Pensando em um melhor aproveitamento para o excedente do bagaço de cana, esse trabalho tem como objetivo a obtenção de membranas de acetato de celulose composta com ligninas oxidadas, ambos isolados do bagaço da cana. Para tal, os componentes macromoleculares do bagaço foram separados, aplicando-se um pré-tratamento de explosão a vapor para retirada da parte hemicelulósica e um tratamento com hidróxido de sódio para a separação da lignina e obtenção da polpa bruta de celulose. Essa polpa foi branqueada e acetilada e, posteriormente, foram sintetizadas membranas deste acetato de celulose, incorporando-se lignina oxidada a estas membranas com o objetivo de aumentar a capacidade de retenção de metais destas membranas. Assim, pretende-se obter um produto com maior valor comercial, que tem aplicações em tratamento de água e efluentes, podendo contribuir ainda mais para a manutenção do ambiente. As membranas foram sintetizadas por inversão de fase, utilizando dois métodos distintos: I. por evaporaçãoprecipitação e, II. por imersão em banho de coagulação. O material acetilado foi analisado por IR, confirmando-se a acetilação pelo aparecimento de bandas características do acetato e analisadas quanto ao grau de substituição, caracterizando um diacetato. As membranas sintetizadas pelo método I foram analisadas por MEV, constatando-se membranas de estrutura densa para todas as composições, e mais rígidas que uma membrana preparada a partir de um triacetato comercial, de acordo com os dados da análise dinâmico-mecânica. Foram realizados ainda, testes de permeabilidade e retenção de cobre. Apesar de rígidas, resistiram a pressões de até 20 bar. A membrana aditivada com lignina oxidada por lacase foi a que apresentou melhor desempenho nesse teste, atingindo maior fluxo necessitando menor pressão. No teste de retenção de cobre, apresentaram uma capacidade média de 15%, correspondendo a 50,5 mg Cu2+/g lignina. As membranas sintetizadas pelo método II foram analisadas por MEV, constatando-se diferenças na morfologia quando a lignina é adicionada dissolvida em NaOH. As análises térmicas mostraram a Tg do material perto de 80°C, além de evidenciar uma maior estabilidade térmica do material aditivado com lignina oxidada, comparado ao material sem lignina e com lignina original. No teste de permeabilidade, realizado aqui à pressão constante de 10 bar, a membrana sintetizada apenas com o acetato de celulose de bagaço de cana não apresentou fluxo. As membranas aditivadas com lignina original e lignina oxidada apresentaram fluxo, de 3,5 e 6,1 L/h.m2 respectivamente. O fato foi atribuído à morfologia das membranas, dado que as duas últimas, que apresentaram fluxo, possuem estrutura porosa, enquanto a outra possui estrutura densa. No teste de retenção de cobre, foi possível visualizar o efeito da adição da lignina na membrana, que aumenta 3,5 vezes a capacidade de retenção de cobre e, ainda, o efeito da oxidação da lignina, que aumenta em mais 50 % essa capacidade de retenção em comparação à adição apenas da lignina original. Contudo, os resultados indicam que as membranas sintetizadas, principalmente as membranas aditivadas com lignina oxidada, são promissoras para o objetivo proposto. / Thinking of a better use for the surplus of sugarcane bagasse, this study aims to obtain membranes of cellulose acetate composite with oxidized lignins, both isolated from sugarcane bagasse. To this purpose, the macromolecular components of bagasse were separated by applying a steam explosion pre-treatment for removal of hemicellulose and a treatment with sodium hydroxide to separate the lignin and obtaining of crude cellulose pulp. This pulp was bleached and acetylated, and subsequently cellulose acetate membranes were synthesized incorporating oxidized lignin in these membranes in order to increase the metal retention capacity of them. Thus, we intend to obtain a product with higher commercial value, which has applications in water and effluent treatment, which can further contribute to the maintenance of the environment. The membranes were synthesized by phase inversion, using two different methods: I. evaporation-precipitation and II. immersion in coagulation bath. The acetylated material was analyzed by FTIR, confirming the acetylation by the appearance of bands characteristic of acetate and analyzed for degree of substitution, featuring a diacetate. The membranes synthesized by method I were analyzed by SEM, verifying dense structure for the membranes in all compositions, and more rigid than a membrane prepared from a commercial triacetate, according to the data of dynamic mechanical analysis. Tests about permeability and copper retention also were done. Although rigid, they resisted to pressures up to 20 bar. The membrane added with lignin oxidized by laccase showed the best performance in this test, reaching higher flow requiring less pressure. In the test of copper retention, they showed an average retention capacity of 15%, corresponding to 50.5 mg Cu2+/ g lignin. The membranes synthesized by method II were analyzed by SEM, noting differences in morphology when the lignin is added dissolved in NaOH. Thermal analysis showed the Tg of the material near 80 °C, besides showing a higher thermal stability of the material added with oxidized lignin compared to material without lignin and with original lignin. In the permeability test, held at constant pressure of 10 bar, the membrane synthesized with only cellulose acetate cane bagasse showed no flow. The membranes added with original lignin and oxidized lignin showed flow of 3.5 and 6.1 L/h.m2, respectively. The fact was attributed to the morphology of the membranes, since the two latter, which showed flow, have porous structure, while the other has a dense structure. In the test of copper retention, it was possible to visualize the effect of the addition of lignin in the membrane, which increases 3.5 times the cupper retention capacity and, the effect of lignin oxidation, with increases in more 50% this retention capacity in comparison to the addition of the lignin in the original form. However, the results indicate that the synthesized membranes, mainly membranes added with oxidized lignin, are promising for the proposed objective.

