A crescente busca por fontes alternativas de energia tem despertado o interesse no uso do hidrogênio e do gás de síntese obtidos a partir de fontes renováveis. Dentre essas fontes destacam-se o etanol, produzido no Brasil a partir da cana-de-açúcar e com uma rede de abastecimento já desenvolvida, e o glicerol, obtido como subproduto na produção do biodiesel. Hidrogênio e gás de síntese podem ser obtidos a partir da reação de reforma a vapor de etanol e glicerol (RVE e RVG), levando assim a crescente interesse no desenvolvimento de catalisadores eficientes no processo de produção de H2 e gás de síntese a partir desses álcoois. <br />Na presente tese foram estudados catalisadores de níquel suportados em soluções sólidas de CexZr1-xO2, visando avaliar o desempenho dos mesmos nas reações de RVE e RVG. Os suportes foram preparados através do método Pechini e os catalisadores foram preparados por impregnação e polimerização em única etapa, variando-se o teor metálico em 5, 10 e 15% em massa. Sobre o catalisador com melhor desempenho catalítico foram adicionados, por impregnação, os seguintes metais nobres (promotores): Rh, Ru, Pt e Au (1% em massa). <br />Os suportes e catalisadores foram caracterizados por difração de Raios X (DRX); espectroscopia Raman, redução a temperatura programada com H2 (RTP H2), capacidade de estocagem de oxigênio (OSC); fisissorção de N2 (método B.E.T.); espectroscopia na região do infravermelho com reflectância difusa com CO (DRIFTS - CO), espectrocospia de absorção de Raios X (XAS - XANES RTP-H2), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS), espectroscopia dispersiva de Raios X (EDX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). <br />Os ensaios catalíticos foram realizados nas temperaturas de 600 e 700&deg;C para a RVG e a 400, 500 e 600&deg;C para a RVE, utilizando uma razão água:álcool de 3:1. Foram realizados também análises de DRIFTS acoplado a um espectrômetro de massas visando identificar os intermediários formados durante a reação de RVE. A partir dos ensaios catalíticos observou-se que a composição do suporte, o teor metálico e o método de preparação influenciam na seletividade em produtos gasosos devido a mudanças estruturais causadas, principalmente na dispersão da fase ativa sobre o suporte. Além disso, observou-se que a adição de metais nobres favoreceu uma menor deposição de carbono sobre os catalisadores. / The growing interest for alternative energy sources has stimulated the interest in the use of hydrogen and syngas obtained from renewable sources. Among these sources, the use of ethanol produced in Brazil from sugar cane and with a supply network already developed, and glycerol obtained as a byproduct in the biodiesel production have been highlighted in the last years. <br />Hydrogen and syngas can be produced from steam reforming of ethanol and glycerol reactions (SRE and SRG), leading to a growing interest in the development of efficient catalysts for the production of H2 and syngas from these alcohols. <br />In the present thesis, catalysts of nickel supported on CexZr1-xO2 solid solution were studied, with the goal of evaluating the performance of those in the SRE and SRG reactions. The supports were prepared by Pechini method and the catalysts were synthesized by impregnation and polymerization method in one step, with nickel loads of 5 wt.%, 10 wt.% and 15 wt.%. On the catalyst with better catalytic performance, it was impregnated 1wt% of Rh, Ru, Pt or Au as promoter. <br />Supports and catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, temperature-programmed reduction (TPR), oxygen storage capacity (OSC), N2 physisorption (B.E.T. method), Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopy with CO (DRIFTS - CO), X-ray absorption near edge structure (XANES - TPR H2), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and Scanning electron microscopy (SEM). <br />The catalytic tests of SRG were performed at 600 and 700&deg;C and for SRE at the tests were carried out at 400, 500 and 600&deg;C. The feed of water:alcohol was in the molar ratio of 3:1. DRIFTS coupled to a mass spectrometer analyzes was also carried out to identify the intermediates formed during the SRE. From the catalytic tests it was possible to observe that the support composition, metal load and preparation method influenced the selectivity to gaseous products, probably due to structural changes caused, mainly in the dispersion of the active phase on the support. Also, it was observed that the addition of noble metals favored a lower carbon deposition on the catalysts.

