Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice husk is a subproduct of the food industry, rich in carbohydrates, which can be partially fractionated and converted into fermentable sugars. In this work, it was investigated the best conditions for the conversion of the residual biomass, rice husks, into succinic acid, an important start molecule for the synthesis of the chemo-pharmaceutical industry. With the goal of the separation of lignin and transformation of cellulose and hemicellulose into sugars, the rice husks were submitted, initially, to acid hydrolysis, in autoclave and in pressurized polytetrafluoroethylene reactor. The hydrolysis conditions were optimized by factorial design for the pressurized acid hydrolysis; temperature, time and acid catalyst concentration (HCl or H2SO4) were evaluated. For the acid hydrolysis in autoclave, it was optimized the ratio rice husks mass: acid volume, time and concentration of HCl or H2SO4. It was observed that the sugar production by using autoclave was lower than by the pressurized hydrolysis system, needing further concentration of the hydrolysate for the subsequent fermentation step. The best results were obtained with the polytetrafluoroethylene reactor, by 59 bar, with HCl 0,26 mol L-1, at 175°C and reaction time of 46 min, yielding 19.0 g L- 1 of glucose and 3.01 g L- 1 of xylose. The efficiency of different detoxification methods of the hydrolyzed rice husk were evaluated; the combined method of pH adjustment plus adsorption on active carbon was the most effective by eliminating inhibitors, without appreciable reduction of the sugar concentration. The detoxified hydrolysate was sterilized and adjusted at pH 7 and fermented with A. succinogenes at 37 ° C, in anaerobic medium, occurring the conversion of the two main monosaccharides, glucose and xylose, into succinic acid. The nutrient concentration and the agitation rate of the medium were also optimized by factorial design. As a result, after 54 h of static fermentation, the hydrolysate was supplemented with 8.40 g L-1 yeast extract and 1.40 g L -1 of NaHCO3, to yield 59.9% succinic acid. Almost all of the sugar at this time was consumed and converted to succinic acid; at the same time, acetic and formic acid are formed, but, in low concentrations related to the production of succinic acid, not compromising the yield of the process. For the succinic acid extraction and purification, the fermentate was submitted to the solid phase extraction procedure; cartridges with different extraction phases were tested, and among them, the ion exchange one was the only effective, with recoveries up to 96%. After solid phase extraction, the eluted solution, containing 12.05 g L- 1 succcinic acid, was lyophilized, and crystals of succinic acid with 80.7% (m m- 1) were obtained. The raw material used in the bioprocess has no commercial value, representing a zero cost carbon source, which reveals itself adequate to the succinic acid production by fermentation with A. succinogenes, after hydrolysis. The use of the residual rice husk can contribute to the mitigation of the environmental impact resulting from the illegal discharge in the environment. / A casca de arroz é um subproduto da indústria de alimentos, rico em carboidratos, que pode ser fracionada e, parcialmente, convertida em açúcares fermentescíveis. Neste trabalho, investigou-se as melhores condições para a conversão da biomassa residual, casca de arroz, em ácido succínico, importante insumo para a síntese industrial farmoquímica. Com o objetivo de separação da lignina e transformação da celulose e da hemicelulose em açúcares, a casca de arroz foi submetida, inicialmente, à hidrólise ácida em autoclave e em reator de politetrafluoretileno, à pressão. As condições de hidrólise foram otimizadas através de planejamento fatorial, sendo avaliado na hidrólise ácida pressurizada, a influência da temperatura, do tempo e da concentração do catalisador ácido (HCl ou H2SO4); já, na hidrólise em autoclave, otimizou-se a relação massa de casca de arroz : volume de solução ácida, tempo e concentração de HCl ou H2SO4. Observou-se que a produção de açúcares em autoclave é inferior à do sistema de hidrólise à pressão, necessitando, inclusive, concentração do hidrolisado para utilização na etapa fermentativa. Os melhores resultados foram obtidos com o reator de politetrafluoretileno, à pressão de 59 bar, com 0,26 mol L-1 de HCl, temperatura de 175 °C e tempo de reação de 46 min, produzindo-se 19 g L-1 de glicose e 3,01 g L-1 de xilose. Avaliou-se a eficiência de diferentes métodos de destoxificação do hidrolisado de casca de arroz, sendo o método combinado, de ajuste de pH seguido de adsorção em carvão ativado, o mais eficaz na eliminação de inibidores, sem redução apreciável da concentração de açúcares. O hidrolisado destoxificado foi esterilizado, ajustado a pH 7 e fermentado com A. succinogenes, à 37 ºC, em meio anaeróbio, ocorrendo a conversão dos monossacarídeos predominantes, glicose e xilose, em ácido succínico. A concentração dos nutrientes e a velocidade de agitação do meio também foram otimizadas por meio de planejamento fatorial. Após 54 h de fermentação estática do hidrolisado, suplementado com 8,40 g L-1 de extrato de levedura e 1,40 g L-1 de NaHCO3, o rendimento em ácido succínico foi de 59,9%. Praticamente, toda a concentração de açúcar é consumida neste tempo e convertida em ácido succínico; simultaneamente, formam-se ácido acético e fórmico, porém, em baixas concentrações em relação à produção de ácido succínico, não comprometendo o rendimento do processo. Para a extração e purificação do ácido succínico, o fermentado foi submetido ao procedimento de extração em fase sólida; cartuchos com diferentes fases extratoras foram testados, e, dentre eles, somente o de troca iônica se mostrou efetivo, com recuperação de até 96,0%. Após a extração, o eluido da extração em fase sólida, contendo 12,0 g L-1 de ácido succínico foi liofilizado, obtendo-se cristais com pureza de 80,7% (m m-1). A matéria-prima utilizada no bioprocesso, casca de arroz, não tem valor comercial, representando fonte de carbono de custo zero, que se revelou adequada à produção de ácido succínico por meio de fermentação com A. succinogenes, após hidrólise. O aproveitamento da casca de arroz residual pode contribuir para a mitigação do impacto ambiental resultante da disposição ilegal no ambiente.

