Made available in DSpace on 2014-06-12T22:57:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4118_1.pdf: 5176013 bytes, checksum: 8fd4305c9e441f0bafca3cb13cd213c0 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Hymenolobium petraeum é uma espécie pertencente a família leguminosae e conhecida popularmente como angelim-amarelo, angelim-aroeira, angelim-pedra, angelimvermelho e murarema. A madeira é muito utilizada na medicina popular na cura de úlceras, bem como na indústria madeireira para construção civil por sua alta durabilidade e resistência ao ataque de cupins, fungos e outros parasitas. Os extrativos em ciclohexano, acetato de etila e etanol foram avaliados segundo sua bioatividade, frente a larvas de Aedes aegpti. Apenas o extrato em acetato de etila apresentou uma significativa atividade larvicida. A total mortalidade das larvas foi observada nas concentrações (10, 100 e 250 ppm) deste extrato. Nele foram identificados alguns constituintes químicos, através de análises espectroscópicas, GC-MS, ESI-MS, 1HRMN e 13C-RMN uni e bidimensionais e em comparação com os dados da literatura. Os compostos identificados foram: palmitato de etila e estearato de metila, 1 pterocarpeno (HP-1) anidrotuberosina, 2 coumestanos: (HP-2) coumestrol e (HP-3) sophorocoumestano A e uma isoflavona impura (HP-4) daidzeina, todas descritas pela primeira vez nesta espécie. A composição química desta madeira foi quantificada sendo obtidos 52% de celulose e hemicelulose, 33,65% lignina total, 9,05% de extrativos e 0,8% de cinzas. A identificação de lignina foi determinada por análise elementar, RMN de 1H e IV, sendo observado um conteúdo de 40% de unidades siringila e 60% de guaicila, típicos de madeiras folhosas. As substâncias isoladas no extrato em acetato de etila foram submetidas à atividade larvicida e constatou-se que (HP-1) causou a mortalidade de 71 ±8% das larvas na concentração de 100 ppm, 43 ±6% em 50 ppm e 18±2% em 10 ppm e (HP-4) apresentou 88 ±2% em 10 ppm e nas concentrações de 50 e 100 ppm a mortalidade foi total. A natural resistência desta madeira ao ataque de fungos da podridão branca foi avaliada utilizando-se, Phanerochaete chrysosporum, Pycnoporus sanguineus, Schizophyllum communee, Lentinula edodes e Trametes vellosa, e não foi observado crescimento de nenhum dos fungos testados tanto na madeira com extrativos como com a madeira livre de extrativos

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Eduardo Coselli Vasco de Toledo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Polowski_NataschaVigdis_M.pdf: 4178236 bytes, checksum: 955c3738e418197b8c3759e9d8e7d75f (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Em nível global, a indústria de celulose e papel está começando a experimentar os beneficios dos recentes desenvolvimentos na área de modelagem e controle de processos.Técnicas avançadas de simulação e controle oferecem ferramentas que permitem a análise e o projeto eficiente para processos multivariáveis não lineares e que envolvem o projeto, a inferência, a otimização e o controle automático do processo. A indústria de celulose utiliza cozinhadores, conhecidos como digestores, que são vasos de pressão onde os cavacos de madeira são tratados com licor de cozimento (hidróxido de s ódio e sulfeto de sódio) de composição determinada, a pressão e temperatura estabeleci das, visando a produção de polpa celulósica. Dentro deste contexto, os digestores podem ser classificados como contínuo (Kamyr) e descontínuo (Batch). O objetivo deste trabalho é estudar o processo de obtenção da polpa celulósica a partir da análise dos principais fenômenos fisico - químicos que ocorrem em um digestor kraft descontínuo. As predições a partir do modelo utilizado (Mirams e Nguyen, 1994) permitem a avaliação do comportamento dinâmico e a análise da sensibilidade paramétrica do processo, observando-se quais os parâmetros operacionais e as variáveis do processo que mais influenciam o comportamento do reator. O modelo do digestor descontínuo considera a difusão nos poros da madeira iniciada durante a impregnação dos cavacos. Outra característica do modelo é a sua adaptação de modo a considerar as reações de deslignificação como reações simultâneas de três diferentes tipos de lignina, sendo que a mais reativa reage mais rapidamente. Esta abordagem apresenta um novo ponto de vista para a teoria das três fases da reação, uma vez que seus resultados podem ser interpretados como se a reação de cada lignina fosse responsável por uma fase específica da reação (deslignificação inicial, principal e residual). Com relação à solução do modelo, esta foi baseada no Método das Linhas, a qual consiste na utilização do Método da Colocação Ortogonal para a discretização das equações parciais do modelo. A integração temporal das equações diferenciais ordinárias foi resolvida pelo integrador LSODE, (V asco de Toledo, 1999). Os resultados obtidos pelo modelo reproduziram as principais características dinâmicas do sistema, possibilitando compreender as etapas principais na obtenção da celulose sob determinadas condições operacionais do digestor. Isso permite a sua utilização para estudos de controle, otimização e projeto de reator descontínuos de forma segura e eficiente / Abstract: Global1y, the Kraft pulping process is beginning to get use of the benefits of the recent developments in the modeling area and process control. Advanced techniques of simulation and control offer tools that allow the analysis and efficient design of multivariable non-linear process, involving the optimization and the advanced control of the process. The pulp industry uses some equipment named digesters, which are pressure vessels where the chip of wood are treated with cooking liquor (sodium hydroxide and sodium sulfide) with defined composition, established pressure and temperature, aiming to the cellulosic pulp production. In this context, the digesters can be c1assified as continuous (Kamyr) and discontinuous digester (Batch). The aim of this work is to study the production process of the cellulosic pulp from the analysis of the Physical-Chemical Phenomena that occur in a discontinuous kraft digester. The predictions from the considered model (Mirams e Nguyen, 1994) allow the evaluation of the dynamic behavior and the analysis of the parametric sensitivity of the process, observing which is the operational parameter and variable of process that influence the most reactor behavior. The model for a descontinuous digester considers the diffusion into the wood pores initiated during the impregnation of the chips. Another characteristic of the model is its adaptation in