O presente trabalho propõe o uso das cinzas de dois resíduos agroindustriais - casca de arroz e bagaço de cana-de-açúcar - como fonte de sílica (SiO2) para a síntese de sílicas mesoporosas altamente ordenadas. Esta aplicação, além de agregar valor aos resíduos, busca uma alternativa ao tetraetil ortossicato, uma fonte de sílica dispendiosa, cuja obtenção resulta em danos ambientais. Amostras de cascas arroz de quatro procedências distintas foram caracterizadas por termogravimetria/ termogravimetria derivada (TG/DTG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise elementar de CHN. Com base nestes resultados, duas amostras foram selecionadas para obtenção de sílica. Outras duas amostras de bagaço de cana-de-açúcar de origens diferentes foram também caracterizadas por esta metodologia. Para melhor entender as etapas de degradação térmica da matéria orgânica, os resultados de TG/DTG foram associados aos de FT-IR e um estudo cinético por TG foi realizado. Diferentes tratamentos em meio ácido, com o objetivo de remover impurezas e reduzir o tempo necessário para calcinação dos materiais, foram realizados. O método escolhido para cada um dos materiais foi definido a partir dos testes e por avaliação de resultados de TG/DTG. As cinzas obtidas após calcinação em mufla dos materiais com e sem tratamento ácido prévio, foram caracterizadas por MEV/EDS, DRX e isotermas de adsorção/dessorção de N2. As cinzas das amostras com tratamento apresentaram maior pureza que as não tratadas e, para as obtidas a partir casca de arroz, foram amorfas e com alta área superficial BET (200-300 m2.g-1). A síntese de sílicas mesoporosas foi testada empregando-se as cinzas isoladas de amostras tratadas em meio ácido utilizando três rotas sintéticas diferentes. Em uma delas foi possível obter um material de morfologia esférica, com área superficial BET de cerca de 500 m2.g-1 e diâmetro de poro médio (BJH) de 4 nm. A caracterização por espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revelou um ordenamento hexagonal dos poros. Um material de mesma morfologia foi obtido empregando-se silicato de sódio comercial ao invés das cinzas. Os materiais obtidos possuem potencial para diversas aplicações, destacando-se o uso no empacotamento de colunas para cromatografia líquida, encapsulação de fármacos com liberação controlada, catálise e suporte para deposição de materiais. / This work proposes the use of ashes of two agro-industrial wastes - rice husk and sugar cane bagasse - as a source of silica (SiO2) for the synthesis of highly ordered mesoporous silicas. This application, besides adding value to waste, aims an alternative to ortossicato tetraethyl, an expensive source of silica, whose obtaining causes environmental damage. Samples of rice husks from four different sources were characterized by thermogravimetry / derivative thermogravimetry (TG / DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and elemental CHN analysis. Based on these results, two samples were selected to obtain silica. Two other samples of sugar cane bagasse from different sources were also characterized by this methodology. To better understand the steps of thermal degradation of organic matter, the results of TG / DTG were associated with FT-IR and a kinetic study was performed by TG. Different treatments in an acid medium were carried out with the aim of removing impurities and reduce the time required for calcination of the materials. The method chosen for each material was defined from the tests and from evaluation of the results of TG / DTG. The ash obtained after the calcination of materials in muffle furnace, with and without prior acid treatment, were characterized by SEM / EDS, XRD and isotherms of adsorption/desorption of N2. The treated samples ashes showed higher purity than those not treated, and for those obtained from rice hulls were amorphous and with high BET surface area (200-300 m2.g-1). The synthesis of mesoporous silicas were tested employing the isolated ash samples treated in acid medium using three different synthetic routes. In one of them it was possible to obtain a spherical morphology material with BET surface area of 500 m2.g-1 and average pore diameter (BJH) of 4 nm. The characterization by small angle X-ray scattering (SAXS) showed a hexagonal ordering of the pores. A material with the same morphology was obtained employing commercial sodium silicate instead of the ash. The synthetized materials have potential for many applications, including packaging of liquid chromatography columns, encapsulation of drugs with controlled release, catalysis and support for deposition of materials.

O primeiro passo para entender as funções da microbiota do trato digestivo na biologia dos insetos consiste na identificação dos membros destas comunidades. Neste trabalho, as bactérias presentes no mesêntero de lagartas da broca da cana-de-açúcar, Diatraea saccharalis e da lagarta-do-cartucho-do-milho, Spodoptera frugiperda, provenientes de diferentes localidades, espécies ou variedades de plantas hospedeiras, foram identificadas por isolamentos em meio de cultura TSA (Triptona de Soja Agar) e por técnicas moleculares que independem do cultivo dos microrganismos. As lagartas de D. saccharalis foram coletadas em nove variedades de cana-deaçúcar nos municípios paulistas de Bocaina, Tanabi e Luís Antônio. S. frugiperda foram coletadas diretamente no campo em milho em Piracicaba-SP e populações de campo e de laboratório foram também alimentadas com dieta artificial, milho, algodão, sorgo e arroz. Foram utilizadas 90 lagartas de D. saccharalis e 40 de S. frugiperda sendo a microbiota de cada lagarta avaliada individualmente. As bactérias isoladas foram testadas quanto à capacidade de degradação de celulose, hemicelulose, lignina e bagaço de cana. A caracterização molecular foi realizada por DGGE (Gel de eletroforese em gradiente desnaturante) usando-se a região 16S do RNA ribossômico amplificado de DNA metagenômico extraído do mesêntero de 57 lagartas de D. saccharalis e 26 de S. frugiperda. Posteriormente, 6 destas amostras de DNA metagenômico de cada uma das espécies de insetos foram clonadas e as 12 bibliotecas de clones foram sequenciadas. A comunidade de bactérias cultiváveis das duas espécies de insetos é composta por representantes dos filos Firmicutes, Proteobacteria e Actinobacteria. A afiliação filogenética das seqüências das bibliotecas de clones de rRNA 16S revelou a ocorrência, além destes filos, de Bacteroidetes em D. saccharalis e Bacteroidetes e Acidobacteria em S. frugiperda. Somente bactérias isoladas de D. saccharalis apresentaram resposta positiva nos testes de degradação in vitro para celulose, hemicelulose, lignina e bagaço de cana. A capacidade destes microrganismos de degradar celulose foi maior do que hemicelulose e poucos produziram enzimas para degradar lignina. Somente duas bactérias apresentaram resposta positiva aos testes de degradação para todas estas fontes de