A utilização de biomassa vegetal como matéria-prima para a obtenção de produtos químicos exige pré-tratamentos que levem à desestruturação do complexo lignocelulósico, sendo o principal desafio a remoção seletiva e quantitativa da lignina. O bagaço de cana-de-açúcar, como todo material lignocelulósico, é composto por celulose, polioses e lignina, como principais componentes macromoleculares, e vem sendo alvo de pesquisas para produção de bioetanol e produtos com maior valor agregado. A heterogeneidade das ligninas obtidas como subprodutos dos processos de deslignificação é uma das responsáveis pela limitação de possíveis aplicações industriais. Contudo, os recentes desenvolvimentos no etanol celulósico levarão a um aumento da quantidade de lignina disponível numa base global. Estas considerações futuras têm renovado o interesse no isolamento e conversão de lignina em produtos químicos de maior valor agregado. Neste sentido, o isolamento e a caracterização destas ligninas são de fundamental importância. Neste trabalho apresentamos os resultados de estudos de deslignificação do bagaço de cana-de-açúcar pela aplicação de diferentes processos de polpação (processos Soda, Sulfito e Organossolve etanol/água). Estes processos foram avaliados segundo o rendimento do pré-tratamento e seletividade frente aos componentes macromoleculares dos materiais lignocelulósicos. A segunda etapa do trabalho descreve a caracterização das ligninas obtidas nos diferentes processos de polpação, visando posteriores modificações e aplicações como derivados oxidados e na preparação de novos materiais poliméricos termoplásticos e/ou termorrígidos. Os processos produziram diferentes ligninas, sendo essas diferenças observadas na distribuição de massas molares, quantidade de hidroxilas, estabilidade térmica, quantidade de impurezas, etc. A utilização do fracionamento por solventes foi efetivo na obtenção de diferentes massas molares e menores polidispersividades. As condições empregadas nas poliesterificações produziram polímeros com características diferentes, como viscosidade, temperatura de transição vítrea e estabilidade térmica. / The use of plant biomass as a feedstock for the production of chemicals requires pre-treatments which lead to disruption of the lignocellulosic complex, the main challenge being selective and quantitative removal of lignin. Sugarcane bagasse is a lignocellulosic material composed of cellulose, lignin and polyoses as major macromolecular components, and has been the subject of research for bioethanol production and products with higher added value. The heterogeneity of lignins obtained as byproducts of delignification processes is one reason for the limitation of possible industrial applications. However, recent developments in cellulosic ethanol will raise the amount of lignin available on a global basis. These forward-looking statements have renewed interest in the isolation and conversion of lignin in chemical products with higher added value. In this sense, the isolation and characterization of lignins is of fundamental importance. We present the results of studies of delignification of sugarcane bagasse by applying different pulping processes (Soda, Sulfite and organosolv ethanol / water processes). These processes were evaluated according to the performance of pre-treatment and selectivity against macromolecular components of lignocellulosic materials. The second stage of the work describes the characterization of lignins obtained in different pulping processes, aiming to further modifications and applications as oxidized derivatives and the preparation of new polymeric materials thermoplastic and / or thermosetting. Processes produced different lignins, and these differences in distribution of molecular weight, amount of hydroxyls, thermal stability and amount of impurities. The use of solvent fractionation was effective in getting different molar masses and lower polydispersities. The conditions employed in esterification reaction produced polymers with different characteristics, such as viscosity, glass transition temperature and thermal stability.

