Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Isamara_ Godoi.pdf: 2059512 bytes, checksum: c7f04b4bfb9d29047a6d89e02a8418e1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15 / Researches concerning the use of biomass lignocellulosic composition for second-generation ethanol production have received special attention as a possible contribution to energy sustainability. Although such activity has mainly used waste from the agricultural industry, it also generates other impactful solid and liquid wastes to the environment because they contain high concentrations of acids, alkaline and toxic elements. Thus, this trial aimed registering chemical characterization and recovering wastes generated in order to obtain a second-generation ethanol, particularly the precipitate produced during detoxification process by overliming hydrolyzed hemicellulose from sugarcane bagasse and liquid waste produced during cellulignin delignification phase in the pre-treatment to make the process of enzymatic saccharification of cellulose easier. Initially, the solid residue was submitted to physical and chemical analyses such as granulometric, analysis of metal compounds, content of inhibitory compounds to microbial activity such as acetic acid, furfural, hydroxymethylfurfural and phenols, sugars and moisture content. Waste potential determination as corrective of soil acidity was carried out by analyzing the attributes of corrective quality in soil (PN, PRNT), Ca and Mg and granulometry). Solid residue was also evaluated for its influence on bacterial communities by traditional microbiological techniques, bioassays with worms and lettuce seed germination. Liquid waste was characterized based on its metal contents present and inhibitory compounds. The lignin present in such liquor was precipitated with sulfuric acid and, after its characterization by infrared spectroscopy, was used as a biosorbent on lead ions adsorption in aqueous solution. The results have suggested that the waste generated during second-generation ethanol obtainment have some potential to become by-products to be applied in agricultural and environmental area. Lastly, the present trial has contributed to the production of bioethanol to be implemented in industry according to lignocellulosic biorefinery concept from an integrated model for a full biomass use in a sustainable management and correct disposal of the generated waste. / Pesquisas sobre o aproveitamento de biomassas de composição lignocelulósica para produção de etanol de segunda geração têm recebido atenção especial como possível contribuição para a sustentabilidade energética. Embora tal atividade utilize principalmente resíduos da agroindústria, gera outros resíduos sólidos e líquidos impactantes para o meio ambiente por conterem alta concentração de elementos ácidos, alcalinos e tóxicos. Por conseguinte, este trabalho visou à caracterização química e ao aproveitamento dos resíduos gerados na obtenção de etanol de segunda geração, em particular o precipitado formado no processo de destoxificação por overliming do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar e o resíduo líquido gerado na etapa de deslignificação da celulignina durante o pré-tratamento para facilitar o processo de sacarificação enzimática da celulose. Inicialmente o resíduo sólido foi submetido a análises físico-químicas, granulométrica, análise de metais, ao teor de compostos inibidores para a atividade microbiana, tais como ácido acético, furfural, hidroximetilfurfural e fenóis, açúcares e teor de umidade. A determinação do potencial do resíduo como corretivo da acidez do solo foi realizada através da análise dos atributos da qualidade dos corretivos do solo (PN, PRNT, teores de Ca e Mg e granulometria). O resíduo sólido foi também avaliado quanto à sua influência nas comunidades bacterianas através de técnicas microbiológicas tradicionais, bioensaios com minhocas e testes de germinação de sementes de alface. O resíduo líquido foi caracterizado quanto aos teores de metais presentes e compostos inibidores. A lignina presente no licor foi precipitada com ácido sulfúrico e, após caracterização por espectrometria de infravermelho, utilizada como biossorvente na adsorção de íons chumbo em solução aquosa. Os resultados indicam que os resíduos gerados na obtenção de etanol de segunda geração possuem potencial para se tornarem subprodutos com aplicação na área agrícola e ambiental. Desta forma, o presente trabalho vem a contribuir para a implementação industrial da produção de bioetanol dentro do conceito de biorrefinaria lignocelulósica, a partir de um modelo integrado para completo aproveitamento da biomassa, de forma sustentável e com adequada destinação dos resíduos gerados.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T14:32:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoMisturasEnzimas.pdf: 2710960 bytes, checksum: 1b18c9a8f74a5fcb6bcc5409ea90c5df (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-14T16:04:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoMisturasEnzimas.pdf: 2710960 bytes, checksum: 1b18c9a8f74a5fcb6bcc5409ea90c5df (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T16:04:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoMisturasEnzimas.pdf: 2710960 bytes, checksum: 1b18c9a8f74a5fcb6bcc5409ea90c5df (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho, propôs-se avaliar misturas de enzimas comerciais fornecidas pela Novozymes A/S. As enzimas utilizadas neste trabalho foram: complexo celulásico, xilanase, β-glucosidase, na produção de glicose a partir do bagaço de cana-de-açúcar submetido a tratamento alcalino com solução de hidróxido de sódio na temperatura ambiente, 70ºC, 90ºC e 120ºC. Os rendimentos do BCA em base seca após tratamento com solução de NaOH a 6% (m/v) foram de 30,64% ± 1,395 (PACTA), 44,00% ± 1,787 (PAC70), 65,91% ± 1,096 (PAC90), e 95,25% ± 1,461 (PAC120), respectivamente. Os teores de cinzas para o BCA foram de 2,05% ± 0,027 (PACTA), 0,62% ± 0,013 (PAC70), 0,48% ± 0,007 (PAC90) e 0,18% ± 0,008 (PAC120). Os teores de lignina foram de 20,67 ± 0,603 (PACTA), 13,03 ± 0,711 (PAC70), 6,05 ± 0,196 (PAC90) e 5,49 ± 0,151 (PAC120). Os rendimentos da fermentação alcoólica foram de 33,44(PACTA); 41,56(BCA70); 68,95 (BCA90) e 71,38 (BCA120). Os resultados obtidos sugerem que as taxas de conversão dos resíduos celulósicos em glicose são fortemente dependentes da temperatura no processo de polpação alcalina. Os parâmetros cinéticos obtido nos ajustes cinéticos da hidrólise enzimática do BCA para a PACTA, PAC70, PAC90 e PAC120 foram: Vmax (g/h) igual a 7,20; 5,12; 4,54 e 0,87 respectivamente; Km (g) igual a 3,6; 2,56; 2,27 e 2,56 respectivamente; Kcat (h) igual a 1,44; 1,02; 0,91 e 0,17 respectivamente; Km/Vmax igual a 0,5 para todas as amostras e Kcat /Km igual a 0,4 para todas as amostras. / This work, it was proposed to evaluate mixtures of commercial enzymes by supplier Novozymes A / S. The enzymes used in this work were: celulase complex, xylanase, β-glucosidase, enzymático complex, xylanase and β-glucanase and glucoamylase in the glucose production from sugarcane bagasse subjected to treatment with alkali hydroxide solution sodium at room temperature, 70 ° C, 90 ° C and 120 ° C. The BCA yield on a dry basis after treatment with NaOH solution 6 (w / v) were 30.64% ± 1.395 (PACTA), 44.00% ± 1.787 (PAC70), 65.91% ± 1.096 (PAC90), and 95.25% ± 1.461 (CAP 120), respectively. The ash content for the BCA were 2.05% ± 0.027 (PACTA), 0.62% ± 0.013 (PAC70), 0.48% ± 0.007 (PAC90) and 0.18% ± 0.008 (PAC120). The lignin contents were 20.67 ± 0.603 (PACTA), 13.03 ± 0.711 (PAC70), 6.05 ± 0.196 (PAC90) and 5.49 ± 0.151 (PAC120). The results suggest that the conversion rates of cellulosic waste into glucose are strongly dependent on temperature in the alkaline pulping process. The kinetic parameters obtained in kinetic adjustments enzymatic hydrolysis of the BCA for PACTA, PAC70, PAC90 and PAC120 were: Vmax (g/h) equal to 7.20; 5.12; 4.54 and 0.87 respectively; Km (g) equal to 3.6; 2.56; 2.27 and 2.56 respectively; Kcat (h) equal to 1.44; 1.02; 0.91 and 0.17 respectively; Km/Vmax equal to 0.5 for all samples and Kcat/Km of 0.4 for all samples.

O primeiro passo para entender as funções da microbiota do trato digestivo na biologia dos insetos consiste na identificação dos membros destas comunidades. Neste trabalho, as bactérias presentes no mesêntero de lagartas da broca da cana-de-açúcar, Diatraea saccharalis e da lagarta-do-cartucho-do-milho, Spodoptera frugiperda, provenientes de diferentes localidades, espécies ou variedades de plantas hospedeiras, foram identificadas por isolamentos em meio de cultura TSA (Triptona de Soja Agar) e por técnicas moleculares que independem do cultivo dos microrganismos. As lagartas de D. saccharalis foram coletadas em nove variedades de cana-deaçúcar nos municípios paulistas de Bocaina, Tanabi e Luís Antônio. S. frugiperda foram coletadas diretamente no campo em milho em Piracicaba-SP e populações de campo e de laboratório foram também alimentadas com dieta artificial, milho, algodão, sorgo e arroz. Foram utilizadas 90 lagartas de D. saccharalis e 40 de S. frugiperda sendo a microbiota de cada lagarta avaliada individualmente. As bactérias isoladas foram testadas quanto à capacidade de degradação de celulose, hemicelulose, lignina e bagaço de cana. A caracterização molecular foi realizada por DGGE (Gel de eletroforese em gradiente desnaturante) usando-se a região 16S do RNA ribossômico amplificado de DNA metagenômico extraído do mesêntero de 57 lagartas de D. saccharalis e 26 de S. frugiperda. Posteriormente, 6 destas amostras de DNA metagenômico de cada uma das espécies de insetos foram clonadas e as 12 bibliotecas de clones foram sequenciadas. A comunidade de bactérias cultiváveis das duas espécies de insetos é composta por representantes dos filos Firmicutes, Proteobacteria e Actinobacteria. A afiliação filogenética das seqüências das bibliotecas de clones de rRNA 16S revelou a ocorrência, além destes filos, de Bacteroidetes em D. saccharalis e Bacteroidetes e Acidobacteria em S. frugiperda. Somente bactérias isoladas de D. saccharalis apresentaram resposta positiva nos testes de degradação in vitro para celulose, hemicelulose, lignina e bagaço de cana. A capacidade destes microrganismos de degradar celulose foi maior do que hemicelulose e poucos produziram enzimas para degradar lignina. Somente duas bactérias apresentaram resposta positiva aos testes de degradação para todas estas fontes de carbono. As seqüências de rRNA 16S destas se agrupam com representantes de Phyllobacterium trifolii e Bacillus subtilis. O maior número de sequências de bactérias cultiváveis pertence aos gêneros Bacillus (26,4 e 32.4% em D. saccharalis e S. frugiperda, respectivamente), Enterococcus (12,1 e 13%) e Microbacterium (18 e 12%). As análises das seqüências obtidas do DNA metagenômico revelaram que Klebsiella esteve presente em todas as amostras analisadas de D. saccharalis. As comunidades de bactérias em S. frugiperda apresentaram maior variação em função do alimento. Entretanto, Ralstonia e Hydrogenophilus estiveram presentes na maioria das lagartas. As variações das estruturas das comunidades bacterianas de S. frugiperda e de D. saccharalis estão diretamente relacionadas com a origem das populações e o tipo de alimentação dos insetos. A presença constante de algumas bactérias na maioria dos insetos indica que estas possam ser indispensáveis, exercendo alguma função vital para o inseto ou que apresentam alguma relação vantajosa para o hospedeiro. / The identification of members of the microbe communities is the first step to understand their roles on insect biology. We have characterized the midgut bacterial community of fifth ínstar caterpillars of sugarcane borer, Diatraea saccharalis, and of fall armyworm, Spodoptera frugiperda, through isolation on tryptic soy agar medium and through culture-independent molecular techniques. D. saccharalis caterpillars were collected on nine sugarcane varieties in Bocaina, Tanabi and Luís Antônio cities in São Paulo State. S. frugiperda were collected directly from corn fields in Piracicaba-SP and field and laboratory populations were reared on artificial diet, corn, cotton, sorghum and