Sistemas de análises em fluxo com minibombas solenoide foram desenvolvidos para a determinação de glicerol livre e total em biodiesel e manganês em águas. Em um primeiro trabalho, glicerol livre foi determinado por espectrofotometria após oxidação com periodato, levando à formação de formaldeído, que reagiu com acetilacetona, formando o composto 3,5-diacetil-1,4-dihidrolutidina (DDL). O analito foi extraído com água, em substituição à extração utilizando solventes orgânicos. Resposta linear foi observada de 5 a 50 mg L-1, com limite de detecção estimado em 1 mg L-1 (99,7% de confiança), equivalente a 0,0004% em massa de biodiesel, valor 50 vezes menor que o limite estabelecido pelas legislações Brasileira, Norte americana e Europeia. O coeficiente de variação foi inferior a 1,5% (n = 10) e a frequência de amostragem foi estimada em 34 amostras h-1, com consumo de 340 &#181;g de KIO4 e 15 mg de acetilacetona por determinação. A mesma reação foi explorada para detecção fluorimétrica de glicerol livre e total em biodiesel, sendo essa espécie quantificada após reação de saponificação dos mono-, di- e triglicerídeos remanescentes no biodiesel. Para a determinação de glicerol livre, resposta linear foi observada no intervalo de 5 - 70 mg L-1, com limite de detecção estimado em 0,5 mg L-1, equivalente a 0,0002% (m/m) de biodiesel, com coeficiente de variação menor que 1,0 % (n = 20). Na determinação de glicerol total, faixa linear foi observada no intervalo de 25 - 300 mg L-1, com limite de detecção de 1,5 mg L-1 e coeficiente de variação de 1,4% (n = 10). As frequências de amostragem foram de 35 e 30 amostras h-1, para glicerol livre e total, respectivamente, consumindo 190 &#181;g de KIO4 e 13 mg de acetilacetona por determinação. Os resultados obtidos para as análises de biodiesel foram concordantes com os procedimentos de referência. A formação do complexo Mn(III)/EDTA foi explorada para a determinação de manganês em amostras de águas. Mn(II) foi oxidado em linha em um reator contendo dióxido de chumbo imobilizado em um poliéster. Espectrofotometria com longo caminho óptico foi empregada para aumento de sensibilidade, visando atender o limite máximo tolerado deste metal, estabelecido pelas legislações ambientais vigentes. Resposta linear foi observada no intervalo de 25 a 1500 &#181;g L-1, com limite de detecção estimado em 6 &#181;g L-1 (99,7% de confiança). Frequência de amostragem e coeficiente de variação foram estimados em 36 amostras h-1 e 2,6 % (n = 10), respectivamente, consumindo 500¨&#181;g de EDTA por determinação. A quantidade de chumbo no resíduo corresponde a 250 &#181;g por determinação e, com o reator empregado, é possível realizar até 1600 determinações. Interferências causadas por matéria orgânica nas amostras foram observadas e carvão ativo foi usado para remoção destes interferentes. Os resultados obtidos pelo procedimento proposto e por GF AAS foram concordantes (99,7 % de confiança). / Flow injection procedures based on solenoid micro pump were developed for free and total glycerol determination in biodiesel samples and manganese in fresh water. In a first work, free glycerol was determined by spectrophotometry, after glycerol oxidation by periodate, yielding formaldehyde, followed by formation of the colored product 3,5-diacetil-1,4-dihidrolutidine (DDL) upon reaction with acetylacetone. The analyte was extracted with water in replacement of organic solvents. A linear response was observed from 5 to 50 mg L-1, and detection limit was estimated as 1 mg L-1 (99.7% confidence level) equivalent to 0.0004% (w/w), 50 times lower than the threshold value established by Brazilian, European and American regulations. The coefficient of variation was lower than 1.5% (n=10) and sampling rate was estimated at 34 samples h-1, consuming 340 &#181;g of KIO4 and 15 mg of acetylacetone per determination. The same reaction was exploited for fluorimetric detection of free and total glycerol in biodiesel, and glycerol total was quantified after saponification of mono-, di- and triglycerides remaining in biodiesel. To free glycerol determination a linear response was observed from 5 to 70 mg L-1, with a detection limit of 0.5 mg L-1, which corresponds to 0.0002% (w/w) in biodiesel, and coefficient of variation was lower than 1.0% (n=10). To total glycerol determination, a linear response was observed from 25 to 300 mg L-1, with a detection limit of 1.5 mg L-1, and coefficient of variation of 1.4% (n=10). The sampling rate was estimated at 35 and 30 samples h-1, to free and total glycerol, respectively. The results obtained to biodiesel samples agreed at the 95% confidence level with reference procedures. The formation of the Mn(III)/EDTA complex was exploited for manganese determination in water. Mn(II) was oxidized in a reactor containing lead dioxide immobilized on polyester. Long pathlength spectrometry was exploited to increase sensitivity, aiming to reach the threshold limit established by environmental legislation. A linear response was observed from 25 to 1500 &#181;g L-1, with a detection limit of 6 &#181;g L-1(99.7% confidence level). Sample throughput and coefficient of variation were 36 samples h-1 and 2.6% (n=10), respectively, consuming 500 &#181;g of EDTA. The amount of lead in the residue corresponds to 250 &#181;g per determination, and it is possible to perform up to 1600 measurements. Interferences by organic matter were observed and active charcoal was employed to remove the interfering species. Results were in agreement with those attained by GF AAS at the 95% confidence level.

