Orientadores: Lucia Helena Innocentini Mei, Nelson Eduardo Duran Caballero / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:57:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_FranciscoAdaode_D.pdf: 5687735 bytes, checksum: 30f309fc3c8612bce1b126f965cd65a9 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A produção de plásticos sintéticos tem aumentado ano após ano, por ser barato, resistente, etc. Mas, os especialistas advertem que o lucro obtido na industrialização e comercialização dos plásticos não pode por em risco o futuro da humanidade. Os fatos demonstram que o planeta já foi prejudicado, principalmente a fauna e a flora marinha. A solução para este problema é o desenvolvimento de materiais biodegradáveis, que garantam um desenvolvimento sustentável, onde o homem e o meio possam conviver sem causar prejuízos entre si. Com este princípio, buscamos neste trabalho o desenvolvimento de blendas biodegradáveis de polímeros naturais, com potencial para substituir alguns dos plásticos convencionais, contribuindo para o binômio produção versus preservação ambiental. A lignina é uma biomacromolécula, assim como o tanino, os quais são disponíveis em grande quantidade no Brasil. O outro componente da blenda, o copolímero de poli(3- hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) ou PHBV, é uma biomolécula, termoplástico natural, biodegradável e biocompatível. Foi escolhida esta proporção (50:50)% (m/m), esta proporção foi a proporção estudada anteriormente, para a blenda de lignina de bagaço de cana com o PHBV, no aparelho Haake. Os estudos das propriedades mecânicas mostraram boas características de resistência, sendo processada na extrusora dupla rosca e injetada para a confecção dos corpos de prova. Foi estudada a biodegradação das amostras, em meio sólido, por ação dos fungos e bactérias do solo. As caracterizações das blendas (50:50) %, (m/m), ligninas, taninos, PHBV e PHB foram feitas por: Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Análise Dinâmico Mecânica (DMA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Elementar (CHN), Espectroscopia de Fluorescência, Fluorescência de Raios-X e Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (RMN- 1H). / Abstract: The production of synthetic plastics has been increasing year after year, for being cheap, resistant, and soon however, the specialists notice that the profit obtained in the industrialization and commercialization of the plastics should not put in risk the Humanity's future. The facts demonstrate that the planet was already harmed, mainly the fauna and the sea flora. The solution for this problem is the development of biodegradable materials to guarantee a sustained development, where the man and the environment have together without causing damages amongst themselves. With this objective, we decided to study in this work the development of biodegradable blends of natural polymer, with potential to substitute some of the conventional plastics, contributing thus the binomial production versus environmental preservation. The lignin is a biomacromolecule, as well as the tannin, theses components are available in great amount in the tropical countries like Brazil. The other component of the blends, the copolymer of poly(3-hydroxybutirate-co-3-hydroxyvalerate) or PHBV, is a natural biomolecule, thermoplastic, biodegradable and biocompatible. It was chosen this proportion (50:50) % (w/w), also this proportion was studied previously in our research group, for the blend of lignin of sugar cane bagasse with PHBV, in the apparatus Haake. The studies of mechanical properties because showed good resistance characteristics. The blends were processed in the twin screw extruders and injected for the making of the test sample. It was studied the biodegradation of the samples, in solid medium, in presence of the fungi and bacteria of the soil. The characterization of blends (50:50%) (w/w), lignins, tannins, PHBV's and PHB's were made by: Fourier Transform Infrared (FT-IR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Microscopy Electronic (SEM), Elementary Analysis (CHN), Spectroscopy of Fluorescence, Fluorescence of ray-X and Nuclear Magnetic Resonance of Hydrogen (NMR -1H). / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

O desempenho animal pode ser melhorado pelo incremento na digestibilidade dos alimentos. Um dos elementos neste processo é a acurada caracterização da composição química. Objetivando avaliar quatro métodos para determinar o teor de lignina, foram estudadas cinco gramíneas: Brachiaria brizantha cv. Marandú, Brachiaria brizantha cv. Xaraés (MG-5), Panicum maximum cv. Mombaça, Pennisetum purpureum cv. Cameroon e Pennisetum purpureum cv. Napier. As frações fibrosas da parede celular (PC), fibra em detergente neutro (FDN) e fibra em detergente ácido (FDA) aumentaram conforme as plantas amadureceram, refletindo as mudanças na composição dos componentes da parede celular (celulose, hemicelulose e lignina). Os valores de PC foram superiores aos da FDN indicando solubilização da pectina e outros oligossacarídeos da parede celular na solução de detergente neutro. O método LDA