Resumo: No presente trabalho, a atividade da enzima glicerol quinase (GK; EC 2.7.1.30; ATP: glicerol 3-fosfotransferase), proveniente de extratos de levedura seca de panificação, foi otimizada. A melhor preparação enzimática da GK foi obtida por rompimento celular com esferas de vidro, durante sete minutos, com lise de 54,2% das células. O extrato celular foi parcialmente purificado com 1% de sulfato de estreptomicina, antes da precipitação com igual volume de solução a 30% (m/v) de polietilenoglicol 3350, e posteriormente dialisado. A atividade máxima da GK foi obtida em pH 10,0, a 60ºC e 50mM de substrato, por metodologia clássica. A enzima apresentou alta estabilidade térmica ― a atividade foi completamente mantida até 50ºC, durante uma hora ― e em pH entre 6,0 e 8,0. Além disso, manteve-se estável, por quatro meses, a 4°C, na presença de azida de sódio 0,05% e cloreto de cobalto 10mM, e, por até oito meses, com o extrato liofilizado. Calculados pelos métodos de Lineweaver-Burk, Hanes-Woolf e Eadie-Hofstee, o valor da constante de Michaelis (Km) da enzima variou entre 1,99mM e 3,11mM, e a Vmax, entre 1,14U/mL e 1,19U/mL. Utilizou-se a metodologia de superfície de resposta (MSR) para melhor definição dos parâmetros da reação enzimática, observando-se valores ótimos de atividades a temperaturas entre 52ºC e 56ºC, pH entre 10,2 e 10,5 e concentração de substrato de 150mM a 170mM. A MSR mostrou-se adequada para modelar a reação e maximizar a atividade da glicerol quinase. Este método, de baixo custo, dosa a glicerol quinase em uma seqüência de reações, sendo de grande importância para diversas indústrias, como a de alimentos, açúcar e álcool. / Abstract: In the present study, the activity of the enzyme glycerol kinase (GK; EC 2.7.1.30; ATP: glycerol 3-phosphotransferase) from dry baker's yeast, was optimized. The best enzymatic preparation of GK was obtained by cell disruption with glass beads, for seven minutes, with 54.2% of lysed cells. Cell extract was partially purified with 1% of streptomycin sulphate, before the precipitation with equal volume of a 30% solution (m/v) of polyethylene glycol 3350, and then it was dialyzed. The maximum activity of GK was obtained with pH 10.0, at 60ºC and 50mM of substrate, by the classic methodology. The enzyme presented high thermal stability ― the activity was completely maintained up to 50ºC, during one hour ― and at pH between 6.0 and 8.0. Besides, it was stable, for four months, at 4°C, in the presence of sodium azide 0.05% and cobalt chloride 10mM, and, for up to eight months, with the lyophilized extract. The value of the Michaelis constant (Km) of the enzyme was calculated by the methods of Lineweaver-Burk, Hanes-Woolf and Eadie-Hofstee,and it varied between 1.99mM and 3.11mM, and Vmax, between 1.14U/mL and 1.19U/mL. Response surface methodology (RSM) was used for better definition of the parameters of the enzymatic reaction, being observed higher activity values at temperatures between 52ºC and 56ºC, pH between 10.2 and 10.5 and substrate concentration from 150mM to 170mM. RSM showed to be an adequate approach for modeling the reaction and maximizing the glycerol kinase activity. This low cost method doses glycerol kinase in a sequence of reactions, being of great importance for many industries, like food, sugar and alcohol. / Orientador: Maristela de Freitas Sanches Peres / Coorientador: Edwil Aparecida de Lucca Gattás / Banca: Luis Henrique Souza Guimarães / Banca: Rubens Monti / Mestre

Dramatic increases in the price of crude oil, and consequently, transportation fuels, coupled with increased environmental concerns have resulted in rapid growth in biodiesel production. Thus, so does production of the primary coproduct, glycerol, which has become a worrying factor because for every ton of biodiesel produced, are generated 100 Kg of glycerol. Because this reality research has been developed to search alternatives for the use of glycerol. So, an application for this alcohol is the search for value-added chemicals such as propylene glycol and others. Reactions of aqueous phase reforming of glycerol were performed without the addition of hydrogen and streaming using monometallic catalysts of Re and Pt and bimetallic Pt-Re all supported on carbon Black . We used an aqueous solution of glycerol feeding 80% m / m, temperature of 275°C and 30 bar pressure. WHSV was varied and the content thus evaluating Re, its influence on the Pt catalysts, the stability and activity. The catalysts was characterized for temperature-programmed reduction (TPR); chemisorption of CO studies; temperature-programmed desorption-CO (TPD-CO); temperature-programmed desorption-isopropylamine (TPD-IPA). Studies of RTP for the bimetallic catalysts Pt-Re showed that rhenium interacts strongly with the platinum and possibly, precursor species are formed bimetallic alloy. CO chemisorption experiments resulted in the formation of the alloys of Pt-Re / C. The results of TPD-CO demonstrated that the addition of Re to the catalyst Pt / C changes the surface of Pt and collaborates with the weakening of bond strength of the