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Hidrólise de quitosana a partir de quitosanases e enzimas não-específicas imobilizadas
(2019-11-22) Dantas, Júlia Maria de Medeiros; Santos, Everaldo Silvino dos; Araújo, Nathalia Kelly de; ; ; ; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; ; Gonçalves, Luciana Rocha Barros; ; Souza Filho, Pedro Ferreira de;
Os quitooligossacarídeos (QOS), produtos da hidrólise da quitosana, possuem um alto valor agregado devido às suas atividades biológicas. A hidrólise pode ser realizada por via ácida, no entanto este método requer altas temperaturas e não possui uma grande seletividade no que concerne o tamanho dos oligômeros, característica chave para que estes apresentem atividades bioativas. Portanto, a utilização de enzimas para a hidrólise torna-se uma opção vantajosa por operar em condições brandas e por terem uma especificidade no mecanismo de clivagem. No entanto, processos com enzimas tendem a ser onerosos, sendo necessária a implementação de estratégias para diminuir os custos destas. Nesse contexto, o método de imobilização das enzimas se destaca pois, no geral, aumenta a estabilidade térmica e amplia a faixa de pH, além de proporcionar o reciclo da enzima. O uso de enzimas não-específicas (e mais baratas) pode ser outra estratégia de diminuição de custos. Assim, o presente estudo investigou a imobilização de celulase, β-glicosidase e quitosanases para hidrólise de quitosana. Previamente aos estudos de imobilização, as enzimas não-específicas tiveram sua atividade quitosanolítica avaliada em diferentes condições. A celulase demonstrou atividade mais alta no pH 6,0 e a β-glicosidase em pH 4,0, ambas a 55 oC. No sentido de avaliar o potencial das técnicas de imobilização de enzimas, experimentos foram realizados usando adsorção em resina catiônica Streamline SP e ligações covalentes em micropartículas de sílica-gel ativadas com glutaraldeído. Com relação à adsorção, o pH 5,0 favoreceu a imobilização de todas as enzimas, sendo que em termos de carga enzimática, a celulase e a quitosanase foram favorecidas pela menor carga enzimática (25 U/g de suporte), e a β-glicosidase favorecida pela carga enzimática mais alta (50 U/g de suporte). Em relação às ligações covalentes, as enzimas seguiram a mesma tendência apresentada para a carga enzimática. Entretanto, com relação à concentração de glutaraldeído utilizado, a celulase e a β-glicosidase foram favorecidas pela maior concentração (1%), enquanto a quitosanase apresentou o melhor resultado com a menor concentração (0,5%). Destaca-se que testes de estabilidade térmica, pH e reciclo foram realizados para determinar qual a melhor estratégia de imobilização para cada enzima. Assim, a melhor estratégia para imobilização da celulase e da β-glicosidase foi a de ligações covalentes, uma vez que a estratégia de ligações covalentes favoreceu a estabilidade de ambas as enzimas durante os reciclos (apresentando 40,00% de atividade final, comparada com 20,00% da adsorção para celulase, e 14,75% contra apenas 5,75% no sistema de adsorção para a β-glicosidase após 6 ciclos de 30 min). Por fim, ambas as estratégias de imobilização foram viáveis para o aumento da estabilidade da quitosanase, mas a adsorção apresentou um aumento marcante de desempenho quando comparada com a estratégia de ligações covalentes ao se considerar a estabilidade durante os reciclos, retendo 65,00% da atividade inicial ao final do reciclo, contra 44,42% do sistema de ligações covalentes. Ao fim, todas as três enzimas imobilizadas foram bem sucedidas na hidrólise de quitosana.
Influência do Tween 80 no pré-tratamento por explosão a vapor e alcalino, hidrólise enzimática e fermentação para produção de etanol a partir da fibra de coco verde
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-12-09) Ribeiro, Vitor Troccoli; Santos, Everaldo Silvino dos; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; https://orcid.org/0000-0002-9532-3026; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; https://orcid.org/0000-0001-7384-1140; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; http://lattes.cnpq.br/2170819716189853; Sousa Júnior, Francisco Canindé de; Rios, Nathalia Saraiva; Souza Filho, Pedro Ferreira de; Oliveira Júnior, Sérgio Dantas de
A fibra de coco verde tem sido apontada como uma alternativa interessante para produção de bioetanol, pois o Brasil é um dos maiores produtores globais do fruto e seu descarte, geralmente inadequado, provoca problemas ambientais. Os pré-tratamentos são necessários para remover compostos que protegem a celulose do ataque enzimático, aumentando a eficiência da hidrólise enzimática. A adição de surfactantes não-iônicos no processo de produção de bioetanol vem sendo estudada como estratégia para aumentar a sua produção e rendimento. Dentre esses, o Tween 80 destaca-se por ter um custo menor que outros aditivos. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a produção de etanol a partir da fibra de coco verde usando um pré-tratamento combinado por explosão a vapor e alcalino, comparando as estratégias de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) e semi-simultâneas (SSSF). A incorporação de Tween 80 nas etapas de pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação também foi investigada. Inicialmente, avaliou-se a influência dos parâmetros temperatura e umidade no pré-tratamento por explosão a vapor sobre a produção de glicose por hidrólise enzimática. O uso do surfactante não influenciou a deslignificação no pré-tratamento de explosão a vapor, porém aumentou a conversão em glicose quando comparado aos experimentos sem Tween 80. O uso do surfactante na hidrólise enzimática aumentou a produção de glicose, chegando a um valor máximo de 20,31 ± 0,48 g/L com a biomassa pré-tratada combinada e 1,0% (m/v) de Tween 80. Na ausência do surfactante em quaisquer etapas, a estratégia SSSF se destacou sobre a SSF. A SSSF foi a estratégia que apresentou o maior rendimento e produção de etanol e a cepa que favoreceu a melhor produção foi a Saccharomyces cerevisiae PE2. Diferentes efeitos do Tween 80 foram observados durante a fermentação. O uso de 2,0% (m/v) de Tween 80 reduziu a viabilidade celular bem como reduziu a produção de etanol em meio simulado, na SSF e na SSSF. Por outro lado, o uso de 1,0% (m/v) de Tween 80 aumentou a produção média de etanol, embora não o suficiente para ser estatisticamente significativo. Para aumentar a produção de etanol sob 30% (m/v) de carga de sólidos, variações da SSSF foram realizadas, incluindo adição em batelada de biomassa, adição em batelada de enzimas e variação de temperatura a cada 6 h. A SSSF com alimentação em batelada não-isotérmica e adição gradual de enzimas se destacou, chegando a um máximo de etanol produzido de 48,21 ± 1,13 g/L na presença de 1,0% (m/v) Tween 80. Portanto, os resultados indicam que o uso do pré-tratamento combinado gerou uma biomassa com alto teor celulósico que tem grande potencial na produção de etanol quando estratégias de fermentação com Tween 80 foram avaliadas.
Palma forrageira (Opuntia ficus indica e Nopalea cochenillifera) como matéria-prima para produção de etanol celulósico e enzimas celulolíticas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2014-05-09) Souza Filho, Pedro Ferreira de; Macedo, Gorete Ribeiro de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788057U7; ; http://lattes.cnpq.br/3140602874903609; Almeida, Andréa Farias de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4762972A4; Oliveira, Jackson Araújo de; ; http://lattes.cnpq.br/5058617634570704
A necessidade de novas fontes de energia e a preocupação com o meio-ambiente têm impulsionado a pesquisa por fontes renováveis de energia, como o etanol. O uso de biomassa lignocelulósica como substrato aparece como uma importante alternativa devido à abundância desta matéria-prima e por não concorrer com a produção de alimentos. Entretanto, o processo ainda encontra dificuldades de implementação, entre elas o custo para produção das enzimas que degradam a celulose em açúcares fermentescíveis. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento das espécies de palma forrageira Opuntia ficus indica (gigante) e Nopalea cochenillifera (miúda), comumente encontradas na região Nordeste do Brasil, como matérias-primas para produção de: 1) etanol celulósico pelo processo de sacarificação e fermentação simultâneas (SFS) usando duas cepas diferentes de Saccharomyces cerevisiae (PE-2 e LNF CA-11) e 2) enzimas celulolíticas através da fermentação em estado semissólido (FES) usando o fungo filamentoso Penicillium chrysogenum. Antes do processo de fermentação alcoólica, o material foi condicionado e pré-tratado por três diferentes estratégias: peróxido de hidrogênio alcalino, alcalino usando NaOH e ácido usando H2SO4 seguido de deslignificação alcalina com NaOH. Análises de composição, cristalinidade e digestibilidade enzimática foram feitas com o material antes e depois do pré-tratamento. Adicionalmente, imagens de microscopia eletrônica de varredura foram usadas para comparar qualitativamente o material e observar os efeitos dos pré-tratamentos. Um planejamento fatorial 2² com triplicata no ponto central foi utilizado para avaliar a influência da temperatura (30, 40 e 45 °C) e da carga inicial de substrato (3, 4 e 5% de celulose) no processo SFS, usando o material obtido nas melhores condições de pré-tratamento e testando duas cepas de S. cerevisiae, sendo uma delas floculante (LNF CA-11). Para a produção de celulase, o fungo filamentoso P. chrysogenum foi testado com a espécie de palma N. cochenillifera no estado in-natura (sem pré-tratamento) e submetida a um pré-tratamento hidrotérmico, variando-se o pH do meio fermentativo (3, 5 e 7). A caracterização das palmas forrageiras resultou em 31,55% de celulose, 17,12% de hemicelulose e 10,25% de lignina para a espécie N. cochenillifera e 34,86% de celulose, 19,97% de hemicelulose e 15,72% de lignina para a espécie O. ficus indica. Analisou-se ainda, para as palmas miúda e gigante, o teor de pectina (5,44% e 5,55% de pectato de cálcio, respectivamente), extrativos (26,90% e 9,69%, respectivamente) e cinzas (5,40% e 5,95%). O pré-tratamento usando peróxido de hidrogênio alcalino apresentou os melhores resultados de recuperação de celulose (86,16% para a palma miúda e 93,59% para a palma gigante) e de deslignificação (48,79% e 23,84% para as palmas miúda e gigante, respectivamente). Este pré-tratamento foi também o único a não elevar o índice de cristalinidade das amostras, no caso da palma gigante. Entretanto, quando analisada a digestibilidade enzimática da celulose, o pré-tratamento alcalino foi o que proporcionou os melhores rendimentos e, portanto, este foi o escolhido para os testes de SFS. Os experimentos demonstraram maior rendimento da conversão de celulose em etanol pela cepa PE-2 usando a palma miúda pré-tratada (93,81%) a 40 °C e usando 4% de carga inicial de celulose. A palma miúda demonstrou melhores rendimentos que a gigante e a cepa PE-2 resultou melhor desempenho que a CA-11. A palma miúda se mostrou um substrato possível de ser usado na FES para produção de enzimas, alcançando valores de 1,00 U/g de CMCase e 0,85 FPU/g. O pré-tratamento não se mostrou eficaz para aumentar os valores de atividade enzimática