order to consider the delignification reactions as simultaneously reactions with three different types of lignin, with the most reactive lignin reacting more quickly. This approach present a new point of view for the theory of three phases of the reaction, interpreting its results as if the reaction qf each lignin was responsible for a specific phase of the reaction (initial delignification, bulk and residual). Regarding the solution of the model it was based on "Line Method", which consist on usaged of Orthogonal Collocation for discretization of the partial differential equations. The temporal integration of the ordinary differential equations was solved by integrator LSODE (Vasco de Toledo, 1999). The obtained results from the model reproduced the main dynamic characteristics of the system, making possible the knowledge of the main stages in the production of the cellulose under determined operational conditions of the digester. These results can them be used in control, optimization and design studies in a safe and efficient way / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Crispin Humberto Garcia-Cruz / Banca: Javier Telis Romero / Banca: Fernanda Maria Pagane Guereschi Ernandes / Resumo: O milho é uma das culturas mais produzidas no Brasil e durante o seu processamento apresenta como rejeitos o sabugo, caule, folhas e a palha que podem ser utilizados como biomassa para produção de bioetanol de segunda geração. Estima-se que para cada tonelada de milho produzido 2,3 toneladas são rejeitos. Entretanto, para a utilização deste substrato é necessário um tratamento inicial de hidrólise ácida, básica ou enzimática para a remoção da lignina e hemicelulose deixando exposta a celulose, que pode ser utilizada como substrato por microrganismos. Portanto, este trabalho teve como objetivo estudar a produção de etanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 a partir do sabugo de milho hidrolisado que foi utilizado como substrato. Para isto variaram-se diferentes concentrações de ácido sulfúrico (2,5; 5,0; 7,5 e 10,0%) em diferentes tempos de aquecimento em autoclave (15 e 30 minutos). Foi avaliado o efeito da desintoxicação nos hidrolisados para a remoção de compostos inibidores da fermentação produzidos durante a hidrólise nos diferentes tempos de aquecimento e o efeito de diferentes velocidades de agitação (0, 50 e 100 rpm) na fermentação do hidrolisado. Foi avaliada a produção de etanol utilizando o meio hidrolisado de sabugo de milho (na concentração de 20, 40 e 60 g/L de açúcares redutores). Também foi estimada a produção de etanol utilizando um meio sintético adicionado de glicose (nas concentrações de 40 e 60 g/L) que serviu como padrão de comparação na... / Abstract: Corn is one of the most produced crops in Brazil and it can be grown in any soil or climate. During its processing, it presents as tailings the cob, stem, leaves and straw that can be used as biomass for bioethanol production. It is estimated that for each ton of corn produced 2,3 tons are tailings. However, the use of this substrate requires an initial treatment of acidic, basic or enzymatic hydrolysis for the removal of lignin and hemicellulose exposing cellulose, which can be used as a substrate by microorganisms. Therefore, the aim of this research is to study the ethanol production on the yest Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 from hydrolyzed corn cob wich was used as substrate. For this purpose, different concentrations of sulfuric acid (2,5, 5,0, 7,5 and 10,0%) were used under different autoclaving heating periods (15 and 30 minutes). The effect of detoxification on hydrolysates to remove fermentation inhibitor compounds produced during the hydrolysis at the different heating periods and the effect of different stirring rates (0, 50 and 100 rpm) was evaluated in the fermentation of hidrolizate. The ethanol production was evaluated using a hydrolyte environment (at concentration of 40 and 60 g/L). The ethanol production was also evaluated using a synthetic medium added with glucose (at concentrations of 20, 40 and 60 g/L), which will serve as a comparison standard when using the medium containing hydrolyzed corn cob. The results indicate that the best H2SO4 ... / Mestre

Para quantificar o teor de lignina em alguns cultivares de aveia, foi utilizado o método espectrofotométrico "lignina solúvel em brometo de acetila – LSBA", onde a lignina é solubilizada em uma solução a 25% de brometo de acetila em ácido acético glacial e em seguida sua absorbância lida a 280 nm; como padrão de referência foi utilizada a lignina extraída da aveia através de uma solução ácida de dioxana. A quantificação da lignina foi realizada em oito cultivares de aveia, nas frações planta inteira, caule e folha, em três estádios de maturidade (45, 55 e 65 dias de idade). Os resultados obtidos foram comparados com três métodos gravimétricos: lignina detergente ácido (LDA), lignina permanganato de potássio (LPer) e lignina Klason (LK). Os quatro métodos estudados mostraram teores de lignina diferentes entre si. Os resultados de LSBA foram superiores para quase todos os cultivares, ocorrendo o inverso para a LDA. Houve uma pequena diferença em relação aos dias de corte, com dados superiores para LSBA, onde o caule apresentou maior variação em relação às demais frações. As curvas de regressão e os espectrogramas indicaram presença de diferenças qualitativas entre as ligninas provenientes da aveia forrageira nos diferentes estádios de maturidade. / To quantify lignin content in some varieties of oat, it was employed the spectrophotometric method acetyl bromide soluble lignin – ABSL where lignin is dissolved into a 25% acetyl bromide solution in glacial acetic acid and its absorbance read at 280 nm; as a standard it was employed a, lignin extracted by mild acidic dioxane solution from the same sample. Lignin quantification was evaluated in eight oat cultivars, divided in three vegetable parts (whole plant, stem and leaf), and three different maturity stages (cuts at 45, 55 and 65 days). Obtained results were compared with three gravimetric methods: acid detergent lignin (ADL), potassium permanganate lignin (PerL) and Klason lignin (KL). All four methodologies yielded different results. Overall, ABSL yielded highest values whereas ADL yielded the lowest ones. There was a slight difference related to maturity, with higher values for ABSL, where stem fraction showed higher variation when comparing to the two other vegetable parts. Regression equations and espectrograms indicated the presence of qualitative differences between lignins from at distinct maturity stages.

