Globally, increasing demands for biofuels have intensified the rate of land-use change (LUC) for expansion of bioenergy crops. In Brazil, the world\'s largest sugarcane-ethanol producer, sugarcane area has expanded by 35% (3.2 Mha) in the last decade. Sugarcane expansion has resulted in extensive pastures being subjected to intensive mechanization and large inputs of agrochemicals, which have direct implications on soil quality (SQ). We hypothesized that LUC to support sugarcane expansion leads to overall SQ degradation. To test this hypothesis we conducted a field-study at three sites in the central-southern region, to assess the SQ response to the primary LUC sequence (i.e., native vegetation to pasture to sugarcane) associated to sugarcane expansion in Brazil. At each land use site undisturbed and disturbed soil samples were collected from the 0-10, 10-20 and 20-30 cm depths. Soil chemical and physical attributes were measured through on-farm and laboratory analyses. A dataset of soil biological attributes was also included in this study. Initially, the LUC effects on each individual soil indicator were quantified. Afterward, the LUC effects on overall SQ were assessed using the Soil Management Assessment Framework (SMAF). Furthermore, six SQ indexes (SQI) were developed using approaches with increasing complexity. Our results showed that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture led to soil acidification, significant depletion of soil organic carbon (SOC) and macronutrients [especially phosphorus (P)] and severe soil compaction, which creates an unbalanced ratio between water- and air-filled pore space within the soil and increases mechanical resistance to root growth. Conversion from pasture to sugarcane improved soil chemical quality by correcting for acidity and increasing macronutrient levels. Despite those improvements, most of the P added by fertilizer accumulated in less plant-available P forms, confirming the key role of organic P has in providing available P to plants in Brazilian soils. Long-term sugarcane production subsequently led to further SOC depletions. Sugarcane production had slight negative impacts on soil physical attributes compared to pasture land. Although tillage performed for sugarcane planting and replanting alleviates soil compaction, our data suggested that the effects are short-term with persistent, reoccurring soil consolidation that increases erosion risk over time. These soil physical changes, induced by LUC, were detected by quantitative soil physical properties as well as by visual evaluation of soil structure (VESS), an on-farm and user-friendly method for evaluating SQ. The SMAF efficiently detected overall SQ response to LUC and it could be reliably used under Brazilian soil conditions. Furthermore, since all of the SQI values developed in this study were able to rank SQ among land uses. We recommend that simpler and more cost-effective SQI strategies using a small number of carefully chosen soil indicators, such as: pH, P, K, VESS and SOC, and proportional weighting within of each soil sectors (chemical, physical and biological) be used as a protocol for SQ assessments in Brazilian sugarcane areas. The SMAF and SQI scores suggested that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture depleted overall SQ, driven by decreases in chemical, physical and biological indicators. In contrast, conversion from pasture to sugarcane had no negative impacts on overall SQ, mainly because chemical improvements offset negative impacts on biological and physical indicators. Therefore, our findings can be used as scientific base by farmers, extension agents and public policy makers to adopt and develop management strategies that sustain and/or improving SQ and the sustainability of sugarcane production in Brazil. / Globalmente, o aumento da demanda de biocombustíveis têm intensificado a taxa de mudança de uso da terra (MUT) para expansão da produção de culturas para fins energéticos. No Brasil, a área de cana-de-açúcar aumentou 35% (3,2 Mha) na última década. A expansão do cultivo de cana-de-açúcar tem resultado em pastagens extensivas sendo submetidas a intensiva mecanização e ao uso de agroquímicos, implicando diretamente na qualidade do solo (QS). A hipótese testada nesse estudo foi que a MUT resulta na degradação da QS. Para tanto foi conduzido um estudo em três locais na região centro-sul, com objetivo de avaliar as modificações na QS devido a principal sequência de MUT (vegetação nativa - pastagem - cana-de-açúcar) associada a expansão do cultivo de cana-de-açúcar no Brasil. Em cada uso da terra, amostras indeformadas e deformadas de solo foram coletadas nas profundidades de 0- 10, 10-20 e 20-30 cm. Os atributos químicos e físicos do solo foram mensurados através de análises laboratoriais e à campo. Dados de atributos biológicos também foram incluídos no estudo. Inicialmente, os efeitos da MUT foram quantificados individualmente para cada um dos atributos do solo, e em seguida as alterações na QS global foram avaliadas através da Soil Management Assessment Framework (SMAF) e de seis índices de QS (IQS), desenvolvidos usando métodos com complexidade crescente. Os resultados demonstraram que a conversão da vegetação nativa em pastagem extensiva resultou na acidificação do solo, redução dos teores de carbono orgânico (COS) e macronutrientes (especialmente P), e severa compactação do solo, desequilibrando a relação entre ar e água e aumentando a resistência mecânica do solo ao crescimento radicular. Conversão da pastagem em cana-de-açúcar melhorou a qualidade química do solo através da correção da acidez e aumento dos macronutrientes. Apesar dessas melhorias, prolongado período de cultivo de cana-de-açúcar reduziu os teores de COS; e a maioria do P adicionado via fertilizantes acumulou em formas menos lábeis, confirmando o importante papel do P orgânico no fornecimento de P disponível às plantas em solos brasileiros. O cultivo de cana-de-açúcar teve impactos negativos nos atributos físicos do solo menos intensos do que aqueles gerados pelo uso com pastagem. Embora o preparo do solo para plantio e reforma da cana-de-açúcar reduziu a compactação do solo, os dados sugeriram que estes efeitos são de curta duração, ocorrendo a reconsolidação do solo e o aumento dos riscos de erosão ao longo do tempo. As alterações físicas do solo induzidas pela MUT foram detectadas tanto por meio de atributos quantitativos quanto por meio de avaliação visual da estrutura do solo (VESS), um método simples e diretamente aplicado no campo. A SMAF detectou eficientemente as alterações na QS devido a MUT. Além disso, todos os IQS desenvolvidos permitiram ranquear corretamente a QS entre os usos da terra. Assim, recomendamos que IQS mais simples e com melhor relação custo-benefício usando poucos indicadores chaves, tais como: pH, P, K, VESS e COS com ponderação proporcional entre os setores do solo (químico, físico e biológico) sejam usados como protocolo para avaliar a QS nas áreas de produção de cana-de-açúcar. Os resultados obtidos usando a SMAF e os IQS sugeriram que a conversão da vegetação nativa em pastagem extensiva reduziu a QS, degradando indicadores químicos, físicos e biológicos. Por outro lado, a conversão de pastagem em cana-de-açúcar não teve impactos na QS global, uma vez que a melhoria dos atributos químicos compensou os impactos negativos nos indicatores físicos e biológicos. Desta forma, esses resultados poderão ser utilizados como base científica pelos produtores, extencionistas e políticos para orientar estratégias de manejo que mantenham e/ou melhorem a QS e consequentemente a sustentabilidade da produção de cana-de-açúcar no Brasil.

Globally, increasing demands for biofuels have intensified the rate of land-use change (LUC) for expansion of bioenergy crops. In Brazil, the world\'s largest sugarcane-ethanol producer, sugarcane area has expanded by 35% (3.2 Mha) in the last decade. Sugarcane expansion has resulted in extensive pastures being subjected to intensive mechanization and large inputs of agrochemicals, which have direct implications on soil quality (SQ). We hypothesized that LUC to support sugarcane expansion leads to overall SQ degradation. To test this hypothesis we conducted a field-study at three sites in the central-southern region, to assess the SQ response to the primary LUC sequence (i.e., native vegetation to pasture to sugarcane) associated to sugarcane expansion in Brazil. At each land use site undisturbed and disturbed soil samples were collected from the 0-10, 10-20 and 20-30 cm depths. Soil chemical and physical attributes were measured through on-farm and laboratory analyses. A dataset of soil biological attributes was also included in this study. Initially, the LUC effects on each individual soil indicator were quantified. Afterward, the LUC effects on overall SQ were assessed using the Soil Management Assessment Framework (SMAF). Furthermore, six SQ indexes (SQI) were developed using approaches with increasing complexity. Our results showed that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture led to soil acidification, significant depletion of soil organic carbon (SOC) and macronutrients [especially phosphorus (P)] and severe soil compaction, which creates an unbalanced ratio between water- and air-filled pore space within the soil and increases mechanical resistance to root growth. Conversion from pasture to sugarcane improved soil chemical quality by correcting for acidity and increasing macronutrient levels. Despite those improvements, most of the P added by fertilizer accumulated in less plant-available P forms, confirming the key role of organic P has in providing available P to plants in Brazilian soils. Long-term sugarcane production subsequently led to further SOC depletions. Sugarcane production had slight negative impacts on soil physical attributes compared to pasture land. Although tillage performed for sugarcane planting and replanting alleviates soil compaction, our data suggested that the effects are short-term with persistent, reoccurring soil consolidation that increases erosion risk over time. These soil physical changes, induced by LUC, were detected by quantitative soil physical properties as well as by