A conversão da biomassa para produção de etanol celulósico só é viável se a fração hemicelulósica e celulósica for utilizada no processo industrial. Para obtenção de leveduras capazes de produzir etanol a partir de pentoses, a captação desses açúcares é muito estudada, sendo que diversos autores concluíram que a interiorização do substrato é uma etapa limitante para a produção de etanol. Neste trabalho foram isoladas leveduras da biodiversidade brasileira capazes de fermentar xilose. Foram construídos cassetes de expressão dos genes HXT5 e HXT7 de S. cerevisisae e analisados os consumos de glicose e xilose e a produção de etanol, em condições de aeração e de restrição de oxigênio. Análises qualitativas e quantitativas mostraram que os clones recombinantes foram capazes de consumir mais rapidamente xilose e glicose. Entretanto, isto não resultou no aumento de produção de biomassa ou de etanol a partir de xilose, sugerindo que a baixa expressão dos genes endógenos da rota de utilização deste açúcar foi determinante para seu acúmulo intracelular. / The biomass conversion for industrial cellulosic ethanol production is feasible only if all hemicellulosic and cellulosic fractions are exploited in the process. In the aim to have yeasts capable of producing ethanol from pentoses, the transport of these sugars is very much studied, and many authors have concluded that the utilization of xylose is a limiting step for ethanol production. In this work were isolated yeast from Brazilian biodiversity capable of fermenting xylose. It was built expression cassettes of the genes HXT5 and HXT7 from S. cerevisiae and analyzed the consumptions of glucose and xylose and the ethanol production in aerated and oxygen limited conditions. Qualitative and quantitative analysis showed that the recombinant yeasts were capable of consuming more rapidly the two sugars. However, it didn´t result in greater production of biomassa or of ethanol from xylose, suggesting that the low expression of the natural genes in the xylose utilization pathway was determinant for the intracellular accumulation of this pentose.

Motor a álcool teve grande aplicação no Brasil com a implantação do Proálcool, programa lançada na década de 1970, vislumbrando reduzir a dependência externa do petróleo. Ressalta-se que avanços na tecnologia do referido motor, bem como na produção de álcool, tornaram-no técnica e economicamente viável como substituto da gasolina em algumas regiões. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho e a emissão de um motor ciclo Otto funcionando com dois tipos de álcool, 92,8 e 75 INPM, sendo o último considerado de baixo teor alcoólico, possibilitando variar a taxa de compressão. O ensaio foi realizado em bancada dinamométrica, no laboratório de motores da EESC/USP, campus de São Carlos. Para tanto, utilizou-se de motor de 1.000 \'CM POT.3\', oito válvulas e quatro cilindros. Os resultados evidenciaram que o combustível de baixo teor alcoólico aceitou aumento na taxa de compressão de 13,5:1 para 16,2:1, ressaltando-se que, nessa condição, houve aumento de torque e da potência máxima, redução de emissão de NOx e aumentos de consumo e de emissão de hidrocarboneto. / Ethanol engines had a great application in Brazil with the implantation of Proalcool, a program launched in 1970 decade, guessing the reduction in exterior oil dependence. Progress in technology in the cited engine, as well as in ethanol production have turned this combustible into a technically and economically viable option, as an oil substitute in some regions. The present work had the aim of evaluating the performance and emission of an Otto cycle engine working with two types of ethanol, 92.8 and 75 INPM, the latter considered as a low grade alcohol, enabling a variation in the compression rate. The experiment was performed at the dynamometer testing bench in the engine laboratory of EESC/USP, campus at São Carlos. With this intent a 1,000 \'CM POT.3\' engine, eight valves and four cylinders were utilized. The results have shown that the low grade alcoholic combustible accepted an enhancement in the compression rate from 13.5 to 16.2:1, emphasizing that in this condition there was increase maximum torque and maximum power, a reduction in NOx emission and a rise in the consumption and hydrocarbon emission.