Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice Husks (RH) can be regarded as an abundant lignocellulosic raw material in the Brazilian southern(se for somente regiões do RS, SC e PR fica South region, senão, tá ok) region, renewable and practically without economic added value able to be bioconverted into industrial and pharmochemical products of great interest. The main objective of this dissertation was to search the use of RH for the production of itaconic acid (IA) and, simultaneously, to contribute to the mitigation of a serious environmental problem arising from the improper disposal of the processing residues. For this, RHs were submitted to pressurized acid hydrolysis with diluted HNO3 and H3PO4in accordance with a statistical multivariate planning using Central Composite Rotatable Design (DCCR). The experiments showed that, at 145 °C and reaction time of 28 min, with 3,4% (v v-1) H3PO4, it was produced 44,4 g sugar L-1, by yield of 266,4 mg sugar g-1 RH. By using 3,76% (v v-1) HNO3, the best experimental was 135 ºC and reaction time of 35 min, resulting on a 42,0 g sugar L-1, by yield of 252,0 mg sugar g-1RH. Compared to the results obtained before in our group for chloridric RH hydrolysis, the outcomes of this work were better, considering the concomitant liberation of glucose, xylose and arabinose. However, no additional benefit was found by applying a RH pretreatment with NaOH and NH4OH. Previous fermentative tests were made to find the best conditions for the grown of the Aspergillus terreus (ATCC 7860) fungus in RH hydrolysate, submitting the fermentative process to a central compound experimental design in blocks, evaluating the variables initial pH, temperature, use of yeast extract (YE) and RH origin. 20 mL flasks were used for the batch experiments. The best experiment produced 1,9 g IA L-1, by yield of 132 mg AI g-1 sugars (or 11,4 mg AI g-1 RH), using chloridric hydrolysate (0,8% HCl v v-1), 145 ºC and reation time of 46 min; detoxification with CaO, fermentation medium 50:50 hydrolysate : potato dextrose solution, with 10,0 g YE L-1, initial pH 6,0, 152 h fermentation). The used analytical techniques were HPLC-DAD and -RID, and UV-visible spectrophotometry, including the figures-of-merit and validation of the developed methodologies. It was possible to demonstrate the viability of the production processes of IA from RH, in laboratory scale, contributing to the efforts to the development of the biotechnological research and scientific innovation. / A casca de arroz (CA) pode ser considerada matéria-prima lignocelulósica abundante na região sul-brasileira, renovável e quase sem valor comercial - passível de bioconversão em produtos de grande interesse industrial e farmoquímico. O principal objetivo deste trabalho foi investigar o aproveitamento da CA na produção de ácido itacônico (AI) e, simultaneamente, contribuir para a mitigação de grave problema ambiental oriundo da disposição imprópria deste resíduo de beneficiamento. Para tanto, a CA foi submetida à hidrólise ácida à pressão segundo planejamento estatístico multivariado, usando-se delineamento composto central rotacional (DCCR) para as hidrólises com HNO3 e H3PO4 diluídos. Os experimentos revelaram que, a 145 °C e 28 min de reação, com 3,4% (v v-1) H3PO4, foram produzidos 44,4 g de açúcar L-1, com rendimento de 266,4 mg de açúcar g-1 CA. Empregando-se 3,76% (v v-1) HNO3, a melhor condição experimental foi 135 ºC e 35 min de reação, produzindo-se 42,0 g açúcar L-1, com rendimento de 252,0 mg de açúcar g-1 CA. Comparados a resultados de hidrólises com HCl de trabalhos anteriores desenvolvidos no grupo, os resultados foram superiores, considerando-se a liberação concomitante de glicose, xilose e arabinose. Nenhum benefício adicional foi obtido, porém, com o pré-tratamento da CA com NaOH e NH4OH. Ensaios fermentativos prévios foram feitos com o intuito de encontrar-se as condições mais adequadas ao crescimento do fungo Aspergillus terreus (ATCC 7860) no hidrolisado de CA, submetendo-se o processo fermentativo a planejamento experimental composto central, em blocos, avaliando-se as variáveis pH inicial do meio, temperatura, uso de extrato de levedura (EL) e