CO molecule to the sites involved. Through the catalytic reactions studied and a qualitative analysis of chromatograms from high performance liquid chromatography (HPLC) and gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) was possible to verify from the reaction of aqueous phase reforming of glycerol, the formation 1,2-propanediol and other products. / O grande aumento no preço do petróleo e conseqüentemente o transporte de combustíveis, juntamente com as preocupações ambientais resultaram em um rápido crescimento na produção de biodiesel. Assim, o mesmo acontece com a produção do subproduto, o glicerol, o qual se tornou um fator preocupante já que para cada tonelada de biodiesel obtido, são gerados 100 Kg de glicerol. Devido a esta realidade pesquisas vem sendo desenvolvidas para buscar alternativas para a utilização deste excedente. Dentro deste contexto, uma aplicação para este álcool é a busca de produtos químicos de valor agregado como o propanodiol e outros. Reações de reforma líquida do glicerol foram realizadas sem a adição de hidrogênio e em fluxo contínuo utilizando catalisadores monometálicos de Re e Pt e bimetálicos Pt-Re todos suportados em carbono Black . Foi utilizada uma solução aquosa de alimentação de glicerol 80 % m/m, temperatura de 275ºC, e pressão 30 bar. Variou-se o WHSV e teor de Re avaliando, portanto a influência deste sobre os catalisadores de Pt, a estabilidade e atividade. Os catalisadores foram caracterizados por redução à temperatura programada (RTP) quimissorção de CO, dessorção de CO à temperatura programada (DTP-CO) e dessorção de isopropilamina à temperatura programada (DTP-IPA). Os estudos de RTP para os catalisadores bimetálicos de Pt-Re demonstraram que o rênio interage fortemente com a platina e que possivelmente, espécies precursoras de ligas bimetálicas são formadas. Experimentos de quimissorção de CO resultaram na formação de ligas para os catalisadores de Pt-Re/C. Os resultados de DTP-CO demonstraram que a adição de Re ao catalisador de Pt/C altera a superfície da Pt e colabora com o enfraquecimento da força de ligação da molécula do CO aos sítios envolvidos. Através dos testes catalíticos estudados e uma análise qualitativa dos cromatogramas de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massas (CG/MS), foi possível verificar a partir da reação de reforma líquida do glicerol, a formação 1,2-propanodiol e outros produtos. / Mestre em Química

A presente tese foi desenvolvida com objetivo de avaliar a utilização dos subprodutos do processamento do óleo de soja (OS) (óleo ácido de soja -OAS, lecitina - LEC) e do biodiesel (glicerol - GLI) na alimentação de frangos de corte. Dois estudos foram conduzidos para determinar EMA destes subprodutos e suas combinações. Foram usados 390 frangos de corte machos com 21 d para cada experimento distribuídos em um delineamento experimental inteiramente casualizado com arranjo fatorial com 4 fontes de gordura e 3 níveis de inclusão mais uma dieta basal sem suplementação de gordura. Cada experimento foi composto por 13 tratamentos dietéticos com 6 repetições de 5 aves por repetição. No primeiro ensaio foi usado: OAS, GLI e LEC, bem como uma mistura contendo 85% OAS, 10% GLI e 5% LEC (MIS). As proporções das fontes de energia na mistura foram semelhantes à encontrada no óleo de soja bruto. No segundo ensaio foi usado quatro diferentes misturas destas fontes de energia sendo elas: 85% OAS e 10% GLI; 80% OAS e 15% GLI; 75% OAS e 20% GLI e 70% OAS e 25% GLI, em todas as misturas estabeleceu-se 5% LEC. Os tratamentos dietéticos foram formados pela adição de cada fonte energética suplementar aos níveis de 0% (100% da dieta basal (DB), 2% (98% DB + 2% fonte de energia), 4% (96% DB + 4% fonte de energia) ou 6% (94% DB + 6% fonte de energia) Nos dois ensaios foi realizado coleta total de excretas por 72h. Aos 28 dias de idade no final do período experimental um frango por repetição foi abatido para coleta do fígado e coleta de sangue para análise de glicerol e triglicérides plasmático e enzima hepática glicerol quinase. Para os dois experimentos houve diferença estatística entre as fontes energéticas (P<0,05). No primeiro ensaio a mistura das três fontes (85:10:5) mostrou melhor valor de EMA, no entanto no segundo experimento a mistura de 80% OAS 15% GLI e 5% LEC apresentou melhor valor quando comparado as demais misturas. Para a concentração de glicerol e triglicerídeos plasmático, assim como para a atividade da enzima glicerol quinase, houve interação entre as fontes e o nível de inclusão (P<0,05). A medida que aumentou o nível de inclusão aumentou-se a concentração de glicerol no plasma e diminuiu a atividade da enzima, no entanto, isto não foi suficiente para saturar a enzima. Em conclusão, os tratamentos mostraram que a mistura de subprodutos do óleo de soja e do biodiesel podem ser usadas como fontes energéticas em dietas de frangos de corte sem acarretar problemas no metabolismo normal do glicerol. / This thesis was carried out to evaluate the utilization of soybean oil (SO) (acidulated soap stock - ASS, lecithin - LEC) and biodiesel (glycerol - GLY) in broiler feeds. Two studies were conducted to determine AME these byproducts and their combinations. At total of 390 21-d-old male broilers were utilized for each experiment distributed in a completely randomized design with factorial arrangement of 4 fat sources and 3 levels of inclusion plus the basal diet without any fat source. Each study contained 13 dietary treatments with 6 replicates of 5 chickens per replicate. In the first experiment, the fat sources used were OAS, GLY and, LEC as well as a mixture (MIX) containing 85%, 10% and 5% respectively. The proportions of energy sources in the mix were similar to that found in crude soybean oil. In the second experiment, it was used four different mixtures of these energy sources, which are, 85% ASS: 10% GLY; 80% ASS: 15% GLY; 75% ASS: 20% GLY and 70% ASS: 25% GLY in all mixtures was fixed 5% LEC. The experimental treatments consisted of addition of each supplemental fat source at the levels of 0% (100% of basal diet (BD)), 2% (98% BD + 2% fat source), 4% (96% BD + 4% fat source) or 6% (94% BD + 6% fat source). The total excreta collection was conducted for 72h. At 28 days of age, the end of the study period one chicken by repetition was slaughtered to collect the liver and blood collection for analysis of plasmatic glycerol and triglycerides and the liver was used for analysis of glycerol kinase enzyme For both experiments was observed statistical difference between energy sources (P <0.05) in the first experiment the mixture of the three sources (85:10: 5) showed best value of AME, however, in the second experiment the mixture of 80% OAS GLI 15% and 5% LEC showed better value when compared to the other mixtures. For the concentration of plasma glycerol and triglycerides, as well as the activity of the enzyme glycerol kinase, there was an interaction between the sources and the inclusion level (P <0.05). As we increased the level of inclusion increased the concentration of glycerol in plasma and decreased enzyme activity, however, this was not enough to saturate the enzyme. In conclusion, the treatment showed that the mixture of soybean oil and biodiesel by-products could be used as energy sources in broiler diets without causing problems in the normal metabolism of the glycerol.

O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação do regime operacional semicontínuo para a produção de hidrogênio e ácidos graxos voláteis, utilizando glicerol como substrato e inóculo misto. Em um teste preliminar em batelada, foi avaliado o potencial de produção de hidrogênio deste substrato, comparando com sacarose, utilizando inóculo natural e direto. Foram verificados resultados satisfatórios, com parâmetros de desempenho semelhantes e até superiores aos obtidos com sacarose, quando utilizada a inoculação direta. Sendo assim, dois reatores semi-contínuos foram operados durante 132 dias, empregando biomassa suspensa, e glicerol nas concentrações de 10 e 50 g/L. O inóculo empregado foi oriundo de reator anaeróbio, submetido a tratamento térmico. Para comparação dos resultados dos reatores semi-contínuos, outros dois reatores foram operados de forma contínua, durante 62 dias, sob as mesmas condições já descritas, exceto pela presença de meio suporte para aderência da biomassa. O tempo de detenção hidráulico testado foi 1 d em ambos os regimes operacionais propostos, sendo e o tempo de detenção celular dos reatores semi-contínuos de 1,5 d. Os indicadores de desempenho avaliados foram eficiência de conversão do substrato, volume, produtividade e rendimento de hidrogênio, bem como distribuição mássica de ácidos graxos voláteis e grau de acidificação. Também foi verificada a diversidade microbiana nos reatores semi-contínuos e contínuos. Os principais ácidos graxos formados nos reatores semicontínuos foram acético e butírico, e nos contínuos, propiônico. No início do experimento, foi verificada elevada produção de biogás e hidrogênio nos reatores semi-contínuos, com queda dos valores no decorrer do teste, sendo mais pronunciada no reator com maior concentração afluente de glicerol. Já os reatores contínuos, desde o início do teste, apresentaram baixa produção de gás, o que consequentemente resultou em baixíssimos valores de rendimento e produtividade de hidrogênio. Os reatores semi-contínuos apresentaram satisfatória produtividade volumétrica quando a menor concentração de glicerol foi empregada, alcançando o valor máximo de 2928 mL H2/L.d, e baixo rendimento, em torno de 0,1 mol H2/mol glicerol. Foi possível associar a elevada produção hidrogênio e ácidos graxos voláteis nos reatores semi-contínuos com o gênero Enterobacter. Já a baixa produção foi vinculada ao gênero Clostridium. Nos reatores contínuos, foi verificada a influência da família Veillonellaceae (Pectinatus), que são produtores de ácido propiônico. / The purpose of the present work was to evaluate the semi-continuous operational regime for production of hydrogen and volatile fatty acids, using glycerol as substrate and mixed inoculum. The hydrogen production potential from glycerol was evaluated by a preliminary batch