O presente estudo teve por objetivo avaliar a eficiência da extração de lignina de cavacos da madeira de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla a partir de pré-tratamentos com xilenosulfonato de sódio (SXS), bem como determinar as condições ótimas destes, com intuito de aumentar a eficiência dos processos de polpação e branqueamento, através da redução da necessidade de reagentes. Primeiramente procedeu-se a caracterização física, química e morfológica da madeira. Na sequência os cavacos foram submetidos à pré-tratamentos a partir da combinação dos fatores: tempo (1, 3, 6, 9 e 12 h), concentração de SXS (0, 10, 20 e 30 %) e temperatura (110, 120 e 130 ºC). Após os pré-tratamentos determinaram-se os parâmetros de rendimento e teor de lignina remanescente nos cavacos, a partir dos quais obtiveram-se os pontos ótimos referentes a cada fator, para o máximo rendimento e extração de lignina. De posse dos pontos ótimos para cada parâmetro, esses foram replicados para obtenção de cavacos pré-tratados que foram utilizados nas curvas de cozimento pelo processo kraft de polpação com e sem a aplicação de antraquinona e comparados a cavacos normais. A partir das curvas de cozimento determinou-se a carga alcalina necessária para obtenção de polpa com número kappa 15 ± 0,5. Na sequência as polpas obtidas foram branqueadas, refinadas e avaliadas quanto as suas características físico-mecânicas. Os resultados da caracterização física, química e morfológica demonstraram que a madeira em questão apresenta valores consoantes com os citados na literatura. Os pré-tratamentos com SXS foram eficientes na extração da lignina. O pré-tratamento que proporcionou o maior rendimento foi 1 h, 0 %, 117,5 ºC; e a maior extração de lignina foi com 12 h, 30 %, 130 ºC, removendo 39,60 % desta. Com base nas curvas de cozimento observou-se que os valores de rendimento da polpa obtida a partir dos cavacos pré-tratados com SXS são muito inferiores aos cavacos normais, porém em contrapartida apresentaram alto grau de deslignificação, sendo possível obter polpa de mesmo número kappa com cargas de álcali ativo consideravelmente menores que para cavacos normais, desta forma aumentando a eficiência do processo de polpação. Para polpa com mesmo número kappa (15 ± 0,5) a carga alcalina necessária foi 34,8 e 37,6 % menor para os cavacos pré-tratados com SXS, sem e com antraquinona, respectivamente, quando comparado com os cavacos normais. As polpas obtidas dos cavacos pré-tratados apresentaram maior eficiência na pré-deslignificação com oxigênio e maior branqueabilidade. Em relação aos testes físicos e mecânicos, as polpas obtidas com o pré-tratamento com SXS apresentaram bom desempenho nas propriedades físicas, porém nas mecânicas foram inferiores. De maneira geral, o pré-tratamento dos cavacos da madeira de E. grandis x E. urophylla com SXS foi eficaz na extração de lignina, reduzindo a necessidade de reagentes químicos nas etapas de polpação e branqueamento, aumentando a eficiência de ambas. Assim recomenda-se o pré-tratamento de 12 h, 30 % SXS, 130 ºC para remoção da maior quantidade de lignina dos cavacos, de maneira a otimizar o processo de polpação kraft, reduzindo a necessidade de reagentes. / The present study aimed evaluate the efficiency of lignin extraction from wood chips of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla from pretreatments with sodium xylenesulphonate (SXS), and determine the optimum conditions of these, in order to increase the efficiency of the pulping and bleaching processes, by reducing the necessity of reagents. First of all proceeded the physical, chemical and morphological characterization of wood. After the chips were submitted to pretreatments from the combination of factors: time (1, 3, 6, 9 and 12 h), concentration of SXS (0, 10, 20 and 30 %) and temperature (110, 120, and 130 °C). After the pretreatments were determined the yield and the level of remaining lignin in the chips, from which was obtained the optimal points for each factor for maximum yield and lignin extraction. With the optimum points for each parameter, these were replicated to obtain pretreated wood chips that were used in the cooking curves from kraft pulping process, and compared with normal chips, both with and without anthraquinone. From the cooking curves were determined the alkaline charge required to obtain pulp with a kappa number of 15 ± 0.5, which was reproduced for evaluation the characteristics of the pulp obtained from the wood chips with and without pretreatment. Later these pulps were bleached, refined and evaluated for their physical and mechanical characteristics. The results of physical, chemical and morphological characterization showed that the wood in question has consonant with the values reported in the literature. The pretreatments with SXS were efficient to lignin extracting. The pretreatment that provided the highest yield was 1 h, 0 %, 117.5 °C; and the highest extraction of lignin was 12 h, 30 %, 130 °C, removing 39,60 % thereof. Based on the cooking curves was observed that the values obtained for yield of pulp from pretreated wood chips with SXS were much lower than normal chips, but in other hand showed a high delignification degree, being possible obtain pulp with the same kappa number with active alkali charges considerably smaller than for normal chips, thereby increasing the efficiency of the pulping process. For pulp with the same kappa number (15 ± 0.5) the alkaline charge required was 34.8 and 37.6 % lower for pretreated wood chips with SXS, without and with anthraquinone, respectively, when compared with normal chips. The pulps obtained from the pretreated wood chips showed higher efficiency in the pre-delignification with oxygen and higher bleachability. For physical and mechanical tests, the pulps obtained by pretreatment with SXS presented good performance in physical properties, but were lower in mechanical tests. In general way, the pretreatment of the wood chips of E. grandis x E. urophylla with SXS was efficient in the lignin extraction, reducing the necessity of the chemicals in pulping and bleaching stages, increasing the efficiency of both. Thus it is recommended pretreatment of 12 h, 30 % SXS 130 °C to remove as much of the lignin from the chips, in order to optimize the kraft pulping process, reducing the need for reagents.