carbono. As seqüências de rRNA 16S destas se agrupam com representantes de Phyllobacterium trifolii e Bacillus subtilis. O maior número de sequências de bactérias cultiváveis pertence aos gêneros Bacillus (26,4 e 32.4% em D. saccharalis e S. frugiperda, respectivamente), Enterococcus (12,1 e 13%) e Microbacterium (18 e 12%). As análises das seqüências obtidas do DNA metagenômico revelaram que Klebsiella esteve presente em todas as amostras analisadas de D. saccharalis. As comunidades de bactérias em S. frugiperda apresentaram maior variação em função do alimento. Entretanto, Ralstonia e Hydrogenophilus estiveram presentes na maioria das lagartas. As variações das estruturas das comunidades bacterianas de S. frugiperda e de D. saccharalis estão diretamente relacionadas com a origem das populações e o tipo de alimentação dos insetos. A presença constante de algumas bactérias na maioria dos insetos indica que estas possam ser indispensáveis, exercendo alguma função vital para o inseto ou que apresentam alguma relação vantajosa para o hospedeiro. / The identification of members of the microbe communities is the first step to understand their roles on insect biology. We have characterized the midgut bacterial community of fifth ínstar caterpillars of sugarcane borer, Diatraea saccharalis, and of fall armyworm, Spodoptera frugiperda, through isolation on tryptic soy agar medium and through culture-independent molecular techniques. D. saccharalis caterpillars were collected on nine sugarcane varieties in Bocaina, Tanabi and Luís Antônio cities in São Paulo State. S. frugiperda were collected directly from corn fields in Piracicaba-SP and field and laboratory populations were reared on artificial diet, corn, cotton, sorghum and rice. Ninety D. saccharalis caterpillars and 40 S. frugiperda caterpillars were used. The microbiota community of each caterpillar was evaluated individually. The ability of bacterial isolates to degrade cellulose, hemicellulose, lignin and sugarcane bagasse was assessed. The molecular analyses were based on Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) of 16S ribosomal RNA sequences amplified from metagenomic DNA extracted from 57 individual midgut of D. saccharalis and 26 from S. frugiperda. Latter, 6 of these metagenomic DNA of each insect species were cloned and the 12 clone libraries were sequenced. The cultivable bacterial community of these two insect species is composed by representatives of the phyla Firmicutes, Proteobacteria and Actinobacteria. The phylotypes from the clone libraries of 16S rRNA were comprised by Bacteroidetes in D. saccharalis and Bacteroidetes and Acidobacteria in S. frugiperda, besides the three phyla found by culturing. Only bacteria isolated from D. saccharalis had ability to degrade cellulose, hemicelluloses, lignin and sugarcane bagasse in the in vitro tests. The ability to degrade cellulose was more common than the ability to degrade hemicelullose and just a few isolates had the ability to degrade lignin. The only two bacteria presenting a positive response to degradation of all carbon sources were clustered with Phyllobacterium trifolii and Bacillus subtilis. The greatest number of cultivable bacteria sequences belongs to genera Bacillus (26.4 and 32.4%, in D. saccharalis and S. frugiperda, respectively), Enterococcus (12.1 and 13%) and Microbacterium (18 and 12%). Sequence analysis from metagenomic DNA revealed the genera Klebsiella in all samples from D. saccharalis. Bacterial community varied according to S. frugiperda host plant; however, both Ralstonia and Hydrogenophilus genera were present in the digestive tracts of insects from most host plants. Community structure variation of S. frugiperda and D. saccharalis is related directly to insect population origin and type of insect food source. The constant presence of some bacteria in the majority of insects indicates that those microorganisms might either be indispensable, playing a vital role to the insect, or have some symbiotic or commensal relation with the insect.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grasielli Orso Graebin.pdf: 4087959 bytes, checksum: aec4bf3fcd0a76a2390801b14ddefce0 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The growth of the sugarcane sector has enhanced the generation of large amounts of waste such as bagasse from sugar cane, a fact that has encouraged the search for new alternatives of it's use. This study aimed to kiln drying and convective dryer bagasse sugarcane and its application in the removal of metal nickel. Fluorescence spectra of X- rays detected the presence of C, O and Si in the biosorbents, and a fibrous structure and apparently fragmented. Thermal analysis has demonstrated that the bagasse has thermal stability up to 80 °C and four stages of weight loss and decomposition of its components. The point of zero charge was 5,38. The ash content of 4,4%. The kiln drying showed the best results obtained by the experimental desing 22 with 4 center points were showed the temperature of 80 °C as more suitable for balancing the end of the drying process of sugar cane bagasse in 140 minutes. In convective drying the best results were at a temperature of 80 °C and the drying air speed of 2,0 m s-1 reaching the equilibrium moisture content (Xe) in 85±8,66 minutes. Page's model represented better the kinetics, with R2 of 0,9948. The coefficient of diffusivity and activation energy for the best drying conditions investigated were 1,4340 x 10-12 m2 s-1 and 0,58 kJ mol-1. In the adsorption process optimized variables by Experimental Desing Full 23 values showed the following: pH = 5,0, temperature = 25°C, agitation rate = 75 rpm and adsorbent mass of 0,1 g. The adsorption kinetics of bagasse presented a qeq of 1,43 ± 0,024 mg g-1 in a time of 120 minutes. The sugar cane bagasse being a low cost, renewable and biodegradable agroindustrial by product, proves to be a potential adsorbent for the removal of nickel metal. / O crescimento do setor sucroalcooleiro tem potencializado a geração de grandes quantidades de resíduos como o bagaço de cana-de-açúcar, fato que tem incentivado a pesquisa de novas alternativas para sua aplicação. Este trabalho teve como objetivo a secagem em estufa e em secador convectivo do bagaço de cana-de-açúcar e sua aplicação na remoção do metal níquel. Os espectros de fluorescência de raios-X detectaram a presença de C, O e Si no biossorvente, além de uma estrutura fibrosa e fragmentada aparentemente. A análise térmica demonstrou que o bagaço possui estabilidade térmica até 80 °C e quatro estágios de perda de massa e decomposição de seus componentes. O ponto de carga zero (PCZ) do bagaço de cana-de-açúcar foi de 5,38. A secagem em estufa apresentou a temperatura de 80 °C como mais apropriada para estabelecer o equilíbrio ao final do processo de secagem do bagaço de cana em 140 minutos. Na secagem convectiva os melhores resultados obtidos pelo planejamento experimental 22 com 4 pontos centrais foram a temperatura de 80 °C e velocidade do ar de secagem de 2,0 m s-1 atingindo a umidade de equilíbrio (Xe) em 85±8,66 minutos. O modelo de Page representou melhor a cinética de secagem do bagaço de cana com coeficiente de determinação de 0,9948. O coeficiente de difusividade e a energia de ativação para as melhores condições de secagem investigadas foram de 1,4340 x 10-12 m2 s-1 e 0,58 KJ mol-1. No processo de adsorção de níquel as variáveis otimizadas pelo Planejamento Experimental Completo 23 foram pH de 5,0, temperatura de 25 °C e velocidade de agitação de 150 rpm. A cinética de adsorção do níquel pelo bagaço de cana foi de 1,43 ± 0,024 meq g-1 para um tempo de equilíbrio de 120 minutos. O bagaço de cana-de-açúcar por ser um subproduto agroindustrial de baixo custo, renovável e biodegradável, demonstra ser um adsorvente potencial para a remoção do metal níquel.

