Este projeto visa proporcionar formação complementar na área de biocombustíveis a estudantes de graduação e pós-graduação em Engenharia Química da UFSCar. Esta formação complementar se apoia nos vários Grupos de Pesquisa do DEQ-UFSCar, que têm desenvolvido trabalhos relacionados com produção de biocombustíveis (processos fermentativos para produção de etanol, alcoolquímica, novos processos para produção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar e produção de biodiesel pela rota etílica em processo heterogêneo), de valorização do gás natural (produção de hidrogênio e de gás de síntese), de valorização do CO2 (produção de DME, metanol e álcoois de dois ou mais carbonos por hidrogenação de CO e CO2). (AU)

O INCT-Bioetanol avançou significativamente nos estudos da composição da parede celular da cana-de-açúcar nos últimos anos, fornecendo informações importantes sobre a estrutura dos polímeros e a forma de acesso das enzimas a parede durante a hidrólise, visando aumentar a conversão de celulose e hemicelulose em monossacarídeos. A presente proposta visa integrar esses conhecimentos para desenvolver consórcios enzimáticos contendo enzimas livres e imobilizadas para hidrolisar a biomassa obtida a partir de variedades hibridas de cana Energia e SP80-3280, de forma a encontrar as combinações que incrementem o processo de hidrólise. Para viabilizar a execução deste plano de trabalho, considerando a sua extensão e suas metas, esta proposta está fundamentada em três principais etapas: I) formular consórcios enzimáticos "tailor-made" a partir de holocelulases recombinantes para aplicação na hidrólise das variedades de cana-de-açúcar; II) preparar novos suportes magnéticos nanoporosos a partir de matrizes biodegradáveis, como amido e celulose; III) co-imobilizar holocelulases nos diferentes suportes e aplicar as diferentes formulações imobilizadas na hidrólise das variedades de cana-de-açúcar. Espera-se obter diferentes formulações de enzimas com alta eficiências na hidrólise da biomassa das variedades de cana, assim como para outras gramíneas em fase de estudo dentro do INCT-Bioetanol. (AU)

O bioetanol é um produto de valor agregado pode ser obtido a partir de resíduos agroindustriais, por meio da conversão da biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Como exemplo de resíduo, o bagaço de malte (BM) se destaca por representar 85% do total de resíduos da indústria cervejeira. Para o melhor aproveitamento desta biomassa, estudos são necessários para aprimorar as etapas de pré-tratamento e hidrólise. O ultrassom de alta intensidade (US) tem-se destacado como pré-tratamento devido aos efeitos causados na interface sólido-líquido dos materiais. Por outro lado, o uso do peróxido de hidrogênio alcalino (PHA) tem se mostrado um eficiente oxidante para deslignificação da biomassa. Visto os benefícios potenciais dos dois métodos, o objetivo geral desse projeto será avaliar o desempenho do pré-tratamento combinado com PHA e US para intensificar a hidrólise enzimática do BM. Para isso, primeiramente será realizado um estudo de secagem e isotermas para preparação do BM, seguido de sua caracterização química (teor de amido, celulose, hemicelulose e lignina). Posteriormente, serão realizados pré-tratamentos combinados com PHA e US por meio de um planejamento experimental, variando as condições de processo. Como respostas, serão avaliadas as alterações estruturais por meio de análises térmicas, composição, espectroscopia de infravermelho, índice de cristalinidade, tamanho de partícula e microscopia eletrônica de varredura. Definidas as melhores condições de processo, serão realizados estudos de hidrólise enzimática assistida por ultrassom dos resíduos pré-tratados. Assim, espera-se obter um processo de pré-tratamento combinado que intensifique a acessibilidade das enzimas ao resíduo lignocelulósico para sua posterior conversão em açúcares fermentescíveis como matéria-prima para produção de bioetanol. (AU)

