Orientador: Márcia Justino Rossini Mutton / Coorientador: Miguel Angelo Mutton / Banca: Raúl Andres Martinez Uribe / Banca: Leonardo Lucas Madaleno / Resumo: Em meio a diferentes matérias-primas renováveis disponíveis para a produção de etanol, o sorgo sacarino (Sorghum bicolor (L.) Moench) é uma das culturas mais promissoras devido ao grande acúmulo de açúcares presente em seus colmos e à sua ampla adaptabilidade em diferentes climas e solos. A viabilidade de seu uso em larga escala para a produção de etanol depende de práticas que otimizem o seu rendimento energético. Neste trabalho foram avaliados efeitos do desponte prévio a emergência das panículas e das épocas de colheita do sorgo sacarino na qualidade tecnológica dos colmos. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, com parcelas sub-subdividas e quatro repetições, em que os tratamentos primários corresponderam às cultivares de sorgo sacarino (CV147, CV198 e BRS508), os secundários, ao manejo dos colmos (com desponte prévio à emergência das panículas e colmos integrais, sem desponte) e os terciários às épocas de colheita (102 "fase de grão leitoso" e 116 "fase de grão pastoso" dias após semeadura). A qualidade dos colmos foi avaliada por meio da determinação dos seguintes parâmetros: Teor de sólidos solúveis (Brix), pH, Acidez, Açúcares Redutores (AR), Açúcares Redutores Totais (ART), Amido e Compostos Fenólicos. No processo fermentantivo foi utilizada a levedura PE-2 e avaliados a viabilidade celular, viabilidade de brotos e índices de brotamento. As enzimas α-amilase e glucoamilase foram utilizadas no processo de clarificação do caldo e no processo fermentativo, respectivamente. Foram realizadas análises do vinho delevurado (Amido, Acidez Sulfúrica, Glicerol, Teor Alcoólico) e também a eficiência fermentativa e a produtividade. O desponte das panículas promoveu menores teores de amido e de compostos fenólicos no caldo, porém para as outras características o desponte afetou negativamente a qualidade tecnológica do sorgo sacarino. A época de ... / Abstract: Among the different renewable raw materials available for ethanol production, the Sweet sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) is a potential crop to ethanol production, because its large adaptability in different soil and climates. This use viability in industrial scale depends of several practices to optimize its energetic yield. The effects of top removal in the anthesis stage and harvest times on sweet sorghum technological quality were evaluated in this research. The experiment was arranged in a split-split-splot as a completely randomized statistical design, with four replications. Main treatments corresponded to sweet sorghum cultivars (CV147, CV198 and BRS508), secondary were the stalks management (whole and topped stalks) and tertiary were the harvest times (102 "soft grain stage" and 116 "hard grain stage" days after sowing). The quality was evaluated by the parameters: Total Soluble Solids Content (Brix), pH, Acidity, Reducing Sugars (RS), Total Reducing Sugars (TRS), Starch and Phenolic Compounds. In fermentantive process was used PE-2 yeast and was evaluated the cell viability, viability and budding of the yeasts. The α-amylase and glucoamylase were used in the clarification of the broth in the fermentation process, respectively. The delevurado wine analysis (Starch, Acidity sulfuric, Glycerol, Alcohol) and also the fermentation efficiency and productivity. The panicle removed promoted lower starch content, and the phenolic compounds in the juice, but for the other features top removed, affected negatively the technological quality of sweet sorghum.The harvest season, which provided the better raw material of quality for ethanol production, was at 102 days after sowing. The α-amylase and glucoamylase were effective in breaking, converting starch / Mestre

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Mauricio Boscolo / Banca: Edson José Fragiorge / Resumo: Os biocombustíveis têm despertado interesse crescente como alternativa para reduzir o impacto ambiental negativo do uso de combustíveis à base de petróleo, proporcionando ainda maior segurança energética entre os países. Em particular, o etanol celulósico produzido a partir de materiais renováveis lignocelulósicos, entre eles os resíduos agroindustriais, se apresenta como mais competitivo. Neste contexto, o presente trabalho abrange o potencial do uso de resíduos de mandioca (Manihot esculenta Crantz) obtidos durante o processamento de fécula como matéria-prima para a produção de bioetanol. Foram realizados experimentos de hidrólise nas concentrações de 0,5% até 5% de ácido sulfúrico (v/v). Os resultados demonstraram que H2SO4 a 2% durante 10 minutos de reação a 121ºC atingiram a maior liberação de açúcares redutores presentes no resíduo (134,84 g L-1 ). As condições ideais para a fermentação alcóolica utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 foram pH 6,5 e temperatura de 35ºC, frascos mantidos sem agitação e concentração de açúcar redutor inicial de 50g L-1, resultando em 21,23 g L-1 de etanol com uma produtividade de 1,86 g L h -1 e rendimento teórico de 96,5% após 10 horas de fermentação (0,49g/g açúcar fermentescível). Os resultados indicaram que resíduos de mandioca podem servir como um substrato potencial para a produção de etanol, visto que certos parâmetros fermentativos para a otimização do processo foram pesquisados. Assim, este estudo fornece dados práticos sobre as condições mais adequadas para o aproveitamento destes rejeitos industriais visando a geração de energia combustível "limpa", característica invejável e cada vez mais atrativa num mundo onde cresce a preocupação econômica e ambiental / Abstract: Biofuels has increased interest as alternative to reduce the negative environmental impact of petroleum-based fuels use, providing greater energy security among countries. In particular, cellulosic ethanol produced from renewable lignocellulosic materials including agroindustrial wastes presents as most competitive. In this context, this work has focused on the potential use of cassava waste (Manihot esculenta Crantz) obtained from starch processing as raw material for bioethanol production. Hydrolysis experiments were conducted in concentrations from 0.5% to 5% sulfuric acid (v/v). The results showed that 2% H2SO4 for 10 minutes at 121°C reaction reached the highest release of reducing sugars present in the residue (134.84 g L -1 ). The optimal conditions for the alcohol fermentation using Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 strain has pH 6.5, temperature of 35°C, flasks without stirring and initial reducing sugar concentration of 50g L-1, resulting in 21.23 g L-1 ethanol with a productivity of 1.86 g L h -1 and theoretical yield of 96.5% after 10 hours fermentation (0.49 g/g fermentable sugar). These results indicated that cassava residues may serve as potential substrate for ethanol production, since certain fermentation parameters for process optimization were investigated. This study provides practical information on the most suitable conditions for use of these industrial wastes aiming to generate "clean" energy, an enviable and increasingly attractive feature in a world where economic and environmental concerns are growing / Mestre

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Ozair Souza / Banca: Fernanda Maria Pagane Guereschi Ernandes / Resumo: Muitos países estão considerando razoável, e necessário, a curto e médio prazo, um constante investimento no estudo de formas, economicamente viáveis, de obtenção de fontes renováveis de energia, com grande destaque para a produção de etanol. O aproveitamento da matéria vegetal desperta grande interesse dos pesquisadores, cientistas e industriais, devido ao fato da mesma ser encontrada em grandes quantidades em vários tipos de resíduos. Por exemplo, só no Brasil, anualmente, tem-se uma geração de 83.537 toneladas de cascas de banana que poderiam ser transformados em etanol. As bactérias alcoólicas da espécie Zymomonas mobilis apresentam atributos tecnológicos que potencializam o seu emprego na fermentação alcoólica. Entretanto, quando sacarose é empregada na fermentação, o rendimento do etanol diminui devido à formação de subprodutos, como levana. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito da hidrólise ácida e enzimática de cascas de banana e das condições de fermentação para a produção de etanol e levana, pelo micro-organismo Z. mobilis CCT 4494. Foi avaliado o efeito das variações de pH inicial, temperatura, tempo de incubação e concentração do substrato adicionado aos meios de fermentação (meio sintético e meio com hidrolisado de cascas de banana). Aplicou-se a metodologia de superfície de resposta, seguindo um planejamento fatorial do tipo 2 4-1 , de acordo com o modelo proposto por Box e Hunter. As cascas de banana secas, submetidas à hidrólise ácida por 15 min a 120ºC, seguida de hidrólise enzimática realizada por 24 h, pH 5,5 e temperatura de 50ºC, resultaram em maior concentração de açúcares totais (72,8 mg/mL). A síntese de levana e etanol foi proporcional ao aumento da concentração de açucares totais presente nos meios fermentativos, favorecendo a produção destes... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Many countries are considering reasonable and necessary in a short and medium term, a constant investment in the study of ways, economically viable, to obtain renewable energy sources, most notably for the ethanol production. The use of plant material attracts great interest from researchers, scientists and industrialists due to the fact that it is found in large quantities in various types of waste. For example, only in Brazil, annually, there is a generation of 83.537 tons of banana peels that could be converted into ethanol. The alcoholic bacteria of the species Zymomonas mobilis present technological attributes that enhance their use in alcoholic fermentation. However, when sucrose is used in the fermentation medium, ethanol yield decreases due to the formation of by-products such as levan. The objective of this work was to study the effect of the acid and enzymatic hydrolysis of banana peels and the fermentation conditions for the production of ethanol and levan by Z. mobilis CCT 4494. The effect of pH, temperature, time and substrate concentration added to the fermentation media (synthetic media and media containing banana peels hydrolyzate) was evaluated. The response surface methodology was employed, following a 2 4-1 factorial planning, according to the model proposed by Box and Hunter. The dried banana peels, subjected to acid hydrolysis by 15 min at 120°C and enzymatic hydrolysis performed for 24 h at pH 5.5 and 50°C showed better performance in total sugars (72,8 mg/mL). The synthesis of levan and ethanol was proportional to the increase in the total sugars concentration present in the fermentation media, and the production of these was favored in substrate concentration of 250 g/L. The highest yields of ethanol in the synthetic medium (90,2 mg/mL) and in the medium with banana peel... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O esgotamento das fontes de combustíveis fósseis e questões ambientais têm gerado grandes preocupações para a sociedade, e alternativas sustentáveis e eficientes para solucionar e trazer inovações na produção de biocombustíveis estão cada vez mais próximas. O uso de biomassa pode ser uma vantajosa opção, mas para isso, é necessária a degradação das moléculas constituintes de sua parede celular a açúcares fermentáveis. A biotecnologia tem melhorado e aumentado as opções para suprir fontes sustentáveis e preservação do meio ambiente. A transformação de biomassa na escala industrial para produção de bioetanol depende da capacidade de otimizar o processo de hidrólise enzimática da celulose utilizando enzimas de complexo celulolítico, principalmente de fontes bacterianas e fungos filamentosos. Dessa forma, estudamos a principal endoglucanase de Xanthomonas campestris pv. Campestris ATCC33913, que foi inicialmente identificada através de zimogramas e espectrometria de massas que mostrou boa cobertura de sequência e purificada utilizando passos de precipitação com sulfato de amônio seguida do uso de uma coluna de exclusão molecular. Esta enzima teve seus parâmetros cinéticos determinados, mostrando-se ativa para diversos substratos testados e também grande estabilidade para variações de pH e temperatura, com condições ótimas de pHótimo = 7.0 e Tótima = 45°C. Além da caracterização enzimática, a posição relativa entre o domínio catalítico e de ligação da celulose (CBM) da Endoglucanase por SAXS também foram determinadas, e ainda, para finalizar os estudos estruturais, a estrutura cristalográfica do domínio catalítico da enzima foi determinada com resolução de 2.8Å, contendo quatro moléculas por unidade assimétrica. / The exhaustion of fossil fuels and the environment issues related have been generated many concerns for the society and searching for sustainable and effective alternative are being done in order to solve and bring innovations for biofuel production. Biomass can be a good alternative, but, for the success, it will be necessary degrading the cellular wall molecules into fermentable sugar. Biotechnology has improved and increased options in order to supply sustainable sources and environment preservation. The biomass transformation for bioethanol production, at the industrial scale, depends on the capacity of optimize the enzymatic hydrolysis of cellulose using enzymes of the cellulolytic complex, mainly produced by bacteria and filamentous fungi. We have studied the main endoglucanase of Xanthomonas campestris pv. Campestris ATCC33913 which has been initially identified by zymograms and mass spectrometry with high coverage sequence, and purified using precipitation with ammonium sulfate followed by size exclusion column. This enzyme had its kinetic parameters determined showing activity for the substrates tested and also has showed stability for pH and temperature changes, with optimal conditions of pHopt = 7.0 and Topt = 45°C. Following this enzymatic characterization, the relative position of the catalytic domain and cellulose binding domain (CBM) was determined by SAXS. In order to complete the structural studies, the crystallographic structure of the catalytic domain has been determined with 2.8Å of resolution, showing four molecules by asymmetric unity.

A celulose é o biopolímero de maior abundância no mundo e tem potencial para se tornar fonte de energia renovável através de sua transformação em açúcares fermentáveis, que por sua vez serão transformados em etanol. A recalcitrância da celulose, principal dificuldade encontrada no processo, pode ser superada com o auxílio de enzimas (celulases). Ao menos três enzimas celulolíticas são necessárias para a degradação total da celulose, incluindo as celobioidrolases, que hidrolisam as ligações glicosídicas das extremidades redutoras e não redutoras da cadeia, as endoglucanases, que clivam a cadeia de celulose amorfa randomicamente, e as beta-glicosidases, que produzem glicose através dos celo-oligômeros. Mas para que esse processo se torne financeiramente viável é necessário conhecer o funcionamento, otimizar a atividade e aumentar a produção dessas celulases. Com o intuito de avançar na compreensão da função e estrutura dessas enzimas, o presente trabalho teve como objetivo o estudo estrutural de beta-glicosidases da família GH1 e endoglucanases da família GH5. Na primeira parte do trabalho, a expressão da endoglucanase II de Trichoderma reesei não foi alcançada, mesmo utilizando diferentes organismos e condições de expressão. Porém, na segunda etapa, foi obtida a expressão, purificação e os primeiros ensaios de cristalização de 11 beta-glicosidases bacterianas da família GH1 e 8 endoglucanases bacterianas da família GH5. Dentre elas, três beta-glicosidases e uma endoglucanase de Bacillus licheniformis foram cristalizadas e tiveram sua estrutura resolvida. As beta-glicosidases, apesar de possuírem o enovelamente similar, apresentaram variações no tamanho e posição das alças formadoras da fenda catalítica e divergem em relação a um dos aminoácidos importantes para a estabilização do substrato. Essas diferenças podem ajudar a explicar o mecanismo dessas enzimas para reconhecer substratos distintos. A endoglucanase da família GH5, possuindo dois módulos acessórios, foi cristalizada tanto na forma apo quanto complexada ao substrato celotetraose. O segundo módulo acessório possivelmente é um domínio de ligação à celulose (CBM) e seus resíduos aromáticos, que são responsáveis pela interação com o substrato, parecem complementar o sítio catalítico, sendo assim um novo mecanismo de auxílio enzimático de um CBM. O primeiro módulo acessório não possui um aparente sítio de interação com carboidratos e provavelmente funciona como um conector entre domínio catalítico e o CBM. O posicionamento do substrato no sítio de ligação é parecido com outras estruturas já determinadas, porém, suscita algumas dúvidas sobre a função dos resíduos catalíticos que é conservada na família. O carbono anomérico do substrato possui uma densidade eletrônica contínua com o glutamato da fita β4 (que deveria ser o ácido/base) e está mais próximo dele que do glutamato da fita β7 (que deveria ser o nucleófilo). / Cellulose is the most abundant biopolymer in the world and can become a renewable energy source through its transformation in fermentable sugars, which will be converted in bioethanol. The cellulose recalcitrance, main difficulty in the process, can be overcome with the aid of enzymes (cellulases). At least three cellulolytic enzymes are required for complete hydrolysis of cellulose, including cellobiohydrolases for hydrolyzing the glycosidic linkages from the reducing and non-reducing chain ends, endoglucanases for randomly cleaving cellulose chains in the amorphous regions, and beta-glucosidases for producing glucose from the solubilized cello-oligomers. But, to become a financially viable process it is necessary to know the mechanism, optimize the activity and improve the production of these cellulases. In order to advance the understanding of the structure and function of these enzymes, the present work intended to study the structure of beta-glucosidases from family GH1 and endoglucanases from family GH5. In the first part of the work, the expression of endoglucanase II from Trichoderma reesei was not achieved, even using different organisms and expression conditions. However, in the second part, the expression, purification and the crystallization first trials of eleven bacterial beta-glucosidases and eight bacterial endoglucanases were achieved. Among them, three beta-glucosidases and one endoglucanase from Bacillus licheniformis were crystallized and had their structures solved. Beta-glucosidases, although having a similar folding, showed variations in the length and position of the loops that form the catalytic cleft and diverge in relation to one of the amino acids that are important in substrate stabilization. These differences may help explain the mechanism of these enzymes to recognize distinct substrates. The endoglucanase, which has two accessory modules, was crystallized in the apo form and complexed with the substrate celotetraose. The second accessory module probably is a cellulose binding domain (CBM) and its aromatic residues, which are responsible for the substrate interaction, seem to complement the catalytic site. Therefore it can be a new mechanism of CBM assistance in the enzymatic activity. The first accessory module has no apparent interaction site with carbohydrates and probably works as a connector between the catalytic domain and CBM. The positioning of the substrate in the binding site is similar to other structures already solved but raises some questions about the role of the catalytic residues, that are conserved in the family. The anomeric carbon of the substrate has a continuous electron density with glutamate from sheet-β4 (which should be the acid/base) and is closer to it than to glutamate from sheet-β7 (which should be the nucleophile).

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2015-05-14T12:49:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Reis ALS 2014 Tese.pdf: 4888258 bytes, checksum: 3f44c77658c5a103d9a2eb81eda3f642 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-14T12:49:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Reis ALS 2014 Tese.pdf: 4888258 bytes, checksum: 3f44c77658c5a103d9a2eb81eda3f642 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / CNPq / Os maiores produtores de etanol no mundo são os Estados Unidos, a partir do amido de milho, e o Brasil, a partir da sacarose da cana-de-açúcar. Nos últimos anos, o Brasil não aumentou apreciavelmente a sua produção, enquanto que, por outro lado, a indústria de etanol nos Estados Unidos vem sofrendo uma grande expansão, em torno de 1 milhão m3/ano, com planejamento para produção de 40 milhões de m3 de etanol em 2025. Em atendimento a uma demanda que cresce significativamente em função do reconhecimento mundial dos benefícios do etanol como combustível, os Estados Unidos e o Brasil, assim como diversos outros países, entraram em uma corrida, que tende a se acirrar, para o desenvolvimento de tecnologias de produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos. Dekkera bruxellensis é uma levedura que é usualmente reconhecida como um organismo contaminante. A espécie, como todas as leveduras consideradas não-Saccharomyces, apresenta graus variados de mecanismos catalíticos de suas glicosidades e poucos estudos têm investigado o desempenho das enzimas produzidas por esses microrganismos. A presente Tese teve como objetivo principal observar e interpretar os parâmetros cinéticos e as características bioquímicas de β-glicosidase(s) e produzida(s) por D. bruxellensis, linhagem GDB 248 e relacionar esses parâmetros com o perfil fermentativo da mesma frente à conversão da celobiose, proveniente de meios sintéticos e de hidrolisados de bagaços de cana-de-açúcar e sorgo sacarino, em bioetanol, incluindo a ultra análise morfológica dessas biomassas lignocelulósicas, avaliando a eficiência do pré-tratamento utilizando peróxido de hidrogênio em meio alcalino e seus respectivos rendimentos em produtividade volumétrica e eficiência de fermentação da glicose e xilose em etanol. Para o primeiro trabalho “Fermentação da celobiose em condições de aerobiose restrita e a caracterização de uma celobiase a partir de uma linhagem industrial de Dekkera/Brettanomyces bruxellensis” foi confirmada a atividade celobiásica (β-glicosidase) em extratos semi-purificados caracterizando-a como uma enzima candidato. Foi demonstrado que a linhagem GDB 248 apresentou capacidade de produzir uma concentração de ácido acético maior que o etanol e glicerol, o que confirma a ausência de efeito Custer com esta estirpe em condições de aerobiose restrita. E no segundo trabalho “Produção de etanol de segunda geração a partir de bagaço de cana-de-açúcar e sorgo sacarino por uma linhagem industrial de Dekkera/Brettanomyces bruxellensis” foi possível obter altas eficiências de hidrólise enzimática utilizando apenas preparações comerciais de celulases, sem complementação com β-glicosidades, o que pode diminuir os custos de processo de hidrólise.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-07-28T17:44:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) FINAL Maria da Glória Conceição da Silva.pdf: 3898968 bytes, checksum: 6663e02a0db7df3bd25f9ffb5c946699 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T17:44:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) FINAL Maria da Glória Conceição da Silva.pdf: 3898968 bytes, checksum: 6663e02a0db7df3bd25f9ffb5c946699 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / CNPQ / A presente dissertação teve como objetivo obter linhagens etanologênicas robustas por engenharia evolutiva para produção de etanol de segunda geração. As duas linhagens utilizadas neste trabalho, Saccharomyces cerevisiae UFPEDA 1238 e Zymomonas mobilis UFPEDA 205, foram selecionadas em trabalho anterior por suas características de fermentação em meio de glicose, na presença e/ou na ausência de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Para a evolução das duas linhagens, foram realizadas transferências em tubos de ensaio contendo meios de fermentação com concentrações crescentes de hidrolisado, com a finalidade de aumentar a tolerância aos inibidores presentes no hidrolisado. O hidrolisado hemicelulósico foi obtido por tratamento hidrotérmico (195°C, 10 minutos, 10% carga de sólidos) em um reator descontínuo de 20 L (Regmed AU/E-20). Z. mobilis não cresceu em presença de hidrolisado com concentração acima de 25 % (v/v). A população procedente de S. cerevisiae UFPEDA 1238 cresceu em meio com até 75% (v/v) de hidrolisado. Dessa população, foram isoladas 2 linhagens, L1 e L2. A linhagem L2 foi escolhida para comparação com a linhagem parental por apresentar melhores resultados em produtividade celular e produtividade de etanol em fermentações com o hidrolisado. As fermentações foram realizadas em biorreator de bancada instrumentado de 2 L, com pH, agitação e temperatura controlados em 5, 500 rpm e 35°C, respectivamente. Em meio de fermentação com glicose, sem hidrolisado hemicelulósico, S. cerevisiae UFPEDA 1238 e S. cerevisiae L2 apresentaram, respectivamente, rendimentos de etanol iguais a 0,37 g g-1 e 0,38 g g-1 e produtividades de etanol 2,42 g L-1 h-1 e 1,75 g L- 1 h-1. UFPEDA 1238 e L2, em meio de fermentação com glicose e hidrolisado, exibiram, respectivamente, rendimentos de etanol iguais a 0,07 g g-1 e 0,20 g g-1 e produtividades de etanol iguais a 0,05 g L-1 h-1 e 0,16 g L-1 h-1. Através de engenharia evolutiva, foi, portanto, possível se obter uma linhagem de S. cerevisiae que apresentou um melhor desempenho fermentativo em hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar em comparação com a linhagem parental. / The aim of this work was obtaining robust ethanologenic microorganisms by evolutionary engineering for second generation ethanol production. The two strains used in this study, Saccharomyces cerevisiae UFPEDA 1238 and Zymomonas mobilis UFPEDA 205, were selected in previous work for their fermentation characteristics in glucose media, in the presence and/or absence of sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate. For the evolution of the two strains, aiming the increase of tolerance to inhibitors present in the hydrolysate, transfers were made in test tubes containing fermentation media with increasing concentrations of the hydrolysate. The hemicellulosic hydrolysate was obtained by hydrothermal treatment (195 ° C, 10 min) in a 20 L batch reactor (Regmed AU/E-20). Z. mobilis ZAP was not capable of growing in the presence of 25% (v/v) hydrolysate concentration. The population originating from S. cerevisiae UFPEDA 1238 grew in media containing up to 75% (v/v) hydrolysate. From this population, two strains, L1 and L2, were isolated. L2 was chosen for comparison with the parental strain for showing best results in cell productivity and yield of ethanol after fermentation in hydrolysate. The fermentations were carried out in an instrumented 2 L bioreactor, with pH, agitation and temperature controlled at 5, 500 rpm and 35 °C, respectively. In glucose medium without hydrolysate, S. cerevisiae UFPEDA 1238 and S. cerevisiae L2 showed, respectively, ethanol yields of 0.37 g g-1 and 0.38 g g-1 and ethanol productivities of 2.42 g L-1 h-1 and 1.75 g L-1 h-1. In glucose medium with hemicellulosic hydrolyzed, UFPEDA 1238 and L2 exhibited, respectively, ethanol yields of 0.07 g g-1 and 0.20 g g-1 and ethanol productivities of 0.05 g L-1 h-1 and 0.16 g L-1 h-1. Through evolutionary engineering it was thus possible to obtain a strain of S. cerevisiae with better fermentation performance in sugarcane bagasse hydrolyzate compared to the parental strain.

Dissertação(mestrado)- Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2009. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-23T22:33:15Z No. of bitstreams: 1 dissertao valcenir j. m. furlan.pdf: 906418 bytes, checksum: 98d6cbdee394d89fec01db81274e7779 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-09-03T18:53:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao valcenir j. m. furlan.pdf: 906418 bytes, checksum: 98d6cbdee394d89fec01db81274e7779 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-03T18:53:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao valcenir j. m. furlan.pdf: 906418 bytes, checksum: 98d6cbdee394d89fec01db81274e7779 (MD5) Previous issue date: 2009 / As atuais políticas ambientais buscam redução no consumo energético e no despejo de resíduos ao meio ambiente, através do desenvolvimento de alternativas ligadas a fontes renováveis. O aproveitamento de resíduos agroindustriais como a palha e a casca de arroz para geração de energia, apresentam elevado potencial, visto que são constituídos principalmente de carboidratos polimerizados, os quais podem ser utilizados como matéria-prima para a produção de bioetanol, já que na forma macromolecular não são assimiláveis nos processos fermentativos. O presente trabalho teve como objetivo estudar a produção de bioetanol utilizando palha e casca de arroz através de hidrólise ácida e enzimática seguida de fermentação. Na sacarificação ácida das matérias-primas foram avaliados o efeito da temperatura de reação (72 a 128ºC) e concentração de substrato (0,2 a 5,8%, p/v) na conversão de açúcares indiretamente para diretamente fermentescíveis utilizando como agente catalisador H2SO4 (72%, p/p), empregando um planejamento composto central ortogonal, sendo os maiores valores de açúcares redutores (AR) registrados no primeiro minuto de reação. Quando houve aumento da temperatura, verificou-se um efeito significativo (p=0,05) e negativo sobre a concentração de AR, tanto para a palha como para a casca de arroz. O máximo rendimento em AR (55,12%) foi obtido através da sacarificação da palha de arroz na concentração 3% (p/v) a 72°C. Na hidrólise enzimática estudou-se o efeito da temperatura, concentração de enzima e substrato na conversão de açúcares, após pré-tratamento para deslignificação da palha e casca de arroz. Os hidrolisados foram obtidos utilizando as enzimas comerciais celulase NS 50013 e -glucosidase NS 50010 (10:1), com agitação 150 min-1, pH 4,8 durante 48 h. Através da análise estatística observou-se que a concentração de enzima foi a variável que apresentou maior influência na formação de AR para ambas as matérias-primas. A máxima sacarificação alcançada foi através da hidrólise enzimática (79,90% de AR) da palha de arroz após 48 h de reação a 41,6°C. A fermentação do hidrolisado enzimático contendo 130 g/L de açúcares foi realizada em condições anaeróbias produzindo 23,3 g/L de etanol correspondendo a 0,41 g/g de conversão. Estes resultados indicam a potencialidade da palha de arroz para a utilização em processos biotecnológicos como para produção de bioetanol. / Current environmental politics look for energy consumption reduction and residues discard in environment, through development of renewable alternatives sources. The use of agroindustrial wastes as hulls and straw rice for energy generation show high potential because they are constituted mainly of polymerized carbohydrates, which can be used as raw material for the bioethanol production, since previously hydrolysates, because in the macromolecular form aren’t assimilable in fermentation processes. The present work had as objective to study the ethanol production from hulls and straw rice through acid and enzymatic hydrolysis followed by fermentation. In the acid saccharification of the raw materials were evaluated the effect of reaction temperature (72 and 128ºC) and substrate concentration (0.2 to 5.8%, w/v) on conversion of sugars indirectly for directly fermentable with catalytic agent H2SO4 (72%, w/w) using central composite rotatable design and the largest AR values recorded in the first minute reaction. When the temperature increased, a significant (p=0.05) and negative effect was verified on AR concentration, so much hulls as straw rice. The maximum AR (55.12%) was obtained from the saccharification straw rice on the concentration 3% (w/v) at 72°C. In the enzymatic saccharification was studied the effect of temperature, enzyme concentration and substrate concentration on conversion sugars, after pretreatment for delignification of hulls and straw rice. The hydrolysates were obtained using commercial enzymes Cellulase NS 50013 and b-glucosidase NS 50010 (10:1), with stirring 150 min-1, pH 4.8 for 48 h. Through the statistical analysis was observed that enzyme concentration was the variable that showed larger influence in the AR production in both raw materials. The maximum saccharification achieved was by straw rice through enzymatic hydrolysis (79.90% AR) of straw rice after 48 h reaction at 41.6°C. The fermentation of enzymatic hydrolysates containing 130 g/L sugars was accomplished in anaerobic conditions producing 23.3 ethanol g/L corresponding conversion of 0.41 g/g. These results indicate the potentiality of straw rice for use in processes biotechnological as bioethanol production.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-30T20:58:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Natália Trindade Pessôa.pdf: 2110761 bytes, checksum: c6773b20c15d60b0bfd49fa6d6996ede (MD5) / Rejected by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br), reason: on 2018-08-13T22:17:47Z (GMT) / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-13T22:48:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Natália Trindade Pessôa.pdf: 2110761 bytes, checksum: c6773b20c15d60b0bfd49fa6d6996ede (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-17T17:45:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Natália Trindade Pessôa.pdf: 2110761 bytes, checksum: c6773b20c15d60b0bfd49fa6d6996ede (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:45:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Natália Trindade Pessôa.pdf: 2110761 bytes, checksum: c6773b20c15d60b0bfd49fa6d6996ede (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / CAPES / Os metais cádmio (Cd) e níquel (Ni) são contaminantes encontrados conjuntamente em efluentes das indústrias de pilhas e baterias e quando descartados de maneira inadequada são prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente. Dentre os tratamentos para remoção desses poluentes, o processo de adsorção é uma alternativa, e a preparação de adsorventes a partir de resíduos agroindustriais vem sendo incentivada visando a redução de impactos ambientais mediante a utilização da biomassa residual para outros fins. O objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de adsorvente preparado a partir da casca de amendoim na remoção dos íons Cd⁺² e Ni⁺² presentes em soluções aquosas. Foram preparados os adsorventes casca de amendoim (Cᴀ), casca de amendoim carbonizada (Cᴄarb), e carvão ativado quimicamente com ácido H₃PO₄ (Cᴀᴛǫ). A caracterização dos adsorventes foi realizada pelas técnicas de caracterização textural (BET), difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) e determinação do ponto de carga zero (pHpcz) apenas para Cᴄarb e Cᴀᴛǫ. Os experimentos foram realizados em pH natural das soluções. Foram avaliados o efeito da relação massa/volume, estudos cinético e de equilíbrio para os íons Cd⁺² e Ni⁺², avaliação da capacidade adsortiva (q) para a mistura (Cd⁺² + Ni⁺²) e efeito da temperatura para sistemas mono e bicomponente. Pelo BET foi observado um aumento na área superficial e no volume dos poros após a ativação do carvão e pelo DRX foi identificado que ambos os materiais apresentam estrutura predominantemente amorfa. No FT-IR observou-se picos referentes a grupos hidroxilas, carboxílicos e carbonilas característicos de material lignocelulósico. Os pHpcz foram de 4,1 para Cᴄarb e 2,4 para Cᴀᴛǫ, apresentando carga superficial favorável à adsorção dos metais. O estudo do efeito da relação massa/volume indicou que a melhor relação foi de 0,1 g/50 mL para ambos os adsorventes, sendo o Cᴀᴛǫ selecionado para os demais estudos. No estudo cinético constatou-se que o sistema atingiu o equilíbrio em torno de 90 minutos para o Cd⁺² e 60 minutos para o Ni⁺². Não ocorreu diferença significativa pelo teste F, em um nível de 95% de confiança, entre os modelos de pseudo primeira, segunda e n ordem. Pelo ajuste do modelo de Werber-Morris foi observado que o processo não foi controlado apenas pela difusão intrapartícula. O modelo de isoterma de Langmuir-Freundlich foi o que melhor se ajustou para o Cd⁺² e o de Freundlich para o Ni⁺². A capacidade adsortiva máxima do Cᴄarb para o Cd⁺² foi 7,64 mg.g⁻¹ e para o Ni⁺² foi 28,64 mg.g⁻¹. Para o sistema bicomponente constatou-se o efeito antagônico para ambos os metais indicando uma diminuição do q para o Ni⁺² em relação ao Cd⁺². O processo de adsorção foi de natureza exotérmica para ambos os metais tendo em vista que quanto maior a temperatura avaliada, menor o q para os íons Cd⁺² e Ni⁺². Tais resultados mostraram o potencial adsortivo do carvão proveniente da casca de amendoim, resíduo agroindustrial, compatibilizando questões técnicas e ambientais evitando o acúmulo desse resíduo no meio ambiente. / The metals Cadmium (Cd) and Nickel (Ni) are contaminants found together in effluents from the battery industries, and when disposed improperly they can be detrimental to human health and the environment. One of the treatments for the removal of these pollutants is the adsorption process.The preparation of adsorbents from agro-industrial waste has been encouraged to reduce the impacts of using residual biomass for other purposes. The goal of this study was to evaluate the use of adsorbent prepared from the peanut shells for the removal of Cd⁺² and Ni⁺² ions presented in aqueous solutions. The adsorbent peanut shell (Cᴀ), charred peanut shell (Cᴄarb), and charcoal activated chemically with H₃PO₄ acid (Cᴀᴛǫ) were prepared. The characterization of the adsorbents was conducted by the techniques of (BET), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), spectrometry of X-ray dispersive energy (EDS,) and determination of the zero charge point (pHpcz) only for Cᴄarb and Cᴀᴛǫ. The experiments were carried out at the natural pH of the solutions. The effect of mass/volume ratio, kinetic and equilibrium were evaluated for the ions Cd+2 and Ni+2, as well as an evaluation of the adsorptive capacity (q) for the mixture (Cd⁺² + Ni⁺²) and the temperature effect for mono and bicomponent systems. The BET showed an increase in surface area and pore volume after the activation of coal and by the XRD it was identified that both materials have a predominantly amorphous structure. In the FT-IR, peaks were observed for hydroxyl, carboxylic and carbonyl groups which are characteristic of lignocellulosic material. The pHpcz were 4.1 for Cᴄarb and 2.4 for CATQ, presenting a favorable surface charge for the adsorption of metals. The study of the effect of the mass/volume ratio indicated that the best ratio was 0.1 g / 50 mL for both adsorbents, with Cᴄarb being selected for the other studies. In the kinetic study, it was found that the system reached equilibrium around 90 minutes for Cd⁺² and 60 minutes for Ni⁺². There was no significant difference by the F test at a confidence level of 95%, among pseudo first, second and n order models. By adjustment of the Werber-Morris model, it was observed that the process was not only controlled by intraparticle diffusion. The Langmuir-Freundlich isotherm model was the one that better adjusted for Cd⁺² and Freundlich for Ni⁺². The maximum absorption capacity for the Cd⁺² was 7.64 mg.g⁻¹ and for Ni⁺² was 28.64 mg.g⁻¹. For the bicomponent system, the antagonistic effect of both metals indicating a decrease of q for Ni⁺² concerning Cd⁺² was observed. The adsorption process was of exothermic nature for both metals, having the perspective that the higher the temperature evaluated, the lower the q for the Cd⁺² and Ni⁺². These results showed the adsorptive potential of peanut shells, agro-industrial waste, and technical and environmental issues avoiding the accumulation of this residue in the environment.

Orientador: André Tosi Furtado / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:13:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_Gabrielada_M.pdf: 1679800 bytes, checksum: 464ab5544f5d77a03594a4b3d5e194fc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Devido à questão da dependência das energias de fontes fósseis, intensificou-se a corrida tecnológica para a produção de combustíveis alternativos renováveis no mundo inteiro. Assim, faz-se necessário que o Brasil entre nessa corrida para não perder essa janela de oportunidade e continuar no estado-da-arte da produção do bioetanol. Dentro dessa corrida tecnológica pelas tecnologias denominadas de segunda geração, a hidrólise se apresenta como a mais viável, no curto e médio prazo, para tornar-se o processo de produção dominante de etanol combustível para automóveis. O bioetanol combustível a partir da cana-de-açúcar é um produto importante para o Brasil e as políticas públicas estiveram presentes em sua promoção desde o início do século XX. Desde os anos 30, ele é comercializado como combustível no país, mas foi com o Proálcool e por meio de políticas públicas envolvidas com a criação de um mercado para esse biocombustível que esse combustível se consolidou na matriz energética. Este estudo tem como objetivo contextualizar as iniciativas que levaram ao desenvolvimento do etanol celulósico no Brasil. Para tanto foi realizado um estudo de caso do projeto Dedini Hidrólise Rápida (DHR). Analisou-se o aprendizado tecnológico e relacional da Dedini e de outras organizações do País diretamente e indiretamente envolvidas com o projeto. As conclusões da dissertação apontam que, através do projeto DHR, o Brasil teve um envolvimento muito maior com as tecnologias de etanol de segunda geração. Conclui-se que o uso do processo DHR como possibilidade de pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar e o aprendizado tecnológico com o manuseio dessa matéria-prima, somado ao modelo de integração da segunda geração com a primeira, impulsionado por esse projeto, se configuram nos maiores aprendizados dessa iniciativa / Abstract: The issue of the dependence on fossil energy sources has intensified the technology race for the production of renewable alternative fuels worldwide. Thus, it is necessary that Brazil come into this race if the country don't want to miss this window of opportunity and continue in the state-of-the art of the production of bioethanol. Within the second-generation technological race, hydrolysis has the best conditions to become in the short and medium term the dominant production process of bioethanol. The sugar cane bio-ethanol fuel is an important product of the Brazilian economy and is present in its promotion public policies since the early twentieth century. Since the 1930, it is marketed as a fuel in the country, but it was with Proálcool and through public policies involved with the creation of a market for this biofuel that it became consolidated in the energy matrix. This dissertation aims to contextualize the initiatives that led to the development of cellulosic ethanol in Brazil. Therefore we conducted a case study of the Dedini Fast Hydrolysis project (DFH). The technological and relational learning of Dedini and other organizations of the country directly and indirectly involved with the Project was analysed. The conclusions of the dissertation show that Brazil had a much greater involvement with the second generation ethanol technology through the DFH project. This study concludes that the possible use of the DFH process as pre-treatment of sugarcane bagasse, and technological learning with handling this raw material, coupled with the integration model of the second generation with the first, driven by this project are the biggest learnings from this initiative / Mestrado / Politica Cientifica e Tecnologica / Mestra em Política Científica e Tecnológica