O 1,3-propanodiol (PDO) é um composto químico com muitas aplicações industriais, como síntese de polímeros de tereftalatos, cosméticos e lubrificantes, dentre outros. Este composto pode ser produzido biotecnologicamente a partir do glicerol em condições de anaerobiose. Os principais produtores naturais de PDO são bactérias dos gêneros Klebsiella e Clostridium. No entanto, estes microrganismos podem apresentar riscos à saúde humana, sendo considerados oportunistas e, por isso, requerendo cuidados especiais que dificultam seu emprego em escala industrial. Uma alternativa está no uso de Lactobacillus sp., bactérias que realizam altas conversões de glicerol a PDO e não apresentam estes inconvenientes. Neste estudo, buscou-se melhorar a produtividade da transformação de glicerol em PDO por Lactobacillus reuteri, através de diferentes tipos de bioprocessos. Para isso, o microrganismo foi cultivado em meio MRS (com glicose) contendo glicerol como cosubstrato. Realizaram-se experimentos em batelada, batelada repetida e em processo contínuo (quimiostato) sob diferentes condições. Os melhores resultados foram obtidos nos processos em batelada repetida e em quimiostato. Nos ensaios em batelada repetida, a melhor condição foi nos cultivos em que houve decantação de células. Nesta condição, a produtividade (QPDO) superou em quase 3 vezes o ensaio em batelada comum (4,12 g.L-1.h-1). Em quimiostato, a produtividade alcançada sob a taxa de diluição de 0,5 h-1 foi 20% maior do que o melhor resultado em batelada repetida (4,88 g.L-1.h-1). Estes valores de produtividade são os maiores reportados na literatura até o momento. Além disso, os resultados indicam que o processo em quimiostato não é limitado pelo substrato, mas sim pela concentração de lactato produzido. / 1,3-propanediol (PDO) is a high-value chemical compound which has many industrial applications, such as synthesis of polymers of terephthalates, cosmetics and lubricants, among others. This compound can be produced biotechnologically from glycerol in anaerobiosis. The main natural producers of PDO are bacteria from genera Klebsiella and Clostridium. However, these microorganisms could be dangerous to human health, considered opportunistic and therefore require special care when manipulated on an industrial scale. An alternative is the use of Lactobacillus sp., bacteria which achieve high conversions of glycerol to PDO and do not present these problems. In this study, we aimed to improve the yield of PDO by Lactobacillus reuteri through different types of bioprocesses. For this, the microorganism was grown in MRS medium (with glucose) containing glycerol as co-substrate. Experiments were performed in batch run, repeated batch and continuous mode (chemostat) under different conditions. The best results were found in repeated batch run and chemostat mode. In repeated batch runs, the best condition was found in cultures with settling of cells. In this condition, the productivity (QPDO) reached almost 3 times the value of the simple batch run (4.12 g.L-1.h-1). In chemostat mode, the productivity reached, in the dilution rate of 0.5 h-1, was 20% higher than the best result obtained in repeated batch mode (4.88 g.L-1.h-1). These productivity values are the highest reported in the literature until this date. Furthermore, the results indicate that the chemostat process is not limited by the substrate, but by the concentration of produced lactate.

Nesta tese investiga-se e avalia-se a combustão direta da glicerina bruta e loira, co-produto e derivado, respectivamente, do processo de fabricação do biodiesel como alternativa de aproveitamento energético sustentável. Focaliza-se especialmente nos aspectos ambiental, técnico e econômico considerando as emissões, a transferência de calor associada e os aspectos operacionais como o eixo principal do estudo. Visa aumentar o conhecimento atual a respeito e contribuir para a melhoria das perspectivas da indústria do biodiesel e de uma parte da população. Para a combustão de glicerina bruta proveniente do processo de fabricação de biodiesel de sebo bovino desenvolveu-se um queimador tipo vórtice para glicerina bruta, avaliaram-se e quantificaram-se as emissões de óxidos de enxofre e nitrogênio, monóxido e dióxido de carbono, hidrocarbonetos totais, formaldeído, acetaldeído e acroleína, sendo também avaliados os efeitos mutagênicos potenciais dos gases produzidos. Da mesma forma foi estudada a composição físico-química, poder calorífico, decomposição térmica e a transferência de calor associada, além dos parâmetros operacionais da combustão, entre eles, a relação ar-combustível, temperatura de chama adiabática e o desempenho geral do processo para diferentes coeficientes de excesso de ar. Os ensaios foram desenvolvidos utilizando-se uma fornalha flamo tubular dotada de 12 câmaras calorimétricas e totalmente instrumentada com sensores de temperatura e sondas para análise contínua de gases em analisadores automáticos, fornecimento e controle de água de resfriamento e sistema de captação de dados em tempo real. Adicionalmente aos requisitos do estudo, foi necessário o desenvolvimento de sistemas e equipamentos auxiliares como a unidade de acondicionamento e alimentação de glicerina bruta e métodos de filtragem. Paralelamente, os efeitos mutagênicos e tóxicos foram avaliados sobre o bio-sensor Tradescantia (Clone KU-20), adaptando câmaras de intoxicação e técnicas de análise biológica desenvolvidas previamente. Os resultados foram processados, avaliados e comparados com as emissões e comportamento observado durante a combustão direta do óleo diesel, constatando-se que a combustão direta de glicerina bruta é um processo viável e suas emissões de CO, NOx, \'SO IND.2\' e HCT foram em média 39%, 75%, 69% e 38% respectivamente menores do que as do óleo diesel, porém o material particulado emitido pela glicerina bruta, e ainda mais pela loira, foi várias vezes superior do que com óleo diesel. Do mesmo modo, o nível de acroleína detectado no gás de combustão de glicerina bruta (214 ppbv) aparentemente não representa perigo para a população. Igualmente a energia produzida a partir da glicerina bruta resultou 61% e 58% mais barata do que com óleo diesel e glicerina loira respectivamente em condições semelhantes. No entanto, certamente verificou-se que a combustão de glicerina bruta é um processo tecnicamente mais complexo quando comparado com a dos combustíveis convencionais e evidenciou-se a necessidade de fazer um controle adequado das partículas emitidas para avançar no desenvolvimento do processo. Desta forma o presente estudo constitui-se em uma fonte importante de informação sobre a glicerina bruta e outros combustíveis similares para autoridades ambientais, indústrias e pesquisadores. / This thesis investigated and evaluated on the assessment of the direct combustion of crude and technical glycerin, by-product and derivative respectively of Brazilian biodiesel manufacture process, as an alternative of sustainable energy use. The main axis of the study were the environmental, technical and economical aspects, focusing in