Orientador: Roberto da Silva / Coorientador: Prof. Dr. Mauricio Boscolo / Banca: Maria de Lourdes T. P. Polizeli / Banca: Eleni Gomes / Resumo: O material lignocelulósico do qual o bagaço é formado contém principalmente açúcares polimerizados na forma de celulose e hemiceluloses, e compostos fenólicos polimerizados na forma de lignina. Tais polímeros podem ser hidrolisados via química e/ou enzimática, dando origem a, entre outros compostos, açúcares fermentescíveis. O objetivo desse trabalho foi investigar alguns tratamentos físico-químicos aplicados ao bagaço de cana de açúcar que favoreçam o aumento da liberação de açúcares fermentescíveis por hidrólise enzimática, com a mínima produção possível de compostos inibidores da fermentação alcoólica. Diferentes condições de pré-tratamento foram testadas, como utilização de H2SO4 ou NaOH em diferentes concentrações, concomitantemente com a utilização de tratamentos combinados de ozônio, ultrassom e micro-ondas. Os resultados mostraram que tais processos promoveram certa desestruturação do complexo lignocelulósico da parede celular do bagaço, a qual foi relacionada com a concentração de compostos fenólicos e açúcares redutores. O bagaço pré-tratado foi então submetido à ação de enzimas celulolíticas e o teor de açúcares redutores totais formados foi analisado. As condições nas quais maiores quantidades destes açúcares foram liberados foram: H2SO4 0,1 M, irradiado por ultrassom durante 5 minutos (81,7 ± 0,2 mg de glicose por grama de bagaço) e H2SO4 0,1 M saturado com ozônio, irradiado por micro-ondas por 4 minutos (86,0 ± 0,2 mg de glicose por grama de bagaço), que representam um ganho significativo frente aos 6,8 ± 0,2 mg de glicose por grama de bagaço não tratado. As análises por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e por Espectrofotometria no Infravermelho (FTIR-ATR) possibilitaram comparar as modificações no sistema estrutural da parede... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The lignocellulosic material of which the sugarcane bagasse is made contains, mainly, polymerized sugars as cellulose and hemicelluloses and polymerized phenolic compounds as lignin. These polysaccharides can be hydrolyzated chemically or enzymatically, giving rise to, among other compounds, fermentable sugars. The aim of this work is to investigate some physicochemical treatments applied to the sugarcane bagasse that favors the release of the maximum amount of fermentable sugars by enzymatic hydrolysis, with a minimal production of alcoholic fermentation inhibitor compounds. Different pre-treatment conditions were tested as different concentrations of sulfuric acid or sodium hydroxide concomitantly with the combinated treatments of ozone, ultrasound and microwaves. Results showed that such processes promoted certain disruption of lignocellulosic complex of the bagasse cell wall, which was related to the concentration of phenolic compounds and reducing sugars. Then, the bagasse was subjected to the action of cellulolytic enzymes and the reducing sugars content was quantified. The conditions in what the maximum amount of these sugars were released were: H2SO4 0.1 M, irradiated by ultrasound for 5 minutes (81.7 ± 0,2 mg/g bagasse) and H2SO4 0.1 M irradiated by microwaves for 4 minutes (86.0 ± 0,2 mg/g bagasse), that represents a significative gain compared to untreated bagasse. Strucural analysis by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Fourier-Transform Infrared Spectrophotometry Atennuated Total Reflectance (FTIR-ATR) analysis allowed comparing the structural modifications in the wall after the pretreatments, indicating that ultrasound pretreatments were effective for hemicelluloses desestruturation and decrease in the cellulose crystallinity index while microwave pretreatments were... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Maura Seiko Tsutsui Esperancini / Banca: Renato de Campos / Banca: Gerson Henrique da Silva / Banca: Carmen Ozana de Melo / Banca: Izabel Cristina Takitane / Resumo: A disponibilidade de energia elétrica, em quantidades suficientes e a preços competitivos, é um fator decisivo para o desenvolvimento econômico. A venda de energia elétrica excedente, produzida em um sistema de co-geração, pode ser vista como uma alternativa para a criação de uma fonte adicional de receita para as empresas do setor sucroalcooleiro, bem como, contribuir para a complementação da matriz elétrica brasileira com fontes renováveis. Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade econômica da realização de investimentos para a implantação de uma central de co-geração de energia elétrica, movida a bagaço de cana-de-açúcar, com a finalidade de venda de energia elétrica cogerada excedente a preços de mercado. A empresa objeto deste estudo foi uma usina sucroalcooleira, localizada no Estado de São Paulo. Utilizou-se o método do estudo de caso para a avaliando-se o potencial do investimento sob a ótica do VPL, Payback e TIR, complementando-se os resultados com o Resultado Contábil. Foram criados três cenários alternativos para refletir o grau de risco em cada tipo de situação estudada: mais provável, otimista e pessimista, cada qual com suas premissas. A inserção dos elementos de risco do projeto em cada cenário foi realizada com emprego de Simulações de Monte Carlo. A avaliação pelo VPL indicou que no cenário pessimista ocorreram aproximadamente 80% de probabilidades de obtenção de VPL positivo. No cenário mais provável e no otimista, estas probabilidades foram maiores... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The availability of the electrical energy, in sufficient quantities and the competitive prices is a crucial factor to the economic development. The sale of the excess electrical energy, produced in a system of cogeneration can be seen as an alternative to the creation of an additional source of revenues for power plants of alcohol sector, besides contributing to the complementation of the Brazilian electrical headquarter with renewable sources. The task has had the aim of evaluating the economic feasibility of the investment achievement to the implementation of a cogeneration electrical central, moved by the excess of bagasse cane sugar focusing on the excess electrical energy sale to prices of the market. The power plant which has been studies was the alcohol plant, located in the state of São Paulo. It has been used the method of study of case, evaluating the potential of the investment under the viewpoint of the Net Present Value (NPV), Payback and Internal Rate of Return (IRR), complementing the results of the Accounting Results (AC). It has been created three alternative scenarios to reflect the level of the risk of every studied situation. The most likely, optimistic and pessimistic, each one with its assumptions. The insertion of the elements of risk of the project in each scenario has been made with the use of Monte Carlo Simulations. The evaluation by NPV has shown that in the pessimist scenario has occurred approximately 80 per cent of the probabilities of the obtention of the positive NPV. On the most likely scenario and also the optimistic, these probabilities have been more than 90 per cent. The analysis on the Payback has shown that the liquid flow discounted of the cash of the product allows the recovery of the invested capital in approximately 5.26 years in the pessimist scenario. In the most likely scenario has... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Mauricio Boscolo / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: George Jackson de Moraes Rocha / Resumo: Utilizando o bagaço de cana como matéria prima para a produção do etanol brasileiro pode-se aumentar a produção em 50% deste combustível sem o aumento de área cultivada com a cana de açúcar. A hidrólise química deste material demonstrou ser ineficiente à medida que gera um grande número de substâncias inibidoras do processo fermentativo alcoólico, como aldeídos furânicos e fenóis. A hidrólise enzimática vem se destacando como a forma mais viável de sacarificação do bagaço, em função de não gerar tais inibidores, mas a recalcitrância da fibra vegetal impede tal processo. A ação das enzimas hidrolíticas é muito dificultada pela forma como se encontra naturalmente a fibra vegetal: regiões de alta cristalinidade e a presença de lignina revestindo as fibras. O preparo do bagaço para a ação enzimática, normalmente denominado de pré-tratamento, utiliza condições extremas de temperatura e pressão que podem formar produtos tóxicos para a fermentação alcoólica e apresentam sérios riscos operacionais. O objetivo deste trabalho é avaliar o grau de desestruturação do bagaço após pré-tratamentos em soluções ácidas e alcalinas em glicerol e irradiadas com micro-ondas (MO) em dois modos: estático e rotativo. A melhor condição para a ação hidrolítica do complexo enzimático empregado foi obtida em meio não tamponado (água destilada) durante 24 horas. As maiores liberações de açúcares redutores totais (ART) após a hidrólise enzimática foram alcançadas quando o bagaço foi pré-tratado com irradiação de MO por dois minutos em modo rotativo em meio ácido (0,07 mol/L H2SO4) em 100% glicerol (617 ± 24 mg de ART/g de bagaço) e em meio alcalino (0,05 mol/L NaOH) em 100% glicerol... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The production of the Brazilian bioethanol can be increased in 50% without expanding the area cultivated with sugarcane by using sugarcane bagasse as raw material. Its recalcitrance is an obstacle to enzymatic hydrolysis, which can be overcome by physical-chemical treatments. Common pre-treatments using extreme conditions of temperature and pressure are dangerous, promote the generation of toxic compounds (phenols and aldehydes) besides being potentially inhibitory for yeast. The aim of this work is to assess the degree of disruption of the bagasse after pre-treatment in acidic and alkaline glycerol, irradiated with microwaves both in the static and rotational modes. The enzyme complex showed the best results with the reactions promoted in a non-buffered (distilled water) at 24 hours. The best results for the pre-treatment were found after inserting a rotation system in the microwave oven inasmuch as the samples were subjected to irradiation in a more homogeneous way. The best pre-treatment was obtained after enzymatic hydrolysis in sulfuric acid (0.07 mol/L), in pure glycerol, with the rotation of the balloon inside the microwave oven (617 ± 24 mg of ART/g bagasse). In alkaline medium, the best result was found in the absence of water in the reaction medium (0.05 mol/L NaOH) with the rotation of the balloon inside the microwave oven (601 ± 58 mg of ART/g of bagasse). Differential Scanning Calorimetry (DSC) allows to evaluate the degree of disruption of bagasse comparing the enthalpy change, which can be associated with disruption of bounds in pre-treated bagasse. Among the pre-treated bagasse, it is observed that the bagasse treated with NaOH 0.05 mol/L and 5% of water in glycerol had the lowest ΔH, suggesting greater breakdown of carbohydrates after pre-treatment / Mestre

Orientador: Marisa Spirandeli Crespi / Banca: Fernando Luis Fertonani / Banca: Luis Vitor Silva do Sacramento / Banca: Ana Maria de Guzzi Plepis / Banca: Eder Tadeu Gomes Cavalheiro / Resumo: A elucidação da estrutura da lignina, macromolécula natural amorfa, é um desafio para a pesquisa. Sua estrutura pode variar bastante de uma fonte vegetal para a outra, dependendo da sua origem. Neste trabalho, foi realizada a extração, a caracterização e o estudo cinético de decomposição térmica de ligninas obtidas a partir de duas fontes de biomassa: de bagaço de cana-de-açúcar (utilizada como referência) e dos resíduos sólidos urbanos (RSU) de leiras em diferentes estágios de compostagem. As técnicas utilizadas para a caracterização das ligninas foram: análise térmica (TG/DTA), FITR, RMN de 13C no estado sólido e fluorescência de raios-X. O estudo cinético de degradação térmica das ligninas foi realizado utilizando o método isoconversional de Flynn- Wall e Ozawa. A lignina obtida do bagaço de cana-de-açúcar apresentou-se como uma boa amostra de referência por possuir características de protolignina, sem impurezas de carboidratos associados à sua estrutura, o que pôde ser confirmado pela técnica de RMN de 13C. Já as ligninas obtidas dos RSU apresentaram decomposição térmica e grupos característicos da lignina e a presença de outros elementos complexados em sua estrutura, principalmente o íon ferro. No entanto, a presença de carbonos alifáticos comprovados pelas técnicas de TG/DTA e RMN de 13C, sugere que as ligninas extraídas dos RSU encontram-se fragmentadas. De acordo com o estudo cinético, para o primeiro evento de decomposição térmica da lignina, verificou-se o efeito de compensação cinética para as amostras de ligninas referências, bem como, para as ligninas extraídas dos RSU, levando à conclusão de que ambas apresentam a mesma composição orgânica básica. / Abstract: The elucidation of the structure of lignin, amorphous natural macromolecule, is a challenge for the research. Its structure can vary a lost from a vegetable source to other, depending on its origin. In this work, it was made the extraction, the characterization and the kinetic study of thermal decomposition of lignins obtained from two biomass sources: sugarcane bagasse (used as reference) and the urban solid residues (RSU) of stacks in different stages of composting. The techniques used for the characterization of lignins were: thermal analysis (TG/DTA), FITR, NMR 13C in the solid state and fluorescence of ray-X. The kinetic study of thermal degradation of the lignins was made using the method isoconversional of Flynn - Wall and Ozawa. Lignin obtained from sugarcane bagasse was a good