Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-03-04T17:25:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese de DOUTORADO - Cristhiane Moraes de Andrade.pdf: 2394020 bytes, checksum: 9bf7115a10ef97c30be5245011f72bdd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-04T17:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese de DOUTORADO - Cristhiane Moraes de Andrade.pdf: 2394020 bytes, checksum: 9bf7115a10ef97c30be5245011f72bdd (MD5) Previous issue date: 2015-05-26 / Devido aos problemas ambientais e econômicos associados ao uso de combustíveis fósseis, o estudo dos materiais biomássicos vem se tornando mais atrativo. O aproveitamento integral destes recursos, renováveis e abundantes, agrega valor a produtos anteriormente considerados resíduos. Diversos compostos podem ser obtidos através de diferentes tratamentos aplicados à biomassa. O bagaço da cana-de-açúcar é uma biomassa competitiva e fartamente disponível no Brasil. A proposição neste trabalho de uma biorrefinaria de bagaço de cana-de-açúcar tem por finalidade integrar todos os processos de valorização química dessa matéria-prima visando produzir insumos químicos de elevada importância tecnológica como os derivados furânicos (furfural, álcool furfurílico, 2-metilfurano, 5-hidroximetilfurfural e 2,5-dimetilfurano). A metodologia experimental empregada nesta pesquisa envolveu a solubilização de lignina pelo processo Organossolve etanol/água (50% v/v) a 175°C, a disponibilização de celulose por hidrólise com H3PO4 concentrado (80% m/m) a 50°C e a hidrólise com H3PO4 diluído (4% m/m a 122°C e 6% m/m a 134°C) para extração de hemiceluloses. Inclui ainda a caracterização química do bagaço antes e após os tratamentos, além da quantificação dos meios reacionais gerados durante a evolução do processo. Mecanismos reacionais foram empregados a fim de descrever os comportamentos cinéticos das operações praticadas. Modelos homogêneos de pseudoprimeira ordem foram incluídos nas equações de balanço de massa e produziram descrições das avaliações experimentais. Com as concentrações dos monossacarídeos obtidos na parte experimental foi possível simular, através de parâmetros cinéticos da literatura, e estimar a produção dos derivados furânicos. A análise das fases sólidas obtidas após cada tratamento mostrou que todos foram pouco seletivos em relação à extração dos macrocomponentes isoladamente. No entanto, o processo Organossolve causou poucos danos à fração celulósica, e a hemicelulose solubilizada é de fácil recuperação por precipitação da lignina em solução. Pela análise da fase líquida, o tratamento com ácido concentrado foi seletivo para a hidrólise da fração celulósica e a solubilização de glicose (62% da concentração teórica); para o tratamento com ácido diluído a 4% foi confirmado o efeito deste na remoção da fração hemicelulósica e produção de xilose e arabinose (58,4% e 92,6%, respectivamente), enquanto o tratamento com ácido diluído a 6% aumentou a quantidade de glicose (7,5%) e xilose (70,6%) na fase líquida, removeu completamente a arabinose e produziu um alto conteúdo de furfural (22,41%) indicando que as condições mais severas são promissoras para a produção direta do furfural; pelo processo Organossolve, pequenas quantidades (<2%) dos monossacarídeos foram encontradas, muito ácido acético foi produzido o que acarretou na hidrólise das frações carboidrato e desidratação dos açúcares, e a deslignificação do bagaço alcançou 85% confirmando o propósito do processo em extrair preferencialmente a lignina. O processo Organossolve apresentou-se como o mais promissor dentre os tratamentos avaliados, uma vez que em uma única etapa pode-se separar as três frações macromoleculares do bagaço de cana-de-açúcar e obter cada componente isolado. A integração destes processos juntamente com operações de separação e reações de desidratação e hidrogenação dos açúcares permitiu o desenvolvimento de um esquema simplificado de uma biorrefinaria de bagaço de cana destinada à produção de derivados furânicos. / Due to environmental and economic problems associated with the use of fossil fuels, the study of biomass materials has becoming more attractive. The full utilization of these resources, renewable and plentiful, adds value to products previously considered waste. Several compounds can be obtained by different treatments applied to biomass. Sugarcane bagasse from is a competitive biomass and abundantly available in Brazil. The proposal in this paper of a sugarcane bagasse’s biorefinery aims to integrate all chemical recovery processes of this raw material in order to produce chemical products of high technological importance as furan derivatives (furfural, furfuryl alcohol, 2-methylfuran , 5-hydroxymethylfurfural and 2,5-dimethylfuran). The experimental methodology employed in this study involved lignin solubilization by the Organosolv process ethanol / water (50% v/v) at 175°C, the cellulose disponibilization for hydrolysis with concentrated H3PO4 (80% w/w) at 50°C and hydrolysis with dilute H3PO4 (4% m/m at 122°C and 6% m/m 134°C) for hemicellulose extraction. Also includes the chemical characterization of the bagasse before and after the treatments, as well as quantification of the reaction media generated during the evolution of the process. Reaction mechanisms were employed to describe the kinetic behavior of operations practiced. Homogeneous models of pseudo first order were included in the mass balance equations and produced descriptions of experimental evaluations. With the concentrations of the monosaccharides obtained in the experimental part was possible to simulate, by kinetic parameters of the literature, and to estimate the production of furan derivatives. The analysis of the solid phase obtained after each treatment showed that all were a little selective in respect to extraction of macroconstituents individually. However, the Organosolv process caused little damage to the cellulosic fraction and the solubilized hemicellulose is easily to recovery for precipitation of the lignin in the solution. The analysis of the liquid phase, the treatment with concentrated acid was selective for the hydrolysis of cellulosic fraction and solubilization of glucose (62% of theoretical concentration); for treatment with 4% dilute acid was confirmed the effect of removing the hemicellulosic fraction and production of xylose and arabinose (58.4% and 92.6% respectively), while treatment with 6% dilute acid, has increased the amount of glucose (7.5%) and xylose (70.6%) in the liquid phase, completely removed arabinose and produced a high content of furfural (22.41%) indicating that the most severe conditions are promising for the direct production furfural; for Organosolv process, small amounts (<2%) of the monosaccharides were found, a lot of acetic acid was produced which resulted in the hydrolysis of the carbohydrate fractions and dehydration of sugars, and the delignification of the pulp has reached 85% confirming the purpose of the process in preferentially extract lignin. The Organosolv process appeared as the most promising among the evaluated treatments once in one step can separate the three macromolecular fractions of sugarcane bagasse and get each component isolated. The integration of these processes along with operations of separation and dehydration or hydrogenation reactions of sugars allowed the development of a simplified schematic of a sugarcane bagasse’s biorefinery for the production of furan derivatives.