visual evaluation of soil structure (VESS), an on-farm and user-friendly method for evaluating SQ. The SMAF efficiently detected overall SQ response to LUC and it could be reliably used under Brazilian soil conditions. Furthermore, since all of the SQI values developed in this study were able to rank SQ among land uses. We recommend that simpler and more cost-effective SQI strategies using a small number of carefully chosen soil indicators, such as: pH, P, K, VESS and SOC, and proportional weighting within of each soil sectors (chemical, physical and biological) be used as a protocol for SQ assessments in Brazilian sugarcane areas. The SMAF and SQI scores suggested that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture depleted overall SQ, driven by decreases in chemical, physical and biological indicators. In contrast, conversion from pasture to sugarcane had no negative impacts on overall SQ, mainly because chemical improvements offset negative impacts on biological and physical indicators. Therefore, our findings can be used as scientific base by farmers, extension agents and public policy makers to adopt and develop management strategies that sustain and/or improving SQ and the sustainability of sugarcane production in Brazil. / Globalmente, o aumento da demanda de biocombustíveis têm intensificado a taxa de mudança de uso da terra (MUT) para expansão da produção de culturas para fins energéticos. No Brasil, a área de cana-de-açúcar aumentou 35% (3,2 Mha) na última década. A expansão do cultivo de cana-de-açúcar tem resultado em pastagens extensivas sendo submetidas a intensiva mecanização e ao uso de agroquímicos, implicando diretamente na qualidade do solo (QS). A hipótese testada nesse estudo foi que a MUT resulta na degradação da QS. Para tanto foi conduzido um estudo em três locais na região centro-sul, com objetivo de avaliar as modificações na QS devido a principal sequência de MUT (vegetação nativa - pastagem - cana-de-açúcar) associada a expansão do cultivo de cana-de-açúcar no Brasil. Em cada uso da terra, amostras indeformadas e deformadas de solo foram coletadas nas profundidades de 0- 10, 10-20 e 20-30 cm. Os atributos químicos e físicos do solo foram mensurados através de análises laboratoriais e à campo. Dados de atributos biológicos também foram incluídos no estudo. Inicialmente, os efeitos da MUT foram quantificados individualmente para cada um dos atributos do solo, e em seguida as alterações na QS global foram avaliadas através da Soil Management Assessment Framework (SMAF) e de seis índices de QS (IQS), desenvolvidos usando métodos com complexidade crescente. Os resultados demonstraram que a conversão da vegetação nativa em pastagem extensiva resultou na acidificação do solo, redução dos teores de carbono orgânico (COS) e macronutrientes (especialmente P), e severa compactação do solo, desequilibrando a relação entre ar e água e aumentando a resistência mecânica do solo ao crescimento radicular. Conversão da pastagem em cana-de-açúcar melhorou a qualidade química do solo através da correção da acidez e aumento dos macronutrientes. Apesar dessas melhorias, prolongado período de cultivo de cana-de-açúcar reduziu os teores de COS; e a maioria do P adicionado via fertilizantes acumulou em formas menos lábeis, confirmando o importante papel do P orgânico no fornecimento de P disponível às plantas em solos brasileiros. O cultivo de cana-de-açúcar teve impactos negativos nos atributos físicos do solo menos intensos do que aqueles gerados pelo uso com pastagem. Embora o preparo do solo para plantio e reforma da cana-de-açúcar reduziu a compactação do solo, os dados sugeriram que estes efeitos são de curta duração, ocorrendo a reconsolidação do solo e o aumento dos riscos de erosão ao longo do tempo. As alterações físicas do solo induzidas pela MUT foram detectadas tanto por meio de atributos quantitativos quanto por meio de avaliação visual da estrutura do solo (VESS), um método simples e diretamente aplicado no campo. A SMAF detectou eficientemente as alterações na QS devido a MUT. Além disso, todos os IQS desenvolvidos permitiram ranquear corretamente a QS entre os usos da terra. Assim, recomendamos que IQS mais simples e com melhor relação custo-benefício usando poucos indicadores chaves, tais como: pH, P, K, VESS e COS com ponderação proporcional entre os setores do solo (químico, físico e biológico) sejam usados como protocolo para avaliar a QS nas áreas de produção de cana-de-açúcar. Os resultados obtidos usando a SMAF e os IQS sugeriram que a conversão da vegetação nativa em pastagem extensiva reduziu a QS, degradando indicadores químicos, físicos e biológicos. Por outro lado, a conversão de pastagem em cana-de-açúcar não teve impactos na QS global, uma vez que a melhoria dos atributos químicos compensou os impactos negativos nos indicatores físicos e biológicos. Desta forma, esses resultados poderão ser utilizados como base científica pelos produtores, extencionistas e políticos para orientar estratégias de manejo que mantenham e/ou melhorem a QS e consequentemente a sustentabilidade da produção de cana-de-açúcar no Brasil.