test using natural and direct inoculum, and the results were compared with sucrose. Satisfactory hydrogen production results from glycerol were observed when direct inoculation was used, with similar and even better values when compared to sucrose. Two semi-continuous reactors were operated, during 132 days, with suspended biomass and glycerol at concentrations of 10 and 50 g/L. The inoculum was from an anaerobic reactor, submitted to thermal treatment. Two other reactors were operated continuously for 62 days as a comparison for the results of the semi-continuous reactors. The same conditions were applied, except for the presence of support medium for biomass adherence. The hydraulic detention time tested was 1 d in both operating regimes, and the semi-continuous reactors cell detention time was 1.5 d. The evaluated performance indicators were substrate conversion efficiency, volume and hydrogen yield, as well as mass distribution of volatile fatty acids and acidification degree. Microbial diversity was also evaluated in semi-continuous and continuous reactors. The main fatty acids formed were acetic and butyric in the semicontinuous, and propionic in the continuous reactors. There was a high production of biogas and hydrogen in the semi-continuous reactors at the beginning of the experiment, with rates dropping during the test, mainly in the reactor with higher affluent glycerol concentration. The continuous reactors presented low gas production from the beginning of the test, which resulted in extremely low values of hydrogen yield. The semi-continuous reactors presented satisfactory volumetric productivity when the lowest concentration of glycerol was used, reaching a maximum value of 2928 mL H2/L.d, and low yield, around 0.1 mol H2 / mol glycerol. It was possible to associate the high production of hydrogen and volatile fatty acids in the semi-continuous reactors with the genus Enterobacter. The low hydrogen production was related to the genus Clostridium. The continuous reactors were influenced by the presence of Veillonellaceae (Pectinatus) family, which are propionic acid producers.

Leveduras oleaginosas possuem a capacidade de sintetizar grande quantidade de lipídeos em suas células, gerando produtos de alto valor agregado através de um processo sustentável. Um perfil de ácidos graxos poli-insaturados é de grande interesse por parte das industrias alimentícia e farmacêutica e têm sido alvo de diversos estudos em relação à sua produção e efeitos benéficos à saúde. O presente trabalho teve como objetivo produzir ácidos graxos poli-insaturados pela levedura Meyerozyma guilliermondii BI281 utilizando glicose, glicerol residual e permeado de soro de queijo como fontes de carbono. Avaliou-se o metabolismo da levedura em meios de cultivo com diferentes composições (“meio A” e “base YM”) e comparou-se o seu desempenho em razões C/N 100: 1 e 50:1. A levedura foi capaz de metabolizar todos os substratos testados e o meio de cultivo “A” com glicerol residual e razão C/N 50:1 mostrou-se o mais adequado, obtendo valores de 5,67 g.L-1 de biomassa e 1,04 g.L-1 de lipídeos, representando aproximadamente 18 % do peso da massa seca de biomassa. Esta condição foi escalonada para biorreator de 2 L, onde condições de aeração e controle de pH puderam ser avaliadas, apresentando quantidade semelhante de lipídeos (1,08 g.L-1) e uma maior produção de biomassa (7,05 g.L-1). Os ácidos graxos sintetizados apresentaram em sua composição ácido láurico (C12:0), ácido mistírico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido pamitoleico (C16:1), ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1 n-9), ácido linoleico (C18:2 n-6) e ácido linolênico (C18:3 n-3). / Oleaginous yeasts are able to synthesize high amounts of lipids in their cells, producing high added-value products through a sustainable process. Food and pharmaceutical companies have great interest in polyunsaturated fatty acids depending on their profiles and many studies related to their production and health benefits have been carried out. The aim of this study was to produce polyunsaturated fatty acids by the yeast Meyerozyma guilliermondii BI281A using glucose, crude glycerol, and cheese whey permeate as carbon sources. Yeast metabolism was evaluated in different compositions of culture media (“A” and “YM”) and at different C/N ratios (100:1 and 50:1). The yeast was able to assimilate all substrates tested, and medium “A” with crude glycerol as carbon source at a C/N ratio of 50:1 had the most efficient result with biomass production of 5.67 g.L-1 and lipid production of 1.08 g.L-1, which represented 18 % of dry cell weight. This composition was scaled-up to a 2 L bioreactor, where it was possible to measure pH and aeration conditions, and showed similar lipid production (1.08 g.L-1) and higher biomass production (7.05 g.L-1). Fatty acids profile obtained was composed by lauric acid (C12:0), myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), palmitoleic acid (C16:1), stearic acid (C18:0), oleic acid(C18:1), linoleic acid (C18:2 n-6), and linolenic acid (C18:3 n-3).