A conversão de biomassa vegetal em produtos químicos e energia é essencial a fim de sustentar o nosso modo de vida atual. O bagaço de cana-de-açúcar, matériaprima disponível em abundância no Brasil, poderá tanto ajudar a suprir a crescente demanda pelo etanol combustível como ser empregado para obtenção de produtos de valor agregado, tais como xilitol, além de trazer vantagens econômicas para o setor sucroalcooleiro. O xilitol, um poliol com poder adoçante semelhante ao da sacarose e com propriedades peculiares, como metabolismo independente de insulina, anticariogenicidade e aplicações na área clínica, no tratamento de osteoporose e de doenças respiratórias, é obtido em escala comercial por catálise química de materiais lignocelulósicos. A produção biotecnológica de xilitol como alternativa ao processo químico vem sendo pesquisada e os resultados revelam que a presença de compostos tóxicos nos hidrolisados hemicelulósicos resultantes do processo de hidrólise ácida contribui para sua baixa fermentabilidade. Isto se deve à inibição do metabolismo microbiano causada principalmente por compostos tais como ácidos orgânicos, fenólicos e íons metálicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito de diferentes fontes de carbono (xilose, glicose e mistura de xilose e glicose) empregadas no preparo do inóculo de Candida guilliermondii FTI 20037 sobre a bioconversão de xilose em xilitol a partir de fermentações em frascos Erlenmeyer de hidrolisados hemicelulósicos submetidos a procedimentos de destoxificação. A condição de favorecimento deste bioprocesso foi empregada para a avaliação da ampliação de escala em fermentadores de 2,4L para 16L, utilizando como critério de ampliação o KLa (igual a 15h-1). De acordo com os resultados, os máximos valores dos parâmetros fermentativos como fator de conversão de xilose em xilitol e produtividade em xilitol foram alcançados com a utilização de inóculo obtido em xilose durante fermentação do hidrolisado destoxificado por resinas (YP/S = 0,81 g g-1 e QP = 0,60 g L-1 h-1, respectivamente), embora o emprego de carvão ativado tenha gerado valores de rendimento próximos para as diferentes fontes de carbono (YP/S variando de 0,78 a 0,80 g g-1). Considerando o valor de fator de conversão e que o procedimento de destoxificação com carvão ativado é o de menor custo e de mais fácil manipulação em comparação ao processo com resinas, os experimentos de ampliação de escala da produção de xilitol por C. guilliermondii foram realizados nesta condição de destoxificação e empregando-se xilose como fonte de carbono para o inóculo. Nesta etapa ficou evidente a viabilidade de ampliação de escala de produção de xilitol de fermentador de 2,4L para 16L, já que os valores dos parâmetros fermentativos avaliados foram semelhantes entre os fermentadores (valores médios: YP/S ≈ 0,68 g g-1 e QP ≈ 0,28 g L-1 h-1). No entanto, tais valores foram inferiores aos obtidos em frascos Erlenmeyer, possivelmente devido às condições de disponibilidade de oxigênio diferirem nos fermentadores de bancada, uma vez que o oxigênio é o parâmetro mais crítico neste bioprocesso. / The conversion of vegetable biomass into chemicals and energy is essential to sustain our current style of life. Sugarcane bagasse, a raw material abundantly available in Brazil, greatly contributes to the supply of the evergrowing demand for ethanol. Furthermore, biomass can be employed for obtaining value-added products, such as xylitol, as well as bring economical advantages for the sugar-ethanol sector. Xylitol, a polyol with sweetener power similar to that of saccharose and peculiar properties such as insulin-independent metabolism, anticariogenic power, and applications in the clinical area, in the treatment of osteoporosis and respiratory diseases, is obtained on a commercial scale by chemical catalysis of lignocellulosic materials. The biotechnological production of xylitol as an alternative to the chemical process has been researched and the results reveal that the presence of toxic compounds in hemicelllosics hydrolysates resulting from acid hydrolysis process contributes to its low fermentability. Such toxicity could be due to the inhibition of microbial metabolism promoted mainly by compounds such as organic acids, phenols and metallic ions. In the present work, the effect of different carbon sources (xylose, glucose and a mixture of xylose and glucose) used in the inoculum preparation of Candida guilliermondii FTI 20037 for the xylose-to-xylitol bioconversion by fermentation of hemicellulosics hydrolysates submitted to detoxification procedures in Erlenmeyer flasks was evaluated. The best condition for this bioprocess was employed to evaluate the scale up from the 2.4L to 16L fermentors, using KLa (equal to 15h-1) as scale-up criteria. According to the results the highest values of fermentative parameters such as xylitol yield and productivity were achieved with the use of inoculum cultivated on xylose during the fermentation of hydrolysate detoxified with resins (YP/S = 0.81 g g-1 and QP = 0.60 g L-1 h-1, respectively), although with the use of charcoal the yield value was similar (YP/S ranging for 0.78 to 0.80 g g-1), regardless of the carbon source employed. Considering the value of xylitol yield and that detoxification with activated charcoal is less expensive and more easily manipulated when compared to detoxification procedure with resins, the experiments for scale up xylitol production by C. guilliermondii were performed in such detoxification condition with xylose as the carbon source for the inoculum. At this stage it was evident the scale up xylitol production from a fermenter of 2.4L to 16L was feasible, since the values of fermentative parameters evaluated were similar to those of the fermentors (medium values YP/S ≈ 0.68 g g-1 e QP ≈ 0.28 g L-1 h-1). However, these values were lower than those obtained in Erlenmeyer flasks, maybe due to conditions of oxygen availability for they differ from those in fermentors, since oxygen is the most critical parameter in this bioprocess.