The use of ethanol produced from lignocellulosic biomass for transportation fuel offers solutions in reducing environmental emission and the use of non-renewable fuels. However, lignocellulosic ethanol production is still hampered by economic and technical obstacles. For instance, the inhibitory effect of toxic compounds produced during biomass pretreatment was reported to inhibit the fermenting microorganisms, hence there was a decrease in ethanol yield and productivity. Thus, there is a need to improve the bioconversion of lignocellulosic biomass to ethanol in order to promote its commercialization. The research reported here investigated the use of poultry litter biochar to improve the ethanol production from steam-exploded poplar and corn stover. The effect of poultry litter biochar was first studied on Saccharomyces cerevisiae ATCC 204508/S288C growth, and second on the enzyme hydrolysis and fermentation of two steam-exploded biomasses: (poplar and corn stover). The third part of the study investigated optimal process parameters (biochar loading, biomass loading, and enzyme loading) on the reducing sugars production, and ethanol yield from steam-exploded corn stover. In this study, it has been shown that poultry litter biochar improved the S. cerevisiae growth and ethanol productivity; therefore poultry litter biochar could potentially be used to improve the ethanol production from steam-exploded lignocellulosic biomass.

The world is experiencing yet another energy- and fuel predicament as oil prices are escalating to new hights. Alternative fuels are being promoted globally as the increasing gasoline prices trigger inflation. Basic food commodities are some of the goods hit by this inflation and the purpose of this thesis is to analyse whether the higher maize and sugar prices are having any effect on the expanding ethanol production. This thesis focuses on the two major crop inputs in ethanol production: maize (in the US) and sugar cane (in Brazil). Econometric tests using cross-sectional data were carried through to find the elasticities of the variables. The crops prices were tested against ethanol output using the log-linear model in several regressions to find a relationship. In addition, the output levels of the crops were tested using the same method. It was found that maize prices and output affects ethanol production. Sugar cane prices do not have any significant impact on ethanol production while sugar cane output has a small, yet significant relationhip with ethanol. Consequently, ethanol’s rise in the fuel market could be a result of increased maize input, rather than sugar. / Dagens värld upplever ännu ett energi- och bränsle predikament när oljepriser eskalerar mot nya höjder. Alternativa bränslen marknadsförs globalt samtidigt som de stigande bensinpriserna stimulerar inflationen. Några av de varor som drabbas av denna inflation är grundläggande livsmedelsprodukter och syftet med denna uppsats är att analysera huruvida de högre priserna på majs och socker påverkar den expanderande etanolproduktionen. Uppsatsen fokuserar på de två stora grödor som används som insatsvaror vid framställningen av etanol: majs (i USA) och sockerrör (i Brasilien). Ekonometriska tester genomfördes för att erhålla variablernas elasticiteter med hjälp av den cross-sectional data som behandlades. Genom log-linear modellen utfördes det ett antal regressioner för att hitta ett samband mellan grödornas priser och etanolproduktionen. Därutöver genomfördes tester för att hitta sambandet mellan grödornas utbud och etanol med hjälp av samma modell. Det upptäcktes att både pris och utbudet av majs påverkar etanolproduktionen. Sockerrörspriser har ingen signifikant inverkan på etanolproduktionen medan utbudet av sockerrör har en signifikant, om än svag, relation till etanol. Följaktligen kan etanols tillväxt i  bränslemarknaden tolkas som ett resultat av en stigande majsinsats snarare än sockerinstats vid etanolframställningen.

