CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The use of alternative energy sources is a of the major current priorities, that appears to circumvent the serious problems caused by technological development. Accordingly, biodiesel arises as an alternative fuel to petroleum. However, high biodiesel production generates a large quantity of glycerin (10 wt%) which is considered an unwanted byproduct. To increase the market values of the biodiesel byproduct, it is necessary to convert glycerin into other chemicals, such as in lactic acid, which is becoming increasingly important due to their promising polymers applications - eg.: poly(lactic acid) (PLA) - as an alternative to replace petrochemical plastics. In the present study the hydrothermal process was used for lactic acid production, replacing the fermentation process that is currently used to obtain this product. For hydrothermal conversion of glycerol into lactic acid by homogeneous catalysis, NaOH and KOH catalysts were used. And for hydrothermal glycerol lactic acid by heterogeneous catalysis, Cu/SiO2 catalyst was used. Initial glycerol concentration (0.51-17.1 M), temperature (160-280 ÂC), pressure (2-43 bar), water/glycerol volumetric ratio (0.8 to 31), catalyst/glycerol molar ratio (0.01 to 1.02) and total reaction time (3-4 hours) were the variables studied with temperature and water/glycerol volumetric ratio having the major influence. In addition, a first-order kinetic model for glycerol concentration versus time was developed and verified experimentally under conditions with different temperatures. Comparing the results obtained from hydrothermal conversion by homogeneous and heterogeneous catalysis, it was observed that KOH was catalyst with the best performance. The highest yield obtained was 87.5% at 220 ÂC and 28.8 bar, after 3 h, from a solution water/glycerol volumetric ratio equal to 0.8 and KOH/glycerol molar ratio equal to 0.03. From this result, hydrothermal process can be seen as a promising method to add value to glycerol. / A utilizaÃÃo de fontes alternativas de energia à uma das grandes prioridades atuais, que surge para contornar os graves problemas ocasionados pelo desenvolvimento tecnolÃgico. Neste sentido, o biodiesel surge como um combustÃvel alternativo ao petrÃleo. No entanto, a elevada produÃÃo de biodiesel gera uma grande quantidade de glicerina (10% em massa) que à considerada um coproduto. Para aumentar o valor de mercado da glicerina, faz-se necessÃrio convertÃ-la em outros produtos quÃmicos, como por exemplo, em Ãcido lÃtico, que està se tornando cada vez mais importante, devido a aplicaÃÃes promissoras de seus polÃmeros â ex.: poli(Ãcido lÃtico) (PLA) â como uma alternativa para substituir os plÃsticos petroquÃmicos. O presente estudo teve como objetivo utilizar o processo hidrotÃrmico para a produÃÃo de Ãcido lÃtico, em substituiÃÃo ao processo fermentativo que Ã, atualmente, utilizado para a obtenÃÃo deste produto. Para conversÃo hidrotÃrmica do glicerol em Ãcido lÃtico, via catÃlise homogÃnea, NaOH e KOH foram os catalisadores utilizados. E para a conversÃo hidrotÃrmica do glicerol em Ãcido lÃtico, via catÃlise heterogÃnea, Cu/SiO2 foi o catalisador usado. ConcentraÃÃo inicial de glicerol (0,51-17,1 M), temperatura (160-280 ÂC), pressÃo (2-43 bar), razÃo volumÃtrica de Ãgua/glicerol (0,8-31), razÃo molar catalisador/glicerol (0,01-1,02) e tempo total de reaÃÃo (3-4 horas) foram as variÃveis estudadas. A temperatura e a razÃo volumÃtrica de Ãgua/glicerol foram as variÃveis de maior influÃncia. AlÃm disso, um modelo cinÃtico de primeira ordem para determinaÃÃo da concentraÃÃo de glicerol em funÃÃo do tempo foi desenvolvido e verificado experimentalmente em diferentes temperaturas. Comparando os resultados obtidos a partir das conversÃes hidrotÃrmicas, via catÃlise homogÃnea e heterogÃnea, foi possÃvel observar que o KOH foi o catalisador com o melhor desempenho. O maior rendimento obtido foi de 87,5%, a 220 ÂC e a 28,8 bar, em um tempo total de reaÃÃo de 3 h, a partir de uma soluÃÃo de razÃo volumÃtrica Ãgua/glicerina igual a 0,8 e razÃo molar KOH/glicerol igual a 0,03. A partir deste resultado, processo hidrotÃrmico pode ser visto como sendo um processo promissor para agregar valor ao glicerol.