Os métodos analíticos empregados atualmente para a caracterização química de materiais lignocelulósicos foram desenvolvidos para a madeira e são empregados com pequenas modificações ao bagaço e à palha da cana-de-açúcar. A não existência de metodologia específica para estes materiais leva a obtenção de resultados inadequados e dificultam tanto o planejamento quanto a interpretação de resultados. Sendo assim, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver metodologias analíticas específicas para a caracterização química da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. A determinação de lignina foi estudada a partir da hidrólise e solubilização da celulose e hemiceluloses em solução de ácido sulfúrico. A fração insolúvel foi analisada por análise elementar, espectroscopia no infravermelho, espectrometria de ressonância magnética nuclear de C13 no estado sólido e análise termogravimétrica (TGA). Os açúcares hidrolisados e produtos derivados destes foram analisados por meio de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Foi realizada uma análise de holocelulose que é complementar à determinação de lignina. O procedimento consiste no tratamento do material lignocelulósico (pré-extraído com cicloexano/etanol) com solução de clorito de sódio em meio ácido. Os resultados obtidos não apresentaram similaridade nas correlações entre os métodos analíticos, entretanto mostraram que o bagaço integral e suas frações separadamente apresentam comportamentos diferentes, frente ao tratamento ácido, o que ressalta a necessidade de métodos analíticos específicos. / The analytical methods currently used for chemical characterization of lignocellulosic materials were developed for wood and are applied with minor modifications for sugar cane bagasse and straw analysis. The lack of specific methodology for these materials leads to inadequate results and hamper both the planning and the interpretation of results. Thus, the main aim of this work is to develop specific analytical methodologies to the chemical characterization of sugar cane bagasse and straw. The determination of lignin was studied by the hydrolysis and dissolution of the polysaccharide fraction in sulfuric acid solution. The insoluble fraction was analyzed by elemental analysis, Fourier Transform Infrared (FT-IR), Carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C NMR), Gel permeation chromatography (GPC) and Thermogravimetric analysis (TGA). The sugars and derivatives of these hydrolysates were analyzed by High performance liquid chromatography (HPLC). It was also performed a complementary analysis from the holocellulose content determinations in order to check the values obtained by the klason procedure. The results showed the dependence of sulfuric acid concentration on lignin content determinations and the role of condensation reactions in the lignin characteristics. Despite the similarities in chemical composition, klason lignins obtained from straw exhibited very low molar masses. Preliminary results obtained from holocellulose determinations showed also the need for optimized oxidation procedures in order to be successful applied to sugar cane bagasse analysis.

O Brasil é um país com forte produção agrícola, produzindo anualmente uma grande quantidade de biomassa vegetal, proveniente de resíduos agroflorestais, como o bagaço de cana-de-açúcar, a casca de café, entre outros. As biomassas de origem vegetal são constituídas basicamente por frações de celulose, hemicelulose e lignina que encontram-se intimamente associadas dando origem a uma estrutura recalcitrante do vegetal. O presente estudo teve como objetivo contribuir para o emprego de uma nova matéria-prima, a casca de café, para obtenção de produtos com valor agregado. Foi analisado a composição química da casca de café para determinar os valores de compostos extrativos, celulose, hemicelulose, lignina e cinzas. Foi analisado também diferentes condições de pré-tratamento ácido e pré-tratamento alcalino, seguido de sacarificação, da casca de café. Os hidrolisados obtidos foram submetidos à fermentação pelas leveduras Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2 e Candida guilliermondii FTI 20037 para produção de etanol e xilitol, respectivamente e Saccharomyces cerevisiae 174 para produção de etanol pelos métodos SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) e SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). A caracterização química da casca de café apresentou concentrações de 38,05% de compostos extrativos, 24% de celulose, 19% de hemicelulose, 13,68% de lignina e cerca de 0,36% em cinzas. As melhores condições de pré-tratamento ácido forneceram um hidrolisado com 31,35 g/L de xilose, 12,42 g/L de glicose, 1,25 g/L de ácido acético e pH de 0,8. A fermentação do hidrolisado ácido produziu 6,1 g/L de etanol, com um Yp/s de 0,27 g/g. A fermentação do hidrolisado hemicelulósico de casca de café para produção de xilitol apresentou valores de 2,82 g/L do produto, com um Yp/s de 0,16 g/g. A produção de etanol pelo método SHF a partir do hidrolisado enzimático da casca de café foi de 4,89 g/L nas primeiras 12 horas de fermentação, com Yp/s de 0,20 g/g. A fermentação pelo método SSF produziu 4,66 g/L de etanol, com um Yp/s de 0,17 g/g de etanol no período de 18 horas de fermentação. Frente a isto é possível concluir que a casca de café é uma biomassa com potencial para uso em processos biotecnológicos na produção de compostos com valor agregado como etanol e xilitol. / Brazil is a country with strong agriculture, producing a large amount of plant biomass from agroindustrial waste, such as sugarcane bagasse, coffee husk, among others. Biomasses from plants are basically constituted of cellulose, hemicellulose and lignin, which are deeply associated, resulting in a recalcitrant structure in the plant. The present study aimed at contributing for the application of a new feedstock, coffee husk, for obtaining value-added products. The chemical composition of the coffee husk was analyzed in order to determine values of extractive compounds, cellulose, hemicellulose, lignin and ashes. It was also analyzed different conditions of acid pretreatment and alkaline pretreatment, followed by saccharification, of coffee husks in order to improve the release of sugars. The