Etanol é um dos combustíveis renováveis mais importantes e contribui com a redução dos impactos negativos causados pela utilização de combustíveis fósseis por todo o mundo. É obtido principalmente pela fermentação dos açúcares provenientes da cana-de-açúcar e do milho. O produto da fermentação possui aproximadamente 96,5% molar de água, e um dos desafios é a obtenção econômica de um produto com pureza acima dos 99% molar em etanol para a utilização no setor de transporte. O presente trabalho tem por objetivo a otimização do processo de destilação extrativa do etanol utilizando glicerol como agente extrator. Esse solvente é um subproduto no processo de produção do diesel renovável, e estudou-se sua viabilidade como substituto do solvente derivado de fontes naturais não-renováveis, etileno glicol. Vinte e duas diferentes configurações de colunas de destilação simples e complexas foram avaliadas nesta investigação. O recente modelo de coeficientes de atividade F-SAC foi ajustado para a melhor representação de dados de equilíbrio líquido-vapor e de coeficiente de atividade em diluição infinita coletados na literatura. A predição do modelo F-SAC foi superior comparando-se a outros modelos de atividade. A média na diferença absoluta, quando comparado ao modelo NRTL chegou a valores aproximadamente 47% menores. O modelo do processo foi construído em um simulador baseado em equações, onde balanços de massa e de energia são resolvidas simultaneamente, buscando possíveis alterações para a redução do consumo energético e aumento na produtividade. A influência dos principais parâmetros do processo foi avaliada via simulações e descobriu-se que uma configuração e operação ótimas do sistema por destilação extrativa podem gerar significativa redução no consumo energético do processo. A economia em termos energéticos pode atingir valores de até 10% quando comparados com a melhor configuração disponível na literatura. / Ethanol is one of the most important renewable fuels and contributes to reducing the negative impacts caused by the use of fossil fuels worldwide. It is mainly obtained by the fermentation of sugars from sugar cane and corn. The fermentation broth has approximately 96.5% of water molar, and an economic challenge is to obtain a product with purity above 99% of ethanol molar to use in the transportation sector. The present work aims at optimizing the process of extractive distillation of ethanol using glycerol as extracting agent. This solvent is a byproduct in the renewable diesel production and was then studied as an alternative for ethylene glycol, the curently used non-renewable solvent. Twenty-two different configurations of simple and complex column sequences were evaluated in this investigation. The recent F-SAC activity coefficient model was adjusted to the best representation of vapor-liquid equilibrium and infinite dilution activity coefficient data from the literature. The prediction of the F-SAC model was superior when compared with other activity coefficient models. The average absolute difference was up to 47% smaller when compared with the NRTL model. The process model was built on an equation-based simulator, where mass and energy balances are solved simultaneously, looking for possible changes to reduce the energy demands and raise the production. The influence of the main process parameters was evaluated via simulations and we have found that an optimal operation of the system by extractive distillation with glycerol can lead to significant reduction in the energy consumption of the process. The energy savings could reach values up to 10% when compared with the best configuration available in the literature using ethylene glycol as entrainer.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção bacteriana de produtos de valor agregado, tais como 1,3-Propanodiol (1,3-PD), etanol, hidrogênio e outros. O presente trabalho teve como objetivo a produção de hidrogênio, 1,3-PD e etanol utilizando glicerol residual obtido da síntese do biodiesel. A primeira parte do trabalho visou à produção de hidrogênio utilizando glicerol residual. Nesta etapa, o consórcio microbiano ambiental foi submetido a diferentes tratamentos (ácido, básico, choque térmico, congelamento e descongelamento e dessecação). Os resultados mostraram que a maior produção de hidrogênio ocorreu com o consórcio tratado com dessecação e choque térmico, com produções de 34,2 % mol e 27,3 % mol, respectivamente. A otimização da produção de hidrogênio foi realizada utilizando planejamento experimental e alcançou uma produção máxima de 45 % mol. A próxima etapa do projeto foi isolar as bactérias presentes no consórcio microbiano ambiental. Experimentos em biorreatores foram realizados utilizando glicerol puro e glicerol residual e os resultados mostraram que houve a completa degradação do glicerol pelas bactérias do consórcio e também a produção de 1,3-PD, hidrogênio e ácidos. Nesta etapa, 32 bactérias foram isoladas e testadas para a produção de bioprodutos em experimentos em aerobiose e anaerobiose. Quatro bactérias foram selecionadas e o seqüenciamento do gene foi identificado por 16S rRNA identificou três dos isolados como Klebsiella pneumoniae e um isolado como Pantoea agglomerans. Dentre as quatro bactérias, uma cepa, nomeada como K. pneumoniae BLh-1, foi selecionada para os trabalhos posteriores. Para otimização das condições de cultivo, utilizou-se a seleção de variáveis através do delineamento experimental Plackett Burman (P-B) avaliando a produção de 1,3-PD. Sete variáveis foram estatisticamente significativas e um novo planejamento fracionário 27-3 foi realizado com a finalidade de otimizar o meio de produção. Experimentos em biorreatores mostraram que a produção em bioreator com pH controlado com o meio otimizado no planejamento alcançou uma produção máxima de 23,80 g/L de 1,3-PD com produção de 12,30 g/L de etanol. Os ensaios com alimentação de glicerol residual mostraram que altas taxas de alimentação causam acúmulo de glicerol e diminuem a produtividade de 1,3-PD e etanol. Os estudos utilizando fluorescência 2D e modelo quimiométrico foram aplicados para avaliar as mudanças metabólicas nos cultivos