O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo gerado no processo de produção de açúcar e álcool pelas usinas. O histórico de uso desse material aponta para a queima visando à produção de vapor e energia para o processo. As necessidades ambientais e econômicas ligadas tanto à emissão de gases estufa quanto as áreas agricultáveis apontam para um melhor aproveitamento desse resíduo que é constituído de cerca de 50% de celulose, 28% de hemiceluloses (também chamadas polioses), 21% de lignina e 1% de inorgânicos. Dentro desse contexto este trabalho visou à utilização da celulose do bagaço para a obtenção de açúcares fermentescíveis para a produção de etanol de 2ª geração. O bagaço foi desmedulado e a fração fibra foi pré-hidrólisada visando eliminar as hemiceluloses. Em seguida a fração fibra pré-hidrolisada foi deslignificada através de polpação soda antraquinona (SAQ). A polpa celulósica da fração fibra do bagaço foi hidrolisada em ácido sulfúrico e ácido clorídrico através do método \"ELA\", extremely low acid. Esse método utiliza ácido mineral muito diluído, altas temperaturas e pressões. As temperaturas de hidrólise utilizadas compreenderam a faixa de 180 a 230°C e as concentrações de ácido sulfúrico e ácido clorídrico utilizadas foram 0,07%, 0,14% e 0,28% e 0,05%, 0,10% e 0,20%, respectivamente. A razão sólido-líquido empregada foi 1:20 (m/v) e os reatores utilizados foram de aço inox 316L. A perda de massa após os experimentos de hidrólise foi quantificada e a composição dos hidrolisados foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Paralelamente um estudo de degradação de glicose em ácido sulfúrico e ácido clorídrico foi conduzido com o objetivo de minimizar a degradação de glicose e conseqüentemente aumentar o seu rendimento. Através desse estudo também foi possível comparar o efeito de cada ácido na cinética de degradação de glicose. A faixa de temperatura utilizada foi de 200 a 220°C e a faixa de concentração de ácido sulfúrico e ácido clorídrico foi a mesma empregada nos estudos de hidrólise ácida. As constantes de velocidade de ordem um obtidas através de regressões lineares dos dados de perda de massa foram utilizadas para calcular a energia de ativação de Arrhenius. As energias de ativação médias obtidas para a reação com H2SO4 e HCl foram 184.9 e 183.5 kJ/mol, respectivamente. O rendimento máximo de glicose para a hidrólise da polpa celulósica em H2SO4 foi 69,8% e em HCl foi 70,2%. As constantes de velocidade de ordem um obtidas através de regressões lineares dos dados de glicose residual para a degradação de glicose também foram utilizadas para calcular a energia de ativação de Arrhenius. As energias de ativação médias para a decomposição de glicose em H2SO4 e HCl foram 124.5 e 142.9 kJ/mol, respectivamente. Através dos estudos realizados foi possível concluir que HCl foi um catalisador mais efetivo que o H2SO4 com base no valor das constantes de velocidade determinadas e nos rendimentos máximos de glicose obtidos. Porém, o HCl é menos vantajoso economicamente que o H2SO4 e os íons cloreto são responsáveis por tornar esse ácido mais corrosivo que o H2SO4. / Sugarcane bagasse is a residue from sugar and alcohol production process. In the industry of sugar and alcohol this residue is burned to produce steam and energy for the process. The environmental and economic needs related to both emission of greenhouse gases and the increase of sugarcane planted area point to be a better utilization of the bagasse. The approximate composition of sugarcane bagasse is 50% cellulose, 28% hemicelluloses, 21% lignin and 1% inorganic compounds. From this view point, this work aimed to use cellulose from sugarcane bagasse to obtain fermentable sugars to produce second generation ethanol. Depithed bagasse was pre-hydrolyzed to remove hemicelluloses. Afterwards, pre-hydrolyzed depithed bagasse was pulped using soda-anthraquinone (SAQ) method to remove lignin. Cellulosic pulp was hydrolyzed employing the ELA conditions. Sulphuric acid and hydrochloric acid were chosen as hydrolysis catalysts. The ELA uses mineral acid in extremely low concentration, high temperatures and pressures. The temperature range chosen for kinetic study was from 180 to 230°C. The H2SO4 concentration was 0.07%, 0.14%, and 0.28% and HCl concentration was 0.05%, 0.10%, and 0.20%. In hydrolysis experiments the solid-liquid ratio employed was 1:20. Reactors resistant to acid corrosion made by 316L-stainless steel were used in the experiments. The weight loss after the hydrolysis experiments was determined and the hydrolysate composition was analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). A study of glucose decomposition in both acid catalysts was also carried out. The aim of this study was to minimize glucose degradation and acquire data to compare the effect of catalyst type on glucose degradation. The temperature range employed was from 200 to 220°C and the catalysts concentration was the same described above. First-order rate constants for hydrolysis of cellulosic pulp were obtained from linear regressions using data from weight loss. These rate constants were also used to calculate Arrhenius activation energy. The average activation energies for H2SO4 and HCl were 184.9 and 183.5 kJ/mol, respectively. The maximum glucose yields obtained in H2SO4 and HCl were 69.8% and 70.2%, respectively. First-order rate constants for glucose decomposition were also obtained from linear regressions and also used to calculate Arrhenius activation energy. The average activation energies for glucose decomposition in H2SO4 and HCl were 124.5 e 142.9 kJ/mol, respectively. From the results of kinetic studies was possible to conclude that HCl was a more efficient catalyst than H2SO4. Moreover, HCl is more expensive than H2SO4 and chloride ions are responsible for making HCl more corrosive than H2SO4.