hydrolysates were fermented by the yeasts Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2 and Candida guilliermondii FTI 20037 for the production of ethanol and xylitol, respectively, and by the yeast Saccharomyces cerevisiae 174 for the production of ethanol through SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) and SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation) methods. Chemical characterization of the coffee husk presented 38.05% of extractive compounds, 24% of cellulose, 19% of hemicellulose, 13.68% of lignin and around 0.36% of ashes. The best conditions for acid pretreatment yielded 31.35 g/L in xylose, 12.42 g/L glucose and 1.25 g/L acetic acid in 0.8 pH. Acid hydrolysate fermentation of coffee husk produced 6.1 g/L of ethanol, with an YP/S of 0.16 g/g. Ethanol production through SHF methods from enzymatic hydrolysate of coffee husk yielded 4.89 g/L in the first 12 hours of the process, with an YP/S of 0.20 g/g. SSF process yielded 4.66 g/L of ethanol with YP/S of 0.17 g/g after 18 hours of fermentation. It is possible to conclude, thus, that coffee husk is a biomass with potential for biotechnological applications in the production of value-added compounds, such as ethanol and xylitol.

A utilização da biomassa para produção de substâncias químicas e energia é um dos principais temas atualmente abordados, tanto na pesquisa básica como na aplicada. No Brasil, o cultivo do sisal é altamente produtivo e o uso como fonte de matéria-prima para a fabricação etanol é, sem dúvida, de grande valia dado que o país é atualmente o maior produtor e que 95% da planta, em média, é considerado rejeito de desfibramento que pode ser usado como fonte de biomassa. A transformação dos polissacarídeos presentes na biomassa em açúcares fermentáveis, visando produção de etanol, vem sendo largamente estudada por duas principais vias, a hidrólise ácida e a enzimática. No presente trabalho, foi desenvolvido um estudo visando à hidrólise de polpa de sisal utilizando ácido sulfúrico como catalisador. Para isso, hidrólises de polpa de sisal foram feitas em reações isotérmicas a temperaturas entre 60-100oC em solução de 30% (v/v) de H2SO4 e reações a 70oC em concentrações de ácido entre 30 e 50% (v/v). A partir dos resultados das reações isotérmicas, uma não isotérmica foi realizada variando-se a temperatura de 100 a 60oC (30% H2SO4), a fim de diminuir a formação de produtos da decomposição a partir dos açúcares gerados no licor. Para acompanhar os processos, em determinados intervalos de tempo, durante 6h, foram retiradas alíquotas dos licores de açúcares e derivados, os quais foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a fim de avaliar a natureza e o teor dos produtos da hidrólise. As celuloses residuais (não hidrolisadas), suspensas no meio, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, massa molar média por viscosimetria capilar e cristalinidade e dimensão de domínios cristalinos por difração de raios X. As massas molares médias das celuloses residuais diminuíram até dez vezes logo nos primeiros minutos de reação e os valores de cristalinidade mostraram que as hidrólises ocorrem primeiramente nas regiões não cristalinas da celulose sendo as regiões cristalinas uma grande barreira frente à hidrólise. Os resultados mostraram que o aumento da temperatura elevou consideravelmente a porcentagem de hidrólise, entretanto temperaturas maiores que 80oC (30% H2SO4) favoreceram consideravelmente a decomposição da glicose. A 70oC, concentrações de ácido superiores a 30% levaram ao aumento da formação de glicose, e a menores taxas de decomposição. Além desses, mais três experimentos a 100oC e 30% de H2SO4 foram realizados utilizando celuloses de sisal mercerizadas por 1, 2 e 3h. Os resultados mostraram que o pré-tratamento levou a diminuição de até 23% da cristalinidade e de até 21% da massa molar média da celulose além de eliminar polioses presentes. Os rendimentos mostraram um acréscimo de até 50% a mais na formação de glicose. Para cada condição reacional, foi feito um estudo cinético aplicando os teores de glicose obtidos a um modelo proposto para hidrólise de polpas celulósicas. Os resultados mostraram que todas as reações realizadas em 30% de H2SO4, assim como 35% H2SO4, 70oC, se ajustaram ao modelo. Porém, as reações realizadas a 70oC , com concentrações de ácido superiores a 35% H2SO4 não se ajustaram ao modelo. A partir dos resultados obtidos conclui-se que: A 30% H2SO4 e 100oC, é possível obter celulose microcristalina a partir de sisal; A hidrólise que levou a melhores rendimentos (maior formação de glicose e menor decomposição) foi a de 50% de H2SO4 e 70oC; A mercerização da polpa facilita muito a hidrólise ácida, melhorando o rendimento em até 50% no teor de glicose; A hidrólise não isotérmica se mostrou uma boa opção no que diz respeito à diminuição da formação de produtos de decomposição da glicose formada. Os resultados obtidos permitem projetar novas condições de hidrólise ácida, objetivando melhores rendimentos, e inclusive uso como pré-tratamento para hidrólise enzimática com intuito, por exemplo, de eliminar polioses. Até onde se tenha conhecimento, o estudo feito no presente trabalho para polpa de sisal, é inédito. / Biomass conversion into chemicals and energy has promoted great worldwide interest on basic research and industrial application. Sisal cultivation is highly productive and its use as cellulosic biomass source is very important, considering currently Brazil is the larger sisal producer and its fibers are only 5% of the plant while the rest is considered rejects. Among the aspects that demand continuous basic research, cellulosic biomass conversion to fermentable sugars is one of the important steps to produce ethanol. Many studies related to cellulose hydrolysis have been developed by two catalytic ways, enzymatic and acid hydrolysis. In the present work, acid hydrolysis of sisal pulp was studied, using sulfuric acid as catalyst. In order to evaluate the influence of parameters such as temperature and concentration of acid in hydrolysis process, isothermic reactions were made at temperatures between 60 and 100oC, at constant concentration of acid (30%) as well as reactions varying concentration of sulfuric acid between 30 and 50%, at constant temperature (70oC). In addition, some reactions were made with mercerized pulp. Based on the results of isothermic hydrolysis at 30% of H2SO4 a non isothermic experiment was carried out varying temperature from 100 to 60oC aiming to reduce decomposition products. During hydrolysis, samples, in short periods of time, were characterized by high precision liquid chromatography (HPLC) to evaluate sugars and decomposition products. Residual cellulose (not hydrolyzed) were characterized by, viscosimetry, X-Ray diffraction and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results showed that: Temperature increasing has greater impact on cellulose hydrolysis, but temperatures of 80oC and up in a 30% of H2SO4 solution increases, considerably, glucose decomposition. Increasing of sulfuric acid concentration can improve cellulose hydrolysis and diminish glucose decomposition. Molar mass average of residual cellulose decreases for about 10 times just in the first minutes. X-Ray diffraction showed hydrolysis occurs initially on non crystalline domains and crystalline domains are a barrier to hydrolysis. To evaluate mercerization process, acid hydrolysis of mercerized pulp for 1, 2 and 3h were performed using 30% H2SO4 at 100oC. The results showed up to 23% less of crystallinity and 21% less of average molar mass on mercerized cellulose and a more effective process with up to 50% more of glucose yield. A kinetic study based on glucose yield was performed for all isothermic studied reaction conditions. The results showed that kinetic model applied to all 30-35% H2SO4 reactions, but superior concentrations of sulfuric acid are not adjustable to kinetic model proposed by Saeman. The results obtained in the presented study, allow to conclude that: Acid hydrolysis using 30% H2SO4 at 100oC can produce sisal microcrystalline cellulose; The conditions that led to the best results are 50% H2SO4 at 70oC; Pulp mercerization facilitate cellulose hydrolysis; Non-isothermic hydrolysis can be a good option for reducing glucose decomposition; The results obtained in this work allow to propose other conditions for acid hydrolysis aiming best glucose yields or even to apply as pre-treatment for enzymatic hydrolysis to eliminate hemicellulose for example. To our knowledge, this is the first study on acid hydrolysis of sisal pulp.

Fitoestrógenos são compostos naturais de origem vegetal com atividade estrogênica. Estão sendo amplamente investigados para a prevenção de doenças crônicas, coronarianas, câncer de próstata e mama, na redução de riscos de osteoporose e alívio nos sintomas da menopausa. Entre os fitoestrógenos já utilizados encontram-se a daidzeína, genisteína e gliciteína em matrizes complexas como drogas e extratos vegetais, cápsulas e comprimidos, requerendo desenvolvimento e validação de metodologias para a determinação das isoflavonas. As metodologias propostas foram a cromatografia em camada delgada de alta eficiência (CCDAE) e a cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A fase móvel acetato de etila:hexano (8:2 v/v) foi utilizada para determinação do perfil cromatográfico das isoflavonas agliconas daidzeína, gliciteína e genisteína e a fase móvel acetato de etila:tolueno:ácido fórmico (8: 1: 1 v/v/v) para isoflavonas glicosiladas e não glicosiladas por CCDAE. Para a determinação quantitativa das isoflavonas glicosiladas por CLAE foi proposta uma hidrólise ácida com HCl 3M e aquecimento em banho-maria durante uma hora, como tratamento prévio. A determinação analítica das isoflavonas daidzeína, genisteína, formononetina e biochanina A por CLAE, em modo isocrático foi realizada utilizando coluna cromatográfica monolítica Chromolith® RP-18, 100-4,6mm, fase móvel constituída por água:acetonitrila (6:4 v/v), vazão 0,6mL/min e detecção a 260nm. Os resultados obtidos mostraram linearidade com coeficiente de correlação de 0,9995 para daidzeína, 0,9996 para genisteína, 0,9997 para formononetina e 0.9999 para biochanina A. A precisão e a exatidão apresentaram resultados satisfatórios. Boa resolução e rápida separação dos fármacos em formulações farmacêuticas também foram obtidas. Portanto, pode ser usado nas análises de rotina nos laboratórios de controle de qualidade de fitoterápicos. / Phytoestrogens are natural compounds of plants with estrogenic activity. They are being widely investigated in the prevention of chronic coronary diseases, in prostate and breast cancer, in the reduction of osteoporosis risk and relief of menopause symptoms. Among phytoestrogens already in use are daidzein, genistein and glycitein and they are present in complex matrix such as phytopharmaceuticals, plant extracts, capsules and tablets. These preparations require development and validation of methodologies for quantitative determination of isoflavones. The proposed methodologies include high performance thin layer chromatography (HPTLC) and high performance liquid chromatography (HPLC). The HPTLC coupled with densitometry can be used for quantitative analysis. The mobile phase constituted of ethyl acetate:hexane (8:2 v/v) was used to determine chromatographic profiles of isoflavone aglycones, daidzein, glycitein and genistein. The mobile phase constituted of ethyl acetate:toluene:formic acid (8:1:1 v/v/v) was used for determination of isoflavones glycosides and non-glycosides. For the quantitative determination of isoflavone glycosides with HPLC, an acid hydrolysis with 3M HCl and heating in water-bath for an hour was proposed as sample pretreatment step. The analytic determination of isoflavones daidzein, genistein, formononetin and biochanin A using HPLC was accomplished. The chromatography was carried out in isocratic mode with Chromolith®, a monolithic RP-18 column, (100x4.6mm) with mobile phase constituted of water:acetonitrile (6:4 v/v) operated at a flow rate of 0.6mL/min and detection was made at 260nm. The results showed method linearity with correlation coefficient of 0.9995 to daidzein, 0.9996 for genistein, 0.9997 for formononetin and 0.9999 for biochanin A. The precision and accuracy data presented satisfactory results. Good resolution and faster separation of compounds in pharmaceutical formulations were also obtained. The proposed method can be used in the routine analyses of phytopharmaceuticals in quality control laboratories.