Considerando a dieta como um fator modulador do microbioma ruminal, neste trabalho objetivou-se investigar o impacto do bagaço da cana-de-açúcar sobre a composição e funcionalidade das espécies microbianas residentes no rúmen de carneiros (Ovis aries). Foram utilizados seis animais machos fistulados de O. aries, dos quais três foram alimentados com uma dieta composta por 70% de volumoso e 30% de concentrado (tratamento controle) e outros três animais alimentados com uma dieta similar a anterior, mas com 14% do volumoso substituído por bagaço de cana-de-açúcar (tratamento bagaço). O conteúdo ruminal (líquido e fibra) foram amostrados quinzenalmente durante 60 dias. A partir dessas amostras foram acessadas a estrutura e a composição da comunidade microbiana pela extração de DNA total e amplificação das regiões V3 e V6-V7 do gene 16S rRNA bacteriano e a região intergênica fúngica (ITS2). Além disso, foram feitas análises metagenômicas e metatranscriptômicas de comunidade microbianas enriquecidas em fibra ruminal para identificar enzimas lignocelulolíticas expressas. As frações líquida e fibrosa do conteúdo ruminal de O. aries revelaram uma comunidade bacteriana dominada principalmente por Bacteroidetes e Firmicutes ao longo de todo período experimental. Dois gêneros, Prevotella e Ruminococcus representaram 20% e 4% da comunidade bacteriana ruminal, respectivamente. Para a comunidade fúngica o filo Neocallimastigomycota representou 91% das sequências e os principais gêneros deste filo foram Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces e Cyllamyces aderidos a fibra ruminal. O gênero Caecomyces, foi significativamente mais abundante na fibra ruminal de animais que se alimentaram de bagaço de cana-de açúcar. Além disso, foi observado um aumento significativo na frequência de enzimas como, por exemplo, 1,4-α-glucano, α-galactosidase, endo 1,4-β-xilanase, β- xilosidase, xilose isomerase, celobiose fosforilase e α-N-arabinofuranosidase no tratamento com bagaço de cana-de-açúcar. Considerando que a recuperação de enzimas a partir de comunidades microbianas naturalmente selecionadas para a degradação de biomassa é uma estratégia promissora para superar a atual ineficiência da ação enzimática na produção industrial de biocombustíveis, os resultados deste trabalho representam a possibilidade de aumentar a capacidade de recuperação ou descoberta de enzimas a partir de ruminantes, ou ainda, a possibilidade de manipular a estrutura do microbioma do rúmen para usá-lo como fonte de inóculo enriquecido em processos industriais de degradação de biomassa. / Considering the diet as a modulator of ruminal microbiome, this work aimed to investigate the impact of sugarcane bagasse on the composition and function of microbial species residents in the sheep (Ovis aries) rumen. Six cannulated male animals were used in the experiment, where three individuals were fed on a diet consisting of 70% forage and 30% concentrate (control treatment), and three were fed on a similar diet, but with sugarcane bagasse replacing 14% of the forage portion (bagasse treatment). The ruminal content (i.e., liquid and fiber) were sampled every two weeks during 60 days. From these samples, the structure and composition of the microbial community were assessed by total DNA extraction and amplification of V3 and V6-V7 regions of 16S rRNA gene from bacteria and the fungal intergenic region (ITS2). Furthermore, metagenomics and metatranscriptomics approaches were used to evaluate the enrichment of specific members of the microbial community in the ruminal fiber and genes related to lignocellulolytic enzymes. The liquid and fiber fractions of the O. aries rumen revealed a microbial community dominated mainly by Firmicutes and Bacteroidetes throughout the experimental period. The genera Prevotella and Ruminococcus accounted for 20% and 4% of the bacterial community of rumen, respectively. In the fungal community, the phylum Neocallimastigomycota accounted for 91% of sequences and its main genera adhered on the ruminal fiber were Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces and Cyllamyces. The genus Caecomyces was significantly more abundant in the ruminal fiber in animals fed on sugarcane bagasse. Furthermore, there was a significant increase in the frequency of enzymes, such as α-1,4-glucan, α-galactosidase, endo- 1,4-β-xylanase, β-xylosidase, xylose isomerase, cellobiose phosphorylase and α- Narabinofuranosidase in the bagasse treatment. Considering that the recovery of enzymes from ecosystems naturally evolved for degradation of biomass is a promising strategy to overcome the current inefficient enzymatic action in industrial production of biofuels, the results of this study bring great possibilities to increase the discovery and or recovery of enzymes from ruminants, as well as the possibility of the ruminal microbiome structure manipulation to be used as source of an enriched inoculum for biomass degradation in industrial processes.

O Brasil alavanca novamente sua economia, o desenvolvimento tão esperado durante as décadas de 80 e 90 é realidade. Esse crescimento exige novas tecnologias, novas pesquisas e uma infra-estrutura que suporte este crescimento.A energia elétrica faz parte dessa infra-estrutura, porem o país não esta preparado para esse desenvolvimento. Surge a possibilidade de cogeração de energia elétrica utilizando o bagaço de cana-de-açúcar. As usinas de açúcar e álcool já possuem essa prática com um volume de geração pequeno, com algum investimento esse volume de geração poderá ser aumentado, acrescentando cerca de 10% a matriz energética nacional. O objetivo do trabalho é apresentar uma análise da utilização de um subproduto da cana, o bagaço, como cogerador de energia elétrica. O presente trabalho apresenta a situação energética do país, algumas experiências já implantadas em alguns países no mundo e algumas opções para melhoria dos equipamentos utilizados nas usinas de açúcar e álcool. São mostradas as fontes alternativas de geração de energia elétrica estudadas no país, bem como a forma como a Eletrobrás planeja o programa energético nacional. O trabalho analisa mais detalhadamente a utilização do bagaço de cana-de-açúcar, que já é utilizado nas usinas do Estado de São Paulo para gerarem energia elétrica. São discutidos os possíveis sistemas viáveis e os problemas para a implantação deste nas usinas de açúcar e álcool. / Brazil impels its economy again. A development expected in \'80 and \'90 years it\'s real. This growth demands new technologies, new researches and bases that bear that growth. Electric power is in these bases, but Brazil is not ready for that. Electric power cogeneration possibility appears, using sugar cane bagasse. Alcohol and sugar plants have already that practice working with a low generation volume, with some investment this volume can be increased, adding about 10% to national energetic matrix. The aim of this work is present a short time alternative for national electric matrix. This work shows country electric situations, some experiences already implanted in some countries around the world and some options to equipment improvement used in alcohol and sugar plants. It\'s shown alternatives fonts of electric power generation studied on Brazil, as well how Eletrobrás projects its National Energetic Program. It analyses detailed bagasse cane sugar use, which is working on São Paulo plants to generate electric power. It\'s discussed possibles systems and troubles on its implantation on sugar and alcohol plants.

