The development of human society, which is highly dependent on fossil fuels, is now facing a range of global issues, such as rising energy prices, energy security and climate changes. To successfully tackle the resultant issues, the energy transition from fossil fuels to renewable energy sources, such as solar energy, tide energy, hydroelectric power, geothermal heat and biofuels, is under way. Biodiesel, as an important type of biofuels, has been increasingly produced from vegetable oil or used cooking oil, especially in Europe. Nevertheless, considering the high production cost of biodiesel, there is still much to be done to improve the economics of biodiesel industry. Utilisation of crude glycerol, the main by-product of the biodiesel industry, to produce value-added products appears to be a promising solution. Poly(3-hydroxybutyric acid) (PHB), a biodegradable plastic, can be converted from glycerol by Cupriavidus necator DSM 545 under unbalanced growth conditions, such as nitrogen limitation. One way to enhance the batch production of PHB is to genetically engineer the strain of C. necator, which requires insights of the dynamic impact of extracellular environment on cell phenotypes. Hence in this thesis, we aim to perform metabolic modelling based on experimental measurements to gain a better understanding of the behaviour of the metabolic network of Cupriavidus necator DSM 545 and identify potential bottlenecks of the process. Initially, C. necator DSM 545 is a strain that hardly grows on glycerol, so in a preliminary study, we investigate the process by which the strain was adapted to consume glycerol through serial subcultivation. It is found that the adaptation can be achieved within 15 cell generations over three passages in basal mineral medium, and the acquired phenotype is sufficiently stable upon further passage. The study of metabolism started with the reconstruction of the cell's metabolic network, followed by a thermodynamic analysis to check the feasibility and reversibility of all the biochemical reactions included. Then the static flux balance analysis was extended and applied to analyse the shift of metabolic states during the microbial fermentation in different batch conditions. The resulting patterns of flux distribution reveal the TCA cycle to be the major competitor for PHB synthesis at the ACCoA node. Cells have the potential to enter an efficient PHB-production phase that features minimal TCA/PHB flux split ratio, and the length of the phase can be manipulated by aeration. Although low aeration rate favours optimal flux split ratio, such condition that limits respiration also limits nutrient uptake, leading to low PHB productivity overall. To identify the actual limiting factors of PHB synthesis in the system, we further performed metabolic control analysis based on the calculated flux distributions. The analysis demonstrated how the distribution of the metabolic control can vary widely, depending on the aeration conditions used and the flux split ratios. Glycerolipid pathway, glycolysis, PHB metabolism, as well as the electron transport chain are revealed to be potential engineering targets as they contribute to the great majority of the positive control of PHB flux.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / A biomassa lÃquida residual de processos agrÃcolas e agroindustriais em geral representa um recurso renovÃvel em quantidade expressiva sem uma destinaÃÃo econÃmica e ambientalmente sustentÃvel Como exemplo a soluÃÃo quanto aos estoques de glicerina resultante da transesterificaÃÃo de Ãleos vegetais para obtenÃÃo do biodiesel tem sido postergada pela carÃncia de alternativas de engenharia apropriadas ao aproveitamento adequado dessa biomassa Por essa razÃo foi iniciado o desenvolvimento de um reator de gaseificaÃÃo destinado à biomassa lÃquida pela via da oxidaÃÃo parcial onde à empregada uma tecnologia de combustÃo nÃo convencional a CombustÃo de FiltraÃÃo como base de projeto para a concepÃÃo do reator em que a biomassa de referÃncia utilizada foi o glicerol (C3H8O3) Este trabalho eminentemente experimental foi realizado com a construÃÃo de um protÃtipo de reator de gaseificaÃÃo em escala de laboratÃrio em que seu queimador à preenchido completamente por esferas cerÃmicas de alumina (Al2O3) formando assim uma matriz porosa inerte que fica parcialmente imersa no glicerol na sua extremidade inferior e que envolve um trocador de calor instalado na parte superior do reator O processo à investigado no sentido de identificar algumas caracterÃsticas fundamentais de projeto tais como: limite de operaÃÃo do reator em termos de misturas arcombustÃvel; presenÃa de fenÃmenos de instabilidade; velocidade de propagaÃÃo da onda de combustÃo; e influÃncia dos principais parÃmetros de operaÃÃo, razÃo de equivalÃncia taxa de consumo de combustÃvel e vazÃes de ar e Ãgua na reaÃÃo Embora toda a experimentaÃÃo tenha se restringido a ensaiar o gaseificador para produÃÃo de gÃs de sÃntese pelo mÃtodo da oxidaÃÃo parcial a investigaÃÃo teÃrica foi mais abrangente englobando a reforma autotÃrmica Os experimentos respaldados por instrumentos de monitoramento e anÃlise cromatogrÃfica foram apoiados por um estudo teÃrico a partir de um modelo analÃtico simplificado