O cultivo da cana-de-açúcar é uma das atividades agrícolas mais importantes no Brasil, produzindo após a moagem o caldo, utilizado para a produção de açúcar e etanol, e o bagaço, resíduo lignocelulósico. O bagaço é recalcitrante à hidrólise enzimática, em parte pela baixa porosidade, resultante do recobrimento das fibrilas de celulose com lignina e hemicelulose. Neste estudo, o bagaço foi pré-tratado com sulfito alcalino nas concentrações de 2,5% de NaOH e 5% de Na2SO3 versus 5% de NaOH e 10% de Na2SO3 para produzir substratos para hidrólise enzimática. Ambos pré-tratamentos produziram substratos com teor de hemicelulose, grupos ácidos, grau de retenção de água e área superficial semelhantes. O conteúdo de lignina foi bem diferente nos bagaços pré-tratados com 5% de sulfito (21% de lignina) e 10% de sulfito (13% de lignina). A hidrólise da celulose e hemicelulose do bagaço com alto teor de lignina, utilizando a carga enzimática de 40 FPU/g e 80 U/g de ?-glicosidase foram próximas a 50% em 48 horas e, mesmo no bagaço com pouca lignina a conversão dos polissacarídeos não foi completa (90%). Considerando a importância do tipo de enzimas para a conversão dos polissacarídeos dos bagaços pré-tratados, realizou-se um planejamento experimental 24 com 6 pontos centrais ampliado em estrela, para avaliar uma mistura de enzimas partindo de 5 FPU/g do extrato comercial de Trichoderma reesei (celluclast) combinado com enzimas purificadas comerciais: xilanase de Neocallimastix patriciarum (família 10), xilanase de Thermotoga maritima (família 11), ?-xilosidase de Selelomonas ruminantium e ?-glicosidase de Aspergillus niger. A aplicação da mistura de enzimas otimizada no bagaço pré-tratado com alta carga de sulfito aumentou a conversão de celulose e hemicelulose em 6,6% e 15% respectivamente, comparado com a mistura de referência (5FPU de celluclast e 10UI de Novozyme 188 por grama de bagaço). A suplementação da celluclast com ?-xilosidase e ?- glicosidase foi estatisticamente significativa em 24 horas de hidrólise a um nível de 95% de confiança e a interação da xilanase 10 e 11 foi significativa com um nível de confiança de 90%. Quando foram realizados os mesmos ensaios do planejamento com o substrato com alto teor de lignina, as hidrólises da celulose e hemicelulose com a mistura de enzimas foram inferiores à obtida com a referência. A suplementação com xilanases e ?-xilosidase aumentou a conversão enzimática da hemicelulose apenas do substrato com pouca lignina, entretanto nos hidrolisados de ambos os substratos foi detectada a presença de xilooligossacarídeos, indicando a necessidade de adição de mais ?-xilosidase à mistura enzimática. As velocidades iniciais de hidrólise da celulose e hemicelulose foram pouco alteradas quando a lignina do bagaço reduziu de 21% para 13%, porém a conversão em 48 h de reação foi o dobro. Este estudo mostrou que o acesso das enzimas à hemicelulose foi limitado pelo alto teor de lignina do substrato, e que o benefício do uso de xilanases para a conversão de celulose foi obtido no substrato pré-tratado com alta carga de sulfito. / The cultivation of sugarcane is one of the most important agricultural activities in Brazil. The juice obtained from the crushed stalks of sugarcane is used to produce sugar and ethanol and the dry, fibrous residue remaining is the bagasse. Bagasse is recalcitrant to enzymatic hydrolysis, in part by low porosity due to the partial filling of space between the cellulose microfibrils by lignin and hemicelluloses. In this study, bagasses were pretreated with alkaline sulfite at concentrations of 2.5% NaOH and 5% Na2SO3 NaOH versus 5% and 10% Na2SO3 to produce substrates for enzymatic hydrolysis. Both substrates presented similar hemicellulose content, acid groups, water retention and specific surface area. Lignin content differed between pretreated bagasse with 5% sulfite (21%) and 10% sulfite (13%). The hydrolysis of cellulose and hemicellulose of bagasse with high lignin content, using 40 FPU/g and 80 U/g of ?-glucosidase was aproximately 50% in 48 hours and even on bagasse with low lignin content, the polysaccharides conversion was not complete (90%). Considering the importance of the type of enzymes for the conversion of polysaccharides of pretreated bagasses, a 24 full factorial experimental design with six central points was performed to evaluate a mixture of enzymes. A load of 5 FPU/g of Trichoderma reesei extract (celluclast) was combined with purified commercial enzymes: Neocallimastix patriciarum xylanase (family 10), Thermotoga maritima xylanase (family 11), Selelomonas ruminantium ?-xylosidase and ?-glucosidase from Aspergillus niger. The optimized mixture improved the conversion of cellulose and hemicellulose of the substrate with low lignin content in 6.6% and 15% respectively, when compared to the reference mixture (5FPU of celluclast and 10 IU of novozyme 188 per gram of bagasse). Supplementation with ?-xylosidase and ?-glucosidase was statistically significant at 24 hours of reaction and also the interaction of xylanases 10 and 11. When the same assays were performed with the substrate with low lignin, hydrolysis of the cellulose and hemicellulose with a mixture of purified enzymes was inferior to that obtained by the reference. Supplementation with xylanase and ?