aeróbios e anaeróbios. Os resultados mostraram que houve diferença nas regiões de NADH e riboflavinas ambas associadas ao metabolismo do microorganismo. / Glycerol is generated in large amounts during biodiesel production and it is becoming a potentially attractive substrate for bacterial production for value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, hydrogen, among others. This work aimed at studying the production of hydrogen, 1,3-PD and ethanol using the raw glycerol obtained by biodiesel synthesis. The first steps were to produce hydrogen using raw glycerol. At this step, the environmental microbial consortium was submitted to different pretreatments (acid, base, heat shock, dry heat and desiccation, freezing and thawing). The results showed that dry heat and desiccation had the higher hydrogen production followed by heat shock with production of 34.2 % mol and 27.3 % mol, respectively.The optimization of hydrogen production was performed using experimental design and had a maximum hydrogen production of 45 % mol. The next spet of this project was to isolate the bacteria present in an environmental microbial consortium. Experiments in bioreactors with the microbial consortium using raw and pure glycerol were carried out and the results showed that there was a complete glycerol degradation by microbial bacteria with productions of 1,3-PD, hydrogen and acids. In this step, 32 bacteria were isolated and tested separately for by-products production under aerobic and anaerobic conditions. Four bacteria were selected and sequence gene realized by 16 S rRNA, three of them were identified as Klebsiella pneumoniae and one isolate identified as Pantoea agglomerans. Among the four bacteria, the strain K. pneumoniae BLh-1 were selected for further experiments. Plackett Burman (P-B) experimental procedure was used for assessing the production of 1,3-PD. Seven variables were statistically significant and a new 27-3 fractional design was conducted with the aim of optimizing culture conditions. Bioreactors experiments using the optimized culture conditions showed that production in bioreactor with controlled pH reached a maximal 1,3-PD production of 23.80 g/L with 12.30 g/L of ethanol. The fed-batch experiments showed that high feeding rates caused glycerol to accumulated in the medium and the1,3-PD and ethanol productivity decreased. The 2D fluorescence metodology was applied in order to study the anaerobic-aerobic changes on K. pneumoniae metabolism. The results showed a significant difference on NADH and riboflavin fluorescence that are fluorescence regions associated to metabolism.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / The hydrotalcites are a class of layered double hydroxides with important physical and chemical properties. The use of this class of compounds in catalysis of specific reactions also requires many studies. The literature has exploited these materials in catalytic reactions in liquid phase with glycerol, particularly in hydrogenolysis reactions. The gas phase reactions with glycerol usually make use of acid catalysts. Thus, both the liquid phase reactions involving catalysts derived from hydrotalcite-like gas phase reactions involving basic catalysts require further study. We developed a study to elucidating the combined effects of basic catalytic sites (MgO and amorphous aluminum oxide) and dehydrogenation (derived from copper oxides) in the hydrogenolysis reaction. The materials used were derived from hydrotalcite oxides, and oxides derivatives containing in its composition 2.5% copper (molar ratio) in relation to the metal network hydrotalcite (Mg and Al). The results obtained for the gas phase show an interrelationship between the sites and the major products of the reaction, acetol and acrolein. Was determined conditions under which one or another product is more favored, with conversions that can reach over 90% and selectivities that exceed 99%. In the liquid phase this interrelationship is more difficult to be demonstrated, given the complications arising from the greater contact time between catalyst and reactants to the point of the major products at the reaction gas phase includes both as reaction intermediates in the liquid phase. In the liquid phase, the predominant carbon chain compounds of higher alcohol and ester functional groups, cyclic compounds but also from various functional groups. / As hidrotalcitas sÃo uma classe de hidrÃxidos duplos lamelares com importantes propriedades fÃsico-quÃmicas. O emprego desta classe de compostos na catÃlise de reaÃÃes especÃficas requer, ainda, muitos estudos. A literatura tem explorado estes materiais na catÃlise das reaÃÃes com glicerol em fase lÃquida, principalmente, em reaÃÃes de hidrogenÃlise. As reaÃÃes em fase gasosa com glicerol normalmente fazem uso de catalisadores Ãcidos, de modo. Deste modo, tanto as reaÃÃes em fase lÃquida envolvendo catalisadores derivados da hidrotalcita como reaÃÃes em fase gasosa envolvendo catalisadores bÃsicos requerem maiores estudos. Desenvolveu-se um estudo com vistas a elucidaÃÃo dos efeitos combinados de sÃtios catalÃticos bÃsicos (MgO e Ãxidos de alumÃnio amorfo) e desidrogenante (Ãxidos derivados do cobre) na reaÃÃo de hidrogenÃlise. Os materiais empregados foram Ãxidos derivados da hidrotalcita, e Ãxidos derivados contendo em sua composiÃÃo 2,5% cobre (proporÃÃo molar) em relaÃÃo aos metais da rede hidrotalcita (Mg e Al). Os resultados obtidos para a fase gasosa evidenciam uma inter-relaÃÃo entre os sÃtios e os produtos majoritÃrios da reaÃÃo, acetol e acroleina. Determinou-se condiÃÃes em que um ou outro produto à mais favorecido, com conversÃes que podem chegar a mais de 90% e seletividades que superam 99%. Em fase lÃquida esta inter-relaÃÃo à mais difÃcil de ser evidenciada, dadas as complicaÃÃes originadas pelo maior tempo de contato entre catalisador e reagentes a tal ponto dos produtos majoritÃrios verificados na reaÃÃo fase gasosa figurarem como intermediÃrios da reaÃÃo em fase lÃquida. Na fase lÃquida, predominam compostos de maior cadeia carbÃnica dos grupos funcionais Ãlcool e Ãster, mas tambÃm compostos cÃclicos de grupos funcionais diversos.