emissions, heat transfer and the operational parameters associated with the combustion of crude and technical glycerin. It aims to increase the knowledge on the matter and contribute to the improvement of the economic and environmental perspective of biodiesel industry and isolated populations. It was evaluated the combustion of crude glycerin from bovine tallow biodiesel and technical glycerin from soy biodiesel process. Due to commercial unavailability of a capable burner for burning glycerin, a swirl burner was developed for crude and technical glycerin combustion, but it was also used successfully in other alternative fuels as raw bovine tallow and diesel. Emissions of sulphur and nitrogen oxides, total hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, acetaldehyde and acrolein were analyzed and quantified. Similarly, the mutagenic potential of gases was evaluated, as well as the calorific power, thermal decomposition behavior, the associated heat transfer and fundamentals operational parameters such as adiabatic flame temperature, air-fuel ratio and others. A experimental technique for mutagenic and toxicological effects assessment of combustion gases was analyzed and standardized, as well as the calorific power, the associate heat transfer and fundamentals operational parameters. The study was developed using a fully instrumented flame tube furnace, a swirl burner, continuous gas analyzers, a chromatograph, a thermogravimetric analyzer, automatic data acquisition systems and other auxiliary equipment. The mutagenic potential of the combustion gases was studied on biosensor Tradescantia clone KU-20 assay, using chambers of intoxication and biological analytical techniques previously developed and others specially adapted. The results were compared with the performance of diesel at similar conditions and finding that the direct combustion of crude glycerin is a feasible process. In addition, the emissions of CO, NOx, \'SO IND.2\' and THC were 39%, 75%, 69% and 38% correspondingly smaller than those of diesel. The particulate matter emitted by crude glycerin combustion and even more, by technical glycerin, was several times higher than those emitted by the diesel. Also, the emission of acrolein detected in flue gas from crude glycerin (214 ppbv), apparently have not represents danger to the population. Simultaneously was observed that the energy produced from crude glycerin was 61% and 58% cheaper than the energy from diesel and technical glycerin respectively under similar conditions. But certainly, it was found that the crude glycerin combustion is a more complex process compared with the combustion of conventional fuels.

Biocélulas a combustível são dispositivos eletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica por meio da combustão bioeletroquímica de matéria orgânica. Células a combustível microbianas são biocélulas que utilizam microrganismos para metabolizar substratos no compartimento anódico. Entre os diversos microrganismos utilizados, algumas bactérias têm se destacado por apresentarem características de transferência de elétrons altamente eficientes, seja diretamente ou indiretamente (mediada), para os eletrodos. Entre as bactérias mais estudadas a espécie Pseudomonas aeruginosa possui grande importância devido à sua capacidade de produzir piocianina, um pigmento azul-esverdeado, que possui as características necessárias para a transferência de elétrons. A Pseudomonas aeruginosa apresenta melhor desempenho na produção da piocianina em meios de cultura enriquecidos com glicerol. O glicerol, por sua vez, é o principal subproduto na produção de biodiesel, e amplamente utilizado em indústrias como a de cosméticos. No entanto, o aumento exponencial na produção de biodiesel resultou no acúmulo do glicerol residual, o que fez seu preço cair substancialmente nos últimos anos e ocasionado o acúmulo como um subproduto indesejável. Com base nesses dados, o objetivo deste trabalho foi estudar linhagens de P. aeruginosa quanto à produção de pigmentos em caldo nutriente enriquecido com glicerol e caldo King (meio de cultura próprio para a produção de piocianina, que contém em sua formulação 10 g.L-1 de glicerol) e células a combustível microbianas com a linhagem que apresentar os melhores resultados em relação à produção de pigmentos. Os resultados mostraram que das seis linhagens apenas três se mostraram capazes de produzir piocianina em meio King, sendo que a cepa ATCC 27853 apresentou o melhor desempenho. As células a combustível microbianas construídas com meio de cultura caldo nutriente enriquecido com glicerol e meio King mostraram que é possível produzir pequenas quantidades de corrente com esta bactéria. Os estudos de cronoamperometrias e reação de redução de oxigênio apontam que a utilização de Nafion&reg; como membrana trocadora de prótons é ineficiente devido à alta concentração de íons Na+ e K+ e, portanto, mais estudos devem ser realizados na ausência deste tipo de membrana para a otimização da produção de corrente. / Biofuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy into electrical energy by the bioelectrochemical combustion of organic matter. Microbial fuel cells are biofuel cells that use microorganisms to metabolize substrates in the anodic chamber. Among several microorganisms used, some bacteria species have gained special attention because they show high efficiency in the electronic transfer, directly or indirectly (mediated transfer), toward the electrodes. Among the most studied bacteria species Pseudomonas aeruginosa showed a great importance due to their capacity to produce pyocyanin, a blue-green pigment, that possess the necessary features to mediate electron transfer. The P. aeruginosa show the best performance for pyocyanin production in culture media enriched with glycerol. Glycerol is the main byproduct of biodiesel production and largely used in the cosmetics industries. Nevertheless, the exponential increase in the biodiesel production resulted in a glycerol byproduct accumulation that made its price decreased substantially in the last years and became an undesirable product. With this information, the aim of this study was to investigate the pigment production by P. aeruginosa strains in nutrient broth enriched with glycerol and King broth (a culture medium specific for pyocyanin production which uses 10 g.L-1 of glycerol) and microbial fuel cells with P. aeruginosa strains which showed the best results in the pigment production experiments. The results showed that among the six studied strains only three were able to produce pyocyanin in King culture medium, and the ATCC 27853 strain showed the best performance. Microbial fuel cells constructed with nutrient broth enriched with glycerol and King broth media resulted in a small current output. The experiments with chronoamperometry and oxygen reduction reaction suggest that the utilization of Nafion&reg; as a proton exchange membrane is inefficient due the high Na+ and K+ ion concentration. So, new experiments with membraneless microbial fuel cells are needed to improve the current output.