-xylosidase improved the enzymatic conversion only for substrate with low lignin content, however in supernatants of both substrates was detected the presence of xylo-oligosaccharides, suggesting the need for further addition of ?-xylosidase to the enzyme mixture. Initial rate of cellulose and hemicellulose hydrolysis changed very little when the lignin in the bagasse was reduced from 21% to 13%, but the conversion at 48 h conversion time was twice higher. This study showed that access of enzymes to the hemicellulose was limited by the high lignin content of the substrate, and that the benefit of using xylanases for the conversion of cellulose was obtained on the substrate pretreated with high sulfite load.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The present study aimed to extract nanocellulose crystalline (NCC) and nanofibrillated (NCF), and recover of lignin from oil palm mesocarpfiber (also known as palm pressed fiber). Initially, the fibers were subjected to pulping acetosolv followed by bleaching with peroxide in basic medium. The crude fiber, bleached and post acetosolv were characterized physically, chemically and morphologically. To obtain the NCC a 23 factorial design was used. NCF was obtained by combinations of the number and size of steps chamber microfluidizer. The nanocelulose obtained by acid hydrolysis (NCC) and microfluidization (NCF) was characterized by X-ray diffraction (XRD), zeta potential and particle size. According to the results, the pre-treatments were efficient, removing a significant amount of amorphous components, promoting a greater exposure of the pulp. The lignin rich fraction, called black liquor, had a yield of 62 % compared to the lignin initially present. Nanocellulose suspensions obtained showed typical gelatinous appearance and zeta potential of -26.6 mV and -40.6 mV, which configures stability.The crystallinity index of cellulose polymorphs I and II for nanocelulose crystal obtained by pre-treatment 1 was 65%, and for the other nanofibrilada nanocrystals obtained from the pre-treatment 2 were crystallinity of 70 and 61%, respectively. The nanostructures obtained still showed good thermal stability, demonstrating a greater microfibrillated nanocelulose to 267 Â C to 250 Â C the crystal. Furthermore, nanostructures were observed with typical cellulose lengths (L) between 172-404 nm and a diameter (D) lying between 5 and 12 nm, which reproduces aspect ratios (L / D) as high as 39. This demonstrates that the nanocelulose produced can be displayed as reinforcement in polymer matrices, among other applications. / O presente trabalho teve por objetivo extrair nanocelulose, cristalina (NCC) e microfibrilada (NCF), e recuperar lignina de fibras da prensagem do mesocarpo do dendÃ. Inicialmente, as fibras foram submetidas adois tipos de prÃ-tratamentos (1. mercerizaÃÃo seguida de branqueamento e 2. polpaÃÃo acetosolv seguida de branqueamento). As fibras brutas, pÃs acetosolv e branqueadas foram caracterizadas fÃsica, quÃmica e morfologicamente. Para obtenÃÃo da NCC, foi utilizado um planejamento fatorial 23, enquanto a NCF foi obtida por meio de combinaÃÃes de nÃmero de passos e tamanho de cÃmara do microfluidizador de alta pressÃo. As nanoceluloses obtidas por hidrÃlise Ãcida (NCC) e por microfluidizaÃÃo (NCF) foram caracterizadas por difraÃÃo de raio X (DRX), potencial zeta e anÃlise termogravimÃtrica (TGA). De acordo com os resultados, os prÃ-tratamentos foram eficientes, removendo quantidade significativa de componentes amorfos, promovendo uma maior exposiÃÃo da celulose e um consequente aumento do Ãndice de cristalinidade. A fraÃÃo rica em lignina, denominada licor negro, apresentou rendimento de 62% em relaÃÃo ao conteÃdo de lignina inicialmente presente. As suspensÃes de nanocelulose obtidas apresentaram aspecto gelatinoso tÃpico e potencial zeta variando de -26,6 mV a -40,6 mV, o que configura estabilidade. Os Ãndices de cristalinidade dos polimorfos de celulose I e II, para nanocelulose cristalina obtida atravÃs do prÃ-tratamento 1 foi de 65%, quanto aos outros nanocristais e nanofibrilada obtidas do prÃ-tratamento 2 apresentaram cristalinidade de 70 e 61%, respectivamente. As nanoestruturas obtidas apresentaram ainda boa estabilidade tÃrmica, demostrando-se maior para a nanocelulose microfibrilada, 267 ÂC contra 250ÂC para as cristalinas. Foram observadas, ainda, nanoestruturas de celulose tÃpicas com comprimentos (L) entre 172 nm a 404 nm e diÃmetros (D) situados entre de 5 nm e 12 nm, o que reproduziu razÃes de aspecto (L/D) tÃo altas quanto 39. Isso demonstra que as nanocelulose produzidas podem ser indicadas como reforÃo em matrizes polimÃricas, dentre outras aplicaÃÃes.