Durante a fermentação alcoólica para produção de etanol combustível, o emprego do tratamento ácido para combater contaminações bacterianas é uma prática muito comum nas unidades brasileiras. Utiliza-se solução aquosa de ácido sulfúrico em pH variando de 2,0-2,5 por um período de duas horas, causando redução significativa no número de células bacterianas e promovendo a desfloculação do fermento causada tanto por bactérias quanto por uma característica intrínseca da levedura do processo. Nos últimos anos, destilarias têm utilizado o dióxido de cloro para substituir total ou parcialmente o ácido sulfúrico, com uma série de vantagens em relação ao ácido. Apesar de ser uma prática corrente nas unidades produtoras de etanol no Brasil, pouco se conhece dos efeitos do tratamento celular sobre o metabolismo e morfologia da levedura e sobre os parâmetros fermentativos, destacando-se ainda o processo de autólise celular que pode ocorrer com as bactérias, liberando substâncias que podem estimular ou inibir a fermentação e a levedura. O presente projeto se propõe a fazer um estudo mais aprofundado sobre as estratégias convencionais de tratamento celular, como o uso de ácido sulfúrico e dióxido de cloro, e avaliar estratégias não-convencionais com potencial de emprego industrial, tais como ácido clorídrico, adição de etanol ao ácido sulfúrico e quitosana, um biopolímero extraído de resíduos de camarão. O foco do trabalho será avaliar a eficiência de cada tratamento sobre a bactéria Limosilactobacillus fermentum, uma das principais bactérias contaminantes do processo fermentativo, e sobre a levedura do processo, Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2), analisando as alterações morfológicas de ambos os microrganismos, ocorrência de autólise celular bacteriana, expressão de genes da levedura e os parâmetros fermentativos. Espera-se com esse trabalho ter um perfil de ação dos tratamentos convencionais e avaliar novas estratégias que possam ser indicadas para o processo industrial, visando maior eficiência, menor custo, menor impacto ambiental com menor emprego de substâncias potencialmente tóxicas ao ambiente e ao operador. (AU)

Os ambientes gastrointestinais de mamíferos herbívoros constituem complexos ecossistemas que possuem uma microbiota fermentadora composta, dentre outros microrganismos, por protistas ciliados. Esses protistas secretam enzimas fibrolíticas que atuam na digestão das fibras vegetais. Grande parcela desses ciliados pertence à subclasse Trichostomatia, que apresenta diversos problemas e inconsistências sistemáticas. Este projeto objetiva estudar a família Ophryoscolecidae (Ciliophora, Trichostomatia) por meio de reconstruções filogenômicas e desenvolver estudo genômico comparativo com foco em enzimas ativas para carboidratos ("CAZymes") detectadas nos genomas sequenciados. Abordagens filogenômicas serão usadas pela primeira vez em tricostomatídeos e deverão contribuir para entender a evolução da família Ophryoscolecidae, elucidando problemas sistemáticos e questões taxonômicas relevantes. Além disso, os estudos desses genomas podem abrir o campo para estudos aplicados relacionados à prospecção de enzimas com atividade fibrolítica para a produção de bioetanol. (AU)

O equipamento multiusuário de espectroscopia no infravermelho FTIR é vinculado ao Projeto Temático FAPESP - Processo 2014/21252-0, sob responsabilidade do Prof. Dr. Antonio José de Almeida Meirelles. No escopo do Projeto Temático FAPESP, o equipamento FTIR será utilizado: i) para análise de caracterização de líquidos iônicos (LIs) com a finalidade de determinar a eficácia de síntese e, também, confirmar as estruturas formadas; ii) monitorar a estabilidade química dos LIs durante o seu armazenamento, aplicação em meios aquosos ou após o seu uso em processos de extração iii) confirmar, de forma indireta, a existência de ligações de hidrogênio entre os dois componentes de uma mistura (geralmente um sal quaternário de amônio com um doador da ligação de hidrogênio), que garante a formação dos Deep Eutectic Solvents (DES); iv) comparar os processos de extração utilizando DES e/ou outro solvente, avaliando os espectros dos rafinados e o potencial de extração; v) caracterização de resinas de troca iônica utilizadas para desacidificação e/ou transesterificação de óleos vegetais, em diferentes estágios dos processos. (AU)

Um processo integrado é proposto neste projeto, de modo a maximizar a produtividade de biocombustíveis e produtos químicos de alto valor agregado a partir do melaço, bagaço e palha de cana-de-açúcar. A ideia conceitual é usar a planta de bioetanol de primeira geração como base para o desenvolvimento de novos processos, uma vez que em tais plantas muitas instalações já estão disponíveis, como energia elétrica, vapor, água e bagaço excedente. O dióxido de carbono (CO2), gerado na produção de biocombustíveis, é proposto para ser utilizado na produção de etanol, a partir de biomassa de algas e transformação catalítica ou fermentação biológica de gás de síntese (syngas), bem como a utilização deste como molécula de carbono renovável para obter produtos químicos através de síntese química e de fermentação; o uso de CO2 supercrítico (scCO2) tem atraído muito interesse, a fim de facilitar vários processos químicos e será considerado como parte de alguma rota química. Este processo integrado desafiador tem o grande apelo de não emitir dióxido de carbono e oferece o melhor do carbono renovável para a produção de biocombustíveis e produtos químicos, transformando-o, quando técnica e economicamente viável, um marco para o progresso da biorrefinaria brasileira. Em todo o mundo, as análises revelam que uma biorrefinaria integrada de biocombustíveis e produtos químicos oferece, potencialmente, um retorno muito maior sobre o investimento e atende metas energéticas e econômicas simultaneamente. (AU)

