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Avaliação do pré-tratamento acalino na hidrólise enzimática dos resíduos da palha de carnaúba
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2017-10-26) Campos, Alan de Oliveira; Santos, Everaldo Silvino dos; Silva, Francinaldo Leite da; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo
A carnaúba (Copernícia prunifera) é uma palmeira típica do nordeste brasileiro cuja a principal atividade econômica associada é a extração do pó de cera. Esta atividade apresenta uma grande geração de resíduo rico em celulose, no que possui potencial para produção de Etanol de Segunda Geração. Entretanto, devido à alta carga de lignina e hemicelulose associados a celulose em uma estrutura complexa, o ataque enzimático é dificultado, sendo necessário um pré-tratamento adequado deste material. A utilização de bases no pré-tratamento de materiais lignocelulósicos leva ao intumescimento do mesmo, aumentando sua superfície interna e reduzindo a cristalinidade da celulose, e o rompimento das ligações entre a celulose e lignina. Sendo assim, o objetivo deste estudo está na otimização do processo de hidrólise enzimática do resíduo de palha de carnaúba, com foco no pré-tratamento da biomassa, aplicando soluções NaOH a concentrações de 1% (m/v) (PA1), 2% (m/v) (PA2), 3% (m/v) (PA3) e 4% (m/v) (PA4). As composições químicas das palhas de carnaúba in natura e pré-tratadas foram avaliadas segundo NREL, bem como as análises de DRX e FTIR. Os resíduos in natura e pré-tratados foram submetidos a hidrólise enzimática por um período de 96 horas. Os resultados da caracterização química dos materiais em estudos indicaram que os pré-tratamentos aplicados foram capazes de remover uma quantidade significativa de lignina e hemicelulose, o que pode melhorar a acessibilidade das enzimas favorecendo uma maior conversão da celulose. Em relação à análise de DRX, foi observado um aumento no índice de cristalinidade (IC) de 41,89% para o resíduo in natura para 48,93%, 50,75%, 53,97% e 55,15% para, respectivamente, os resíduos pré-tratados com NaOH 1%, 2%, 3% e 4%. Este comportamento pode estar associado à remoção da hemicelulose e lignina amorfa associada à celulose, melhorando a acessibilidade deste polissacarídios às enzimas. Após a realização da hidrólise enzimática, os pré-tratamentos com concentração de NaOH igual ou acima 2% (m/v) favoreceram uma melhoria na conversão celulósica dos resíduos. Apesar de um desempenho pouco inferior o resíduo que apresentou maior conversão da celulose (o resíduo pré-tratado PA4), o material pré-tratado PA2 destacou-se como uma alternativa para redução de custos na produção de etanol celulósico. Desta forma, torna-se possível reduzir pela metade a massa de hidróxido de sódio e a quantidade de lavagens do material após o pré-tratamento.
Enhancing enzymatic hydrolysis of coconut husk through Pseudomonas aeruginosa AP 029/GLVIIA rhamnolipid preparation
(Elsevier, 2017-08) Santos, Everaldo Silvino dos; Araújo, Cynthia Kérzia Costa de; Campos, Alan de Oliveira; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; Sousa Júnior, Francisco Canindé de; Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do; Macedo, Gorete Ribeiro de
This work investigated the influence of chemical (Triton X-100) and biological surfactant preparation (rhamnolipids) in coconut husk hydrolysis that was subjected to pretreatment with acid-alkali or alkaline hydrogen peroxide. The natural and pretreated biomass was characterized using the National Renewable Energy Laboratory protocol analysis as well as X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results demonstrated that in terms of the total reducing sugars, there was no significant difference between the hydrolysis using Triton X-100 and rhamnolipids, regardless of the pretreatment. A cellulosic conversion value as high as 33.0% was obtained in experiments with rhamnolipids. The coconut husk was observed to be a potential biomass that could produce second generation ethanol, and the rhamnolipid preparation can be used to support for the enzymatic hydrolysis, enhancing the advantage of cellulose conversion into glucose over chemical surfactants because it is an environmentally friendly approach
