NANOCEL - desenvolvimento de preparos enzimáticos para o preparo de nanoceluloses por um processo biohídrido

• Processo: 15/02862-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2015
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2022
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Enzimologia
• Pesquisador responsável: Valdeir Arantes
• Beneficiário: Valdeir Arantes
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Auxílio(s) vinculado(s): 21/07023-2 - Desenvolvimento de uma plataforma tecnologia baseada em enzimas para produção e modulação de nanocelulose: validação para aplicações biomédicas e embalagens ativas, AP.JP2
• Bolsa(s) vinculada(s): 20/04665-0 - Efeito das características das enzimas no rendimento e nas propriedades da celulose nanocristalina, BP.IC; 21/11907-3 - Avaliação do ciclo de vida da produção de nanocelulose a partir do bagaço de cana-de-açúcar, BP.IC; 15/00397-3 - Estudo da ação de endoglucanases no preparo de celulose nanocristalina, BP.PD
• Assunto(s): Celulase Nanofibras Materiais nanoestruturados Energia de biomassa Bioenergia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Celulases | Celulose nanocristalina | celulose nanofibrilada | nanocelulose | Nanofibrilas de celulose | nanowishers | Bioconversão de Biomassa

Resumo

Nanocelulose é uma nova classe de nanomaterial renovável que pode resultar em diversos benefícios em áreas como biomédica, automotiva, aeroespacial, farmacêutica, química, e eletrônica. Os processos tradicionais de produção envolvem etapas severas de tratamentos químico ou mecânico, que apresentam várias limitações técnicas, econômicas, e ambientais. A recente proposta de inclusão ou substituição de uma destas etapas por um tratamento enzimático, é uma alternativa inovadora e promissora, porém ainda com eficiência muito limitada já que tipicamente os preparos enzimáticos utilizados são os desenvolvidos e optimizados para uso em outros setores indústrias (i.e. alimentos, têxtil, papel e celulose). Assim, para aumentar a eficiência do tratamento enzimático, são necessárias etapas de pré-tratamentos auxiliares na produção de celulose nanofibrilada (CNF), e uma quantidade elevada de enzima na produção de celulose nanocristalina (CNC), o que resulta em alto custo. Neste projeto propõe-se identificar enzimas/proteínas essenciais e suas propriedades mais adequadas para aplicação na produção de nanoceluloses e utilizar estas enzimas e proteínas para desenvolver e otimizar preparos enzimáticos específicos e com elevada eficiência para serem empregados na produção de CNC e CNF de forma sustentável e mais tecnoeconomicamente viável em conceito de Biorrefinaria. A identificação destes agentes e suas propriedades serão obtidas através da elucidação do modo de ação e interação de vários agentes bioquímicos (hidrolíticos, oxidativos, indutores de amorfogêneses) no processo de produção de CNC e CNF. Um sistema inovador de reação enzimática por adsorção também será desenvolvido para possibilitar a produção de nanocelulose no conceito de Biorrefinaria. Com o desenvolvimento dos coquetéis e do processo de adsorção também será possível avaliar a viabilidade tecnoeconômica da integração da produção de nanoceluloses (como coproduto de valor agregado) com o processo de produção de etanol celulósico em conceito de Biorrefinaria. (AU)

Publicações científicas

(14)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

BERTO, GABRIELA L.; ARANTES, VALDEIR. Kinetic changes in cellulose properties during defibrillation into microfibrillated cellulose and cellulose nanofibrils by ultra-refining. International Journal of Biological Macromolecules, v. 127, p. 637-648, APR 15 2019. (15/02862-5)

MAROTTI, BRAZ DE SOUZA; ARANTES, VALDEIR. ltra-refining for the production of long-term highly pH-stable lignin nanoparticles in high yield with high uniformit. GREEN CHEMISTRY, v. 24, n. 3, p. 1238-1258, FEB 7 2022. (15/02862-5)

SIQUEIRA, GERMANO A.; DIAS, ISABELLA K. R.; ARANTES, VALDEIR. Exploring the action of endoglucanases on bleached eucalyptus kraft pulp as potential catalyst for isolation of cellulose nanocrystals. International Journal of Biological Macromolecules, v. 133, p. 1249-1259, JUL 15 2019. (15/02862-5, 15/00397-3)