O presente trabalho teve como objetivo, a caracterizacao da composicao quimica de diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902), e posterior hidrolise enzimatica para averiguacao de acucares redutores e sacarificacao da biomassa. As analises composicionais foram realizadas utilizando biomassa nas condicoes in natura, celulignina e polpa celulosica. As condicoes de pre-tratamento das amostras para hidrolise com acido sulfurico diluido (relacao s/l: 1,5:10; temperatura: 150 °C; concentracao acida: H2SO4 2% m/v; tempo: 30 minutos); e deslignificacao com hidroxido de sodio (1:10 s/l; 100 °C; 1% NaOH; 30 minutos) foram pre-estabelecidas de modo a determinar uma analise comparativa das diferentes variedades de bagaco de cana-de-acucar estudadas. A hidrolise enzimatica das amostras obtidas apos os pre-tratamento foram realizadas em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo tampao citrato (50 mM; pH 5; 1:20 s/l) e carga enzimatica (Celluclast 1.5 L - 75 FPU/mL e 13,5 UI/mL de ?-glicosidase; e Novozym 188 - 65 UI/mL de ?-glicosidase), e surfactante Tween 20 (0,15 g/g de bagaco). A composicao quimica das variedades de bagaco de cana-de-acucar, acucares redutores e sacarificacao da biomassa foram determinados por metodos cromatograficos, espectrofotometricos e gravimetricos tradicionais. Quanto a analise das variedades de cana tratada, a media dos valores observados: in natura - celulose (40,84%), hemicelulose (24,07%), lignina (33,7%) e cinzas (0,68%); extraido - celulose (38,83%), hemicelulose (27,32%), lignina (25,92), cinzas (0,32%) e extrativos (10,24%); celulignina - celulose (54,17%), hemicelulose (5,3%), lignina (37,28%), cinzas (0,54%) e polpa celulosica - celulose (77,48%), hemicelulose (6,07%), lignina (15,4%) e cinzas (0,32%). Os processos de hidrolise acida e deslignificacao demonstraram remocao eficaz da hemicelulose e da lignina (80% e 58%, respectivamente), e solubilizacao da biomassa (45% e 14%, em media). Os percentuais de sacarificacao da celulose das amostras apos 24 horas de reacao foram de 9,7% para bagaco extraido, 50,4% para celulignina e 72,87% para polpa celulosica. Nao foram observadas variacoes significativas na composicao quimica das cinco amostras estudadas, bem como diferenciacao na sacarificacao das mesmas. Evidenciou-se que emprego de variedades de bagaco de cana-de-acucar distintas utilizando pre-tratamentos em condicoes fixas nao alteram os percentuais quimico-estruturais do vegetal, bem como a recuperacao da glicose e dos acucares redutores presente na celulose. / The present work had as objective the chemical characterization of different varieties of sugarcane bagasse (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902) in different pretreatment conditions and the influence of pretreatments concerning varieties, reducing sugars recovery and biomass saccharification. Different pretreated biomass were obtained from in natura bagasse as it follows: extracted bagasse (24 hours/24 hours water/ethanol extraction in Sohxlet equipment), cellulignin (solid/liquid ratio: 1.5/10; temperature: 150 °C; acid concentration: H2SO4 2% w/v; residence time: 30 minutes); and cellulose pulp (1:10 solid/liquid ratio; 1% NaOH w/v; 100°C; 30 minutes). Enzymatic hydrolysis experiments were performed in 125 mL Erlenmeyers containing citrate buffer (50 mM; pH 5; 1:20 solid/liquid ratio), Tween 20 surfactant (0.15 g/g of bagasse) and commercial enzymatic loads of Celluclast 1.5 L (75 FPU/mL and 13,5 IU/mL of ?- glicosidase) and Novozym 188 (65 IU/mL of ?-glucosidase). Chemical composition of varieties, reducing sugars and biomass saccharification were determined by chromatographic, spectrometric and gravimetric traditional methods. Biomass presented an average composition in each condition as it follows: In natura - cellulose (40.84%), hemicellulose (24.07%), lignin (33.7%) and ashes (0.68%); Extracted - cellulose (38.83%), hemicellulose (27.32%), lignin (25.92), ashes (0.32%) and extractives (10.24%); Cellulignin - cellulose (54.17%), hemicellulose (5.3%), lignin (37.28%) and ashes (0.54%). Cellulose pulp - cellulose (77.48%), hemicellulose (6.07%), lignin (15.4%) and ashes (0.32%). Acid and alkaline hydrolysis presented effective removal of hemicellulose and lignin (80% and 58% respectively), showing as average biomass solubilization 45% and 14%. Saccharification after 24 hours of reaction presented 9,7% for extracted bagasse, 50.4% for cellulignin and 72.87% for cellulose pulp. There were no significant observations in chemical-structural composition and at cellulose saccharification of the five studied samples, showing that the variety did not present any relevant influence on pretreated sugarcane bagasse.