apresentou os menores teores de lignina, evidenciando a solubilização de parte da lignina na solução de detergente ácido. Os resultados de LPer foram maiores que os de LDA, que pode ser devido à oxidação da celulose e pectina pelo permanganato de potássio. Os teores de LK foram maiores que os de LDA possivelmente por contaminação protéica, mas, menores que os de LPer. Os teores de LBA foram maiores que os outros três métodos. A digestibilidade acompanhou, de forma inversa, o estádio de maturidade das plantas. A digestibilidade in vitro apresentou forte correlação negativa com os teores de lignina para todos os métodos, menos para LPer. Encontrou-se um valor de relação de 2,23, entre os métodos LDA e LBA, que, ao ser aplicado, nos teores de LDA, resultou em reta similar ao da LBA. Chama a atenção como este valor de 2,23 é muito próximo ao 2,4 utilizado nas equações B2 e C das frações de carboidratos do \"Cornell Net Carbohydrate & Protein System\" e nas equações do National Research Counsil de 1996, para corrigir o teor de lignina. O método LBA é um método fácil e conveniente para determinar a concentração de lignina em forrageiras e uma boa opção para uso rotineiro nas análises de laboratório. / Animal performance can be improved by enhancing feed digestibility. One of the elements for this process is an accurate characterization of feedstuff chemical composition. With the objective of evaluating four methods used today for lignin determination, five grasses were used: Brachiaria brizantha cv. Marandú, Brachiaria brizantha cv. Xaraés (MG-5), Panicum maximum cv. Mombaça, Pennisetum purpureum cv. Cameroon e Pennisetum purpureum cv. Napier, All fibrous fractions, neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) and cell wall (CW), increased as the plants matured, reflecting the changes in the CW composition (cellulose, hemicellulose and lignin). The values obtained for CW were higher than those obtained for NDF, indicating solubilization of pectin and other cell wall oligosaccharides in the neutral detergent solution. The ADL method produced the lowest lignin values, reflecting lignin solubilization by the acid detergent solution. PerL results were higher than those of ADL, possibly due to hemicellulose and pectin oxidation by potassium permanganate. The values for KL were higher than those of ADL, possibly due to protein contamination, but were lower than PerL values. ABL values were the highest among all methods. Digestibility inversely followed plant maturity throughout the study. In vitro dry matter digestibility showed high negative correlation with lignin contents. A 2,23 ratio between ADL and ABL methods was found, which when applied to ADL values, resulted in a curve similar to ABL method curve. It is interesting to note that, this value of 2,23 is very close to the 2,4 used in carbohydrate fractions B2 and C of the \"Cornell Net Carbohydrate & Protein System\", for the correction of lignin content. The ABL method is easy and convenient for total lignin content determination in forages.

A digestibilidade in vitro da matéria seca e da parede celular, de diferentes amostras vegetais arranjadas em três grupos: forragens, madeiras ou bambus, foi correlacionada com os teores de lignia estimados por três métodos analíticos. Os métodos empregados foram: lígnina em detergente ácido (LDA). lignina Klason (LK) e lignina permanganato de potássio (LPer). Os teores de lignina foram diferentes entre os métodos, para as mesmas amostras analisadas, sendo no geral maiores para LK e LPer. Para quase todas as amostras, os teores de lignina foram negativamente correlacionadas com a digestibilidade in vitro da matéria seca e da parede celular. O método LDA estimou razoavelmente bem a digestibilidade de forrageiras e bambus, seguindo-se a LPer. A LK não estimou bem a digestibilidade de gramíneas. Quanto às madeiras, nenhum dos três métodos foi um bom indicador da digestibilidade, mesmo o método LK, tradicionalmente usado para madeiras. Conclui-se que, nenhum dos três métodos foi totalmente satisfatório, sugerindo que a determinação analítica da lignina seja mais profundamente estudada. / The in vitro digestibility either dry matter or cell wall of different vegetable samples arranged in three groups: forages, wood or bamboos was correlated with lignin concentration determined through three analytical methods. The employed methods were: acid detergent lignin (ADL), Klason lignin (KL) and potassium permanganate lignin (PerL). Lignin concentrations were different among the methods for the same samples, generally larger for KL and PerL. For almost all samples, lignin concentration was negatively correlated with in vitro digestibility of dry matter and cell wall. ADL method predicted digestibility of grasses and bamboos reasonably well, followed by PerL. KL content was not a good predictor of grass digestibility. Concerning woods, none of the three methods was a good predictor of digestibilty, even the KL method, traditionally used for wood. It is concluded that none of the three methods was totally satisfactory, suggesting that analytical determination of lignin needs more research effort.