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O consumo crescente da Ãgua de coco gera uma grande quantidade de resÃduo de difÃcil gerenciamento. O aproveitamento dessa biomassa reduz o acÃmulo de resÃduos, agrega valor à cadeia produtiva, gera renda e aumenta a vida Ãtil dos aterros sanitÃrios. Uma possibilidade à utilizar a casca de coco verde na manufatura de painÃis como alternativa aos painÃis elaborados com madeira. Uma das vantagens do uso da casca de coco à seu alto teor de lignina, que sob condiÃÃes adequadas de pressÃo e temperatura, pode funcionar como um ligante natural dispensando o uso de resinas sintÃticas para aglutinar as fibras. Em geral, essas resinas sÃo formuladas com formaldeÃdo, substÃncia derivada do petrÃleo e potencialmente causadora de cÃncer. A partir desses painÃis, à possÃvel fabricar mÃveis, divisÃrias, pisos e revestimentos sem a necessidade de efetuar o corte de espÃcies florestais. O presente trabalho teve como objetivo obter e caracterizar painÃis lignocelulosicos, utilizando como matÃria- prima as fibras e o pà da casca do coco verde, sem adiÃÃo de resinas sintÃticas. Os painÃis obtidos foram submetidos a anÃlises tÃrmicas, testes de inchamento em espessura, absorÃÃo de Ãgua, ensaios mecÃnicos, caracterizaÃÃo por infravermelho e microscopia eletrÃnica de varredura. De acordo com os resultados obtidos, a lignina presente naturalmente na matÃria- prima atuou como ligante, sendo possÃvel obter painÃis com boa integridade estrutural. Todos os painÃis apresentaram valores de absorÃÃo de Ãgua inferiores ao MDF comercial. Alguns painÃis apresentaram mÃdulo de elasticidade superior ao MDF comercial. / The growing consumption of coconut water leads to high volumes of tough management wastes. The use of this biomass adds value to the supply chain, reduces the amount of waste, increases the financial income, and extends the service life of landfills. An option to use the coconut biomass is manufacturing plywood panels as an alternative to wood plywood boards. Coconut husk has a comparative advantage in relation to the wood plywood: a high content of lignin, which under certain pressure and temperature conditions can act as a natural binder, dispensing synthetic bonding resins to aglutinate the fibers. Usually the resins are made with formaldehyde, an oil-derived chemical and potential cause of cancer. Plywood can be used to manufacture furniture, wall panels, and floor bases, without cutting down trees. The aim of this work was to produce and characterize lignocellulosic panels made with unripe coconut husk fiber and pith, with no adding of synthetic resins. The boards were characterized by thermal analysis, thickness swelling tests, water absorption, mechanical testing, FTIR spectroscopy, and scanning electron microscopy. As expected, there was a significant correlation between the degradation of the main chemical constituents of the raw material and the final characteristics of the panels. According to the results, the lignin naturally present in the feedstock acted as a binder, it is possible to obtain panels with good structural integrity. All panels showed values of water absorption lower than the commercial MDF. Some panels showed higher elastic modulus to the commercial MDF.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2017-03-21T17:26:15Z No. of bitstreams: 1 2016 - Monique de Moura Gurgel.pdf: 5504454 bytes, checksum: 56c93476cae66a9ba7cfc9cad8b26016 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T17:26:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Monique de Moura Gurgel.pdf: 5504454 bytes, checksum: 56c93476cae66a9ba7cfc9cad8b26016 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / The chemical analysis and structural analyzes of tropical biomass products has become a potential interest for the production of biofuels. Residues from coconut is promising because it doesn`t compete with the food industry and it can be transformed into a higher product added value due the lignocellulosic origin. Green coconuts had been separated between fiber and parenchyma following by anatomical characterization which it could better be understood and visualized the effect of pretreatment delignification; ozonolysis, with the chemical and compositional changes in the cell wall. To access the carbohydrates, lignin must be removed, thus it had been explored the changes induced by ozone under pH conditions; with addition of acetic acid and sodium hydroxide, and treatment time in milli-Q water. The ozonolysis was carried out at pH 3, 5 and 8 for 2; 4 and 6 hours at 25 ? C. Analyses were performed before and after the ozonolysis reaction to investigate the change of polysaccharides and lignin with the following techniques: SEM, Py-GC/MS, HPLC, FT-IR and TGA. With Scanning electron microscope and infrared spectroscopy, it was possible to observe the degradation of structural components of the fibers, in the form of "spring", from 4 hours of oxidation and changes in the intensities of the bands. According to the Py-GC/MS results, compounds resulting from lignin had been identified and stablished S/G ratio as 0,73. With a lignin Klason content of 26.28% from green coconut fiber and 25.45% from parenchyma. The best conditions of ozone treatment were determined to be the fiber with no addition of reagents for 4 hours under oxidation as determined by the increase of glucose content in the hydrolysate to 