Este trabalho avaliou a extração de xilose da palha de cana-de-açúcar sob diferentes condições de hidrólise por ácido sulfúrico diluído visando à obtenção de um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose e ainda a fermentabilidade deste para a bioconversão a etanol por Pichia stipitis Y-7124. Inicialmente caracterizou-se a palha de cana e a fração hemicelulósica representou 30,79% da massa seca da palha, enquanto que a celulose representou 40,84% e a lignina 25,80%. Verificou-se ainda que 26,57% da palha corresponde à xilose, representando 86,27% de sua fração hemicelulósica. As hidrólises ácidas foram realizadas de acordo com um planejamento experimental fatorial fracionado 24-1 visando-se à resposta concentração de xilose (g/L) no hidrolisado hemicelulósico. Levou-se em consideração os fatores: tempo, temperatura, concentração da solução ácida e a relação sólido:líquido. A melhor resposta para a concentração de xilose foi encontrada nas condições do ponto central, com a média da concentração igual a 31,70 g/L. A análise de variância foi realizada para um screening do planejamento e observou-se que apenas os fatores concentração da solução ácida e temperatura foram significativos ao nível de 95% de confiança. Em seguida realizou-se ensaios para otimização da hidrólise ácida considerando os fatores temperatura e concentração da solução ácida. As condições de ótimo encontradas foram 130 ºC e a solução de ácido sulfúrico em 2,9% m/v, empregadas com uma relação sólido:líquido igual a 1:4 (g/mL) por 30 minutos de reação. Estas condições de ótimo permitiram a obtenção de um hidrolisado hemicelulósico com concentração igual a 56,5 g/L de xilose, correspondendo à extração de 85,1% da xilose da palha. Posteriormente, ensaios de fermentação foram conduzidos com o hidrolisado hemicelulósico obtido, visando à produção de etanol por P. stipitis em frascos Erlenmeyer de 250 mL com 100 mL de meio hidrolisado para avaliar a fermentabilidade do hidrolisado obtido bem como a necessidade de suplementação nutricional e utilizou-se um planejamento experimental fatorial 23 de face centrada para verificar a influência dos fatores: concentração de ureia, concentração de MgSO4*7H2O e concentração de extrato de levedura. Os ensaios foram conduzidos a 200 rpm e 30 ºC. Verificou-se que o extrato de levedura (5 g/L) exerceu maior influência sobre o processo fermentativo e que o MgSO4*7H2O (0,5 g/L) não apresentou significância estatística. A melhor condição na fermentação para produção de etanol por P. stipitis encontrada foi empregando-se extrato de levedura (5 g/L), ureia (5 g/L) e MgSO4*7H2O (1,0 g/L), em que se obteve um fator de rendimento em etanol YP/S igual a 0,38 g/g e produtividade volumétrica igual a 0,41 g/L.h, em 60 horas de fermentação. / This work evaluated the sugar cane straw xylose extration under different diluted sulfuric acid hydrolysis conditions aiming at the attainment of hemicellulosic hydrolysate rich in xylose and their fermentability for ethanol bioconversion by Pichia stipitis Y 7124. Previous assays for chemical characterization of the sugar cane straw has been carried. The hemicellulosic fraction represented 30.79% of the dry straw mass, whereas the cellulose represented 40.84% and the lignin represented 25,80%. It was verified despite 26,57% of the straw corresponded to xylose, representing 86,27% of its hemicellulosic fraction. The acid hydrolysis was carried out using an experimental design 24-1 aiming at it the xylose concentration (g/L) response on the hemicellulosic hydrolysate regarding the factors: time, temperature, acid solution concentration and the ratio solid:liquid. The best result for the xylose concentration has been found on the center point conditions, with concentration of 31,70 g/L. The analysis of variance was carried out to one screening of the design and it was observed that only the parameters temperature and acid solution concentration has been significant at 95% reliable level. After that acid hydrolysis assays has been carried regarding the factors temperature and acid solution concentration aiming the acid hydrolysis optimization. The optimum point conditions were 130 ºC and the sulfuric acid solution of 2,9% m/v, carried with the ratio solid:liquid of 1:4 (g/mL) at 30 minutes of reaction. Later, fermentation assays was carried out with the hemicellulosic hydrolysate obtained in 250 mL Erlenmeyer flasks containing 100 mL of hydrolysate to evaluate the hydrolysate fermentability obtained as well tha needless of nutritional supplementation and for it used an experimental design 23 of face centered to verify the influence of the factors: urea concentration, MgSO4*7H2O concentration and yeast extract concentration. Assays has been carried at 30 ºC and 200 rpm. It was verified that the yeast extract (5 g/L) exerts greater influence on the fermentation and the MgSO4*7H2O (0,5 g/L) did not present statistic significance. The best conditions were achieved using yeast extract (5 g/L), urea (5 g/L) and MgSO4*7H2O (0,5 g/L). with ethanol yield and volumetric productivity of 0,38 g/g and 0,41 g/L.h, respectively, after 60 hours of fermentation.

Este trabalho avaliou a extração de xilose da palha de cana-de-açúcar sob diferentes condições de hidrólise por ácido sulfúrico diluído visando à obtenção de um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose e ainda a fermentabilidade deste para a bioconversão a etanol por Pichia stipitis Y-7124. Inicialmente caracterizou-se a palha de cana e a fração hemicelulósica representou 30,79% da massa seca da palha, enquanto que a celulose representou 40,84% e a lignina 25,80%. Verificou-se ainda que 26,57% da palha corresponde à xilose, representando 86,27% de sua fração hemicelulósica. As hidrólises ácidas foram realizadas de acordo com um planejamento experimental fatorial fracionado 24-1 visando-se à resposta concentração de xilose (g/L) no hidrolisado hemicelulósico. Levou-se em consideração os fatores: tempo, temperatura, concentração da solução ácida e a relação sólido:líquido. A melhor resposta para a concentração de xilose foi encontrada nas condições do ponto central, com a média da concentração igual a 31,70 g/L. A análise de variância foi realizada para um screening do planejamento e observou-se que apenas os fatores concentração da solução ácida e temperatura foram significativos ao nível de 95% de confiança. Em seguida realizou-se ensaios para otimização da hidrólise ácida considerando os fatores temperatura e concentração da solução ácida. As condições de ótimo encontradas foram 130 ºC e a solução de ácido sulfúrico em 2,9% m/v, empregadas com uma relação sólido:líquido igual a 1:4 (g/mL) por 30 minutos de reação. Estas condições de ótimo permitiram a obtenção de um hidrolisado hemicelulósico com concentração igual a 56,5 g/L de xilose, correspondendo à extração de 85,1% da xilose da palha. Posteriormente, ensaios de fermentação foram conduzidos com o hidrolisado hemicelulósico obtido, visando à produção de etanol por P. stipitis em frascos Erlenmeyer de 250 mL com 100 mL de meio hidrolisado para avaliar a fermentabilidade do hidrolisado obtido bem como a necessidade de suplementação nutricional e utilizou-se um planejamento experimental fatorial 23 de face centrada para verificar a influência dos fatores: concentração de ureia, concentração de MgSO4*7H2O e concentração de extrato de levedura. Os ensaios foram conduzidos a 200 rpm e 30 ºC. Verificou-se que o extrato de levedura (5 g/L) exerceu maior influência sobre o processo fermentativo e que o MgSO4*7H2O (0,5 g/L) não apresentou significância estatística. A melhor condição na fermentação para produção de etanol por P. stipitis encontrada foi empregando-se extrato de levedura (5 g/L), ureia (5 g/L) e MgSO4*7H2O (1,0 g/L), em que se obteve um fator de rendimento em etanol YP/S igual a 0,38 g/g e produtividade volumétrica igual a 0,41 g/L.h, em 60 horas de fermentação. / This work evaluated the sugar cane straw xylose extration under different diluted sulfuric acid hydrolysis conditions aiming at the attainment of hemicellulosic hydrolysate rich in xylose and their fermentability for ethanol bioconversion by Pichia stipitis Y 7124. Previous assays for chemical characterization of the sugar cane straw has been carried. The hemicellulosic fraction represented 30.79% of the dry straw mass, whereas the cellulose represented 40.84% and the lignin represented 25,80%. It was verified despite 26,57% of the straw corresponded to xylose, representing 86,27% of its hemicellulosic fraction. The acid hydrolysis was carried out using an experimental design 24-1 aiming at it the xylose