Métodos que convertem o bagaço de cana-de-açúcar em açúcares fermentescíveis são geralmente compostos por duas etapas principais: pré-tratamento para degradar a estrutura da planta e uma etapa de hidrólise enzimática ou química para converter as cadeias poliméricas em açúcares. Cada tecnologia de pré-tratamento tem um mecanismo diferente de ação sobre a estrutura do bagaço induzindo modificações físicas e/ou químicas, que são necessárias devido a presença de hemicelulose e lignina na parede celular da planta, o que impede o acesso das celulases nas partes internas do substrato. No presente trabalho, o processo quimio-mecânico foi utilizado para pré-tratar o bagaço de cana com o objetivo de aumentar a acessibilidade na parede celular pelas enzimas hidrolíticas. O processo associa a vantagem da remoção de um ou mais componentes do bagaço e o aumento da área superficial por trituração. Após o tratamento quimio-mecânico, rendimento do processo com adição de álcali foi de 91% e com sulfito alcalino de 75%, que corresponde à remoção de 33% e 53% de lignina e 13% e 29% da hemicelulose, respectivamente.A conversão de celulose de amostras pré-tratadas com álcali e sulfito-alcalino atingiu 50% e 85%, respectivamente, após 96 h de hidrólise enzimática. Duas amostras de bagaço com menor teor de lignina que a amostra proveniente da usina foram pré-tratadas com NaOH e refinadas. Uma das amostras com 14,2% de lignina foi obtida pela deslignificação seletiva com clorito de sódio e a outra com 19,2% de lignina foi selecionada em um programa de melhoramento genético da cana-de-açúcar e neste trabalho foi denominado de híbrido. As amostras com menor teor inicial de lignina foram hidrolisadas mais rapidamente nas primeiras 24 h de digestão enzimática. Por exemplo, a hidrólise enzimática da amostra com o menor teor de lignina inicial (14,2%) alcançou a conversão de celulose 64%, após apenas 24 h de hidrólise em comparação aos 30% observado para o bagaço de usina que continha um teor inicial de lignina de 24,4% .Um estudo adicional foi feito, em que o bagaço da usina e os híbridos foram pré-tratados quimio-mecanicamente com diferentes concentrações de hidróxido de sódio e sulfito. Foram avaliadas três concentrações de NaOH (2,5%, 3,75% e 5%) em combinação com sulfito de sódio (5%, 7,5% e 10%), mantendo-se a proporção de 1:2 de reagentes, respectivamente. As polpas obtidas do bagaço híbrido foram hidrolisadas mais facilmente que as polpas obtidas do bagaço da usina pré-tratadas na mesma concentração de sulfito-NaOH. O tempo necessário para hidrolisar 70% da celulose do bagaço híbrido foi a metade daquele necessário para hidrolisar o bagaço de usina. O menor teor de lignina e a presença de grupos sulfônicos podem ser fatores relevantes na digestibilidade enzimática do bagaço, portanto, plantas com baixo teor de lignina podem ser pré-tratadas por processos alcalinos relativamente brandos produzindo substratos mais facilmente hidrolisáveis por celulases. / Methods that convert sugarcane bagasse into fermentable sugars are generally comprised of two main steps: a pretreatment to degrade the plant structure and an enzymatic or chemical hydrolysis step to convert the polymeric chains into monomeric sugars. Each pretreatment technology has a different mechanism of action on the bagasse structure inducing physical and/or chemical modifications, which are necessary because the presence of hemicellulose and lignin in the cell walls prevents cellulases from accessing inner parts of the substrate. In this present work, chemomechanical processing was used to pretreat sugarcane bagasse with the aim of increasing cell wall accessibility to hydrolytic enzymes. The process combines the advantage of removal one or more components of bagasse and the increase in surface area by refining. After chemomechanical treatment, the yield of the process with the addition of alkali was 91% and 75% with alkaline-sulfite,corresponding to the removal of 33% and 53% of lignin and 13% and 29% of hemicellulose, respectively. Cellulose conversion of the alkaline- and alkaline/sulfite-chemomechanical pretreated samples reached 50% and 85%, respectively, after 96 h of enzymatic hydrolysis. Two samples of pulp with lower lignin content than the sample from the mill were pretreated with NaOH and refined. One of the samples with 14.2% of lignin was obtained by selective delignification with sodium chlorite and the other with 19.2% of lignin was selected in a breeding program of cane sugar and at this work has been called hybrid. Samples with lower initial lignin content hydrolyzed faster in the first 24 h of enzymatic digestion. For example, enzymatic hydrolysis of the sample with the lower initial lignin content (14.2%) reached 64% cellulose conversion after only 24 h of hydrolysis as compared to the 30% observed for the mill-processed bagasse containing an initial lignin content of 24.4%. An additional study was done,in which the mill bagasse and the hybrid were chemomechanically treated with different concentrations of NaOH and sulfite. Three concentrations of NaOH were evaluated (2.5%, 3.75% and 5%) in combination with sodium sulfite (5%, 7.5% and 10%), keeping the 1:2 ratio of reagents, respectively. Pulps obtained from hybrid bagasse were hydrolyzed more easily than the pulp obtained from the mill-processed bagasse treated in the same concentration of sulfite-NaOH. The time required to hydrolyze 70% of hybrid bagasse was half that required to hydrolyze the mill-processed bagasse. The lower lignin content and the presence of sulfonic groups may be important factors in the enzymatic digestibility of bagasse, therefore, plants with low lignin content can be pre-treated by relatively mild alkali processes producing substrates more easily hydrolysable by cellulase.