origem da CA. Utilizaram-se frascos de 20 mL para os experimentos em batelada. O melhor experimento foi aquele que produziu 1,9 g AI L-1, com rendimento de 132 mg AI g-1 açúcares (ou 11,4 mg AI g-1 CA), usando-se hidrolisado clorídrico (0,8% HCl v v-1), temperatura de 145 ºC e 46 min de reação; destoxificação com CaO, meio de fermentação 50:50 hidrolisado : solução de dextrose de batata, com 10,0 g EL-1, pH inicial 6,0, 152 h de fermentação). As técnicas analíticas utilizadas foram HPLC-DAD e -RID, e Espectrofotometria UV-vis, apresentando-se figuras-de-mérito e validação das metodologias desenvolvidas. Foi possível demonstrar a viabilidade do processo de produção de AI a partir da CA, em escala de laboratório, contribuindo-se para o esforço do desenvolvimento da pesquisa biotecnológica e da inovação científica.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice husk is a fairly abundant agro-industrial waste in the state of Rio Grande do Sul, hence the same has been suggested and studied to be used as in lignocellulosic hydrolysis to produce fermentable sugars material. However, processes of hydrolysis in most cases are more expensive and impractical. In this context, this work aimed to study which evaluated acid and enzymatic hydrolysis of rice hulls to obtain fermentable sugars using some alternative technologies such as ultrasound and supercritical CO2 to increase the yields of sugars. In the acid hydrolysis, the yields obtained at optimized conditions were 113.0 and 162.0 g.kg-1 for conventional and ultrasound-assisted hydrolysis, where the yield obtained by ultrasound-assisted hydrolysis was around 43% higher than for the conventional hydrolysis. In the enzymatic hydrolysis, it was evaluated the use of supercritical CO2 as co-solvent and ultrasound-assisted hydrolysis and the results were compared with conventional procedure. Maximum yield of fermentable sugar obtained was about 16 g.kg-1using conventional or ultrasound-assisted hydrolyses. The yield obtained in the hydrolysis using supercritical CO2 as co-solvent was around 4.2 g.kg-1. Enzymatic hydrolysis using conventional procedure showed to be the best alternative to obtain fermentable sugar from rice hulls since the innovative technologies employed did not lead to better results. For acid hydrolysis, it was possible to obtain high yield using less acid and low temperature, in a manner that ultrasound can be used as a device for process intensification. / A casca de arroz é um resíduo agroindustrial bastante abundante no estado do Rio Grande do Sul, deste modo à mesma vem sendo sugerida e estudada para ser usada como material lignocelulósico em hidrólises para a produção de açúcares fermentescíveis. Entretanto, processos de hidrólises na maioria das vezes não possuem um alto rendimento o que torna o processo ainda mais caro e inviável. Dentro desse contexto o presente trabalho teve o intuito de realizar um estudo onde avaliou hidrólise ácida e enzimática da casca de arroz para a obtenção de açúcares fermentescíveis utilizando algumas tecnologias alternativas, como o banho de ultrassom e CO2 supercrítico para aumentar os rendimentos de açúcares. Os ensaios foram realizados em diferentes condições de temperatura, concentrações de ácido e umidade, pressão e concentrações de enzima do meio. Na hidrólise acida convencional obteve-se um rendimento de 113,0 g.kg-1 e na hidrólise ácida assistida por ultrassom o rendimento foi de 162,0 g.kg-1, com base nesses resultados dos rendimentos de açúcares foi possível concluir que o uso do ultrassom intensificou o processo ocorrendo um aumento do rendimento em cerca de 43% quando comparado com o rendimento de açúcares fermentescíveis da hidrólise convencional. Já na hidrólise enzimática utilizando o CO2 Supercrítico o rendimento foi de 4.2 g.kg-1 enquanto que o rendimento da hidrólise enzimática convencional e assistida por ultrassom foi de 16 g.kg-1, neste caso o uso do CO2 supercrítico não foi uma alternativa promissora, uma vez que a mesma causou uma desnaturação das enzimas causando uma diminuição na eficiência do processo.