeration rate 240 L h-¹ and 96 h. The enzyme production was evaluated by endoglucanase, xylanase, filter paper (FPU) and β-glycosidase activities. For the application of the enzymes, a central composed response surface design with 5 repetitions of the central point was used, taking enzyme volume and hydrolysis time as factors. Such cultivation yielded the following enzymatic activities: 723 U gss-¹ of endoglucanases, 2024 U gss-¹ of xylanase, 12.6 U gss-¹ of FPU and 41 U gss-¹ of β-glucosidase. The results of the application tests indicated the best conditions as 7.0 mL of the enzyme extract (4.2 FPU) and 6 hours for BIN and BOU. The best cellulose-glucose conversions were obtained for BOU, reaching 32.1 % at 65 ºC. In conclusion, the enzyme production in the packed bed bioreactor was efficient and BOU pretreatment improved the hydrolysis of biomass, increasing the efficiency of conversion of cellulose to glucose.(AU)

Celulases são essenciais para a hidrólise de materiais lignocelulósicos visando à produção de etanol de segunda geração. O cultivo em estado sólido é um processo que proporciona altas concentrações de enzimas que podem ser aplicadas nessa hidrólise. O objetivo deste trabalho foi produzir celulases pelo fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b em biorreator de leito empacotado com bagaço decana (BC) e farelo de trigo (FT) como substrato e avaliar a eficiência deste extrato enzimático na hidrólise de bagaço de cana in natura (BIN) e pré-tratado com ozônio, álcali e ultrassom (BOU). As condições para produção de enzimas no biorreator foram BC:FT numa proporção de 2,3:1 (m/m); 75 %de umidade em base úmida; 45 ºC; taxa de aeração 240 L h-1 e 96 h. A produção de enzimas foi avaliada pelas atividades de endoglucanase, xilanase, papel de filtro (FPU) e β-glicosidase. Para a aplicação das enzimas, foi utilizado um planejamento de superfície de resposta central composto com 5 repetições do ponto central, tendo como fatores o volume de extrato enzimático e o tempo de hidrólise. Esse cultivo produziu as seguintes atividades enzimáticas: 723 U gss-1 de endoglucanases, 2024 U gss-¹ de xilanase, 12,6 U gss-¹ de FPU e 41 U gss-¹ de β-glucosidase. Os resultados da aplicação dessas enzimas na hidrólise indicaram como ótimos 7,0 mL de extrato enzimático (4,2 FPU) e 6 horas para BIN e BOU. As melhores conversões de celulose-glicose foram obtidas para a BOU, atingindo 32,1 % a 65 ºC. Em conclusão, a produção de enzimas no biorreator de leito compactado foi eficiente e o pré-tratamento BOU melhorou a hidrólise da biomassa, aumentando a eficiência de conversão de celulose em glicose.(AU)

Bioethanol production from coconut husk fiber / A produção de bioetanol a partir de fibra de casca de coco

Population growth and the increasing search for healthy foods have led to a major consumption of coconut water and, hence, to an environmental impact caused by the inappropriate disposal of green coconut husks. This lignocellulosic biomass has deserved attention of researchers concerning the seeking of new usages, as, for example, in renewable fuels production technologies. This study examines the potential of green coconut husk fibers as a feedstock for the production of bioethanol. The coconut fibers were pretreated through an alkaline method, hydrolyzed enzymatically and submitted to ethanol fermentation with commercial yeasts of Saccharomyces cerevisiae. Despite the significant loss of cellulose (4.42% in relation to the fiber and 17.9% concerning the original cellulose content), the alkaline pretreatment promoted an efficient solubilization of lignin (80%), turning the coconut fibers into a feasible raw material for 2G ethanol production studies. Enzymatic hydrolysis converted 87% of the sugars and the ethanolic fermentation consumed 81% of the substrate in the hydrolyzate, leading to a sugar to ethanol convertion efficiency of 59.6%. These results points out that green coconut husks are a promising alternative to the production of renewable energy.(AU)

O crescimento populacional e a busca por alimentos saudáveis levam a um aumento do consumo da água de coco e, com isso, um impacto ambiental pela maior geração de resíduos, merecendo atenção de pesquisadores para o aproveitamento dessa biomassa, em que uma das tecnologias empregadas é a produção de combustíveis renováveis. Este trabalho avalia a fibra da casca de coco verde pré-tratada com álcali, hidrolisada com enzima e submetida à fermentação etanólica com a levedura comercial Saccharomyces cerevisiae. Apesar da significativa perda em celulose (4,42% em relação à biomassa e 17,9% em relação à celulose presente), o pré-tratamento alcalino apresentou alta solubilização de lignina (80%), tornando-se viável para estudos da produção de etanol 2G. A hidrólise enzimática converteu 87% dos açúcares e a fermentação etanólica consumiu 81% do substrato presente no hidrolisado, gerando uma eficiência na conversão de açúcares em etanol de 59,6%. Tais resultados indicam a casca de coco verde como uma alternativa promissora à produção de energia renovável.(AU)

Produção de bioetanol a partir da fermentação de caldo de sorgo sacarino e cana-de-açúcar

Os biocombustíveis apresentam grande importância para suprir a demanda global de energia. São produzidos a partir de biomassa vegetal, emitem menor quantidade de dióxido de carbono e partículas poluentes ao ambiente quando utilizados apresentando grande vantagem por serem combustíveis renováveis. Entre as matérias-primas com potencial para produção de etanol destaca-se o sorgo sacarino. Este estudo objetivou comparar o processamento do genótipo CVSW80007 (sorgo sacarino) e da cultivar RB966928 (cana-de-açúcar) para produção de bioetanol em início de safra. Foram realizadas análises de Brix, pH, AR, ART, acidez total, compostos fenólicos totais e amido do caldo extraído, caldo clarificado e mosto; análises microbiológicas e análises do vinho, calculando-se os rendimentos, eficiência e produtividade. Os resultados indicaram melhores índices de Brix, AR, ART, Compostos fenólicos e Amido para a cana-de-açúcar. O desenvolvimento do processo fermentativo ocorreu de forma adequada para ambas, com produção de maior teor alcoólico no vinho decorrente de mosto de cana-de-açúcar. A levedura FT-858 apresentou maior porcentagem de viabilidade celular. A produtividade de etanol na cana-de-açúcar foi de 551,67 L/ha/mês e no sorgo sacarino foi de 466,4 L/ha/mês

Biofuels have a great importance to supply the global energy demand. These fuels are produced from plant?s biomass, they emit less carbon dioxide and particulate pollutants to the environment when used and have great advantage of being renewable fuels. Among the raw materials with potential to produce ethanol sweet sorghum stands out. This study aimed to compare the processing of genotype CVSW80007 (sweet sorghum) and the RB966928 (sugar cane) cultivar for bioethanol production in early season. Analyses of Brix, pH, AR, ART, phenolic compounds and extracted juice starch, clarified juice and must; microbiological and wine analyzes and efficiency and productivity were calculated. The results indicated better rates of Brix, AR, ART, phenolic compounds and starch for sugar cane. The development of fermentation occurred appropriately for both, and the wine produced from sugarcane must had higher alcohol content. The FT-858 yeast presented higher percentage of cell viability. The ethanol productivity in sugar cane was 551.67 L/ha/month and for sweet sorghum was 466.4 L/ha/month