O bagaço de cana-de-açúcar é um material rico em celulose, molécula que pode ser convertida enzimaticamente em glicose pela ação de celulases. No entanto, no bagaço, a celulose está associada à hemicelulose e à lignina, componentes que limitam a sua digestibilidade enzimática. A lignina é o principal limitante da hidrólise da celulose, reduzindo a acessibilidade das enzimas celulolíticas. A hemicelulose também limita a ação das celulases e a presença de ácidos hidroxicinâmicos, como ferúlico e cumárico contribuem para reduzir os níveis de hidrólise. Nesse trabalho, o bagaço de cana-de-açúcar foi tratado com clorito de sódio em meio ácido com o objetivo de remover seletivamente a lignina e produzir modelos com teores reduzidos desse componente. O bagaço de cana controle continha 22,8% de lignina e após a deslignificação por 4 horas, materiais com até 6,8% de lignina foram obtidos, mantendo quase inalteradas as frações celulósicas e hemicelulósicas. Os bagaços foram submetidos à hidrólise enzimática com celulases comerciais. Apenas 26% da celulose de bagaço controle foram convertidos em glicose e 11% da xilana foram convertidos em xilose, com 72 horas de hidrólise. Nos bagaços com menores teores de lignina, os valores de conversão de celulose e de xilana alcançaram 85% e 64% no mesmo tempo de hidrólise, respectivamente. Os resultados mostraram que existe uma correlação inversa entre o teor de lignina e a conversão de polissacarídeos e que a remoção de 60% da lignina confere níveis elevados de hidrólise. Para reduzir a inibição pelos produtos de hidrólise da celulose, foi adicionada β-glicosidase ao meio reacional. Com a adição dessa enzima, os bagaços mais deslignificados alcançaram 100% de conversão de celulose e 82% de xilana, com 48 horas de hidrólise. No presente trabalho, o efeito da lignina não ligada aos polissacarídeos também foi avaliado. Para isso, lignina de bagaço de cana foi adicionada ao cartão de celulose, e este foi submetido à hidrólise enzimática. Não houve diferença entre os níveis de hidrólise na presença e ausência de lignina, indicando que a lignina limita a hidrólise dos polissacarídeos quando ligada a eles. Foi utilizada a técnica de microespectrofotometria ultravioleta para detectar a lignina e os ácidos hidroxicinâmicos em fibras, vasos e células de parênquima das regiões de córtex e de medula, deslignificados e controle. Os espectros UV dos três tipos celulares mostraram bandas em 278 nm, associada à lignina, e em 315 nm, associada aos ácidos hidroxicinâmicos. Os vasos foram os tipos celulares mais lignificados, seguidos pelas fibras e células parenquimatosas. O tratamento com clorito causou uma rápida remoção dos ácidos hidroxicinâmicos das células de parênquima, enquanto que as fibras foram deslignificadas apenas com 4 horas de tratamento. As amostras de córtex e de medula também foram submetidas à hidrólise com celulases. A região de medula não tratada foi prontamente hidrolizada, alcançando 63% de conversão de celulose com 72 horas, enquanto que o córtex não tratado atingiu apenas 20%. O tratamento com clorito de sódio não aumentou os níveis de hidrólise da medula. No entanto, a remoção de lignina do córtex aumentou consideravelmente a conversão. / The sugarcane bagasse is a material rich in cellulose, wich can be enzymatically converted into glucose by the action of cellulases. However, in the bagasse, it is associated to hemicellulose and lignin, components that limit its enzymatic digestibility. Lignin is the main limitant of the enzymatic hydrolysis of cellulose, reducing the accessibility of cellulases. Hemicellulose also limits the cellulase action and the presence of the hydroxycinnamic acids, as ferulic and coumaric, contribute to reduce the hydrolysis levels. In this work, the sugarcane bagasse was treated with acid sodium chlorite, aiming to selective remove the lignin and produce models with lower contents of this component. The control bagasse had 22.8% of lignin and after a 4-hour delignification, materials with up to 6.8% of lignin were obtained, retaining the cellulosic and hemicellulosic fractions almost unchanged. The bagasses were submitted to the enzymatic hydrolysis with comercial cellulases. Only 26% of the cellulose of the control bagasse were converted into glucose and 11% of the xylan were converted into xylose, with 72 hours of hydrolysis. In the bagasses with lower lignin content, the cellulose and xylan conversion values reached 85% and 64% in the same time of hysylysis, respectively. The results showed that there is an inverse correlation between the lignin content and the enzymatic conversion of polysaccharides and that the removal of 60% of the lignin results in high levels of hydrolysis. To reduce the inhibition by the products of the cellulose hydrolysis, β- glucosidase was added to the reaction medium. With this enzyme, the most delignified bagasses reached 100% of cellulose and 82% of xylan convertion, with 48 hours of hydrolysis. In this work, the effect of non-linked lignin was also analysed. For this, sugarcane bagasse lignin was added to cellulose card, and it was submitted to the enzymatic hydrolysis. There were no differences between the hydrolysis levels in the presence or absence of lignin, suggesting that lignin only limits hydrolysis when linked to the polysaccharides. The ultraviolet microspectrophotometry technique was used to detect lignin and hydroxycinnamic acids in fiber, vessels and parenchyma cells in rind and pith regions, delignified and control. The UV spectra of the three cell types showed bands in 278 nm, related to lignin, and 315 nm, related to the hydroxycynamic acids. The vessels were the most lignified cell type, followed by fibers and parenchyma cells. The chlorite treatment caused a rapid removal of hydroxycynnamic acids from parenchyma cell walls, while fibers where delignified only with a 4-hour treatment. The rind and pith samples were also submitted to enzymatic hydrolysis. The untreated pith region was promptly hydrolysed, reaching 63% of cellulose convertion in 72 hours, while untreated rind reached only 20%. The sodium chlorite treatment did not enhance the pith hydrolysis levels. However, the lignin removal in rind samples substantially enhanced the conversion.