Quantificou-se o teor de lignina em cinco amostras de plantas forrageiras, nas frações caule e folha, em quatro estádios de maturidade, através de três métodos analíticos: lignina detergente ácido (LDA), lignina permanganato de potássio (LPer) e lignina Klason (LK), todos de natureza gravimétrica. Os três métodos não foram concordantes entre si, sendo que para a maioria das amostras, o método LK mostrou valores mais elevados que os outros dois métodos, e o método LDA exibindo os menores valores. A fração caule exibiu teores mais elevados de lignina do que a folha; forrageiras maduras mostraram maiores concentrações de lignina do que plantas mais novas. Para quase todas as amostras, a digestibilidade in vitro da matéria seca foi negativamente correlacionada com os teores de lignina estimados pelos três métodos analíticos. O método LDA estimou razoavelmente bem a digestibilidade de forrageiras, seguindo-se a LPer. A LK não estimou bem a digestibilidade de gramíneas. Conclui-se que, nenhum dos três métodos foi totalmente satisfatório, sugerindo que a determinação analítica da lignina seja mais profundamente estudada. Este trabalho também quantificou as frações de carboidratos pelas equações da ″Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS)″. A utilização da preparação parede celular (PC) nas equações da CNCPS, em substituição à fibra em detergente neutro (FDN), não proporcionou diferenças quanto aos teores de carboidratos de todas as frações. Porque foi realizada a comparação entre PC e FDN, foi descoberto que a equação da fração C, que estima os carboidratos indigeríveis da parede celular, pode ser simplificada, relacionando a fração indigerível em função do teor de lignina na matéria seca, e não em função da FDN, como é atualmente amplamente utilizado. Em outras palavras, o cálculo da fração indigerível da parede celular pode ser obtido independentemente da FDN isenta de cinzas e proteína. Como os valores da fração B1 (amido e pectina) pelo sistema CNCPS foram menores em relação à determinação laboratorial e com base nos resultados obtidos pelo emprego da PC nas equações de Cornell, sugere-se que a fração B2 seja destinada exclusivamente à pectina. E para os carboidratos digeríveis da parede celular, uma nova fração seja denominada, a B3 . Evidências colhidas na presente pesquisa sugerem que, pelas equações de Cornell, a pectina nunca esteve presente na fração B1 e sim na fração A. Portanto, do conteúdo da fração A, dever-se-ia subtrair o valor da pectina. A fração C continuaria inalterada e a fração B1 seria constituída apenas de amido / Lignin was quantified in five forage samples, in the fractions stem and leaf, at four maturity stages, through three analytical methods: acid detergent lignin (ADL), permanganate lignin (PerL) and Klason lignin (KL), all gravimetric procedures. The three techniques yielded different values for the same samples; in general, the KL method showed higher lignin concentrations than the two other methods, being the ADL which showed the lowest data. Stem fraction exhibited higher levels of lignin than leaf tissue; mature forages had higher concentrations of lignin than younger plants. For almost all the samples, lignin concentration was negatively correlated with the in vitro dry matter digestibility. The method ADL estimated reasonably well the digestibility of grasses, followed by PerL. The KL method was not a good predictor of digestibility of grasses. It was concluded that none of the three methods was totally satisfactory, suggesting that the analytical determination of lignin should be more deeply studied. This work also quantified the carbohydrate fractions through the Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS). The utilization of crude cell wall instead of neutral detergent fiber in the CNCPS equations showed no differences in the estimates of all carbohydrate fractions. Because it was made a comparison between CW and NDF, it was discovered that the equation for the fraction C could be simplified where lignin expressed as a ratio of NDF, could be described on dry matter basis and not on NDF basis as it is largely used nowadays. In another words, estimate of indigestible cell wall could be obtained independently of ash + protein-free NDF. Because estimates of B1 fraction (starch and pectin) by means of CNCPS equations were lower than wet chemistry determinations and based on the results obtained by the substitution of NDF for PC in the Cornell equations, we suggest that B2 fraction be allocated exclusively for pectin. And for the digestible cell wall carbohydrates a new fraction, B3, be named. Evidences collected in the present experiment suggest that in the Cornell equations pectin was never part of B1 fraction but present in the A fraction. Thus, from the content of fraction A, pectin must be subtracted. The fraction C would remain unaltered and the fraction B1 would be constituted only by starch