Evaluation of alkaline pretreatment on the enzymatic hydrolysis of carnauba straw residue
(Revista Brasileira de Energia Renováveis, 2019) Santos, Everaldo Silvino dos; Campos, Alan de Oliveira; Silva, Francinaldo Leite da; Magalhães, Emilianny Rafaely Batista; Macedo, Gorete Ribeiro de
Carnauba (Copernicia prunifera) straw residue generated from production of its wax is rich in cellulose, thus showing a potential use in the production of second generation ethanol. However, the high lignin and hemicellulose load associated with cellulose makes it difficult the enzymatic attack, thus having the need of an adequate pretreatment of this material. The objective of this study was to optimize the enzymatic hydrolysis of carnauba straw residue, focusing on the alkaline biomass pretreatment. Therefore, NaOH solutions at concentrations of 1.0% (w/v) (PA1), 2.0% (w/v) (PA2), 3.0% (w/v) (PA3) and 4.0% (w/v) (PA4) were used. The chemical and physical characterization of natural and pre-treated carnauba straw were according to the NREL, and DRX and FTIR performed analyzes. The materials chemical characterization showed that all the used pretreatments were able to remove a significant amount of lignin and hemicellulose, which can improve the enzymes access, favoring the increase of cellulose conversion. In relation to DRX analysis an increase in crystallinity index happens reaching up to 55.15% after the pretreatment PA4, which may be associated to the removal of hemicellulose and amorphous lignin, related to cellulose. After a period of 96 hours of enzymatic hydrolysis, the PA4 pretreated residue showed the best performance with a cellulosic conversion of 78%. Spite of a slightly lower performance of the residue that presented higher cellulose conversion, the pretreated material PA2 is an alternative to reduce costs in the cellulosic ethanol production
Pretreatments of Carnauba (Copernicia prunifera) straw residue for production of cellulolytic enzymes by Trichorderma reesei CCT-2768 by solid state fermentation
(Elsevier, 2018-02) Santos, Everaldo Silvino dos; Silva, Francinaldo Leite da; Campos, Alan de Oliveira; Santos, Davi Alves dos; Oliveira Júnior, Sergio Dantas de; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; Sousa Junior, Francisco Canindé de; Macedo, Gorete Ribeiro de
In this study the effect of pretreatments, such as hydrothermal (HT) with hydrogen peroxide-alkaline (HP-A), acid-alkaline (AA), or alkaline (AL) pretreatments, on the Carnauba (Copernicia prunifera) straw residueda plant native to Brazil that is used to produce wax das well as the use of the pretreated biomass for the production of lignocellulolytic enzymes (cellulases and xylanases) by Trichoderma reesei CCT2768 using solid state fermentation (SSF) were evaluated. The untreated and pretreated biomasses were characterized by using the Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy assays. A kinetic study was carried out to estimate the best time for producing cellulases (FPase and CMCase) and xylanases. HP-A pretreatment was the only one that simultaneously reduced hemicellulose (removal of 60.72%), lignin (removal of 50.71%) and pretreatment yield of 59.28%. FPase (0.9 U/g) and CMCase (13 U/g) production in the case of this pretreatment was optimum, while AL pretreatment was ideal for xylanase (99.5 U/g). The use of Carnauba (Copernicia prunifera) straw residue coupled with HP-A pretreatment and SSF shows promise for the production of lignocellulolytic enzymes
Produção de enzimas celulolíticas por Trichoderma reesei CCT2768 por fermentação em estado sólido usando fibra de coco verde (Cocos nucifera) pré-tratada por explosão a vapor como substrato
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-04-22) Campos, Alan de Oliveira; Santos, Everaldo Silvino dos; Souza Filho, Pedro Ferreira de; https://orcid.org/0000-0001-7384-1140; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; http://lattes.cnpq.br/8273501085544729; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; https://orcid.org/0000-0002-9532-3026; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; Rios, Nathalia Saraiva