com base na reaÃÃo global de oxidaÃÃo parcial associada à reaÃÃo de deslocamento ÃguaâgÃs Resultados experimentais demonstraram a viabilidade do processo constatando estabilidade operacional em ampla faixa de razÃo de equivalÃncia e eficiÃncia de conversÃo (>20%) do glicerol em gÃs de sÃntese mantendo extraÃÃo de energia da reaÃÃo / The residual liquid biomass from agricultural and agroindustrial processes in general way represents a renewable resource in significant amount without an economically and environmentally sustainable destination For instance the solution concerning glycerin stocks remaining from the vegetable oil transesterification for obtaining biodiesel has been postponed due to the lack of engineering alternatives appropriate to the proper utilization of this biomass Therefore the development of a liquid biomass gasification reactor based on partial oxidation has been initiated where a non conventional combustion technology has been employed Filtration Combustion as a design basis for the reactor conception in which the reference biomass used was glycerol This work eminently experimental was carried out to build a gasification reactor prototype in laboratory scale in which its burner is completely filled by ceramic spheres of alumina (Al2O3) thus forming a inert porous matrix which is partially immersed in glycerol at its bottom end and which involves a heat exchanger installed at the top of the reactor The process is investigated to identify some key design features such as: reactor operation limit in terms of fuel-air mixtures; occurrence of instability phenomena; combustion wave propagation velocity; and influence of the main operation parameters equivalence ratio fuel consumption rate and air and water flow rates into the reaction Although all experimentation has been restricted to test the gasifier for the production of synthesis gas by partial oxidation method theoretical investigation was broader comprising the autothermal reforming The experiments supported by monitoring instruments and chromatographic analysis were supported by a theoretical study based on a simplified analytical model considering the global reaction of partial oxidation associated with water-gas shift reaction Experimental results have demonstrated the feasibility of the process providing operational stability over a wide range of equivalence ratio and conversion efficiency (>20%) of glycerol to syngas while maintaining energy extraction from reaction

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.

O presente estudo tem como objetivo avaliar o processo de purificação do biodiesel por adsorção, utilizando adsorventes alternativos de baixo custo, comparando a eficiência dos adsorventes selecionados com o método de purificação convencional (lavagem aquosa). Para tanto, foram realizados testes de triagem de materiais provenientes de resíduos industriais, avaliando a capacidade desses materiais na remoção de glicerol e recuperação mássica. Dentre os adsorventes testados, a cinza da casca de arroz e a argila chamo-te apresentaram melhores resultados, juntamente com a resina comercial Amberlite BD10DRY, utilizada como parâmetro de comparação nos ensaios de purificação por via seca. Por meio de planejamento experimental composto de face centrada 22, foi avaliado o efeito da concentração de cada adsorvente selecionado (2, 5 e 8% m/v) e a temperatura (30, 40 e 50 °C) nas variáveis respostas: percentuais de recuperação mássica e adsorção de glicerol. De acordo com a análise estatística foi possível estabelecer as condições operacionais para cada adsorvente que maximizam as variáveis respostas. As condições ótimas estabelecidas foram: concentração de adsorventes (3,7; 2,4 e 2,1% m/v) e temperatura (30, 45 e 30 °C) para a resina Amberlite BD10DRY, argila chamote e cinza de casca de arroz, respectivamente. Tais condições maximizaram a remoção de glicerol (entre 76 - 80%) sem ocasionar perdas elevadas de massa do adsorvato (3,0 - 6,5%). Para validar a metodologia de purificação por via seca, o procedimento foi testado em amostra de biodiesel etílico obtido em escala de laboratório, a partir de óleo de palmiste utilizando como catalisador óxido de nióbio impregnado com sódio. A purificação do biodiesel por adsorção foi realizada adotando as condições otimizadas, adotando a técnica de lavagem aquosa como método de comparação. Todos os métodos de purificação foram eficientes quanto à remoção de glicerol (abaixo do limite estipulado de 0,02% em massa) e todas as amostras purificadas apresentaram elevados teores de ésteres etílicos (EE%) variando entre 99,18% e 99,71% e valores de viscosidade cinemática (3,0-6,0 mm2/s) e densidade (850-900 kg/m3) dentro dos limites especificados pelas normas de qualidade estabelecidas pela Agência Nacional do Petróleo, Gás natural e Biocombustíveis (ANP) Resolução 45/2014. Entretanto, apenas as amostras purificadas por via seca utilizando argila chamote e cinza de casca de arroz apresentaram teores de monoacilglicerol e diacilglicerol dentro dos valores estipulados (0,70% para MAG e 0,20% para DAG). Estudos complementares da estrutura e composição dos adsorventes Cinza de casca de arroz e Argila Chamote foram efetuados para melhor compreender suas propriedades