Nos últimos anos, pesquisas sobre a produção de nanocristais de amido (NCA) receberam interesse crescente devido a suas diversas aplicações, principalmente como material de reforço de matrizes poliméricas. Nesse contexto, o amido de quinoa (AQ) apresenta características desejáveis na produção de NCA tais como tamanho de grânulo pequeno e conteúdo de amilose relativamente baixo. Assim, o objetivo desta pesquisa foi produzir NCA de quinoa (NCAQ) por hidrólise ácida em diferentes temperaturas (30, 35 e 40) °C. Além disso, foi estudado o efeito da adição dos NCAQ nas propriedades estruturais e físicas de filmes de amido de mandioca. O AQ apresentou diferentes percentagens de hidrólise, no quinto dia, 63%, 73% e 91% para (30, 35 e 40) °C, respectivamente. O AQ (k = 0,59 dias-1) foi hidrolisado mais rápido que o amido de milho ceroso (k = 0,39 dias-1) a 40 °C. O rendimento dos NCAQ diminuiu com o incremento da temperatura de 30 a 40 °C; enquanto que a cristalinidade relativa dos NCAQ não foi alterada (~35%). A morfologia dos NCAQ produzidos a 30 °C foi irregular com tamanho micrométrico, enquanto que os produzidos a 35 e 40 °C apresentaram forma de paralelepípedo com tamanhos entre (50 e 100) nm e (400 e 900) nm (agregados). O diâmetro hidrodinâmico e as propriedades térmicas dos NCAQ diminuíram com o aumento da temperatura da hidrólise; enquanto que a intensidade das bandas FTIR e o potencial zeta aumentaram. As propriedades indicaram que NCAQ foram produzidos somente a (35 e 40) °C com rendimentos de 22,7% e 6,8%, respectivamente. Dessa forma, considerando o rendimento e a temperatura de transição, os NCAQ produzidos a 35 °C foram selecionados para aplicação em filmes de amido de mandioca. Os filmes foram preparados pela técnica do casting, com 4 g de amido de mandioca/100 g de dispersão filmogênica; 25 g glicerol/ 100 g de amido; e 0; 2,5; 5,0 e 7,5 g de NCAQ/ 100 g de amido. Os difratogramas de raios X confirmaram a presença dos NCAQ nos filmes. A adição de NCAQ nos filmes aumentou a rugosidade e o ângulo de contato em concentrações de 5% e 7,5%, a resistência à tração e o módulo elástico, os parâmetros de cor L* e a* em concentrações 7,5%, e a opacidade; enquanto que diminuiu a deformação na ruptura, a permeabilidade ao vapor de água na concentração de 5%, e o brilho. Outras propriedades dos filmes como espessura, umidade, solubilidade, propriedades térmicas não foram alteradas pela adição de NCAQ. Os resultados indicaram que os NCAQ produzidos a 35 °C podem ser usados como reforço em filmes nanocompósitos para melhorar suas propriedades mecânicas. / Recently researches on starch nanocrystals (SNC) production have become of interest due to their many applications, especially as reinforcement in polymeric matrices. Quinoa starch (QS) has desirable characteristics for SNC production such as small granule size and relatively low amylose content. Thus, the objective of this research was to produce quinoa SNC (QSNC) by acid hydrolysis at different temperatures (30, 35 and 40) °C. Furthermore, the effect of QSNC addition on the structural and physical properties of cassava starch films was studied. QS presented different percentages of hydrolysis on the fifth day, 63%, 73% and 91% for (30, 35 and 40) °C, respectively. QS (0.59 days-1) was hydrolyzed more rapidly than waxy maize starch (0.39 days-1) at 40 °C. QSNC yields decreased with temperature increase from (30 to 40) °C, while the relative crystallinity was not altered (~35%). The morphology of QSNC produced at 30 °C was irregular with micrometric size while those produced at 35 °C and 40 °C presented parallelepiped shapes with sizes between 50 nm and 100 nm and 400 nm to 900 nm (aggregates). The hydrodynamic diameter and the thermal properties of QSNC decreased with temperature increase, while the FTIR band intensities and the zeta potential increased. The properties indicated that quinoa QSNC were only obtained at (35 and 40) °C with yields of 22.8% and 6.8%, respectively. QSNC produced at 40 °C presented lower yield and crystallinity than waxy maize SNC, but a lower hydrodynamic diameter. Thus, based on the yield and transition temperature, QSNC produced at 35 °C was selected for application in cassava starch films. The films were prepared by casting technique, with 4 g of cassava starch / 100 g of film forming dispersion; 25 g glycerol / 100 g starch; and 0; 2.5; 5.0 and 7.5 g of QSNC / 100 g of starch. X-ray diffractograms confirmed the presence of QSNC in the films. Addition of QSNC to films increased the roughness and the contact angle at 5.0% and 7.5% concentrations, the tensile strength and elastic modulus, the color parameters L* and a* at 7.5% concentration, and the opacity; while decreasing deformation at break, water vapor permeability at 5.0% concentration, and gloss. Other film properties such as thickness, moisture content, solubility, thermal properties were not affected by QSNC addition. The results indicated that the QSNC produced at 35 ° C can be used as reinforcement in nanocomposite films to improve their mechanical properties.