O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante coproduto obtido a partir da produção convencional de etanol. No entanto, o bagaço vem se mostrando como uma importante fonte para a produção de etanol de segunda geração. No primeiro capítulo da tese é apresentado um estudo referente à distribuição espacial dos compostos na matriz de bagaço de cana-de-açúcar. A investigação foi realizada utilizando microscopia de fluorescência confocal e espectroscopia por excitação com um e dois fótons. Imagens de autofluorescência em combinação com as medidas de fluorescência e tempos de vida forneceram uma gama de informações necessárias para a caracterização de amostras de bagaço. Além disso, a técnica permite o acompanhamento de processos relacionados com a remoção de lignina. A nanocelulose cristalina (NCC) é um material promissor devido as suas propriedades intrínsecas, tais como seu formato alongado, medindo de 1 a 100 nm de diâmetro e seu comprimento variando de algumas dezenas a centenas de nanômetros. No capítulo 2, a nanocelulose cristalina foi obtida através da hidrólise da celulose cristalina (de Avicel®) com ácido sulfúrico. Em seguida, o material foi caracterizado por técnicas de microscopia SEM e TEM, confirmando a morfologia em forma de haste e a estrutura de tamanho nanométrico. A microscopia de campo largo convencional foi utilizada como ferramenta na caracterização da NCC dispersa em soluções poliméricas de PVA e PVP. A última parte do capítulo 2 descreve a caracterização de estruturas de NCC usando a microscopia de super-resolução de fluorescência STED (depleção de emissão estimulada). As imagens mostraram uma resolução de até 50 nm, permitindo a comparação com resultados de TEM e AFM. No capítulo 3, a nanocelulose cristalina foi covalentemente marcada com o corante ATTO-532, através da chamada reação \"click\". As propriedades relacionadas com o coeficiente de difusão da NCC foram determinadas por espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS). Em uma etapa posterior, a NCC foi colocada em diferentes soluções do polímero PEG, contendo quantidades diferentes. As propriedades dinâmicas foram analisadas por métodos de FCS e WFM. O uso de técnicas de espectroscopia e microscopia revelou detalhes relacionados à heterogeneidade das dispersões de NCC, as quais estão relacionadas com as propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas das soluções poliméricas. / The sugarcane bagasse is an abundant co-product obtained from the conventional production of ethanol. However, sugarcane bagasse has been proving to be an important source to the production of second-generation ethanol. In the first chapter, the spatial distribution of compounds in the sugarcane bagasse matrix was investigated by confocal fluorescence microscopy and spectroscopy with one and two-photon excitation. Autofluorescence images in combination to spectral emission and lifetime measurements provided a tool for the characterization of natural bagasse samples. Moreover, the technique allows the following of processes related to the lignin removal. Nanocrystalline cellulose (NCC) is a promisor material because of its properties, such as rod-shape with 1-100 nm in diameter, and tens to hundreds of nanometres in length. In the Chapter 2, NCC was obtained via sulphuric acid hydrolysis from Avicel®. Afterwards, the material was characterized by classic electronic microscopy SEM and TEM, confirming the rod-shaped morphology and the nano-sized structure. Conventional wide field microscopy was used as fluorescence microscopy tool in the characterization of NCC, when dispersed in polymeric solutions of PVA and PVP. The last part of the chapter 2 describes the characterization of NCC structures by using the super-resolution fluorescence microscopy STED (Stimulated Emission Depletion). The STED images showed a resolution down to 50 nm, allowing the comparison with TEM and AFM microscopy results. In the Chapter 3, the NCC was covalently labelled, by a click-chemistry reaction, with the ATTO-532 dye. Properties related to diffusion coefficient of NCC were determined by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) method. Afterwards, NCC was placed into a solution of PEG, containing different amounts polymer. The dynamic properties were evaluated by FCS and WFM methods. The use of spectroscopy and microscopy imaging techniques revealed heterogeneity details of NCC dispersions, which are related to the hydrophilic and hydrophobic properties of the polymer solution. A better understanding of polymer systems is achieved by investigation of diffusion properties, that allows the comprehension of rheological parameters, and, consequently, in polymer processing and assembly of plastics, films, and fibres. In the Chapter 4 is presented a study where fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and wide-field fluorescence microscopy (WFM) were used to follow changes in the diffusion coefficients of growing polymer chains, during the controlled radical polymerization process. Linear and star-shaped polystyrene were grown via nitroxide-mediated polymerization (NMP) from alkoxyamine-based initiators containing a highly fluorescent perylene diimide moiety. This study demonstrates that direct investigation of heterogeneity emerging during a controlled radical polymerization process by means of fluorescence of single-molecule chain initiator allows unravelling information related to the diffusion processes of the growing polymer chain.