O resíduo gerado pela cadeia produtiva do coco verde vem causado uma série de problemas ambientais e de saúde pública por ser um material orgânico volumoso e de decomposição lenta. Uma alternativa para sua utilização seria na aplicação em processos de produção de enzimas lignocelulolíticas via fermentação semissólida (FSS), porém é necessária uma etapa de pré-tratamento para reduzir a recalcitrância da lignocelulose e o teor de lignina e hemicelulose no material, tendo em vista que estes compostos limitam a acessibilidade dos microrganismos. Estudos apontam que, para uma melhor indução da produção de celulases por processos de FSS, o pré-tratamento ou a combinação dos mesmos expõe de maneira mais eficiente a celulose para fungos filamentosos. Além disso, a utilização de um solvente adequado durante extração das enzimas após a FSS também tem forte impacto fortemente sobre o desempenho da produção de celulases. Sendo assim, este estudo teve como objetivo avaliar a produção de celulases usando a fibra de coco pré-tratada por explosão a vapor combinada com pré-tratamento alcalino (PV+A) por FSS usando fungo filamentoso o Trichoderma reesei CCT-2768, avaliando as condições de cultivo (atividade de água e quantidade de substrato) através do planejamento composto central rotacional (CCR), tendo Carboximetilcelulase (CMCase) e atividade enzimática em Papel de Filtro (FPase) como respostas. Além disso, foi avaliado o uso de diferentes solventes durante a extração das enzimas. A combinação dos pré-tratamentos se mostrou mais favorável para a remoção da hemicelulose da fibra de coco verde, reduzindo o teor deste polímero de 10,15%, em relação à biomassa não tratada, para 5,38 %, enquanto que o teor de lignina aumentou de 21,32 % para 34,82%, o que pode estar associado ao efeito de rearranjo da lignina durante o processo de resfriamento da biomassa no pré-tratamento. Em relação a FSS da fibra de coco pré-tratada PV+A, observou-se que a carga de sólidos influenciou significativamente o comportamento da CMCase no cultivo e atividade de água se mostrou como fator significativo em ambas as enzimas analisadas. Pôde-se notar que uma maior produção de enzimas celulolíticas ocorreu nas condições cultivo semissólido em que a atividade de água é de 0,995 e 5,25 g de substrato, obtendo uma atividade enzimática de CMCases próximo a 3,0 UI/g e para FPases, um valor de 0,31 UI/g. Quando avaliado o melhor solvente para extração das celulases, a solução salina de NaCl (154 mM) se mostrou mais eficiente na recuperação das enzimas, produzindo um extrato com atividade de 5,19 UI/g para a endoglucanase e 1,19 UI/g para as FPase. Portanto, foram identificadas as melhores condições de atividade de água e carga de sólidos para produção de celulases, ao se utilizar o fungo Trichoderma reesei CCT-2768 e a fibra de coco pré-tratada por explosão a vapor seguido por pré-tratamento alcalino, conseguindo-se bons valores de atividades de CMCase e FPase .
Valorization of an agroextractive residue—Carnauba straw—for the production of bioethanol by simultaneous saccharification and fermentation (SSF)
(Elsevier, 2018-11) Santos, Everaldo Silvino dos; Silva, Francinaldo Leite da; Campos, Alan de Oliveira; Santos, Davi Alves dos; Magalhaes, Emilianny Rafaely Batista; Macedo, Gorete Ribeiro de
In this study, the use of carnauba straw residue to produce cellulosic ethanol by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with three industrial yeasts was investigated. Hydrothermal (HT), alkaline (AL), and acidealkaline (AA) pretreatments were carried out on the residues, and the efficiency of the enzymatic hydrolysis of these residues was evaluated. The SSF was performed using Saccharomyces cerevisiae UFLA CA11, Saccharomyces cerevisiae CAT-1, and Kluyveromyces marxianus ATCC-36907 at 35, 40, and 45 C. The AL pretreatment resulted in the best removal of lignin and hemicellulose. In addition, enzymatic hydrolysis of the dry residue treated with AL converted 64.43% of the lignocel-lulosic biomass to sugars. SSF of the AL-pretreated residue using Kluyveromyces marxianus ATCC-36907 cultivated at 45 C produced 7.53 g/L ethanol

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