reference sample for owning protolignin characteristics, without carbohydrate impurities associated in your structure, what could be confirmed by the technique of RMN 13C. By other hand, lignin obtained from RSU presented thermal decomposition and characteristic groups of lignin and the presence of other elements complexed in your structure, mainly the ion iron. However, the presence of aliphatic carbons confirmed by techniques of TG/DTA and NMR 13C, suggests that lignins extracted from RSU are fragmented. In agreement to kinetic study, for the first event of thermal decomposition of the lignin, the effect of kinetic compensation was verified for the samples of reference lignins, as well as, for lignins extracted from RSU, taking to the conclusion that both present the same basic organic composition. / Doutor

Orientador: Roberto da Silva / Banca: Paulo Seleghim Júnior / Banca: Eleni Gomes / Resumo: Neste trabalho foi estudada a utilização do ozônio como pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar para posterior hidrólise enzimática. O bagaço in natura foi caracterizado quimicamente, e após cada ensaio de pré-tratamento foram quantificados no bagaço pré-tratado: celulose, xilana, lignina ácida insolúvel (LAI), lignina ácida sóluvel (LAS) e lignina total (LT). Após os pré-tratamentos as amostras foram hidrolisadas enzimaticamente por mistura dos complexos NS50013 e NS50010 de enzimas comerciais fornecidas pela Novozymes. Foram realizados quatro ensaios de pré-tratamento, variando-se a umidade e a concentração de ozônio (gO3/h), e mantendo-se constante o fluxo 60 L/h e o tamanho de partícula em 3-5 mm. A melhor condição de ensaios encontrada foi com 40 % de umidade e 3,85 gO3/h, onde houve diminuição na quantidade de LAI de 19,54±0,03 para 6,49±0,03 %, aumento na LAS de 3,13±0,04 para 7,21±0,09 % e diminuição da LT de 22,67±0,07 para 13,70±0,12 %, comparando-se com o bagaço in natura. No mesmo ensaio houve uma conversão de hidrólise enzimática da celulose de 39,27±0,32 % no bagaço pré-tratado e 50,62±1,59 % no pré-tratado e lavado, da xilana de 55,90±0,14 % no pré-tratado e 28,14±0,75 % no pré-tratado lavado, de açúcares de 44,61±0,17 % no pré-tratado e 43,41±0,84 % no pré-tratado lavado. Houve pouco ataque do ozônio aos carboidratos em todos os ensaios, sendo o maior ataque no ensaio de melhores rendimentos supracitado, com perda de menos de 5 pontos percentuais na quantidade de celulose e pouco mais de 1 ponto percentual na quantidade de xilana. A análise de inibidores revelou baixas concentrações destes, sendo o de maior concentração o ácido acético, com 1,40040±0,07359 g·L-1 no hidrolisado. A análise das amostras pré-tratadas por micrografia eletrônica de varredura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work was studied the utilization of the ozone as a pretreatment of the sugarcane bagasse for enzymatic hydrolysis. The in natura bagasse was chemically characterized, and after each pretreatment test was quantified in the pretreated bagasse: cellulose, xylan, acid insoluble lignin (AIL), acid soluble lignin (ASL) and total lignin (TL). After the pretreatments the samples was enzymatic hydrolyzed by a mixture of NS50013 and NS50010 complexes, of commercial enzymes provided by Novozymes. Was realize four tests of pretreatment, changing the moisture and ozone concentration (gO3/h), fixing the flux in 60 L/h and the particle size at 3-5 mm. The best condition of test was find at 40 % of moisture and 3,85 gO3/h, where was a diminution in the AIL from 19,54±0,03 to 6,49±0,03, a increase in the ASL from 3,13±0,04 to 7,21±0,09 %, and diminution of LT from 22,67±0,07 to 13,70±0,12 %, comparing to the in natura bagasse. In the same test was a conversion of enzymatic hydrolysis of the cellulose of 39,27±0,32 % in the pretreated bagasse and 50,62±1,59 % in the pretreated and washed, of xilan 55,90±0,14 % in the pretreated bagasse and 28,14±0,75 % in the pretreated and washed, of sugar 44,61±0,17 % in the pretreated bagasse and 43,41±0,84 % in the pretreated and washed. Was a little attack to the carbohydrates in all the tests, being the major attack in the test of the best yields aforementioned, with loss of less than 5 percentage points in the cellulose and little more than 1 percentage point in the amount of xylan. The inhibitors analysis showed slow concentrations of they, being the major concentration of acetic acid, with 1,40040±0,07359 g·L-1 in the hydrolyzed. The electron micrograph analysis of the pretreated samples showed that the ozone pretreatment is able to modify microscopically the bagasse, exposing the fibers and increasing the amount and size of the pores / Mestre

