Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2015-10-14T15:23:31Z No. of bitstreams: 1 FabianoAvelinoGoncalves_TESE.pdf: 5166245 bytes, checksum: 9524f366a3b9abeb13a597b0952e3c5b (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Maia (aniolly@bczm.ufrn.br) on 2015-10-14T16:09:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FabianoAvelinoGoncalves_TESE.pdf: 5166245 bytes, checksum: 9524f366a3b9abeb13a597b0952e3c5b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-14T16:09:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FabianoAvelinoGoncalves_TESE.pdf: 5166245 bytes, checksum: 9524f366a3b9abeb13a597b0952e3c5b (MD5) Previous issue date: 2014-04-23 / O presente trabalho investigou o potencial de diferentes materiais lignocelul?sicos residuais gerados em regi?es rurais e urbanas (fibra de coco maduro, casca de coco verde e casca de coco maduro), al?m de vegetal cultivado em ambientes in?spitos (cacto) visando ? produ??o de etanol, sendo todos, materiais abundantes na regi?o Nordeste do Brasil. Esses materiais foram submetidos aos pr?-tratamentos com per?xido hidrog?nio alcalino seguido por hidr?xido de s?dio (PHA-PHS), autohidr?lise (PA), hidrot?rmico catalisado com hidr?xido de s?dio (PHCHS) e organosolv usando etanol alcalino (POEA). Os materiais pr?-tratados foram submetidos ? hidr?lise enzim?tica e as estrat?gias de fermenta??o e sacarifica??o simult?nea (SSF) e fermenta??o e sacarifica??o semi-simult?nea (SSSF), utilizando-se Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis e Zymomonas mobilis. Avaliou-se tamb?m, a presen?a de compostos inibit?rios (hidroximetilfurfural, furfural, ?cido ac?tico, ?cido f?rmico e ?cido levul?nico) e a ?gua marinha no meio de cultivo. Os materiais pr?-tratados por PHAPHS resultaram na deslignifica??o dos materiais em uma faixa entre 54,0 e 71,0%, contendo entre 51,80 e 54,91% de celulose, entre 17,65 e 28,36% de hemicelulose, entre 7,99 e 10,12% de lignina. As hidr?lises enzim?ticas proporcionaram convers?es dos materiais em glicose entre 68,0 e 76,0%. Os rendimentos em etanol utilizando SSF e SSSF para a fibra de coco maduro pr?-tratada variaram entre 0,40 e 0,43 g/g, 0,43 e 0,45 g/g, respectivamente. Os materiais pr?-tratados por PA apresentaram rendimentos de s?lidos entre 42,92 e 92,74%, contendo entre 30,65 e 51,61% de celulose e entre 21,34 a 41,28% de lignina. As hidr?lises enzim?ticas resultaram nas convers?es dos materiais em glicose entre 84,10 e 92,52%. Os rendimentos em etanol utilizando casca de coco verde pr?-tratada e as estrat?gias SSF e SSSF foram entre 0,43 e 0,45 g/g. A fibra de coco maduro pr?-tratada por PHCHS apresentou rendimentos de s?lidos entre 21,64 e 60,52%, com aumento de celulose entre 28,40 e 131,20%, redu??o de hemicelulose entre 43,22 e 69,04%, redu??o de lignina entre 8,27 e 89,13%. A hidr?lise enzim?tica resultou em convers?o do material em glicose de 90,72%. Os rendimentos em etanol utilizando SSF e SSSF foram 0,43 e 0,46 g/g, respectivamente. Os materiais pr?-tratados por POEA apresentaram redu??es de s?lido entre 10,75 e 43,18%, aumento de celulose em at? 121,67%, redu??o de hemicelulose em at? 77,09% e redu??o de lignina em at? 78,22%. As hidr?lises enzim?ticas resultaram nas convers?es dos materiais em glicose entre 77,54 e 84,27%. Os rendimentos em etanol utilizando cacto pr?-tratado e as estrat?gias SSF e SSSF foram entre 0,41 e 0,44 g/g, 0,43 e 0,46 g/g, respectivamente. As fermenta??es alco?licas realizadas em biorreator resultaram em rendimentos e produ??o de etanol entre 0,42 e 0,46 g/g, 7,62 e 12,42 g/L, respectivamente. Os compostos inibit?rios apresentaram efeitos sin?rgicos negativos nas fermenta??es realizadas por P. stipitis, Z. mobilis e S. cerevisiae. O ?cido f?rmico e o ?cido ac?tico apresentaram efeitos mais significativos entre os compostos inibit?rios, seguido pelo hidroximetilfurfural, furfural e ?cido levul?nico. As fermenta??es realizadas em meio de cultivo dilu?do com ?gua marinha apresentaram resultados promissores, especialmente quando se utilizou S. cerevisiae (0,50 g/g) e Z. mobilis (0,49 g/g). Os diversos resultados obtidos no presente trabalho indicam que, os materiais lignocelul?sicos, pr?