Ação sinergística de celulases e hemicelulases fúngicas na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamento alcalino
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/12381 http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.66 |
Resumo: | Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic wastes using microbial enzymes has been the target of research in Brazil and in the world with the aim to obtain high yields in fermentable sugars. In this work, the synergistic efficiency of crude enzymatic extracts produced by Aspergillus fumigatus (SCBM6) and Aspergillus niger (SCBM1) fungal strains was evaluated in the hydrolysis of sugarcane bagasse previously subjected to alkaline pre-treatment. Extracts produced by Solid State fermentation (SSF) showed high concentrations of three major enzymes in saccharification processes of lignocellulosic biomass: β-glucosidase (SCBM6 strain with 78.47 U/g and SCBM1 with 73.0 U/g), β-xylosidase (produced only by SCBM1 strain: 78.0 U/g) and xylanase (SCBM6 and SCBM1 with 1774.50 and 3289.58 U/g, respectively). The alkaline pretreatment of sugarcane bagasse with 2% sodium hydroxide was successful in the lignin removal, with a reduction from 26.14 at in natura bagasse (BB) to 14.9% in treated bagasse (BT), in the preservation of the cellulose fraction (from 54.36% in BB to 75.04% in BT) and in the increased porosity of the fibers. The pretreated sugarcane bagasse (BT) was submitted to 30 different conditions of hydrolysis using crude enzymatic extracts produced by A. fumigatus SCBM6 (designated EAF) and A. niger SCBM1 (EAN). The hydrolysis conditions were delineated by Surface Response methodology, varying the time, temperature, substrate concentration and ratio of extracts in the enzymatic cocktails. The maximum yield (28.66%) of total reducing sugars (TRS) was obtained after hydrolysis carried out during 12 hours, at 47°C, with 1U/g of β-glucosidase of each extract, 2.2% bagasse and ratio of EAN/EAF extracts of 25/75%. The quantification of the released monossacharides showed 135.59 mg xylose / g hemicellulose, 58.01 mg arabinose / g hemicellulose and 20.18 mg glucose / g cellulose. After hydrolysis using concentrated enzymatic extracts (10U/g of β-glucosidase of each extract), the concentration of the released pentoses increased considerably (xylose 694.45 mg/g and arabinose 4715.01 mg/g hemicellulose). |
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Ação sinergística de celulases e hemicelulases fúngicas na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamento alcalinoBiocombustíveisAspergillusHidróliseBagaço de canaAspergillus fumigatusAspergillus nigerHidrólise enzimáticaPré-tratamento alcalinoEtanol 2GEnzymatic hydrolysisSugarcane bagasseAlkaline pretreatmentSecond generation etanolCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAEnzymatic hydrolysis of lignocellulosic wastes using microbial enzymes has been the target of research in Brazil and in the world with the aim to obtain high yields in fermentable sugars. In this work, the synergistic efficiency of crude enzymatic extracts produced by Aspergillus fumigatus (SCBM6) and Aspergillus niger (SCBM1) fungal strains was evaluated in the hydrolysis of sugarcane bagasse previously subjected to alkaline pre-treatment. Extracts produced by Solid State fermentation (SSF) showed high concentrations of three major enzymes in saccharification processes of lignocellulosic biomass: β-glucosidase (SCBM6 strain with 78.47 U/g and SCBM1 with 73.0 U/g), β-xylosidase (produced only by SCBM1 strain: 78.0 U/g) and xylanase (SCBM6 and SCBM1 with 1774.50 and 3289.58 U/g, respectively). The alkaline pretreatment of sugarcane bagasse with 2% sodium hydroxide was successful in the lignin removal, with a reduction from 26.14 at in natura bagasse (BB) to 14.9% in treated bagasse (BT), in the preservation of the cellulose fraction (from 54.36% in BB to 75.04% in BT) and in the increased porosity of the fibers. The pretreated sugarcane bagasse (BT) was submitted to 30 different conditions of hydrolysis using crude enzymatic extracts produced by A. fumigatus SCBM6 (designated EAF) and A. niger SCBM1 (EAN). The hydrolysis conditions were delineated by Surface Response methodology, varying the time, temperature, substrate concentration and ratio of extracts in the enzymatic cocktails. The maximum yield (28.66%) of total reducing sugars (TRS) was obtained after hydrolysis carried out during 12 hours, at 47°C, with 1U/g of β-glucosidase of each extract, 2.2% bagasse and ratio of EAN/EAF extracts of 25/75%. The quantification of the released monossacharides showed 135.59 mg xylose / g hemicellulose, 58.01 mg arabinose / g hemicellulose and 20.18 mg glucose / g cellulose. After hydrolysis using concentrated enzymatic extracts (10U/g of β-glucosidase of each extract), the concentration of the released pentoses increased considerably (xylose 694.45 mg/g and arabinose 4715.01 mg/g hemicellulose).Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoMestre em BiocombustíveisA hidrólise de resíduos lignocelulósicos utilizando enzimas microbianas tem sido alvo de pesquisas no Brasil e no mundo na busca de elevados rendimentos em açúcares fermentescíveis. Neste trabalho, avaliou-se a eficiência sinergística de extratos enzimáticos brutos produzidos por linhagens fúngicas das espécies Aspergillus fumigatus (SCBM6) e Aspergillus niger (SCBM1) na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar previamente submetido ao pré-tratamento alcalino. Os extratos enzimáticos produzidos por Fermentação em Estado Sólido (FES) apresentaram altas concentrações de três enzimas fundamentais no processo de sacarificação de biomassa lignocelulósica: β-glicosidase (linhagem SCBM6 com 78,47 U/g e SCBM1 com 73,0 U/g), β-xilosidase (produzida apenas por SCBM1 com 78,0 U/g) e xilanase (linhagens SCBM6 e SCBM1 com 1774,50 e 3289,58 U/g, respectivamente). O pré-tratamento do bagaço de cana com hidróxido de sódio 2 % foi eficaz na remoção da lignina, reduzindo de 26,14 % no bagaço bruto (BB) para 14,9 % no bagaço tratado (BT), na preservação da fração celulósica (54,36 % em BB e 75,04 % em BT) e aumentou a porosidade das fibras. O bagaço pré-tratado (BT) foi submetido a 30 diferentes condições de hidrólise utilizando os extratos enzimáticos produzidos por A. fumigatus SCBM6 (EAF) e A. niger SCBM1 (EAN). As condições de hidrólises foram delineadas através da metodologia de superfície de resposta, variando tempo, temperatura, concentração de substrato e razão de extratos brutos nos coquetéis enzimáticos. O maior rendimento (28,66 %) em açúcares redutores totais (ART) foi obtido após hidrólise realizada por 12 horas a 47 ºC, com 1U/g de β-glicosidase de cada extrato, 2,2 % de bagaço e razão de extratos enzimáticos EAF/EAN de 25/75%. Na quantificação de monossacarídeos liberados nos hidrolisados, os valores máximos obtidos foram: 135,59 mg de xilose /g de hemicelulose, 58,01 mg de arabinose /g de hemicelulose e 20,18 mg de glicose /g de celulose. Após hidrólise utilizando extratos enzimáticos concentrados (10U/g de β-glicosidase de cada extrato), as concentrações das pentoses liberadas aumentaram consideravelmente (xilose 694,45 mg/g e arabinose 4715,01 mg/g de hemicelulose)Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em BiocombustíveisCiências Exatas e da TerraUFUBaffi, Milla Alveshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4777892Z2Gurgel, Leandro Vinícius Alveshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4121731Z8Santos, Douglas Queirozhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4757933U0Rodrigues, Patrisia de Oliveira2016-06-22T18:31:44Z2016-03-012016-06-22T18:31:44Z2016-02-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfRODRIGUES, Patrisia de Oliveira. Ação sinergística de celulases e hemicelulases fúngicas na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamento alcalino. 2016. 77 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.66https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/12381http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.66porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2020-09-23T15:28:12Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/12381Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2020-09-23T15:28:12Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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Ação sinergística de celulases e hemicelulases fúngicas na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamento alcalino Rodrigues, Patrisia de Oliveira Biocombustíveis Aspergillus Hidrólise Bagaço de cana Aspergillus fumigatus Aspergillus niger Hidrólise enzimática Pré-tratamento alcalino Etanol 2G Enzymatic hydrolysis Sugarcane bagasse Alkaline pretreatment Second generation etanol CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
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Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic wastes using microbial enzymes has been the target of research in Brazil and in the world with the aim to obtain high yields in fermentable sugars. In this work, the synergistic efficiency of crude enzymatic extracts produced by Aspergillus fumigatus (SCBM6) and Aspergillus niger (SCBM1) fungal strains was evaluated in the hydrolysis of sugarcane bagasse previously subjected to alkaline pre-treatment. Extracts produced by Solid State fermentation (SSF) showed high concentrations of three major enzymes in saccharification processes of lignocellulosic biomass: β-glucosidase (SCBM6 strain with 78.47 U/g and SCBM1 with 73.0 U/g), β-xylosidase (produced only by SCBM1 strain: 78.0 U/g) and xylanase (SCBM6 and SCBM1 with 1774.50 and 3289.58 U/g, respectively). The alkaline pretreatment of sugarcane bagasse with 2% sodium hydroxide was successful in the lignin removal, with a reduction from 26.14 at in natura bagasse (BB) to 14.9% in treated bagasse (BT), in the preservation of the cellulose fraction (from 54.36% in BB to 75.04% in BT) and in the increased porosity of the fibers. The pretreated sugarcane bagasse (BT) was submitted to 30 different conditions of hydrolysis using crude enzymatic extracts produced by A. fumigatus SCBM6 (designated EAF) and A. niger SCBM1 (EAN). The hydrolysis conditions were delineated by Surface Response methodology, varying the time, temperature, substrate concentration and ratio of extracts in the enzymatic cocktails. The maximum yield (28.66%) of total reducing sugars (TRS) was obtained after hydrolysis carried out during 12 hours, at 47°C, with 1U/g of β-glucosidase of each extract, 2.2% bagasse and ratio of EAN/EAF extracts of 25/75%. The quantification of the released monossacharides showed 135.59 mg xylose / g hemicellulose, 58.01 mg arabinose / g hemicellulose and 20.18 mg glucose / g cellulose. After hydrolysis using concentrated enzymatic extracts (10U/g of β-glucosidase of each extract), the concentration of the released pentoses increased considerably (xylose 694.45 mg/g and arabinose 4715.01 mg/g hemicellulose). |
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