As vantagens de um sistema gaseificador como solução energética na gestão de resíduos sólidos urbanos incentivaram o desenvolvimento de um sistema de gaseificação que opere na horizontal, ou parcialmente inclinado, e que utilize vários tipos de resíduos, principalmente os classificados como biomassa para a geração de gás combustível ou de síntese. O gaseificador tem sido fortemente recomendado como uma tecnologia promissora para o tratamento térmico dos resíduos sólidos, nesse trabalho experimentou-se algumas biomassas como matéria-prima para o protótipo, e atualmente tem sido testado o bagaço da cana-de-açúcar como biomassa a testar na co-gaseificação com os resíduos sólidos municipais, devido a sua abundância na região, além da sua capacidade térmica. Com isso, desafios como a destinação final dos resíduos sólidos urbanos, eliminação dos lixões atendendo às responsabilidades estabelecidas na Lei Federal do Saneamento Básico (Lei nº 11.445/2007) e na Política Nacional de Resíduos Sólidos PNRS (Lei nº 12.305/2010) e melhorar as fontes de energia complementares à energia das usinas hidroelétricas, base da matriz da energia elétrica brasileira, buscando uma alternativa ambientalmente segura e economicamente viável, podem ser superados. O gaseificador, ainda não demonstra resultados relevantes quanto aos seus produtos gerados, contudo, a pesquisa é inovadora e sugere mais investimentos para seu avanço, tendo como resultados parciais a detecção, pelo cromatógrafo, dos gases: hidrogênio, nitrogênio, metano e dióxido de carbono, tanto com o reator aberto quanto fechado. / The advantages of a gasifier system as energy solution in the management of municipal solid wastes encouraged the development of a gasification system that operates horizontally, tilted or partially, and uses various types of waste, especially those classified as selective collection of waste as material to generate fuel gas or synthesis. The gasifier has been strongly recommended as a promising technology for the thermal treatment of solid waste, in this study experienced are some biomass as feedstock for the prototype, and currently it has been tested bagasse from sugar cane as biomass testing in co-gasification with municipal solid waste, due to its abundance in the region beyond its thermal capacity. Thus, challenges such as the disposal of municipal solid waste, elimination of landfills, that meet the responsibilities set out in the Federal Law of Sanitation (Law No. 11.445/2007) and the National Policy on Solid Waste - PNRS (Law No. 12.305/2010) and improve additional sources of energy from hydroelectric energy, base matrix of Brazilian electricity, seeking an alternative environmentally safe and economically viable. The gasifier, yet shows results relevant to their products as generated, however, this research is innovative and suggests more investment to its advancement, having as partial results the detection of gases, by the chromatograph: hydrogen, nitrogen, methane and carbon dioxide, with the reactor open and the closed mode.