como agentes de adsorção. A capacidade de adsorção desses materiais está relacionada com o elevado conteúdo de sílica, como demonstrado pela difração de raios-x e análises de espectroscopia no infravermelho. Desta forma, resíduos de baixo custo e de elevada disponibilidade como argila chamote e cinza de casca de arroz, podem ser considerados como materiais promissores para serem usados em processos de purificação de biodiesel por via seca. / The present study aims at assessing the purification of ethyl biodiesel by dry washing using alternative low-cost sorbents, taking the efficiency demonstrated by a conventional purification method (wet washing) as a control parameter. Screening tests carried out with different sorbents (commercial and industrial wastes) revealed that rice husk ash and chamotte clay showed better results, along with the commercial resin Amberlite BD10DRY, used here as standard sorbent for dry washing. For the selected sorbents, a combined effect of sorbent concentration (2, 5, and 8 wt%) and temperature (30, 40 and 50° C) on the mass recovered and glycerol removal was studied using the response surface methodology. A 22 full-factorial central composite design was employed for the experimental design and analysis of the results. According to the statistical analysis it was possible to establish the operating conditions for each sorbent that maximize both responses. The optimum conditions were established at: concentration of sorbent (3.7; 2.4 and 2.1% m/v) and temperature (30, 45 and 30° C) for the resin Amberlite BD10DRY, chamotte clay and rice husk ash, respectively. Such conditions maximized the removal of glycerol (between 76-80%) and minimized the loss of the adsorbate mass (3.0-6.5%). Under optimal conditions, the sorbents were used for purifying ethyl biodiesel samples obtaining at laboratory scale from palm kernel oil using as catalyst niobium oxide impregnated with sodium. Both procedures (dry and wet washing) were quite efficient in removing glycerol (below the required limit of 0.02%) and all the purified samples showed high percentages of ethyl esters (EE%) ranging from 99.18% and 99.71% and values of kinematic viscosity (3.0-6.0 mm2/s) and density (850-900 kg/m3) within the limits specified by the quality standards established by the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP) Resolution 45/2014. However, only the alternatives sorbents (chamotte clay and rice husk ash) were also able to remove monoacylglycerols (MG) and diacylglycerols (DG), thus their structures and compositions were further analyzed to better understand their properties as sorbents. The adsorption capacity of these sorbents is related to their high silica contents, as it was demonstrated by the X-ray diffraction and infrared spectroscopy analyses. Thus low-cost wastes such as chamotte clay and rice husk ash with high-availability features can be considered as a promising materials to be used in biodiesel purification processes by wet washing.

Atualmente há uma busca crescente por fontes energéticas renováveis motivada principalmente por razões ambientais e estratégicas, tais como o acúmulo de poluentes na atmosfera decorrente do uso de combustíveis fósseis e a diminuição de suas reservas. O biodiesel tem atraído atenção cada vez maior por sua capacidade em substituir o diesel do petróleo. A maior parte do biodiesel produzido utiliza como matéria-prima os óleos vegetais, os quais apresentam como principais desvantagens a sazonalidade na produção devido aos períodos de safra e a competição no uso de terras agrícolas com a produção de alimentos. Uma alternativa capaz de possibilitar a redução do uso de óleos vegetais são os óleos microbianos, como os produzidos por microalgas, fungos e leveduras. Os lipídeos produzidos por leveduras constituem uma fonte interessante de matéria-prima renovável para a produção de biocombustíveis, pois é independente das mudanças climáticas e sazonalidade, como as culturas vegetais. Desta forma, o presente trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para produção de óleos microbianos em cultivos heterotróficos. Neste sentido foram desenvolvidos estudos buscando selecionar leveduras capazes de produzir lipídeos tendo glicerol como substrato, bem como estabelecer as condições de cultivo mais favoráveis para a produção e acúmulo de lipídeos pela levedura selecionada. Para a seleção de microrganismos foram realizados ensaios visando comparar cinco diferentes leveduras (Cryptococcus curvatus Y -1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y- 12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 e Rhodotorula mucilaginosa Y-27053), neste estudo verificou-se que as cinco leveduras avaliadas foram capazes de consumir substrato, crescer e produzir lipídeos durante os cultivos. Dentre as leveduras avaliadas a Rhodotorula glutinis Y- 12905 e Cryptococcus curvatus Y -1511 foram as que apresentaram as maiores produtividades volumétricas em lipídeos, alcançando valores entre 0,20 e 0,23 g/L.dia, respectivamente. Quanto à capacidade de consumo de substrato a R. glutinis se destacou em relação as demais leveduras tendo sido capaz de consumir cerca de 59% do glicerol após 120 horas de cultivo, consumo este que representa quase