rice. Ninety D. saccharalis caterpillars and 40 S. frugiperda caterpillars were used. The microbiota community of each caterpillar was evaluated individually. The ability of bacterial isolates to degrade cellulose, hemicellulose, lignin and sugarcane bagasse was assessed. The molecular analyses were based on Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) of 16S ribosomal RNA sequences amplified from metagenomic DNA extracted from 57 individual midgut of D. saccharalis and 26 from S. frugiperda. Latter, 6 of these metagenomic DNA of each insect species were cloned and the 12 clone libraries were sequenced. The cultivable bacterial community of these two insect species is composed by representatives of the phyla Firmicutes, Proteobacteria and Actinobacteria. The phylotypes from the clone libraries of 16S rRNA were comprised by Bacteroidetes in D. saccharalis and Bacteroidetes and Acidobacteria in S. frugiperda, besides the three phyla found by culturing. Only bacteria isolated from D. saccharalis had ability to degrade cellulose, hemicelluloses, lignin and sugarcane bagasse in the in vitro tests. The ability to degrade cellulose was more common than the ability to degrade hemicelullose and just a few isolates had the ability to degrade lignin. The only two bacteria presenting a positive response to degradation of all carbon sources were clustered with Phyllobacterium trifolii and Bacillus subtilis. The greatest number of cultivable bacteria sequences belongs to genera Bacillus (26.4 and 32.4%, in D. saccharalis and S. frugiperda, respectively), Enterococcus (12.1 and 13%) and Microbacterium (18 and 12%). Sequence analysis from metagenomic DNA revealed the genera Klebsiella in all samples from D. saccharalis. Bacterial community varied according to S. frugiperda host plant; however, both Ralstonia and Hydrogenophilus genera were present in the digestive tracts of insects from most host plants. Community structure variation of S. frugiperda and D. saccharalis is related directly to insect population origin and type of insect food source. The constant presence of some bacteria in the majority of insects indicates that those microorganisms might either be indispensable, playing a vital role to the insect, or have some symbiotic or commensal relation with the insect.

[pt] O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo, produzindo a maior quantidade de resíduo em forma de bagaço, que atualmente é queimado na indústria para geração de energia elétrica, apesar de ainda possuir potencial para produzir outros compostos de maior valor agregado, como etanol de segunda geração, ácido lático, butanodiol e etc. Neste trabalho, foi avaliado o desempenho do pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar utilizando peróxido de hidrogênio em meio alcalino. Com o intuito de retirar a lignina para liberar os carboidratos no meio, foram realizados experimentos variando a temperatura (25 graus Celsius – 45 graus Celsius) e concentração de peróxido de hidrogênio (1,5 por cento - 7,5 por cento) a pH 11,5 por 1 h em um shaker orbital a 100 rpm. O desempenho do pré-tratamento foi medido utilizando o método gravimétrico de Klason para quantificar a lignina, o HPLC para determinar as concentrações de xilose e glicose e o infravermelho para determinar mudanças na estrutura da biomassa. A análise de Klason indicou 45 graus Celsius /7,5 por cento como melhor condição de solubilização, com 75,4 por cento de solubilização, as análises de HPLC indicaram 45 graus Celsius/7,5 por cento como melhor condição para a obtenção de glicose com concentração de 1,66 g/L e 25 graus Celsius/7,5 por cento para obtenção de xilose com concentração de 0,82 g/L e as análises de FT-IR indicaram 25 graus Celsius /1,5 por cento como melhor condição de oxidação, com 66,9 por cento de oxidação de lignina. Para cada análise, foi proposto um modelo de rede neural artificial. A rede das análises de Klason teve a topologia trainlm/logsig/4 com SSE 0,00723 e R2 0,995, a rede das análises de glicose teve topologia trainlm/logsig/4 com SSE 0,0328 e R2 0,97384, a rede das análises de xilose teve topologia trainlm/logsig/5 com SSE 0,289 e R2 0,87441 e a rede das análises de FT-IR teve topologia trainlm/logsig/5 com SSE 0,0316 e R2 0,98414. / [en] Brazil leads the world in sugarcane production, consequently produces also the greatest amount of sugarcane bagasse. Currently, this sugarcane bagasse is leveraged for power generation in the mills, but this biomass still has a potential for production of others value-added compounds such as the second-generation ethanol, lactic acid, butanediol and etc. The present work was carried out in order to study the efficiency of the delignification process of sugarcane bagasse with alkaline hydrogen peroxide. Two variable were assessed experimentally: temperature (25 Celsius degrees - 45 Celsius degrees) and H2O2 concentration (1.5 percent -7.5 percent) at pH 11.5 for 1 h in an orbital shaker at 100 rpm. The Klason Method was used to measure concentration of extracted lignin, HPLC was used to measure the concentration of glucose and xylose and FT-IR analysis was applied to identify lignin structure in the samples. The Klason analysis indicated the 45 Celsius degrees/7,5 percent as the optimum condition with 75,4 percent of the lignin solubilidized, the glucose analysis indicated 45 Celsius degrees/7,5 percent as the optimum condition with a concentration of 1,66 g/L, the xylose analysis indicated 25 Celsius degrees/7,5 percent as the optimum condition with a concentration of 0,82 g/L, and the FT-IR analysis indicated 25 Celsius degrees/1,5 percent as the optimum condition with 66,9 percent of the lignin oxidized. For each analysis, an ANN model was proposed. The network of the Klason analysis had a trainlm/logsig/4 topology with SSE 0,00723 and R2 0,995, the network of the glucose analysis had a trainlm/logsig/4 topology with SSE 0,0328 and R2 0,97384, the network of the xylose analysis had a trainlm/logsig/5 topology with SSE 0,289 and R2 0,87441, the network of the FT-IR analysis had a trainlm/logsig/5 topology with SSE 0,0316 and R2 0,98414.