concentration (g/L) response on the hemicellulosic hydrolysate regarding the factors: time, temperature, acid solution concentration and the ratio solid:liquid. The best result for the xylose concentration has been found on the center point conditions, with concentration of 31,70 g/L. The analysis of variance was carried out to one screening of the design and it was observed that only the parameters temperature and acid solution concentration has been significant at 95% reliable level. After that acid hydrolysis assays has been carried regarding the factors temperature and acid solution concentration aiming the acid hydrolysis optimization. The optimum point conditions were 130 ºC and the sulfuric acid solution of 2,9% m/v, carried with the ratio solid:liquid of 1:4 (g/mL) at 30 minutes of reaction. Later, fermentation assays was carried out with the hemicellulosic hydrolysate obtained in 250 mL Erlenmeyer flasks containing 100 mL of hydrolysate to evaluate the hydrolysate fermentability obtained as well tha needless of nutritional supplementation and for it used an experimental design 23 of face centered to verify the influence of the factors: urea concentration, MgSO4*7H2O concentration and yeast extract concentration. Assays has been carried at 30 ºC and 200 rpm. It was verified that the yeast extract (5 g/L) exerts greater influence on the fermentation and the MgSO4*7H2O (0,5 g/L) did not present statistic significance. The best conditions were achieved using yeast extract (5 g/L), urea (5 g/L) and MgSO4*7H2O (0,5 g/L). with ethanol yield and volumetric productivity of 0,38 g/g and 0,41 g/L.h, respectively, after 60 hours of fermentation.

A possível escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos respectivos preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento considerável de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, mas também de fontes alternativas de energia - em particular a biomassa vegetal. O estudo desenvolvido no presente trabalho está inserido neste contexto. A despolimerização de celulose de sisal pode ocorrer via hidrólise, ácida ou enzimática, podendo resultar nos açúcares fermentescíveis necessários para a produção do chamado etanol celulósico e, em etapas intermediárias do processo, em micro e nanopartículas, que podem atuar como reforço de matriz polimérica baseada, por exemplo, em quitosana. O estudo aqui relatado está relacionado à análise do material celulósico não reagido durante a hidrólise, e do licor que contém principalmente glicose. As reações de hidrólise ácida e enzimática de polpa de sisal (constituída de celulose e hemicelulose) foram exploradas. Uma importante característica que envolve a hidrólise ácida de biomassa é a possibilidade de utilização de diversos ácidos, pois a princípio, necessita-se apenas de uma fonte de prótons no meio aquoso para que a reação ocorra. Neste contexto, em uma primeira etapa, uma série de reações de hidrólise ácida de polpa de sisal, previamente tratada com solução alcalina (mercerizada) ou não, foi feita com ácido sulfúrico (0,9 - 4,6 molL-1, 100°C, 6h de reação). Em uma segunda etapa, o ácido sulfúrico foi substituído por ácido oxálico, e os tempos de reação foram maiores (18h) que aqueles considerados para o ácido sulfúrico, tendo em vista o menor valor do pKa do ácido oxálico. Reações de hidrólise enzimática foram realizadas com o uso de um complexo enzimático comercial (Accellerase 1500 - Genencor), e dois diferentes pré-tratamentos, ambos visando à eliminação de hemiceluloses, foram avaliados, sendo: mercerização e tratamento com solução de ácido oxálico 0,9 molL-1. Para acompanhar os processos, em determinados intervalos de tempo, foram retiradas alíquotas do meio reacional, sendo que os licores foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a fim de avaliar a natureza e o teor dos produtos da hidrólise. As polpas residuais (não hidrolisadas), suspensas no licor, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, massa molar média por viscosimetria capilar, índice de cristalinidade por difração de raios X e tamanhos médios das fibras a partir de um analisador de fibras (MorFi - analisador de tamanho médio de fibras por imagem), e espalhamento de luz (FOQELS). Para todas as reações de hidrólise ácida estudadas, as massas molares médias das polpas residuais diminuíram até dez vezes logo nos primeiros minutos de reação e os valores de índice de cristalinidade mostraram que as regiões não cristalinas da celulose são primeiramente hidrolisadas, sendo as regiões cristalinas uma grande barreira frente à hidrólise. Os resultados mostraram que o aumento da concentração do catalisador ácido elevou consideravelmente a porcentagem de hidrólise, principalmente no caso do ácido oxálico que, quando usado na concentração de 0,9 molL-1, não foi capaz de hidrolisar com eficiência as cadeias de celulose, mas apenas eliminou as hemiceluloses presentes na polpa, motivo que levou à sua aplicação como agente de pré-tratamento para a polpa frente à hidrólise enzimática. Os rendimentos das reações mostraram que o ácido sulfúrico chega a ser aproximadamente 25% mais eficiente que o ácido oxálico em termos de produção de glicose. Entretanto, o ácido oxálico possui a grande vantagem de ser proveniente de fontes renováveis e, se usado nas concentrações adequadas, pode ser uma excelente opção como pré-tratamento da polpa de celulose para as reações de hidrólise. Os resultados de hidrólise enzimática mostraram que a polpa que passou pelo pré-tratamento da mercerização foi mais eficiente como material de partida do que aquela tratada com ácido oxálico, já que a primeira levou a concentrações de glicose até 2,5 vezes maiores, nas mesmas condições de concentração de enzima, temperatura e tempo de reação. As reações de hidrólise ácida e enzimática de material lignocelulósico são de grande importância no que diz respeito à produção de etanol de segunda geração e micro/nanofibras que podem ser incorporadas em materiais. Filmes de matriz de quitosana foram produzidos com a inserção de fibras de celulose sem tratamento, mercerizada, e residuais das reações de hidrólise ácida e enzimática, em diferentes concentrações (2,5, 7,5 e 15% em massa). Os filmes foram submetidos à solicitação de tração, e a morfologia foi acessada por microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FEG-MEV). Os resultados mostraram que, no geral, o filme de quitosana (69 MPa), assim como os baseados em quitosana/celulose (75 MPa), apresentam resistência à tração superior ou no mesmo patamar de filmes similares descritos na literatura. Este trabalho forneceu resultados promissores e está largamente inserido no interesse atual de utilização de materiais provenientes de fontes renováveis preferencialmente àqueles de fontes fósseis. / The possible shortage of crude oil and the unpredictable increase in its prices have led to an impressive expansion of initiatives in the last decades dedicated not only to the search of alternative sources of chemicals and polymers, but also to suppliers of energy, both from vegetal biomass. The depolymerization of sisal cellulose may occur via acid or enzymatic hydrolysis, resulting in the fermentable sugars used in the production of the so-called cellulosic ethanol and also at the intermediate steps of the process, in micro and nanoparticles that may act as reinforcement in polymeric matrices, including those derived from cellulose. The study here reported is related to the analysis of the unreacted cellulosic material and to the liquor containing mainly glucose, from acid and enzymatic hydrolysis of sisal pulp formed by cellulose and hemicellulose. An important characteristic that involves the acid hydrolysis of biomass is the possibility of utilization of different acids, since only a source of protons in the media is required for the reaction to occur, in principle. In this context, a series of reactions of acid hydrolysis of sisal pulp was carried out under varying concentrations of sulfuric acid, from 0,9 to 4,6 molL-1, at 100°C as a first step. In a second step, the acid catalyst was replaced by oxalic acid, and the reaction lengths were bigger than those considered for sulfuric acid due to the lower value of pKa of oxalic acid. The reactions of enzymatic hydrolysis were carried out with a commercial enzymatic complex (Accellerase 1500 - Genencor), and two different pretreatments, both aiming at the elimination of hemicelluloses, were essayed as follows: mercerization and treatment with oxalic acid 0,9 molL-1. To follow the processes of acid and enzymatic hydrolysis in determined time intervals, aliquots were withdrawn from