45.96 % after acid hydrolysis of ozone treated fibers. / An?lises qu?micas e estruturais dos produtos de biomassa tropical tem se tornado um potencial interesse para produ??o de novos produtos que agreguem valores sustent?veis, dentre eles, os biocombust?veis. Res?duos de coco se tornam promissores pois n?o competem com a ind?stria aliment?cia e podem ser transformados em um produto de maior valor agregado visto serem de origem lignocelul?sica. Nesse contexto, os cocos verdes foram separados entre fibra e par?nquima e por conseguinte, caracterizados a n?vel anat?mico para que melhor pudesse ser compreendido a rela??o do tratamento utilizado para deslignifica??o; no caso, a ozon?lise, assim como as altera??es qu?micas e composicionais da parede celular. Para acessar os carboidratos, a lignina precisa ser removida, portanto foi explorado as mudan?as induzidas pelo oz?nio sob condi??es de pH; atrav?s adi??o de ?cido ac?tico e hidr?xido de s?dio, e tempo. O tratamento com oz?nio em solu??o de ?gua biodeionizada foi conduzido em pH 3, 5 e 8 por 2, 4 e 6 horas a temperatura de 25?C. As an?lises foram realizadas com amostras anteriores e posteriores ? rea??o de ozon?lise, investigando as altera??es dos polissacar?deos e da lignina com as seguintes t?cnicas: MEV, Pi-GC/MS, CLAE, FT-IR e TGA. De acordo com a Microscospia eletr?nica de varredura e Espectroscopia de infravermelho, foi poss?vel observar a degrada??o dos componentes estruturais das fibras, em forma de ?mola?, a partir de 4 horas de oxida??o e altera??es nas intensidades das bandas respecivamente. De acordo com a Pi-GC/MS, os derivados da lignina foram identificados e estabelecido uma rela??o S/G de 0,73 para fibra. O teor de lignina de Klason foi de 26,28% para a fibra e 25,45% para o par?nquima. Em visto disso, chegou-se a conclus?o que a melhor condi??o de tratamento com oz?nio foi obtido com as fibras sem adi??o de reagente sob 4 horas de exposi??o ao agente oxidante, determinado pelo aumento do teor de glicose a 45,96%.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2017-04-07T12:52:15Z No. of bitstreams: 1 2014 - Carlos Henrique Rocha Gon?alves.pdf: 2447515 bytes, checksum: bcb566dd037e0d15e3e3ab74112d585e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-07T12:52:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014 - Carlos Henrique Rocha Gon?alves.pdf: 2447515 bytes, checksum: bcb566dd037e0d15e3e3ab74112d585e (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / This work aimed to realize oxidative reactions using ozone in aqueous middle to simulate the aging aspect in Corymbia citriodora K.D. Hill & L.A.S. Johnson wood samples. Ozone that is a very reactive gas, was produced by the ozonizer by the corona effect. In order to evaluate the transformations occurred in the samples submitted to the treatment in different times and pHs (neutral, basic and acid) those samples were analyzed by various tests (color mensuration in the CIELAB colorimetric space; contact angle between water and wood by the goniometer; XPS spectroscopy and Pyrolysis ? GC/MS). The samples were obtained from a Corymbia citriodora tree log harvested in the UFRRJ campus in Serop?dica. Those samples were treated mechanically in order to adequate it to the analysis with 10 x 20 x 2 mm dimensions. It was observed that the 6h acid was the one that presented the best natural aging appearance. All the tests done have shown that the wood components had different behaviors in each treatment, especially when we talk about lignin and its G/S (Guaiacyl:Siringyl). The results have shown that the reactions were well succeed, revealing that the ozone had reacted in the majority of the samples, with the lignin, affecting the G/S ratio for all the treatments. XPS data showed the level of oxidation, for example, in the neutral treatment, showing ozone oxidative effect. In this way, the G/S ratio revealed that the ozone attack have occurred, first with the lignins that have predominantly the guaiacyl units, assuming that the reaction affected mainly the cellular region with high guaiacyl units content. It was also detected in the acid treatment, that the ozone as well reached the extractives group, especially the decanoic acids. All the experimentations were sufficient to discolor and give aging appearance to the wood, as the color changing shown by the color tests with the spectrophotometer. The contact angle has proved that the samples in order absorb more water, becoming more hydrophilic, when related to the L:C ratio (lignin:carbohydrate). / Esse trabalho teve por objetivo realizar rea??es oxidativas utilizando oz?nio em meio aquoso para simular o aspecto de envelhecimento em madeiras de Corymbia citriodora K.D. Hill & L.A.S. Johnson. O oz?nio que ? um g?s extremamente reativo foi produzido pelo ozonizador atrav?s da descarga corona. Para avaliar as modifica??es ocorridas nas amostras ap?s serem submetidas ?s rea??es de ozon?lise em diferentes tempos e pHs (neutro, b?sico e ?cido), essas amostras foram posteriormente submetidas a v?rios testes (mensura??o da cor no espa?o colorim?trico CIELAB; do ?ngulo de contato entre a ?gua e a madeira atrav?s do goni?metro; espectroscopia XPS (Espectroscopia Fotoeletr?nica de Raios-X) e pir?lise ? CG/EM (pir?lise analisada por cromatografia gasosa, acoplada ? um detector de massa)). As amostras foram obtidas de tora de madeira de um esp?cime da esp?cie Corymbia citriodora obtida no campus da UFRRJ em Serop?dica. Essas amostras foram tratadas mecanicamente de maneira a adequ?