Brazil occupies a place of prominence in the productive sector, as well as in the exploitation of agricultural waste, from sugar cane. This use is a fairly widespread practice, both for effluents, mainly vinasse, but also for solid residues, such as filter-cake and bagasse from sugar cane. Thus, at the start of the 2005/06 harvest, samples were collected from residual waters of the S.T.E. (Station for the treatment of effluents), bagasse and from the filtrate liquid (percolate) from bagasse that was accumulated since the 2004/05 harvest, from the industrial processing of sugar cane in S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool . The target was the isolation of microorganisms that produce extracellular enzymes able to degrade cellulose, hemicellulose, and lignin phenols. There were originally 42 microorganisms isolated, of which 31 were screened for the verification of the production of these and other enzymes, as well as for their morphobiochemistry identification. From these, 29 were identified, with the predominance of the genera Flavobacterium, Chromobaterium and Achromobacter. The other bacterial isolates belong to the genus Corynebacterium, Aeromonas., Bacillus, Clostridium, Citrobacter, Nocardia, Kurthia, Mycobacterium, Serratia, Pseudomonas, e Actinomyces. Among the fungal isolates, the genera detected were: Penicillium, Rhodotorula, Gonatobotrys and Gliocladium. The actynomicete Nocardia (PB4), isolated from the percolate of bagasse, presented a broad spectrum of enzymatic activities, being selected for evaluation of its cellulolitic activity in liquid medium containing carboxymethylcellulose and bagasse from sugar cane as a source of carbon. The production of cellulase in these substrates was evaluated according to the concentration of reducing sugars and of total protein, and the content of total phenols has also been determined. In addition to this isolated, another 5 microorganisms were chosen - because of their cellulolytic, xylanolytic, and phenolytic activities in a solid medium, and used for implementing a process of composting of the sugar cane bagasse (from 2005/06 and 2006/07 harvests) with filter-cake (2006/07 crop), in scale of the greenhouse for 48 days. These were divided into 2 consortia (CM1 and CM2), formed by 3 microorganisms each. Factors such as temperature, moisture, organic matter content, nitrate, nitrite, phosphate and organic carbon were evaluated in order to monitor the process of composting substrates, without the addition of other macro and micronutrients. From the physico-chemical analyses, it was found that there were not wide variations in the performance of both consortia, and that both led to a reduction of the concentration of organic matter and contents of nitrate and phosphate. Besides this, in period (48 days) and in the conditions (trays with large diameter and small height, which favors changes of temperature of the substrate with the environment; non addition of other sources of nitrogen and phosphorus) of this study, the substrates do not reached stabilization. However, the microorganisms presented here, have broad potential for exploitation in cases of composting the solid and liquid agri-industrial residues, provided that relations C:N be corrected, and also in bioremediation, because of its broad spectrum of enzymatic activities. It is suggested to combine the solid waste with a percentage of vinasse, because this is rich in nutrients that influence the action of microorganisms studied. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / O Brasil ocupa um lugar de destaque tanto no setor produtivo quanto no aproveitamento agrícola dos resíduos da cana-de-açúcar. Este aproveitamento constitui-se numa prática bastante generalizada, tanto para os efluentes, principalmente a vinhaça, como também para os descartes sólidos, como a torta de filtro e o bagaço de cana. Deste modo, no início da safra 2005/06, foram coletadas amostras de águas resíduárias da E.T.E. (estação de tratamento de efluentes), bagaço de cana e percolado desse bagaço (acumulado desde a safra 2004/05) oriundos do processamento industrial da cana-deaçúcar na S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool, visando o isolamento de microrganismos produtores de enzimas extracelulares capazes de degradar celulose, hemicelulose, lignina e fenóis. Foram inicialmente isolados 42 microrganismos, dos quais 31 foram triados para a verificação da produção dessas e outras enzimas, bem como para sua identificação morfo-bioquímica. Destes, 29 microrganismos foram identificados, havendo a predominância dos gêneros Flavobacterium, Chromobaterium e Achromobacter. Os demais isolados bacterianos pertencem aos gêneros Corynebacterium, Aeromonas, Bacillus, Clostridium, Citrobacter, Nocardia, Kurthia, Mycobacterium, Serratia, Pseudomonas, e Actinomyces. Entre os isolados fúngicos, os gêneros detectados foram: Penicillium, Rhodotorula, Gonatobotrys e Gliocladium. O actinomiceto Nocardia (PB4), oriundo do percolado do bagaço, apresentou um amplo espectro de atividades enzimáticas, sendo selecionado para avaliação de sua atividade celulolítica em meios líquidos contendo carboximetilcelulose e bagaço de cana como fonte de carbono. Avaliou-se a produção de celulase a partir destes substratos, bem como a liberação de glicídios redutores, proteínas totais e fenóis totais. Além deste isolado, outros 5 microrganismos foram escolhidos, devido ao seu potencial em degradar celulose, xilana, lignina e fenóis em meio sólido, para execução de um processo de compostagem de bagaço de cana (oriundo da moagem das safras 2005/06 e 2006/07) e torta de filtro (safra 2006/07), em escala de casa de vegetação, durante 48 dias. Estes foram distribuídos em 2 consórcios (CM1 e CM2) compostos por 3 microrganismos cada. Fatores como temperatura, umidade, teor de matéria orgânica, nitrato, nitrito, carbono orgânico e fosfato foram avaliados a fim de acompanhar o processo de compostagem desses substratos sem adição de outros macro ou micronutrientes. A partir das análises físico-químicas, verificou-se que não ocorreram grandes variações no desempenho de ambos os consórcios, e que ambos conduziram a uma redução da concentração de matéria orgânica e disponibilização de nitrato e fosfato. Constatou-se que nas condições e período do estudo (48 dias, bandejas largas com uma superfície de exposição do volume de substrato utilizado suscetível a trocas de temperatura com o ambiente, e não adição de outras fontes de nitrogênio e fósforo), o material não atingiu a estabilização. Contudo, os microrganismos aqui apresentados, apresentam amplo potencial para exploração em processos de compostagem de resíduos agroindustriais sólidos/líquidos, desde que se corrijam as relações C:N, e biorremediativos, devido ao seu amplo espectro de atividades enzimáticas. Sugere-se uma combinação dos resíduos sólidos com um percentual de vinhaça, visto esta ser rica nos nutrientes que influenciaram a ação dos microrganismos estudados.