-tratamentos, estrat?gias fermentativas e micro-organismos estudados merecem aten??o por parecerem promissores e pass?veis de serem utilizados no contexto de biorrefinaria visando ? produ??o de etanol. / The present work investigated the potential of different residual lignocellulosic materials generated in rural and urban areas (coconut fibre mature, green coconut shell and mature coconut shell), and vegetable cultivated in inhospitable environments (cactus) aimed at the production of ethanol, being all materials abundant in the Northeast region of Brazil. These materials were submitted to pretreatments with alkaline hydrogen peroxide followed by sodium hydroxide (AHP-SHP), autohydrolysis (AP), hydrothermal catalyzed with sodium hydroxide (HCSHP) and alkali ethanol organosolv (AEOP). These materials pretreated were submitted to enzymatic hydrolysis and strategies of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and saccharification and fermentation semi-simultaneous (SSSF) by Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis and Pichia stipitis. It was also evaluated the presence of inhibitory compounds (hydroxymethylfurfural, furfural, acetic acid, formic acid and levulinic acid) and seawater during the fermentative process. Materials pretreated with AHP-SHP have resulted in delignification of the materials in a range between 54 and 71%, containing between 51.80 and 54.91% of cellulose, between 17.65 and 28.36% of hemicellulose, between 7.99 and 10.12% of lignin. Enzymatic hydrolysis resulted in the conversions in glucose between 68 and 76%. Conversion yields in ethanol using SSF and SSSF for coconut fibre mature pretreated ranged from 0.40 and 0.43 g/g, 0.43 and 0.45 g/g, respectively. Materials pretreated by AP showed yields of solids between 42.92 and 92.74%, containing between 30.65 and 51.61% of cellulose, 21.34 and 41.28% of lignin. Enzymatic hydrolysis resulted in glucose conversions between 84.10 and 92.52%. Proceeds from conversion into ethanol using green coconut shell pretreated, in strategy SSF and SSSF, were between 0.43 and 0.45 g/g. Coconut fibre mature pretreated by HCSHP presented solids yields between 21.64 and 60.52%, with increased in cellulose between 28.40 and 131.20%, reduction of hemicellulose between 43.22 and 69.04% and reduction in lignin between 8.27 and 89.13%. Enzymatic hydrolysis resulted in the conversion in glucose of 90.72%. Ethanol yields using the SSF and SSSF were 0.43 and 0.46 g/g, respectively. Materials pretreated by AEOP showed solid reductions between 10.75 and 43.18%, cellulose increase up to 121.67%, hemicellulose reduction up to 77.09% and lignin reduced up to 78.22%. Enzymatic hydrolysis resulted in the conversion of glucose between 77.54 and 84.27%. Yields conversion into ethanol using the SSF and SSSF with cactus pretreated ranged from 0.41 and 0.44 g/g, 0.43 and 0.46 g/g, respectively. Fermentations carried out in bioreactors resulted in yields and ethanol production form 0.42 and 0.46 g/g and 7.62 and 12.42 g/L, respectively. The inhibitory compounds showed negative synergistic effects in fermentations performed by P. stipitis, Z. mobilis and S. cerevisiae. Formic acid and acetic acid showed most significant effects among the inhibitory compounds, followed by hydroxymethylfurfural, furfural and levulinic acid. Fermentations carried out in culture medium diluted with seawater showed promising results, especially for S. cerevisiae (0.50 g/g) and Z. mobilis (0.49 g/g). The different results obtained in this study indicate that lignocellulosic materials, pretreatments, fermentative processes strategies and the microorganisms studied deserve attention because they are promising and capable of being used in the context of biorefinery, aiming the ethanol production.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-02-01T21:38:49Z No. of bitstreams: 1 AlexandreDeAraujoGuilherme_TESE.pdf: 4065530 bytes, checksum: 49957846009d7d512dc827b18e22f471 (MD5) / Approved for entry into archive by Elisangela Moura (lilaalves@gmail.com) on 2016-02-16T21:08:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AlexandreDeAraujoGuilherme_TESE.pdf: 4065530 bytes, checksum: 49957846009d7d512dc827b18e22f471 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-16T21:08:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlexandreDeAraujoGuilherme_TESE.pdf: 4065530 bytes, checksum: 49957846009d7d512dc827b18e22f471 (MD5) Previous issue date: 2014-09-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Um estudo para a produ??o de a??cares redutores e etanol celul?sico, a partir de baga?o de cana-de-a??car, foi realizado incluindo-se no conceito de biorrefinaria. No estudo para a produ??o de a??cares redutores, foi visto que o tamanho da part?cula n?o influenciou na composi??o, na morfologia externa, nos grupos org?nicos, nem t?o pouco, na hidr?lise enzim?tica, nas condi??es aplicadas. A quantidade de enzimas celulases e ?-glicosidase foi otimizada reduzindo custo de processo e se produziu quantidades satisfat?ria de glicose e xilose, em biorreator, utilizando baga?o de cana pr?-tratado com ?cidos, ?lcalis e per?xido de hidrog?nio. A partir das caracteriza??es f?sico-qu?micas no baga?o de cana pr?-tratado por quatro formas distintas, foi visto que os pr?