<p> </p><p>The world is experiencing yet another energy- and fuel predicament as oil prices are escalating to new hights. Alternative fuels are being promoted globally as the increasing gasoline prices trigger inflation. Basic food commodities are some of the goods hit by this inflation and the purpose of this thesis is to analyse whether the higher maize and sugar prices are having any effect on the expanding ethanol production. This thesis focuses on the two major crop inputs in ethanol production: maize (in the US) and sugar cane (in Brazil). Econometric tests using cross-sectional data were carried through to find the elasticities of the variables. The crops prices were tested against ethanol output using the log-linear model in several regressions to find a relationship. In addition, the output levels of the crops were tested using the same method. It was found that maize prices and output affects ethanol production. Sugar cane prices do not have any significant impact on ethanol production while sugar cane output has a small, yet significant relationhip with ethanol. Consequently, ethanol’s rise in the fuel market could be a result of increased maize input, rather than sugar.</p><p> </p> / <p>Dagens värld upplever ännu ett energi- och bränsle predikament när oljepriser eskalerar mot nya höjder. Alternativa bränslen marknadsförs globalt samtidigt som de stigande bensinpriserna stimulerar inflationen. Några av de varor som drabbas av denna inflation är grundläggande livsmedelsprodukter och syftet med denna uppsats är att analysera huruvida de högre priserna på majs och socker påverkar den expanderande etanolproduktionen. Uppsatsen fokuserar på de två stora grödor som används som insatsvaror vid framställningen av etanol: majs (i USA) och sockerrör (i Brasilien). Ekonometriska tester genomfördes för att erhålla variablernas elasticiteter med hjälp av den cross-sectional data som behandlades. Genom log-linear modellen utfördes det ett antal regressioner för att hitta ett samband mellan grödornas priser och etanolproduktionen. Därutöver genomfördes tester för att hitta sambandet mellan grödornas utbud och etanol med hjälp av samma modell. Det upptäcktes att både pris och utbudet av majs påverkar etanolproduktionen. Sockerrörspriser har ingen signifikant inverkan på etanolproduktionen medan utbudet av sockerrör har en signifikant, om än svag, relation till etanol. Följaktligen kan etanols tillväxt i  bränslemarknaden tolkas som ett resultat av en stigande majsinsats snarare än sockerinstats vid etanolframställningen.</p>

Thesis (MScAgric (Genetics))--University of Stellenbosch, 2010. / Includes bibliography. / ENGLISH ABSTRACT: This study aimed to investigate the suitability of spring wheat in the Western Cape as a potential feedstock for a future bio-ethanol industry as well as initiate a pre-breeding effort to develop bioethanol -directed improved lines. Determined primarily on grain yield, disease resistance and, direct as well as indirect assaying of important parameters, material was selected from a base-population for use as male parents. These were crossed with female parents sourced from the Stellenbosch University Plant Breeding Laboratory (SU-PBL) male sterility -mediated marker-assisted recurrent selection (MSMARS) programe. This programe is constituted by an agronomically and disease-resistance - improved population, containing a dominant male sterility gene (Ms3). The progeny of these crosses was used to initiate the production of doubled haploids in order to ultimately derive higher ethanol yielding lines. Multi-location field trial (MLFT) data revealed that 00K60-16-3-3 was the best adapted and highest yielding (2160.95 litres ethanol per hectare) advanced breeding line (ABL). Its performance was not statistically significantly less than first-ranked 03H86-8-2 (2184.62 litres per hectare) and both ABLs significantly (P≤0.05) out-performed six controls in the study. ABL 00K60-16-3-3 was also the most adapted in terms of potential yield in litres per ton of grain. ABL 03H86-8-1 was second recommended for the Western Cape, performing above the expected mean for yield in litres per hectare. Further adaptation of specific ABLs to the two major sub-regions of the Western Cape i.e. the Swartland and Southern Cape including the Rûens was also elucidated. Napier was significantly the highest yielding trial site although none of the considered sites were both stable and high yielding. It was also determined that entry X locality interaction (GxE) was indeed significant across the whole production area regarding litres per hectare as well as its two subregions. This is expected considering the environmentally diverse nature of the region as a whole. Using several entries as examples, relationships between starch, ethanol production in litres ethanol per hectare and litres per ton where grain yield is not taken into consideration were illustrated. Overall applicable relationships other than clear grouped entry differences could not be established. What was clearly demonstrated however, is that the maximization of grain yield is paramount. Highlighted thus, is the individuality of a specific genotype where MLFTs will always be required to quantify genotype potential. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die studie het ten doel gehad om die geskiktheid van lentekoring vir die produksie van bio-etanol in die Wes Kaap te evalueer. Ook het dit ‘n voortelingsprogram geinisieer vir die teel van lyne met verhoogde bio-etanol opbrengs. Materiaal vir gebruik as manlike ouers in ‘n basis-populasie is geselekteer gegrond grootliks op graanopbrengs, siekteweerstand en direkte sowel as indirekte etanolopbrengs kenmerke. Die gekose materiaal is gekruis met vroulike ouers verkry vanaf Stellenbosch Universiteit se Planteteeltlaboratorium (SU-PTL) se manlike steriliteits gedrewe merker bemiddelde herhalende seleksieprogram. Die program is saamgestel uit ‘n verbeterde populasie ten opsigte van siekteweerstand en agronomiese eienskappe. Dit bevat ook ‘n dominante steriliteitsgeen. Die nageslag van die kruisings is aangewend vir die inisiasie van die produksie van verdubbelde haploied lyne vir die verkryging van lyne met verhoogde etanol opbrangs. Die ontleding van data ten opsigte van die multi-lokaliteitsproewe (MLP) het aangetoon dat gevorderde teellyn (GTL) 00K60-16-3-3 die beste aangepas was en ook die hoogste opbrengs (2160.95 liters etanol per hektaar) gegee het. 00K60-16-3-3 was ook nie statisties betekenisvol swakker as die eerste geplaaste 03H86-8-2 (2184.62 liters etanol per hektaar) en beide GTLs was statisties betekenisvol beter (P≤0.05) as die ses kontroles in die studie. GTL 00K60-16-3-3 was ook die beste aangepaste in terme van etanol opbrengs in liters per ton graan. GTL 03H86-8-1 was tweede aanbevole vir die Wes-Kaap met ‘n prestasie bo die verwagte gemiddelde opbrengs in liters per hektaar. Verdere aanpassing van spesifieke GTLs vir die twee mega-omgewings in Wes- Kaap nl. Swartland en Suid-Kaap insluitend die Rûens was ook afgelei. Napier was betekenisvol beter, maar nie enige van die lokaliteite was beide stabiel en hoë opbrengs lokaliteite nie. Dit was ook bepaal dat die inskrywing by lokaliteits interaksie (GXE) betekenisvol was oor die hele produksiegebied ten opsigte van liters per hektaar asook in die twee mega-omgewings afsonderlik. Dit was egter te verwagte gegewe die diverse aard van die omgewings in die streek as geheel. Deur gebruik te maak van verskeie inskrywings as voorbeelde is die verwantskap tussen stysel, etanol produksie in liters etanol per hektaar en liters etanol per ton graan geillustreer sonder om graanopbrengs in ag te neem. Oorhoofs toepaslike verwantskappe anders as duidelike gegroepeerde inskrywings verskille kon nie afgelei word nie. Wat wel duidelik gedemonstreer kon word is dat maksimum graanopbrengs uiters belangrik was. Dit is dus duidelik dat weens die wisselende aard van spesifieke genotipes MLPs altyd van kardinale belang sal wees vir die kwantifisering van ‘n genotipe se potensiaal.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-12Bitstream added on 2014-06-13T21:05:11Z : No. of bitstreams: 1 ravaneli_gc_dr_jabo.pdf: 1780303 bytes, checksum: 55f28d561e80d687e880e07b7df558ea (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A cigarrinha-das-raízes tornou-se importante praga da cana-de-açúcar na região Centro-Sul do Brasil devido à expansão das áreas de colheita de cana sem queima, que deixa sobre o solo uma camada de palha que proporciona condições ideais para a sobrevivência das ninfas. Pesquisas recentes indicam que a praga pode causar perdas de produção e reduzir a qualidade tecnológica da matéria-prima destinada ao processamento industrial. A presente pesquisa tem como objetivo estudar a influência dos danos promovidos pela cigarrinha-das-raízes em cana-de-açúcar sobre a qualidade da matéria-prima destinada ao processamento, estabilidade das leveduras, desempenho fermentativo, e produção de etanol. Verificou-se que o ataque da praga interfere negativamente na qualidade da matéria-prima, reduzindo a Pol e os Açúcares Redutores Totais do caldo e aumentando a acidez total, volátil, ácido lático e os compostos fenólicos totais do caldo. Também constatou-se que o processo de clarificação do caldo não remove totalmente os compostos fenólicos. Observou-se interferência do ataque da praga sobre a microbiota presente no processo fermentativo, com reduções significativas na viabilidade celular e de brotos e no índice de brotamento das leveduras, e aumento da contaminação bacteriana, resultando em vinhos com menores teores alcoólicos e menor eficiência da fermentação. / Spittlebug has became a key pest of sugarcane in Brazil because the moisture and temperature conditions provided by the litter left on the field after harvesting without previous burn are favorable to the development of pest nymphs. Recent studies indicate that pest attack cause yield losses and reduces cane quality and industrial processing. This research was conducted to determine the effects of M. fimbriolata damage levels in sugarcane on cane quality, yeast stability, fermentative process and ethanol production. Spittlebug attack negatively affected cane quality, Sucrose content, Total Reducing Sugars and juice purity were lower and total, volatile acidity and lactic acid contents and phenolic compounds were higher at higher damage levels. Also, we observed that the clarification process does not remove totally phenolic compounds of juice. Pest attack also affected microorganisms in fermentation process, reducing yeasts cell and bud viabillty. There was an increase in bacterial contamination, resulting in wines with lower alcohol content and fermentation efficiency.