the reaction media so as to be analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) aiming at the evaluation of the nature and content of the hydrolysis products. The unreacted cellulose suspended in the liquor was characterized by Scanning Electron Microscopy, capillary viscometry, X ray diffraction, and average size of fibers by using a fiber analyzer and light scattering. For all acid hydrolysis reactions studied, the average molar mass of the unreacted cellulose decreased up to ten times in the first minutes of reaction, and the values of crystallinity index showed that the non-crystalline regions of cellulose are firstly hydrolyzed, and the crystalline regions act as barriers to the hydrolysis. The results of HPLC showed that an increase in concentration considerably increases the yield of hydrolysis, mainly in the case of oxalic acid as a catalyst, which was not able to hydrolyze the chains of cellulose when in low concentrations (0,9 molL-1). It only eliminated the hemicellulose present in the pulp, reason why this acid was used as a pretreatment agent in enzymatic hydrolysis at this concentration. The reaction yields showed that the sulfuric acid can be up to 25% more efficient than the oxalic acid in terms of glucose production. However, the oxalic acid has the great advantage of possibly being produced from natural resources as well as being an excellent choice as a pretreatment agent for the lignocellulosic biomass to be used in hydrolysis reactions if used in the adequate concentrations. The results of enzymatic hydrolysis showed that the mercerized pulp was more efficient as raw material than the one treated with oxalic acid, as the first led to higher glucose content at the same conditions of concentration, temperature and time of reaction. The reactions of acid and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials are of great importance to the production of second generation ethanol and micro and nanofibers, which may be incorporated into biocomposites. Films of chitosan matrix were prepared with the addition of cellulose fibers (untreated, mercerized and residual from the acid and enzymatic hydrolysis reactions) under various concentrations (2,5, 7,5 e 15% wt%). The films were subjected to traction analysis and its morphology was accessed by field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG). The results showed that, in general, chitosan films (69 MPa), just like films based on chitosan-cellulose (75 MPa) presented tensile strength values that are superior or the same as similar films described in literature. Therefore, the study here reported produced promising results and is widely inserted in the current interest of utilization of materials from renewable resources instead of those from fossil resources.

O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo gerado no processo de produção de açúcar e álcool pelas usinas. O histórico de uso desse material aponta para a queima visando à produção de vapor e energia para o processo. As necessidades ambientais e econômicas ligadas tanto à emissão de gases estufa quanto as áreas agricultáveis apontam para um melhor aproveitamento desse resíduo que é constituído de cerca de 50% de celulose, 28% de hemiceluloses (também chamadas polioses), 21% de lignina e 1% de inorgânicos. Dentro desse contexto este trabalho visou à utilização da celulose do bagaço para a obtenção de açúcares fermentescíveis para a produção de etanol de 2ª geração. O bagaço foi desmedulado e a fração fibra foi pré-hidrólisada visando eliminar as hemiceluloses. Em seguida a fração fibra pré-hidrolisada foi deslignificada através de polpação soda antraquinona (SAQ). A polpa celulósica da fração fibra do bagaço foi hidrolisada em ácido sulfúrico e ácido clorídrico através do método \"ELA\", extremely low acid. Esse método utiliza ácido mineral muito diluído, altas temperaturas e pressões. As temperaturas de hidrólise utilizadas compreenderam a faixa de 180 a 230°C e as concentrações de ácido sulfúrico e ácido clorídrico utilizadas foram 0,07%, 0,14% e 0,28% e 0,05%, 0,10% e 0,20%, respectivamente. A razão sólido-líquido empregada foi 1:20 (m/v) e os reatores utilizados foram de aço inox 316L. A perda de massa após os experimentos de hidrólise foi quantificada e a composição dos hidrolisados foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Paralelamente um estudo de degradação de glicose em ácido sulfúrico e ácido clorídrico foi conduzido com o objetivo de minimizar a degradação de glicose e conseqüentemente aumentar o seu rendimento. Através desse estudo também foi possível comparar o efeito de cada ácido na cinética de degradação de glicose. A faixa de temperatura utilizada foi de 200 a 220°C e a faixa de concentração de ácido sulfúrico e ácido clorídrico foi a mesma empregada nos estudos de hidrólise ácida. As constantes de velocidade de ordem um obtidas através de regressões lineares dos dados de perda de massa foram utilizadas para calcular a energia de ativação de Arrhenius. As energias de ativação médias obtidas para a reação com H2SO4 e HCl foram 184.9 e 183.5 kJ/mol, respectivamente. O rendimento máximo de glicose para a hidrólise da polpa celulósica em H2SO4 foi 69,8% e em HCl foi 70,2%. As constantes de velocidade de ordem um obtidas através de regressões lineares dos dados de glicose residual para a degradação de glicose também foram utilizadas para calcular a energia de ativação de Arrhenius. As energias de ativação médias para a decomposição de glicose em H2SO4 e HCl foram 124.5 e 142.9 kJ/mol, respectivamente. Através dos estudos realizados foi possível concluir que HCl foi um catalisador mais efetivo que o H2SO4 com base no valor das constantes de velocidade determinadas e nos rendimentos máximos de glicose obtidos. Porém, o HCl é menos vantajoso economicamente que o H2SO4 e os íons cloreto são responsáveis por tornar esse ácido mais corrosivo que o H2SO4. / Sugarcane bagasse is a residue from sugar and alcohol production process. In the industry of sugar and alcohol this residue is burned to produce steam and energy for the process. The environmental and economic needs related to both emission of greenhouse gases and the increase of sugarcane planted area point to be a better utilization of the bagasse. The approximate composition of sugarcane bagasse is 50% cellulose, 28% hemicelluloses, 21% lignin and 1% inorganic compounds. From this view point, this work aimed to use cellulose from sugarcane bagasse to obtain fermentable sugars to produce second generation ethanol. Depithed bagasse was pre-hydrolyzed to remove hemicelluloses. Afterwards, pre-hydrolyzed depithed bagasse was pulped using soda-anthraquinone (SAQ) method to remove lignin. Cellulosic pulp was hydrolyzed employing the ELA conditions. Sulphuric acid and hydrochloric acid were chosen as hydrolysis catalysts. The ELA uses mineral acid in extremely low concentration, high temperatures and pressures. The temperature range chosen for kinetic study was from 180 to 230°C. The H2SO4 concentration was 0.07%, 0.14%, and 0.28% and HCl concentration was 0.05%, 0.10%, and 0.20%. In hydrolysis experiments the solid-liquid ratio employed was 1:20. Reactors resistant to acid corrosion made by 316L-stainless steel were used in the experiments. The weight loss after the hydrolysis experiments was determined and the hydrolysate composition was analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). A study of glucose decomposition in both acid catalysts was also carried out. The aim of this study was to minimize glucose degradation and acquire data to compare the effect of catalyst type on glucose degradation. The temperature range employed was from 200 to 220°C and the catalysts concentration was the same described above. First-order rate constants for hydrolysis of cellulosic pulp were obtained from linear regressions using data from weight loss. These rate constants were also used to calculate Arrhenius activation energy. The average activation energies for H2SO4 and HCl were 184.9 and 183.5 kJ/mol, respectively. The maximum glucose yields obtained in H2SO4 and HCl were 69.8% and 70.2%, respectively. First-order rate constants for glucose decomposition were also obtained from linear regressions and also used to calculate Arrhenius activation energy. The average activation energies for glucose decomposition in H2SO4 and HCl were 124.5 e 142.9 kJ/mol, respectively. From the results of kinetic studies was possible to conclude that HCl was a more efficient catalyst than H2SO4. Moreover, HCl is more expensive than H2SO4 and chloride ions are responsible for making HCl more corrosive than H2SO4.