A utilização de bioinseticida à base de Bacillus thuringiensis tem se mostrado eficaz no combate às larvas de insetos veiculadores de doenças como a dengue, elefantíase e malária. O bioinseticida apresenta alta especificidade, ausência de resistência nos insetos alvos e baixo impacto ambiental comparado aos inseticidas químicos. Porém, a difusão do uso de bioinseticida apresenta alguns desafios como o custo da produção e da formulação. O levedo excedente da indústria cervejeira pode tornar a produção do bioinseticida economicamente viável devido ao seu baixo custo, assim como o glicerol, resíduo da produção de biodiesel. A escolha adequada dos componentes do meio de cultivo é essencial para o sucesso de um produto e deve ser realizada buscando-se obter uma alta produtividade com o menor custo. Além disso, no caso do bioinseticida, os componentes do meio exercem uma grande influência no crescimento e na síntese de toxinas pela bactéria. No presente trabalho, propôs-se formular um meio de cultivo para Bacillus thuringiensis var. israelensis utilizando levedo de cerveja e glicerol proveniente da fabricação de biodiesel, visando obter um meio fermentado com elevada toxicidade e de menor custo, comparado aos obtidos atualmente. Inicialmente foi definido um procedimento de preparo do extrato de levedo de cerveja. Constatou-se que o melhor método consiste da esterilização da suspensão de levedo de cerveja (121 ºC por 20 minutos) seguida de filtração qualitativa. Foi definida também a faixa de concentração de extrato de levedo de cerveja que seria utilizada no estudo de composição do meio (10 g/L a 30 g/L). Os ensaios foram realizados em frascos Erlenmeyer de 1000 mL em incubadora de movimento recíproco. Os componentes do meio de cultivo (glicerol residual, extrato de levedo de cerveja, KNO3, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O, MnSO4, K2HPO4 e KH2PO4) foram avaliados segundo um planejamento experimental e, nas condições estudadas, não exerceram influência significativa sobre a produção de toxinas. Definiu-se então a composição do meio de fermentação em termos de fonte de carbono e nitrogênio. O glicerol e o extrato de levedo de cerveja não exerceram influência significativa sobre o consumo de substrato pela bactéria. Quanto à concentração celular máxima, o aumento da concentração de glicerol apresentou efeito negativo, enquanto o aumento da concentração de extrato de levedo de cerveja apresentou efeito positivo. Embora as concentrações das fontes de carbono e nitrogênio não tenham sido significativas para a atividade larvicida, a interação entre os fatores foi significativa em seu nível negativo. O melhor resultado quanto à atividade larvicida do meio foi apresentado pelo meio composto por 10 g/L de glicerol residual, 30 g/L de extrato de levedo de cerveja, 5 g/L de KNO3, 0,12 g/L de CaCl2.2H2O, 1,5 g/L de MgSO4.7H2O, 0,09 g/L de MnSO4, 1,5 g/L de K2HPO4 e 1,5 g/L de KH2PO4. Essa mesma composição de meio de cultivo foi testada em um ensaio em biorreator, obtendo-se um meio fermentado mais eficiente que o ensaio realizado em incubadora, e com CL50 de 2,43 &#181;L. / The use of bioinsecticide based on Bacillus thuringiensis has been shown to be effective against larvae of insects able to spread diseases such as dengue, malaria and elephantiasis. The bioinsecticide has high specificity, absence of resistance in target insects and low environmental impact compared to chemical insecticides. However, there are some challenges in the way of widespread use of bioinsecticide, such as the costs of production and formulation. The surplus yeast from the brewing industry can make the production of bioinsecticide economically feasible due to its low cost, as well as the residual glycerol from the biodiesel production. The proper choice of the components of the culture medium is essential for the success of a product and must be carried out in order to obtain a high productivity at the lowest cost. Furthermore, in the case of bioinsecticide, medium components have a major influence on the growth and synthesis of toxins by the bacteria. In the present study it was proposed the formulation of a fermentation medium for Bacillus thuringiensis var. israelensis using brewer\'s yeast and glycerol from the biodiesel manufacturing, seeking to obtain a fermented broth with high toxicity and lower cost compared to those currently obtained. Initially it was defined a procedure to prepare the extract of brewer\'s yeast. It was found that the best method is the sterilization of the brewer\'s yeast suspension (121 °C for 20 minutes) followed by qualitative filtration. The range of brewer\'s yeast extract concentration to be used in the study of the medium composition was also defined (10 g/L to 30 g/L). Assays were performed in 1000 mL Erlenmeyer flasks in a reciprocal motion shaker. The components of the medium (glycerol waste, brewer\'s yeast extract, KNO3, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O, MnSO4, K2HPO4 e KH2PO4) were evaluated according to an experimental design and, considering the studied conditions, they did not have significant influence on the toxin production. Thus, the composition of the fermentation medium was defined in terms of nitrogen and carbon source. Glycerol and brewer\'s yeast extract did not have any significant influence on the substrate consumption by the bacteria. For the maximum cell concentration, the increase of glycerol concentration showed a negative effect, while increasing the concentration of brewer\'s yeast extract showed a positive effect. Although the concentrations of carbon and nitrogen sources were not significant for the larvicidal activity, the interaction between such factors was significant in its negative level. The best result of larvicidal activity was shown by the following medium: 10 g/L of residual glycerol, 30 g/L of brewer\'s yeast extract, 5 g/L of KNO3, 0.12 g/L of CaCl2.2H2O, 1.5 g/L of MgSO4.7H2O, 0.09 g/L of MnSO4, 1.5 g/L of K2HPO4 and 1.5 g/L of KH2PO4. This same composition of the culture medium was tested in a bench fermenter, resulting in a more efficient fermented broth than the one obtained in shaker flask, and with LC50 of 2.43 &#181;L.