Potencial de biodegradação de atrazina por Bacillus megaterium CCT 7935 e Penicillium chrysogenum NRRL 807 para biorremediação de solos contaminados
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-01-28) Nicodemo, Sinara Cybelle Turibio e Silva; Macedo, Gorete Ribeiro de; ; http://lattes.cnpq.br/3324083094904117; ; http://lattes.cnpq.br/1964537453790630; Sousa Júnior, Francisco Canindé de; ; http://lattes.cnpq.br/3721560802857426; Santos, Everaldo Silvino dos; ; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; ; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; Souza Filho, Pedro Ferreira de; ; http://lattes.cnpq.br/3140602874903609
A atrazina é um herbicida comumente usado pelo mundo, mesmo sendo reconhecido como um potente disruptor químico-endócrino capaz de causar danos à saúde humana e ao meio ambiente. Por possuir alta mobilidade e persistência, seus resíduos são comumente encontrados em solos e águas. Diante disso, a presente tese tem como objetivo analisar o potencial de degradação da atrazina por Bacillus megaterium CCT 7935 e Penicillium chrysogenum NRRL 807, através de experimentos de bancada e em microcosmos com solo, para biorremediação de áreas contaminadas. B. megaterium CCT 7935 consumiu atrazina como fonte de nitrogênio e foi capaz de degradá-la quando submetida a altas concentrações iniciais, com resultados de degradação superiores a 60%. P. chrysogenum NRRL 807 também demonstrou um grande potencial. Tanto a forma livre do fungo como a imobilizada apresentaram resultados de degradação acima de 40% quando a concentração inicial foi de 25 mg/L de atrazina, que, por sua vez, foi usada como fonte de carbono. Em P. chrysogenum NRRL 807, os processos de remoção foram liderados pelo complexo enzimático do citrocomo P450. B. megaterium CCT 7935 e P. chrysogenum NRRL 807 também se mostraram eficientes na biorremediação de atrazina em microcosmos com solo, com valores de eficiência de degradação superiores a 75%. Apesar de P. chrysogenum apresentar uma pequena vantagem na eficiência de remoção em relação a B. megaterium CCT 7935, ele inibiu a microbiota natural. Os resultados obtidos por esta tese consolidam o potencial do bioprocesso desenvolvido pelos microrganismos do estudo no tratamento da atrazina, e a biorremediação de solos configura-se como um exemplo das diversas aplicações possíveis, que podem se estenderem também para tecnologias de tratamentos de águas e efluentes.
Pré-tratamentos aplicados ao amido de arroz vermelho para a produção de nanocristais visando o uso em emulsões pickering Óleo/Água (O/A)
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-02-06) Almeida, Raphael Lucas Jacinto; Santos, Everaldo Silvino dos; https://orcid.org/0000-0001-7384-1140; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; https://orcid.org/0000-0001-7232-2373; http://lattes.cnpq.br/0056534203066666; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; https://orcid.org/0000-0002-9532-3026; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; Rios, Nathalia Saraiva; https://orcid.org/0000-0002-5104-1123; http://lattes.cnpq.br/1800467263737484; Souza Filho, Pedro Ferreira de; https://orcid.org/0000-0002-1711-7294; http://lattes.cnpq.br/3140602874903609; Oliveira Júnior, Sérgio Dantas de; https://orcid.org/0000-0001-5113-4728; http://lattes.cnpq.br/4641007172823726
Durante a produção dos nanocristais de amido (SNC), os pré-tratamentos podem ser uma alternativa promissora para quebrar os grânulos de amido e/ou criar poros e rachaduras e, assim, permitir uma melhor difusão do ácido. Esses nanocristais podem ser utilizados para aumentar a estabilidade da emulsão Pickering. Dessa forma, o presente estudo avaliou o uso dos pré-tratamentos não térmico, hidrotérmicos e enzimáticos no amido de arroz vermelho para a produção de SNC. Para isso, foi utilizado o pré-tratamento (I) não térmico com campo elétrico pulsado (PEF: 10 e 30 kV cm-1) no amido e verificado a sua ação quando combinado a α-amilase pré-tratamento (II) (PEF+α). Enquanto que para o pré-tratamento (III) hidrotérmico (HPT: autoclave e cozimento) nos grãos e no amido foi verificado a influência na cinética de secagem, onde posteriormente ambos foram combinados com a hidrólise enzimática usando a α-amilase (IV). Uma nova rota de modificação enzimática do amido foi avaliada após o tratamento com HPT para isso foi usado as enzimas α-amilase e amiloglucosidase de forma semi-simultânea (HSS) em comparação com a técnica usual que é feita de forma consecutiva (CH). Para o pré-tratamento (V) foi testado a estratégia de hidrólise semi-simultânea (HSS) visando otimizar o tempo de processo e reduzir a quantidade de solventes, quando comparado a forma consecutiva (CH) com α-amilase e amiloglucosidase, ambas com carga enzimática de 9 U mg-1. Os resultados mostraram que tanto com o uso do PEF como o do HPT apresentaram