A utilização de fontes renováveis para a produção de biocombustíveis tem sido incentivada no mundo todo. Assim, na proposta de um novo cenário energético mundial, aliado as condições ambientais, surge a necessidade de se procurar outras fontes alternativas de matéria primas renováveis. Neste contexto, o Brasil possui condições especiais, se considerarmos os resíduos lignocelulósicos do setor florestal. Atualmente, o Brasil é o maior produtor mundial de celulose à partir de fibra curta de Eucalyptus spp, com um setor bem desenvolvido e em plena expansão. Toda esta atividade industrial produz anualmente cerca de 2,8 a 5,7 milhões de toneladas resíduos sólidos na forma de casca (principalmente de eucaliptos). Em muitos casos o destino aplicado para essas biomassas é pouco eficiente e representa uma perda significativa do potencial energético, pois estes resíduos lignocelulósicos são passíveis de biotransformação a compostos com elevado valor agregado, tais como os biocombustíveis (etanol). Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial das cascas de eucalipto frente a produção de etanol combustível. Desta maneira, as cascas de 5 clones comerciais (E.urophylla x E. grandis e E. grandis) foram caracterizadas quanto a composição química. As cascas de eucalipto foram submetidas a uma série de pré-tratamentos ácidos e alcalinos, avaliados em planejamento fatorial com o objetivo de recuperar os açúcares potencialmente fermentecíveis. As cascas de eucalipto apresentaram aproximadamente 20% de carboidratos solúveis totais CST (glicose, frutose e sacarose). Os CST foram extraídos com água quente à temperatura de 80oC e em seguida fermentados com leveduras convencionais (Saccharomyces cerevisiae). A produção de etanol por tonelada de casca seca foi de 106 litros (etanol de primeira geração). Após a extração dos CST, as biomassas residuais das cascas de eucalipto foram submetidas a uma série de pré-tratamentos. O pré-tratamento alcalino (NaOH) apresentou uma eficiência enzimática de conversão da glicose de aproximadamente 30% após 24 horas de incubação. Com os resultados obtidos da hidrólise enzimática, estima-se que possam ser produzidos mais 94 litros de etanol por tonelada de casca livre de extrativos (etanol celulósico). / The use of no fossil source for biofuels production has been stimuled in the all world. Proposing a new global scenario related to the energy matrix, together with the environmental conditions, there is the need to search alternative renewable raw materials. In this context, Brazil presents special conditions, considering the lignocellulosic residues from the forestry industry. Nowadays, Brazil is the largest cellulose short fiber producer from Eucalyptus spp, having a strong sector in expansion. This industrial activity produces in average 2,8 to 5,7 million tons of solid waste in the form of bark (mostly from eucalyptus). Usually, the destiny of this biomass is inefficient and represents a significant loss of the energetic potential, since these lignocellulosic residues can suffer biotransformation and produce high value components, like the biofuels (ethanol). Therewith, the aim of this work was to evaluate the potential of the eucalyptus bark related to ethanol fuel production. In this way, barks from 5 commercial clones (E. urophylla x E. grandis e E. grandis) were characterized due to the chemical composition. Eucalyptus barks were subjected to a series of acid and alkaline pretreatments, evaluated in factorial design aiming to recover potentially fermentable sugars. Eucalyptus bark presented on average 20% of total soluble carbohydrates TSC (glucose, fructose and sucrose). TSC were extracted with hot water (80 °C) and fermented by Saccharomyces cerevisiae. Ethanol production per ton of dry bark was 106 liters (first generation ethanol). After TSC extraction, the residual biomass from eucalyptus bark were subjected to several pretreatments. The alkaline pretreatment (NaOH) presented a high enzymatic efficiency of glucose conversion of approximately 30% after 24 hours of incubation. With the results obtained in enzymatic analysis, is estimated that it can be produced more than 94 liters of ethanol per ton of bark (cellulosic ethanol).

São objetivos deste trabalho: (1) avaliar a produção de celulases pelo fungo termofílico Myceliophthora sp. M77, isolado no âmbito do programa BIOTA-FAPESP, cultivando-o em meios compostos por bagaço de cana-de-açúcar (B) e farelo de trigo (T) ou farelo de soja (S), portanto, cultivos em estado sólido; (2) avaliar a eficácia das enzimas na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar e celulose cristalina. Nos cultivos em frascos Erlenmeyer, o maior valor de concentração de celulases foi obtido em meio SB (10:90) (porcentagem em massa) com 80% de umidade inicial, 10,3 FPU.gms-1 após cinco dias de cultivo, valor este 120% superior ao valor de 4,8 U.gms-1, que foi a maior concentração de celulases registrada no cultivo em meio TB (20:80) com 60% de umidade inicial. O uso de aeração forçada no cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com 80% de umidade inicial, em reator de leito fixo, resultou aumento de 30% na concentração de celulase e na máxima produtividade em relação aos cultivos em frasco Erlenmeyer. Ensaios de hidrólise nas temperaturas de 50°C, 60°C e 70°C foram realizados para determinação da melhor temperatura de ação das celulases produzidas pelo fungo Myceliophthora sp. M77. Utilizou-se extrato obtido a partir do cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com umidade inicial de 60% a 45°C por 3 dias. Após 48h de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a conversão de celulose a glicose foi de 15% para T=50°C, 8% para T=60°C e 1,5% para T=70°C. Os resultados indicam que pode ocorrer desnaturação térmica a 60°C e 70°C para períodos superiores a 6 h e 2 h de hidrólise, respectivamente. Ensaios de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a 50°C, com adição de 10 FPU.gms-1 de celulases produzidas por Myceliopthora sp. M77 em meio SB (10:90) resultaram conversão de celulose a glicose 50% maior do que para o ensaio de hidrólise nas mesmas condições com enzimas produzidas em meio TB (40:60), indicando que a composição dos extratos enzimáticos produzidos em meio TB e SB são diferentes. A concentração inicial de glicose de 1 g.L-1 no extrato produzido em meio TB pode ter inibido a ação da enzima