-tratamentos agem de forma diferente deixando a estrutura do material com a morfologia externa e grupos org?nicos diferentes para cada biomassa processada. Entretanto, pelo estudo de Difra??o de Raio-X n?o foi visto uma modifica??o dr?stica na cristalinidade da celulose do material lignocelulosico. Ap?s uma hidr?lise enzim?tica, foi obtido o melhor rendimento global em glicose e xilose utilizando o pr?-tratamento com hidr?xido de s?dio. No estudo do processo de Sacarifica??o e Fermenta??o Simult?nea (SFS) observou-se que o pr?-tratamento que mais favoreceu a produ??o de etanol foi o pr?-tratamento combinado com ?cido e ?lcali. Com o estudo cin?tico do SFS em biorreator, foi poss?vel monitorar todos os par?metros do processo, a??cares, biomassa celular e etanol, dando condi??es para uma otimiza??o em termos de quantidade de baga?o inicial, quantidade de inoculo e atividade enzim?tica inicial, bem como, gerar dados significativos para uma futura modelagem do sistema. O processo de SFS foi otimizado em sistema batelada e batelada alimentada obtendo-se rendimentos bem pr?ximos dos obtidos em um processo convencional de produ??o de etanol. Para a modelagem da hidr?lise enzim?tica, o modelo foi ajustado e representou de forma satisfat?ria o sistema complexo de hidr?lise enzim?tica do material lignocelulosico. A etapa final deste trabalho foi a modelagem do processo SFS utilizando o modelo de hidr?lise enzim?tica como primeira parte de um modelo mais complexo. De acordo com os resultados, foi visto que o modelo ainda precisa de alguns ajustes para representar de forma satisfat?ria todas as condi??es iniciais testadas. Portanto, os resultados aqui apresentados s?o de grande valor quando se pensa em produ??o de etanol celul?sico, bem como, a amplia??o de escala do processo SFS.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-03-21T11:51:42Z No. of bitstreams: 1 FrancinaldoLeiteDaSilva_TESE.pdf: 3609009 bytes, checksum: 2c514bec8990f69a112dbf03fff72a30 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-03-23T12:33:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FrancinaldoLeiteDaSilva_TESE.pdf: 3609009 bytes, checksum: 2c514bec8990f69a112dbf03fff72a30 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T12:33:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FrancinaldoLeiteDaSilva_TESE.pdf: 3609009 bytes, checksum: 2c514bec8990f69a112dbf03fff72a30 (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Nativa do Brasil, a Carna?ba (Copernicia prunifera) tem sido utilizada para diversos fins, incluindo a produ??o de cera a partir de suas folhas, cujo processo gera uma quantidade consider?vel de res?duo, o qual se caracteriza como uma fibra rica em celulose e, portanto, com um potencial para uso como fonte de carbono para a produ??o de enzimas celulol?ticas e etanol. A estrutura qu?mica desse material apresenta a celulose ligada a componentes estruturalmente complexos, como a hemicelulose e a lignina, o que dificulta a produ??o das celulases por fungos filamentosos, bem como, a sua hidr?lise enzim?tica, sendo imprescind?vel a utiliza??o de um pr?-tratamento para a viabiliza??o desses processos. O presente estudo avaliou o efeito de diferentes pr?-tratamentos na palha de carna?ba para a produ??o de enzimas lignocelulol?ticas e para a hidr?lise enzim?tica com vistas ? produ??o de etanol celul?sico por meio dos conceitos de biorrefinaria e microdestilaria. Na primeira etapa deste trabalho, o res?duo da palha de carna?ba foi submetido aos pr?-tratamentos hidrot?rmico (HT), alcalino (AL), ?cido alcalino (AA) e per?xido de hidrog?nio alcalino (A-HP). Os res?duos pr?-tratados e n?o tratado foram caracterizados quimicamente conforme o protocolo da National Renewable Energy Laboratory (NREL) e, fisicamente, por meio das an?lises de Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV), Difra??o de Raio X (DRX) e Espectroscopia de Infravermelho Transformada de Fourier (FTIR). Uma parte de cada res?duo foi utilizada para produ??o de enzimas por meio de Fermenta??o em Estado S?lido (FES), utilizando o fungo Trichoderma reesei CCT-2768. As atividades FPAse, CMCase, ?-glicosidase e xilanase dos extratos foram estimadas e a produ??o posteriormente otimizada. A outra parte dos res?duos foi submetida ? Sacarifica??o e Simult?nea Fermenta??o (SSF) com enzimas comerciais, utilizando as leveduras Saccharomyces cerevisiae UFLA CA11, Saccharomyces cerevisiae CAT-1 e Kluyveromyces marxianus ATCC-36907. Os resultados dos pr?-tratamentos AL, AA e A-HP se destacaram em termos de remo??o de lignina, segundo as an?lises qu?mica e f?sica dos res?duos. Os estudos evidenciaram que o pr?-tratamento da palha da carna?ba com A-HP possui maior capacidade de indu??o da produ??o de enzimas lignocelulol?ticas ao se comparar com outros res?duos lignocelul?sicos, como coco, caju e cana-de-a??car, pr?