The search for renewable sources of energy sets the sugarcane as important energy sources. The bagasse generation of this input shows a high potential for the production of sustainable energy waste. Aiming to make better use of this product, this study evaluated the anaerobic production of biogas generated by bagasse from sugarcane when used as chicken excreta inoculum in experimental anaerobic reactors batelados type. six reactors, divided into two treatments were used. The first consists of bagasse sugarcane in natura (03 reactors) and the second consisting of bagasse sugarcane treated with NaOH (03 reactors). In both treatments are used as inoculum chicken excreta. The time, in days, of reading the generated gas was 54 days. It was observed that the potential energy of sugarcane bagasse had the point of greatest methanogenic activity approximate days in the twenty-fifth and twenty-sixth, respectively for each treatment, Treatment 2, obtained the best result, producing double CH4 methane in virtually the same time period. / A busca por fontes renováveis de energia estabelece a cana-de-açúcar como importante matriz energética. A geração de bagaço deste insumo revela um resíduo de alto potencial para a produção de energia sustentável. Objetivando um melhor aproveitamento deste produto, esta pesquisa avaliou a produção anaeróbia do biogás gerado pelo bagaço da cana-de-açúcar quando utilizado como inóculo excretas de frango, em reatores anaeróbicos experimentais do tipo batelados. Foram utilizados seis reatores, divididos em dois tratamentos. O primeiro composto por bagaço de cana-de-açúcar in natura (03 reatores) e o segundo composto por bagaço de cana-de-açúcar tratado com NaOH (03 reatores). Em ambos os tratamentos utilizou-se excretas de frangos como inóculo. O tempo, em dias, de leitura dos gases gerados foi de 54 dias. Foi observado que os potenciais energéticos do bagaço de cana-de-açúcar tiveram como ponto de maior atividade metanogênica os dias aproximados em vigésimo quinto e vigésimo sexto, respectivamente para cada tratamento e, o tratamento 2, obteve um melhor resultado, produzindo o dobro de gás metano CH4 em, praticamente, mesmo período de tempo.

Orientador: Julian Martínez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T21:27:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PasquelReategui_JoseLuis_M.pdf: 8336383 bytes, checksum: b7ad9ecdf456a9a9cb87e9ad15a92078 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A amora-preta (Rubus sp.) tem chamado a atenção de produtores e consumidores nos últimos anos, por ser uma boa fonte de compostos bioativos que oferece benefícios para a saúde. Os resíduos agroindustriais do processamento de amora geralmente têm demonstrado ser uma boa fonte de flavonoides, que são compostos fenólicos amplamente conhecidos pela sua atividade antioxidante. O presente trabalho teve como principal objetivo obter extratos a partir do bagaço de amora-preta usando CO2 supercrítico assistido por ultrassom. Assim, para a extração supercrítica com CO2 puro foi feito um desenho de tipo Box-Behnken, com três variáveis independentes, sendo elas a temperatura (40, 50 e 60 °C), pressão (15, 20 e 25 MPa) e potência ultrassônica (0, 200 e 400 Watts). A vazão de CO2 foi mantida constante em 2,77 x 10-4 kg/s, para todos os experimentos feitos com CO2 puro. O maior rendimento foi encontrado a 50 °C, 25 MPa e 400 Watts de potência ultrassônica. Após selecionada a melhor condição, foi realizado um estudo para determinar os parâmetros cinéticos do processo de extração supercrítica. A composição dos extratos foi avaliada por espectrofotometria, pela qual os maiores teores de fenólicos foram observados a 60 °C, 20 MPa e sem uso de ultrassom. Além disso, observou-se um aumento da atividade antioxidante a 60 °C, 15 MPa e 200 Watts de potência em relação aos demais resultados obtidos pela de extração supercrítica. A fim de comparar o rendimento e composição dos extratos foi adicionado cossolvente na extração supercrítica, na condição de 60 °C, 15 MPa e ultrassom de 200 Watts, selecionada com base na atividade antioxidante presente nos extratos obtidos com CO2 puro. Na avaliação do comportamento dos extratos obtidos pela extração supercrítica com cossolvente, observou-se uma melhoria no rendimento global quando foi empregado etanol a (10 % v/v). Por outro lado, o emprego de água a (10 % v/v) como cossolvente foi mais adequado para a recuperação de compostos fenólicos e atividade antioxidante a partir do bagaço de amora-preta seca triturada. Também foi observado que a matéria-prima sem pré-tratamento algum apresentou maior conteúdo de antocianinas nos extratos obtidos pela extração supercrítica com (5 % v/v) de água como cossolvente. A partir da análise por UPLC-QTOF-MS, foi possível identificar quatro antocianinas; duas majoritárias (Cianidina-3-glucosídeo e Cianidina-3-rutinosídeo) e duas minoritárias (Cianidina-3-malonil-glucosídeo e Cianidina-3-dioxalil-glucosídeo), presentes no bagaço de amora-preta. Por último, observou-se que o emprego de ultrassom provoca efeitos físicos nas paredes das células quando foi analisada a morfologia da matéria-prima antes e após as extrações por microscopia eletrônica de varredura (MEV) / Abstract: Blackberry (Rubus sp.) has attracted the attention of producers and consumers in recent years, since it is a good source of bioactive compounds that offers health benefits. Agro-industrial wastes resulting from blackberry processing have demonstrated to be a good source of flavonoids, which are phenolic compounds widely known for their antioxidant activity. The objective of this work was to produce extracts from blackberry bagasse using supercritical fluid extraction assisted by ultrasound. For the supercritical fluid extraction a Box-Behnken design was performed with extraction pressure (15, 20 and 25 MPa), temperature (40, 50 and 60 °C) and ultrasound output power (0, 200 and 400 W) as independent variables. The CO2 flow rate (2.77 x 10-4 kg/s) was maintained constant for all experiments done with pure CO2. The highest yield was found at 50 °C and 25 MPa with an ultrasound output power of 400 W. After selecting the best process condition, a study was done to determine the kinetic parameters of the supercritical extraction process. The composition of the extracts was estimated by spectrophotometry, and the highest quantities of phenolics compounds were observed at 60 °C and 20 MPa without ultrasound. Furthermore, an increase of the antioxidant activity was observed at 60 °C, 15 MPa and 200 W of ultrasound power in comparison to other results obtained by supercritical extraction. With the objective to compare the yield and the composition of the extracts a cosolvent was added in the supercritical extraction process, at the extraction conditions of 60°C, 15 MPa and 200 W; these process conditions were selected based on the antioxidant activity present in the extracts obtained with pure CO2. An enhancement in the overall yield was observed when ethanol (10 % v/v) was applied as cosolvent. On the other hand, the use of water (10 % v/v) as cosolvent was more appropriate for the recovery of phenolic compounds, anthocyanins and antioxidant activity from dried milled blackberry bagasse. It was also observed that the raw material without any pretreatment showed higher content of anthocyanins in the extracts obtained by supercritical extraction with water (5 % v/v) as cosolvent. From the UPLC-QTOF-MS analyses, it was possible to identify four anthocyanins, two major anthocyanins (cyanidin-3-O-glucoside and cyanidin-3-O-rutinoside) and two minor anthocyanins (cyanidin-3-malil-glucoside and cyanidin-3-diaxial-rutinoside), present in the blackberry bagasse. Finally, when the morphology of the raw material was analyzed before and after the extraction by scanning electron microscopy (SEM), it was observed that the use of ultrasound produced physical changes in the cell walls / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Sarita Cândida Rabelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T22:23:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesario_AndreLuisLovizotto_M.pdf: 1900917 bytes, checksum: 0fed327fc6c7f68693cf8ad1e5f28b1c (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O grande desafio para a produção de etanol de segunda geração está em produzir, eficientemente, um hidrolisado rico em açúcares que possa ser fermentado para produção de etanol. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do tamanho de partícula nas etapas de pré-tratamento e hidrólise enzimática do bagaço de cana. Também foram estudadas diferentes condições de pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído com o objetivo de avaliar a solubilização dos componentes da biomassa e a recuperação dos açúcares no licor. A eficiência de cada condição de pré-tratamento foi avaliada através da liberação de açúcares na hidrólise enzimática. Foi observado que a temperatura teve grande influência na solubilização das hemiceluloses no pré-tratamento, alcançando o máximo de 87% a 140°C por 30 minutos. Nesta mesma condição, também foi observado o rendimento máximo de pentoses no licor, sendo de 77%. Não foi observada influência do tamanho de partícula no pré-tratamento, uma vez que os valores obtidos de solubilização e rendimentos foram semelhantes para as diferentes granulometrias, avaliadas em uma mesma condição. A avaliação da eficiência do pré-tratamento na hidrólise enzimática mostrou que as condições de pré-tratamento mais severas (as que removeram maiores quantidades de hemiceluloses) resultaram em maiores conversões à glicose, sendo o máximo alcançado de conversão de celulose de 55% e um rendimento global de 44% para o material pré-tratado a 140°C, 30 minutos com concentração de sólidos de 10% (m/v) na hidrólise. Também não foi observada influência do tamanho de partícula nesta etapa, uma vez que os rendimentos obtidos foram semelhantes para as diferentes granulometrias. Sendo assim, foi determinado que o tamanho de partícula, na faixa avaliada no presente trabalho, não exerceu influência no pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído e hidrólise enzimática, o que não demonstra a necessidade de reduzir o tamanho de partícula do bagaço. A melhor condição de pré-tratamento apresentou eficiente remoção das hemiceluloses e consequente recuperação de xilose no licor, porém a conversão da celulose na hidrólise enzimática não apresentou grande efetividade / Abstract: The main