PEREIRA, BARBARA; MARCONDES, WILIAN F.; CARVALHO, WALTER; ARANTES, VALDEIR. High yield biorefinery products from sugarcane bagasse: Prebiotic xylooligosaccharides, cellulosic ethanol, cellulose nanofibrils and lignin nanoparticles. Bioresource Technology, v. 342, DEC 2021. (15/02862-5)

ROSALES-CALDERON, OSCAR; PEREIRA, BARBARA; ARANTES, VALDEIR. Economic assessment of the conversion of bleached eucalyptus Kraft pulp into cellulose nanocrystals in a stand-alone facility via acid and enzymatic hydrolysis. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 15, n. 6, AUG 2021. (15/02862-5)

MARCONDES, WILIAN F.; MILAGRES, ADRIANE M. F.; ARANTES, VALDEIR. Co-production of xylo-oligosaccharides, xylose and cellulose nanofibrils from sugarcane bagasse. Journal of Biotechnology, v. 321, p. 35-47, SEP 10 2020. (15/02862-5)

PEREIRA, BARBARA; ARANTES, VALDEIR. Production of cellulose nanocrystals integrated into a biochemical sugar platform process via enzymatic hydrolysis at high solid loading. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 152, SEP 15 2020. (15/02862-5)

BERTO, GABRIELA L.; MATTOS, BRUNO D.; ROJAS, ORLANDO J.; ARANTES, VALDEIR. Single-Step Fiber Pretreatment with Monocomponent Endoglucanase: Defibrillation Energy and Cellulose Nanofibril Quality. ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING, v. 9, n. 5, p. 2260-2270, FEB 8 2021. (15/02862-5)

DIAS, ISABELLA K. R.; LACERDA, BRUNA K.; ARANTES, VALDEIR. High-yield production of rod-like and spherical nanocellulose by controlled enzymatic hydrolysis of mechanically pretreated cellulose. International Journal of Biological Macromolecules, v. 242, p. 15-pg., 2023-06-07. (21/07023-2, 15/02862-5)

ARANTES, VALDEIR; DIAS, ISABELLA K. R.; BERTO, GABRIELA L.; PEREIRA, BARBARA; MAROTTI, BRAZ S.; NOGUEIRA, CARLAILE F. O.. The current status of the enzyme-mediated isolation and functionalization of nanocelluloses: production, properties, techno-economics, and opportunities. Cellulose, v. 27, n. 18, SI, JUL 2020. (15/02862-5)

COELHO DE CARVALHO BENINI, KELLY CRISTINA; CORNELIS VOORWALD, HERMAN JACOBUS; HILARIO CIOFFI, MARIA ODILA; REZENDE, MIRABEL CERQUEIRA; ARANTES, VALDEIR. Preparation of nanocellulose from Imperata brasiliensis grass using Taguchi method. Carbohydrate Polymers, v. 192, p. 337-346, JUL 15 2018. (15/02862-5, 11/14153-8)

DIAS, ISABELLA KAROLINE RIBEIRO; SIQUEIRA, GERMANO ANDRADE; ARANTES, VALDEIR. Xylanase increases the selectivity of the enzymatic hydrolysis with endoglucanase to produce cellulose nanocrystals with improved properties. International Journal of Biological Macromolecules, v. 220, p. 12-pg., 2022-08-23. (15/00397-3, 15/02862-5)

ARANTES, VALDEIR; DIAS, ISABELLA K. R.; BERTO, GABRIELA L.; PEREIRA, BARBARA; MAROTTI, BRAZ S.; NOGUEIRA, CARLAILE F. O.. The current status of the enzyme-mediated isolation and functionalization of nanocelluloses: production, properties, techno-economics, and opportunities. Cellulose, v. 27, n. 18, p. 60-pg., 2020-07-19. (15/02862-5)

BERTO, GABRIELA L.; MATTOS, BRUNO D.; VELASCO, JOSMAN; ZHAO, BIN; SEGATO, FERNANDO; ROJAS, ORLANDO J.; ARANTES, VALDEIR. Endoglucanase effects on energy consumption in the mechanical fibrillation of cellulose fibers into nanocelluloses. International Journal of Biological Macromolecules, v. 243, p. 9-pg., 2023-06-13. (15/02862-5, 19/22284-7, 21/07023-2, 21/06679-1)

Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa