Orientador : Ahmed A. El-Dash / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-14T08:33:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chang_YoonKil_D.pdf: 5362692 bytes, checksum: 3830fcca6d67a6a8585c62fa4af5e16c (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Tem-se conhecimento que a produção de álcool a partir de amido de mandioca tornou-se economicamente inviável, devido ao processo requerer um alto consumo de energia e uso de grande quantidade de água e de enzima ?-amilase e amiloglicosidase na etapa de gelatinização, liquefação e sacarificação do amido. Entretanto, a extrusão termoplástica é considerada uma tecnologia que permite a gelatinização e dextrinização de materiais amiláceos a seco com baixo consumo de energia. Portanto, o objetivo do presente trabalho foi estudar o efeito de variáveis de extrusão (umidade de matéria-prima (13,3 - 26,7 %); temperatura de extrusão (93 - 227ºC) e concentração de ácido (0,006 - 0,074 N)) em propriedades fisico-quimicas do amido de mandi oca, além de definir condições de extrusão que permita uma maior produção de álcool com um menor consumo energético. Outras variáveis fixas no processo de extrusão foram a taxa de compressão (1: 3), a velocidade da rosca (100 rpm) o diâmetro da matriz (4 mm) e a taxa de alimentação (65 g/min). Para definir as condições adequadas do processo foi usado a RSM (metodologia de superfície de resposta), avaliando algumas propriedades fisico-quimicas dos produtos extrusados, tais como viscosidade da pasta a frio e a quente, índice de absorção da água, índice de solubilidade em água, teor de açúcar redutor, taxa de expansão e dureza. A modificação da estrutura do amido também foi estudada com o auxilio de difração de raio-x, calorimetria diferencial de varredura (DSC), microscopia eletrônica (SEM) e a distribuição de peso molecular (PM) do amido examinado pela cromatografia liquida de permeação em gel de alta pressão (HPLC). A energia mecânica desenvolvida no processo foi avaliada em função do torque. O efeito da concentração de ácido foi significativo nas propriedades físicas, químicas estudadas, enquanto que a umidade e temperatura de extrusão também contribuíram significativamente, (p ? 0,05) exceto na viscosidade de pasta a quente. O valor de torque foi influenciado significativamente pela umidade e pela temperatura. Sendo que a primeira variável apresentou o maior efeito. De uma maneira geral, o torque diminuiu com aumento destas variáveis. O efeito da concentração de ácido no rendimento em álcool apresentou uma influência altamente significativa (p = 0,023). O rendimento em álcool na presença de ácido alcançou o máximo de 93,4 % (com média de 93,7 %), enquanto que o amido extrusado sem ácido produziu o máximo de 93,4 % (com média de 87,6 %). O amido cozido por método tradicional produziu um rendimento de 92.4%. E o amido cru produziu um rendimento de 41.4 % de álcool, sob as mesmas condições de fermentação. Para determinar as condições de extrusão recomendadas, as áreas das curvas de superfície de resposta que representam a menor viscosidade (dispensa o uso de ?-amilase) e o menor torque (menor consumo energético) foram sobrepostas com acurva de nível de rendimento em álcool. Desta manei r a podemos encontrar as condições operacionais onde o rendimento em álcool é máximo e o consumo de energia e insumos são mínimos. Várias alternativas de condições operacionais de extrusão foram identificadas sendo que a mais favorável foi nível de 24 % de umidade, na faixa de temperatura entre 168 - 214 ºC e 0,062 - 0,074 de concentração de ácido / Abstract: It is well know that the production of alcohol from cassava starch his not economically feasible without a subsidy. This is due to the fact that the process is highly energy consuming because of the wet gelatinization of the starch and the enzime consumption required for liquefaction and saccharification. Thermoplastic extrusion technology, however, permits dry gelatinization and the dextrinization of starch using a low energy consumption. Therefore, the objective of the present work was to study the effect of certain extrusion variables (moisture content of 14.3-26,7%, temperature of 93-227°C, and acid concentration of 0,006-0074 N) on the gelatinization characteristics of the cassava starch in order to define the extrusion conditions which would permit the highest alcohol yield with the minimum energy consumption. The other extrusion variables were held constant, i.e., screw speed (100rpm), screw compression ratio(3:1), die diameter (4mm), and feeding rate(65g/min). Surface Response Methodology(SRM) was used to evaluate the effect of processing variables on the physical and chemical properties of the extruded starch, i.e, paste viscosity at room temperature and at 95°C, water absorption index and water solubility index, reducing sugar content, degree of expansion, and hardness. Also, the alteration in starch granular structure was studied using x-ray diffraction, differential scanning calorimetry, scanning electron microscopy and determining the product molecular weight distribution by high-performance gel permeation chromatograph(HPLC). The mechanical energy consumed during the process was avaluated as a function of torque. The effect of acid concentration on starch characteristics was highly significant to changes in the extruded starch with the exception of the hot viscosity. Although the torque value was influenced inversely by both moisture content and temperature the effect of the former was greater. The alcohol yield of the extruded starch was influenced significantly(p=0.023) by the concentration of acid. When acid was used, the yield reached 98,7% (average 93,7%), while a failure to use it yielded only 93.4% (average 87.5%). The alcohol yield reached only 93.4% (average 87.5%). The alcohol of starch gelatinized by a conventional method was 92.4%, while that of raw starch was only 41.4%. To define the recommended extrusion conditions to permit the highest alcohol yield at a minimum cost, a graph was made superposing the areas of the RSM curves representing the minimum viscosity (reducing or eliminating the consumption of representing highest alcohol yield. Various alternatives of extrusion operational conditions were established. The recommended conditions were defined as cassava starch extruded at a moisture level of 24%, a temperature of 168-214°C and with an acid concentration of 0.062-0074 N / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Eduardo Joaquim de Souza Vichi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-14T12:05:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BernardiJunior_Ernesto_M.pdf: 5648816 bytes, checksum: 5cefc138dc11797017f87a8541a5fa38 (MD5) Previous issue date: 1989 / Mestrado

Orientador : Iracema de Oliveira Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-18T05:57:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_BenjamimdeAlmeida_D.pdf: 6046180 bytes, checksum: e584f38729e245c56ed1dd5035f8ecac (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: Seis experimentos de pubagem foram realizados com vistas à obtenção de puba. Utilizaram-se três variedades de mandioca, dois tipos de pubadores e duas condições de pubagem. A puba obtida foi submetida às análises: composição centésimal , granulometria, amido danificado, acidez, áquo, e álcool solúveis, "blue-value", índice de absorção e de solubilidade em água, propriedades de pasta e exame microscópico. Os resultados obtidos serviram para caracterizar a puba e permitiram a comparação com os obtidos para amido, polvilho azedo e massa de mandioca com e sem casca. A puba obtida e a adquirida no comércio, bem como amostras de amido de mandioca, polvilho azedo e massa de mandioca com e sem casca foram submetidas a 27 ensaios de gelatinização a 85°C, 22 ensaios de liquefação com alfa-amilase, em diversas condições e 39 ensaios de sacarificação com amiloglicosidase, em condições variadas. A formação de açúcares redutores totais (ART) foi acompanhada pelo método de Somogyi-Nelson e do ácido 3,5 dinitrossalicílico (D.N.S.), a cinética foi verificada, modelos matemáticos e suas representações gráficas, traduzindo a variação de ART x tempo, foram propostos. Os produtos das ge1atinizações, liquefações e sacarificações foram utilizados como matérias-primas para vinte e duas fermentações alcoólicas, cujos resultados foram comparados entre si e com os obtidos da fermentação de uma amostra de sacarose. Nas vinte e três fermentações conduzidas utilizaram-se a levedura Saccharomyces cerevisiaae M 304-2C, concentrações de ART variando de 29,90 a 120,24 g/l, a temperatura de 36°C e ph inicial do mosto próximo a 4,0. As fermentações foram acompanhadas através das determinações da concentração de massa celular, variação de pH, consuma de ART e formação de etanol. Os resultados assim obtidos foram analisados pelo Sistema de Análises Estatísticas - UFV (SAEG) gerando modelos matemáticas e suas respectivas representações gráficas. A partir da análise dos resultados obtidos de concentração de massa celular x tempo desenvolveu-se o modelo logístico-mendesiano, segundo o qual [X] = [a/(i + be-cT)] + d. Os resultados obtidos no acompanhamento das fermentações permitiram o cálculo dos seguintes parâmetros: tempo de geração; rendimentos: massa celular/substrato, etanol/substrato, etanol/massa celular; produtividados; massa celular/substrato, etanol/substrato, etanol/massa celular; variações percentuais de massa celular; velocidades específicas de: crescimento, consumo de substrato e formação de etanol; percentual de substrato utilizado; eficiência global teórica e real e rendimento global teórico e relativo ao ARI consumido. Todos esses valores foram comparados internamente e verificou-se que a puba pode ser uma matéria-prima tecnicamente viável para a produção de etanol de mandioca, sem os problemas inerentes à mesma. Um fluxograma de produção de etanol, utilizando puba como matéria-prima, foi proposto / Abstract: "Puba" was produced through six alternative experiments, using three cassava varieties and two types of containers and experimental conditions. The resulting "puba" was submitted to proximate composition, particle distribution, damaged starch, water and alcohol soluble acidity, blue value, water absorption, water solubility, pasting properties analyses and microscopic examination. The results from these analyses were used to caracterise and compare the "puba" with those of local comercial cassava starch (normal and fermented) and grated cassava puree obtained from both peeled and unpeeled cassava roots. Besides, the samples were submitted to 27 gelatinization studies at 85°C, 22 liquification trials with alfa-amilase and 39 saccharification tests with amiloglucosidase. The kinetics of total reducing sugar (TRS) production was traced by Somogyi-Nelson and 3,5 dinitrossalicilic acid (DNSA), thus establishing mathematical models relating graphically the variation of TRS with reaction time. The products of starch gelatinization and hydrolysis were used as raw materials for 22 alcoholic fermentations, whose results were compared to each other and to those obtained from the fermentation of a sucrose sample. Saccharamyces cerevisiae yeast M304-2C, a TRS concentration ranging from 29,90 to 120,24 g/l, at 36°C and a inicial ph of 4,0 were used in the twenty three fermentations conducted. The course of fermentation was accompanied through determination of celular mass concentration, pH variation, TRS consumption and alcohol production. The results were analysed with the help of the computer program (AEG), thus developing both the mathematical models and appropriate graphical representations. On the basis of time and cellular mass concentration results, a "Mendensian" - logistic model was established, and represented as [X] = [a/(1 + be-cT)] + d. The fermentation results, on the other hand, were used to calculate: the generation time; yield and productivity of cellular mass/substrate, ethanol/substrate, ethanol/cellular mass; percentage variation of cellular mass; specific growth rate; substrate consumption and ethanol formation; percentage utilization of substrate; global, theoretical and real efficiency and global, theoretical yield related to the consumed TRS. All these values were compared with internal control and it was verified that "Puba" lends itself as a viable raw material (of sthand) production from cassava. A fluxogram for its utilization in ethanol production was proposed / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Javier Telis Romero / Banca: Crispin Humberto Garcia Cruz / Banca: Patrícia de Carvalho Damy Benedetti / Resumo: Este estudo tem como objetivo avaliar a matéria-prima e sua influência isolada no desempenho do rendimento fermentativo de uma linhagem padrão da levedura CAT-1 testada em 31 meios de cultivos provenientes do processo de fermentação alcoólica da Usina Virgolino de Oliveira - Unidade Catanduva. Os meios foram amostrados e compostos a cada quinzena durante toda as safras 2012 e 2013. O trabalho também tem como finalidade identificar a dinâmica populacional das leveduras do mesmo processo fermentativo, através da diferenciação das linhagens por cariotipagem. As cepas isoladas foram testadas em um meio de cultivo padrão para obtenção das características tecnológicas industriais através da metodologia da Capacidade Fermentativa. Os experimentos de fermentação foram realizados nos laboratórios da Usina Virgolino de Oliveira - Unidade Catanduva em escala reduzida sempre acompanhados de um ensaio padrão utilizando meio de cultivo sintético. O primeiro ponto de estudo consistiu na caracterização da matéria-prima, mosto, e sua capacidade isolada de perturbar o Rendimento Fermentativo. Enquanto que no segundo, onde onze diferentes cepas de levedura foram identificadas ao longo das duas safras, testadas em um mesmo meio de cultivo padrão para obtenção de parâmetros industriais tecnológicos como rendimento em produto (Yp/s), rendimento em célula (Yx/s), Velocidade de consumo do substrato (Vcs), Produtividade (PROD) e Conversão (CONV) e estudada a influência no Rendimento Fermentativo... / Abstract: The purpose of this study is to evaluate the sucrose mash and its influence isolated on the performance of the Fermentative Yeld of a standard strain from CAT-1 yeast tested in 31 different culture medium formulation from the Virgolino de Oliveira Plant - Catanduva Unit alcoholic fermentation process. The culture medium formulation were sampled and composed every fortnight during the whole 2012 and 2013 harvest. The work also has as purpose to evaluate the yeasts population dynamics of the same fermentative process, through the differentiation of the strains by karyotyping. The isolated strains were tested in a standard culture medium to obtain the industrial technological characteristics through the Fermentative Capacity methodology. Fermentation experiments were carried out in mill's laboratories on a reduced scale always accompanied by a standard assay using synthetic culture medium formulation. The first point of study consisted in the characterization of the raw material, sucrose mash, and its isolated capacity to disturb Fermentative Yield. In the second, eleven different strains of yeast identified during the two harvests, they were tested in the same culture medium to obtain industrial technological parameters as Yield in product (Yp/s), Yield in cell (Yx/s), Substrate consumption velocity (Vcs), Productivity (PROD) and Conversion (CONV) and studied their influence on the Fermentative Yield. The third point of study was the comparison between the fermentative yields ... / Mestre

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Rodrigo Simões Ribeiro Leite / Banca: Marcos de Lucca Junior / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Maurício Boscolo / Resumo: A geração de álcool combustível a partir de resíduos lignocelulósicos pode ser uma fonte alternativa e renovável de energia. O Brasil é um dos maiores produtores de frutas tropicais do mundo, com destaque para a laranja e banana. Em consequência disto, é capaz de gerar grandes quantidades de resíduos que podem ser utilizados como biomassa que, uma vez hidrolisada, libera pentoses e hexoses. A fim de se buscar uma maior produção de etanol, a utilização de co-culturas que metabolizem tanto pentoses quanto hexoses torna-se bastante interessante. Dentro desse contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar o efeito da hidrólise de cascas de banana e laranja para a produção de etanol por co-culturas de Zymomonas mobilis e Pichia stipitis. A hidrólise ácida foi feita com ácido sulfúrico 5% e 15 min em autoclave, para a hidrólise enzimática utilizou-se kit fornecido pela Novozymes em reação a 50°C durante 36 h. Após as hidrólises o meio foi desintoxicado com carvão ativado. Foram avaliados os efeitos da fermentação somente por Z. mobilis e por co-culturas de Z. mobilis e P. stipitis, do pH, da agitação e da quantidade de açúcares no meio. As hidrólises ácida e enzimática liberaram 64,97 e 134,75 g/L de açúcares totais das cascas de banana e 101,30 e 176,70 g/L de açúcares totais das cascas de laranja, respectivamente. A desintoxicação do hidrolisado resultou em remoção de 58% a 93% dos fenóis e 1,7% a 4% dos açúcares totais. Nas fermentações descontínuas com meio sintético o maior crescimento celular e máxima produção de etanol foram 1,52 e 11,29 g/L para a monocultura de Z. mobilis, e 8,00 e 77,02 g/L para a co-cultura, respectivamente. Para o meio com cascas de banana essas respostas foram 1,87 e 4,16 g/L para a monocultura, e 15,19 e 23,92 g/L para a co-cultura, respectivamente. Para o meio com cascas de laranja, as mesmas respostas foram 0,39 e 1,85 g/L para a monocultura, e 6,73 e... / Abstract: The generation of ethanol from lignocellulosic waste, such as fruit crops, can be an alternative and renewable energy source. Brazil is one of the largest producers of tropical fruits in the world, especially orange and banana. As a result, it is able to generate large amounts of waste that may be used as biomass, which once hydrolyzed, releases pentoses and hexoses. In order to get a higher ethanol yield, the use of co-cultures which metabolize both pentose and hexose becomes quite interesting. In this context, the objective of this work was to study the hydrolysis effect of banana and orange peels for ethanol production by co-cultures of Zymomonas mobilis and Pichia stipitis. The acid hydrolysis was performed with 5% sulfuric acid and 15 min in autoclave; for the enzymatic hydrolysis was used a commercial kit supplied by Novozymes, in reaction at 50°C for 36 h. After the hydrolysis the medium was detoxified with activated carbon. The effects of fermentation by Z. mobilis monoculture and Z. mobilis and P. stipitis co-cultures, pH, agitation and the initial amount of sugars in the middle were evaluated. The sequential acid and enzymatic hydrolysis released 64.97 and 134.75 g/L of total sugars from banana peels and 101.30 and 176.70 g/L of total sugars from orange peels, respectively. The detoxification of the hydrolysate resulted in a removal of 58% to 93% of phenol and 1.7% to 4% of the total sugars. In Erlenmeyer fermentations with synthetic medium, the largest cell growth and maximum ethanol production were 1.52 and 11.29 g/L for Z. mobilis monoculture, and 8.00 and 77.02 g/L for the co-culture, respectively. In the medium with banana peels, these responses were 1.87 and 4.16 g/L for monoculture, and 15.19 and 23.92 g/L for the co-culture, respectively. To the medium with orange peels, the same responses were 0.39 and 1.85 g/L for monoculture and 6.73 and 11.36 g/L for the co-culture, respectively. For all evaluated media, the Z. ... / Doutor

Made available in DSpace on 2016-04-01T17:54:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-09-11. Added 1 bitstream(s) on 2016-04-01T18:00:30Z : No. of bitstreams: 1 000860213_20200911.pdf: 451488 bytes, checksum: 42a973a544500493638c49349249b14c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A geração de álcool combustível a partir de resíduos lignocelulósicos pode ser uma fonte alternativa e renovável de energia. O Brasil é um dos maiores produtores de frutas tropicais do mundo, com destaque para a laranja e banana. Em consequência disto, é capaz de gerar grandes quantidades de resíduos que podem ser utilizados como biomassa que, uma vez hidrolisada, libera pentoses e hexoses. A fim de se buscar uma maior produção de etanol, a utilização de co-culturas que metabolizem tanto pentoses quanto hexoses torna-se bastante interessante. Dentro desse contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar o efeito da hidrólise de cascas de banana e laranja para a produção de etanol por co-culturas de Zymomonas mobilis e Pichia stipitis. A hidrólise ácida foi feita com ácido sulfúrico 5% e 15 min em autoclave, para a hidrólise enzimática utilizou-se kit fornecido pela Novozymes em reação a 50°C durante 36 h. Após as hidrólises o meio foi desintoxicado com carvão ativado. Foram avaliados os efeitos da fermentação somente por Z. mobilis e por co-culturas de Z. mobilis e P. stipitis, do pH, da agitação e da quantidade de açúcares no meio. As hidrólises ácida e enzimática liberaram 64,97 e 134,75 g/L de açúcares totais das cascas de banana e 101,30 e 176,70 g/L de açúcares totais das cascas de laranja, respectivamente. A desintoxicação do hidrolisado resultou em remoção de 58% a 93% dos fenóis e 1,7% a 4% dos açúcares totais. Nas fermentações descontínuas com meio sintético o maior crescimento celular e máxima produção de etanol foram 1,52 e 11,29 g/L para a monocultura de Z. mobilis, e 8,00 e 77,02 g/L para a co-cultura, respectivamente. Para o meio com cascas de banana essas respostas foram 1,87 e 4,16 g/L para a monocultura, e 15,19 e 23,92 g/L para a co-cultura, respectivamente. Para o meio com cascas de laranja, as mesmas respostas foram 0,39 e 1,85 g/L para a monocultura, e 6,73 e... / The generation of ethanol from lignocellulosic waste, such as fruit crops, can be an alternative and renewable energy source. Brazil is one of the largest producers of tropical fruits in the world, especially orange and banana. As a result, it is able to generate large amounts of waste that may be used as biomass, which once hydrolyzed, releases pentoses and hexoses. In order to get a higher ethanol yield, the use of co-cultures which metabolize both pentose and hexose becomes quite interesting. In this context, the objective of this work was to study the hydrolysis effect of banana and orange peels for ethanol production by co-cultures of Zymomonas mobilis and Pichia stipitis. The acid hydrolysis was performed with 5% sulfuric acid and 15 min in autoclave; for the enzymatic hydrolysis was used a commercial kit supplied by Novozymes, in reaction at 50°C for 36 h. After the hydrolysis the medium was detoxified with activated carbon. The effects of fermentation by Z. mobilis monoculture and Z. mobilis and P. stipitis co-cultures, pH, agitation and the initial amount of sugars in the middle were evaluated. The sequential acid and enzymatic hydrolysis released 64.97 and 134.75 g/L of total sugars from banana peels and 101.30 and 176.70 g/L of total sugars from orange peels, respectively. The detoxification of the hydrolysate resulted in a removal of 58% to 93% of phenol and 1.7% to 4% of the total sugars. In Erlenmeyer fermentations with synthetic medium, the largest cell growth and maximum ethanol production were 1.52 and 11.29 g/L for Z. mobilis monoculture, and 8.00 and 77.02 g/L for the co-culture, respectively. In the medium with banana peels, these responses were 1.87 and 4.16 g/L for monoculture, and 15.19 and 23.92 g/L for the co-culture, respectively. To the medium with orange peels, the same responses were 0.39 and 1.85 g/L for monoculture and 6.73 and 11.36 g/L for the co-culture, respectively. For all evaluated media, the Z. ...

Orientador: Roberto da Silva / Coorientador: Eduardo de Aquino Ximenes / Banca: Eleni Gomes / Banca: Michel Brienzo / Banca: Sarita Candida Rabelo / Banca: Maurício Boscolo / Resumo: A necessidade de mitigação dos efeitos adversos resultantes da industrialização nos últimos três séculos é evidente e representa hoje um dos maiores desafios para a continuidade do desenvolvimento econômico sustentável. A produção de biocombustíveis a partir de resíduos lignocelulósicos opõe-se ao modelo extrativista de recursos fósseis e oferece uma alternativa de energia limpa e renovável para os combustíveis líquidos. Esta tese apresenta uma proposta de produção de etanol de segunda geração a partir de bagaço de cana-de-açúcar utilizando uma combinação dos pré-tratamentos ozonólise e hidrotérmico. O bagaço gerado apresentou propriedades químicas e estruturais favoráveis à hidrólise enzimática e fermentação alcoólica requeridas para a síntese de etanol por rota bioquímica. Os efeitos de deslignificação e solubilização da hemicelulose foram potencializados pela combinação de ozonólise ao pré-tratamento hidrotérmico, gerando uma biomassa com baixa quantidade de hemicelulose residual (4%), porcentagem mediana de lignina (14%) e enriquecida com até 80% de celulose de fácil digestibilidade por enzimas comerciais celulolíticas, acumulando mais de 50 g.L-1 de glicose a partir de 100 g.L-1 de bagaço, ou seja, com rendimento de cerca de 67% de conversão de glucana. O meio de cultivo hidrolisado foi fermentescível por leveduras industriais Saccharomyces cerevisiae com eficiência de fermentação superior a 90%. A combinação dos pré-tratamentos sobre o bagaço gerou um licor rico em... / Abstract: Mitigation of negative effects accumulated from industrialization in the last three centuries is nowadays demanded and it is one of the biggest challenges to support a sustainable economic development. Production of biofuels from lignocellulosic residues opposes to the traditional extractive model from fossil sources and it offers an alternative of clean and renewable liquid fuels. This thesis shows a proposal for production of second-generation ethanol from sugarcane bagasse by combining ozonolysis and hydrothermal pretreatments. The pretreated bagasse showed chemical and structural properties favorable to enzymatic hydrolysis and suitable for alcoholic fermentation required for the synthesis of ethanol by biochemical route. Effects on delignification and hemicellulose solubilization were potentiated by the combination of ozonolysis to hydrothermal process, generating a biomass with a low amount of residual hemicellulose (4%), medium composition of lignin (14%), and enriched to 80% of cellulose of high digestibility by commercial cellulolytic enzymes, reaching more than 50 g.L -1 of glucose from 100 g.L -1 of pretreated bagasse. It achieved around 67% of glucan conversion yield. The hydrolysate medium was fermentable by industrial yeasts Saccharomyces cerevisiae with fermentation efficiency up to 90%. The combination of pretreatments also generated a xylose-rich by-product (liquor), which was compatible with C5-yeasts and filamentous fungi cultivation as a substrate for ... / Doutor

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:12:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fujiwara_Eric_D.pdf: 5349924 bytes, checksum: 5d22c78339d16b6b47642d55e95139cb (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O monitoramento eficiente dos diversos estágios de uma usina sucroalcooleira é uma característica essencial para aprimoramento do processo, minimizando as perdas e garantindo a qualidade dos produtos. Nesta pesquisa, foi desenvolvido um sensor a fibra óptica baseado em refletometria para determinação da concentração de etanol e sacarose, aplicado ao monitoramento de produtos, co-produtos e efluentes da usina. Os sinais coletados pelo sistema de sensoriamento foram processados por redes neurais artificiais, viabilizando o cálculo do teor de sacarose e etanol em soluções binárias com erro médio de 0,2 wt% e 1,5 vol%, respectivamente. No caso da medição de amostras de usina, a concentração de sacarose foi obtida com erros menores do que 3 wt%, enquanto que o teor de etanol foi calculado com erros menores a 4 vol%. Adicionalmente, o sistema de sensoriamento foi aplicado no monitoramento em tempo real da etapa de fermentação alcoólica, demonstrando que a tecnologia permite identificar o término da conversão de açúcares em etanol, evitando o tempo ocioso do processo. A metodologia foi também utilizada em medida colaborativa com um sensor capacitivo por eletrodos interdigitados, proporcionando uma redução significativa no erro de medição a valores de até 0,03 vol% no teor de etanol. Finalmente, foi proposta uma técnica inovadora para análise de líquidos baseada na análise em freqüência de sinais ópticos por correlação de hologramas gerados por ruído modal, viabilizando a detecção da massa da amostra com erro médio de 0,48 g, assim como a aferição da