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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16151
Tipo: | Tese |
Título: | Produção de açúcares fermentáveis para produção de etanol de segunda geração utilizando endoglucanases de fungo filamentoso |
Título(s) alternativo(s): | Production of fermentable sugars for second generation ethanol production using filamentous fungal endoglucanases |
Autor(es): | Gomes, Marta Maria Oliveira dos Santos |
Primeiro Orientador: | Pereira, Hugo Juarez Vieira |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Franco, Marcelo |
metadata.dc.contributor.referee1: | Silva, Carlos Eduardo de Farias |
metadata.dc.contributor.referee2: | Machado, Sonia Salgueiro |
metadata.dc.contributor.referee3: | Gomes, Fancis Soares |
metadata.dc.contributor.referee4: | Nascimento, Ruth Rufino do |
Resumo: | A crescente demanda global por etanol exige o desenvolvimento de tecnologias de segunda geração para evitar limitações na oferta e concorrência pelo uso da terra na produção de energia. Uma alternativa promissora é a produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica, presente em resíduos agroindustriais e fontes renováveis. Este estudo explorou a produção de endoglucanases por fermentação em estado sólido, utilizando o fungo Penicillium roqueforti ATCC 10110 e resíduos lignocelulósicos como bagaço de cana-de-açúcar (BCA), casca de coco (CC), coroa de abacaxi (CA) e farelo de trigo (FT) como substratos. A caracterização do extrato bruto enzimático incluiu a avaliação da termoestabilidade, estabilidade em diferentes pHs, atividade na presença de metais e solventes orgânicos, halotolerância e estabilidade de armazenamento. A enzima endoglucanase obtida foi aplicada na sacarificação de BCA, CC, FT, casca de fruto de cacau (CFC) e casca de semente de cacau (CSC), confirmando a eficiência do processo por microscopia eletrônica de varredura. A otimização dos fatores que influenciam a sacarificação foi realizada através do planejamento experimental Box-Behnken, identificando como condições ótimas 6 horas de incubação, 15% de substrato e 440 U/mL de concentração enzimática, resultando em 253,19 mg/g de açúcares redutores. Como alternativa, o extrato enzimático foi imobilizado em carvões ativos derivados da casca do cacau e tratados com fermentação em estado sólido utilizando Penicillium roqueforti (CAPr), Aspergillus niger (CAAn) e controle (CAC). A adsorção da enzima foi confirmada por microscopia eletrônica de varredura, e a caracterização indicou que a enzima imobilizada apresentou maior faixa de atividade a 80°C e pH 2 a 13, com 80% de atividade mantida após 120 dias. A enzima imobilizada manteve atividade relativa de 30%, 33% e 32% após cinco ciclos para CAPr, CAAn e CAC, respectivamente. Foi avaliada a eficiência do pré-tratamento de BCA e Sargassum vulgare (SVU) com ácido sulfúrico diluído antes da aplicação do extrato enzimático na sacarificação. A análise demonstrou que o BCA possui alto teor de hemicelulose e o SVU menos de 3% de lignina, favorecendo o uso deste sem tratamento prévio. Caracterizações via FTIR e XRD confirmaram os efeitos do pré-tratamento, e o HPLC identificou os tipos de açúcares produzidos. Esses resultados destacam o potencial da endoglucanase obtida para aplicação industrial. |
Abstract: | The growing global demand for ethanol necessitates the development of secondgeneration technologies to avoid supply limitations and competition for land use in energy production. A promising alternative is the production of ethanol from lignocellulosic biomass, found in agro-industrial residues and renewable sources. This study explored the production of endoglucanases through solid-state fermentation using the fungus Penicillium roqueforti ATCC 10110 and lignocellulosic residues such as sugarcane bagasse (SCB), coconut shell (CC), pineapple crown (PC), and wheat bran (WB) as substrates. The crude enzymatic extract was characterized by evaluating its thermostability, stability at different pH levels, and activity in the presence of metals and organic solvents. The enzyme was applied in the saccharification of SCB, CC, WB, cocoa fruit husk (CFH), and cocoa seed shell (CSS), with scanning electron microscopy confirming the efficiency of the process. The optimization of factors influencing saccharification was carried out using the Box-Behnken experimental design, identifying optimal conditions of 6 hours of incubation, 15% substrate, and 440 U/mL enzyme concentration, resulting in 253.19 mg/g of reducing sugars. As an alternative, the enzymatic extract was immobilized on activated carbons derived from cocoa shell and treated with solid-state fermentation using Penicillium roqueforti (CAPr), Aspergillus niger (CAAn), and a control (CAC). Enzyme adsorption was confirmed by scanning electron microscopy, and the characterization indicated that the immobilized enzyme exhibited a broader activity range at 80°C and pH 2 to 13, maintaining 80% activity after 120 days. The immobilized enzyme retained relative activity of 30%, 33%, and 32% after five cycles for CAPr, CAAn, and CAC, respectively. The efficiency of pre-treating SCB and Sargassum vulgare (SVU) with diluted acid before applying the enzymatic extract was also evaluated. The analysis demonstrated that SCB has a high hemicellulose content, while SVU has less than 3% lignin, favoring its use without prior treatment. Characterizations by FTIR and XRD confirmed the effects of the pretreatment, and HPLC identified the types of sugars produced. These results highlight the potential of the obtained endoglucanase for industrial application. |
Palavras-chave: | Açucares fermentáveis – Produção Etanol de segunda geração Endoglucanases Fermentação em estado sólido Adsorção Pré-tratamento ácido Enzimas Box-Benhken Aplicações biotecnológicas Pré-tratamento ácido Imobilização enzimática Enzymes Box-Benhken Biotechnological applications Acid pretreatment Enzyme immobilization |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
Sigla da Instituição: | UFAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia |
Citação: | GOMES, Marta Maria Oliveira dos Santos. Produção de açúcares fermentáveis para produção de etanol de segunda geração utilizando endoglucanases de fungo filamentoso. 2025. 122 f. Tese (Doutorado em Química e Biotecnologia) - Instituto de Química e Biotecnologia, Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16151 |
Data do documento: | 19-jul-2024 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB |
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