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4623.pdf: 1933289 bytes, checksum: 2fe0862970018a5264c75880e4d507f8 (MD5) Previous issue date: 2012-03-09 / Universidade Federal de Sao Carlos / Hydrogen and ethanol production using microorganisms is a promising area of technological development from a wide variety of renewable and alternative to this production is the use of anaerobic fluidized bed reactor (AFBR). One of the factors that most influence the performance of the AFBR is the material support, which must provide abrasion resistance, porous surface conducive to colonization by microorganisms, easy to achieve fluidization and ability to promote mass transfer between the medium and biofilm. Thus, the objective of this study was to evaluate the influence of different support materials (polystyrene - R1, grounded tire - R2 and polyethylene terephthalate (PET) - R3) on producing hydrogen and ethanol using three anaerobic fluidized bed reactors. Each reactor had a total volume of 4192 cm3 and was fed with media containing glucose as the carbon source (4000 mg L-1) with an influent pH around 5.0 and an effluent pH of about 3.5, a hydraulic retention time (HRT) of 8 1 h at a temperature of 23 2 ºC, with thermal treatment of the inoculum. For hydrogen production, the best performance was achieved with R2 (2.11 mol H2 mol-1 glucose), providing the highest H2 content in biogas (60%). In all reactors, the predominant soluble metabolites were acetic acid, butyric acid, lactic acid and ethanol, with small amounts of propionic acid. The reactor R2 produced more acetic and butyric acid (434.74 and 1013.61 mg L-1, respectively). However, reactor R3 showed a better performance for ethanol production (1941.78 mg L-1). / A produção de hidrogênio e etanol usando microrganismos é uma promissora área de desenvolvimento tecnológico a partir de uma ampla variedade de fontes renováveis e uma das alternativas para esta produção é a utilização do reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF). Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes materiais suporte (poliestireno - R1, pneu inservível triturado - R2 e PET - R3) visando à produção de hidrogênio e etanol utilizando três reatores anaeróbios de leito fluidizado. Cada reator possuía um volume total de 4192 cm3, alimentado com meio contendo glicose como fonte de carbono (4000 mg.L-1), com tempo de detenção hidráulica (TDH) entre 8 e 1 h a uma temperatura entre 20 e 25ºC, com tratamento térmico do inóculo, utilizando culturas mistas. Para produção de hidrogênio, o melhor desempenho foi do R2, apresentando melhor rendimento de H2 (2,11 mol-H2.mol-1-glicose) e melhor conteúdo de H2 no biogás (60%). Os metabólitos solúveis predominantes em todos os reatores foram ácidos acético e butírico e etanol, havendo uma pequena produção de ácido propiônico, sendo o R2 o que mais produziu ácidos acético e butírico (434,74 e 1013,61 mg/L, respectivamente). Entretanto, o R3 apresentou um melhor desempenho para produção de etanol (2,43 mol-EtOH.mol-1-glicose). Assim, pode-se afirmar que foi possível produzir simultaneamente hidrogênio e etanol como biocombustíveis.

Motor a álcool teve grande aplicação no Brasil com a implantação do Proálcool, programa lançada na década de 1970, vislumbrando reduzir a dependência externa do petróleo. Ressalta-se que avanços na tecnologia do referido motor, bem como na produção de álcool, tornaram-no técnica e economicamente viável como substituto da gasolina em algumas regiões. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho e a emissão de um motor ciclo Otto funcionando com dois tipos de álcool, 92,8 e 75 INPM, sendo o último considerado de baixo teor alcoólico, possibilitando variar a taxa de compressão. O ensaio foi realizado em bancada dinamométrica, no laboratório de motores da EESC/USP, campus de São Carlos. Para tanto, utilizou-se de motor de 1.000 \'CM POT.3\', oito válvulas e quatro cilindros. Os resultados evidenciaram que o combustível de baixo teor alcoólico aceitou aumento na taxa de compressão de 13,5:1 para 16,2:1, ressaltando-se que, nessa condição, houve aumento de torque e da potência máxima, redução de emissão de NOx e aumentos de consumo e de emissão de hidrocarboneto. / Ethanol engines had a great application in Brazil with the implantation of Proalcool, a program launched in 1970 decade, guessing the reduction in exterior oil dependence. Progress in technology in the cited engine, as well as in ethanol production have turned this combustible into a technically and economically viable option, as an oil substitute in some regions. The present work had the aim of evaluating the performance and emission of an Otto cycle engine working with two types of ethanol, 92.8 and 75 INPM, the latter considered as a low grade alcohol, enabling a variation in the compression rate. The experiment was performed at the dynamometer testing bench in the engine laboratory of EESC/USP, campus at São Carlos. With this intent a 1,000 \'CM POT.3\' engine, eight valves and four cylinders were utilized. The results have shown that the low grade alcoholic combustible accepted an enhancement in the compression rate from 13.5 to 16.2:1, emphasizing that in this condition there was increase maximum torque and maximum power, a reduction in NOx emission and a rise in the consumption and hydrocarbon emission.