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:39:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 455859 bytes, checksum: de3a59838f0618085db4443875c0d3c0 (MD5) Previous issue date: 2011-04-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The vegetable fibers has great variation according to the environment in which they develop and usually consist of about 50% cellulose, lignin 20%, 28% hemicellulose and 2% ash and other compounds. Among these, lignin represents one of the main obstacles to the process of enzymatic hydrolysis. In the production of cellulosic ethanol, lignin hinders access of hydrolytic enzymes to fermentable carbohydrates. The objective of this work was to quantify the amount of fiber and lignin content in clones ad varieties of sugar cane, and study the interaction for the characteristics: fiber content, yield and lignin content. So, ten clones and varieties of sugar cane were evalueted in a randomized block with six replicates in three regions of Minas Gerais, respectively Oratorios (CECA), João Pinheiro (Distillery WD) and Pompeu (Distillery Agropeu). The lignin content evaluation was performed in six replicates, whereas the yield and fiber content in three. The plots consisted of four ridges of 5 metres, with spacing of 1.40 metres. Genotypes x environments were not significant for the lignin content. There was no significant difference from the average effect of lignin content, the clones and varieties in the study sites, by Scott-Knott test at 5%probability. Significant effect of genotypes and environments, as well as the genotypes x environments interaction for the fiber content. There was significanteffect of genotype, environment and cutting, as well as their interactions to yield. / As fibras vegetais possuem grande variação de acordo com o ambiente no qual se desenvolvem e usualmente são constituídas por aproximadamente 50% de celulose, 20% de lignina, 28% de hemicelulose e 2% de cinzas e outros compostos. Dentre estes, a lignina representa um dos principais entraves ao processo de hidrólise enzimática, pois dificulta o acesso das enzimas aos carboidratos fermentáveis, no processo de fabricação de etanol celulósico. O objetivo deste trabalho foi quantificar o teor de fibras e lignina em clones e variedades de cana-de-açúcar, bem como avaliar as interações para as características: teor de fibra, produtividade e teor de lignina. Para tal, dez clones e variedades foram avaliados em blocos casualizados, com seis repetições em três regiões do estado de Minas Gerais, respectivamente, Oratórios (CECA), João Pinheiro (Destilaria WD) e Pompéu (Destilaria Agropéu). A avaliação do teor de lignina foi realizada em seis repetições, enquanto a produtividade e o teor de fibras em três. As parcelas foram constituídas de 4 sulcos de 5 metros, com espaçamento entre linhas de 1,40 metros. A interação genótipos x ambientes é não significativa para o teor de lignina. Não houve diferença significativa do efeito de médias do teor de lignina, dos clones e variedades nos ambientes estudados, pelo teste de Scott-Knott a 5% de probabilidade. Houve efeito significativo de genótipos e de locais, bem como da interação genótipos x ambientes para o teor de fibra. Houve efeito de genótipo, ambiente e corte, bem como de suas interações para produtividade (TCH).

[pt] O bagaço da cana-de-açúcar é uma biomassa vegetal que possui muito potencial de uso devido aos seus três elementos estruturais: celulose, hemicelulose e lignina. Para servir como matéria prima na produção de insumos, o bagaço da cana-de-açúcar precisa passar por um processo de pré-tratamento. Nesse estudo, duas metodologias para o processo de pré-tratamento do bagaço da cana-de-açúcar foram utilizadas: a deslignização via peróxido de hidrogênio (H2O2) e via dióxido de carbono supercrítico (ScCO2). Para o estudo utilizando H2O2, foram desenvolvidos modelos a partir de planejamento experimental, Algoritmos Genéticos (GA, do inglês Genetic Algorithms), Redes Neurais Artificiais (RNA) e Neuro-Fuzzy (ANFIS). As variáveis independentes foram temperatura (25 – 60 graus Celsius), concentração de H2O2 (2 – 15 por cento m/v) e pH (10 – 13), tendo como resposta os teores de lignina residual e oxidada no processo, através de análises de FT-IR e análise pelo método de Klason. Para o estudo utilizando ScCO2 foram construídos modelos a partir de RNA e ANFIS. As variáveis estudadas no processo foram: temperatura (35 – 100 graus Celsius), pressão (75- 300 bar) e teor de etanol na solução de co-solvente (0 – 100 graus Celsius). De modo geral, para os dois processos, os modelos desenvolvidos consideram as variáveis independentes como sendo neurônios na camada de entrada e as variáveis dependentes como sendo neurônios na camada de saída. Todos os modelos neurais e ANFIS desenvolvidos neste trabalho foram avaliados pelo coeficiente de correlação e índices de erro (SSE, MSE e RMSE), além do número de parâmetros. Os resultados mostraram que, dentre estas estratégias estudadas, os modelos neurais se mostraram mais satisfatórios para predição das respostas do pré-tratamento com H2O2, já que se encaixa nos índices de performance estipulados. O mesmo ocorreu no modelo neural para predição do teor de lignina residual no pré-tratamento com ScCO2. Para cada modelo polinomial e neural desenvolvido, foi realizada a investigação das superfícies de respostas e das curvas de contorno. Com esse recurso, foi possível a identificação dos melhores pontos operacionais para os processos, visando a minimização dos teores de lignina residual e oxidada na biomassa. / [en] Sugarcane bagasse is a plant biomass that has a great potential for use due to its three structural elements: cellulose, hemicellulose and lignin. To serve as raw material in the production of other products, sugarcane bagasse needs to undergo a pre-treatment process. In this study, two methodologies for the sugarcane bagasse pretreatment process were used: delignification via hydrogen peroxide (H2O2) and via supercritical carbon dioxide (ScCO2). The models for study the process with H2O2 were developed from experimental planning, Genetic Algorithms (GA), Artificial Neural Networks (ANN) and Neuro-Fuzzy (ANFIS). The independent variables were: temperature (25- 60 degrees Celsius), H2O2 concentration (2 - 15 percent m/v) and pH (10-13). The residual and oxidized lignin contents in the process were evaluated