duas vezes o valor alcançado pela C. curvatus, que apresentou o segundo maior consumo de substrato. Devido a sua elevada capacidade de assimilação de glicerol e apresentando uma das maiores produtividades volumétricas de lipídeos entre as leveduras avaliadas a levedura Rhodotorula glutinis foi considerada como uma das mais promissoras para a obtenção de óleos microbianos empregando glicerol como substrato. Nos ensaios realizados com diferentes agitações e razões de volume de frasco por volume de meio verificou-se que quanto maior a disponibilidade de oxigênio, maior foi o acúmulo de lipídeos, o crescimento celular e o consumo de glicerol. Quanto à avaliação da composição nutricional a presença de fontes de nitrogênio orgânico, tais como extrato de levedura e peptona mostraram-se fundamentais para o processo de produção de óleos microbianos juntamente com MgSO4.7H2O. Quando estes nutrientes estavam presentes de forma combinada foram obtidas concentrações de até 4,4 g/L de lipídeos e produtividades de 0,43 g/L.dia. Na avaliação da influência do pH inicial e da razão carbono/nitrogênio (C:N), verificou-se que o acúmulo de lipídeos pela levedura é favorecido para cultivos realizados em pH inicial entre 6 e 7, e com razão C:N entre 30:1 e 50:1. Em tais condições a levedura foi capaz de acumular até 8 g/L de lipídeos com produtividade de até 0,82 g/L.dia. A composição do óleo microbiano obtido pela levedura revelou elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais correspondem a 99% de sua composição. O óleo apresentou um comportamento de fluido newtoniano com viscosidade de 39,3 cP à 50ºC, tendo um índice de acidez de 5,8±0,2 mgKOH/góleo e teor de ácido graxos de 1,93±0,08 %. / Currently, there is a search for renewable energy sources motivated mainly by environmental and strategic reasons, such as the concept of solutions for the development of fossil fuel use and a decrease of its reserves. Biodiesel has attracted increasing attention for its ability to replace diesel oil. Most of the biodiesel produced uses vegetable oils as raw material, which has as main disadvantages the seasonality and a competition in the use of agricultural land with a food production. An alternative capable of reducing the use of vegetable oils is the use of microbial oils, such as those produced by microalgae, fungi and yeasts. The lipids produced by yeasts are an interesting source of renewable raw material for biofuel production, because it is independent of climatic changes and seasonality, such as vegetable crops. In this way, the present study aims to contribute to the development of technologies of microbial oils production in heterotrophic cultures. In this sense, studies were developed to select yeasts capable of producing lipids having glycerol as substrate, as well as to establish the culture conditions more favorable for the production and accumulation of lipids by the selected yeast. For a selection of microorganisms assays were carried out aiming to compare five different yeasts (Cryptococcus curvatus Y-1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y-12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 and Rhodotorula mucilaginosa Y-27053). In this step it was verified that the five yeasts evaluated were able to consume substrate, grow and produce lipids during the cultures. Among the evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis Y-12905 and Cryptococcus curvatus Y-1511 has presented the highest volumetric lipid yields, reaching values between 0.20 and 0.23 g/L.day, respectively. Regarding the substrate consumption capacity, R. glutinis stood out in relation to other yeasts, being able to consume about 59% of glycerol after 120 hours of cultivation. Due to its high capacity for assimilation of glycerol and presenting one of the highest volumetric productivities of lipids among evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis was considered as one of the most promising for the obtaining of microbial oils from glycerol as substrate. In the assays performed with different oxygenation levels, it was verified that higher oxygen availability higher the volume of lipids, cell growth and glycerol consumption. In the nutritional composition evaluation it was observed that the organic nitrogen source, such as yeast extract and peptone are essential for the production process of microbial oils together with MgSO4.7H2O. When these nutrients were presents in combination, concentrations of 4.4 g/L lipids and productivity of 0.43 g/L.day were obtained. In the evaluation of the influence of the initial pH and the carbon/nitrogen ratio (C:N), it was verified that the accumulation of lipids by yeast is favored for the cultures at initial pH between 6 and 7, and with C:N ratio between 30:1 and 50:1. In such conditions, it was obtained by yeast 8 g/L of lipids and volumetric productivity of 0.82 g/day. The composition of the microbial oil obtained by the yeast revealed high levels of palmitic (C16:0), stearic (C18:0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which correspond to 99% of composition. The oil exhibited a Newtonian fluid behavior and a viscosity of 39.3 cP at 50 °C, having an acid number of 5.8 ± 0.2 mgKOH/goil and a fatty acid content of 1.93 ± 0.08%.