Abstract Decreasing oil reserves, the need to reduce CO2 emissions and increasing energy demand are issues that are forcing scientists to search for new opportunities in the field of energy. As a result, biofuels have been considered as one possible solution to solve part of these challenges. This research is one small part of that effort. For both human and economic reasons the use of edible raw materials for biofuel production is not sustainable. This study aims to convert forest industry waste, namely fibre sludge, into reducing sugars (glucose). This platform chemical can then be converted to value-added products, biofuels such as ethanol or butanol for example. Depolymerisation of fibre sludge (cellulose) to glucose monomers was performed firstly by pretreatment with ionic liquids [BMIM]Cl and [AMIM]Cl and secondly hydrolysed by acids (dilute maleic and sulphuric acids) and enzymes. To go further with the research the two pretreatment steps, dissolution and hydrolysis were combined into a one-step reaction by using a task-specific ionic liquid [SBMIM]Cl. With the ionic liquid [AMIM]Cl used for pretreatment in this study, we were able to recover 85% of sugars relative to the initial dry mass of the fibre sludge. Corresponding yield was about 30% without pretreatment. The task-specific ionic liquid [SBMIM]Cl was able to dissolve and hydrolyse fibre sludge in a one-step reaction. This ionic liquid was also able to dissolve wet fibre sludge with a moisture content of up to 50%. Enzymatic hydrolysis of [AMIM]Cl pretreated fibre sludge showed also very promising yields of reducing sugars. / Tiivistelmä Biotaloudessa keskeisiä globaaleja haasteita ovat kasvava energiantarve, vähenevät fossiiliset öljyvarannot sekä tarve vähentää energiantuotannon ja liikenteen hiilidioksidipäästöjä, mikä on lisännyt viime vuosina aktiivisuutta biopolttoainetutkimuksen saralla. Biopolttoaineet voidaankin nähdä eräänä mahdollisuutena lisätä uusiutuvien luonnonvarojen käyttöä sekä siten edistää vähähiilistä taloutta. Uusien kestävän kehityksen periaatteita noudattavien energiantuotantomenetelmien kehittämisessä on suosittava biomassoja, jotka eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa samoista raaka-aineista. Tässä suhteessa erityisen keskeisessä asemassa ovat mm. teollisuuden sivutuotteet, joita myös tässä työssä on tutkittu. Väitöskirjatutkimuksessa biomassaraaka-aineena on käytetty selluteollisuuden sivutuotteita, erityisesti kuitulietettä. Kuitulietteessä on korkea selluloosa- ja hemiselluloosapitoisuus, minkä vuoksi se soveltuisi ns. platform-kemikaalien valmistuksen raaka-aineeksi ja edelleen arvokkaiden kemikaalien ja polttoaineiden valmistukseen. Tutkimuksessa tavoitteena on ollut kuitulietteen sisältämien polymeerien liuottaminen ja hydrolyysi pelkistyneiksi sokereiksi, erityisesti glukoosiksi, mahdollisimman korkealla saannolla. Kuitulietteen, kuten yleensäkin selluloosan, haasteena on sen niukkaliukoisuus perinteisiin liuottimiin. Tämän vuoksi kuitulietettä esikäsiteltiin ionisissa liuottimissa ([BMIM]Cl ja [AMIM]Cl), jotta depolymerisaatio glukoosimonomeereiksi olisi mahdollinen korkealla saannolla. Esikäsittelyn jälkeen hydrolyysi tehtiin joko laimealla hapolla tai entsymaattisesti. Esikäsittelyä tutkittiin myös ns. spesifisessä ionisessa liuottimessa ([SBMIM]Cl), jossa kuitulietteen liukeneminen ja hydrolyysi tapahtuivat yhdessä vaiheessa. Esikäsittely [AMIM]Cl:ssa mahdollisti sen, että alkuperäisen kuivan kuitulietteen sokereista saatiin talteen 85 % entsymaattisen hydrolyysin jälkeen. Ilman esikäsittelyä vastaava saanto oli noin 30 %. Ionineste, [SBMIM]Cl, onnistui liuottamaan ja hydrolysoimaan kuitulietteen yhdessä vaiheessa, tosin sokerisaannot jäivät alhaisiksi. Märkä kuituliete, jonka kosteuspitoisuus oli 50 %, liukeni myös tähän ioninesteeseen.