Não consta resumo na publicação. / Abstract not available.

Dentre as principais preocupações relacionadas à cadeia de produção do biodiesel está o excedente de glicerina bruta. Esta corresponde a cerca de 10% da massa total resultante do processo de produção do biodiesel e vem sendo acumulada e armazenada nas usinas, formando grandes estoques de resíduos e deixando diversas empresas diante de um passivo ambiental agravante. Uma forma de diminuir esse problema é utilizá-la para formulação de meios de fermentação para obtenção de produtos de interesse econômico. Exemplos são as produções de dióis como; 1,3-Propanodiol (1,3-PD) e 2,3-Butanodiol (2,3-BD). Estes são monômeros de grande aplicação no mercado, sendo o 1,3-PD usado para fabricação de poliuretanos, compostos cíclicos e novos tipos de poliésteres. O 2,3-BD é utilizado como anticongelante, biocombustível e como um importante aromatizante. Assim, no presente trabalho propõe-se valorizar a glicerina residual da fabricação de biodiesel, visando sua bioconversão em 2,3-BD e 1,3-PD, pela bactéria Klebsiella pneumoniae NRRL B199. Para tanto, a proposta deste trabalho compreendeu quatro etapas conjuntas: 1. Estabelecer um tratamento adequado para a glicerina residual de forma a permitir o crescimento bacteriano e formação dos dióis. 2. Adequar à composição do meio de fermentação, quanto às concentrações de glicerol, com suplementação de glicose, extrato de levedura e elementos traço Fe2+, Zn2+ e Mn2+ no processo fermentativo. 3. Definir a melhor condição de transferência de oxigênio em sistema descontínuo, associada à concentração de substrato, para a melhor formação de produtos. 4. Avaliar o procedimento de separação dos produtos do meio pela técnica de salting-out. Os estudos da etapa 1 e 2 foram realizados em frascos Erlenmeyer de 250 mL com 50 mL de meio. Na etapa 3, o estudo de aeração e agitação foi realizado em fermentador Bioflo III (New Brunswick Sci. Co.) de 1,25 L. Com os resultados obtidos, concluiu-se que o tratamento realizado foi adequado para o emprego da glicerina residual como fonte de carbono para o crescimento da bactéria Klebsiella pneumoniae. Além disso, os trabalhos realizados em frascos revelaram uma produção máxima, em agitação de 200 rpm, de 0,545 g/L.h de 2,3-BD e produção de 0,180 g/L.h de 1,3-PD em agitação de 160 rpm. Sendo que a glicose e o extrato de levedura tiveram efeitos positivos e significativos na produtividade de 2,3-BD e 1,3-PD. Nos ensaios onde foram utilizados maiores transferência de oxigênio observou-se decréscimos na produção de 1,3-PD e uma melhora significativa na produção de 2,3-BD. No estudo de recuperação dos dióis, foi possível recuperar 82% dos dióis utilizando carbonato de potássio 70% na temperatura de 20 ºC e no tempo de reação de 6 horas. / Among the main concerns related to the production of biodiesel is the surplus of crude glycerine. This corresponds to approximately 10% of the total mass of the biodiesel production process and has been accumulated and stored in the biodiesel plants, creating enormous amounts of waste and serious environmental problems. A way to lessen this problem is to use it for the formulation of fermentation medium to obtain products of economic interest. Examples are the production of diols such as, 1,3-propanediol (1,3-PD) and 2,3-butanediol (2,3-BD). These monomers are large market application, and the 1,3-PD used for the manufacture of polyurethanes, cyclic compounds and new types of polyesters. The 2,3-BD is used as antifreeze, biofuel and as an important flavoring. Thus, in present work aims to enrich the residual glycerine from biodiesel production to its bioconversion in 2,3-BD and 1,3-PD by bacterium Klebsiella pneumoniae NRRL B199. Therefore, the purpose of this consisted of four joint steps: 1st. Establish an appropriate treatment for residual glycerine to allow bacterial growth and diols formation. 2nd. To adapt the composition of fermentation medium, as concentrations of residual glycerine, with glucose supplementation, yeast extract and trace elements of Fe2+, Zn2+ e Mn2+ in the fermentation process. 3rd. Define the best condition of oxygen transfer in a batch system, associated with substrate concentration for the best product formation. 4th. To evaluate the separation procedure of products through the of salting-out technique. Studies of step 1 and 2 were conducted in 250 mL Erlenmeyer flasks with 50 mL medium. In step 3, the study aeration and agitation was performed in Bioflo III fermentor (New Brunswick Sci Co.) was 1,25 L. With the results, it was concluded that the treatment was adequate for use of residual glycerine as carbon source for growth of the bacterium Klebsiella pneumoniae. Furthermore, the work carried out on bottles showed a maximum production 2,3-BD of 0.545 g/L.h in agitation of 200 rpm and production 1,3-PD of 0.180 g/Lh in agitation of 160 rpm. With glucose and yeast extract had positive and significant effects on productivity of 2,3-BD and 1,3-PD. For tests were used higher oxygen transfer observed decrease in the production of 1,3-PD and a significant improvement in the production of 2,3-BD. In the study of recovery of diols, it was possible to recover 82% of diols using 70% potassium carbonate at temperature of 20 °C and in reaction time of 6 hours.