O glicerol é um dos resíduos mais abundantes na produção do biodiesel e sua disponibilidade está atrelada diretamente à intensidade de produção do biocombustível. Apesar da diversidade de aplicações industriais para o glicerol, a procura de novos usos é estimulada pela crescente disponibilidade e forte diminuição do seu custo. Desta forma, este trabalho procurou contribuir com uma nova alternativa para a aplicação do excesso deste poliálcool, propondo sua esterificação com o ácido caprílico - um antimicrobiano natural. A produção de monocaprilina, dicaprilina e tricaprilina a partir da esterificação do glicerol com ácidos graxos utilizando a lipase imobilizada Lipozyme RM IM sn-1,3 específica teve seu rendimento otimizado por um planejamento experimental do tipo DCCR - Delineamento Composto Central Rotacional. Assim, dois fatores foram considerados no planejamento experimental: temperatura e proporção molar de ácido caprílico. Estas variáveis foram estabelecidas em dois níveis nos seguintes intervalos: a temperatura variou de 30 a 70°C e a proporção molar (ácido caprílico:glicerol) de 2:1 a 6:1, resultando em 11 experimentos. O tempo foi fixado em 6 horas. A porcentagem total de acilgliceróis pode ser obtida tanto por titulação quanto por cromatografia gasosa. O planejamento experimental demonstrou ser eficiente, pois, obteve-se alto rendimento em produtos na maioria dos experimentos, onde se pôde notar que a melhor condição para produção de caprilinas ocorreu quando se combinou baixa temperatura e baixa proporção molar de ácido caprílico no substrato glicerol. As análises quantitativas revelaram que o melhor rendimento resultou em 87,8% de caprilinas. Adicionalmente, a síntese de caprilinas foi estudada em dois tipos de reatores descontínuos: munido ou não de membrana de microfiltração, para avaliar a possibilidade de reuso do biocatalisador. As reações ocorreram na melhor condição experimental do planejamento proposto e em três ciclos de bateladas sucessivas. A membrana de microfiltração aliada à enzima imobilizada demonstrou ser um instrumento importante para diminuir o custo da reação visto que, com seu uso a enzima reteve 82,7% de sua atividade inicial. / Glycerol is one of the most abundant residues in biodiesel production and its availability is directly linked to the intensity of biofuel production. Despite the diversity of industrial applications for glycerol, the demand for new uses is stimulated by increasing the availability and strong decrease of its cost. Thus, this study intended to propose a new alternative for using this polyalcohol, through its esterification with caprylic acid - a natural antimicrobial. The reaction was catalyzed by immobilized lipase (Lipozyme RM IM, sn-1-3 specific®) resulting mono, di and tricaprylin. The reactions were designed by using the statistical method called \"Delineation Central Composite Rotational (DCCR)\". Taking into account the variation of two parameters, i.e., temperature (from 30ºC to 70ºC) and molar ratio caprylic acid/glycerol (from 2:1 to 6:1) the DCCR pointed to the realization of eleven tests. The time was set at 6 hours. The total percentage of acylglycerols were obtained either by titration or by gas chromatography. The experimental design showed to be efficient because a high yield was achieved in most of the experiments, and the best condition for caprylins production occurred when low temperature and low caprylic acid/glycerol molar ratio were combined. Quantitative analysis revealed that the best yield resulted in 87.8% of caprylins. Additionally, caprilyns synthesis was studied by using a batch reactor coupled or not with microfiltration membrane. The reactions were performed under the best experimental condition pointed out by the DCCR and the enzyme reutilized threefold through successive batches. After that the enzyme retained about 83% of its original activity.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-12-05T19:27:25Z No. of bitstreams: 1 AquilesAbreu.pdf: 1827634 bytes, checksum: d2d7ee078cf8878dfe676a53e1e8bdf0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T19:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AquilesAbreu.pdf: 1827634 bytes, checksum: d2d7ee078cf8878dfe676a53e1e8bdf0 (MD5) Previous issue date: 2017-10-30 / CAPES / Biofilms based on sodium alginate (AS) crosslinked with cationic polyacrylamide (PAMc) of high molar mass were made by the casting technique. In this study, the central rotational compound design (DCCR) was used and 11 trials were performed. The biofilms produced were characterized with respect to moisture (ω), water solubility (S), water vapor permeability (PVA), thickness (σ), absorption spectroscopy in the infrared region with Fourier transform (FTIR), microscopy scanning (SEM) and mechanical properties. The experimental results showed that biofilms with lower glycerol contents obtained lower moisture content. It was observed that for the solubility and permeability to water vapor, the lower values observed