from FT-IR and Klason method analysis. The models for study the process with ScCO2 were developed from RNA and ANFIS. The variables studied in the process were: temperature (35-100 degrees Celsius), pressure (75-300 bar) and ethanol content in the aqueous solution of co-solvent (0-100 percent). In general, for the two processes, the developed models consider the independent variables to be neurons in the input layer and the dependent variables to be neurons in the output layer. All the neural and ANFIS models developed in this study were evaluated by the correlation coefficient and error indexes (SSE, MSE and RMSE), as well as the number of parameters. From the stipulated indices of performance, among the results obtained by the different strategies, the neural models were the most satisfactory for the prediction of pretreatment responses with H2O2. The same occurred in the neural model for prediction of the residual lignin content in the pre-treatment with ScCO2. Response surfaces and the contour curves were investigated for each polynomial and neural model developed. With this resource, it was possible to identify the best operational points for the processes, pointing at minimizing the residual and oxidized lignin contents in the biomass.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:42:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1568529 bytes, checksum: 147a0674e2727bd463b090587ba885b5 (MD5) Previous issue date: 2010-07-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A model of an international energy matrix, ideally based on renewable and cleaner energy regarded to petrol, is justified because of the increasing awareness on the global warming issue. Moreover, researches on biofuel, as an alternative source of energy, are essential to guarantee the current ranking of the Brazilian energy autonomy, in addition to the interest in production of surplus so to guarantee exportation and generation of foreign exchange. Cellulose is the most abundant renewable biomass in the planet, therefore a good energetic alternative to petrol. Sugarcane has 2/3 of its mass in lingocellulosic material, an abundant energetic resource which is not efficiently used by the current technologies, therefore, representing an enormous potential for the production of lingocellulosic ethanol. Cellulose can be hydrolyzed in glucose residuals by enzymatic treatment as well as base of acids. Technically, there are some barriers associated to acid and /or enzymatic hydrolysis which need to be overcome. Considering enzymatic hydrolyses, the reaction takes place in a non-aggressive medium, however it takes a long waiting time (from 60 to 72 hours) to occur and the lignin compound is one of the main obstacles for the enzyme access to the cellulose. Thus, the present work aimed at obtaining progress for researches on cellulosic ethanol from the bagasse and, potentially, from other sugarcane by-products through selection of clones that shows high potential bioconvertibility fibers. The experiment was made up of 286 clones and 2 witnesses (RB867515 and SP80-1842) in 25 blocks. They were selected from 13 families of half-siblings and they were vegetative propagation first generation clones. Accordingly, it was carried out correlations among desirable biochemical and agronomical traits, evaluating the cause and effect relationship on fibers and lignin of the stem. It was also estimated the possibility on defining characters which have to be used to carry out a recurrent selection program on sugarcane aiming at alcohol production. It was selected 10 clones with highest lignin content and 10 clones with the lowest lignin content in the bagasse. Those 20 clones were evaluated for the possibility in obtaining a higher glucose content after enzymatic hydrolysis process for cellulosic alcohol production. It could be observed that the higher the content of lignin in the bagasse, the lower the content of glucose produced at the end of hydrolyzesprocess. It was also observed that hemicellulose is more efficient on the conversion than saccharification. Hemicellulose functions as a positive factor on fermentable sugar production for fermentation, because it breaks down cellulose structure allowing access of the enzymes and because of its rupture it supplies glucose molecules for fermentation. Therefore, selected clones show a high potential use on sugar cane genetic breeding, even though it is still needed phenotypic and gene expression analysis studies, enzymatic quantification and syntheses of metabolic, correlating them to syntheses of lignin. / Um modelo de matriz energética mundial, idealmente baseado em fontes mais limpas e renováveis de energia em relação ao petróleo, se justifica pela crescente preocupação com a questão do aquecimento global. Além disso, pesquisas em biocombustíveis como fontes alternativas de energia são essenciais para garantir a atual posição de autonomia energética brasileira, além do interesse pela produção de excedentes para garantir a exportação e geração de divisas. Celulose é a biomassa renovável mais abundante na face da terra e por isso, uma boa alternativa energética em relação ao petróleo. Cana de açúcar apresenta na sua massa 2/3 de sua massa em material ligno-celulósico, um recurso energético abundante não utilizado eficientemente por meio das tecnologias atuais, representando portanto, um enorme potencial para a produção de etanol ligno-celulósico. A celulose pode ser hidrolisada em resíduos de glicose tanto por tratamento enzimático ou a base de ácidos. Há inconvenientes associados à hidrólise ácida e/ou enzimática do ponto de vista técnico e que precisam ser superados. No caso da hidrólise enzimática, a reação ocorre em meio não agressivo, porém, requer um longo tempo de espera (60 a 72 horas) e a componente lignina apresenta-se como um dos principais barreiras para o acesso da enzima a celulose. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo obter avanços nas pesquisas em etanol celulósico a partir do bagaço e, potencialmente, outros resíduos provenientes do processamento da cana-de-açúcar, por meio da seleção de clones que apresentem fibra com elevado potencial de bioconversibilidade. O experimento foi composto por 286 clones e 2 testemunhas (RB867515 e SP80-1842) em 25 blocos. Tais clones foram selecionados de 13 famílias de meios-irmãos e constituíram clones de primeira geração de propagação vegetativa. Para isso efetuou correlações entre características agronômicas e bioquímicas desejáveis, avaliando a relação causa e efeito sobre o fibras e lignina dos colmos. Também estimou-se a possibilidade de definir os caracteres que deverem ser empregados para conduzir um programa de seleção recorrente em cana-de-açúcar visando à produção de álcool celulósico. Dos clones foram selecionas os 10 que apresentaram maior teor de lignina e os 10 que apresentaram menor teor de lignina no bagaço de cana. Os 20 clones foram avaliados quanta a possibilidade de se obter um maior teor de glicose após o processo de hidrólise enzimática para produção de álcool celulósico. Foi possível observar que quanto maior o teor de lignina no bagaço menor o teor de glicose produzida ao final do processo de hidrólise. Também foi observado que o caráter hemicelulose teve maior correlação com a sacarificação. A hemicelulose funciona como um fator positivo na produção de açúcares fermentáveis para a fermentação, pois abre a estrutura da celulose permitindo acesso enzimático e pela sua quebra fornece moléculas de glicose para a fermentação. Portanto os clones selecionados apresentam potencial para aplicação no melhoramento genético da cana de-açúcar, mesmo que ainda sejam necessários estudos complementares fenotípicos e de análise expressão gênica, quantificação enzimática e síntese de metabólicos, correlacionando-os com a síntese de lignina.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2018-02-21T14:12:16Z No. of bitstreams: 1 Manuscrito Thiago Pessanha Rangel.pdf: 3734200 bytes, checksum: f04181392c3b08cb37263cc5a2b1a907 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T14:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manuscrito Thiago Pessanha Rangel.pdf: 3734200 bytes, checksum: f04181392c3b08cb37263cc5a2b1a907 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / A mudança do uso da terra, através da urbanização e da substituição da vegetação natural (plantas C3) por plantas pastagem (plantas C4), promove uma modificação na composição da matéria orgânica, afetando sua qualidade, sendo posteriormente lixiviada para os rios e depositada no sedimento. O presente estudo pretende avaliar a influência antrópica e dos manguezais na qualidade e quantidade de matéria orgânica estocada nos sedimentos de fundo em porções fluviais e estuarinas dos rios São João e rio das Ostras. As amostras foram coletadas com o auxílio de uma draga em julho de 2009, sendo amostrados sedimentos de três regiões distintas em cada bacia: porção fluvial, mangue e estuário. As amostras foram analisadas quanto à sua granulometria, carbono, nitrogênio, (C,N)a, d13C e lignina. A predominância de sedimentos grosseiros foi observada no mangue e estuário interno em ambas as bacias. Os valores apresentados para razão (C/N)a e d13C na bacia do rio das Ostras indicam que a porção fluvial possui como principal fonte plantas C3. As regiões do mangue e estuário interno não apresentaram diferenças significativas. A porção fluvial e mangue no rio São João sugerem que as regiões possuem como principal fonte a matéria orgânica do solo. Valores encontrados no estuário interno apontam para uma mistura de fontes (fitoplâncton e esgoto) nessa região. O rio São João demonstrou uma maior razão (Ac/Al)v, indicando uma oxidação microbiana mais elevada em comparação ao rio das Ostras. As razões S/V e C/V encontradas para o rio das Ostras foram superiores as do rio São João, demonstrando que esse sistema possui uma maior contribuição de angiospermas com grande participação foliar. De acordo com os resultados observados, pode-se concluir que o S8 obteve maiores valores para o mangue nas duas bacias. Apesar do alto impacto antropogênico nas duas bacias estudadas, com a mudança do uso da terra através da urbanização e da substituição da vegetação natural, não foi verificado uma modificação que afete significativamente a quantidade e qualidade na composição da matéria orgânica. / The change of land use through urbanization and the replacement of natural vegetation (C3 plants) for pasture (C4 plants), promotes modifications in the composition of organic matter, affecting its quality, which is subsequently leached into rivers and deposited in the sediment. This study aims to evaluate the anthropogenic and mangroves influence on the quality and quantity of organic matter stored in bottom sediments in river and estuarine portions of the São João and the Ostras River. The sediment samples were dredged in July 2009 from three different regions of each basin: the portion of river, mangrove and estuary. Samples were analyzed for particle size, d13C, carbon, nitrogen, (C/N)a and lignin. The predominance of coarse sediments was observed in the inner estuary and mangrove in both basins. The (C/N)a ratio and d13C values reported for Ostras River basin indicate that the river portion has C3 plants as its primary source. The regions of the inner estuary and mangrove showed no significant differences. The portion of river and estuary in the São João River suggest that both regions have soil organic matter as its main source. Values found in the inner estuary show a mixture of sources (phytoplankton and sewage) in this region. The São João River showed a higher (Ac/Al)v ratio, indicating a higher microbial oxidation when compared to the Ostras River. The S/V and C/V ratios for the Ostras River were higher than those of the São João River, showing that the former has a greater contribution of angiosperm leaf than the latter. According to the results observed, we can conclude that S8 showed higher values for the mangrove in both basins. Despite of the high anthropogenic impact in the two watersheds studied, with change of land use through urbanization and the replacement of natural vegetation, it was not verified a modification that could significantly affect the quantity and quality in the composition of organic matter

Orientadores: João Alexandre F. da Rocha Pereira, Cesar Augusto M. de Abreu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T21:49:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sales_FernandoGazelli_D.pdf: 3615056 bytes, checksum: 37a35bf7a6015215ae5ab7c8f1aa4bb5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os materiais lignocelulósicos, representando a maior reserva natural renovável da natureza, encontram-se armazenados nas plantas sob a forma de celulose, hemicelulose, lignina e extrativos, com a lignina correspondendo cerca de 30% deste total. As rotas de beneficiamento da lignina, com destaque para os processos oxidativos, visando a produção de vanilina, principalmente, utilizam na grande maioria processos bifásicos, alguns utilizando catalisadores solúveis na fase líquida, operando no entanto, com baixos rendimentos. No presente trabalho desenvolveu-se um processo de oxidação úmida catalítica (CWAO) da lignina para a produção seletiva de aldeídos aromáticos, com ênfase na vanilina, siringaldeído e p-hidroxibenzaldeído, aplicando