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos matemáticos fenomenológicos capazes de descrever a cinética de oxidação química e enzimática de ligninas de palha e bagaço de cana, obtidas por diferentes processos. A oxidação química foi realizada utilizando-se lignina de bagaço de cana obtida por explosão a vapor e por polpação Acetosolv. As reações se processaram em 4 temperaturas (50, 70, 90 e 115 °C) e o fluxo de oxigênio foi mantido constante a 60 mL/min. O meio reacional foi composto por 0,5 g de lignina, 100 mL de ácido acético glacial, 1,6 mL de HBr (47% p/v), 0,05 g de acetato de manganês (II), 0,42 g de acetato de cobalto (II) e 10 mL de anidrido acético. A cinética da reação foi acompanhada por medida de absorbância a 280nm. O modelo foi proposto considerando a cinética de ordem n e incorporando a equação de Arrhenius, que relaciona a constante de velocidade com a energia de ativação e a temperatura do sistema. A integração dos modelos foi feita utilizando-se o método de Runge-Kutta de quarta ordem e o ajuste dos parâmetros foi realizado segundo o método de Levenberg-Marquardt. A validade estatística do ajuste dos modelos foi avaliada pelo método de análise de variância. Os valores de energia de ativação obtidos foram 9099 ± 947 J/mol para a lignina de explosão a vapor e 785 ± 55 J/mol para a lignina acetosolv. A constante cinética K apresentou valor 6,62 ± 1,3 para a lignina de explosão a vapor e 0,0184 ± 0,0035 para a lignina acetosolv. A ordem de reação encontrada foi 1,22 ± 0,12 para a lignina de explosão a vapor e 1,19 ± 0,06 para a lignina acetosolv. A oxidação enzimática foi realizada utilizando lignina de palha e bagaço de cana e 4 extratos enzimáticos: extrato de maçã, extrato de maçã reutilizado, extrato de batata e enzima comercial NOVOZYM 51003. As reações se processaram em solução tampão fosfato 50 mmol/L (pH 7,6) e 1,4-dioxano, 3:1(v/v), no volume total de 30 mL. Foram utilizados 300 mg de lignina, 15 mL de extrato enzimático, 0,1% de glicerol e 30 mL/min de O2. A cinética da reação foi acompanhada pela medida de absorbância a 265, 280 e 320nm. O modelo foi proposto com base na cinética de Michaelis-Menten e foi capaz de reproduzir os dados experimentais. A consideração da cinética enzimática forneceu valores de correlação melhores que os obtidos em outros trabalhos, que não consideraram a cinética enzimática na modelagem. A formação dos grupos -carbonílicos, monitorada a 280nm, foi, em geral, a reação que apresentou maior constante de velocidade. Foi observado que o binômio C-ks é importante para a cinética da reação e a reação enzimática que apresentou maior afinidade enzima-substrato foi a de formação de grupos carboxílicos, monitorada a 320nm, para a oxidação com extrato de maçã. A oxidação enzimática da lignina de bagaço apresentou comportamento cinético diferente da lignina de palha, evidenciando que há diferenças estruturais entre essas ligninas não elucidadas ainda. / This work proposed phenomenological mathematical models capable of describing chemical and enzymatic oxidation kinetics of sugarcane straw and bagasse from different processes. Chemical oxidation was realized using sugarcane bagasse lignin obtained by steam explosion and acetosolv pulping. The reactions were carried out under 4 different temperatures (50, 70, 90 and 115 °C) and the oxygen flux was maintained constant at 60 mL/min. The reaction medium was formulated using 0.5 g lignin, 100 mL glacial acetic acid, 1.6 mL HBr (47% w/v), 0.05 g manganese acetate (II), 0.42 g cobalt acetate (II) and 10 mL acetic anhydride. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 280 nm. It was proposed a model considering n-order kinetics and incorporating Arrhenius equation, which relates rate constant to activation energy and system temperature. Models integration was made using fourth-order Runge-Kutta method and parameters adjustment was realized according to Levenberg-Marquardt method. The statistical validity of model adjustments was assessed using analysis of variance method. For activation energy, the values obtained were 9099 ± 947 J mol-1 for steam explosion lignin and 785 ± 55 J mol-1 for acetosolv lignin. The kinetic constant K obtained was 6.62 ± 1.3 for steam explosion lignin and 0.0184 ± 0.0035 for acetosolv lignin. The reaction order found was 1.22 ± 0.12 for steam explosion lignin and 1.19 ± 0.06 for acetosolv lignin. Enzymatic oxidation was realized using sugarcane straw and bagasse and 4 enzyme extracts: apple extract, recovered apple extract, potato extract and commercial enzyme NOVOZYM 51003. The reactions were carried out in phosphate buffer solution 50 mmol L-1 (pH 7.6) and 1,4-dioxane, 3:1 (v/v), in a 30 mL total volume. The medium composition was 300 mg lignin, 15 mL enzyme extract, 0.1% glycerol and 30 mL/min O2. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 265, 280 and 320 nm. The model proposed was based on Michaelis-Menten kinetics and it was able to reproduce the experimental data. The consideration of the enzyme kinetics in modeling provided better correlation values than those from other works, which do not consider enzyme kinetics. Formation of -carbonyl groups, monitored at 280 nm, was generally the reaction that presented the higher rate constant. It was observed that the binom C-ks is important for reaction kinetics; the enzyme reaction that showed the greatest enzyme-substrate affinity was that one responsible for carboxyl groups formation, monitored at 320 nm, for recovered apple extract. Enzymatic oxidation of bagasse lignin presented a different kinetic behavior from straw lignin, providing evidences that there are differences between these two lignins that still remain unclear.