were influenced by the concentrations of PAMc. Assay 5 (AS 6.0g, GLI 1.0g, PAMc 2.5%) presented lower values of ω and PVA, with possible application as food coatings and assay 10 (AS 6.0g, GLI 3.0g; PAMc 2.5%) higher S, and can be applied in biodegradable packages. The results obtained through FTIR confirmed the chemical interaction between AS and PAMc. Morphological analyzes showed that biofilms showed heterogeneity when the concentrations of MAP were increased. Regarding the mechanical properties, tensile strength (TR) and Young's modulus (E) were found to increase when the PAMc concentrations were higher and the deformation decreased when glycerol concentrations were high. Trial 11 (AS 6.0g, GLI 3.0g, PAMc 2.5%) showed higher TR (14.06 MPa) and E (21.17 MPa), with potential for applications as biodegradable bags. / Biofilmes à base de alginato de sódio (AS) reticulados com poliacrilamida catiônica (PAMc) de alta massa molar foram confeccionados pela técnica casting. Nesse estudo foi utilizado o delineamento composto central rotacional (DCCR) realizando-se 11 ensaios. Os biofilmes produzidos foram caracterizados com relação à umidade (ω), solubilidade em água (S), permeabilidade ao vapor de água (PVA), espessura (σ), espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e propriedades mecânicas. Os resultados experimentais mostraram que os biofilmes com menores teores de glicerol obtiveram menores teores de umidade. Observou-se que para a solubilidade e permeabilidade ao vapor de água, os menores valores observados foram influenciados pelas concentrações de PAMc. O ensaio 5 (AS 6,0g; GLI 1,0g; PAMc 2,5%) apresentou menores valores de ω e PVA, com possível aplicação como coberturas de alimentos e o ensaio 10 (AS 6,0g; GLI 3,0g; PAMc 2,5%) maior S, podendo ser aplicado em embalagens biodegradáveis. Os resultados obtidos através FTIR confirmaram a interação química entre o AS e a PAMc. As análises morfológicas mostraram que os biofilmes apresentaram heterogeneidade quando as concentrações de PAMc foram aumentadas. Quanto às propriedades mecânicas, verificou-se que a tensão à ruptura (TR) e o módulo de Young (E) aumentaram quando as concentrações de PAMc foram maiores e a deformação diminuiu quando as concentrações de glicerol foram elevadas. O ensaio 11 (AS 6,0g; GLI 3,0g; PAMc 2,5%) apresenta maiores TR (14,06 MPa) e E (21,17 MPa), com potenciais para aplicações como sacolas biodegradáveis.

Made available in DSpace on 2016-04-28T20:18:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Rodrigues Pereira Martins.pdf: 1134388 bytes, checksum: fa8d41a81a1364e1de4a2a59b34737ed (MD5) Previous issue date: 2009-10-29 / The use of bovine pericardium as a biological membrane is widespread in surgical repair because of the low cost, good applicability and it is easily obtained. Glycerin 98% is the chemical agent most used as a biological tissue preservative in veterinary medicine, but studies show it is ineffective in eliminating viruses. Glutaraldehyde is a biological tissue preservative widely used in 0.5% and 0.625% concentrations. However, the persistence of rabies virus in samples of mice pericardium preserved in 0.625% glutaraldehyde was proven, and probably higher concentrations are required for virucidal action. Given its toxic capacity, this study aims to evaluate macro-and microscopically kidney, liver and spleen of 65 mice, 60 of whom underwent implantation of bovine pericardium preserved in glycerin 98% and 0.625%, 1% and 1.5% glutaraldehyde, and 5 non-implanted mice served as controls. The animals implanted, the same used in other research to evaluate local reaction on the abdominal wall implants, were euthanized after 7, 14 and 30 days after implantation of the pericardium, and the spleens, livers and kidneys were assessed as to their macro and microscopic features. Fragments of these organs were collected, fixed in buffered formalin 10%, processed by usual histopathologic methods and stained with hematoxylin and eosin. There was no macro or microscopic changes that could be related to the toxicity of these substances / O emprego de peric?rdio bovino, como membrana biol?gica, ? bastante difundido em t?cnicas de reparos cir?rgicos devido ? facilidade de aquisi??o, baixo custo e boa aplicabilidade. A glicerina 98% ? o agente qu?mico mais utilizado como conservante de tecidos biol?gicos em medicina veterin?ria, por?m estudos comprovam sua inefic?cia na elimina??o viral. O glutaralde?do ? um conservante de tecidos biol?gicos e suas concentra??es mais difundidas s?o de 0,5% e 0,625%. Entretanto, a persist?ncia do v?rus r?bico em amostras de peric?rdio de camundongos conservadas em glutaralde?do 0,625% foi comprovada, sendo, provavelmente, necess?rias concentra??es mais altas para a??o virucida. Sabendo-se da sua capacidade t?xica, este estudo teve como objetivo, avaliar macro e microscopicamente rins, f?gado e ba?o de 65 camundongos, dos quais 60 foram submetidos a implante de peric?rdio bovino conservado em glicerina 98% e glutaralde?do a 0,625%, 1% e 1,5% e 5 camundongos n?o implantados que serviram como controles. Os animais implantados, os mesmos utilizados em outra pesquisa para avalia??o das caracter?sticas reacionais locais nas paredes abdominais aos implantes, foram eutanasiados ap?s 7, 14 e 30 dias ap?s a implanta??o do peric?rdio; e os ba?os, f?gados e rins foram avaliados quanto ?s caracter?sticas macro e microsc?picas. Fragmentos desses ?rg?os foram coletados, fixados em formol a 10% tamponados, processados pelos m?todos usuais para histopatologia e corados pela hematoxilina e eosina. N?o foram evidenciadas altera??es macro ou microsc?picas que pudessem estar relacionadas ? toxicidade destas subst?ncias.