Resumo: A cigarrinha-das-raízes tornou-se importante praga da cana-de-açúcar na região Centro-Sul do Brasil devido à expansão das áreas de colheita de cana sem queima, que deixa sobre o solo uma camada de palha que proporciona condições ideais para a sobrevivência das ninfas. Pesquisas recentes indicam que a praga pode causar perdas de produção e reduzir a qualidade tecnológica da matéria-prima destinada ao processamento industrial. A presente pesquisa tem como objetivo estudar a influência dos danos promovidos pela cigarrinha-das-raízes em cana-de-açúcar sobre a qualidade da matéria-prima destinada ao processamento, estabilidade das leveduras, desempenho fermentativo, e produção de etanol. Verificou-se que o ataque da praga interfere negativamente na qualidade da matéria-prima, reduzindo a Pol e os Açúcares Redutores Totais do caldo e aumentando a acidez total, volátil, ácido lático e os compostos fenólicos totais do caldo. Também constatou-se que o processo de clarificação do caldo não remove totalmente os compostos fenólicos. Observou-se interferência do ataque da praga sobre a microbiota presente no processo fermentativo, com reduções significativas na viabilidade celular e de brotos e no índice de brotamento das leveduras, e aumento da contaminação bacteriana, resultando em vinhos com menores teores alcoólicos e menor eficiência da fermentação. / Abstract: Spittlebug has became a key pest of sugarcane in Brazil because the moisture and temperature conditions provided by the litter left on the field after harvesting without previous burn are favorable to the development of pest nymphs. Recent studies indicate that pest attack cause yield losses and reduces cane quality and industrial processing. This research was conducted to determine the effects of M. fimbriolata damage levels in sugarcane on cane quality, yeast stability, fermentative process and ethanol production. Spittlebug attack negatively affected cane quality, Sucrose content, Total Reducing Sugars and juice purity were lower and total, volatile acidity and lactic acid contents and phenolic compounds were higher at higher damage levels. Also, we observed that the clarification process does not remove totally phenolic compounds of juice. Pest attack also affected microorganisms in fermentation process, reducing yeasts cell and bud viabillty. There was an increase in bacterial contamination, resulting in wines with lower alcohol content and fermentation efficiency. / Orientadora: Márcia Justino Rossini Mutton / Coorientador: José Paulo Stupiello / Banca: Marco Antonio Castro e Souza / Banca: Octávio Antonio Valsechi / Banca: Ailto Antônio Casagrande / Banca: Odair Aparecido Fernandes / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-01-27Bitstream added on 2014-06-13T20:52:16Z : No. of bitstreams: 1 bringhenti_l_me_botfca.pdf: 411319 bytes, checksum: af3a1ca0db941f12654bf420dfe195fa (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Neste trabalho fez-se uma avaliação da utilização dos resíduos da agroindustrialização da mandioca como fonte de carbono para fermentação alcoólica, buscando um etanol, que possua qualidades adequadas para uso na indústria alimentícia. No sentido de promover uma alternativa viável, tanto tecnologicamente como economicamente, traçou-se um planejamento experimental que minimizasse os custos. Preocupou-se também, com a sustentabilidade ambiental do processo, pois a produção de álcool etílico pelo método aqui proposto, acena como uma alternativa para que o resíduo gerado, na indústria da mandioca, passe ao status de co-produto, gerando para a indústria não só receita como todos os benefícios mercadológicos de uma indústria limpa. O resíduo utilizado foi o amiláceo pré-hidrolizado que após o processo de fermentação foi destilado e teve seu produto separado e analisado. Desenvolveu-se uma coluna de destilação com recheio de vidro, para operação contínua a fim de estabelecer uma planta pré-piloto, onde ocorram os processos de hidrólise, fermentação e destilação. O substrato escolhido foi submetido a diversos ensaios e, o etanol obtido foi avaliado utilizando metodologias analíticas de derivatização. Para suprir as leveduras alcoólicas dos requisitos nutricionais necessários à sua manutenção durante o processo de fermentação, adicionou-se concentrações crescentes de mel residuário de sacarose aos substratos amiláceos previamente hidrolisados, nas proporções de 5, 10, 15 e 20% . Estas soluções foram padronizadas buscando manter a mesma concentração de carbono orgânico e na etapa subseqüente foram tratadas com enzimas amilolíticas para sacarificação completa. Após o inóculo com leveduras Saccharomyces cerevisiae, as fermentações foram... / In this study an evaluation of the residue from the agricultural industrialization of cassava root is aimed. The main goal of this evaluation was towards the potential use of the root as a carbon source to the ethanol production via fermentation. The ethanol obtained must have characteristics good enough to be used in the food industry. Keeping in mind that, nowadays, industrial process must be