É consenso entre enólogos que o glicerol contribui para o corpo e sabor adocicado dos vinhos, por analogia, propôs-se investigar a presença e o papel do glicerol em aguardentes de cana. O método adaptado para a quantificação de glicerol, que envolveu a derivatização das amostras com cloreto de benzoíla, uma posterior etapa de extração em fase sólida (SPE) para clean-up das amostras e análise via HPLC-DAD, apresentou boa sensibilidade (limites de detecção e quantificação iguais a 0,25 e 0,74 mg L-1, respectivamente), exatidão de 97,5 % e precisão de 93,5 %. A reação de derivatização entre glicerol e o cloreto de benzoíla, estudada por cromatografia líquida hifenada a espectrometria de massas, foi quantitativa com esterificação das três hidroxilas da molécula. Antes de se avaliar a influência do glicerol no sabor doce da cachaça, as concentrações de açúcares totais foram medidas empregando-se o método DNS (limites de detecção e quantificação iguais a 37 e 125 mg L-1, respectivamente). Verificou-se que não houve uma relação entre os teores de glicerol e açúcares totais com a nota doce, determinada a partir de análise sensorial das amostras, para o conjunto de amostras não adoçado. Com base em um teste triangular não houve diferença sensorial significativa entre uma cachaça sem glicerol e outra com glicerol numa concentração de até 35 g L-1. A mediana do teor de glicerol detectado em 51 amostras de cachaça foi de 4,3 mg L-1. A mediana dos teores de açúcares totais para 59 amostras de cachaça não adoçada foi abaixo do limite de quantificação. A mediana dos teores de açúcares totais para 8 amostras de cachaça adoçada foi de 17 g L-1, expressos em glicose. / There is a consensus among enologists that glycerol contributes to the body and sweet taste of wine, by analogy; it was proposed to investigate the presence and role of glycerol in sugar cane spirits. The adapted method for glycerol quantification, which involved the samples derivatization with benzoyl chloride, a further solid phase extraction (SPE) step for samples clean-up and analysis by HPLC-DAD showed good sensitivity (limits of detection and quantification of 0.25 and 0.74 mg L-1, respectively), 97.5 % of accuracy and 93.5 % of precision. The derivatization reaction between glycerol and benzoyl chloride, studied through liquid chromatography hyphenated to mass spectrometry, was quantitative with esterification of the three hydroxyls of the molecule. Before evaluating the influence of glycerol in cachaça\'s sweet taste, total sugar concentrations were measured by DNS method (limits of detection and quantification were 37 and 125 mg L-1, respectively). It was verified that there was no correlation between the contents of glycerol and total sugars with the sweet score, determined by the samples sensory analysis, to the samples which no sugar was added. Based on a triangular test, there was no significant sensory difference between a cachaça without glycerol and another with glycerol concentration up to 35 g L-1. The median glycerol concentration detected in 51 samples of cachaça was 4.3 mg L-1. The median level of total sugars for 59 samples of cachaça without sugar addition was below the limit of quantification. The median level of total sugar for 8 samples of cachaça with sugar addition was 17 g L-1, expressed as glucose.