Com o intuito de promover a reaÃÃo de desidrataÃÃo/desidrogenaÃÃo do glicerol em meio heterogÃneo, foram sintetizados diferentes catalisadores compostos de Ãxido de cobre disperso em diferentes suportes: Ãxido de alumÃnio, Ãxido de alumÃnio contendo Ãxido de ferro, Ãxido de alumÃnio contendo Ãxido de niÃbio, e Ãxido de silÃcio contendo Ãxido de ferro. A rota de sÃntese utilizada foi a dos precursores polimÃricos. O principal produto reacional obtido foi o acetol, porÃm foram observados outros produtos em baixo teor, como: metanol, etanol, acroleÃna, acetona, Ãlcool amÃlico, 1-propanol, 1,2-propanodiol e 1,3-propanodiol. Foi observada alta seletividade para acroleÃna empregando-se o catalisador composto pelos Ãxidos de cobre, ferro e alumÃnio. O efeito da temperatura de calcinaÃÃo sobre o desempenho catalÃtico foi verificado com o catalisador composto pelos Ãxidos de cobre, ferro e silÃcio, e melhores resultados foram obtidos atravÃs da calcinaÃÃo em 600ÂC. As anÃlises por difraÃÃo de raios-X destacam a formaÃÃo preferencial da fase CuO, nÃo sendo observadas as fases de Ãxido de ferro e Ãxido de alumÃnio, mesmo apÃs calcinaÃÃo a 600ÂC. As anÃlises de reduÃÃo em temperatura programada (TPR) apontam formaÃÃo de amostras com significativa interaÃÃo entre os Ãxidos, sugerindo elevada dispersÃo do Ãxido de ferro. Seu teste de reuso (duas vezes) mostrou estabilidade na capacidade de conversÃo e na seletividade. As anÃlises realizadas por termogravimetria e a espectroscopia na regiÃo do infravermelho, realizadas apÃs o teste catalÃtico, apontam para a formaÃÃo/retenÃÃo de alcÃxidos na superfÃcie do catalisador. / In order to promote the dehydration/dehydrogenation of reaction of glycerol in a heterogeneous environment, different catalysts were synthesized comprising copper oxide dispersed on different supports: aluminum oxide, aluminum oxide containing iron oxide, aluminum oxide containing niobium oxide and, silicon oxide containing iron oxide. The synthesis route applied was the polymeric precursor method. Acetol was the main reaction production, but other products were observed in low content, such as methanol, ethanol, acrolein, acetone, amyl alcohol, 1-propanol , 1,2- propanediol and 1,3-propanediol. High selectivity for acrolein was observed using the catalyst comprising of copper, iron and aluminum oxides. The effect of calcination temperature on catalyst performance was observed with the catalyst comprising of copper, iron and silicon oxides, and the best results were obtained by calcination at 600 ÂC. The analysis by X-ray diffraction highlight the preferential formation of CuO phase, iron oxide and aluminum oxide phases were observed even after calcination at 600 ÂC. The analysis of temperature programmed reduction (TPR) indicate the formation of samples with significant interaction between the oxides, suggesting high dispersion of iron oxide. The reuse test (twice) showed stability in conversion capacity and selectivity. The analyzes carried out by thermogravimetry and infrared spectroscopy, performed after the catalytic test, point to the formation/retention alkoxides on the catalyst surface.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Currently the demand for renewable fuels has increased a lot. Thus, biodiesel is an alternative to oil and its derivatives, since its production is cheaper, there is a reduction in emissions, and is considered a renewable energy. Due to government incentives that drive the production of biodiesel, such fuel has been produced on a large scale. Of all the raw material used for producing biodiesel via transesterification, 10 % in mass is converted into glycerin, excess demand and absorption capacity of the current markets. In this context, it is of fundamental importance to develop alternative technologies and innovative at the same time to consume this surplus of crude glycerin. The production of lactic acid by hydrothermal conversion of glycerol is an alternative that adds significantly to the productivity of the biodiesel industry value, besides the production of an organic acid that is widely used industrially. This