sustainable and also economically feasible, an experimental scheme was designed. If the second goal may be proved, the first one appears immediatelly; due to promote an alternative use for a residue that otherwise may impact the environment. The experiment begins with the pre-hydrolysed amylaceous that is a by-product from the production of cassava flour. This starch was submited to fermentation under optimized conditions, the wine resultant went trough destilation, the final product was separated and analised. A destilation column, containing glass pearls, was designed in order to integrate a pilot project that may work in a process of continuos operation. This pilot plant was designed in order to achieve the process of hydrolysis, fermentation and destilation. The chosen substrate was then submited to various tests at diverse conditions and the ethanol obtained was evalueted trhough analytical methods with derivatization. In order to optimize the fermentation process by giving to the yeast better conditions of development, molasses, from the sucrose production, was added. The additions were of 5, 10, 15 and 20 %. These solutions were standardized in order to keep the same organic carbon content and after this were submited to a treatment with amylolitc enzymes. This treatment goal was to promote a complete saccharification...(Complete abstract, click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4241.pdf: 4394811 bytes, checksum: d936ee1e166e7445e905ea5bc46e870b (MD5) Previous issue date: 2012-02-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / Sugarcane bagasse is an interesting option for second generation ethanol production. However, its use for this purpose is constrained by the energetic self-suficiency of the industrial plant, apart from the necessary economic considerations, given other possible uses for sugarcane bagasse. It was proposed in this work the development of a tool to assist economic and process-related decisions regarding the production of ethanol from sugarcane juice and bagasse, through stationary simulation and optimization of the first and second generation ethanol production process. A new approach for distillation columns simulation using equation-based simulators was presented, using multilinear interpolation. This approach allowed the simulation of the process of ethanol production, which employs a set of distillation columns for ethanol purification, that would otherwise present convergence problems, especially during the optimization step in which several conditions are tested. Results show that the methodology was able to reproduce the nonlinear behavior of the set of distillation columns with enough precision for the work developed here. The tool was tested for second generation ethanol production using organosolv as pretreatment. The results show that the implemented stochastic optimizer was able to find the optimal condition for an objective function representing the cash ow of the plant, which was confirmed by the contour plots obtained for this function. The tool also allows the analysis of steam consumption distribution for each section of the industrial plant, which enables the determination of the impact of second generation ethanol production on the general process. / O bagaço de cana-de-açúcar tem se mostrado uma escolha interessante para a produção de etanol de segunda geração. Entretanto, sua utilização para este fim esbarra na restrição imposta pela autossuficiência energética da planta, além de serem necessárias considerações econômicas frente outras possíveis aplicações para o material. Este trabalho se propôs a desenvolver uma ferramenta para auxiliar nas decisões econômicas e de processo referentes à produção de etanol a partir do caldo e do bagaço de cana-de-açúcar, através da simulação e otimização estacionária de uma planta de produção de etanol de primeira e segunda geração. Uma nova abordagem para simulação de colunas de destilação estacionárias em simuladores baseados em equações foi proposta, empregando interpoladores multilineares. Tal abordagem permitiu a simulação do processo de produção de etanol, o qual emprega um trem de colunas de destilação na etapa de purificação do etanol que, de outra forma, teria apresentado problemas de convergência, especialmente durante a etapa de otimização, na qual diversas condições são testadas. Os resultados mostram que o interpolador conseguiu reproduzir o comportamento não linear do trem de colunas de destilação com precisão suficiente para o trabalho desenvolvido. A ferramenta desenvolvida foi testada para o caso da produção de etanol de segunda geração empregando o pré-tratamento organosolv. Os resultados mostram que o otimizador estocástico implementado foi capaz de encontrar a condição ótima para uma função objetivo representativa do fluxo de caixa da planta, o que é confirmado pelas curvas de nível obtidas para tal função. A ferramenta também permitiu a análise da distribuição do consumo de vapor na planta por setor, o que possibilita a determinação do impacto da segunda geração na demanda energética do processo.