b-glicosidade. Já os extratos produzidos em meio SB apresentaram concentrações de glicose inicial inferiores a 0,15 g.L-1. Ensaios de hidrólise com enzimas aderidas ao meio de cultura sólido foram realizados com a finalidade de avaliar essa metodologia em comparação à hidrólise usual com enzimas extraídas do meio. Após 48 h, as conversões de celulose a glicose das hidrólises de celulose cristalina ou bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão à vapor com enzimas aderidas ao meio de cultura foram ou superiores ou iguais àquelas obtidas nas hidrólises com enzimas extraídas do meio de cultura. Esse resultado mostra que existe a possibilidade de aplicação direta da enzima não extraída do meio de cultura sólido, com consequente redução do custo do processo de hidrólise do material celulósico para liberação de açúcares fermentescíveis. / The objectives of this study are: (1) to evaluate the production of cellulases by a thermophilic fungus, Myceliophthora sp. M77, isolated by the BIOTA-FAPESP program. The microorganism was cultivated in media composed by sugarcane bagasse (B) and wheat bran (T) or soybean meal (S), thus, solid state cultivation; (2) to evaluate the effectiveness of these enzymes in the hydrolysis of sugarcane bagasse and crystalline cellulose. The highest cellulases concentration in Erlenmeyer flasks cultures was achieved in medium SB (10:90) (w/w) with initial moisture of 80%, 10.3 FPU.gdm-1 after five days of cultivation, a value 120% higher than 4.8 U.gdm-1, which was the highest recorded cellulases concentration in culture using TB (20:80) with 60% of initial moisture. Applying forced aeration in the cultivation of Myceliophthora sp. M77 in medium SB (10:90) with 80% initial moisture, in fixed bed reactor, cellulases concentration and maximum productivity raised 30% relative to cultivation in Erlenmeyer flask. Hydrolysis assays at temperatures of 50°C, 60°C and 70°C were performed to evaluate the optimal temperature for application of cellulases produced by the fungus Myceliophthora sp. M77, since it is a thermophilic fungus. It was used the enzymatic extract produced from cultures in medium SB (10:90) with 60% initial moisture, at 50°C, for three days. After 48 h of hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion, the conversion of cellulose to glucose was 15% for T = 50 ° C, 8% for T = 60 ° C and 1.5% T = 70 ° C. These results indicated that thermal denaturation may occur in hydrolysis at 60°C and 70°C for periods longer of 6 h and 2 h, respectively. Hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion at 50°C with addition of 10 FPU.gdm-1 of cellulases produced by Myceliopthora sp. M77 in medium TB (40:60), resulted in conversion of cellulose to glucose 50% lower than hydrolysis with enzymes produced in medium SB (10:90), under the same conditions, indicating that the composition of enzyme extracts produced in TB and SB medium are different. The initial glucose concentration of 1 g.L-1 in the enzyme extract produced in TB medium can inhibit the action of the enzyme b-glucosidade. On the other hand, initial glucose concentration in the extract produced in medium SB was lower than 0.15 g.L-1. Hydrolysis using enzymes adhered to the solid culture medium were performed in order to compare this method to the usual hydrolysis with enzymes extracted from the medium. After 48 h, the cellulose conversion to glucose in the hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion or crystalline cellulose were either greater than or equal to those obtained by hydrolysis with enzymes extracted from the culture medium. This result shows that there is the possibility of direct application of the enzyme still adhered to the solid culture medium, with consequent reduction of the process cost of cellulosic materials hydrolysis to release fermentable sugars.

A geração de energia elétrica a partir de bagaço de cana-de-açúcar representa 6,97% da capacidade total instalada no Brasil, equivalendo a terceira maior fonte de geração de energia brasileira, atrás da geração hídrica (61,17%) e gás natural (8,50%), segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2016b). O bagaço de cana-de-açúcar tem se tornado um grande ativo das usinas sucroalcooleiras por sua capacidade de transformação energética através da queima em caldeiras, produzindo vapor para o processo produtivo e alimentando processos térmicos para geração de energia elétrica. Assim, cada vez mais buscam-se alternativas de eficiência produtiva, de maneira a economizar bagaço visando prolongar o período de geração na entressafra, quando não há produção de cana-de-açúcar. O objetivo da presente pesquisa é avaliar e redução de consumo de bagaço a partir da inserção de sistemas heliotérmicos (CSP em inglês Concentration Solar Power) de torre em usinas sucroalcooleiras. Para tanto simulou-se no software SAM® um sistema de geração de energia solar heliotérmica de torre, tomando como base dados de geração de energia em um ano típico de uma usina sucroalcooleira do interior do estado de São Paulo, paralelamente com os dados de radiação solar da mesma região onde a usina está instalada. Através da simulação da integração das tecnologias e geração de energia advinda do sistema solar projetado, analisou-se o potencial de redução do consumo de bagaço de cana durante o período estudado. / The generation of electric from sugarcane bagasse represents 6.97% of the total capacity installed in Brazil, accounting for the third largest source of Brazilian energy generation, behind hidraulic generation (61.17%) and gas (8.50%), according to the National Electric Energy Agency (ANEEL, 2016). Sugarcane bagasse has become a major asset of sugarcane mills due to its capacity for energy transformation through burning in boilers, producing steam for the production process and fueling thermal processes for the generation of electric energy. Thus, more and more alternatives are sought for productive efficiency, in order to save bagasse to prolong the generation period in the off season, when there is no sugar cane production. The goal of the present research is to evaluate and reduce bagasse consumption from the insertion of tower solarization (CSP) in sugarcane plants. In order to do so, a solar heliothermic solar tower generation system was simulated in the SAM software, based on data from the generation of energy in a typical year of a sugar-alcohol plant in the interior of the state of São Paulo, in parallel with the radiation data in the same region where the plant is installed. Through the simulation of the integration of the technologies and generation of energy coming from the projected solar system, was calculated the potential of reducing the consumption of sugarcane bagasse during the studied period was analyzed.