viscosidade dinâmica com erro de 0,08 mPa, sendo que estas informações podem ser utilizadas para estimar a concentração da amostra por meio do cálculo da densidade ou da própria viscosidade. Com o desenvolvimento deste projeto de pesquisa, espera-se contribuir com as áreas de tecnologia de instrumentação, automação, e dispositivos fotônicos, proporcionando melhorias significativas para o monitoramento de processos de fabricação de açúcar e álcool em usinas sucroalcooleiras, através de uma técnica minimamente invasiva com boa sensibilidade, resposta em tempo real, possibilidades para automação e relativo baixo custo de implementação / Abstract: The monitoring of the several stages of sugarcane-based ethanol industry is essential for the plant optimization, by reducing the losses and preserving the quality of the products. In this research, a reflectometry-based optical fiber sensor for the determination of ethanol and sucrose concentrations in products, process streams and effluents of bioethanol industry was developed. The signals obtained by the sensing system were processed by artificial neural network algorithms, yielding the prediction of sugar and alcohol contents in binary solutions with average errors of 0.2 wt% and 1.5 vol%, respectively. In case of the samples of bioethanol industry, the measurement errors were lower than 4 vol% and 3 wt% for the sucrose and ethanol contents, respectively. Furthermore, the fiber sensor was applied on the real-time monitoring of the fermentation process, allowing the identification of the end of the conversion of sugars to ethanol. The methodology was also utilized on the collaborative measurement with the interdigitated capacitive sensor, resulting in the detection of ethanol concentration with errors lower than 0.03 vol%. Finally, an innovative technique for the determination of properties of liquids based on the frequency analysis of speckle holograms generated due to modal noise was proposed, yielding the prediction of mass and viscosity of the hydroalcoholic samples with errors lower than 0.48 g and 0.08 mPa, respectively. The results of this research will contribute to the areas of instrumentation, automation, and photonic devices, generating enhancements for the monitoring of the ethanol and sugar production plants, by providing a minimally invasive and sensitive technique, with real-time response, and relative low cost / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Silvio Roberto Andrietta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:57:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Porto_LiadeMendonca_D.pdf: 3965643 bytes, checksum: af08099e2fd964cfed91edc4842675e0 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho consiste em determinar o modelo que melhor descreve a fermentação alcoólica industrial, em sistemas contínuos de reatores de mistura em série. Para determinação dos parâmetros cinéticos foi desenvolvido um programa utilizando os dados de análises feitas em amostras retiradas de usinas em operação. Dos modelos testados, o Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) e Levenspiel (1980), não apresentaram incoerência física nem problema de convergência sendo estes indicados para descrever a cinética da fermentação alcoólica. Os parâmetros cinéticos comuns aos modelos apresentaram valores semelhantes, onde o parâmetro Ks' limitação pelo substrato, foi de 3,0:t 0,4, o valor da concentração limite pelo produto inibidor, Pmáx' foi 92:t 9 e o fator exponencial de inibição pelo produto, YN, foi 5,3:t 0,9. O fator de inibição pelo substrato do modelo Tosseto (2002), Ki, foi 27:t 5 . O parâmetro X máx ' inibição pela massa celular, e YM, fator exponencial desta inibição, para o modelo Lee; Pagan; Rogers (1983) foram 1O0:t 1 e 0,9:t 0,1, respectivamente. A escolha pelo modelo Tosetto (2002) para implementação do programa de simulação do processo foi devido à tentativa de uma maior abrangência na obtenção das constantes cinéticas devido à possibilidade de inibição pelo substrato. A simulação em regime permanente trata-se da resolução equações algébricas dos balanços de massa do sistema e é capaz de dimensionar a etapa de fermentação de novas plantas a serem implantadas, enquanto que a simulação em regime transiente, tem o intuito de avaliar modificações durante a operação da usina e as equações diferenciais obtidas a partir dos balanços de massa devem ser resolvidas por método numérico, que neste caso foi utilizado o Runge-Kutta de quarta ordem / Abstract: This work aimed to determinate a model that best describes the industrial scale alcoholic fermentation in continuous serial mixing reactors. Software was developed in order to establish the kinetics parameters, using analysis data performed on samples from operating plants. The models described by Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) and Levenspiel (1980), did not display physical incoherence or even convergence problems that described alcoholic fermentation kinetics. The kinetics