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrea Christina Larsen.pdf: 426110 bytes, checksum: 0afb74a50b694490128340543e09daa9 (MD5) Previous issue date: 2009-07-23 / The National Biodiesel Production and its Application Program, created by the Federal Government, introduces biodiesel in the Brazilian energetic matrix, bringing along the perspective to improve glycerin offer, a co-product of biodiesel production. Since for each 100 L of biodiesel, 10 kg of raw glycerin are produced, this implies on the development of studies for an economically viable use of glycerin. So, the main objective of this paper was to evaluate the addition of raw glycerin in anaerobic digestion of cassava starch production wastewater, in a semi-continuous-flux reactor of one-phase in bench scale. A 8.77 L reactor, with useful volume, was used, with PVC conduit as a support medium, temperature of 26±1º C, supplied with cassava starch production wastewater and glycerin, with hydraulic detention times of 4 and 5 d and organic loads of 3.05, 9.32, 14.83 e 13.59 g COD L-1 d-1, in this order, obtained with the addiction of glycerin at 0, 2, 3 and 2%, respectively. The biogas production per reactor volume increased with the 2% glycerin addiction with regard to the control treatment. However, in the next treatments, biogas production decreased when organic load increased. The major average biogas production per reactor volume was 1.979 L biogas L-1 d-1, for the organic load of 9.32 g COD L-1 d-1. The major averages of biogas production per g COD and g TVS consumed were 0.397 and 0.661 L, for the control treatment, without glycerin addition. The best COD removal, 98.69%, occurred for 2% glycerin treatment and 9.32 g COD L-1 d-1 organic load, followed by 96.41% for the control treatment. The major removal of TS and TVS occurred for the control treatment, for 2% glycerin treatment and organic load of 9.32 g COD L-1 d-1, by 81.19 and 75.47% TS and 90.21 and 81.18% TVS for the respective treatments. Thus, the evaluated reactor in this trial can be used for the treatment of cassava starch production wastewater with crude glycerin addition as a way of giving a correct destination to the last one, without using neutralizers and nutrients. / O Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel, lançado pelo Governo Federal, introduz o biodiesel na matriz energética brasileira com a perspectiva de aumento da oferta de glicerina, co-produto gerado na produção do biodiesel. Uma vez que, para cada 100 L de biodiesel são produzidos 10 kg de glicerina bruta, isto implica o desenvolvimento de estudos para o aproveitamento economicamente viável da glicerina. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a adição de glicerina bruta na digestão anaeróbia de efluente de fecularia, em reator de fluxo semi-contínuo horizontal de uma fase, em escala de laboratório. Foi utilizado reator com volume útil de 8,77 L, com meio suporte em conduítes de PVC, temperatura de 26±1º C, alimentado com manipueira e glicerina, com tempos de detenção hidráulica de 4 e 5 d e cargas orgânicas de 3,05, 9,32, 14,83 e 13,59 g DQO L-1 d-1, nesta ordem, obtidas com a adição de glicerina aos níveis de 0, 2, 3 e 2%, respectivamente. A produção de biogás por volume de reator aumentou com a adição de 2% de glicerina em relação ao tratamento controle. Porém, nos tratamentos seguintes, a produção de biogás diminuiu com o aumento da carga orgânica. A maior produção média de biogás por volume de reator foi de 1,979 L biogás L-1 d-1, para a carga de 9,32 g DQO L-1 d-1. As maiores produções médias de biogás por g DQO e g STV consumidos foram de 0,397 e 0,661 L, para o tratamento controle, sem adição de glicerina. A maior remoção de DQO, 98,69%, ocorreu para o tratamento com 2% de glicerina e carga de 9,32 g DQO L-1 d-1, seguida de 96,41% para o tratamento controle. As maiores remoções de ST e STV ocorreram para o tratamento controle, para o tratamento com 2% de glicerina e carga de 9,32 g DQO L-1 d-1, na ordem de 81,19 e 75,47% de ST e 90,21 e 81,18% de STV para os respectivos tratamentos. Assim, o reator avaliado neste trabalho pode ser utilizado para o tratamento de efluente de fecularia com adição de glicerina bruta como forma de dar destinação correta a essa última, sem a utilização de neutralizantes e nutrientes.