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-12-18T14:58:25Z No. of bitstreams: 1 Dissertação realmente corrigida.pdf: 2600370 bytes, checksum: f6dfd5312d899b3cc7513282683ff5be (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T14:58:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação realmente corrigida.pdf: 2600370 bytes, checksum: f6dfd5312d899b3cc7513282683ff5be (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / Pode-se considerar a química das águas naturais dividida em duas categorias de reações mais comuns: as reações ácido-base e as de oxidação-redução. Os fenômenos ácidobase e de solubilidade controlam o pH e as concentrações de íons inorgânicos, resultando em composição química variada de acordo com as condições bioclimáticas. A origem da acidez de uma água natural pode estar relacionada à geoquímica e ao aporte de matéria orgânica e nutrientes, fenômeno frequente em ambientes que apresentam drenagem sob turfeira. As turfeiras são ambientes especiais para estudos relacionados com a dinâmica da matéria orgânica, elas contribuem para o sequestro global de carbono, além de funcionarem como reservatórios de água. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi analisar a correlação da matéria orgânica e da interação água-rocha com a acidez observada na nascente do rio Campo Belo, situada à 2419 m de altitude, no Maciço do Itatiaia. Para isso, foram coletadas amostras de água e solo, submetidas à analise dos parâmetros físico-químicos in situ e análise dos íons maiores e elementos traço em laboratório. Os resultados encontrados foram utilizados para a realização da modelagem para especiação de íons em água e tratamento estatístico multivariado, que mostraram que a disponibilidade do alumínio no solo está correlacionada com as variações do pH ao longo do perfil. A liberação do alumínio aumenta a acidez do sistema através da hidrólise ácida da água, o que por sua vez, favorece o aumento da desmineralização e lixiviação de bases, favorecendo a concentração e retenção do alumínio no solo. Embora a matéria orgânica não seja responsável pela acidez, a presença da turfa é fator imprescindível para a manutenção da acidez, pois atua como sequestrador de bases ao formar complexos com as substâncias húmicas, além de exercer papel tamponante no sistema. / The chemistry of natural waters can be divided in two more common reaction categories: acid-base reactions, and oxidation-reduction reactions. Acid-base and solubility phenomena control the pH and the inorganic ions concentrations, which result in diverse chemical composition, according to bioclimatic conditions. Acidity origin of natural waters can be related to its geochemistry and to organic matter and nutrient supplies, which are frequent phenomena in environments that present drainage underneath turf. Turfs are special environments for studies related to organic matter dynamic, they contribute to carbon global sequestration, besides functioning as water reservoirs. In that context, the aim of this work was to analyse the correlation between organic matter and water-rock interaction with the acidity observed at the Campo Belo river spring, located at 2419 m of altitude, at the Itatiaia massif. For that, water and soil samples were collected, and analised in terms of their physical-chemical parameters, in situ, and also analysis of the major ions and trace elements in laboratory. The observed results were used in an ion speciation modeling in water, and multivariate statistical analysis, that showed that the availability of aluminum in the soil is correlated to the pH variations along the soil profile. The liberation of aluminum increases the system acidity through acidic hydrolysis of water, which, in turn, promotes the increase of the demineralization and leaching of basis, favoring the concentration and retention of the aluminum of the soil. Despite the organic matter is not responsible for the acidity, the presence of turf is an indispensable factor for the maintenance of the acidity, since it acts as basis sequestrant as it forms complexes with humic substances, besides playing a role in buffering the system.