-tratados pelo mesmo m?todo. A otimiza??o da produ??o de enzimas lignocelulol?ticas permitiu a produ??o de um extrato enzim?tico com atividade FPase de 2,4 U/g e xilanases de 172 U/g. A aplica??o do extrato enzim?tico na hidr?lise do baga?o de cana-de-a??car pr?-tratado mostrou efici?ncia de 86,96%. A hidr?lise enzim?tica, com enzimas comerciais, do res?duo da carna?ba submetido ao pr?-tratamento AL, apresentou a maior convers?o de a??cares (64,43%) e, ao ser submetido ? SSF, produziu 7,53 g/L de etanol, usando Kluyveromyces marxianus ATCC-36907 cultivada a 45 ?C. Os resultados evidenciam, portanto, o potencial biotecnol?gico do res?duo da carna?ba para a produ??o de enzimas celulol?ticas e na obten??o de bioetanol em um arranjo de biorrefinaria e microdestilaria. / Native to Brazil, Carnauba (Copernicia prunifera) has been used for several purposes, including the wax production from its leaves, in the process that generates a considerable amount of residue. This residue is characterized as a fiber rich in cellulose and therefore with potential latent for use as a source of carbon for the production of cellulolytic enzymes and bioethanol. However, the chemical structure of this material presents cellulose bound to structurally complex components, such as hemicellulose and lignin, which hinders the production of cellulases by filamentous fungi, as well as its enzymatic hydrolysis, being essential to use of a pre-treatment for the viability of these processes. The present study evaluated the effect of different pre-treatments on carnauba straw for the production of lignocellulolytic enzymes and for the enzymatic hydrolysis with a view to the production of cellulosic ethanol through the concepts of biorefinery and micro-distillery. In the first stage, carnauba straw residue was submitted to hydrothermal (HT), alkaline (AL), alkaline acid (AA) and alkaline hydrogen peroxide (A-HP) pre-treatments. The pretreated and untreated residues were chemically characterized according to the National Renewable Energy Laboratory (NREL) protocol and, physically, by Scanning Electron Microscopy (MEV), X-Ray Diffraction (XRD) and Spectroscopy of Infrared by Fourier Transform (FTIR). A part of each residue was used to produce enzymes by means of Solid State Fermentation (FES), using the fungus Trichoderma reesei CCT-2768. The FPAse, CMCase, ?-glycosidase and xylanase activities of the extracts were estimated and the production was subsequently optimized. The other part of the residues was subjected to Saccharification and Simultaneous Fermentation (SSF) using commercial enzymes and Saccharomyces cerevisiae UFLA CA11, Saccharomyces cerevisiae CAT-1 and Kluyveromyces marxianus ATCC-36907. The results of the pretreatments AL, AA and A-HP stood out in terms of the removal of lignin, according to the chemical and physical analysis of the residues. The studies showed that pretreatment of carnauba straw with A-HP has a higher capacity to induce the production of lignocellulolytic enzymes when compared to other residues, such as coconut, cashew apple and sugar cane, pretreated by the same method. The optimization of the production of lignocellulolytic enzymes allowed the production of an enzymatic extract with FPase activity of 2.4 U/g and xylanases of 172 U/g. The application of the enzymatic extract in the hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse showed efficiency of 86.96%. The use of AL pretreated carnauba residue in enzymatic hydrolysis, with commercial enzymes, showed a higher conversion of sugars (64.43%) and, when submitted to SSF, produced 7.53 g/L of ethanol, using Kluyveromyces marxianus ATCC-36907 cultured at 45 ?C. The results showed, therefore, the biotechnological potential of the carnauba residue for the production of cellulolytic enzymes and the production of bioethanol by means of biorefinery and micro distillery.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-01-10T12:38:21Z No. of bitstreams: 1 RuthineiaJessicaAlvesDoNascimento_TESE.pdf: 6329302 bytes, checksum: f22f9fe27a39b94fcd9cc9ae37adb3f4 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-11T13:40:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RuthineiaJessicaAlvesDoNascimento_TESE.pdf: 6329302 bytes, checksum: f22f9fe27a39b94fcd9cc9ae37adb3f4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-11T13:40:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuthineiaJessicaAlvesDoNascimento_TESE.pdf: 6329302 bytes, checksum: f22f9fe27a39b94fcd9cc9ae37adb3f4 (MD5) Previous issue date: 2016-06-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Este trabalho, em uma primeira etapa, investiga a aplica??o da espectroscopia no infravermelho pr?ximo para a caracteriza??o qualitativa r?pida da fibra da casca de coco verde e avalia o potencial deste material lignocelul?sico para a produ??o de etanol de segunda gera??o. Em uma segunda etapa, os dados de espectroscopia no infravermelho pr?ximo foram associados a m?todos de pr?