uma diminuição do tempo de secagem em até 180 min, sendo que o HPT alcançou os mais altos rendimentos (53,54%). A ordem de aplicação do PEF afetou as características estruturais do amido, sendo que PEF30+α foi mais eficaz na redução da sinérese e retrogradação, por conta do aumento de 83,30% no grau de digestão. O HPT quando aplicado no amido foi viável para modificar a estrutura e a susceptibilidade enzimática com α-amilase, resultando em mudanças na geometria dos grânulos, ruptura das moléculas de amilose e amilopectina, diminuição da cristalinidade e formação de complexos amilose-lipídeo. Destaca-se ainda que o método HSS (α-amilase e amiloglucosidase) foi mais efetivo apresentando um maior valor de grau de digestão (80,08%) e propriedades tecnológicas otimizadas em relação ao amido nativo. O HPT com autoclave (A3) permitiu a produção eficiente de SNC em apenas 1 dia de hidrólise ácida, reduzindo significativamente o tempo de processo. Quando aplicados em emulsões Pickering, os SNCs (3%) apresentaram eficácia na estabilização para as temperaturas 4, 25 e 40ºC, com tamanho máximo de partículas de 180 µm, que foi reduzido para 138 µm sem quercetina e 98 µm com quercetina (1%) no 21o dia. Apesar da hidrólise ácida, usando ácido sulfúrico, ser o método mais comum para a produção de SNC, devido ao seu baixo custo, há necessidade de melhorar o processo, por meio de pesquisa neste campo, pois o baixo rendimento e o tempo longo na produção de SNC impedem o progresso. Explorar novas rotas para modificar o amido nativo é importante, com foco em técnicas ecologicamente corretas, no qual métodos térmicos e não térmicos combinados oferecem a vantagem de alterar a estrutura do amido enquanto minimizam o uso de reagentes tóxicos. Esses métodos emergentes devem ser aplicados para verificar a estabilização das emulsões Pickering, que pode ser viável por melhorar as interações interfaciais.
Produção de biobutanol por fermentação acetona-butanol-etanol (ABE) utilizando Clostridium beijerinckii ATCC 10132 a partir do hidrolisado enzimático da casca de coco verde
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-12-15) Bezerra, Petrúcia Karine Santos de Brito; Santos, Everaldo Silvino dos; https://orcid.org/0000-0001-7384-1140; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; https://orcid.org/0000-0002-3939-5682; http://lattes.cnpq.br/4442951771121473; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; https://orcid.org/0000-0002-9532-3026; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; Viana, Marcelino Gevilbergue; Souza Filho, Pedro Ferreira de; Oliveira Júnior, Sérgio Dantas de
A busca por energias renováveis que minimizem os danos ambientais causados principalmente pela queima de combustíveis fósseis tem alavancado estudos para a diversificação da matriz energética mundial. No caso do Brasil, a inserção de novos biocombustíveis, como o butanol, associada à valorização da biomassa lignocelulósica se apresenta como uma oportunidade de consolidar sua vocação histórica na liderança de fontes energéticas renováveis. A casca do coco verde é um resíduo agroindustrial abundante que pode ser convertido em produtos de valor agregado ao mesmo tempo que soluciona problemas ambientais causados pelo seu descarte inadequado. Nesse contexto, investigou-se o potencial de cascas de coco verde (CCV) na produção de butanol celulósico (ou biobutanol) por fermentação ABE (Acetona-Butanol-Etanol), utilizando Clostridium beijerinckii. Inicialmente, testes de hidrólise enzimática de CCV foram realizados para avaliar a liberação de açúcares e a capacidade de reciclo dos coquetéis celulolíticos comerciais. O comportamento e a recuperação de enzimas celulolíticas remanescentes de CCV pré-tratadas (por ácido diluído, álcali e ácido-álcali combinados) foram avaliados. Em outro momento, ensaios de fermentação em batelada foram realizados para investigar a influência de alguns nutrientes (fontes de nitrogênio e meio mineral) na suplementação do hidrolisado para a produção de butanol e outros solventes. A fermentação em batelada alimentada foi realizada com o intuito de melhorar o rendimento e a produtividade do butanol. Os estudos de adsorção de celulases mostraram que CCV pré-tratadas por álcali garantem maior quantidade de celulases livres (52% para coquetel Trichoderma reesei e 69% para coquetel Cellic Ctec2) e maior susceptibilidade de dessorção com tampão (~50%). Rendimentos de açúcares superiores a 60% foram obtidos usando enzimas recicladas a partir das frações sólida e líquida. A reciclagem de enzimas por dois ciclos praticamente não afetou a capacidade catalítica na hidrólise de CCV pré-tratadas por álcali e ácido-álcali combinados. Usando hidrolisado com 9 g/L de açúcares (glicose + xilose), a fermentação ABE alcançou rendimento de 0,53 g/g após 96 h, no qual 3,4 g/L de butanol foram obtidos. A ausência ou insuficiência de alguns nutrientes (minerais e tampão fosfato) resultaram em baixos rendimentos de produtos ABE, indicando a relevância da adequação de suplementos ao meio fermentativo escolhido e ao tipo de microrganismo utilizado. A batelada alimentada aumentou a produtividade na fermentação ABE (0,08 g/L.h para butanol). Os resultados indicam que resíduos de coco verde possuem potencial energético e são matérias-primas de baixo custo para a produção biotecnológica de butanol, como produto alternativo e renovável.