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 cuja principal característica é o acúmulo de altas concentrações de sacarose no colmo. As variedades comerciais são derivadas de cruzamentos de S. officinarum, que possui colmos grossos com alto teor de açúcar, e S. spontaneum, que apresenta colmos finos, fibrosos, com baixo teor de açúcar, mas com maior perfilhamento e resistência a estresses. O desenvolvimento da tecnologia do bioetanol celulósico, no qual o bagaço é utilizado para produção de bioetanol, tem gerado o interesse no desenvolvimento da cana energia, que possui mais fibra e biomassa, porém menos sacarose. Para isso, é importante o entendimento das vias regulatórias de biossíntese de parede celular, principal constituinte da biomassa vegetal. Ainda, as variedades comerciais possuem uma base genética estreita, que pode ser um dos fatores responsáveis pela diminuição dos ganhos de produtividade que vem sendo observada a cada variedade lançada. Isso mostra a importância de se voltar aos genótipos ancestrais para identificar genes que possam ser importantes para o melhoramento da cana-de-açúcar, incluindo o desenvolvimento da cana energia. Assim, o presente trabalho analisou o transcriptoma de três genótipos ancestrais e dois híbridos comerciais, juntamente com a caracterização de dados morfo-fisiológicos. Essa abordagem permitiu ligar padrões de expressão gênica aos fenótipos e identificar genes e vias regulatórias que estão possivelmente relacionadas aos mecanismos que determinam características como produtividade, acúmulo de sacarose e lignina, principalmente genes de regulação da estrutura da cromatina, metabolismo de parede celular e algumas famílias de fatores de transcrição. A expressão desses genes apresentou maior correlação com acúmulo de sacarose do que a expressão dos próprios genes do metabolismo de sacarose. S. spontaneum foi o genótipo que apresentou perfil de expressão e fenótipos mais distintos, mostrando um potencial biotecnológico para produção de biomassa. A integração dos resultados sugere que o acúmulo de sacarose compete com o de lignina e que o controle do crescimento em entrenós mais jovens pode ser importante para a maior produtividade. Também foram construídas bibliotecas de cDNA full length e estas apresentaram 90% de insertos completos. O sequenciamento dessas bibliotecas revelou uma grande quantidade de transcritos novos e específicos do gênero Saccharum, juntamente com um número significativo de transcritos antissense e milhares de genes diferencialmente expressos que podem estar associados, principalmente, às diferenças de resistência a estresses de S. officinarum e S. spontaneum. Essas bibliotecas fornecem uma grande plataforma para estudos posteriores para descoberta de polimorfismos, splicing alternativo e alelos que possam ser importantes nas características dos genótipos. Ainda, foram identificadas sequências promotoras de genes do metabolismo de parede celular e de alguns candidatos a estarem envolvidos nesse processo; vários apresentaram sítios de ligação conservados responsivos a fatores de transcrição da biossíntese de parede celular, mas algumas diferenças importantes foram identificadas, evidenciando divergências evolutivas entre cana-de-açúcar e outras espécies. Nossos dados mostram-se importantes por avançar no entendimento das vias envolvidas no metabolismo de parede celular em cana-de-açúcar assim como por caracterizar parte da variabilidade dos genótipos ancestrais. / Sugarcane is C4 grass whose main characteristic is the accumulation of high concentrations of sucrose in its stem. Commercial varieties are derived from crosses between S. officinarum, which has thick culms with high sugar content, and S. spontaneum, which has thin fibrous culms, with low sugar content, but presents high tillering and stress tolerance. The development of cellulosic bioethanol technology, on which the bagasse is used to produce bioethanol, has raised the interest to produce the energy cane, which has high fiber content and biomass yield instead of sucrose. For this purpose, it is important to obtain knowledge on the regulatory pathways of the biosynthesis of the cell wall, the main component of plant biomass. Still, commercial varieties have a narrow genetic basis and this could be one of the reasons for the reduction on yield gains that has been noticed for new varieties released. This shows the importance to return to ancestor genotypes to identify genes that might be important for sugarcane improvement, as well as for energy cane development. The present work analyzed the transcriptome of three ancestor genotypes and two commercial hybrids, together with the characterization of morphophysiological traits. This approach allowed us to link gene expression pattern and phenotypes to identify genes and regulatory pathways that might be related to the mechanisms determining traits, such as yield, sugar and lignin content, especially genes related to chromatin structure regulation, cell wall metabolism and some transcription factors families. The expression of those genes showed a greater correlation to sucrose content than expression of sucrose metabolism genes itself. S. spontaneum is the genotype with the most distinct expression profile and phenotype, showing a biotechnological potential for biomass production. The integration of the results suggests that sucrose accumulation competes with lignin and the control of growth in younger internodes might be important in determining higher yield. In addition, full length cDNA library has been constructed and they showed 90% full length inserts confirmed. High-throughput sequencing revealed a large number of new and specific Saccharum transcripts, as well as a significant number of antisense transcripts and thousands of differentially expressed genes that might be related to, especially, the differences of stress tolerance of S. officinarum and S. spontaneum. These libraries provide a large platform for future studies to discover polymorphisms, splicing variants and alleles that might be important to genotype\'s traits. We also identify promoter sequences from cell wall-related genes and some candidates to be involved in this process; several of them showed conserved binding sites responsive to cell wall-related transcription factors, however, some differences were also identified, showing an evolutionary divergence among sugarcane and other species. Our data are important for advancing knowledge on cell wall-related pathways in sugarcane as well as for the characterization of genetic variability of ancestor genotypes.