challenge for second generation ethanol production is to produce, effectively, a hydrolyzate rich in sugars that can be fermented to produce ethanol. This study aimed to evaluate the influence of particle size on pretreatment and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. Different conditions of dilute acid pretreatment were studied to evaluate biomass solubilization and sugars recovery in the liquor. The efficiency of each pretreatment condition was evaluated by the release of sugars after enzymatic hydrolysis. It was observed that the temperature had a great influence on the hemicelluloses solubilization in the pretreatment, reaching a maximum of 87% at 140°C for 30 minutes. The maximum xylose yield was observed on the same condition (77 %). No influence of particle size in the pretreatment was observed, since the values of solubilization and yields were similar for the different particle sizes evaluated in the same condition. The most severe conditions of pretreatment (highest hemicelluloses solubilization) resulted in higher conversion to glucose, in which the maximum cellulose conversion was 55% and overall yield of 44 % for the material pretreated at 140°C for 30 minutes when the solids concentration in hydrolysis was 10% (w/v). No influence of particle size was observed at this step, since the yields were similar for the different particle sizes. Thus, it was determined that the particle size in the range evaluated in this study did not influence the dilute sulfuric acid pretreatment and enzymatic hydrolysis, which shows that there is no need for the particle size reduce of bagasse. The best pretreatment condition showed efficient removal of hemicelluloses and subsequent recovery of xylose in the liquor, but the conversion of cellulose in the enzymatic hydrolysis did not show great effectiveness / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_LilianePires_M.pdf: 2414568 bytes, checksum: edd69b0480cfd867aa41722490fde9b1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: No cenário mundial atual, a procura por combustíveis e outros químicos desenvolvidos a partir de tecnologias sustentáveis tem se tornado uma demanda crescente. Neste contexto, diversas biomassas são investigadas ao redor do mundo, como matérias-primas para a produção de etanol de segunda geração que é considerado um biocombustível com grande potencial para substituir gradativamente os combustíveis fósseis. Estudos direcionados à produção de etanol celulósico demonstram que alterações simultâneas em importantes parâmetros, como tempo de pré-tratamento e teor de sólidos na hidrólise enzimática, influenciam diretamente no rendimento final do processo. O presente trabalho teve por objetivo estudar a influência da matéria-prima, por meio da coleta do bagaço de cana de açúcar em diferentes períodos da safra, no processo de produção de etanol. Para isso, foram avaliadas as etapas de pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação com ênfase na otimização da hidrólise enzimática. A execução foi dividida em três etapas. Na primeira, o bagaço de cana foi submetido a diferentes tempos de pré-tratamento (severidades na faixa de 4,01 a 4,10) por explosão a vapor em escala piloto. Em seguida, a biomassa pré-tratada resultante foi hidrolisada enzimaticamente, utilizando teores de sólidos, nesta etapa, de 8% e 12%, 0,5% de surfactante (p/p-TS), baixa carga da enzima Cellic Ctec2 (5FPU/g-celulose), temperatura de 50ºC e tempo de 48h. A fermentabilidade dos caldos obtidos foi testada, usando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. A condição de pré-tratamento com severidade de 4,01 foi a que apresentou melhores resultados em todas as etapas e a escolhida para a continuidade deste trabalho. Na segunda etapa do trabalho, as variáveis teor de sólidos, carga enzimática e teor de surfactante da hidrólise enzimática foram investigadas através de um delineamento composto central rotacional (DCCR) para identificar as regiões ótimas de processo através das superfícies de resposta. Novamente a fermentabilidade dos caldos obtidos foi testada, usando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae e suplementando o meio com melaço. Por meio da validação do modelo estatístico determinou-se a condição otimizada para realizar a hidrólise enzimática, 12% de teor de sólidos e 6 FPU/g-celulose de Cellic Ctec2. Na terceira etapa a variabilidade da matéria prima foi avaliada utilizando o pré-tratamento determinado na primeira etapa e a hidrólise otimizada na segunda. Foi possível concluir que as variações na composição do bagaço "in natura" não interferem no resultado final, que é a composição do caldo hidrolisado obtido, demonstrando que este é um processo com caraterísticas robustas, ou seja, que o resultado final não é influenciado pelas flutuações nas características da matéria-prima utilizada / Abstract: In the current global scenario, the demand for fuels and other chemicals developed from sustainable technologies has become an increasing demand. In this context, various biomasses are investigated around the world, as raw materials for the production of second generation ethanol, a biofuel that is regarded with great potential to gradually replace fossil fuels. Studies