-tratamento matem?tico de dados diferentes. M?todos de calibra??o multivariada foram investigados quanto ao seu potencial para o monitoramento em tempo real do processo de hidr?lise enzim?tica da fibra da casca de coco verde. A fibra da casca de coco verde foi submetida a quatro tipos de pr?-tratamentos f?sico-qu?micos: Pr?-tratamento com ?cido sulf?rico dilu?do (2% p/v), pr?-tratamento com ?cido fosf?rico dilu?do (0,2% p/v), pr?-tratamento alcalino (NaOH 0,5% p/v) e pr?-tratamento hidrot?rmico. Foram avaliadas as mudan?as de morfologia, composi??o qu?mica e de ?ndice de cristalinidade ocasionadas pelos pr?-tratamentos f?sico-qu?micos utilizados. Tamb?m foram investigadas a influ?ncia dos pr?-tratamentos nos rendimentos da hidr?lise enzim?tica e no rendimento de etanol te?rico deste processo. Mudan?as nos teores de lignina, hemicelulose e celulose cristalina foram caracterizadas por m?todos tradicionais, como MEV, DRX e utilizando um m?todo anal?tico alternativo, a espectroscopia NIR, onde bons resultados foram obtidos. O pr?-tratamento com ?cido fosf?rico dilu?do mostrou-se como o mais eficiente quando se visa ? produ??o de bioetanol, resultando em 39,16% de rendimento de hidr?lise enzim?tica e 83,68 L/t de fibra de rendimento de etanol te?rico. Os modelos de calibra??o para o monitoramento foram constru?dos e otimizados pelo processo de valida??o cruzada e a capacidade preditiva destes foram analisadas pelo processo de valida??o externa. Os pr?-tratamento matem?ticos realizados nos dados espectrais foram a varia??o padr?o normal (Standard normal variate-SNV), corre??o multiplicativa de luz (Multiplicative scatter correction-MSC) e suaviza??o por media m?vel (Smoothing moving average-SMA) associados a 1? e 2? derivada de Savitzky-Golay. Os intervalos de calibra??o para ART, glicose, convers?o de celulose e rendimento de etanol te?rico foram: 0,12 ? 7,87 g.L-1; 0,00 ? 5,87 g.L-1; 0,00 ? 28,85% e 0,00 ? 61,68 L/t de fibra. Os melhores modelos de calibra??o para quantifica??o de ART, glicose, convers?o de celulose e rendimento de etanol te?rico foram obtidos para o pr?-tratamento matem?tico SMA + 2? derivada apresentando valores de R2 e RMSEP iguais a, 0,98 e 0,1994 g.L-1, para ART; 0,99 e 0,0266g.L-1, para glicose; 0,99 e 0,1839%, para convers?o de celulose; 0,99 e 0,2279 L/t para rendimento de etanol te?rico. Os modelos de calibra??o obtidos foram utilizados para o monitoramento de um processo de hidr?lise enzim?tica da fibra da casca de coco verde com a obten??o de resultados satisfat?rios para o monitoramento da etapa de hidr?lise enzim?tica do processo de fabrica??o de etanol de segunda gera??o. / This study investigates the application of near infrared spectroscopy for rapid qualitative characterization of coconut husk fiber and evaluates the potential of this lignocellulosic material for producing second-generation ethanol. The near infrared spectroscopy associated with methods of data mathematical pretreatment and multivariate calibration methods have been used to their potential for real time monitoring of coconut husk fiber enzymatic hydrolysis process. The coconut husk was subjected to four types of physico-chemical pretreatments: Pretreatment with dilute sulfuric acid (2% w/v), pretreatment with dilute phosphoric acid (0.2% w/v), alkaline pretreatment (NaOH 0.5% w/v) and hydrothermal pretreatment. Morphological changes, chemical composition and crystallinity index variations caused by the physical-chemical pretreatments were evaluated. Also, the influence of pretreatments in enzymatic hydrolysis yield and the theoretical ethanol yield was investigated. The changes in lignin, hemicellulose and crystalline cellulose were characterized by traditional methods such as SEM and XRD as well as using an alternative analytical method such as NIR spectroscopy showing good results. Pretreatment with dilute phosphoric acid proved to be more efficient aiming the production of bioethanol, resulting in aproximately 39.16% of enzymatic hydrolysis yield and 83.68 L/t of theoretical ethanol yield. The monitoring calibration models were built and optimized with the cross-validation process and the models predictive ability were analyzed by the external validation. The mathematical pretreatments performed on spectral data were Standard normal variation (SNV), Multiplicative scatter correction (MSC) and Smoothing moving average (SMA) coupled with 1st and 2nd derivative of Savitzky-Golay. The calibration intervals for ART, glucose, cellulose conversion and theoretical ethanol yield were: 0.12 ? 7.87 g.L-1; 0.00 ? 5.87 g.L-1; 0.00 ? 28.85% and 0,00 ? 