Materiais lignocelulósicos, como a palha de cevada, são fontes de baixo custo com potenciais aplicações em bioprocessos. A fração hemicelulósica destes materiais pode ser hidrolisada usando-se ácidos minerais, para a liberação de seu principal açúcar componente, a xilose que é substrato para a bioprodução de xilitol. Já a fração celulósica pode ser deslignificada fazendo uso de álcalis e posteriormente hidrolisada com ácidos minerais para a liberação da glicose. O principal objetivo desta pesquisa foi avaliar economicamente a bioprodução de xilitol a partir da fração hemicelulósica da palha de cevada. A caracterização química da palha de cevada revelou a presença de 38,55% de celulose, 21,41% de hemicelulose e 19,90% de lignina. Após a etapa de caracterização a palha foi hidrolisada utilizando-se ácido sulfúrico para extração da xilose, empregando-se um planejamento fatorial 24-1. As melhores condições de hidrólise foram a uma temperatura de 120ºC, concentração ácida de 2,6%, tempo de reação de 20 minutos e relação sólido: líquido de 1:13,5. Nessas condições obteve-se um rendimento de extração de xilose da ordem de 84,38%. A celolignina resultante desse processo foi submetida a uma nova hidrólise de acordo com planejamento experimental 24-1 sendo que as melhores condições de hidrólise para a máxima eficiência de extração de glicose de 67,96% foi a uma temperatura de 179ºC, concentração ácida de 3%, tempo de reação de 30 minutos e relação sólido: líquido de 1:8. Após a realização das hidrólises, o hidrolisado hemicelulósico foi submetido à destoxificação para eliminação dos compostos inibitórios ao metabolismo microbiano e sua posterior fermentação com a levedura Candida guilliermondii enquanto o hidrolisado celulósico rico em glicose foi utilizado para suplementar o meio de fermentação constituído do hidrolisado hemicelulósico uma vez que a glicose foi um dos parâmetros nutricionais avaliados no planejamento fatorial 26-2 utilizado para as fermentações realizadas em frascos Erlenmeyer. Estes experimentos foram realizados por 72 horas e as melhores condições de cultivo determinadas pelo modelo foram: 3,0 g/L de sulfato de amônio, 1,0 g/L de cloreto de cálcio, 20,0 g/L de solução de extrato farelo de arroz e hidrolisado hemicelulósico contendo o teor de 60 g/L de xilose sendo que a concentração inicial de células em cada frasco foi de 1,0 g/L. Nestas condições obteve-se um consumo de xilose e eficiência de conversão de 96,59 e 59,98%, respectivamente, sendo a produtividade volumétrica de xilitol de 0,48 g/L.h. A fim de avaliar o efeito da disponibilidade de oxigênio sobre a bioconversão de xilose em xilitol foram realizadas fermentações empregando-se as melhores condições de cultivo obtidas em frascos agitados em reator de 1L onde os parâmetros agitação e aeração foram estudados segundo um planejamento fatorial 22. De acordo com os resultados os máximos valores de produção, produtividade volumétrica e fator de conversão de xilose em xilitol foram 51,28 g/L, 0,71 g/L.h e 0,88 g/g, respectivamente, quando a agitação foi de 200 rpm e aeração de 0,9 vvm (KLa≅18h-1) em 72 horas de fermentação. As condições de fermentação estabelecidas durante a utilização de reator de 1 L foram então empregadas para avaliar o processo a partir de um reator de maior capacidade (16 L), utilizando como critério de ampliação o KLa. Os valores de produção, produtividade volumétrica e fator de conversão de xilose em xilitol foram respectivamente 55,63 g/L, 0,77 g/L.h e 0,91 g/g, correspondendo a eficiência de conversão de 99,23%. O caldo fermentado resultante desta fermentação foi submetido à centrifugação e posterior clarificação. Por fim foi realizado um estudo econômico em cada etapa do processo considerando os equipamentos, os meios de cultivo empregados e reagentes, consumo de energia elétrica e água utilizados no processo, bem como a depreciação dos equipamentos. Após este estudo constatou-se que o valor para o xilitol produzido por via biotecnológica a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de cevada é de R$ 1.389,05. / Lignocellulosic materials, such as barley straw, are sources of low cost and with potential applications in bioprocesses. The hemicellulosic fraction of these materials can be hydrolyzed using mineral acids to release xylose, its major sugar component, which is substrate to bioproduction of xylitol. The cellulosic fraction can be delignified using alkalis followed by treatment with mineral acids to release glucose. The main objective of this research was to evaluate the economic bioproduction of xylitol from hemicellulosic fraction of barley straw. Chemical characterization of barley straw revealed the presence of 38.55% cellulose, 21.41% hemicellulose and 19.90% lignin. After the characterization stage, the barley straw was hydrolyzed with sulphuric acid for the extraction of xylose using a 24-1 factorial design. The optimum condition was temperature 120ºC, acid concentration 2.6%, reaction time 20 min and solid:liquid ratio 1:13.5. Under this condition the xylose extraction yield was about 84.38%. The celolignin was then submitted to a new hydrolyze according to a 24-1 factorial design and the best condition for maximum glucose extraction yield (67.96%) was temperature 179ºC, acid concentration 3%, reaction time 30 min and solid:liquid ratio 1:8. After hydrolysis, the hemicellulosic hydrolysate was submitted to a detoxification step to eliminate the compounds inhibitory to the microbial metabolism and fermentation with the yeast Candida guilliermondii while the cellulosic hydrolysate, rich in glucose, was used to supplement the fermentation medium consisting of the hemicellulosic hydrolysate as glucose was one of the nutritional parameters evaluated in the factorial design 26-2 employed to the fermentations carried out in Erlenmeyer flasks. These experiments were conducted for 72 h and the best culture conditions determined by the model were: 3.0 g/L ammonium sulfate, 1.0 g/L calcium chloride, 20.0 g/L solution of rice straw and hemicellulosic hydrolysate containing 60 g/L xylose. The initial cell concentration in each flask was 1.0 g/L. Under this condition the xylose consumption and conversion efficiency was 96.59 and 59.98%, respectively. The volumetric productivity of xylitol was 0.48 g/L.h. To evaluate the effect of oxygen availability on the bioconversion of xylose into xylitol It was realized fermentations employing the best culture conditions obtaining under agitation in 1L reaction where the parameters agitation and aeration were studied using a 22 factorial design. According to the results the maximum values of production, volumetric productivity and the factor of xylose concentration into xylitol were 51,28 g/L, 0.71 g/L.h and 0.88 g/g, respectively, when the agitation was 200 rpm and aeration 0.9 vvm (KLa≅18h-1) in 72 h fermentation. The fermentation conditions established during the utilization of 1 L reactor were then employed to evaluate the process from a reactor of higher capacity (16 L), and KLa was use as criteria to scale up. Production, volumetric productivity and the factor of xylose conversion into xylitol were 55.63 g/L, 0.77 g/L.h and 0.91 g/g, respectively, corresponding to a conversion efficiency of 99.23%. The fermented broth obtained from this fermentation was centrifuged and clarified. An economic study was realized for each stage of the process, considering equipment, reagents of the culture media, electric energy consumption and water utilized in the process, as well as equipment. It was found that the value of biotechnological produced xylitol from hemicellulosic hydrolysate of barley straw is R$ 1.389.05.