Orientador: Crispin Humberto Garcia Cruz / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Marcos Lucca Jr. / Resumo: A produção de etanol combustível a partir de resíduos lignocelulósicos, como tecnologia emergente, conhecida como bioetanol de segunda geração, está sendo bastante pesquisada em virtude de uma preocupação com o desenvolvimento de fontes energéticas renováveis e mais limpas. Neste contexto as indústrias vinícolas têm destaque, já que o subproduto gerado por elas, bagaço e engaço, por exemplo, é de lenta decomposição. Ao mesmo tempo em que há buscas por novos substratos, há também por micro-organismos capazes de fermentar monossacarídeos presentes nestes resíduos para produzir bioetanol, e também que estes consigam fermentar em consórcio sem que haja competição entre eles para o melhor aproveitamento destas fontes de carbono. Neste trabalho foram realizadas fermentações pela bactéria Zymomonas mobilis CCT 4494 e pela levedura Candida tropicalis em hidrolisados ácidos dos resíduos de uvas das espécies Isabel e Bordô, para isto, foi utilizada a concentração de ácido sulfúrico de 1,5% com aquecimento em autoclave a 121 ºC e 1 kgf/cm2. Foram realizadas também, fermentações utilizando meios semi-sintéticos com glicose e xilose (50 g/L) como substratos para a Z. mobilis e C. tropicalis, respectivamente. Nas fermentações realizadas pela bactéria Z. mobilis, utilizando tanto a mistura (50% bagaço e 50% engaço) dos resíduos quanto apenas o engaço não houve detecção de etanol por cromatografia gasosa. Com o meio semi-sintético, em 8 horas de fermentação, foram produzidos 17,0 g/L de etanol. Durante as fermentações efetuadas pela levedura C. tropicalis, houve produção de etanol de 1,04 g/L e 5,89 g/L em 6 horas de fermentação utilizando a mistura dos resíduos e o engaço, respectivamente e, 18,56 g/L em 8 horas em meio semi-sintético. No consórcio dos micro-organismos, a produção de etanol, utilizando primeiramente a mistura e depois o engaço foi de 0,72 g/L e 1,15 g/L, ambas em 8 horas... / Abstract: The production of fuel ethanol from lignocellulosic residues, as an emerging technology, known as second-generation bioethanol is being extensive research because of a concern with the development of renewable and cleaner energy sources. In this context, the wine industry has highlighted, since the by-product generated by them, bagasse and stems, for example, is the slow decomposition. While there search for new substrates, there are also micro-organisms capable of fermenting monosaccharides present in these residues to produce bioethanol, and also that they are able to ferment in a consortium without competition between them for better use of these carbon sources . In this work were carried out fermentations by Zymomonas mobilis CCT 4494 bacteria and the yeast Candida tropicalis in hydrolyzed acid waste grape species Isabel and Bordô, for this, we used the sulfuric ... / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-09-01Bitstream added on 2014-06-13T19:19:57Z : No. of bitstreams: 1 rocha_ts_dr_sjrp.pdf: 2028689 bytes, checksum: fc26ec97a8f0c09ef335056fc152bcbe (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Para auxiliar o entendimento da estrutura semicristalina de grânulos de amido, o ‘annealing’ e as hidrólises ácida e enzimática de amidos granulares podem ser empregados. Este trabalho teve o objetivo de utilizar estes tratamentos para obter maiores informações sobre a estrutura granular de amidos de diferentes fontes botânicas, além de compreender o mecanismo de reorganização da estrutura granular provocada pelo ‘annealing. Amidos de milho normal, milho ceroso, mandioca, mandioquinha-salsa e batata foram isolados e caracterizados quanto a sua composição química, distribuição dos comprimentos de cadeias ramificadas da amilopectina, difração de raios-X, propriedades de pasta e propriedades térmicas. Suspensões de amidos nativos (5% p/v) foram submetidas ao ‘annealing’ à temperatura de 2 a 3 ºC menores que as temperaturas de início de gelatinização de cada amido, por 24 horas. Após ‘annealing’, os amidos foram avaliados quanto às suas características morfológicas (microscopia óptica, SEM e microscopia a laser confocal), teores de amilose, distribuição dos comprimentos de cadeias ramificadas da amilopectina, difração de raios-X, massa molar da amilopectina, propriedades térmicas e suscetibilidade às hidrólises enzimática (alfa-amilase e amiloglucosidase) e ácida. Os amidos submetidos à hidrólise enzimática ou ácida (em diferentes tempos) foram também avaliados quanto ao teor de amilose, massa molar da amilopectina, SEM, distribuição dos comprimentos de cadeias ramificadas da amilopectina, difração de raios-X e propriedades térmicas. O amido de mandioquinha-salsa apresentou características estruturais diferentes das apresentadas pelos outros amidos. Como o amido de batata, este amido apresentou polimorfismo tipo B e altas proporções de cadeias laterais muito longas (DP > 37) da amilopectina, o que pode ter superestimado... / To help understanding the semi-crystalline structure of starch granules, the annealing, the enzymatic and acid hydrolysis can be performed. Objectives of this study were to use these treatments to obtain more information about the granular structure of starches from different botanical sources, and help comprehend the starch granular reorganization mechanism provoked by annealing. Normal corn, waxy corn, cassava, Peruvian carrot and potato starches