61,68 L/t of fiber. The best calibration models for quantification of ART, glucose, cellulose conversion and the theoretical ethanol yield were obtained for the mathematical pretreatment SMA + 2nd derivative having R2 and RMSEP values equal to, 0.98 and 0.1994 g.L-1, for ART; 0.99 and 0,0266 g.L-1 for glucose; 0.99 and 0.1839% for cellulose conversion; 0.99 and 0.2279 L/t of theoretical ethanol yield. The obtained calibration models were used for monitoring an enzymatic hydrolysis process of coconut husk with satisfactory results.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-10-18T20:27:51Z No. of bitstreams: 1 LucianiPaolaRochaCruz_TESE.pdf: 7850620 bytes, checksum: 76ac66a2a99a5841c825866204febb92 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-10-23T22:34:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LucianiPaolaRochaCruz_TESE.pdf: 7850620 bytes, checksum: 76ac66a2a99a5841c825866204febb92 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-23T22:34:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucianiPaolaRochaCruz_TESE.pdf: 7850620 bytes, checksum: 76ac66a2a99a5841c825866204febb92 (MD5) Previous issue date: 2017-08-21 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Nanocristais de celulose s?o nanoestruturas derivados da celulose, que ? um recurso renov?vel e abundante na natureza. Por apresentarem uma combina??o de propriedades como alta resist?ncia mec?nica e m?dulo de elasticidade, superf?cie reativa e biodegradabilidade, esses materiais t?m recebido grande interesse para aplica??es que incluem desde refor?o em materiais polim?ricos, embalagens alimentares, a aplica??es na ?rea farmac?utica. A produ??o de celulose nanom?trica a partir de fibras de algod?o tem sido relatada em v?rios trabalhos publicados na literatura. O objetivo desta pesquisa foi estudar a obten??o de nanocelulose a partir do res?duo de tecido de fibra de algod?o tingido com corante ?ndigo, devido possuir alto conte?do de celulose, pelas vias de hidr?lise ?cida e enzim?tica. Nanocelulose foi obtida com e sem a realiza??o de pr?-tratamento para remo??o do corante e os efeitos do pr?-tratamento nas caracter?sticas da nanocelulose foram avaliados. Na hidr?lise ?cida, foram avaliadas duas condi??es de tratamento para isolamento de nanocristais de celulose: concentra??es de ?cido sulf?rico de 55% m/m a 60 C ou 65% m/m a 45 C, com tempos de 30 e 60 min. Na hidr?lise enzim?tica foram estudadas as influ?ncias do tipo de complexo enzim?tico (Trichoderma reesei ATCC 26921 ou Aspergillus fumigatus), o tempo (0 a 48h) e a carga enzim?tica (7,5 ou 12 FPU). As suspens?es obtidas ap?s hidr?lise foram caracterizadas pelas t?cnicas de potencial zeta, microscopia de for?a at?mica, microscopia eletr?nica de transmiss?o, espectrofotometria de infravermelho, difra??o de raios X, an?lise termogravim?trica, a??cares redutores totais e cromatografia l?quida de alto desempenho. Os resultados comprovaram a obten??o de nanocelulose a partir do tecido de algod?o tingido com corante ?ndigo, tanto no processo via hidr?lise ?cida, como no de via enzim?tica. As imagens de microscopia indicaram nanocristais de celulose com formato alongado (agulhas) a partir da hidr?lise ?cida. No caso da hidr?lise enzim?tica, as imagens mostraram a presen?a de nanocelulose com formato esf?rico. A hidr?lise ?cida realizada na condi??o de 65% a 45 C e tempo de 60 min resultou em nanocristais com menor comprimento e di?metro, tanto para o tecido pr?-tratado como para o sem pr?-tratamento. Com rela??o a hidr?lise enzim?tica, a realiza??o de pr?-tratamento n?o alterou significativamente as caracter?sticas das estruturas micro e nanocristalina. O tamanho m?dio das nanoceluloses obtidas foram na faixa de 80 a 230nm. Os resultados do processo de hidr?lise enzim?tica indicam que as melhores convers?es de celulose em glicose ocorreram utilizando o complexo enzim?tico produzido por Trichoderma reesei ATCC 26921 com carga de enzima de 12 FPU e tempo de hidr?lise de 48h. Este trabalho demonstrou que nanocristais de celulose podem ser obtidos a partir do tecido de algod?o tingido com corante ?ndigo, sem a necessidade de pr?-tratamento para remo??o do corante, e as caracter?sticas dos nanomateriais obtidos dependem do processo de hidr?lise utilizado. / Cellulose nanocrystals are nanomaterials derived from cellulose, which is a renewable and abundant resource in nature. Due to combination of properties such as high mechanical strength and modulus of elasticity, reactive surface and biodegradability, these materials have received great attention for applications ranging from reinforcement in polymeric materials, food packaging, to applications in the pharmaceutical area. The production of nanometric cellulose from cotton fibers has been reported in several works published in the literature. The objective of this research was to study the production of nanocellulose