um catalisador de paládio suportado em y-alumina. Prevendo-se a avaliação do processo catalítico foram conduzidas experiências em reator auto clave mecanicamente agitado, operando em batelada alimentada com relação à fase gasosa. Operou-se entre 373K e 413K, a uma pressão total de 20bar, representando uma pressão parcial de oxigênio entre 2bar e 10bar. A lignina com concentração de 60gIL foi solubilizada em meio alcalino de NaOH 2N. Utilizou-se um catalisador de Pd (2,85%pp.), em y-alumina, com granulometria entre 90_m e 200_m, aplicando-se concentrações de 3%pp. a 5%pp. em relação ao volume reacional. As reações de degradação da lignina e de formação de aldeídos aromáticos foram descritas por um modelo cinético quantificado por um sistema de reações complexas do tipo série-paralelo, com etapas de pseudo-primeira ordem. A presença do catalisador resultou em níveis de rendimento e seletividade em aldeídos, muito superiores quando comparados com o processo não catalítico, representando uma redução de cerca de 50% na energia de ativação para a degradação da lignina. Os níveis de conversão da lignina em aldeídos foram de 6% a 393K, 12% a 393K e 18% a 423K, para uma pressão parcial de oxigênio de 5bar e carga de catalisador de 4%pp. Com a finalidade de produzir aldeídos aromáticos em regime contínuo, um reator de leito fluidizado trifásico contínuo foi projetado e construído, em escala mini-piloto. O sistema foi avaliado hidrodinamicamente, em testes pré-operacionais, através de análise experimental utilizada aplicou a distribuição dos tempos de residência (DTR) na fase gasosa, utilizando o gás metano como traçador. A estimação dos dois parâmetros recorreu à confrontação das previsões obtidas via função de transferência do sistema, com os resultados provenientes dos experimentos dinâmicos, adotando-se como critério a minimização de uma função objetivo através de uma subrotina de busca seqüencial. Os resultados obtidos, de 2,2% a 9,3% para a retenção gasosa, e 38,0 a 54,4 para o número de Peclet da fase gasosa, estão compatíveis com os valores publicados na literatura para reatores de dimensões semelhantes operando nas mesmas condições. A produção de aldeídos aromáticos em regime contínuo, no reator de leito fluidizado trifásico, utilizou como agente oxidante o ar atmosférico a uma pressão de 4 bar. As influências dos parâmetros operacionais foram avaliadas dentro das ITonteiras práticas de operação, isto é, vazões da fase líquida de 5,OL/h e 10LIh, temperaturas de 393K e 413K. A vazão da fase gasosa foi fixada em 1000 NL/h com uma carga de catalisador de 4%pp e granulometria de 400llm - 5001lID. A lignina foi dissolvida em uma solução alcalina de hidróxido de sódio 2N a uma concentração de 30g/L. O melhor rendimento em aldeídos aromáticos foi de 12% em relação a concentração inicial de lignina, com o reator operando a 393K e vazão da fase líquida de 5L/h / Abstract: The lignocellulosic material, representing the largest natural renewable resource, occurring in the plants under the cellulose form, hemicellulose, lignin and extractive, with the lignina corresponding about 30% of this total one. The routes of lignin chemical processing, with prominence for the oxidations processes, with the objective of vanilin production, use in the great majority two-phase processes, some using soluble catalysts in the liquid phase, operating however, with low efficiency. In the present work a process of catalytic wet air oxidation (CW AO) was developed with the objective of selective production of aromatic aldehydes, with emphasis in the vanilina, siringaldeído and p-hidroxibenzaldeído, ITom lignin, applying a palladium catalyst supported in y-alumina. Intending the evaluation of the catalytic process, experiences were carried out in a mechanically stirred high pressure autoclave reactor, in semi-batch way, in relation to the gaseous phase. It was operated in temperatures ITom 373K to 413K, at a total pressure of 20bar, representing a partia! pressure of oxygen ITom 2bar to 10bar. The lignin concentration of60gIL was in an aIkaline medium ofNaOH 2N. A palladium catalyst was used (2,85%pp.), in y-alumina, with granulometry ITom 90mm to 200mm, being applied concentrations ITom 3%pp. to 5%pp. in relation to the reactional volume. The reactions of lignin degradation and aromatic aldehydes production were described by a kinetics model quantified by a system of complex reactions of the series-parallel type, with stages of pseudo-first order. The presence of the catalyst resulted in high levels of seletivities in aldehydes, further than as compared with the non-catalytic process, representing a reduction about 50% in the activation energy for the lignin degradation. The levels of conversion ofthe lignin in aldehydes were of6% at 393K, 12% at 393K and 18% at 423K, for a partial pressure of oxygen of 5bar and catalyst loading of 4%pp. With the purpose of producing aromatic aldehydes in continuous regime way, a three-phase fluidized bed reactor was designed and built, in mini-pilot scale. The system was evaluated hydrodynamically, in pre-operational tests, through applying dynamic analysis for the gaseous phase. The hydrodynamic analysis of the system was accomplished through the values of the gaseous retention (8G) and of the ofaxial Peclet number (PeG). The experimental technique applied the residence time distribution (RTD) in the gaseous phase, using the methane gas as tracer. The estimation ofthe two parameters felI back upon the conftontation ofthe prevision obtained through transfer function ofthe system, with the results uom the dynamic experiments, being adopted as approach the minimization of a objective function through a subroutine of sequencial search. The obtained results, uom 2,2% to 9,3% for the gaseous retention, and 38,0 to 54,4 for the number of Peclet of the gaseous phase, are compatible with the values published in the literature for reactors operating in the same conditions. The aromatic aldehydes production in a continuous three-phase fluidized bed reactor, used as oxidizing agent the atmospheric air in apressure of 4 bar. The influences of the operational parameters were evaluated in the practical ranges of operation, that is, liquid phase flow rate of 5,OL/h and lOL_ temperatures of 393K and 413K. The gaseous phase flow rate was 1000 NL/h with a catalyst loading of 3%pp and granulometry of 400 j.1m 500j.1m The lignin was in an aIkaline medium of NaOH 2N, in a concentration of 30g/L. The best yield in aromatic aldehydes reached 12% in relation to lignin initial concentration, as the reactor was operating at 393K and liquid flow rate of5LIh / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química