-la para an?lise, ficando com dimens?o de 10 x 20 x 2 mm. Foi constatado que as amostras do tratamento ?cido durante 6h foram as que ficaram com a apar?ncia mais pr?xima de uma madeira naturalmente envelhecida. Os diversos testes feitos mostraram que os componentes da madeira se comportaram de forma diferente em cada um dos tratamentos especialmente no que tange ? lignina na sua raz?o G/S da mesma. Os resultados mostraram que a rea??es foram bem sucedidas, revelando que o oz?nio reagiu na grande maioria das amostras com a lignina afetando a raz?o G/S para todos os tratamentos. Dados do XPS mostram os n?veis de oxida??o por exemplo dos tratamentos neutros, mostrando o efeito oxidativo do oz?nio. Neste sentido, a raz?o Guacila/Siringila revelou que o ataque do oz?nio aconteceu primeiramente com as ligninas que predominam unidades guaiacila, pressupondo que a rea??o afetou direcionadamente a regi?o da parede celular com mais alto teor de unidade Guaiac?la. Foi tamb?m detectado no tratamento ?cido que o oz?nio atingiu tamb?m o grupo dos extrativos especialmente os ?cidos decan?icos. Todos os experimentos foram suficientes para descolorir e dar apar?ncia de madeira envelhecida, como mudan?as de cor mostradas pelos testes de cor com espectrofot?metro. O ?ngulo de contato mostrou que as amostras em ordem absorvem mais ?gua, tornando-as mais hidrof?lica, quando correlacionada ? raz?o C:L (Carboidratos:Lignina).

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Karina_Heberle.pdf: 852717 bytes, checksum: 38d66278615e8631603b7471461bf5c7 (MD5) Previous issue date: 2016-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lignin is an indispensable biomolecule for many biological processes of plants. It is one of the most important is to contribute to stem verticality and to ensure the transport of water and minerals. Thus, the search for modulatory ways of lignin biosynthesis is important especially with the application of growth regulators. This research was conducted with Handroanthus impetiginosus seedlings and American patagonula subjected to concentrations of acid jasmonic (0,5 μmol L-1, 1 μmol L-1 e 1,5 μmol L-1). The experiment was conducted as a completely randomized design in the nursery and in a randomized block in the field, with four treatments and five replications. The quantification of lignin was performed by the Van Soest method. In the field, measurements included seedling height, diameter, and number of leaves to evaluate seedling quality. In addition, I calculated the ratio of height to stem diameter, the ratio of above ground dry biomass to weight of the dry roots and Dickson quality index (DQI). Data analysis and graphs from the analysis of variance were performed with Statistics, considering a confidence level of 5%. After the imposition of treatments seedlings of H. impetiginosus externalized the smallest increment in height and the ratio between height and diameter for the three doses of AJ, compared to the control. There was an increase in the Dickson quality index, in lignin concentration in the above ground tissues and root in seedlings that received 1 μmol L-1 and 1,5 μmol L-1. For P. americana seedlings, the doses of 1 μmol L-1 and 1,5 μmol L-1 resulted in increased growth of stem diameter. There was a reduction of the ratio of height to diameter for all tested AJ concentrations. DQI and lignin percentage of the above ground tissues increased as a result of application of 1 μmol L-1 de AJ. In the field, the percentage of seedling survival of H. impetiginosus and P. americana was 100% 90 days after planting. H. impetiginosus seedlings showed increased stem diameter with application of 1,5 μmol L-1. P. americana seedlings resulted in small values for H/D as a result of application of 1 μmol L-1 and 1,5 μmol L-1 of AJ. The results indicated that jasmonic acid may be an effective way of promoting seedling rustification in order to improve the initial seedling performance of H. impetiginosus and P. americana seedlings after planting / A lignina é uma biomolécula indispensável a diversos processos biológicos das plantas, dentre eles o mais importante é conferir rigidez necessária à manutenção da verticalidade do caule e assegurar a existência de vias rápidas de circulação da água e minerais. Nesse sentido, a busca de sistemas moduladores da biossíntese da lignina pode ser alcançada com a aplicação de reguladores de crescimento. Esta pesquisa teve como objetivo avaliar o efeito da pulverização exógena de ácido jasmônico na biossíntese de lignina em mudas de Handroanthus impetiginosus e Patagonula americana, onde foram aplicadas diferentes concentrações do regulador vegetal ácido jasmônico (0,5 μmol L-1, 1 μmol L-1 e 1,5 μmol L-1). O experimento foi composto por delineamento