Os efeitos do fornecimento de dietas contendo glicerina bruta foram avaliados em quatro experimentos com ovinos de diferentes categorias. Experimento 1: Quarenta cordeiros foram usados para avaliar os efeitos da inclusão de glicerina bruta sobre o desempenho, as características de carcaça e da carne e a concentração de enzimas hepáticas. As rações experimentais foram isonitrogenadas, sendo que o ajuste proteico foi realizado pela inclusão de ureia e farelo de soja. Os teores de inclusão de glicerina bruta foram: 0, 5, 10 ou 15% na MS. A adição de glicerina bruta causou efeito quadrático no CMS, CFDN, CPB, GMD e peso final. A inclusão de glicerina causou efeito quadrático para peso corporal ao abate, PCQ e PCF. Foi observado efeito quadrático para os ácidos graxos mirístico, palmítico, palmitoleico, linoleico e rumênico. A glicerina bruta demonstrou ser um bom substituto do milho em dietas com alto teor de concentrado, melhorando o desempenho e as características da carcaça dos animais quando incluída até 10% na MS. Experimento 2: Cinquenta cordeiros(as) foram usados para avaliar os efeitos da inclusão de glicerina bruta em rações com alta proporção de concentrado, sobre o desempenho, características de carcaça e parâmetros enzimáticos. As rações experimentais foram isonitrogenadas, sendo o ajuste proteico realizado pela inclusão de farelo de soja. Os teores de inclusão de glicerina bruta foram: 0, 5, 10, 15 e 20% na MS. A inclusão de glicerina bruta não afetou as variáveis de desempenho analisadas. Houve apenas efeito linear para o CMM. A glicerina bruta pode substituir o milho em até 20%, mantendo o desempenho dos animais e as características de carcaça. Experimento 3: Cinco borregos canulados no rúmen foram utilizados para avaliar os efeitos da glicerina bruta sobre os parâmetros ruminais, a digestibilidade das dietas e o metabolismo de nitrogênio. As dietas foram isonitrogenadas e os teores de inclusão de glicerina bruta foram: 0, 5, 10, 15 ou 20% na MS. Houve redução linear na ingestão de FDN e aumento linear na ingestão de MM. Houve efeito linear crescente para a digestibilidade da MS e MO. A inclusão de glicerina bruta causou redução linear no acetato, relação C2:C3, AGCC total, e aumento linear no pH ruminal. A glicerina bruta pode substituir até 20% do milho em dietas de borregos, melhorando a digestibilidade da MS e MO. Experimento 4: Cento e dezoito ovelhas com 90 dias de prenhez foram utilizadas para avaliar a inclusão de glicerina bruta em dietas de gestação e lactação. Os teores de inclusão foram 0 ou 10%. Da segunda a oitava semana foi mensurado o CMS e produção de leite das ovelhas e a ingestão de concentrado inicial dos cordeiros. A inclusão de glicerina bruta aumentou o CMM e reduziu a porcentagem de gordura no leite. A adição da glicerina bruta na dieta das ovelhas diminuiu a concentração sérica de AGNE. A inclusão de 10% de glicerina bruta na dieta de ovelhas durante a gestação e lactação não prejudica o desempenho dos animais e reduz a possibilidade de ocorrência de toxemia da gestação. / The effects of feeding diets with crude glycerin were evaluated in 4 trials using different categories of sheep. Experiment 1: Forty Santa Inês ram lambs were used to determine the effects of partial replacement of corn by crude glycerin on growth, hepatic enzymes, carcass and meat characteristics of lambs fed high-concentrate diets. The diets were isonitrogenous and the protein was adjusted by increasing urea and soybean meal. Increasing levels of crude glycerin were: 0, 5, 10 or 15%. There was quadratic effect for DMI, NDFI, CPI. ADG and final weight. There was a quadratic effect for slaughter BW and dressing percentage, but no difference on longissimus muscle area, backfat thickness and body wall thickness. There was quadratic effect for myristic, palmitic, palmitoleic, linoleic and rumenic acid. Crude glycerin is a good substitute of corn in high-concentrate diets, improving performance and carcass characteristics when included until 10% of the diet DM. Experiment 2: Fifty lambs were used to determine the effects of partial replacement of corn by crude glycerin on growth, carcass characteristics and hepatic enzymes of lambs fed high concentrate diets. The diets were isonitrogenous and the protein adjusted was performed with increased soybean meal. Increasing levels of crude glycerin were: 0, 5, 10, 15 or 20%. There was an increased in mineral matter intake. Crude glycerin can be used as a substitute for corn in high concentrate diets of ram lambs without affecting performance and carcass characteristics. Experiment 3: Five Santa Inês ram lambs, cannulated in the rumen, were used to determine the effects of using crude glycerin on ruminal constituents, diet digestibility and nitrogen metabolism. The diets were isonitrogenous and crude glycerin was included in the ration at 0%, 5%, 10%, 15% or 20% in the DM. There was linear decreased on NDF intake and a linear increase in ash intake. Feeding crude glycerin increased DM and OM digestibility. Crude glycerin decreased acetate, acetate:propionate ratio, total SCFA and showed a linear increase on pH. Replacing corn by crude glycerin up to 20% of dietary DM increased DM and OM digestibility, maintained propionate and decreased acetate and total SCFA. When soybean meal was used to adjust the diet protein level, there were no changes on nitrogen metabolism. Experiment 4: One hundred and eighteen 90 d pregnant ewes were used to determine the effects of feeding crude glycerin on performance, NEFA concentration and lamb growth. Diets were isonitrogenous and crude glycerin levels were zero or 10%. From the second until de eighth week of lactation DM intake of the ewes and starter of the lambs were measured. There was an increase on ash intake for the glycerin fed ewes. There was a decrease in milk fat percentage. Crude glycerin fed ewes showed a decrease on blood NEFA. The inclusion of 10% of crude glycerin in the diets of sheep during pregnancy and lactation had no detrimental effect on performance of ewes and lambs. Using 10% of crude glycerin decreases the chances of pregnancy toxemia in ewes.