O presente trabalho se insere no Programa de Biomassa - Energia - Materiais - PROBEM?, cuja Refinaria de Biomassa desenvolve tecnologias para o aproveitamento integral de biomassas lignocelulósicas e oleosas, objetivando sua exploração autossustentada. Os principais produtos obtidos são combustíveis para geração de energia termoelétrica, produtos químicos, materiais inorgânicos e reciclagem de fertilizantes. Neste trabalho explorou-se a celulignina, que é um combustível obtido pela pré-hidrólise ácida da biomassa, visando à obtenção de gás de síntese (singás) da celulignina para geração de energia termoelétrica com turbinas a gás, como substituto do gás natural. Para essa aplicação, e também para aplicações em síntese de produtos químicos e combustíveis pelo processo Fischer Tropsch, teores de metais alcalinos, enxofre e cloretos são críticos. A biomassa considerada foi a madeira de Eucalyptus grandis. O trabalho propõe a lixiviação aquosa daqueles contaminantes por pré-hidrólise ácida da biomassa, seguida da moagem a úmido da celulignina para razões líquido/sólido (L/S) otimizadas em relação ao consumo de água e aos teores finais dos contaminantes na biomassa tratada. A eficiência da sequência de tratamentos foi verificada medindo os teores de potássio, sódio, cloreto e enxofre total após cada etapa de lixiviação da celulignina. A pré-hidrólise ácida do E. grandis foi realizada na presença de ácido sulfúrico como catalisador, com produção de cerca de 67% de celulignina e 34% de solução de açúcares, em relação à quantidade de biomassa seca inicial. Os resultados desta etapa do processamento mostraram uma redução no teor de potássio de 3,3 vezes e no teor de sódio de 1,9 vez na celulignina em relação ao E. grandis in natura. A celulignina assim obtida foi submetida a uma sequência de moagem a úmido em moinho de martelos. Resultados apontaram a razão L/S = 12 como mais eficiente. O singás obtido da celulignina apresentou teores estimados de K+ + Na+= 600 ppb, Cl-=1,4 mg/Nm³ e enxofre total = 4 mg/Nm³. Isso significa uma redução de 1000 vezes em K+ + Na+ em relação à biomassa bruta. Nessas condições, o gás de síntese obtido já seria similar ao singás do gás natural, podendo ser usado em turbinas a gás. As aplicações com o gás de síntese no processo Fischer Tropsch não estão descartadas já que as especificações do gás natural para essa mesma aplicação permitem um máximo de enxofre de 70 mg/Nm³. Melhoramentos nos procedimentos de análise química em todas as etapas do processo são necessários para levar a resultados mais acurados. Melhoramentos nos equipamentos de controle das emissões gasosas na geração do singás tendem a diminuir os teores de enxofre para os níveis previstos em norma (< 1mg/Nm³). / This work is part of the Program Biomass - Energy - Materials - PROBEM?, whose Biomass Refinery develops technologies for a self-sustaining exploration of lignocellulosic and oily biomass. The main products are fuels for thermal and electricity energy generation, chemicals, materials and recycled inorganic fertilizers. This work explores the cellulignin, which is a fuel obtained by acidic prehydrolysis of biomass aiming to produce synthesis gas (syngas) as a substitute for natural gas for themoelectrical energy generation with gas turbines. This application, and also for the Fischer Tropsch process, of alkali metals, sulfur and chlorine concentrations in the syngas must be very low. The selected biomass is Eucalyptus grandis. The main objectives are to promote the aqueous leaching of those contaminants from cellulignin by a sequence of treatments, and to obtain the syngas by gasification of the cleaned cellulignin. The aqueous leaching of contaminants is carried out by acidic prehydrolysis of the wood, followed by the wet grinding of cellulignin at different liquid / solid (L/S) rations optimized with respect to water consumption and the final concentration of contaminants in the treated biomass. The efficiency of the sequence of treatments was checked by measuring potassium, sodium, chloride and sulfur contents in the cellulignin after each leaching step. Prehydrolysis of E. grandis was carried out using sulfuric acid as a catalyst, producing 67% of cellulignin and 34% of hydrolysate in relation to the initial dry biomass mass. Results after prehydrolysis showed a reduction of 3.3 times in the potassium content and of 1.6 times for sodium in the unwashed cellulignin in relation to the E. grandis \'in natura\'. The cellulignin so obtained was wet-ground in hammer mill. Results showed the L/S = 12 as the more efficient ratio in the grinding step. After gasification of the cellulignin the estimated values of the contaminants in the syngas were K++Na+ = 600 ppb, Cl- =1,4 mg/Nm³, and total S = 4 mg/Nm³, similar to the syngas from natural gas specifications for those elements. This means that the syngas from the cellulignin can be used as a fuel in gas turbines, replacing the syngas obtained from natural gas. Yet, its application in the Fischer Tropsch process is not discarded because maximum sulfur content allowed in the natural gas for that application is 70 mg/Nm³. Improvements have to made on the analytical procedures to ensure more accurate results, and is also necessary to improve the efficiency of the equipments for gas emission control in the syngas generation process. The last improvement should lower the S content to the specification values for the syngas (< 1mg/Nm³).