A conversão da biomassa para produção de etanol celulósico só é viável se a fração hemicelulósica e celulósica for utilizada no processo industrial. Para obtenção de leveduras capazes de produzir etanol a partir de pentoses, a captação desses açúcares é muito estudada, sendo que diversos autores concluíram que a interiorização do substrato é uma etapa limitante para a produção de etanol. Neste trabalho foram isoladas leveduras da biodiversidade brasileira capazes de fermentar xilose. Foram construídos cassetes de expressão dos genes HXT5 e HXT7 de S. cerevisisae e analisados os consumos de glicose e xilose e a produção de etanol, em condições de aeração e de restrição de oxigênio. Análises qualitativas e quantitativas mostraram que os clones recombinantes foram capazes de consumir mais rapidamente xilose e glicose. Entretanto, isto não resultou no aumento de produção de biomassa ou de etanol a partir de xilose, sugerindo que a baixa expressão dos genes endógenos da rota de utilização deste açúcar foi determinante para seu acúmulo intracelular. / The biomass conversion for industrial cellulosic ethanol production is feasible only if all hemicellulosic and cellulosic fractions are exploited in the process. In the aim to have yeasts capable of producing ethanol from pentoses, the transport of these sugars is very much studied, and many authors have concluded that the utilization of xylose is a limiting step for ethanol production. In this work were isolated yeast from Brazilian biodiversity capable of fermenting xylose. It was built expression cassettes of the genes HXT5 and HXT7 from S. cerevisiae and analyzed the consumptions of glucose and xylose and the ethanol production in aerated and oxygen limited conditions. Qualitative and quantitative analysis showed that the recombinant yeasts were capable of consuming more rapidly the two sugars. However, it didn´t result in greater production of biomassa or of ethanol from xylose, suggesting that the low expression of the natural genes in the xylose utilization pathway was determinant for the intracellular accumulation of this pentose.

Neste trabalho, o gene da α-amilase de Bacillus subtilis foi clonado em S. cerevisiae, por δ-integração. Foram construídos dois vetores: 1) o gene truncado da α-amilase de B. subtilis (amyEt) com a sequência sinal própria, sob regulação do promotor e terminador ADH1 (δAmyEtδ); 2) o gene da α-amilase completo de B. subtilis (amyE), com a sequência sinal MFα de S. cerevisiae, sob a regulação do promotor e terminador PGK (δAmyEδ). Esses vetores foram empregados na transformação genética de linhagens S. cerevisiae, em co-transformação com o plasmídeo pAJ50, que permite a seleção positiva. Os clones transformantes cultivados em meio YPDA (0,5% amido) produziram halos de amilolise de diferentes tamanhos. Os que receberam o gene da α-amilase completo sob a regulação de PGK (δAmyEδ) apresentaram os melhores resultados para a hidrólise de amido. Nenhum clone teve o crescimento prejudicado em relação à linhagem controle selvagem. Estes resultados indicam que os novos vetores apresentam bom potencial para emprego na construção de linhagens industriais de S. cerevisiae. / At the present work, the α-amylase gene from Bacillus subtilis was cloned in S. cerevisiae by δ-integration. We constructed two vectors: 1) a truncated α-amylase gene of B. subtilis (amyEt) with its own signal sequence, under the regulation of the ADH1 promoter and terminator of S. cerevisiae (δAmyEtδ), 2) a complete α-amylase gene of B. subtilis (amyE), with the signal sequence of MFα of S. cerevisiae under the regulation of PGK promoter and terminator (δAmyEδ). These vectors were used to genetic transformation in S. cerevisiae strains, in co-transformation with pAJ50 plasmid , which allows positive selection. The transformant clones grown in YPDA (0.5% starch) produced amilolise halos of different sizes. Those which received the complete -amylase gene under the regulation of PGK (δAmyEδ) showed the best results for starch hydrolysis. None of the clones had its growth capacity altered when compared to the wild type. These results indicate that these vectors have a good potential to be employed in industrial strains transformation of S. cerevisiae.