parameters shown in all models presented similar values, like K (substrate limitation) was 3,0:t 0,4, Pmáx (limited product concentration) was 92:t 9 and YN (product inhibition power factor) was 5,3:t 0,9. The K (substrate inhibition) studied by Tosseto (2002) was 27:t 5. X máx (cell mass inhibition) and YM (cell mass inhibition factor power) were respectively 1O0:t 1 and 0,9:t 0,1 to Lee; Pagan; Rogers (1983). The kinetics parameters abranger due the substrate inhibition obtained by Tosetto (2002) this model was chosen in order to implement the simulating software. The stady state simulation is about system' s mass balance algebric equations resolution and is capable to dimension the fermentation step in new plants to be implanted while the unstady state simulation have the intention to evaluate modifications during the plant operation and the differential equations obtained from mass balance must be resolved by numerical methods, in this case, was used the fouth order Runge-Kutta / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Teresa Moreira Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T22:24:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_AdemarNogueirado_D.pdf: 4126347 bytes, checksum: dc69d9346d14be4e8a3e7d7ce0788ff3 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O presente estudo trata da otimização da logística de transporte e recepção de cana-de açúcar em indústria sucro-alcooleira, com base em modelos de filas de espera, seguido de modelo para otimização da produção, no âmbito da programação linear, cujo objetivo é a maximização do lucro total, advindo da comercialização de seus produtos (açúcar e álcool) e sub-produtos (bagaço de cana, torta de filtro, vinhaça e eletricidade). Para o estudo das filas de espera, a metodologia adotada consistiu na análise do sistema de transporte de cana da Usina Aliança, indústria localizada no interior do Estado da Bahia, Brasil. Os dados coletados alimentaram o software de planilha eletrônica excel, da Microsoft, empregado para o teste de aderência das distribuições de probabilidade. Com base no software Quntitative Systems for Business Plus - QSB+ foram feitas simulações de descarregamentos de cana. Para a programação linear, por sua vez, tomou-se por base estudo detalhado das operações unitárias de 95 indústrias desse segmento, realizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT. O recurso informatizado neste caso, consistiu também, do software excel, através do solver, tendo sido usada para a simulação de cenários relativos à maximização do lucro. Os resultados obtidos indicaram que um re planejamento da frota de transporte de cana, com diferentes capacidades é, de fato, mais indicado para a otimização do descarregamento nas usinas. Quanto à otimização da produção, conclui-se que o modelo formulado responde satisfatoriamente a variações de preços de seus produtos, indicando cenários de produção mais adequados. O presente estudo contribui para a melhoria da indústria de açúcar e álcool, fazendo ligação entre a função suprimentos e a função produção, de modo sistematizado, e apoiado em bases das Engenharias Química e de Produção. / Abstract: This study is about optimizing sugar-cane transportation and delivery logistics in the sugar and alcohol industry, based on waiting-queue models following a model for optimizing production, using linear programming, with the objective of increasing the total profit resulting from the sale of the products and by-products: sugar-cane bagasse, filter cake, stillage, and electricity. The methodology employed in the waiting-queues study consisted of analyzing the transportation system of the Aliança Mill, a facility located in rural Bahia, Brazil. Data collected were manipulated with statistics tools found in Microsoft Excel, in order to perform the probability distributions adherence test. Quantitative Systems for Business Plus, QSB+ software was used to perform simulations of cargo unloading in which the number of cargo unloading facilities (dumpers) was varied. The mathematical model was based on a detailed study of the operating units of 95 industries of this area, developed by Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT. The computer resources also included Microsoft Excel. Its "solver" function was used to simulate scenarios related to maximizing profit. The results show that re-planning the transportation fleet to include a mix of vehicles with different load capacities is recommended to achieve optimal cargo unloading at the mills. Concerning production optimization, this study shows that the model satisfactorily responds to possible price variations of products and by-products, indicating suitable production composition scenarios. This study thus contributes to processes improvement in the sugar and alcohol industry, linking the supply function to the production function in a systematized way, based on Chemical and Production Engineering. / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química