Materiais lignocelulósicos, como a palha de cevada, são fontes de baixo custo com potenciais aplicações em bioprocessos. A fração hemicelulósica destes materiais pode ser hidrolisada usando-se ácidos minerais, para a liberação de seu principal açúcar componente, a xilose que é substrato para a bioprodução de xilitol. Já a fração celulósica pode ser deslignificada fazendo uso de álcalis e posteriormente hidrolisada com ácidos minerais para a liberação da glicose. O principal objetivo desta pesquisa foi avaliar economicamente a bioprodução de xilitol a partir da fração hemicelulósica da palha de cevada. A caracterização química da palha de cevada revelou a presença de 38,55% de celulose, 21,41% de hemicelulose e 19,90% de lignina. Após a etapa de caracterização a palha foi hidrolisada utilizando-se ácido sulfúrico para extração da xilose, empregando-se um planejamento fatorial 24-1. As melhores condições de hidrólise foram a uma temperatura de 120ºC, concentração ácida de 2,6%, tempo de reação de 20 minutos e relação sólido: líquido de 1:13,5. Nessas condições obteve-se um rendimento de extração de xilose da ordem de 84,38%. A celolignina resultante desse processo foi submetida a uma nova hidrólise de acordo com planejamento experimental 24-1 sendo que as melhores condições de hidrólise para a máxima eficiência de extração de glicose de 67,96% foi a uma temperatura de 179ºC, concentração ácida de 3%, tempo de reação de 30 minutos e relação sólido: líquido de 1:8. Após a realização das hidrólises, o hidrolisado hemicelulósico foi submetido à destoxificação para eliminação dos compostos inibitórios ao metabolismo microbiano e sua posterior fermentação com a levedura Candida guilliermondii enquanto o hidrolisado celulósico rico em glicose foi utilizado para suplementar o meio de fermentação constituído do hidrolisado hemicelulósico uma vez que a glicose foi um dos parâmetros nutricionais avaliados no planejamento fatorial 26-2 utilizado para as fermentações realizadas em frascos Erlenmeyer. Estes experimentos foram realizados por 72 horas e as melhores condições de cultivo determinadas pelo modelo foram: 3,0 g/L de sulfato de amônio, 1,0 g/L de cloreto de cálcio, 20,0 g/L de solução de extrato farelo de arroz e hidrolisado hemicelulósico contendo o teor de 60 g/L de xilose sendo que a concentração inicial de células em cada frasco foi de 1,0 g/L. Nestas condições obteve-se um consumo de xilose e eficiência de conversão de 96,59 e 59,98%, respectivamente, sendo a produtividade volumétrica de xilitol de 0,48 g/L.h. A fim de avaliar o efeito da disponibilidade de oxigênio sobre a bioconversão de xilose em xilitol foram realizadas fermentações empregando-se as melhores condições de cultivo obtidas em frascos agitados em reator de 1L onde os parâmetros agitação e aeração foram estudados segundo um planejamento fatorial 22. De acordo com os resultados os máximos valores de produção, produtividade volumétrica e fator de conversão de xilose em xilitol foram 51,28 g/L, 0,71 g/L.h e 0,88 g/g, respectivamente, quando a agitação foi de 200 rpm e aeração de 0,9 vvm (KLa&#8773;18h-1) em 72 horas de fermentação. As condições de fermentação estabelecidas durante a utilização de reator de 1 L foram então empregadas para avaliar o processo a partir de um reator de maior capacidade (16 L), utilizando como critério de ampliação o KLa. Os valores de produção, produtividade volumétrica e fator de conversão de xilose em xilitol foram respectivamente 55,63 g/L, 0,77 g/L.h e 0,91 g/g, correspondendo a eficiência de conversão de 99,23%. O caldo fermentado resultante desta fermentação foi submetido à centrifugação e posterior clarificação. Por fim foi realizado um estudo econômico em cada etapa do processo considerando os equipamentos, os meios de cultivo empregados e reagentes, consumo de energia elétrica e água utilizados no processo, bem como a depreciação dos equipamentos. Após este estudo constatou-se que o valor para o xilitol produzido por via biotecnológica a partir do hidrolisado hemicelulósico de palha de cevada é de R$ 1.389,05. / Lignocellulosic materials, such as barley straw, are sources of low cost and with potential applications in bioprocesses. The hemicellulosic fraction of these materials can be hydrolyzed using mineral acids to release xylose, its major sugar component, which is substrate to bioproduction of xylitol. The cellulosic fraction can be delignified using alkalis followed by treatment with mineral acids to release glucose. The main objective of this research was to evaluate the economic bioproduction of xylitol from hemicellulosic fraction of barley straw. Chemical characterization of barley straw revealed the presence of 38.55% cellulose, 21.41% hemicellulose and 19.90% lignin. After the characterization stage, the barley straw was hydrolyzed with sulphuric acid for the extraction of xylose using a 24-1 factorial design. The optimum condition was temperature 120ºC, acid concentration 2.6%, reaction time 20 min and solid:liquid ratio 1:13.5. Under this condition the xylose extraction yield was about 84.38%. The celolignin was then submitted to a new hydrolyze according to a 24-1 factorial design and the best condition for maximum glucose extraction yield (67.96%) was temperature 179ºC, acid concentration 3%, reaction time 30 min and solid:liquid ratio 1:8. After hydrolysis, the hemicellulosic hydrolysate was submitted to a detoxification step to eliminate the compounds inhibitory to the microbial metabolism and fermentation with the yeast Candida guilliermondii while the cellulosic hydrolysate, rich in glucose, was used to supplement the fermentation medium consisting of the hemicellulosic hydrolysate as glucose was one of the nutritional parameters evaluated in the factorial design 26-2 employed to the fermentations carried out in Erlenmeyer flasks. These experiments were conducted for 72 h and the best culture conditions determined by the model were: 3.0 g/L ammonium sulfate, 1.0 g/L calcium chloride, 20.0 g/L solution of rice straw and hemicellulosic hydrolysate containing 60 g/L xylose. The initial cell concentration in each flask was 1.0 g/L. Under this condition the xylose consumption and conversion efficiency was 96.59 and 59.98%, respectively. The volumetric productivity of xylitol was 0.48 g/L.h. To evaluate the effect of oxygen availability on the bioconversion of xylose into xylitol It was realized fermentations employing the best culture conditions obtaining under agitation in 1L reaction where the parameters agitation and aeration were studied using a 22 factorial design. According to the results the maximum values of production, volumetric productivity and the factor of xylose concentration into xylitol were 51,28 g/L, 0.71 g/L.h and 0.88 g/g, respectively, when the agitation was 200 rpm and aeration 0.9 vvm (KLa&#8773;18h-1) in 72 h fermentation. The fermentation conditions established during the utilization of 1 L reactor were then employed to evaluate the process from a reactor of higher capacity (16 L), and KLa was use as criteria to scale up. Production, volumetric productivity and the factor of xylose conversion into xylitol were 55.63 g/L, 0.77 g/L.h and 0.91 g/g, respectively, corresponding to a conversion efficiency of 99.23%. The fermented broth obtained from this fermentation was centrifuged and clarified. An economic study was realized for each stage of the process, considering equipment, reagents of the culture media, electric energy consumption and water utilized in the process, as well as equipment. It was found that the value of biotechnological produced xylitol from hemicellulosic hydrolysate of barley straw is R$ 1.389.05.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-09-12T14:54:13Z No. of bitstreams: 1 BRUNO RAFAEL PEREIRA NUNES - DISSEERTAÇÃO PPGEQ 2011..pdf: 859694 bytes, checksum: bacdea10710b33aa5a5be8070e2ac852 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-12T14:54:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BRUNO RAFAEL PEREIRA NUNES - DISSEERTAÇÃO PPGEQ 2011..pdf: 859694 bytes, checksum: bacdea10710b33aa5a5be8070e2ac852 (MD5) Previous issue date: 2011 / Por motivos econômicos, geopolíticos e ambientais as atenções do mundo se voltam para as fontes alternativas de energia. As iniciativas nacionais contemplam o desenvolvimento de novas tecnologias com base na biomassa lignocelulósica, proporcionando assim a sua utilização como matéria-prima no processo de obtenção do bioetanol. Devido à dificuldade encontrada na fermentação, por causa do surgimento de substâncias inibidoras durante a hidrólise ácida, este trabalho teve como objetivo estudar a utilização de argilas com ocorrência no estado da Paraíba, bentonita e vermiculita, para adsorver furfural e hidroximetilfurfural, inibidores presentes no licor hidrolisado. Testes preliminares foram realizados utilizando as argilas vermiculita natural e organofílica e as argilas bentonita verde claro e justina. Durante a realização destes testes mediu-se a quantidade de adsorbato no início e ao término dos ensaios utilizando-se um espectrofotômetro a 284 nm, para que com estes valores pudéssemos calcular a quantidade de cada inibidor adsorvido (q) e removido (%R) por cada argila. Observou-se que as argilas vermiculita natural e organofílica adsorveram quantidades de furfural maiores que as argilas bentonita, 22,95 e 13,36 (mg/g), respectivamente. Novos experimentos foram realizados com estas argilas utilizando como ferramenta o planejamento fatorial 2² com três repetições no ponto central, objetivando-se avaliar a influência do pH e da massa