Produção de celulases e xilanases por uma nova espécie fúngica - Achaetomium lippiae URM 7547 - utilizando a fibra de coco verde pré-tratada por explosão a vapor
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-05-20) Azevedo, Beatriz de; Santos, Everaldo Silvino dos; Souza Filho, Pedro Ferreira de; https://orcid.org/0000-0001-7384-1140; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; Sousa Júnior, Francisco Canindé de; https://orcid.org/0000-0003-2042-4348; http://lattes.cnpq.br/3721560802857426; Viana, Marcelino Gevilbergue
Os microrganismos endófitos, que podem ser bactérias, fungos ou protozoários, são pouco estudados. Estima-se que existam mais de 250.000 diferentes espécies de plantas e um milhão de endofíticos no mundo, o que caracteriza uma média de quatro espécies associadas para cada espécie vegetal. Por estarem dentro da planta, esses microrganismos podem ser uma rica fonte de biomoléculas de interesse industrial, como é o caso da produção de enzimas hemiceluloliticas. Neste contexto, este estudo foi o primeiro a estudar a espécie fúngica endofítica Achaetomium lippiae URM 7547, tendo por objetivo avaliar a produção de celulases e xilanases em fermentação submersa (FSm) utilizando como substrato a fibra da casca de coco verde pré-tratada por explosão a vapor. Inicialmente avaliou-se o potencial de A. lippiae URM 7547 em produzir hidrolases (amilase, lipase, protease, celulase, xilanase e pectinase) em meios de cultivo sólido (72 h a 30 °C) com substratos indutores específicos. Como controle, para comparação de resultados, utilizou-se o crescimento do fungo Thricoderma reesei CCT 2768 sob mesmas condições de indução. A. lippiae URM 7547 apresentou-se como um potencial produtor de amilases, proteases e celulases, com um índice enzimático (IE) maior que 1,5, assim como o T. reesei CCT 2768. Quantificou-se também o rendimento de conversão de substrato em biomassa celular (Yx/s) de A. lippiae URM 7547 e sua velocidade máxima de crescimento (µmáx) em meio líquido contendo glicose ou xilose em três concentrações e meios nutrientes com fontes de minerais e nitrogênio variadas com o intuito de verificar se o fungo é adepto a cultivos submersos e qual a melhor condição para seu crescimento. Os melhores resultados para o meio líquido contendo glicose foi em 96 h de cultivo no meio contendo peptona e extrato de levedura, com Yx/s iguais a 0,062 ± 0,04 g.g-1, 0,072 ± 0,04 g.g1, e 0,076 ± 0,03 g.g-1, para as concentrações iniciais de 5, 10 e 20 g.L-1 de açúcar, respectivamente. Para o meio contendo xilose, o melhor resultado foi durante 144 h de cultivo, com valores de Yx/s iguais a 0,52 ± 0,08 g.g-1, 0,59 ± 0,09 g.g-1 e 0,65 ± 0,03 g.g-1 para 5, 10 e 20 g.L-1, respectivamente, no mesmo meio contendo peptona e extrato de levedura. Por fim, conduziu-se o pré-tratamento da biomassa de coco verde e a FSm para produção de celulases e xilanases. A caracterização lignocelulósica da fibra de coco verde in natura e após o pré-tratamento por explosão a vapor indicou que houve uma diminuição de 14% de extraíveis na fibra pré-tratada em relação à fibra in natura, visto esses materiais serem de fácil remoção por solventes. Houve ainda um aumento em 8% no teor de celulose e uma diminuição de 6% de hemicelulose, enquanto a lignina permaneceu estatisticamente igual (p>0,05). Na FSm, as condições de 33 °C, concentração inicial de esporos de 109 mL-1, e 30,0 g.L-1 de biomassa pré-tratada foram as que levaram a um melhor rendimento com relação às quatro enzimas quantificadas, com atividades enzimáticas (U.mL-1) de 0,41 ± 0,06, 5,94 ± 0,31, 0,08 ± 0,03 e 9,12 ± 0,28 para FPase, CMCase, celobiase e xilanase, respectivamente. Por fim, A. lippiae URM 7547 demonstrou ser um bom produtor de celulases e xilanases, além de outras enzimas hidrolíticas como é o caso de amilases e proteases, com um ótimo rendimento de crescimento em meios submersos.
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 .