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O atual cenÃrio de recursos limitados de combustÃveis fÃsseis, o aumento da demanda por energia e o aquecimento global tem levado a um aumento expressivo na produÃÃo de biocombustÃveis na Ãltima dÃcada. O biodiesel emergiu como uma alternativa econÃmica e ambientalmente viÃvel para reduzir as emissÃes de gases responsÃveis pelo efeito estufa e a dependÃncia de combustÃveis derivados de petrÃleo. O glicerol à o principal subproduto da indÃstria de biodiesel e à tambÃm uma matÃria-prima muito versÃtil, podendo ser utilizado na produÃÃo de produtos quÃmicos, polÃmeros e combustÃveis. Recentemente vÃrios autores tÃm relatado a conversÃo de glicerol em Ãcido lÃtico, um importante composto com ampla aplicaÃÃo na indÃstria quÃmica, farmacÃutica e alimentÃcia. Um dos processos de destaque à a sÃntese hidrotÃrmica alcalina, que à vantajosa por permitir utilizar o glicerol contendo Ãgua originado na produÃÃo de biodiesel, mas que requer altas temperaturas que, aliadas Ãs condiÃÃes alcalinas em que a reaÃÃo acontece, podem provocar severa corrosÃo nos equipamentos. Neste trabalho foi possÃvel sintetizar e caracterizar um catalisador de palÃdio suportado em carbono ativado (Pd/C) e verificar sua influÃncia na conversÃo de glicerol em Ãcido lÃtico em condiÃÃes hidrotÃrmicas alcalinas. AtravÃs de uma tÃcnica de deposiÃÃo foi possÃvel obter um catalisador com teor mÃdio de 2,52% em massa do metal, presente como espÃcies catiÃnicas (Pd2+) e metÃlicas (Pd0). Este catalisador foi testado em reator de batelada, partindo-se de uma soluÃÃo 0,5 M de glicerol e 0,55 M de NaOH (razÃo molar NaOH:glicerol de 1,1) e carga de catalisador de 0,5 g/100 mL de soluÃÃo, nas temperaturas de 200 ÂC e 230ÂC. A conversÃo de glicerol, a seletividade a Ãcido lÃtico e o rendimento de Ãcido lÃtico foram monitorados durante 240 minutos de reaÃÃo. O melhor desempenho ocorreu na temperatura de 230 ÂC e 180 minutos de reaÃÃo. Nestas condiÃÃes foi possÃvel obter 95,9% de conversÃo de glicerol e 52,3% de seletividade a Ãcido lÃtico, resultando em um rendimento em Ãcido lÃtico de 50,1%. AlÃm disso, o catalisador apresentou estabilidade diante das condiÃÃes de reaÃÃo empregadas, sendo reutilizado por cinco ciclos de reaÃÃo sem perda significativa de atividade ou seletividade. / The current scenario of limited resources of fossil fuels, increased energy demand and global warming has led to a significant increase in biofuel production in the last decade. Biodiesel has emerged as an economic and environmentally viable alternative to reduce emissions of greenhouse gases and dependence on petroleum-based fuels. Glycerol is the main by-product of the biodiesel industry and also is a very versatile raw material, being used in the production of chemicals, fuels and polymers. Recently several authors have reported the conversion of glycerol into lactic acid, an important compound with wide application in the chemical, pharmaceutical and food industry. One of the prominent process is the alkaline hydrothermal synthesis, which is advantageous for allowing the use of glycerol containing water originated from biodiesel process, but requires high temperatures which, combined with the alkaline reaction conditions, can cause severe corrosion in equipment. In this study it was synthesized and characterized a palladium catalyst supported on activated carbon (Pd/C) and evaluated its influence in the conversion of glycerol to lactic acid. Using a deposition technique it was possible to obtain a catalyst with an average metallic content of 2.52%, present as cationic (Pd2+) and metallic (Pd0) species. This catalyst was evaluated in a batch reactor, operating with a 0.5 M glycerol and 0.55 M NaOH solution (NaOH:glycerol mole ratio of 1.1), catalyst loading of 0.5 g per 100 mL solution, at temperatures of 200ÂC and 230ÂC. The glycerol conversion, the selectivity to lactic acid and lactic acid yield were monitored for 240 minutes of reaction. The best performance was obtained at 230 ÂC and 180 minutes of reaction time. Under these conditions it was possible to obtain 95.9% conversion of glycerol and 52.3% selectivity to lactic acid, resulting in a lactic acid yield of 50.1%. Furthermore, the catalyst showed excellent stability in the reaction conditions employed in this study, being reused for five reaction cycles without significant loss of activity or selectivity.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O Ãcido lÃtico à um composto com diversas aplicaÃÃes industriais, dos quais as indÃstrias quÃmica, farmacÃutica, de alimentos, de polÃmeros, tÃxtil e de curtume podem ser citadas alÃm de ser reconhecido como seguro pela Food and Drug Administration (FDA). Tem se tornado um importante monÃmero na indÃstria de plÃsticos, sendo polimerizado em plÃstico biodegradÃvel. Pode ser obtido industrialmente atravÃs de sÃntese quÃmica ou processo fermentativo. No entanto, à mais comumente produzido via processo fermentativo atravÃs de matÃrias-primas renovÃveis e resÃduos da agroindÃstria. O pedÃnculo do caju possui um alto valor nutricional em termos de vitaminas, sais minerais e aÃÃcares e estima-se que 88% de sua produÃÃo seja perdida devido sua alta perecibilidade sendo, portanto, um substrato em potencial para processos fermentativos. O objetivo deste trabalho foi a otimizaÃÃo da produÃÃo de Ãcido lÃtico via fermentaÃÃo submersa em meio contendo suco de caju clarificado como substrato utilizando o Lactobacillus casei NRRL B-442. A partir de dados