from indigo-dyed cotton fibers from waste fabric, via acid and enzymatic hydrolysis routes. Nanocellulose was obtained with and without pre-treatment for dye removal and the effects of the pre-treatment on the characteristics of the nanocellulose were evaluated. For the acid hydrolysis, two treatment conditions for the isolation of cellulose nanocrystals were evaluated: sulfuric acid concentrations of 55% m / m at 60 C and 65% m/m at 45 C, for 30 and 60 min. For the enzymatic hydrolysis, the influence of enzyme complex type (Trichoderma reesei ATCC 26921 and Aspergillus fumigatus), time (0 to 48h) and enzymatic load (7.5 and 12 FPU) were studied. The suspensions obtained after hydrolysis were characterized by the techniques of zeta potential, atomic force microscopy, transmission electron microscopy, infrared spectrophotometry, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, total reducing sugars and high performance liquid chromatography. The results demonstrated that nanocellulose was obtained from indigo dyed cotton fibers, in both processing routes evaluated: via acid and enzymatic hydrolysis. Microscopy images indicated needle shaped celulose from the acid hydrolysis. For the enzymatic hydrolysis, the images showed the presence of nanocellulose with spherical shape. The acid hydrolysis carried out at 65% at 45 C for 60 min resulted in nanocrystals of smaller length and diameter, both for the pretreated fabric and the fabric without pretreatment. For the enzymatic hydrolysis, the pretreatment did not affect significantly the characteristics of the micro and nanocrystalline structures. The average size of the nanocellulose obtained was in the range of 80 to 230 nm. The results of the enzymatic hydrolysis suggest that the best cellulose to glucose conversions occurred using the enzymatic complex Trichoderma reesei ATCC 26921 with enzymatic load of 12 FPU and hydrolysis time of 48h. In summary, this study demonstrated that cellulose nanocrytals can be obtained from indigo-dyed cotton fibers from waste fabric, without the need for pretreatment for dye removal, and the characteristics of the nanomaterials obtained depend on the hydrolysis process used.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaVPR_TESE_1-170.pdf: 4608142 bytes, checksum: 9ed83cbe76a127f48714302cd74c674a (MD5) Previous issue date: 2010-11-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Recently, global demand for ethanol fuel has expanded very rapidly, and this should further increase in the near future, almost all ethanol fuel is produced by fermentation of sucrose or glucose in Brazil and produced by corn in the USA, but these raw materials will not be enough to satisfy international demand. The aim of this work was studied the ethanol production from cashew apple juice. A commercial strain of Saccharomyces cerevisiae was used for the production of ethanol by fermentation of cashew apple juice. Growth kinetics and ethanol productivity were calculated for batch fermentation with different initial sugar (glucose + fructose) concentration (from 24.4 to 103.1 g.L-1). Maximal ethanol, cell and glycerol concentrations (44.4 g.L-1, 17.17 g.L-1, 6.4 g.L-1, respectively) were obtained when 103.1 g.L-1 of initial sugar concentration were used, respectively. Ethanol yield (YP/S) was calculated as 0.49 g (g glucose + fructose)-1. Pretreatment of cashew apple bagasse (CAB) with dilute sulfuric acid was investigated and evaluated some factors such as sulfuric acid concentration, solid concentration and time of pretreatment at 121?C. The maximum glucose yield (162.9 mg/gCAB) was obtained by the hydrolysis with H2SO4 0.6 mol.L-1 at 121?C for 15 min. Hydrolysate, containing 16 ? 2.0 g.L-1 of glucose, was used as fermentation medium for ethanol production by S. cerevisiae and obtained a ethanol concentration of 10.0 g.L-1 after 4 with a yield and productivity of 0.48 g (g glucose)-1 and 1.43 g.L-1.h-1, respectively. The enzymatic hydrolysis of cashew apple bagasse treated with diluted acid (CAB-H) and alkali (CAB-OH) was studied and to evaluate its fermentation to ethanol using S. cerevisiae. Glucose conversion of 82 ? 2 mg per g CAB-H and 730 ? 20 mg per g CAB-OH was obtained when was used 2% (w/v) of solid and loading enzymatic of 30 FPU/g bagasse at 45 ?C. Ethanol concentration and productivity was achieved of 20.0 ? 0.2 g.L-1 and 3.33 g.L-1.h-1, respectively when using CAB-OH hydrolyzate (initial glucose concentration of 52.4 g.L-1). For CAB-H hydrolyzate (initial glucose concentration of 17.4 g.L-1), ethanol concentration and productivity was 8.2 ? 