Magister Pharmaceuticae - MPharm

Chemical components in wood contain multiple anionic groups, including carboxyl groups and hydroxyl groups. During kraft cooking and bleaching, such structures are also formed, degraded or modified by the action of reactions both deliberate and unwanted. It has previously been found by Laine that anionic groups with pKa values of 3.3 and 5.5 can explain the observed anionic charge on chemical fibres, corresponding to carboxylic acids on hemicelluloses as well as oxidized lignin structures, respectively. It has further been found that most of the fibre charge can be accounted for through the contribution from methylglucuronic acids as well as hexenuronic acids. This study aimed to provide additional information regarding the charge component unaffiliated with either of the aforementioned uronic acids by studying kraft pulps procured from an industrial kraft mill corresponding to unit operations through a fibreline using the ODHot(EOP)D1D2 bleaching sequence. Each sample had its total charge determined by means of conductometric titration, its content of methylglucuronic acid determined by means of methanolysis followed by GC, and its content of hexenuronic acids determined by means of the HUT-method for the determination of hexenuronic acids, followed by either UV absorbance measurements or calculations based on the reduction in kappa number during the selective acid hydrolysis. The lignin content was determined by means of kappa number analysis as well as by calculations based on the kappa number after selective acid hydrolysis, which was assumed to be characteristic of the kappa number addition from the lignin content of the samples. The hexenuronic acid content was successfully determined according to the HUT-method. A difference in content was observed when results for the unbleached and oxygen delignified samples that was obtained from UV measurements were compared with the observed difference in kappa number prior and after selective acid hydrolysis for said samples. In both cases, the results based on the difference in kappa number was higher. No correlation between remaining charge and lignin content could be made. It was instead observed that individual bleaching steps had binary effects on each of the analysed components of the fibre charge. A significant increase in charge unaffiliated with methylglucuronic acid or hexenuronic acid was observed during the EOP step, indicating an oxidation of chemical structures in the pulp: this effect could not be correlated to lignin content. / Kemisk massa kan ses som ett kompositmaterial bestående av cellulosa, hemicellulosa och lignin. Dessa beståndsdelar, liksom separata lågmolekylära föreningar, innehåller anjoniska kemiska grupper som bidrar till att ge träfibrer en anjonisk laddning. Ytterligare sådana grupper kan bildas under reaktioner vid kokning och blekning, tillika kan sådana grupper modifieras eller brytas ner. Laine har tidigare visat att fiberladdningen kan förklaras genom två skilda kategorier av kemiska grupper med pKa värden på 3,3 samt 5,5, vilka kan kopplas till karboxylsyragrupper på hemicellulosor respektive till lignin. Man har därtill funnit att stora delar av fiberladdningen kan förklaras genom tillskott från de två uronsyrorna metylglukuronsyra och hexenuronsyra. Denna studie syftar till att undersöka det laddningstillskott som inte kan länkas till någon av dessa två uronsyror. Detta har gjorts genom att studera kemiska massor från industrin, tagna från de olika stegen i en bleksekvens av typen ODHot(EOP)D1D2. Massornas totalladdning mättes medelst konduktometrisk titrering, emedan metylglukuronsyrahalten mättes via methanolysis följt av GC och hexenuronsyrahalten mättes via selektiv syrahydrolys per HUT-metoden följt av UV-karakterisering respektive beräkningar baserade på differensen i kappa tal före och efter sagda hydrolys. Ligninhalten i samtliga prov mättes via kappatalsmätningar samt genom beräkningar baserade på kappatalet efter selektiv syrahydrolys, vilket anses vara kappatalsbidraget från ligninföreningarna. Hexenuronsyrahalterna uppmätta medelst UV-karakterisering respektive kappatalsdifferens jämfördes mot varandra och fanns ge olika resultat för de oblekta och syrgasdelignifierade massorna. I bägge fallen gav mätningen baserade på kappatalsdifferens högre utslag. Ingen korrelation mellan kvarvarande laddning - totalladdning minus tillskottet från uronsyrorna - och ligninhalt kunde observeras. Istället observerades binära effekter för varje uppmätt komponent under vardera blekningssteg. Under EOP-steget observerades ett tillskott till den kvarvarande laddningen, vilket skulle kunna förklaras genom oxidation av trästrukturer. Dock kan ej heller detta relateras till ligninhalten i proverna.