experimentais sobre temperatura, pH, concentraÃÃes de substrato e sulfato de amÃnia inicial, foi realizado um estudo cinÃtico variando concentraÃÃes de substrato inicial de 20 a 60 g/L e mantendo a proporÃÃo ideal de 12% de sulfato de amÃnio em relaÃÃo aos aÃÃcares redutores totais iniciais. Os ensaios foram realizados em reator batelada CSTR de 1,0 L com 0,5 L de meio reacional. A temperatura foi de 37ÂC e o pH foi ajustado para 6,5 sendo controlado durante o processo. A partir dos dados experimentais, um modelo fenomenolÃgico foi desenvolvido e um programa computacional foi criado utilizando Linguagem Fortran 90. O modelo foi validado estatisticamente segundo o valor de F de Fisher. Com o modelo representativo do sistema, foi possÃvel realizar otimizaÃÃes em batelada e batelada alimentada para a fermentaÃÃo lÃtica. Os processos em batelada e batelada alimentada foram comparados entre si levando em consideraÃÃo a eficiÃncia final, a produÃÃo de Ãcido lÃtico e os custos com matÃria-prima e reagentes utilizados comparando com os custos de venda final do Ãcido lÃtico no mercado. Para a otimizaÃÃo em batelada, pÃde-se verificar que a fermentaÃÃo que apresentou melhores resultados foi a que partiu de um inÃculo com 0,3 g/L e concentraÃÃo de aÃÃcares redutores totais iniciais de 50 g/L finalizando o processo com 39,31 g/L de Ãcido lÃtico e apresentando uma eficiÃncia de 72,2%. Em relaÃÃo ao processo em batelada alimentada, conclui-se que a simulaÃÃo que apresentou melhores resultados foi a que partiu de um inÃculo de 0,3 g/L com 40 g/L de aÃÃcares redutores totais iniciais, uma vazÃo de 3 L/h e uma concentraÃÃo de suco de caju clarificado concentrado alimentado de 200 g/L obtendo 38,0 g/L de Ãcido lÃtico e uma eficiÃncia de 63,8%. Portanto, para a fermentaÃÃo lÃtica utilizando o Lactobacillus casei NRRL B-442 tendo o suco e caju clarificado como substrato, o processo em batelada foi o mais vantajoso / Lactic acid is a compound that has several industrial applications in the chemical, pharmaceutical, food, polymer, textile and tanning industries. In addition, lactic acid has being recognized as safe by the Food and Drug Administration (FDA). Lactic acid has become an important monomer in the plastic industry where it has been polymerized into biodegradable plastics. It can be obtained industrially by chemical synthesis or fermentation process. It is most commonly produced by fermentation process using raw materials and waste materials of agricultural source. Cashew apple has a high nutritional value in terms of vitamins, minerals and sugars and it is estimated that 88% of its production is lost due the high spoilage, thus it has great potential as substrate in fermentative processes. This work aimed to optimize lactic acid production by submerged fermentation in a medium containing clarified cashew apple juice as substrate using the Lactobacillus casei NRRL B-442. From available information in the literature regarding temperature, pH, initial concentrations of substrate and initial ammonium sulfate, a kinetic study was carried out changing the initial concentration of substrate from 20 to 60 g/L and maintaining the ideal ratio of 12% of ammonium sulfate in relation of the initial total reducing sugars. The experiments were carried out in a batch reactor of 1.0 L with 0.5 L of reaction medium. The temperature was set at 37 ÂC and the pH was adjusted to 6.5 and controlled during the process. From the experimental data, a phenomenological model was developed and a computer program was built in Fortran 90. The mathematical model was statistically validated according to the F value of the Fisher test. With the representative model of the reaction system, it was possible to accomplish optimizations in batch and fed-batch fermentation for lactic acid production. The results in batch and fed-batch were compared, in relation to the final efficiency of the system, lactic acid production and costs of raw materials and reagents, with the costs of the final price of the lactic acid in the market. For the optimization in batch reaction, it was found that the fermentation which had the best results was obtained from an inoculum of 0.3 g/L and a initial concentration of total reducing sugars of 50 g/L, resulting in the production of 39.31 g/L of lactic acid and an efficiency of 72.2%. Regarding the fed-batch process, the simulations showed that the best results was obtained from an inoculum of 0.3 g/L with 40 g/L of initial total reducing sugars, with a feed of clarified cashew apple juice at flow rate of 3 L/h and a concentration of 200 g/L, resulting in the production of 38.0 g/L of lactic acid concentration and an efficiency of 63.8%. Therefore, for lactic fermentation using Lactobacillus casei NRRL B-442 and the clarified cashew juice as substrate and the conditions studied in this work, the process in batch was the most advantageous