directed to produce cellulosic ethanol demonstrate that simultaneous changes in key parameters such as time of pre-treatment and solids content in the enzymatic hydrolysis directly influence the final yield of the process. The present work aims to study the influence of the raw material, through the gathering of sugarcane bagasse in different harvest periods in the ethanol production process. To that, the steps of pre-treatment, enzymatic hydrolysis and fermentation with emphasis on optimizing enzymatic hydrolysis were evaluated. This study was divided into three steps. In the first sugarcane bagasse was pretreated by steam explosion in pilot scale with different times of pretreatment (severities in the range of 4.01 to 4.10). Then, the resulting pretreated biomass was hydrolyzed enzymatically, using solids content of 8% and 12%, and 0.5% of surfactant (w / w, TS), low enzyme load Cellic Ctec2 (5FPU / g -cellulose), temperature of 50 ° C and time of 48 hours. The fermentability of the hydrolysates obtained was tested, using the Saccharomyces cerevisiae yeast. The condition of pretreatment severity of 4.01 showed the best results at throughout the process and it was chosen to continue this work. In the second step, enzymatic hydrolysis, the variables, solids content, enzyme loading and surfactant content were investigated using a central composite rotational design (CCRD) to identify the optimal process regions through response surfaces. Again fermentability of the hydrolysates obtained were tested using the Saccharomyces cerevisiae yeast and the medium was supplemented with molasses. By the statistical validation of the model, the optimized condition for enzymatic hydrolysis was determined, this is 12% solids and 6 FPU / g cellulose Cellic Ctec2. In the third step the raw material variability was evaluated by pretreatment determined in the first step and the optimized hydrolysis determined in the second step. It was concluded that variations in the composition of the sugarcane bagasse does not interfere in the final result, that is the composition of the hydrolyzate obtained, demonstrating that this is a robust process, ie, the result is not influenced by the variations in the characteristics of the used feedstock / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Maria Aparecida Silva, Mariana Altenhofen da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T02:47:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Butzke_AlandeSiqueira_M.pdf: 3517066 bytes, checksum: 98ea507901df168f0fbaa1708f00b19a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A utilização de biomassa para a produção de etanol de segunda geração é de grande importância para o setor energético mundial, no entanto o uso do bagaço de cana excedente nas usinas sucro-alcooleiras depende de um pré-tratamento para criar condições necessárias para a hidrólise enzimática. O objetivo deste trabalho foi avaliar a composição estrutural das frações de bagaço e a influência da umidade, temperatura e pressão na conversão em açúcares antes e após o pré-tratamento com CO2 supercrítico. Os experimentos de caracterização e hidrólise enzimática das frações de bagaço foram desenhados por um planejamento experimental fatorial completo 23 com triplicata no ponto central. A remoção de hemicelulose no pré-tratamento aumentou consideravelmente o teor de celulose nas frações de fibra (retida na peneira 48 mesh da série Tyler) e de medula. Verificou-se para condição de 60ºC e 250 bar, um aumento máximo de aproximadamente 50 % (umidade de 0 % em base seca) e de 30 % (umidade de 100 % em base seca) no teor de celulose nas frações de fibra e medula, respectivamente. O melhor resultado da conversão em glicose da fração de fibra (7,7 g/L) foi para um teor de umidade igual a 0 % (base seca) em 24 horas de hidrólise enzimática, para a condição de 40ºC e 100 bar no pré-tratamento, com aumento de 16 % em relação à fração fibra sem pré-tratamento no mesmo tempo. O melhor resultado da conversão em glicose da fração de medula (8,2 g/L), foi para um teor de umidade igual a 100 % (base seca), para 60ºC e 100 bar, em 48 horas de hidrólise enzimática com um aumento de 16 % em relação à fração de medula sem pré-tratamento no mesmo tempo. Análises de difratometria de raios X mostraram alterações na cristalinidade da celulose para ambas as frações e a determinação da área superficial mostrou um aumento na quantidade de poros após o pré-tratamento. Verificou-se também a ausência do composto inibidor hidroximetilfurfural (HMF) nas frações de fibra e medula / Abstract: The use of biomass for second generation ethanol production is very important to the global energy sector, however, the use of sugarcane bagasse surplus in the sugar and alcohol plants depends on a pretreatment to create necessary conditions for enzymatic hydrolysis. The aim of this study was to evaluate the structural composition of bagasse fractions and moisture, temperature and pressure influence in sugars conversion before and after pretreatment with supercritical CO2. The physical characterization and enzymatic hydrolysis experiments of bagasse fractions were designed by a 23 full factorial design with three replications at the center point. The removal of hemicellulose