Produção de etanol celulósico sob elevadas concentrações de polímeros à base de óxido de etileno
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-04-12) Nogueira, Cleitiane da Costa; Santos, Everaldo Silvino dos; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; ; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; ; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; ; http://lattes.cnpq.br/8630679962860994; Dutra, Emmanuel Damilano; ; http://lattes.cnpq.br/0359600775598226; Silva, Francinaldo Leite da; ; http://lattes.cnpq.br/1239745530214820; Souza Filho, Pedro Ferreira de; ; http://lattes.cnpq.br/3140602874903609; Franco, Telma Teixeira;
A conversão de resíduos agroindustriais como a casca de coco verde (CCV) e o sabugo de milho (SM) em etanol é uma alternativa promissora para o Brasil superar impasses industriais, econômicos e ambientais. Entretanto, a produção de etanol celulósico requer um aperfeiçoamento de suas principais etapas: o pré-tratamento, a hidrólise enzimática e a fermentação. Para isso, as pesquisas têm mostrado muitas possibilidades. Dentre elas, destacase o uso de polímeros como o polietileno glicol (PEG) e seus derivados como coadjuvantes nessas etapas, visto que, além de auxiliar beneficamente o pré-tratamento da biomassa, eles têm favorecido a atividade enzimática e aumentado a viabilidade e tolerância celular em meio fermentativo com inibidores. Assim, este trabalho avaliou como os tipos de polímeros e suas concentrações podem influenciar o desempenho de cada etapa. Para isso, utilizaram-se as biomassas CCV e SM (não tratada e pré-tratada em condições hidrotérmica, ácida e alcalina) e SigmaCell celulose, leveduras (Saccharomyces cerevisiae CAT-1 e Kluyveromyces marxianus) e polímeros (Triton X-100, Tween 80, PEG 400 a 4000 e EOPO 5800) em diferentes concentrações durante as etapas estudadas. Ainda, foram propostas estratégias fermentativas para integrar essas etapas com uso dos polímeros. Nas fermentações em meio inibitório, os polímeros polietilenoglicol (PEG) e etileno óxido-propileno óxido (EOPO) agiram como desintoxicantes, mantendo a viabilidade celular e a produção de etanol semelhante ao controle sem inibidor e polímero. Esse comportamento foi diretamente relacionado com a concentração do polímero até os valores 175 e 100 g.L-1 para o PEG 4000 e EOPO 5800, respectivamente. Na hidrólise enzimática simulada, o PEG e o EOPO aumentaram a atividade celulolítica e a liberação de açúcares fermentescíveis em ambiente rico em lignina. O PEG 400 permitiu utilizar os açúcares presentes no licor do pré-tratamento hidrotérmico pressurizado na sacarificação e fermentação simultâneas (SFS) com sucesso, aumentando o título etanólico de 6,43 g.L-1 (controle sem PEG) para 7,87 g.L-1. Em ambiente ácido, o PEG aumentou a deslignificação do sabugo durante o pré-tratamento. Entretanto, o efeito dos polímeros foi mais pronunciado com a CCV nas etapas subsequentes de hidrólise e fermentação, provavelmente devido ao alto teor de lignina dessa biomassa. Os resultados de SFS com licor e PEG 4000 para a CCV pré-tratada ácida e hidrotérmica foram respectivamente 8,8±0,8 g.L-1 e 9,3±1,2 g.L-1 de etanol, mas esses valores foram superados quando utilizado o coco não tratado (9,7±0,5 g.L-1). A SFS em batelada da CCV não tratada atingiu 89,8% de rendimento mássico de etanol, utilizando 175 g.L-1 de PEG 4000, 20 FPU.g-1 e 108 celúlas.mL-1 de S. cerevisiae CAT-1. A adição de PEG possibilitou operar a SFS em batelada alimentada utilizando até 30% (m/m) de carga de sólidos, 13,3 FPU.g-1 de carga enzimática e 1x108 celúlas.mL-1 de S. cerevisiae CAT-1, produzindo 35,1 g.L-1 de etanol em 48 h. Portanto, os resultados indicaram que o PEG em elevadas concentrações é uma alternativa para facilitar o processamento da CCV na indústria do etanol celulósico.
Remoção de matéria orgânica de efluente de carcinicultura por meio de tratamento físico-químico (coagulação-floculação) e biológico (lodo ativado)
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-08-27) Ferreira, Ana Carla da Fonseca; Santos, Everaldo Silvino dos; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; http://lattes.cnpq.br/5911334133899869; Magalhães, Emilianny Rafaely Batista; http://lattes.cnpq.br/6087008853478893; Rios, Nathalia Saraiva; http://lattes.cnpq.br/1800467263737484; Souza Filho, Pedro Ferreira de
A carcinicultura vem se tornando uma das principais atividades aquícolas devido ao cenário mundial de crescimento populacional e à demanda por novas fontes de alimentos. No entanto, o crescimento dessa atividade vem acompanhado de uma preocupação, também crescente, em relação aos impactos ambientais gerados pelo volume de efluentes liberados, sem tratamento, nos corpos d’água, sendo o processo de coagulação-floculação e o sistema de lodos ativados opções para tratar efluentes dessas atividades. No entanto não há na literatura aplicação do tratamento físico-químico em efluentes ricos em matéria orgânica. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de remoção de matéria orgânica de um efluente de carcinicultura, utilizando o processo de coagulação-floculação-sedimentação com dois coagulantes – um comercial (A) e o outro natural à base de Moringa oleifera – em três condições para concentração do coagulante (30, 50 e 80 mg/L) e tempo de decantação (35 min, 1h e 24h). Além disso, paralelamente a esse processo, também foi realizado o tratamento biológico através de um sistema de lodo ativado em escala de bancada, operando com alimentação 200 mL/dia, taxa de reciclo de 1:1 e idade do lodo de 20 dias. Para o tratamento físico-químico, as eficiências máximas de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) foram iguais a 78,44% e 77,44%, obtidas com o coagulante natural à base de M. oleifera, e o comercial A, respectivamente. A remoção de turbidez foi 68,84 e 97,33% para o coagulante natural e o A, respectivamente. A condição ótima para o coagulante natural e o A foi obtida ao utilizar a menor concentração (30 mg/L) e o menor tempo de decantação (35 min), tornando o processo extremamente viável e promissor, tendo em vista menores custos e tempos de processo. O tratamento biológico apresentou eficiência média de remoção de DQO e carbono orgânico total (COT) de 92,84 e 95,90%, respectivamente; comprovando a eficiência do tratamento por lodo ativado. Conforme a Resolução CONAMA 430/2011, o efluente tratado com os coagulantes A e natural à base de moringa e o tratamento biológico atenderam às exigências ambientais de descarte em termos de remoção da matéria orgânica.