were isolated and characterized regarding their chemical compositon, amylopectin branch-chain length distribution, X-ray diffraction, pasting properties and thermal properties. Starches suspensions (5% w/v) were subjected to annealing for 24h at 3 ºC below the onset gelatinization temperatures of each starch. After annealing, the starches were evaluated regarding their morphological characteristics (optical microscopy, SEM, laser confocal microscopy), amylose content, amylopectin branch-chain length distribution, X-ray diffraction, amylopectin molar mass, thermal properties and susceptibility to enzymatic hydrolysis (alpha-amylase and amiloglucosidase) and acid hydrolysis. The starches subjected to enzymatic and acid hydrolysis (at different times) were also evaluated regarding their amylose content, amylopectin molar mass, SEM, amylopectin branch-chain length distribution, X-ray diffraction and thermal properties. Peruvian carrot starch had structural characteristics different of that of the other starches. As potato starch, it displayed a B-type Xray diffraction pattern and high proportion of very long amylopectin branch-chains (DP 37), which may have overestimated the apparent amylose content of these starches. However, the Peruvian carrot starch also displayed a high amount of short amylopectin branch-chains (DP 6-12). Normal corn and waxy corn starches displayed an A-type pattern and cassava starch displayed a CA-type... (Complete abstract click electronic access below)

Fitoestrógenos são compostos naturais de origem vegetal com atividade estrogênica. Estão sendo amplamente investigados para a prevenção de doenças crônicas, coronarianas, câncer de próstata e mama, na redução de riscos de osteoporose e alívio nos sintomas da menopausa. Entre os fitoestrógenos já utilizados encontram-se a daidzeína, genisteína e gliciteína em matrizes complexas como drogas e extratos vegetais, cápsulas e comprimidos, requerendo desenvolvimento e validação de metodologias para a determinação das isoflavonas. As metodologias propostas foram a cromatografia em camada delgada de alta eficiência (CCDAE) e a cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A fase móvel acetato de etila:hexano (8:2 v/v) foi utilizada para determinação do perfil cromatográfico das isoflavonas agliconas daidzeína, gliciteína e genisteína e a fase móvel acetato de etila:tolueno:ácido fórmico (8: 1: 1 v/v/v) para isoflavonas glicosiladas e não glicosiladas por CCDAE. Para a determinação quantitativa das isoflavonas glicosiladas por CLAE foi proposta uma hidrólise ácida com HCl 3M e aquecimento em banho-maria durante uma hora, como tratamento prévio. A determinação analítica das isoflavonas daidzeína, genisteína, formononetina e biochanina A por CLAE, em modo isocrático foi realizada utilizando coluna cromatográfica monolítica Chromolith® RP-18, 100-4,6mm, fase móvel constituída por água:acetonitrila (6:4 v/v), vazão 0,6mL/min e detecção a 260nm. Os resultados obtidos mostraram linearidade com coeficiente de correlação de 0,9995 para daidzeína, 0,9996 para genisteína, 0,9997 para formononetina e 0.9999 para biochanina A. A precisão e a exatidão apresentaram resultados satisfatórios. Boa resolução e rápida separação dos fármacos em formulações farmacêuticas também foram obtidas. Portanto, pode ser usado nas análises de rotina nos laboratórios de controle de qualidade de fitoterápicos. / Phytoestrogens are natural compounds of plants with estrogenic activity. They are being widely investigated in the prevention of chronic coronary diseases, in prostate and breast cancer, in the reduction of osteoporosis risk and relief of menopause symptoms. Among phytoestrogens already in use are daidzein, genistein and glycitein and they are present in complex matrix such as phytopharmaceuticals, plant extracts, capsules and tablets. These preparations require development and validation of methodologies for quantitative determination of isoflavones. The proposed methodologies include high performance thin layer chromatography (HPTLC) and high performance liquid chromatography (HPLC). The HPTLC coupled with densitometry can be used for quantitative analysis. The mobile phase constituted of ethyl acetate:hexane (8:2 v/v) was used to determine chromatographic profiles of isoflavone aglycones, daidzein, glycitein and genistein. The mobile phase constituted of ethyl acetate:toluene:formic acid (8:1:1 v/v/v) was used for determination of isoflavones glycosides and non-glycosides. For the quantitative determination of isoflavone glycosides with HPLC, an acid hydrolysis with 3M HCl and heating in water-bath for an hour was proposed as sample pretreatment step. The analytic determination of isoflavones daidzein, genistein, formononetin and biochanin A using HPLC was accomplished. The chromatography was carried out in isocratic mode with Chromolith®, a monolithic RP-18 column, (100x4.6mm) with mobile phase constituted of water:acetonitrile (6:4 v/v) operated at a flow rate of 0.6mL/min and detection was made at 260nm. The results showed method linearity with correlation coefficient of 0.9995 to daidzein, 0.9996 for genistein, 0.9997 for formononetin and 0.9999 for biochanin A. The precision and accuracy data presented satisfactory results. Good resolution and faster separation of compounds in pharmaceutical formulations were also obtained. The proposed method can be used in the routine analyses of phytopharmaceuticals in quality control laboratories.