de adsorvente em relação a capacidade de adsorção q(mg/g) e de remoção (%R), onde se verificou a necessidade da utilização de um planejamento estrela, uma vez que houve influência da curvatura. Observou-se também que, independente da argila utilizada, se obteve quantidades semelhantes de inibidor adsorvidas, mostrando que a utilização da vermiculita natural torna-se mais viável, uma vez que a obtenção da vermiculita organofílica requer procedimentos dispendiosos. Durante a realização dos experimentos do planejamento estrela, utilizando vermiculita natural, acompanhou-se a cinética do processo analisando-se o comportamento da concentração de inibidores com o tempo, onde se constatou, na maioria dos experimentos, uma diminuição maior, nos minutos iniciais, seguida por uma região de estabilidade, em torno de 30 minutos, e um aumento das concentrações nos minutos finais. Após a realização do planejamento verificou-se a influência dos fatores estudados na adsorção de furfural e HMF e pôde-se concluir que, segundo esta análise, a massa de adsorvente apresenta influência apenas sobre a quantidade adsorvida (q) dos inibidores para a argila utilizada, e que o pH não influenciou em nenhuma resposta deste processo. A quantidade de inibidor removida pelos adsorventes estudados é baixa quando se compara com outros métodos utilizados, porém a sua combinação com alguns destes métodos pode gerar melhores resultados. / For economic, geopolitical and environmental reasons the world attention turned to alternative sources of energy. National initiatives include the development of new technologies based on lignocellulosic biomass, thus allowing for its use as feedstock in the process of production of bioethanol. Due to the difficulty encountered in the fermentation, because of the appearance of inhibitors during hydrolysis, this work aims at studying the use of clays occurring in the state of Paraiba, bentonite and vermiculite, to adsorb furfural and hydroxymethylfurfural, inhibitors present in the liquor hydrolyzed. Preliminary tests were conducted using natural and organophilic vermiculite clays and light green and justina bentonite clays. During this testing was measured the amount of adsorbate at the beginning and end of the tests using a spectrophotometer at 284 nm, so that these values could calculate the amount of each inhibitor adsorbed (q) and removed (%R) for each clay. It was observed that the clays and organophilic natural vermiculite adsorbed larger amounts of furfural that bentonite clays, 22.95 and 13.36 (mg / g), respectively. New experiments were performed with these clays using the tool as 2² factorial design with three replications at the central point, aiming to evaluate the influence of pH and adsorbent mass for the adsorption capacity q (mg/g) and removal (%R), where was observed a need to use a star planning, since was influence of the curvature. It was also noted that regardless of the clay used was obtained similar amounts of adsorbed inhibitor, showing that the use of natural vermiculite becomes more feasible, since the achievement of organophilic vermiculite requires more procedures. During the realization for experiments from the star planning , using natural vermiculite, was followed by the kinetic of the process for the analyzing the behavior of the concentration of inhibitors over time, where we found, in most experiments, a greater decrease in opening minutes followed by a region of stability, about 30 minutes, and an increase in concentrations in the final minutes. After the completion of planning there was the influence of the factors studied in the adsorption of furfural and HMF and it was concluded that under this analysis, the adsorbent mass has influence only on the amount adsorbed (q) inhibitors for the clay used And that the pH did not influence this process in any response. The amount of inhibitor removed by adsorbents studied is low when compared with other methods, but its combination with some of these methods can produce better results.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-01T13:08:20Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lorena Costa Vasconcelos Macedo - 2016.pdf: 2158010 bytes, checksum: 6fe7ebd2c875341e61444e1eaf37fa19 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-01T13:08:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lorena Costa Vasconcelos Macedo - 2016.pdf: 2158010 bytes, checksum: 6fe7ebd2c875341e61444e1eaf37fa19 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-01T13:08:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lorena Costa Vasconcelos Macedo - 2016.pdf: 2158010 bytes, checksum: 6fe7ebd2c875341e61444e1eaf37fa19 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 / This study examined the performance of pineapple bagasse for the production of reducing sugars after pretreatment with alkaline hydrogen peroxide and acid and enzymatic hydrolysis. They were determined after conducting preliminary acid and enzymatic hydrolysis the best conditions for the bagasse pineapple used in dry form, "in natura" and washed. Chosen the dry pomace condition, this was separated granulometrically, wherein the average diameter fractions of 1.242 mm and 0.564 mm were predominant among the amounts of sieved bagasse, these two fractions were then chosen and denominated 20 and 48 mesh respectively, to evaluate the influence of particle size on the release of total reducing sugars. Type DCCR designs were conducted to evaluate the influence of weather pretreatment (h) Temperature (°C) and concentration of alkaline hydrogen peroxide (%) in the performance of acid and enzymatic hydrolysis, which was measured by the release of total reducing sugars (TRS). Moreover, the mass loss caused in the samples 20 and 48 mesh after pretreatment with alkaline hydrogen peroxide were observed. The results showed that the highest yields of reducing sugars obtained for fractions 20 and 48 mesh, both the acid hydrolysis with diluted sulfuric acid 2.9% (v/v) as the enzymatic hydrolysis with 9 FPU / g dry biomass at 50 °C and pH 4.8, were obtained when using lower levels of time, temperature and concentration of peroxide to the pre-treatment with hydrogen peroxide. The ART mass analysis after 8 h of reaction at 20 °C and concentration of alkaline hydrogen peroxide at 2% (v/v) to acid and enzymatic hydrolysis at residue 20 mesh, were 0.092 g/g ART dry bagasse and 0.063 g/g of dry bagasse ART respectively. As for the enzymatic and acid hydrolysis in the residue 48 mesh under the same conditions was 0.074 g/g dry bagasse ART and 0.058 g/g ART respectively. Therefore, it is believed that the smaller mass loss is related to obtaining higher yield of reducing sugars. This is because, observing the mass losses of such biomasses intended to acid and enzymatic hydrolysis, in both fractions pineapple pulp, 20 and 48 mesh after pretreatment with alkaline hydrogen peroxide were detected smaller mass loss of 77.829% and 83.182% for bagasse of 20 mesh and 83.724% and 83.493% for the bagasse of 48 mesh. / Neste trabalho analisou-se o desempenho do bagaço de abacaxi para produção de açúcares redutores após o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino e hidrólises ácida e enzimática. Foram determinadas após a realização de prévias da hidrólise ácida e enzimática as melhores condições para os bagaços do abacaxi usados sob a forma seca, “in natura” e lavada. Escolhida a condição do bagaço seco, este foi separado granulometricamente, sendo que as frações de diâmetro médio de 1,242 mm e 0,564 mm apresentaram predomínio dentre as quantidades do bagaço peneirado, estas duas frações foram então escolhidas e denominadas de 20 e 48 mesh respectivamente, com o objetivo de avaliar a influência do tamanho da partícula na liberação dos açúcares redutores totais. Foram realizados planejamentos do tipo DCCR a fim de avaliar a influência do tempo de pré-tratamento (h), temperatura (°C) e concentração de peróxido de hidrogênio alcalino (%) no desempenho das hidrólises ácida e enzimática, que foi mensurado pela liberação de açúcares redutores totais (ART). Além disso, foram observadas as perdas mássicas ocasionadas nas amostras de 20 e 48 mesh após o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino. Os resultados demostraram que os maiores rendimentos em açúcares redutores, obtidos para as frações, de 20 e 48 mesh, tanto na hidrólise ácida com ácido sulfúrico diluído 2,9% (v/v), quanto na hidrólise enzimática com 9 FPU/g de biomassa seca a 50°C e pH 4,8, foram obtidos quando se utilizou os menores níveis de tempo, temperatura e concentração de peróxido para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio. As análises de massa de ART após 8 h de reação, temperatura de 20°C e concentração de peróxido de hidrogênio alcalino a 2% (v/v) para a hidrólise ácida e enzimática no bagaço de 20 mesh, foram 0,092 g/g de ART bagaço seco e 0,063 g/g de ART bagaço seco respectivamente. Enquanto para a hidrólise enzimática e ácida no bagaço de 48 mesh nas mesmas condições foram 0,074 g/g de ART bagaço seco e 0,058 g/g de ART, respectivamente. Portanto, acredita-se que a menor perda mássica relaciona-se ao maior rendimento na obtenção de açúcares redutores. Isto porque, observado as perdas mássicas nessas biomassas destinadas às hidrólises ácidas e enzimáticas, em ambas as frações do bagaço de abacaxi, 20 e 48 mesh, após o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino foram detectadas as menores perdas mássicas de 77,829% e 83,182% para os bagaços de 20 mesh e de 83,724% e 83,493% para os bagaços de 48 mesh.