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2016-10-10T18:10:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese Vania Zanela Pinto.pdf: 3876720 bytes, checksum: a2458e7baefb3806f5f42a1803a8a8b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-10-11T20:56:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese Vania Zanela Pinto.pdf: 3876720 bytes, checksum: a2458e7baefb3806f5f42a1803a8a8b1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-11T20:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese Vania Zanela Pinto.pdf: 3876720 bytes, checksum: a2458e7baefb3806f5f42a1803a8a8b1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2014-08-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Os amidos mais comumente utilizados industrialmente, são o amido de milho, o de trigo, o de batata e o de mandioca. No entanto, amidos oriundos de fontes não convencionais têm despertado grande interesse de indústrias e cientistas. Isso, associado a possibilidade de expandir e modificar as propriedades do amido por tratamentos físicos, conferem aos amidos de pinhão e de feijão vantagens para o uso na indústria de alimentos. Outra possibilidade para a aplicação de amidos é a utilização destes como matéria-prima alternativa na produção de embalagens e compósitos poliméricos, bem como a produção de nanocristais (SNCs). O estudo foi composto damodificação (pré-tratamentos) e caracterização dos amidos de pinhão e feijão Carioca e subsequente hidrólise dos mesmos para a produção de nanocristais. Os pré-tratamentos com tratamento térmico de baixa umidade (TTBU), annealing (ANN)ultrassom (SNT) e hidrólise enzimática (ENZ) empregados objetivaram diminuir o tempo e/ou aumentar o rendimento de hidrólise, bem como alterar e/ou melhorar as propriedades dos nanocristais a serem produzidos. Os amidos apresentaram alterações nas propriedades de pasta, térmicas e mudança no padrão de difração de raio-X, variando conforme a modificação aplicada. Os nanocristais foram produzidos através de hidrólise ácida (H2SO4 3,0 M) por 5 e 7 dias à 40°C. O rendimento após a hidrólise variou entre 10,2-14,7 % para o amido de pinhão e 35,2-42,3 % para o amido de feijão o que aumentou a cristalinidade relativa. O TTBU e o SNT aumentam o rendimento dos SNCs mas promovem perdas na cristalinidade relativa dos mesmos, enquanto que, o ANN promove melhor estabilidade térmica dos SNCs. O amido de feijão se mostrou promissor para a produção de SNCs, principalmente pelo elevado rendimentoapós 5 dias de hidrólise com ácido sulfúrico. / The most common industrially used starches come from corn, wheat, potato, and cassava. Nevertheless, starches from non-conventional botanical origins are receiving more attention of industries and researchers. Associated with this interest, the possibility of expand and modify the starch properties through physical modifications provide for pinhão and Carioca beans advantages in food industry purposes. The use of theses starches as an alternative to raw materials derived from petroleum for packaging and polymer composites is another possible application. Also included in this possibility, there is the production of starch nanoparticles and nanocrystals (SNCs). This study consisted in modifications (pretreatment), characterization and subsequent hydrolysis of pinhão and Carioca bean starches to produce starch nanocrystals. The starch pretreatments of heat-moisture-treatment (HMT), annealing (ANN), sonication (SNT) and mild enzymatic hydrolysis (ENZ) were used to improve the starch nanocrystals characteristics, as well as decrease the acid hydrolysis time and/or increase the hydrolysis final yield. The pretreatments changed the paste, thermal, and crystallinity properties of the starches, which changed according to the modification applied (HTM, ANN, SNT and ENZ). The SNCs were made by 3 M H2SO4 at 5 and 7 days at 40°C and obtained from the resulted removal of the amorphous lamella from the starch granules, what increased the relative crystallinity. The achieved hydrolysis yields were between 10.2 to 14.7% for pinhão starch and 35.2 to 42.3% for Carioca bean. HMT and SNT pretreatments increased the SNCs yield, but they promote a decrease on the SNCs relative crystallinity, whereas the ANN promotes a better thermal stability, mainly due to the high yield after 5 days of sulfuric acid hydrolysis.