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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.97.2011.tde-28082013-140353
Document
Author
Full name
Gina Gabriela Seabra Cunha
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2011
Supervisor
Committee
Ferraz, André Luís (President)
Carvalho, Walter de
Pavan, Paulo César
Prata, Arnaldo Márcio Ramalho
Silva Junior, Francides Gomes da
Title in Portuguese
Biopolpação a partir de cultivos mistos de basidiomicetos sobre madeira de Eucalyptus grandis e Eucalyptus urograndis
Keywords in Portuguese
Basidiomycetes
Biodegradação
Peroxidase
Polpação
Abstract in Portuguese
A biopolpação consiste no biotratamento de madeira por fungos degradadores de lignina como etapa prévia à produção de polpa celulósica. De uma forma geral, as madeiras biotratadas facilitam os processos posteriores de polpação. Entretanto, ensaios anteriores que avaliaram a biopolpação em escala piloto mostraram que é difícil estabelecer os cultivos de basidiomicetos de interesse livre de bolores contaminantes, já que não é fácil controlar perfeitamente a assepsia durante a inoculação. Para contribuir com o avanço do processo de biopolpação, este trabalho avaliou os cultivos mistos de Ceriporiopsis subvermispora e Phanerochaete chrysosporium sobre madeira de Eucalyptus grandis e Eucalyptus urograndis em regimes de incubação em temperaturas variáveis e em condições não assépticas. A estratégia de iniciar os cultivos em temperatura mais elevada (37°C) e depois manter as culturas em temperaturas variáveis de 27°C e 37°C se mostrou eficiente para inibir o crescimento de contaminantes indesejáveis tanto nos cultivos mistos como nos individuais de cada espécie avaliada. Para avaliar o efeito do biotratamento da madeira numa etapa subsequente de polpação quimiotermomecânica (CTMP) foi feito um estudo preliminar de ajuste de variáveis de polpação por refinamento mecânico de cavacos pré-digeridos com licor alcalino contendo sulfito de sódio. Os dados mostraram que é possível simular o rendimento e as características fisico-mecânicas de polpas industriais empregando uma etapa de pré-digestão dos cavacos com 6% de Na2SO3 e 3% de NaOH a 120°C por 2 h, seguida de desfibramento e refino em refinador de discos. As curvas de refino nesse processo CTMP mostraram que os cavacos biotratados deram origem a polpas com 300 mL de Freeness (CSF) consumindo menos energia do que o observado para o refino da madeira controle. As economias de energia chegaram a 60% em alguns casos, porém não foram maximizadas pelo efeito sinérgico do cultivo misto dos dois basidiomicetos em questão. Experimentos adicionais foram desenvolvidos empregando as espécies fúngicas Pycnoporus sanguineus e Trametes versicolor que foram eficientes para competir com contaminantes mesmo a 27oC. Neste caso, as economias de energia no processo CTMP subsequente somente foram obtidas com tempos mais longos de biotratamento (30 dias) e ainda assim os valores obtidos foram inferiores àqueles obtidos com as madeiras biotratadas por C. subvermispora e P. chrysosporium. Também a combinação das espécies C. subvermispora e Pleurotus ostreatus foi avaliada. Neste caso havia informação prévia da literatura indicando um efeito sinérgico da ação das duas espécies no que diz respeito a secreção da enzima manganês-peroxidase (MnP) e na degradação de lignina. Os resultados corroboraram que os cultivos mistos de C. subvermispora e P.ostreatus proporcionam maior produção de MnP do que os cultivos individuais de cada espécie. Por outro lado, P. ostreatus foi ineficiente para promover a redução do consumo de energia no processo CTMP subsequente. Os cultivos mistos também não proporcionaram efeito superior àquele observado com o cultivo individual de C. subvermispora.
Title in English
Biopulping based on mixed cultures of basidiomycetes on Eucalyptus grandis and Eucalyptus urograndis (E. grandis x E. urophilla hybrids) wood chips
Keywords in English
Basidiomycetes
Biodegradation
Peroxidase
Pulping
Abstract in English
Biopulping involves the wood biotreatment by selected white-rot fungi as a pretreatment step of conventional pulping processes. In general, the biotreated wood facilitates the subsequent pulping processes. However, previous studies on pilot scale showed that the process is susceptible to contamination by molds when the inoculation and biodegradation steps are carried out under non-aseptic conditions. To contribute with the biopulping progress this study evaluated the use of mixed cultures of Ceriporiopsis subvermispora and Phanerochaete chrysosporium acting on Eucalyptus grandis and Eucalyptus urograndis wood under non aseptic conditions where incubation was performed at varied temperatures. The simple strategy of initiating the incubation at 37°C for 3 days followed by a non-controlled step where the temperature could oscillate in the range of 27°C to 37°C proved to be efficient to inhibit the growth of contaminants. To evaluate the wood biotreatment effect in a subsequent step of chemithermomechanical pulping (CTMP), a preliminary study to adjust pulping variables was performed. Wood chips were predigested with alkaline-sulfite liquor, fibrillated and refined in a disk refiner. It was possible to simulate the yield and physico-mechanical properties of industrial CTMP pulps using a pre-digestion stage with 6% of Na2SO3 and 3% of NaOH at 120°C for 2 h. The refing curves in the CTMP process showed that the biotreated chips required less energy to reach 300 mL of Freeness (CSF) in the pulps than energy required to refine the control wood chips. Energy savings reached 60% in some cases, but were not maximized by the eventual synergic effect of the mixed cultures of the two basidiomycetes. Additional experiments were developed using the fungal species Trametes versicolor and Pycnoporus sanguineus that were efficient to compete with contaminants even at 27°C. In this case, the energy savings in the subsequent CTMP process were obtained only after long biotreatment times (30 days) and these values were lower than those obtained with the biotreated wood by C. subvermispora and P. chrysosporium. The combination C. subvermispora and Pleurotus ostreatus was also evaluated. In this case, previous literature information indicated some synergic effect of the two species regarding secretion of manganese peroxidase (MnP) and lignin degradation. The results corroborated that the mixed cultures of C. subvermispora and P.ostreatus provided an increased production of MnP compared to the individual cultivation of each species. On the other hand, P.ostreatus was not efficient to promote energy savings in the subsequent CTMP process. The mixed cultures did not provide increased energy savings as compared with the individual biotreatment with C. subvermispora.
 
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BIT12002_C.pdf (4.67 Mbytes)
Publishing Date
2013-08-28
 
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