0.1 g.L-1 and 2.7 g.L-1.h-1, respectively. Hydrolyzates fermentation resulted in an ethanol yield of 0.38 g/g glucose and 0.47 g/g glucose, with pretreated CABOH and CAB-H, respectively. The potential of cashew apple bagasse as a source of sugars for ethanol production by Kluyveromyces marxianus CE025 was evaluated too in this work. First, the yeast CE025 was preliminary cultivated in a synthetic medium containing glucose and xylose. Results showed that it was able to produce ethanol and xylitol at pH 4.5. Next, cashew apple bagasse hydrolysate (CABH) was prepared by a diluted sulfuric acid pre-treatment. The fermentation of CABH was conducted at pH 4.5 in a batch-reactor, and only ethanol was produced by K. marxianus CE025. The influence of the temperature in the kinetic parameters was evaluated and best results of ethanol production (12.36 ? 0.06 g.L-1) was achieved at 30 ?C, which is also the optimum temperature for the formation of biomass and the ethanol with a volumetric production rate of 0.25 ? 0.01 g.L-1.h-1 and an ethanol yield of 0.42 ? 0.01 g/g glucose. The results of this study point out the potential of the cashew apple bagasse hydrolysate as a new source of sugars to produce ethanol by S. cerevisiae and K. marxianus CE025. With these results, conclude that the use of cashew apple juice and cashew apple bagasse as substrate for ethanol production will bring economic benefits to the process, because it is a low cost substrate and also solve a disposal problem, adding value to the chain and cashew nut production / Recentemente, a demanda mundial por etanol combust?vel tem se expandido de forma muito r?pida, sendo quase todo etanol combust?vel ? produzido por fermenta??o de sacarose no Brasil ou glicose de milho nos Estados Unidos, por?m, estas mat?rias-primas n?o ser?o suficientes para satisfazer a demanda internacional. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a produ??o de bioetanol a partir do ped?nculo de caju. Para tal fim, inicialmente, estudou-se a produ??o de etanol utilizando o suco de caju como fonte de carbono, avaliando a influ?ncia da concentra??o inicial de substrato por Saccharomyces cerevisiae. Nessa etapa, os melhores resultados foram utilizando uma concentra??o inicial de a??car de 87,71 g.L-1 obtendo a concentra??o m?xima de etanol de 42,8 ? 3 g.L-1 com uma produtividade de 9,71 g.L-1.h-1 e rendimento de etanol de 0,49 g etanol/g glicose + frutose. Posteriormente, estudou-se a produ??o de etanol utilizando como material lignocelul?sico o baga?o de caju (CAB) que continha 20,9% celulose, 16,3% hemicelulose e 33,6% lignina + cinzas. Inicialmente estudou-se o pr?-tratamento do CAB com ?cido sulf?rico dilu?do avaliando-se diferentes par?metros, obtendo as maiores concentra??es dos a??cares glicose (22,8 ? 1,5 g.L-1) e xilarabin (arabinose + xilose plus, 29,2 ? 2,4 g.L-1), na fra??o l?quida (CAB-H), no pr?-tratamento conduzido em autoclave a 121?C por 15 min usando H2SO4 0,6 mol.L-1 e 30% m/v de CAB, com rendimentos de glicose, xilarabin e a??cares totais de 75,99 ? 5,0, 97,17 ? 8,1 e 173,16 ? 13,0 mg.(g de baga?o)-1, respectivamente. A convers?o obtida nesse pr?-tratamento com base na percentagem de celulose e hemicelulose do CAB foi 322,1 ? 20,1 mg glicose.(g celulose)-1 e 514,1 ? 43,1 mg xilarabin.(g hemicelulose)-1. Na fermenta??o do hidrolisado CAB-H por S. cerevisiae obteve-se 10 g.L-1 de etanol ap?s 4 horas de cultivo, com rendimento de 0,48 g.(g glicose)-1 e produtividade de 2,62 g.L-1h-1. Ap?s, estudou-se a hidr?lise enzim?tica do CAB ap?s pr?-tratamento com H2SO4 dilu?do (CAB-H) e alcalino (CAB-OH) e a fermenta??o dos hidrolisados por S. cerevisiae para produzir etanol. Uma convers?o de glicose de 82 ? 2 mg.(gCAB-H)-1 e 730 ? 20 mg.(gCAB-OH)-1 foi obtida utilizando 2% (m/v) de s?lidos e carga enzim?tica de 30 FPU.(g baga?o)-1 a 45?C. Na fermenta??o conduzida com o hidrolisado obtido da hidr?lise enzim?tica do CAB-OH, obteve-se uma concentra??o de etanol, produtividade e rendimento de 20,0 ? 0,2 g.L-1, 3,33 g.L-1.h-1 e 0,38 g.(g de glicose)-1, respectivamente. Para o hidrolisado da hidr?lise do CAB-H, a concentra??o de etanol foi 8,2 ? 0,1 g.L-1 com 2,7 g.L-1.h-1 de produtividade e rendimento de 0,47 g.(g glicose)-1 em 3 h de ensaio. O potencial do baga?o de caju como fonte de a??cares para a produ??o de etanol por Kluyveromyces marxianus CE025 tamb?m foi avaliado e verificou-se a influ?ncia da temperatura nos par?metros cin?ticos, sendo os ensaios conduzidos em batelada a pH 4,5, utilizado o hidrolisado (CAB-H) como fonte de carbono. Os melhores resultados para a produ??o de etanol foram a 30?C, coincidindo com a temperatura ?tima de crescimento, resultando em 12,36 ? 0,06 g.L-1 de etanol, com uma taxa volum?trica de produ??o de 0,26 ? 0,01 g.L-1.h-1 e rendimento de 0,42 ? 0,01 g.(g de glicose)- 1. Os resultados apresentados demonstram o potencial do ped?nculo de caju (suco e baga?o) como nova fonte de carbono para produzir etanol por S. cerevisiae e K. marxianus CE025