by the pretreatment increased the cellulose content of fiber (retained in the sieve of 48 mesh Tyler series) and pith fractions. It was found that for 60°C and 250 bar, a increase of approximately 50 % (0 % moisture on a dry basis) and 30 % (moisture of 100 % on dry basis) in cellulose content for fiber and pith fractions, respectively. The best result of glucose conversion for fiber fraction (7,7 g/L) was for moisture content equal to 0 % (dry basis) after 24 hours of enzymatic hydrolysis, for 40°C and 100 bar, with an increase of 16 % compared to the fiber fraction without pretreatment for the same period. The best result of glucose conversion for pith fraction (8.2 g/L) was for moisture content of 100 % (dry basis) after 48 hours of enzymatic hydrolysis, for 60°C and 100 bar, with an increase of 16 % compared to the pith fraction without pretreatment at the same interval. X-ray diffraction analysis exhibited crystallinity changes of cellulose for both fractions and surface area revealed an increase in the pores number after pretreatment. It was also presented the absence of inhibitor compound hydroxymethylfurfural (HMF) for fiber and pith fractions / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Cecilia Sulzbacher Caruso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:39:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SierraAristizabal_RuthVeronica_M.pdf: 1527858 bytes, checksum: 19be6c21b6ac83bc742a54aa2002ae6a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Material lignocelulósico, como bagaço de cana de açúcar, é matéria prima potencial para produção de biocombustíveis de segunda geração. Hidrolisado hemicelulósico (H-H) rico em xilose pode ser fermentado por leveduras oleaginosas para a produção de lipídeos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi adaptar a Lipomyces starkeyi DSM 70296 em meios de cultivo contendo H-H de bagaço de cana-de-açúcar. O H-H com 12 g/L de xilose, 2 g/L de glicose, 10 g/L de ácido acético, 0,7 g/L de furfural e 1,3 g/L de HMF foi obtido após sete etapas de sequenciais de extração de bagaço previamente explodido a vapor. A levedura foi adaptada por engenharia evolutiva em meio de cultivo contendo concentrações crescentes de H-H. Como resultado, obteve-se a levedura adaptada ao meio de cultivo contendo 30% de H-H, a qual apresentou maior produtividade celular (113,90 mg/L/h) e concentração celular (9,79 g/L) em relação à cepa não adaptada (73,54 mg/L/h e 5,21 g/L, respectivamente). Fermentações em biorreator em meio sintético e contendo 30% de H-H apresentaram velocidades especificas máximas de crescimento (?max) de 0,117 e 0,122 h-1, respectivamente. Através de planejamento experimental 23 foram determinados os efeitos do ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural (HMF) no crescimento e produção de lipídeos da levedura. Resultados indicaram que o ácido acético apresentou efeito significativo sobre os parâmetros cinéticos aumentando a duração da fase lag até em 34 horas, além da redução da produtividade celular (Px) e da velocidade de consumo de substrato (rs). Adicionalmente foram verificados efeitos sinérgicos positivos entre ácido acético conjuntamente com furfural e HMF. Testes indicaram a possibilidade de altos níveis de inibição dos produtos gerados pela degradação da lignina em concentrações acima de 7,32 g/L / Abstract: Lignocellulosic materials, such sugar cane bagasse, as reported as potential feedstocks for production of second generation biofuels, through hemicellulose hydrolysates (H-H) extraction rich in xylose and the subsequent fermentation with oleaginous yeast for lipids production. In this regard, the objective of this study was to adapt the Lipomyces starkeyi DSM 70296 in culture media containing H-H of sugar cane bagasse. The H-H with 12 g/L of xylose, 2 g/L of glucose, 10 g/L acetic acid, 0.7 g/L of furfural and 1.3 g/L of HMF was obtained after seven sequential extraction steps of bagasse previously pretreated by steam explosion. The yeast was adapted by evolutionary engineering in culture medium containing increasing concentrations of H-H. As result, there was obtained the yeast adapted to culture medium containing 30% of H-H, which showed higher cell productivity (113.90 mg/L/h) and cell concentration (9.79 g/L) compared to not adapted strain (73.54 mg/L/h and 5.21 g/L, respectively). Fermentation in Bioreactor in synthetic medium and containing 30% of H-H medium showed maximum specific growth rate (?max) of 0.117 and 0.122 h-1, respectively. Through experimental design 23 was determined the effects of acetic acid, furfural and hydroxymethylfurfural (HMF) on growth and yield lipid yeast. As result, there was obtained that acetic acid had significant effect on kinetic parameters by increasing the duration of lag phase up to 34 hours, besides reduction of cell productivity (Px) and rate of substrate consumption (rs). Additionally positive synergistic effects were observed when acetic acid is found in culture media with furfural and HMF. Preliminary tests indicate the possibility of high levels of inhibition of products generated by lignin degradation at concentrations above 7.32 g/L / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestra em Engenharia Química