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Cellulose nanocrystals (CNCs) are frequently prepared by sulfuric acid hydrolysis of a purified cellulose starting material. CNC yields, however, are generally low, often below 20%. This study employs response surface methodology to optimize the hydrolysis conditions for maximum CNC yield. Two experimental designs were tested and compared: the central composite design (CCD) and the Box–Behnken design (BBD). The three factors for the experimental design were acid concentration, hydrolysis temperature, and hydrolysis time. The responses quantified were CNC yield, sulfate group density, ζ-potential, z-average diameter, and Peak 1 value. The CCD proved suboptimal for this purpose because of the extreme reaction conditions at some of its corners, specifically (1,1,1) and (–1,–1, –1). Both models predicted maximum CNC yields in excess of 65% at similar sulfuric acid concentrations (~59 wt %) and hydrolysis temperatures (~65 °C). With the BBD, the hydrolysis temperature for maximum yield lay slightly outside the design space. All three factors were statistically significant for CNC yield with the CCD, whereas with the BBD, the hydrolysis time in the range 60–150 min was statistically insignificant. With both designs, the sulfate group density was a linear function of the acid concentration and hydrolysis temperature and maximal at the highest acid concentration and hydrolysis temperature of the design space. Both designs showed the hydrolysis time to be statistically insignificant for the ζ-potential of CNCs and yielded potentially data-overfitting regression models. With the BBD, the acid concentration significantly affected both the z-average diameter and Peak 1 value of CNCs. However, whereas the z-average diameter was more strongly affected by the hydrolysis temperature than the hydrolysis time, the Peak 1 value was more strongly affected by the hydrolysis time. The CCD did not yield a valid regression model for the Peak 1 data and a potentially data-overfitting model for the z-average diameter data. A future optimization study should use the BBD but slightly higher hydrolysis temperatures and shorter hydrolysis times than used with the BBD in this study (45–65 °C and 60–150 min, respectively). / Master of Science

Resumo: A banana é a fruta com maior produção mundial, sendo plantada em quase todos os continentes. Devido à grande oferta de banana no mercado, é notável a existência de problemas com a geração de resíduos causados por desperdícios (fruta sobremadura) e material celulósico gerado no cultivar. O presente trabalho tem como objetivo principal a aplicação do processo de secagem para resíduos do cultivar da banana nanica (Mussa spp. Haploide AAB ), visando seu possível aproveitamento na indústria. Resíduos de banana tipo nanica (casca, pedicelo, pedúnculo) e polpa foram caracterizados quimicamente, encontrando valores de cinza, umidade, matéria seca, proteína, lipídeos e carboidratos totais muito próximos à literatura. A relação entre o conteúdo de umidade e a atividade de água proporciona informações uteis para a armazenagem e processamento destes resíduos. Na pesquisa foram determinadas isotermas de desorção para casca, pedicelo e polpa de banana a seis temperaturas (20, 30, 40, 50, 60 e 70°C), na faixa de conteúdo de umidade entre 0,001-6,360 kg·kg -1 e atividades de água entre 0,02-0,907. O modelo teórico de GAB foi empregado para a modelagem das isotermas de desorção. Foi proposta a segunda derivada da solução analítica da equação de Clausius-Clapeyron para calcular o calor isostérico de sorção, a entropia diferencial e, a energia livre de Gibbs, através do modelo de GAB quando o efeito da temperatura em equilíbrio higroscópico é considerado. Experimentos de secagem para casca de banana foram realizados em um secador de leito fixo, a três diferentes velocidades de ar (2.5, 1.5 e 1.0 m·s -1 ), e quatro temperaturas (40, 50, 60 e 70°C). Os modelos de Peleg, Lewis, Henderson-Pabis e difusivo, foram empregados na modelagem das curvas de secagem. Na análise gráfica, encontrou-se que a velocidade de ar não influência no tempo final secagem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Banana is the most produced fruit in the world, being planted in every continent. Due to the large supply bananas in the market, the existence of problems with waste generation caused for overripe fruit and cellulosic material is noteworthy. The objective of this paper is the drying process implementation for banana waste, variety nanica (Mussa spp. Haploid AAB), for a possible application in the industry. Waste (peel, pedicel and peduncle) and pulp of banana nanica were characterized chemically, where values of ash, protein, fat, carbohydrates, and water were quantified, showing similar results with literature. The relationship between