inteiramente casualizado em viveiro e em blocos casualizados a campo, contando com quatro tratamentos e cinco repetições. A quantificação da lignina foi realizada pelo método de Van Soest. A campo também foram realizadas análises morfométricas (altura, diâmetro, número de folhas) para avaliar a qualidade das mudas, além de índices de qualidade, como a relação altura da parte aérea/diâmetro do coleto, a relação do peso de matéria seca da parte aérea/ peso de matéria seca das raízes e o índice de qualidade de Dickson (IQD). A análise dos dados foi realizada com o auxílio do programa estatístico Statistics e os gráficos gerados a partir da análise de variância, considerando significância em nível de 5% de probabilidade do erro. Após a imposição dos tratamentos as mudas de H. impetiginosus externaram menor incremento em altura e relação altura e diâmetro para as três doses de AJ, comparadas à testemunha. Houve aumento no índice de qualidade de Dickson, na concentração de lignina da parte aérea e da raiz, nas doses de 1 μmol L-1 e 1,5 μmol L-1. Para as mudas de P. americana, as doses de 1 μmol L-1 e 1,5 μmol L-1 colaboraram para o aumento do incremento no diâmetro do coleto. Houve redução da relação altura da parte aérea/ diâmetro do coleto para as três concentrações de AJ. Na avaliação do IQD e do teor de lignina da parte aérea, houve aumento com a concentração de 1 μmol L-1 de AJ. No campo, 90 dias após o plantio, o percentual de sobrevivência das mudas de H. impetiginosus e P. americana foi 100%. Para as mudas de H. impetiginosus houve diferenças apenas no incremento do diâmetro do coleto na concentração de 1,5 μmol L-1 de AJ. As mudas de P. americana externaram menores valores para a relação H/D nas concetrações de 1 μmol L-1 e 1,5 μmol L-1. Os resultados indicam que dependendo da concentração utilizada de ácido jasmônico pode ser eficiente em promover a rustificação e melhorar o desempenho inicial a campo de mudas de H. impetiginosus e P. americana

Cost effective production of biofuel from plant biomass (second generation biofuels) is currently a key challenge. To achieve this, accessibility of plant cell wall polysaccharides to chemical, enzymatic and microbial digestion could be improved by altering lignin structure and composition or by reducing lignin content, as lignin is one cell wall component that has already been shown to contribute to biomass recalcitrance. Therefore, this thesis reports the genetic manipulation of lignin biosynthesis through down-regulation of cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) genes in barley (Hordeum vulgare L.). Barley has been chosen as the target plant for lignin manipulation for a few reasons: it is a major cereal crop that produces large amounts of lignocellulosic plant biomass that can potentially be used as animal feed or to produce second generation biofuels and also because it is a model grass for other bioenergy crops. CAD, as the final enzyme in the lignin pathway, is a perfect target for lignin manipulation. Characterised CAD mutants and transgenics have shown that down-regulation of CAD improves digestibility and does not influence plant growth and fertility. Due to the difficulty and complexity of transformation of monocot species, there are only a few reports describing down-regulation of CAD in monocots, and none in barley. Here, in this thesis, lignin was altered by down-regulating CAD genes using an RNAi construct with part of the HvCAD2 gene, the gene which has the highest expression level of all CAD genes. Transgenic barley plants showed reduced enzyme activity in the T0 generation (31% compared to EV plants) and enzyme activity was reduced even more in the T1 (to 3%) and T2 (to 2%) generations. The HvCAD2 RNAi barley lines had similar or slightly reduced Klason total lignin contents relative to control plants, but lignin structure and composition were altered. The RNAi plants had lower thioacidolysis yields, S/G ratio was reduced (1.59 in the empty vector controls versus 0.96–1.21 in the transgenic barley plants), the relative frequency of S units was reduced by 11–20%, the proportion of G units was increased by 17–32%, there was increased sinapaldehyde accumulation in lignin and ferulic acid abundance was reduced relative to control plants. Analysed transgenic barley plants had an orange stem phenotype. Growth season and conditions hugely affected the intensity of the phenotype. Because lignin plays a major role in culm strength and pathogen resistance, the influence of down-regulation of CAD on these features was characterised. The changed physicochemical nature of cell walls in HvCAD2 RNAi lines does not decrease the strength of the straw and does not decrease the resistance to the biotrophic Blumeria graminis and to the hemibiotrophic Rhynchosporium commune pathogens. The modified cell walls in the HvCAD2 RNAi lines had moderately improved sugar release for biofuel production. This study proves that it is possible to down-regulate CAD in cereal crops in order to change lignin structure and composition in plants without a negative impact on plant growth, fertility or pathogen resistance.