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a fermentabilidade do hidrolisado enzimático do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino, visando a produção de etanol por leveduras. Inicialmente, o bagaço de cana foi pré-tratado com sulfito alcalino para remover parcialmente a lignina e alterar a estrutura da celulose e hemicelulose. Os efeitos deste pré-tratamento foram avaliados em termos da composição química dos materiais obtidos: um material lavado (BPL) e outro não lavado (BPNL) após tratamento. A digestibilidade enzimática dos materiais obtidos foi testada empregando dois extratos enzimáticos comercias e 3 cargas de enzimas, de acordo com um planejamento experimental 22. A partir destes resultados foi selecionado o extrato Cellubrix suplementado com ?-glicosidase na carga de 18 FPU/g de biomassa, e nesta condição os rendimentos de conversão de celulose e xilana foram cerca de 70% e 65%, respectivamente. Os hidrolisados enzimáticos do BPL e BPNL porém suplementados com nutrientes (2,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4, 0,3 g/L de MgSO4.7H2O, 5,0 g/L de extrato de levedura), e avaliados quanto a produção de etanol por K. marxianus Y-6860 a 40°C. Os resultados mostraram que a levedura produziu etanol apenas a partir de glicose, e os parâmetros fermentativos obtidos com o hidrolisado BPNL QP = 3,7 g/L.h e YP/S = 0,40 g/g foram 20 e 5%, respectivamente superior ao BPL. O hidrolisado enzimático do BPNL foi então selecionado, para avaliar o efeito da suplementação nutricional nos parâmetros fermentativos da levedura K. marxianus Y-6860, em três temperaturas diferentes (30, 35 e 40°C) de acordo com um planejamento experimental 22. Para efeito de comparação, foi também avaliada a fermentabilidade do hidrolisado BPNL pelas leveduras S. cerevisiae PE-2 e S. stipitis Y-7124. Os resultados mostraram que para as três leveduras estudadas, os valores dos parâmetros fermentativos, foram favorecidos a 30 °C na presença nutrientes. Nesta condição, as leveduras apresentaram valores de YP/S similares (~ 0,48 g/g), em quanto que o QP foi de 3,25; 2,17 e 0,95 g/L.h para K. marxianus, S. cerevisiae e S. stipitis, respectivamente. Ressalta-se ainda que nesta condição, a S. stipitis Y-7124 foi a única levedura, capaz de consumir completamente ambos os açúcares (glicose + xilose) e produzir uma concentração de etanol 46% maior comparado as outras leveduras. Foi avaliado também a fermentabilidade das três leveduras no hidrolisado enzimático BPNL com alta concentração de glicose (100 g/L), nas condições anteriormente selecionadas. Os resultados mostraram que, as três leveduras apresentaram potencial para produção de etanol a partir da glicose, com uma eficiência de conversão de etanol superior a 70%, no entanto deveriam se implementar estratégias para estimular o consumo de xilose. Com os resultados do presente trabalho se pode concluir que o hidrolisado enzimático do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino suplementado com nutrientes, é um meio com grande potencial para a produção de etanol com características favoráveis para ser eficientemente fermentado por diferentes espécies de leveduras. / The present work had the objective to evaluate the fermentability of the enzymatic hydrolyzate of sugar cane bagasse pre-treated with alkali sulfite process, aiming the ethanol production by yeasts. Initially, sugarcane bagasse was pretreated with alkaline sulfite process to remove lignin partially. The effects of this pre-treatment, were evaluated in the chemical composition of the materials: one material washed after treatment (WB) and another unwashed material (UWB). The enzymatic digestibility of the obtained materials was tested using two commercial enzymatic extracts and three enzyme loads according to an experimental design 22. From these results, the Cellubrix extract supplemented with ?-glucosidase, was selected in the load of 18 FPU/g of biomass, in this condition the cellulose and xylan conversion yields were about 70% and 65%, respectively. The enzymatic hydrolysates of WB and UWB supplemented with nutrients (2,0 g/L (NH4)2 SO4, 1,0 g/L KH2 PO4, 0,3 g/L MgSO4 .7H2O, 5,0 g/L yeast extract), were evaluated for ethanol production by K. marxianus Y-6860 at 40°C. The results showed that the yeast produced ethanol only from glucose, and the fermentative parameters obtained with the UWB hydrolyzate QP= 3,7 g/L.h and YP/S= 0,40 g/g, were 20 and 5% respectively higher to WB. The UWB hydrolyzate, was selected to evaluate the effect of nutritional supplementation, in the fermentative parameters of K. marxianus, at three different temperatures (30, 35 and 40°C) according to an experimental design 22. For comparison, were also evaluated fermentability of S. cerevisiae PE-2 and S. stipitis Y-7124 in the hydrolyzate. In the three yeasts, the results showed that the values of the fermentative parameters, are favored when the hydrolyzate is supplemented with nutrients to 30°C. In this condition , yeasts showed similar YP/S value (~0,48 g/g), whereas the QP was of 3,25; 2,17 and 0,95 g/L.h for K. marxianus, S. cerevisiae and S. stipitis, respectively. It is also worth noting that in this condition S. stipitis was the only yeast able to completely consume both sugars (glucose+xylose) and produce a concentration of ethanol of 46% higher than other yeasts. In the previously selected condition, the fermentability of the hydrolyzate with high glucose concentration (100 g/L) was also evaluated. The results showed that the three yeasts presented potential for the production of ethanol from glucose, with an ethanol efficiency of over 70%, however strategies should be implemented to stimulate the consumption of xylose. With the results of the present work it can be concluded that the enzymatic hydrolyzate of sugar cane bagasse pretreated with alkaline sulfite process supplemented with nutrients is a medium with great potential for the production of ethanol with characteristics favorable to be efficiently fermented by different species of yeasts.