moisture content and water activity provides useful information for processing and storage of banana waste. The desorption isotherms of peel, pedicel and pulp of overripe bananas were determined at six different temperatures (20, 30, 40, 50, 60 and 70ºC) over wide ranges of moisture content (0,001-6,360 kg kg-1 d.b.) and water activity (0,02- 0,907). The theoretical model of GAB was used for modeling the desorption isotherms. An analytical solution of the Clausius-Clapeyron equation was proposed to compute the isosteric heat of sorption, the differential entropy, and the Gibbs' free energy, by means of the GAB model when the effect of temperature on hygroscopic equilibrium is considered. Drying kinetics for peel banana in convective hot air forced equipment were determined, at three air velocities (2.5, 1.5 and 1.0 m·s -1 ), and four temperatures (40, 50, 60 and 70 ° C). The models of Peleg, Lewis, Henderson-Pabis, and diffusive were used to the modeling of drying curves. In the graphical analysis, for all experiments, air velocity does not influence in the final time of drying, showed a decreasing rate period of drying. Finally, acid hydrolysis of dry peel banana was performed by using a central composite design experimental with three... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Javier Telis Romero / Coorientador: Vanildo Luiz Del Bianchi / Co-oreintador: Henry Alexander Váquiro Herrera / Banca: Miriam Dupas Hubinger / Banca: José Francisco Lopes Filho / Mestre

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-26T11:28:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Taiana Huslia Gomes Daniel.pdf: 2854921 bytes, checksum: 558ae7bad090562fb907f55b5c80bd02 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-26T11:28:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Taiana Huslia Gomes Daniel.pdf: 2854921 bytes, checksum: 558ae7bad090562fb907f55b5c80bd02 (MD5) Previous issue date: 2018-11-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os nanocristais de amido são partículas de tamanho nanométrico que vêm recebendo atenção por parte dos pesquisadores pois são abundantes, biodegradáveis, não tóxicos e apresentam relativo baixo custo. Essas nanopartículas cristalinas podem ser utilizadas como estabilizantes de emulsões Pickering, sistemas onde o tamanho das partículas é fator primordial para a estabilidade. Entretanto, a forte tendência dessas partículas em formar agregados de tamanho micrométrico limita a aplicação tecnológica. Desta forma, a oxidação química com hipoclorito de sódio pode ser uma alternativa para minimizar esse comportamento indesejado. Os amidos de mandioca e de milho são abundantes e baratos, enquanto o amido de feijão, apesar de ter características tecnológicas interessantes e promissoras, ainda não é extraído comercialmente. O objetivo deste trabalho foi caracterizar nanocristais produzidos a partir de amidos de mandioca, de feijão e de milho, proceder a oxidação dos nanocristais e utilizá-los como estabilizadores de emulsões Pickering. Os nanocristais foram obtidos por hidrólise com ácido sulfúrico e oxidados com hipoclorito de sódio. As emulsões foram preparadas utilizando-se óleo de soja e água. O amido de feijão foi o mais resistente à hidrólise, seguido dos amidos de milho e de mandioca. Em ambas as fontes botânicas a hidrólise ácida diminuiu consideravelmente o conteúdo de amilose nas nanopartículas. A oxidação aumentou o potencial zeta de todos os nanocristais, além de diminuir a polidispersividade. Por meio da espectroscopia na região do infravermelho médio detectou-se um pico a 1735 cm-1 característico dos grupos carboxilas livres (forma ácida – COOH), típico de amidos oxidados. Os amidos de mandioca e de milho apresentaram padrão cristalino tipo A, assim como seus nanocristais. Contudo, foi observado no feijão padrão cristalino tipo C - A, que permaneceu no nanocristal; por meio da oxidação, entretanto, o padrão foi alterado para o tipo A. Após a hidrólise, a cristalinidade relativa aumentou para todas as amostras, porém com a oxidação a mesma diminuiu, exceto para o amido de feijão que resultou em efeito contrário. As amostras oxidadas apresentaram maior estabilidade coloidal, quando comparadas com as não oxidadas. Os nanocristais não apresentaram pico endotérmico detectável pela análise de DSC (Calorimetria Exploratória Diferencial). Na análise de microscopia os nanocristais exibiram formas redondas ou ovais, independentemente da origem do amido, mesmo após terem sido submetidos à oxidação. Em geral a oxidação dos nanocristais melhorou o índice de emulsão das amostras, independente da fonte botânica de origem, além disso o índice foi maior para as amostras com maior proporção de óleo em relação com as com maior fração de água. Contudo o aumento da fase oleosa aumentou o diâmetro médio das gotículas. O valor de PDI variou