Um processo integrado é proposto neste projeto, de modo a maximizar a produtividade de biocombustíveis e produtos químicos de alto valor agregado a partir do melaço, bagaço e palha de cana-de-açúcar. A ideia conceitual é usar a planta de bioetanol de primeira geração como base para o desenvolvimento de novos processos, uma vez que em tais plantas muitas instalações já estão disponíveis, como energia elétrica, vapor, água e bagaço excedente. O dióxido de carbono (CO2), gerado na produção de biocombustíveis, é proposto para ser utilizado na produção de etanol, a partir de biomassa de algas e transformação catalítica ou fermentação biológica de gás de síntese (syngas), bem como a utilização deste como molécula de carbono renovável para obter produtos químicos através de síntese química e de fermentação; o uso de CO2 supercrítico (scCO2) tem atraído muito interesse, a fim de facilitar vários processos químicos e será considerado como parte de alguma rota química. Este processo integrado desafiador tem o grande apelo de não emitir dióxido de carbono e oferece o melhor do carbono renovável para a produção de biocombustíveis e produtos químicos, transformando-o, quando técnica e economicamente viável, um marco para o progresso da biorrefinaria brasileira. Em todo o mundo, as análises revelam que uma biorrefinaria integrada de biocombustíveis e produtos químicos oferece, potencialmente, um retorno muito maior sobre o investimento e atende metas energéticas e econômicas simultaneamente. (AU)

O estabelecimento bem-sucedido de uma indústria de etanol de segunda geração (2G) exige inovações tecnológicas importantes que ainda estão à espera de implementação efetiva. Um deles é o desenvolvimento de linhagens de levedura capazes de suportar compostos tóxicos (isto é, inibidores) durante a fermentação de hidrolisados lignocelulósicos (LCHs) derivados da biomassa da cana-de-açúcar. Este projeto coloca a questão de como a tolerância aos inibidores de LCH pode ser melhorada na levedura Saccharomyces cerevisiae pelo uso de ferramentas modernas de genética molecular e biologia sintética. Para abordar esta importante questão, estabelecemos um eixo colaborativo entre os grupos pertencentes ao Instituto de Pesquisas em Bioenergia (IPBEN, UNESP), o Laboratório Brasileiro de Ciência e Tecnologia (CTBE), e os principais parceiros da Universidade de São Paulo (IPBEN, UNESP) USP) e a Universidade de Queensland, Austrália. A rede colaborativa aproveitará abordagens experimentais inovadoras, tais como protocolos alternativos de evolução de laboratório adaptativo, mapeamento de loci de "quantitative traists", sequenciamento de próxima geração, competição assistida por citometria de fluxo e testes de fenotipagem, para descobrir a base genética da tolerância da levedura a hidrolisado rico em inibidores (LCH) do bagaço de cana-de-açúcar. O conhecimento produzido será fundamental para a concepção racional de uma linhagem de levedura hiper tolerante a LCHs, a qual será construída aplicando ferramentas modernas de genética molecular e a tecnologia de edição do genoma CRISPR / Cas9. A levedura sintética resultante é proposta para servir como um "chassi" robusto sobre o qual outras modificações genéticas (como o metabolismo das pentoses) podem ser adicionadas para produzir uma cepa de referência adequada para a produção de etanol celulósico. (AU)

Atualmente, a conversão de biomassa é a estratégia mais viável economicamente para a produção de biocombustíveis líquidos, como é o caso do etanol celulósico. A complexa rede de polímeros presentes na parede celular da biomassa vegetal dificulta a fermentação de açúcares livres pelas leveduras, sendo um grande obstáculo para a produção de bioetanol. No presente projeto, pretende-se comparar três estratégias para a modificação genética da parede celular, com o intuito da diminuição de recalcitrância e consequente aumento da digestibilidade da biomassa. Para tal, será utilizada a planta modelo Setaria viridis, uma gramínea filogeneticamente relacionada à cana-de-açúcar. Utilizando a tecnologia CRISPR/Cas9, serão editados os genes COMT e BAHD, responsáveis pela incorporação de lignina e ferulato na parede celular, respectivamente. Além disso, será superexpresso o gene XAT, responsável pela incorporação de resíduos de arabinose nas cadeias laterais da fração hemicelulósica da parede celular. Após a modificação genética, a parede celular e a biomassa das plantas modificadas que apresentarem maior digestibilidade serão detalhadamente caracterizadas. A comparação entre os resultados obtidos permitirão, no futuro, desenvolver uma estratégia racional para a engenharia genética da cana-de-açúcar, visando o desenvolvimento de novas variedades com a biomassa modificada. Além disso, pretende-se também estabelecer um protocolo para a edição gênica de Setaria viridis através da produção de ribonucleoproteínas CRISPR/Cas9, gerando plantas não transgênicas, com o intuito de se aplicar esta técnica futuramente em cana-de-açúcar. (AU)