One of the challenges in the 21st Century is to overcome the recalcitrance of lignocellulose for the production of liquid biofuels. Lignin is one of the key factors in this recalcitrance. Grasses such as Miscanthus and switchgrass could become major sources of lignocellulose. Barley has potential as a genetically-tractable research model for such novel bioenergy crops and also as a bioenergy crop itself. This thesis concerns the 4CL and the CCR enzymes on the lignin pathway which were chosen as the targets to manipulate lignin in barley. They were selected because there is evidence that suppression of each of them in dicot species can lead to increased saccharification. The 4CL and CCR genes constitute multigene families where members have different expression patterns. RNAi was used to down-regulate 4CL1 and CCR1 using a constitutive promoter via Agrobacterium-mediated transformation of barley. From an extensive screen of the primary transformants for changes in protein level and lignin content, six CCR and four 4CL lines were taken forward for detailed analysis. Antibodies were also raised against barley 4CL and CCR recombinant proteins and these showed substantial reductions in the respective target protein levels in the RNAi lines. Both 4CL and CCR transgenic lines had significant reductions in lignin content, and CCR lines had changes in lignin structure due to changes in the proportions of acid soluble and acid insoluble lignin. No substantial consistent adverse effects on key agronomic traits were apparent in the 4CL and CCR transgenics. Selected 4CL and CCR transgenics had improved saccharification yield after using three different pretreatment methods, which is a desirable feature for biofuel production.

[pt] A fertilidade dos solos tem uma enorme importância para o meio ambiente, especialmente na produção de alimentos. Considerando-se isso, o presente trabalho buscou obter benefícios ambientais a partir da aplicação de um resíduo orgânico, rico em lignina, sobre o solo. Por meio dessa ação, buscou-se tornar o solo mais resistente à erosão e mais capaz de armazenar água e nutrientes. É importante citar, ainda, que o emprego de um resíduo orgânico configura um reaproveitamento de rejeito e possibilita o armazenamento de carbono. O procedimento teve início, então, com a obtenção de um composto rico em lignina. Em seguida, foi feita sua oxidação. Subsequentemente, esse material foi caracterizado, por termogravimetria (TG), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios x por energia dispersiva (EDS). Então, fez-se a inoculação do composto em um solo, seguida pela determinação dos limites de Atterberg e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Um dos resultados foi a obtenção de um composto rico em lignina a partir de bagaço de cana-de-açúcar, mas com rendimento de cerca de 10 por cento. Dando continuidade, usou-se um resíduo industrial de produção de celulose, cuja funcionalização com ácido acético apresentou o melhor rendimento. De acordo com a microscopia, o resíduo não funcionalizado exibiu notáveis rugosidade e superfície de contato, o que foi ainda otimizado pelo ácido acético. O EDS apontou a presença de carbono, oxigênio e enxofre. O FTIR indicou a existência de grupos oxigenados tanto antes quanto depois das funcionalizações. O limite de liquidez aumentou, bem como a acidez causada pelo íon hídron e a capacidade de troca de sódio, cálcio e potássio. / [en] Soil fertility is of enormous importance to the environment, especially in food production. Considering this, the present work sought to obtain environmental benefits from the application of an organic residue, rich in lignin, in the soil. Through this action, the aim was to make the soil more resistant to erosion and more capable of storing water and nutrients. It is important to mention, also, that the application of an organic residue constitutes a reuse of waste and enables the storage of carbon. The procedure then started with obtaining a lignin-rich compound. After, it s oxidation was made. Subsequently, this material was characterized by thermogravimetry (TG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and dispersive energy x-ray spectroscopy (EDS). Then, the compound was inoculated into a soil, followed by determination of the Atterberg Limits and Cation Exchange Capacity (CTC). One of the results was to obtain a lignin-rich compound from sugarcane bagasse, but with yield of about 10 per cent. Continuing, an industrial cellulose production residue was used, whose functionalization with acetic acid presented the best yield when compared to with other acids. According to the microscopy, the non-functionalized residue exhibited remarkable roughness and contact surface, which was further optimized by the acetic acid. The EDS pointed to the presence of carbon, oxygen and sulfur. The FTIR indicated the existence of oxygen groups both before and after the functionalizations. The liquidity limit increased, as well as the acidity caused by the hydron and the capacity to exchange sodium, calcium and potassium.