Submitted by Caroline Periotto (carol@ufscar.br) on 2016-09-21T20:12:40Z No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:31:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:31:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-23T18:31:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseFFF.pdf: 5653411 bytes, checksum: 875bb8d2ed23313c792c9c246e285a85 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Lignocellulosic ethanol, also called second generation ethanol, is a promising alternative for decreasing fossil fuel dependency globally. Nevertheless, its production process still needs further improvements in order to achieve industrial feasibility. Despite the massive experimental effort in this area, threshold values to be pursued in order to attain an economically feasible process are still missing. In this context, this study focused on constructing a methodology for economic evaluation of early-stage developing processes, such as second generation ethanol, aiming to show the R&D area directions to be followed for a successful industrial implementation of the process. The systematic procedure integrates bioprocess systems engineering (PSE) and economic engineering tools to perform a “retro” tecno-economic analysis. This analysis is able to identify the main process variables that influence the economic feasibility of the process and their target values. Initially, the methodology was tested on a case study involving the production of succinic acid from sucrose by fermentation. The methodology was able to eliminate one of the variables initially considered (sucrose conversion), due to its low influence on the process feasibility. Additionally, target values were obtained for the succinic acid concentration in the fermenter as a function of the selectivity and the specific productivity (the process variables chosen). Finally, the integrated production of ethanol from sugarcane juice and bagasse (first and second generation ethanol, respectively) was assessed. The three variables with the highest effect on the economic feasibility of the process were: the biocatalyst yield, the sucrose conversion and the solid mass fraction, both in the hydrolysis reactor. The reactor productivity, on the other hand, had little impact on the process feasibility. Besides, the experimental results already achieved the values needed for this variable. In general, the methodology was able to yield important information about both case studies required improvements for achieving economic feasibility. Although used in biochemical processes, the methodology is general, applying to all types of chemical processes. / A produção de etanol lignocelulósico, o chamado etanol de segunda geração, é uma alternativa promissora para diminuir a dependência energética global dos combustíveis fósseis. Entretanto, um desenvolvimento maior de seu processo de produção ainda é necessário para sua efetiva implementação industrial. Apesar do grande esforço experimental na área, ainda não existem informações claras sobre os valores limites a serem alcançados nas diversas etapas de processo para que esse se torne economicamente viável. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi construir uma metodologia para avaliação econômica de processos em estágio inicial de desenvolvimento, como é o caso do etanol de segunda geração, indicando à área de P&D direções a serem seguidas para sua viável implementação industrial. Tal procedimento sistemático integra ferramentas de engenharia de bioprocessos e sistemas e engenharia econômica para realizar uma análise tecno-econômica “reversa”, que permite obter as variáveis que mais influenciam a viabilidade do processo, bem como seus valores limites para que tal viabilidade seja alcançada. Inicialmente, a metodologia proposta foi testada em um estudo de caso envolvendo o processo de produção de ácido succínico a partir da sacarose por rota fermentativa. Nesse processo, a metodologia conseguiu eliminar uma das variáveis inicialmente consideradas (a conversão da sacarose), devido a sua baixa influência. Além disso, foram obtidos valores mínimos para a concentração de ácido succínico no fermentador em função da seletividade e da produtividade específica (as variáveis de processo escolhidas). Em seguida, considerou-se a produção integrada de etanol a partir do caldo e do bagaço de cana-de-açúcar, etanol de primeira e segunda geração, respectivamente. As três variáveis com maior impacto na viabilidade econômica do processo foram: o rendimento do biocatalisador, a conversão da celulose no reator de hidrólise e a fração de sólidos nesse reator. A produtividade do reator, por outro lado apresentou baixo impacto na viabilidade, além de os resultados experimentais já estarem no patamar necessário para essa variável. De modo geral, a metodologia foi aplicada com sucesso aos estudos de caso escolhidos, produzindo dados importantes quanto às melhorias necessárias para que os processos alcancem a viabilidade econômica. Apesar de ter sido aplicada a bioprocessos, a metodologia é geral, sendo adequada ao estudo econômico de qualquer processo químico.