Bacillus thuringiensis é uma bactéria do solo, gram-positiva, que se destaca pela capacidade de sintetizar um cristal protéico, adjacente ao esporo, responsável pela ação tóxica contra diversas espécies de dípteros, como a larva do mosquito Aedes aegypti, o qual é o principal vetor da dengue. A dengue hoje é uma das doenças de maior preocupação para as agências de saúde brasileiras, uma vez que o Brasil possui temperatura e condições socio-econômicas que favorecem proliferação do mosquito transmissor. O Brasil se destaca por desenvolver combustíveis alternativos aos combustíveis de origem petrolífera, como etanol e biodiesel. Porém, durante a reação de transesterificação de óleos/gorduras para a produção de biodiesel é gerado também glicerina e, por não haver uma demanda deste sub-produto no mercado mundial, seu destino se tornou um problema e um desafio para as indústrias de biodiesel. Logo, desenvolver um bioinseticida para o combate da dengue empregando a glicerina como fonte de carbono é uma forma de encontrar novas aplicações para a glicerina e contribuir para o controle de uma doença de impacto nacional. Estudos realizados comprovaram que o ácido acético é um composto produzido e consumido pelas células de Bacillus thuringiensis durante seu crescimento. Além disso, apresenta papel fundamental para a produção de um composto chamado poli-?-hidroxibutirato (PHB), que é fundamental no fornecimento de energia para a síntese da toxina. No presente trabalho estudou-se o efeito do ácido acético sobre o crescimento de Bacillus thuringiensis e sobre a atividade larvicida do meio fermentado contra larvas de Aedes aegypti. Foram avaliadas as concentrações de 1 g/L, 3 g/L e 5 g/L de ácido acético nas seguintes fases: (i) início da fermentação, (ii) ponto de valor mínimo de pH e (iii) ponto de desaceleração do aumento do pH. Os ensaios foram realizados em frascos Erlenmeyer de 1000 mL em incubadora de movimento recíproco. Os resultados obtidos demonstraram que a adição de ácido acético no início e no tempo igual a 10 horas de fermentação favorece o crescimento celular e a produção de toxinas. O resultado mais expressivo de produção de toxinas foi obtido com adição de 5 g/L de ácido no início da fermentação. Neste ensaio o resultado de porcentagem de morte de larvas foi 8 superior ao resultado encontrado no ensaio sem adição de ácido (ensaio controle). Já no ensaio com adição de ácido com 20 horas de fermentação foi observada a maior concentração celular máxima, porém, obteve-se uma menor atividade larvicida do meio fermentado, comparado com o ensaio controle. / Bacillus thuringiensis is a gram-positive soil bacterium that is distinguished by the ability of synthesizing a protein crystal adjacent to the spore. This protein is responsible for the toxic action against several species of Diptera, as the larvae of the Aedes aegypti mosquito, which is the main vector of dengue. As Brazil possesses temperature and socioeconomic conditions that favors proliferation of the dengue transmitting mosquito, it is one of the major concerns to health agencies in Brazil. Brazil stands out for developing alternative fuel sources to petroleum fuels such as ethanol and biodiesel. However, during the transesterification reaction of oils/fats for the production of biodiesel glycerin is also generated. As there is no demand for this sub-product in the global market, its fate has become a problem and a challenge for the biodiesel industry. Therefore the development of an insecticide for fighting dengue using glycerol as the carbon source is a way to find new applications for glycerin and to contribute to the control of a disease with nationwide impact, considered a public health problem. Studies have shown that acetic acid is a compound produced and consumed by Bacillus thuringiensis\' cells during their growth. Moreover, it presents a major role in the production of a compound called poly-?-hydroxybutyrate (PHB), which is critical for providing energy for the toxin synthesis. In the present study, it was studied the effect of acetic acid on the growth of Bacillus thuringiensis and on the larvicidal activity of the fermented broth on the larvae of Aedes aegypti. The concentrations tested were 1 g/L, 3 g/L and 5 g/L of acetic acid, added in the following stages: (i) beginning of the fermentation, (ii) time of minimum pH value and (iii) time of deceleration of the increasing pH value. The assays were performed in 1000 mL Erlenmeyer flasks in a reciprocating motion shaker. The results showed that the addition of acetic acid at the beginning and at 10 hours of fermentation improves cell growth and toxin production. The most significant result regarding toxin production was achieved with the addition of 5 g/L of acid at the beginning of the fermentation. In this assay the net percentage of killing of the larvae was eight times higher than the results found in the test without the addition of acid (control test). For the test in which acetic acid was added at 20 hours of fermentation it was observed a higher cellular concentration, however, there was a lower larvicidal activity of the fermented broth, compared to the control test.