de 1,6, para emulsão com proporções de água e óleo 1:1 estabilizada com 5% nanocristal de mandioca oxidado, até 3,5, para emulsão com proporção de água e óleo 1:3 estabilizada com 1% de nanocristal de feijão oxidado. / The nanocrystals of starch are particles of nanometric size that have been studied, since they are abundant, biodegradable, non-toxic and with relative low cost. However, the tendency to form micrometricsize aggregates limits the technological application; therefore, chemical oxidation with sodium hypochlorite may be an alternative for limiting such unwanted behavior. These nanocrystals can be used as stabilizers for Pickering emulsions, systems where particle size is a prime factor for stability. Cassava and maize starches are abundant and cheap, while bean starch, although an interesting and promising technological product, is not yet commercially available. The present work had as objective the production and characterization of nanocrystals from cassava, bean and corn starches, following chemical oxidation of the nanocrystals and using them as emulsion stabilizers. The nanocrystals were obtained by hydrolysis with sulfuric acid and oxidized with sodium hypochlorite. The emulsions were prepared using soybean oil and water. Bean starch was less susceptible to hydrolysis, followed by maize and cassava starches. In both botanical sources the acid hydrolysis greatly reduced the amylose content in the nanoparticles. Oxidation increased the zeta potential of all the nanocrystals, besides the value of polydispersity decreased. A peak at 1,735 cm-1 was detected by means of mid-infrared spectroscopy, which is characteristic of the free carboxyl group (acid form - COOH), expected on oxidized starches. Cassava and corn starches have Atype crystallinity pattern, as their nanocrystals. For bean starch, the original C-Atype crystallinity pattern remained for the non-oxidized nanocrystals but changed for A-type after oxidation. After hydrolysis, the relative crystallinity increased for nanocrystals, but decreased after oxidation. The exception was for bean starch that resulted in oxidized nanocrystals with higher relative crystallinity. Oxidized samples are considered as colloidal when compared to non-oxidized ones. Nanocrystals did not show detectable endothermic peak on DSC (differential scanning calorimetry) analysis. The microscopic analysis of the nanocrystals showed round or oval particles, independently of the botanical source and of oxidation treatment. In general, the oxidation of nanocrystals improved their emulsification index. The emulsification index was higher for the emulsions with larger amounts of oil, even though the average diameter of the droplets increased in this situation. The polydispersity index ranged from 1.6 for 1: 1 (water to oil ratio), stabilized with 5% oxidized cassava nanocrystal, up to 3.5 for 1: 3 (water to oil ratio), stabilized with 1% of oxidized bean nanocrystal.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Lignocellulosic agroindustrial wastes, such as rice husks (RH), are abundant, low cost, renewable sources, available to biotransformation in value-added products. Thus, the main objective of this study was to investigate the use of RH with the purpose of its biotransformation in lactic acid (LacA) starting from hydrolysates of this residual biomass. At the same time, aiming to contribute to the mitigation of the growing environmental concern about the illegal disposal of this waste in the State of Rio Grande do Sul the biggest Brazilian rice producer. For this, a central composite rotational design (CCRD) of the hydrolysis experiments of RH in pressurized conversion system with diluted HCl and H2SO4, revealed that experiments conducted at 175 °C, for 46 min, with acid concentrations of 2.2% v v-1, generate the highest glucose contents. For hydrolysis involving HCl, 17.8 g glucose L-1, with an yield of 106.6 mg glucose g-1 RH; for hydrolysis with H2SO4, 14.1 g glucose L-1, with an yield of 84.5 mg glucose g-1 RH. Previous fermentative experiments were carried out with the aim to select resilient and efficient micro-organisms for the LacA production and, also, to evaluate the need of supplementation of the RH hydrolyzate with specific nutrients. L. rhamnosus, in this study, was the most suitable bacteria for the lactic fermentation, among all the Lactobacillus tested, being able to to produce 5.6 g LacA L-1, with a yield of 33.8 mg LacA g-1 RH (hydrolysed with HCl, without nutrient addition, 96 h fermentation). The acid hydrolysis, in this particular case, was carried out at 160 °C, for 70 min, using 4.0% HCl v v-1, generating 14.7 g glucose L-1. The lactic fermentation via CCRD was batch conducted in 4 mL vials, at 37 °C, pH 6.0, using L. casei subsp. rhamnosus ATCC 10863, specialized in catabolization of both hexoses and pentoses (except arabinose). Experiments with RH hydrolysates containing nutrients added produced up to 18.8 g LacA L-1 (maximum yield of 997,1 mg LacA g-1 sugars) in substrate hydrolyzed with HCl, after 52 h fermentation; and 14.6 g LacA L-1 (maximum yield of 999.8 mg LacA g-1 sugars) in substrate hydrolyzed with H2SO4, after 24 h fermentation. Therefore, in this study, the choices of most influence in the LacA production were fermentation with sulfuric acid and employment of L. rhamnosus. / Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz (CA), são fontes renováveis, abundantes e de baixo custo, disponíveis para a biotransformação em produtos com valor agregado. O principal objetivo deste trabalho foi investigar o aproveitamento da CA com vistas à sua biotransformação em ácido láctico (ALac), partindo-se de hidrolisados desta biomassa residual. Ao mesmo tempo, objetivou-se contribuir para a mitigação do crescente problema ambiental decorrente da disposição irregular deste resíduo no estado do Rio Grande do Sul, maior produtor brasileiro. Para tanto, o delineamento composto central rotacional (DCCR) do planejamento experimental da hidrólise ácida da CA em sistema de conversão à pressão, com HCl e H2SO4 diluídos, revelou que, experimentos conduzidos a 175 °C, por 46 min, com concentração de 2,2% (v v-1) de ácido, produziram os teores máximos de glicose. Para hidrólises envolvendo HCl, teor de 17,8 g de glicose L-1, com rendimento de 106,6 mg de glicose g-1 CA; para hidrólises com H2SO4, teor de 14,1 g de glicose L-1, com rendimento de 84,5 mg de glicose g-1 CA. Ensaios fermentativos prévios foram feitos com o intuito de selecionar micro-organismos resilientes e eficientes para a produção de ALac e, também, para avaliar a necessidade de suplementação do hidrolisado da CA com nutrientes específicos. L. rhamnosus, neste trabalho, foi a bactéria mais apropriada à fermentação láctica, dentre os Lactobacillus testados, sendo capaz de produzir 5,6 g ALac L-1, com rendimento de 33,8 mg ALac g-1 CA (hidrolisado com HCl, sem adição de nutrientes, 96 h de fermentação). A hidrólise ácida, neste caso específico, foi feita a 160 °C, por 70 min, com 4,0% HCl v v-1, gerando 14,7 g L-1 de glicose. A fermentação láctica via DCCR foi conduzida em vials de 4 mL, em batelada, a 37 °C, pH 6,0, empregando-se L. casei subsp. rhamnosus ATCC 10863, cepa especializada em catabolização de hexoses e pentoses (exceto arabinose). Experimentos com hidrolisados da CA adicionados de nutrientes produziram até 18,8 g ALac L-1 (rendimento máximo de 997,1 mg ALac g-1 açúcares) em substrato hidrolisado com HCl, após 52 h de fermentação; e 14,6 g ALac L-1 (rendimento máximo de 999,8 mg ALac g-1 açúcares) em substrato hidrolisado com H2SO4, após 24 h de fermentação. Portanto, neste trabalho, as escolhas de maior influência na produção de ALac foram a fermentação com hidrolisado sulfúrico e emprego de L. rhamnosus.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-12T16:36:39Z No. of bitstreams: 1 EZENILDO EMANUEL DA SILVA - TESE PPGEP 2012..pdf: 30485368 bytes, checksum: 31916cc22870963431b5d12069422e9a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-12T16:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EZENILDO EMANUEL DA SILVA - TESE PPGEP 2012..pdf: 30485368 bytes, checksum: 31916cc22870963431b5d12069422e9a (MD5) Previous issue date: 2012-06 / Atualmente, as pesquisas sobre os biocombustíveis de 2a geração, neste caso o etanol celulósico proveniente da biomassa tem-se apontado como o foco de diversas pesquisas no Brasil e no mundo. O etanol celulósico, normalmente, é produzido pela fermentação dos açúcares fermentecíveis obtidos por meio do processo de hidrólise ácida ou enzimática de materiais lignocelulósicos. Como matéria-prima para este processo químico, diversas biomassas encontram-se disponíveis, contudo, faz-se necessário a utilização de culturas que apresentem elevado teor de celulose, tenham baixo custo e que possam ser convertidos em açúcares fermentescíveis para posterior fermentação alcoólica. A utilização do bagaço do pedúnculo de caju para a produção de bioetanol visa o aproveitamento de uma cultura regional que apresenta cerca de 85% de desperdício. Devido a estrutura complexa desse material faz-se necessário submetê-lo à pré-tratamentos físicos e/ou químicos antes do processo de hidrólise para produção de etanol. O pré-tratamento visa à remoção da lignina e da hemicelulose, reduzindo a cristalinidade da celulose e aumentando a porosidade dos materiais para facilitar o processo de hidrólise, que pode gerar compostos tóxicos para o processo de fermentação alccolica, como furfural, hidroximetilfurfural (HMF) e ácido acético. Objetivou-se com este trabalho estudar a pré-hidrólise e hidrólise ácida da matéria-prima lignocelulósica bagaço do pedúnculo do caju {Anarcadium occidentale L.), remoção dos