B-caroteno corresponde a um pigmento natural que além de possuir amplo poder corante, possui atividade antioxidante e pró-vitamínica, porém devido ao seu alto grau de insaturações, esse carotenóide é propenso à isomerização e oxidação durante o processamento e a estocagem, dificultando sua utilização na indústria de alimentos. A microencapsulação pode amenizar essa situação, aumentando sua estabilidade e tornando possível sua incorporação em sistemas alimentícios sem a perda de suas propriedades funcionais. O presente trabalho objetivou a produção, caracterização e a verificação da estabilidade das cápsulas formadas por liofilização utilizando um novo material de parede, o amido de pinhão. Amido nativo, amido hidrolisado com dextrose equivalente (DE) 6, amido hidrolisado DE 12 e a mistura destes com a gelatina foram utilizados como agentes encapsulantes. Os primeiros testes realizados foram em relação à modificação do amido via hidrólise ácida através de um planejamento fatorial 22, onde as variáveis independentes corresponderam à temperatura (30 a 44°C) e à concentração de ácido (3 a 5 mol.L-1) e a variável de resposta correspondeu à dextrose equivalente (DE). Neste estudo, verificou-se que sob maiores valores de temperatura e concentração de ácido, maiores valores de DE foram encontrados. As cápsulas foram caracterizadas quanto à sua eficiência, conteúdo superficial, morfologia, umidade, solubilidade, tamanho de partícula, temperatura de transição vítrea e isotermas de sorção. As mesmas também foram avaliadas quanto à estabilidade, em relação ao -caroteno livre, em diferentes condições: exposição à luz UV, e a 10 e 30°C. As diferentes formulações do material encapsulante resultaram em diferentes retenções de -caroteno, sendo que a formulação com amido DE 12 apresentou a melhor eficiência e a menor foi apresentada pela formulação com amido nativo. As partículas produzidas por liofilização mostraram formas indefinidas e tamanhos variados, típicos do método de encapsulação empregado. Através da análise do tamanho de partícula, verificou-se que as formulações com gelatina apresentaram um diâmetro de partícula médio superior às outras amostras. O amido nativo e hidrolisado apresentaram temperaturas de transição vítrea (Tg) similares resultando em microencapsulados com Tg também similares, porém maiores valores foram obtidos quando a gelatina foi incorporada às formulações. Todas as amostras apresentaram baixa solubilidade em água fria, e uma maior solubilidade em água quente. As isotermas de sorção dos encapsulados preparados com amido DE 12, nas temperaturas de 10°, 20° e 30°C apresentaram isoterma sigmoidal do tipo II. Quanto aos testes de estabilidade, a cinética de degradação do B-caroteno livre e encapsulado seguiu o modelo cinético de primeira ordem em todas as condições analisadas. O amido hidrolisado DE 12 foi considerado o melhor material de parede testado, visto que diminuiu de forma considerável a velocidade de degradação (k), até mesmo na presença da luz UV, onde o -caroteno foi menos estável. Os resultados encontrados neste estudo demonstraram que o amido de pinhão hidrolisado pode ser considerado um potencial agente encapsulante a ser utilizado na indústria de alimentos. / The B-carotene represents a natural pigment that besides having broad coloring power, also presents antioxidant and provitamin activity. However, due to the high degree of insaturations, this dye is propense to isomeration and oxidation during the processing and storage, being difficult its use in food industry. Microencapsulation can improve this situation, increasing its stability and rendering possible its incorporation into food systems without loss of its functional properties. The purpose of this research was to produce, characterize and investigate the stability of the microcapsules produced by freeze drying, using a new wall material corresponding to pinhão starch. The-caroteno was microencapsulated using native pinhão starch, hydrolyzed pinhão starch DE 6, hydrolyzed pinhão starch DE 12 and the mixture of both with gelatin, as coating material. First tests were related to the modification of starch via acid hydrolysis using a 22 factorial central design, where the independent variables were temperature (from 30 to 44°C) and acid concentration (from 3 to 5 mol.L-1) and the response variable corresponded to dextrose equivalent (DE). In this study, it was observed that higher temperatures and acid concentration, resulted in higher DE values. The capsules efficiency, surface content, moisture, morphology, solubility, particle size, glass transition temperature and sorption isotherms were analyzed. Also the stability of the microencapsulates were evaluated and compared to synthetic free -carotene at the storage condition: exposure to UV light, and temperatures of 10 and 30 °C. Different coating material formulations resulted in differents B-carotene retention, the formulation with hydrolyzed starch 12 DE presented the highest total content of B-carotene (>90 %) and the lowest surface B-carotene while the lowest total content of B-carotene and the highest surface of this compound was presented using native starch. All capsules showed undefined shapes and varied sizes and these characteristics are related to the process used for the preparation of microcapsules. By the particle size distribution analysis, it was verified that encapsulates with gelatin presented an average particle diameter higher than the others encapsulated. Both capsules prepared with native starch and hydrolyzed starch presented similar glass transition temperature, while capsules with gelatin showed higher Tg values (~90°C). All samples presented low cold water solubility and the hot water solubility for all samples was higher than the cold water solubility. The moisture sorption isotherms determined at 10°, 20° and 30°C of hydrolyzed starch DE 12 showed isotherms kind II. The kinetic of degradation of -carotene in encapsulates followed the first-order model. UV light, the microcapsules were less stable than the in the other conditions. The results indicated that the hydrolyzed pinhão starch is a potential encapsulating material.