Simultaneous saccharification and fermentation of cactus pear biomass—evaluation of using different pretreatments
(Industrial Crops and Products, 2016-10-30) Santos, Everaldo Silvino dos; Souza Filho, Pedro Ferreira de; Ribeiro, Vitor Troccoli; Macedo, Gorete Ribeiro de
Lignocellulosic biomasses of two species of cactus pear (Opuntia ficus indica and Nopalea cochenillifera) were tested for the production of ethanol. Their ability to grow in water-stressed regions makes them eligible for reducing the production cost of biofuels in drought regions. The biomass was pretreated using three different strategies: alkaline hydrogen peroxide, alkaline using NaOH, and acid using H2SO4 followed by alkaline delignification with NaOH. Analyses of the composition, crystallinity, and enzymatic hydrolysis were performed on the material before and after pretreatment. An experimental design was used to evaluate the influence of temperature and initial cellulose concentration on the process of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) using the pretreated material, which showed the best performance in previous tests, and two strains of Saccharomyces cerevisiae (PE-2 and LNF CA-11). Biomass characterization showed a content of 31.55% cellulose, 17.12% hemicelluloses, and 10.25% lignins for N. cochenillifera and 34.86% cellulose, 19.97% hemicelluloses, and 15.72% lignins for O. ficus indica. The alkaline pretreatment provided the best enzymatic saccharification yields. The SSF experiments resulted in the greatest cellulose-to-ethanol yields using strain PE-2 with the pretreated N. cochenillifera (93.81%) at 40 ◦C and an initial cellulose concentration of 4%. N. cochenillifera showed better yields than O. ficus indica, and the PE-2 strain performed better than CA-11. These results suggest a good potential for cactus pear cladodes in the production of cellulosic ethanol
Valorização da fibra de coco verde para produção de lignosulfonato aplicado à produção de etanol de segunda geração
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-07) Araújo, Beatriz Meneghetti Costa de; Santos, Everaldo Silvino dos; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; https://orcid.org/0000-0002-9532-3026; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; https://orcid.org/0000-0001-7384-1140; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; https://orcid.org/0000-0003-2130-0646; http://lattes.cnpq.br/8305092333443454; Rios, Nathalia Saraiva; Souza Filho, Pedro Ferreira de
A fim de reduzir os impactos ambientais gerados pelo descarte inadequado de resíduos agroindustriais, a busca por reaproveitá-los promove um olhar mais atencioso para o etanol de segunda geração, além do aproveitamento da lignina para produção de produtos de valor agregado. O presente estudo avaliou tanto a produção de etanol como do surfactante lignosulfonato (LS), um produto de valor agregado obtido a partir do reaproveitamento da lignina extraída, utilizando como matéria prima a fibra de coco verde. Assim, foi estudada a produção de açúcares a partir da hidrólise enzimática variando-se a concentração de biomassa (5,0, 10,0 e 15,0 %) e a carga de enzimas (10,0, 15,0 e 20,0 FPU/g), após os pré-tratamentos com hidróxido de sódio (ensaio HS) e combinado (explosão a vapor seguido do tratamento com hidróxido de sódio) (ensaio EVHS). Em seguida, foi avaliada a produção etanólica para ambos os ensaios, variando-se a carga de sólidos e de enzimas, além das estratégias de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) e semi-simultâneas (SSSF). No presente estudo, o lignosulfonato produzido a partir de uma sulfometilação da lignina foi adicionado na hidrólise enzimática da biomassa, a fim de se avaliar o seu efeito no rendimento de açúcares. Na hidrólise enzimática, o aumento da carga de sólidos demonstrou um aumento significativo na concentração de glicose obtida para ambos os ensaios, porém, a variação da carga enzimática não foi estatisticamente significativa, exceto para o ensaio EVHS, a 15% de sólidos, com 15 FPU/g (>34 g/L) e 20 FPU/g (>31 g/L). Ademais, o lignosulfonato é eficiente na redução da adsorção não-produtiva da lignina na enzima, quando adicionado ao processo de hidrólise. Na fermentação, a mudança na estratégia fermentativa e a variação da carga enzimática não indicou variação significativa na produção de etanol para o ensaio HS. Por sua vez, para o ensaio EVHS, o aumento da carga enzimática aumentou de maneira significativa a concentração de etanol produzida. Além disso, a mudança de estratégia de SSF (a 20,0 FPU/g) para SSSF (a 15,0 FPU/g) demonstrou um aumento em torno de 40% na concentração de etanol obtida, enquanto reduziu cerca de 25% de enzima utilizada. Em relação aos lignosulfonatos, as análises de FTIR corroboraram a eficiência do processo de sulfometilação para sulfonação dos grupos aromáticos da lignina. Sua adição na hidrólise enzimática, para uma concentração de 0,5 g/L (1% m/m de biomassa), resultou em um aumento de 30% na conversão celulósica. Portanto, os resultados indicam que o aumento da quantidade de sólidos na hidrólise enzimática aumenta a conversão celulósica, mas nem sempre o aumento da carga enzimática se faz necessário. Além disso, verificou-se que a mudança de estratégia fermentativa, em alguns casos, permite a redução da quantidade de enzima comercial usada, ainda aumentando a produção de etanol no processo.