compostos tóxicos do licor hidrolisado usando a lignina residual como adsorvente, fermentação alcoólica dos licores para a produção de bioetanol de 2a geração com dois tipos de leveduras e estimativa da produção desse álcool a partir da matéria-prima em estudo. O bagaço de caju, com base na sua caracterização química e físico-química apresentou-se como uma fonte promissora de celulose, para a hidrólise ácida, visando a obtenção de bioetanol. No processo de pré-hidrólise, os resultados obtidos sugerem que as melhores concentrações de glicose, xilose e arabinose, são obtidos a 120 °C, concentração de ácido de 5% e razão mássica de bagaço de 1:6, sendo este processo eficaz na remoção da hemicelulose principalmente na extração da arabinose, e a temperatura a variável de maior influência na extração dessas pentoses. Para a hidrólise ácida o experimento realizado com as condições: temperatura de 200 °C, concentração de ácido igual a 6% e razão de 1:6, apresentou a combinação da maior concentração de açúcares com a mínima concentração de compostos tóxicos. Para o estudo de adsorção (destoxificação) dos congêneres furfural, hidroximetilfurfural (HMF) e ácido acético pela lignina residual do processo de hidrólise, teve o pH como a variável de maior influência visando a remoção desses compostos no licor. O estudo da fermentação alcoólica dos licores hidrolisados com os dois tipos de leveduras, apresentou-se a linhagem de Saccharomyces cerevisiae comercial com maior eficiência fermentativa em qualquer dos processos fermentativos estudados (3 tratamentos). O rendimento e a eficiência do processo de obtenção de etanol celulósico a partir do processamento do bagaço do pedúnculo do caju, o máximos obtido foi respectivamente de 0,445 g de etanol/g de bagaço e 87,\% para o licor hidrolisado com a adição do suco de caju. / At present, researches about the second generation biofuels; in this case, the cellulosic ethanol extracted from biomass, has been appointed as the focus of several studies in Brazil and all over the world. The cellulosic ethanol is generally produced by fermentation of fermentable sugars that are obtained using the process of acid or enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. As raw material for this chemical process, several biomass are available, however, it is necessary to use cultures that have high cellulose content, low cost and it could be converted into fermentable sugars. The use of the cashew bagasse for the production of bioethanol allows the use of a regional culture that has about 85% of waste. Due to the complex structure of this material, it is necessary to submit it to the pre-treatment physical and/or chemicals before the process of hydrolysis for ethanol production. Pre-treatment, usually, is used to remove the lignin and hemicellulose, reduce cellulose crystallinity and increase the porosity of the materials. The objective of this work was to study the pre-hydrolysis and acid hydrolysis of lignocellulosic raw cashew bagasse peduncle (Anarcadium occidentale L.), removal of toxic compounds from the liquor hydrolyzate using the residual lignin as adsorbent, alcoholic fermentation of liquors for the production of second generation bioethanol with two types of yeast and alcohol production estimate this from the raw material under study. The cashew bagasse, based on their chemical characterization and physical chemistry, presented himself as a promising source of cellulose to hydrolysis, in order to produce bioethanol. In the process of pre-hydrolysis, the results obtained suggest that the best concentrations of glucose, xylose and arabinose, are obtained at 120 ° C, acid concentration of 5% and a weight ratio of 1:6 bagasse, this process was effective in the removal of hemicellulose mainly in the extraction of arabinose and the temperature was variable of bigger influence in the extraction of pentose. For the acid hydrolysis done with the following hydrolysis conditions: temperature 200 °C, acid concentration equal to 6% and ratio of 1:6 has the combination of the highest concentration of sugars with a minimum concentration of toxic compounds. In the study by adsorption (detoxification) congeners of furfural, and hydroxymethylfirrfural (HMF) and acetic acid by the residual lignin in the hydrolysis process, it had the pH as the variable of major influence in order to remove the compounds in the liquor. The kinetics study of the alcoholic fermentation of the hydrolyzed liquor to the two types of yeast, the strain of Saccharomyces cerevisiae trade was efficient fermentation than in any of the fermentations studied (three treatments). The yield and efficiency of production of ethanol from cellulosic pulp of processing stalk cashew maximum dry were respectively 0.445 g ethanol/g of pulp and liquor to 87.1% hydrolyzed with the addition of cashew apple juice.