Orientador: Sandra Regina Pombeiro Sponchiado / Banca: Rubens Monti / Banca: Hamilton Cabral / Resumo: O bagaço de cana de açúcar (BCA) é o principal subproduto das indústrias de açúcar e álcool no Brasil e em função da sua abundância e baixo custo poderia ser usado para aumentar a produção de etanol, fornecendo vantagens econômicas e ambientais. A hidrólise enzimática é um caminho promissor para obter açúcares de BCA, mas a baixa acessibilidade enzimática da celulose nativa é a chave do problema neste processo. Por este motivo, o pré tratamento da biomassa é exigido para remover a lignina e a hemicelulose. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial biotecnológico de fungos filamentosos capazes de produzir grandes quantidades de enzimas celulolíticas utilizando o BCA como substrato com pré tratamento térmico e termo ácido. As espécies fúngicas selecionadas para este estudo foram: Aspergillus nidulans (mutante melanizado), Trichophyton terrestre e Aspergillus niger. Para o cultivo em estado sólido, o bagaço pré tratado foi inoculado com micélios ou esporos dos fungos e incubados a temperatura ambiente durante 15, 30 e 60 dias. A eficácia da hidrólise microbiana foi avaliada em relação ao açúcar total (AT), ao açúcar redutor (AR), as concentrações de fenol (Fe) e a atividade das enzimas celulolíticas (celulase, avicelase e CMCase). Os resultados mostraram que a quantidade de AT, AR e Fe foi mais elevada quando os fungos foram crescidos sobre o BCA com pré tratamento termo ácido comparado ao BCA com pré tratamento térmico. Dentre os fungos estudados, o filtrado da cultura do A. niger crescido sobre o BCA com pré tratamento termo ácido por 60 dias pode ser usado como o meio fermentativo para a produção de etanol devido a uma elevada concentração açúcar redutor (1,16% m/v ou 11,6 g.L 1 ) e de baixas concentrações de fenol (0,003% m/v ou 0,03 g.L 1 ). O nível o mais elevado de celulase... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The sugar bagasse cane (SCB) is the major by product of the sugar and alcohol industries in Brazil and in function of its abundance and low cost could be used to increase ethanol production, providing economic and environmental advantages. Enzymatic hydrolysis is a promising way for obtaining sugars from SCB, but the low enzymatic accessibility of the native cellulose is a key problem in this processes. For this reason, the pretreatment of biomass is required to remove lignin and hemicellulose. The main objective of this work was to evaluate the biotechnological potential of filamentous fungi to produce large amounts of cellulolitic enzymes using thermal and/or acid pretreated SCB as substrate. The selected fungal species for this study were: Aspergillus nidulans (melanized mutant), A. niger and Trychophyton terrestre. For cultivation in solid state, the pretreated bagasse was inoculated with mycelia or spores of the fungi and incubate at room temperature during 15, 30 and 60 days. The effectiveness of the microbial hydrolysis was evaluated in terms of total sugar (TS), reducing sugar (RS) and phenol (Phe) concentrations and also activity of cellulolitic enzymes (cellulase, avicelase and CMCase). The results showed that the amount of TS, RS and Phe was higher when the fungi grown on acid and thermal pretreated SCB compared to thermal pretreated SCB. Among fungi studied, the filtrate of A. niger culture grown on acid and thermal pretreated SCB for 60 days could be used as fermentative medium for production of ethanol due to presence of high concentration of reducing sugar (1,16% m/v or 11,6 g.L 1 ) and low amounts of phenol (0,003% m/v or 0,03 g.L 1 ). The highest level of cellulase, corresponding to 0,74 IU.mL 1 , was obtained in the A. nidulans culture after 15 days of growth. For CMCase and avicelase, the maximum activity was exhibited respectively... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Tendo em vista a atual crise energética e anseios por novas tecnologias de produção de biocombustíveis de forma sustentável, estudos de eficiência de produção de biocatalisadores têm se mostrado mais frequentes. Biocatalisadores como lipases, usadas na produção de biodiesel, têm alta eficiência de conversão, pouca formação de subprodutos, operação em condições mais amenas e podem ser produzidos de forma sustentável. A produção de lipases no cultivo em estado sólido é bem estudada por apresentar vantagens econômicas em aplicações industriais, como tratamento de efluentes e produção de biodiesel. O bagaço de malte é o principal subproduto da indústria de cervejaria, que representa cerca de 85 % do total de resíduos neste setor industrial, tendo excelentes perspectivas para os processos de biorrefinaria por seu baixo custo e presença de açúcares fermentescíveis. O objetivo deste trabalho foi avaliar condições ideais de produção de lipase por Aspergillus brasiliensis cultivado em estado sólido sobre bagaço de malte usando planejamento experimental e, após, realizar cultivos em biorreator cilíndrico com passagem forçada de ar e biorreator de tambor agitado em escala piloto com condições otimizadas para avaliar melhores cenários de produção de lipase para aplicações industriais. A produção de lipase por cultivo em estado sólido foi otimizada usando análise do Delineamento Composto Central, metodologia de superfície de resposta e validada, com parâmetros ótimos obtidos de pH de 7,71, 11,34 % de óleo de soja a 32,74 ºC, apresentando atividade máxima, em 96 h, para esse cultivo de 8,17 U.g-1 As condições ótimas obtidas na análise estatística foram utilizadas para produzir lipase em diferentes tipos de biorreatores de estado sólido, obtendo resultados de produção maiores em biorreator com leito fixo e aeração forçada, com 9,83 U.g-1 de atividade de lipase. Além disso, foi utilizado o bagaço de malte fermentado liofilizado, chamado de Preparado Enzimático Sólido (PES), para avaliar a atividade da lipase e a conversão da reação de transesterificação. Resultados obtidos de atividade de lipase no fermentado sólidofoi de 7,35 U.g-1 de substrato, e obteve-se 2,15 % de conversão da transesterificação em 18 h de reação. Apesar de ser relativamente baixo o valor de conversão de ésteres etílicos, como a reação não foi otimizada, mais experimentos seriam necessários para avaliar a possibilidade de uso deste bagaço fermentado para produção de biodiesel. Apesar disso, valores de atividade de lipase no preparado enzimático foram relativamente parecidos com os valores encontrados nos extratos dos cultivos em bancada, mostrando ser possível o uso para finalidades como tratamento de efluentes oleosos ou biorremediação. / In view of current energy crisis, desire for new sustainable technologies for production of biofuels, biocatalysts efficiency studies appears more frequent. Biocatalysts such as lipases, used in production of biodiesel, have high conversion efficiency, less by-product formation, operation under milder conditions and can be produced in a sustainable way. The production of lipases in solid state cultivation is well studied because it presents economic advantages in industrial applications such as effluent treatment and biodiesel production. Malt bagasse is the main by-product of brewery industry, which accounts for about 85 % of total waste in this industrial sector, and has excellent prospects for biorefinery processes due to its low cost and presence of fermentable sugars. The objective of this work was to evaluate optimal conditions of lipase production by Aspergillus brasiliensis, grown in solid state cultivation of malt bagasse, using experimental design and, afterwards, perform cultivation in cylindrical bioreactor with forced aeration and pilot scale agitated drum bioreactor under optimal conditions to evaluate better scenarios of lipase production for industrial applications. The production of lipase in the solid state culture was optimized using Central Composite Design analysis and validated, with optimum parameters obtained as pH 7.71, 11.34 % of soybean oil at temperature of 32.74 ºC, presenting maximum lipase activity at 96 h, with 8,17 U.g-1 In addition, the optimal conditions obtained in the statistical analysis were used to produce lipase in different types of solid state bioreactors, obtaining higher production results in bioreactor with fixed bed and forced aeration, with 9.83 U.g-1 of lipase activity. Finaly, a Solid Enzymatic Preparation (SEP) was used to evaluate lipase activity and conversion of transesterification reaction. Results obtained for lipase activity of the fermented solid was 7.35 U.g-1, and 2.15% transesterification conversion was achieved in 18 h of reaction. Although conversion value of ethyl esters was relatively low, but as the reaction was not optimized, more experiments would be necessary to evaluate the possibility of using this fermented solid for biodiesel production. Nevertheless, values of lipase activity in the enximatic preparation were relatively similar with results found in the extracts of the bench scale cultures, showing that it is possible to use them for purposes such as treatment of oily effluents or bioremediation.