organic acid exists as two optical isomers, D - lactic acid and L- lactic acid. Presently, it has become an important monomer in the plastics industry, and polymerized biodegradable plastics such as poly-L- lactic acid and copolymers of lactic acid. Therefore, there is a continued interest in a more efficient process for the production of lactic acid as well as for their recovery and purification. Thus, the aim of this study was to conduct a study on the adsorption of lactic acid (derived from the conversion of glycerol resulting from biodiesel production) by ion exchange by Amberlite IRA 67 and IRA 96. Different eluents were evaluated at various concentrations in order to obtain a higher efficiency in removing lactic acid adsorbents studied. From the breakthrough curves obtained with different concentrations of lactic power (60-302 g/L) acid the adsorption isotherms were constructed at temperatures of 30 ÂC, 40 ÂC and 60 ÂC. With data from lactic acid concentration for each condition studied, became the model fit the Langmuir adsorption isotherm. Studies on the purification column fixed bed with mono-component solutions, binary mixtures and real mixture were also performed. It was concluded that the application of the proposed methodology for the purification of lactic acid in a fixed-bed column showed better results when the condition (temperature = 30 ÂC) was used in both adsorbents. As the Amberlite IRA 96, the adsorbent showed better performance in the adsorption of lactic acid. / Atualmente a procura por combustÃveis renovÃveis tem aumentado muito. Deste modo, o biodiesel surge como alternativa em relaÃÃo ao petrÃleo e seus derivados, jà que sua produÃÃo à mais barata, hà uma diminuiÃÃo na emissÃo de poluentes, e à considerada uma energia renovÃvel. Devido aos incentivos governamentais que impulsionam a produÃÃo de biodiesel, tal combustÃvel tem sido produzido em larga escala. De toda a matÃria-prima utilizada para a produÃÃo de biodiesel, atravÃs de transesterificaÃÃo, 10% em massa à convertida em glicerina, excedendo a demanda e capacidade de absorÃÃo dos mercados atuais. Neste contexto, à de fundamental importÃncia o desenvolvimento de tecnologias alternativas e ao mesmo tempo inovadoras para consumir este excedente de glicerina bruta. A produÃÃo de Ãcido lÃtico por conversÃo hidrotÃrmica do glicerol à uma alternativa que agrega um valor significativo para a produtividade da indÃstria de biodiesel, alÃm da produÃÃo de um Ãcido orgÃnico que à amplamente utilizado industrialmente. Esse Ãcido orgÃnico existe como dois isÃmeros Ãpticos, D-Ãcido lÃtico e L-Ãcido lÃtico. Atualmente, tem se tornado um importante monÃmero na indÃstria de plÃsticos, sendo polimerizado em plÃsticos biodegradÃveis, tal como poli-L-Ãcido lÃtico e seus copolÃmeros de Ãcido lÃtico. Por isso hà um interesse contÃnuo em um processo mais eficiente para a produÃÃo de Ãcido lÃtico, assim como para a sua recuperaÃÃo e purificaÃÃo. Dessa maneira, o objetivo desse trabalho foi realizar um estudo sobre a adsorÃÃo de Ãcido lÃtico (oriundo da conversÃo do glicerol resultante da produÃÃo do biodiesel) por cromatografia de troca iÃnica pelas resinas Amberlite IRA 67 e IRA 96. Foram avaliados diferentes eluentes em concentraÃÃes diversas, afim de se obter uma maior eficiÃncia na remoÃÃo de Ãcido lÃtico dos adsorventes estudados. A partir das curvas de ruptura obtidas com diferentes concentraÃÃes de alimentaÃÃo de Ãcido lÃtico (60-302 g/L) foram construÃdas as isotermas de adsorÃÃo nas temperaturas de 30ÂC, 40ÂC e 60ÂC. Com os dados de concentraÃÃo de Ãcido lÃtico para cada condiÃÃo estudada, fez-se o ajuste do modelo da isoterma de adsorÃÃo de Langmuir. Estudos sobre a purificaÃÃo em coluna de leito fixo com soluÃÃes monocomponentes, misturas binÃrias e mistura real tambÃm foram realizados. Concluiu-se que a aplicaÃÃo da metodologia proposta para purificaÃÃo do Ãcido lÃtico em coluna de leito fixo mostrou melhores resultados quando a condiÃÃo (temperatura=30ÂC) foi utilizada em ambos os adsorventes. Sendo a resina Amberlite IRA 96, o adsorvente que mostrou melhor eficiÃncia na adsorÃÃo do Ãcido lÃtico.