Valorização de sabugo de milho: potencial para produção de etanol de segunda geração e uso de lignina residual da hidrólise enzimática como adsorvente de corante catiônico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-08-18) Costa Filho, José Daladiê Barreto da; Souza, Domingos Fabiano de Santana; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; 08965643473; http://lattes.cnpq.br/1186888955341616; CV: http://lattes.cnpq.br/7400460833577257; http://lattes.cnpq.br/9311158921339115; Santos, Everaldo Silvino dos; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; Souza Filho, Pedro Ferreira de; http://lattes.cnpq.br/3140602874903609
A conversão de materiais lignocelulósicos em açúcares fermentescíveis para produção de etanol tem sido uma alternativa promissora para aumentar a produção de biocombustíveis. Entretanto, a produção de etanol celulósico requer um aperfeiçoamento de suas principais etapas, entre elas o prétratamento, para isso, as pesquisas têm mostrado muitas possibilidades. O pré-tratamento oxidativo tem ganhando espaço na literatura na última década, entretanto os estudos com persulfato ainda são limitados. Diante desse contexto, o presente trabalho teve como principal objetivo investigar os efeitos dos pré-tratamentos oxidativo com persulfato de sódio termicamente ativado (Ox) e do organosolv com glicerol acidificado (Os) no sabugo de milho, assim como destinar as frações obtidas após cada etapa. Os efeitos na composição após os pré-tratamentos Os e Ox foram avaliados, assim como as combinações das estratégias em etapas sequenciadas (oxidação seguida de organosolv – OxOs; e organosolv seguido de oxidação - OsOx) e o efeito sinérgico em uma única etapa, tanto na presença de ácido sulfúrico (Oxs) quanto sem acidificação do meio (GP). Em termos composicionais, a combinação das técnicas em duas etapas (OxOs e OsOx), independentemente da ordem de realização, e em uma única etapa (Oxs) foram as responsáveis pelas maiores taxas de remoção de lignina (>65%) e hemicelulose (>52%). As fases fluídas à base de glicerol recuperadas, devido à natureza ácida (pH < 1), têm potencial para reciclo eficiente em novas etapas de pré-tratamento. As biomassas pré-tratadas e a não tratada (in natura) foram submetidas à hidrólise enzimática com carga de sólidos de 5 % (m/v) e carga enzimática de 10,0 FPU/g de biomassa durante 48 horas. Após a sacarificação, o hidrolisado foi separado para determinação da concentração de açúcares redutores e glicose. As maiores concentrações ( > 15 g/L) foram obtidas com OxOs, enquanto OsOx e Oxs apresentaram resultados estatisticamente iguais, portanto, os hidrolisados do Oxs (HOxs) e OxOs (HOxOs) foram aplicados na fermentação durante 72 horas com Saccharomyces cerevisiae PE-2, enquanto os resíduos sólidos (ROxs e ROxOs) foram destinados a ensaios de adsorção do corante catiônico azul de metileno (AM). O hidrolisado (HOs) e o sólido (ROs) do organosolv foram utilizados como controle nos experimentos a fim de avaliar o papel da oxidação. Uma rápida produção de etanol nas 12 horas iniciais de incubação foi atingida com os HOxs e HOxOs (~10 g/L). A caracterização composicional dos resíduos ROs, ROxs e ROxOs indicam a presença de polissacarídeos não digeridos durante a sacarificação, mas com composição maioritária de lignina (~75%), coerente com as análises termogravimétricas e de FTIR. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou a digestão severa da fibra do sabugo de milho nos três sólidos residuais, além de indícios do aumento da porosidade nos ROxs e ROxOs. Os ensaios cinéticos de adsorção revelaram uma rápida captura do AM nos minutos iniciais seguido de um decaimento lento após 30 minutos. A cinética que melhor se ajustou aos dados experimentais foi a do tipo pseudo-segunda ordem. A isoterma de Langmuir conseguiu representar satisfatoriamente os pontos de equilíbrio analisados após 24 horas de incubação (R² > 0,98). Em ambas as curvas (cinética e de equilíbrio), os resíduos das biomassas submetidas ao prétratamento oxidativo apresentaram maior eficiência na captura do AM, comportamento corroborado pela estimação das capacidades adsortivas máximas do ROs (149,33 mg/g), ROxs (172,10 mg/g) e ROxOs (187,50 mg/g). Portanto, pode-se concluir que a aplicação do organosolv com a oxidação por persulfato ativado por temperatura se mostrou uma técnica eficiente para a conversão celulósica na sacarificação e consequentemente na produção de etanol, assim como mostrou ter efeitos positivos na adsorção de substâncias catiônicas.

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