Neste trabalho, foram utilizadas metodologias ópticas para estudo da interação enzimática e de pré-tratamentos da biomassa. Mudanças de carga em fibras de polpa de eucalipto foram estudadas utilizando-se uma porfirina como sonda, uma vez que influenciam na interação enzimática. Foi investigada também a influência do caráter de carga na interação com a safranina, utilizada como marcador de celulose. Estudamos o efeito do pH na interação da enzima Celobiohidrolase Cel7A (CBH I) e de seus domínios separadamente com as fibras de eucalipto por meio do método de arraste, que se baseia na centrifugação da solução dos interagentes e na análise espectroscópica do sobrenadante. Essa interação também foi estudada por microscopia de fluorescência confocal utilizando-se fluoresceína como marcador para as enzimas. Outro objetivo do trabalho foi aplicar a microscopia confocal e a microscopia de imagem de tempo de vida da fluorescência (FLIM),com excitação por um e por dois fótons, para estudar a atuação de um pré-tratamento em bagaço de cana-de-açúcar. Esse pré-tratamento teve duas etapas: a primeira com ácido e a segunda com base.Os resultados para a interação da CBH I com as fibras de eucalipto mostram que esta é influenciada por mudanças de carga tanto no módulo de ligação à celulose (CBM) quanto no domínio catalítico. Imagens espectrais de microscopia confocal indicam a presença da enzima em interstícios ao longo de toda a parede da fibra. Nas amostras de bagaço, há uma forte correlação entre os tempos de decaimento da fluorescência da lignina e sua concentração. Uma não homogeneidade nas características de fluorescência ao longo da parede celular revela domínios de níveis distintos de agregação da lignina. O pré-tratamento ácido desordena a lignina e a acumula na borda externa da parede celular. O pré-tratamento alcalino remove eficientemente a lignina do centro da parede celular, mas não é tão eficiente próximo à superfície. Uma variedade complementar de estados foi acessada pela excitação por dois fótons. Uma estreita banda de emissão e tempos longos de decaimento sugerem que no bagaço não tratado a lignina é organizada de maneira que haja uma fraca interação entre as moléculas. / Optical methodologies were used for the study of the enzymatic interaction and pretreatments of biomass. Changes of charge on eucalyptus pulp fibers were studied with the use of a porphyrin as a probe, since these changes influence on the enzymatic interaction. The influence of the charge character was also investigated for the interaction with safranin, used as cellulose labeling. We studied the pH effect on the interaction of the enzyme Cellobiohydrolase Cel7A (CBH I) and its domains separately with eucalyptus pulp fibers by the drag method, which is based on the centrifugation of the enzymes solution with the fibers and on the spectroscopic analysis of the supernatant. This interaction was also studied by confocal fluorescence microscopy with the use of fluorescein as a labeling for the enzymes. Another objective was the application of confocal microscopy and fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), both with single-photon and two-photon excitation, in the study of a pretreatment applied in sugarcane bagasse. This pretreatment had two steps: the first one with acid and the second one with alkali. The results for the interaction between CBH I and the eucalyptus fibers show that it is influenced by changes of charge both in cellulose-binding module (CBM) and in the catalytic domain. Spectral confocal images indicate the presence of enzymes along all the cell wall. Regarding the bagasse fibers, a strong correlation was observed between the fluorescence decay time and the delignification. A non-homogeneity of the fluorescence properties along the cell wall reveal domains of lignin with different aggregation levels. The acid pretreatment disorders lignin and accumulate it on the external border of the cell wall. The alkali pretreatment removes lignin from the center of the cell wall efficiently, but it is not so effective close to the surface. A complementary variety of states was accessed by two-photon excitation. A narrow emission band and slow decay times suggest that lignin is organized in such a way that the interaction between the molecules is weak.

Atualmente, o aumento da preocupação com a sustentabilidade ambiental, alinhado às perspectivas de esgotamento das reservas de petróleo, tem direcionado às buscas por fontes renováveis de energia. O emprego de resíduos agroindustriais, principalmente de usinas sucroalcooleiras destaca-se como sendo uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Dentre as metodologias aplicadas para disponibilização dos açúcares fermentescíveis está a hidrólise enzimática. Ainda, para facilitar esta etapa e torná-la mais acessível, submete-se, previamente, o material lignocelulósico a um pré-tratamento, com o objetivo de contribuir com a susceptibilidade da celulose a ataques enzimáticos. No entanto, devido à complexidade das estruturas lignocelulósicas, os processos de hidrólise e pré-tratamento precisam se tornar mais eficientes e economicamente viáveis. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar e caracterizar os pré-tratamentos hidrotérmico e organossolve (etanol 50%), isoladamente, e estes combinados em diferentes condições, assim como a influência destes procedimentos na estrutura e composição da biomassa, bem como na hidrólise enzimática. Os resultados demonstraram que os pré-tratamentos hidrotérmicos a 160 ºC nas condições analisadas foram pouco efetivos na melhora do acesso enzimático durante a etapa de hidrólise, pois atuaram de maneira branda na parede celular, pouco solubilizando a hemicelulose e lignina, conforme as análises físicas comprovaram. Os tratamentos combinados hidrotérmico 30 min e 60 min a 160 ºC seguidos pelo organossolve por 150 min apresentaram semelhança morfológica e alta solublização da lignina e hemicelulose, justificando os valores de hidrólise. Nossos resultados abrem perspectivas de novos estudos que visam a otimização dos pré-tratamentos hidrotérmicos e organossolve, além da compreensão das alterações composicionais e morfológicas que levam à melhoria da hidrólise enzimática na biomassa lignocelulósica. / The concerns with environmental sustainability and perspectives of petroleum reserves depletion motivated exploration of new and sustainable energy sources. In this context, renewable energies start to receive significant attention in the world´s energy matrix, with biofuels playing a special role. The use of agro-industrial residues, mainly from the sugarcane industry, stands out as a viable alternative for the production of second-generation ethanol. The enzymatic hydrolysis of the biomass has a number of advantages for polysaccharides depolimerization, such as high substrate specificity, low environmental impact and lack of corrosion issues. To further facilitate this procedure and to make biomass more accessible, the lignocellulosic material has to be previously submitted to a pretreatment in order to increase the cellulose accessibility and susceptibility to the enzymatic action. This process aims at the disorganization of the chemical structure of the lignocellulosic matter, facilitating the further steps of hydrolysis and fermentation. Due to the complexity of the lignocelluloses structures, their pretreatment and hydrolysis processes have to become more efficient and economically viable to be efficiently applied at an industrial scale. Therefore, the objective of this work is to evaluate the hydrothermal and organosolv (50% ethanol) pretreatments, separately and combined in different conditions, and the influence of these procedures on the structure and composition of the biomass and on the efficiency of enzymatic hydrolyses. Our results demonstrated that the hydrothermal pretreatments at 160ºC within the analyzed reaction conditions had minor effects on improving the enzymatic efficiency, being not harsh enough to introduce significant modifications of the cell wall composition and structure, as demonstrated by our physical and chemical analyses. The combined hydrothermal treatments lasting 30 min and 60 min at 160ºC followed by the organosolv step for 150 min resulted in significant morphological changes and high lignin and hemicelluloses solubilization, resulting in an efficient enzymatic hydrolysis. Our results open perspectives of further studies aimed at optimization of hydrothermal and organosolv pretreatments and comprehension of compositional and morphological changes which lead to improved enzymatic hydrolysis of the lignocelulosic biomass.

O objetivo do presente trabalho é avaliar o potencial do setor sucro-alcooleiro paulista no mercado de carbono internacional (MCI), sob a perspectiva da cogeração de energia elétrica excedente baseada na queima de bagaço da cana. Estudos com foco nestes dois segmentos podem representar maior incentivo a novos investimentos em projetos para a geração de reduções certificadas de emissões (RCE) sob o mecanismo de desenvolvimento limpo (MDL). O processo de cogeração de energia elétrica por bagaço de cana torna-se importante no contexto mundial devido ao fato de ser uma forma adequada de substituição da queima de combustíveis fósseis pela queima de combustível renovável (bagaço), reduzindo assim, os impactos causados ao meio ambiente pelas emissões de gases do efeito estufa. Essa característica renovável da cogeração, a partir do bagaço da cana, pode fomentar investimentos por países desenvolvidos em projetos que visualizem o atendimento das obrigações de reduções de gases do efeito estufa (GEE), estabelecidas pelo protocolo de Kyoto. Visando atingir o objetivo proposto, foram realizados levantamentos bibliográficos sobre dados setoriais, com base em literatura especializada, simulações computacionais a partir de tais dados para definir o potencial de geração de eletricidade excedente e o potencial de comercialização de RCE pelo setor no mercado de carbono, bem como entrevistas com profissionais ligados às áreas de estudo de forma levantar opiniões e expectativas da participação do setor sucro-alcooleiro no mercado de carbono, foco central deste trabalho. Esta pesquisa visou contribuir para a divulgação da importância do comportamento do setor sucro-alcooleiro paulista em relação ao MC, em termos de atração de novos projetos sob o enfoque do MDL. / The objective of this dissertation is to assess the prospects of cogeneration projects by the sugar-alcohol industry of the largest sugarcane-producing region in Brazil - the state of Sao Paulo - in the context of clean development mechanism (CDM) and of the international carbon credit market. This study with focus in exceeding electricity cogeneration from sugarcane bagasse can influence the development of projects complying with the rules of the CDM, established by the Kyoto protocol. The process of cogeração from sugar cane bagasse becomes important in world-wide context because bagasse burnig substitute fossil fuels, reducing the impacts caused by the greenhouse gases (GHG) emissions. This renewable characteristic of the bagasse electricity cogeneration, can encourage investments from sugar-cane enterprinsing in bagasse cogeneration CDM projects. Aiming to reach the proposed objective, bibliographical research based on specialized literature about sectorial data was done. Computational simulations from such data was used to define the exceeding electricity potencial generation and the certified emission reduction (CER) commercialization potential from sugar-cane sector in the carbon trade and interviews with specialists linked to the study areas. This study can contribute for spreading the importance of the Sao Paulo sugar-alcohol sector in carbon trade, in terms of attract new investiments on clean development mechanisms.