O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo gerado no processo de produção de açúcar e álcool pelas usinas. O histórico de uso desse material aponta para a queima visando à produção de vapor e energia para o processo. As necessidades ambientais e econômicas ligadas tanto à emissão de gases estufa quanto as áreas agricultáveis apontam para um melhor aproveitamento desse resíduo que é constituído de cerca de 50% de celulose, 28% de hemiceluloses (também chamadas polioses), 21% de lignina e 1% de inorgânicos. Dentro desse contexto este trabalho visou à utilização da celulose do bagaço para a obtenção de açúcares fermentescíveis para a produção de etanol de 2&ordf; geração. O bagaço foi desmedulado e a fração fibra foi pré-hidrólisada visando eliminar as hemiceluloses. Em seguida a fração fibra pré-hidrolisada foi deslignificada através de polpação soda antraquinona (SAQ). A polpa celulósica da fração fibra do bagaço foi hidrolisada em ácido sulfúrico e ácido clorídrico através do método \"ELA\", extremely low acid. Esse método utiliza ácido mineral muito diluído, altas temperaturas e pressões. As temperaturas de hidrólise utilizadas compreenderam a faixa de 180 a 230&deg;C e as concentrações de ácido sulfúrico e ácido clorídrico utilizadas foram 0,07%, 0,14% e 0,28% e 0,05%, 0,10% e 0,20%, respectivamente. A razão sólido-líquido empregada foi 1:20 (m/v) e os reatores utilizados foram de aço inox 316L. A perda de massa após os experimentos de hidrólise foi quantificada e a composição dos hidrolisados foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Paralelamente um estudo de degradação de glicose em ácido sulfúrico e ácido clorídrico foi conduzido com o objetivo de minimizar a degradação de glicose e conseqüentemente aumentar o seu rendimento. Através desse estudo também foi possível comparar o efeito de cada ácido na cinética de degradação de glicose. A faixa de temperatura utilizada foi de 200 a 220&deg;C e a faixa de concentração de ácido sulfúrico e ácido clorídrico foi a mesma empregada nos estudos de hidrólise ácida. As constantes de velocidade de ordem um obtidas através de regressões lineares dos dados de perda de massa foram utilizadas para calcular a energia de ativação de Arrhenius. As energias de ativação médias obtidas para a reação com H2SO4 e HCl foram 184.9 e 183.5 kJ/mol, respectivamente. O rendimento máximo de glicose para a hidrólise da polpa celulósica em H2SO4 foi 69,8% e em HCl foi 70,2%. As constantes de velocidade de ordem um obtidas através de regressões lineares dos dados de glicose residual para a degradação de glicose também foram utilizadas para calcular a energia de ativação de Arrhenius. As energias de ativação médias para a decomposição de glicose em H2SO4 e HCl foram 124.5 e 142.9 kJ/mol, respectivamente. Através dos estudos realizados foi possível concluir que HCl foi um catalisador mais efetivo que o H2SO4 com base no valor das constantes de velocidade determinadas e nos rendimentos máximos de glicose obtidos. Porém, o HCl é menos vantajoso economicamente que o H2SO4 e os íons cloreto são responsáveis por tornar esse ácido mais corrosivo que o H2SO4. / Sugarcane bagasse is a residue from sugar and alcohol production process. In the industry of sugar and alcohol this residue is burned to produce steam and energy for the process. The environmental and economic needs related to both emission of greenhouse gases and the increase of sugarcane planted area point to be a better utilization of the bagasse. The approximate composition of sugarcane bagasse is 50% cellulose, 28% hemicelluloses, 21% lignin and 1% inorganic compounds. From this view point, this work aimed to use cellulose from sugarcane bagasse to obtain fermentable sugars to produce second generation ethanol. Depithed bagasse was pre-hydrolyzed to remove hemicelluloses. Afterwards, pre-hydrolyzed depithed bagasse was pulped using soda-anthraquinone (SAQ) method to remove lignin. Cellulosic pulp was hydrolyzed employing the ELA conditions. Sulphuric acid and hydrochloric acid were chosen as hydrolysis catalysts. The ELA uses mineral acid in extremely low concentration, high temperatures and pressures. The temperature range chosen for kinetic study was from 180 to 230&deg;C. The H2SO4 concentration was 0.07%, 0.14%, and 0.28% and HCl concentration was 0.05%, 0.10%, and 0.20%. In hydrolysis experiments the solid-liquid ratio employed was 1:20. Reactors resistant to acid corrosion made by 316L-stainless steel were used in the experiments. The weight loss after the hydrolysis experiments was determined and the hydrolysate composition was analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). A study of glucose decomposition in both acid catalysts was also carried out. The aim of this study was to minimize glucose degradation and acquire data to compare the effect of catalyst type on glucose degradation. The temperature range employed was from 200 to 220&deg;C and the catalysts concentration was the same described above. First-order rate constants for hydrolysis of cellulosic pulp were obtained from linear regressions using data from weight loss. These rate constants were also used to calculate Arrhenius activation energy. The average activation energies for H2SO4 and HCl were 184.9 and 183.5 kJ/mol, respectively. The maximum glucose yields obtained in H2SO4 and HCl were 69.8% and 70.2%, respectively. First-order rate constants for glucose decomposition were also obtained from linear regressions and also used to calculate Arrhenius activation energy. The average activation energies for glucose decomposition in H2SO4 and HCl were 124.5 e 142.9 kJ/mol, respectively. From the results of kinetic studies was possible to conclude that HCl was a more efficient catalyst than H2SO4. Moreover, HCl is more expensive than H2SO4 and chloride ions are responsible for making HCl more corrosive than H2SO4.