Quantificou-se o teor de lignina em cinco amostras de plantas forrageiras, nas frações caule e folha, em quatro estádios de maturidade, através de três métodos analíticos: lignina detergente ácido (LDA), lignina permanganato de potássio (LPer) e lignina Klason (LK), todos de natureza gravimétrica. Os três métodos não foram concordantes entre si, sendo que para a maioria das amostras, o método LK mostrou valores mais elevados que os outros dois métodos, e o método LDA exibindo os menores valores. A fração caule exibiu teores mais elevados de lignina do que a folha; forrageiras maduras mostraram maiores concentrações de lignina do que plantas mais novas. Para quase todas as amostras, a digestibilidade in vitro da matéria seca foi negativamente correlacionada com os teores de lignina estimados pelos três métodos analíticos. O método LDA estimou razoavelmente bem a digestibilidade de forrageiras, seguindo-se a LPer. A LK não estimou bem a digestibilidade de gramíneas. Conclui-se que, nenhum dos três métodos foi totalmente satisfatório, sugerindo que a determinação analítica da lignina seja mais profundamente estudada. Este trabalho também quantificou as frações de carboidratos pelas equações da ″Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS)″. A utilização da preparação parede celular (PC) nas equações da CNCPS, em substituição à fibra em detergente neutro (FDN), não proporcionou diferenças quanto aos teores de carboidratos de todas as frações. Porque foi realizada a comparação entre PC e FDN, foi descoberto que a equação da fração C, que estima os carboidratos indigeríveis da parede celular, pode ser simplificada, relacionando a fração indigerível em função do teor de lignina na matéria seca, e não em função da FDN, como é atualmente amplamente utilizado. Em outras palavras, o cálculo da fração indigerível da parede celular pode ser obtido independentemente da FDN isenta de cinzas e proteína. Como os valores da fração B1 (amido e pectina) pelo sistema CNCPS foram menores em relação à determinação laboratorial e com base nos resultados obtidos pelo emprego da PC nas equações de Cornell, sugere-se que a fração B2 seja destinada exclusivamente à pectina. E para os carboidratos digeríveis da parede celular, uma nova fração seja denominada, a B3 . Evidências colhidas na presente pesquisa sugerem que, pelas equações de Cornell, a pectina nunca esteve presente na fração B1 e sim na fração A. Portanto, do conteúdo da fração A, dever-se-ia subtrair o valor da pectina. A fração C continuaria inalterada e a fração B1 seria constituída apenas de amido / Lignin was quantified in five forage samples, in the fractions stem and leaf, at four maturity stages, through three analytical methods: acid detergent lignin (ADL), permanganate lignin (PerL) and Klason lignin (KL), all gravimetric procedures. The three techniques yielded different values for the same samples; in general, the KL method showed higher lignin concentrations than the two other methods, being the ADL which showed the lowest data. Stem fraction exhibited higher levels of lignin than leaf tissue; mature forages had higher concentrations of lignin than younger plants. For almost all the samples, lignin concentration was negatively correlated with the in vitro dry matter digestibility. The method ADL estimated reasonably well the digestibility of grasses, followed by PerL. The KL method was not a good predictor of digestibility of grasses. It was concluded that none of the three methods was totally satisfactory, suggesting that the analytical determination of lignin should be more deeply studied. This work also quantified the carbohydrate fractions through the Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS). The utilization of crude cell wall instead of neutral detergent fiber in the CNCPS equations showed no differences in the estimates of all carbohydrate fractions. Because it was made a comparison between CW and NDF, it was discovered that the equation for the fraction C could be simplified where lignin expressed as a ratio of NDF, could be described on dry matter basis and not on NDF basis as it is largely used nowadays. In another words, estimate of indigestible cell wall could be obtained independently of ash + protein-free NDF. Because estimates of B1 fraction (starch and pectin) by means of CNCPS equations were lower than wet chemistry determinations and based on the results obtained by the substitution of NDF for PC in the Cornell equations, we suggest that B2 fraction be allocated exclusively for pectin. And for the digestible cell wall carbohydrates a new fraction, B3, be named. Evidences collected in the present experiment suggest that in the Cornell equations pectin was never part of B1 fraction but present in the A fraction. Thus, from the content of fraction A, pectin must be subtracted. The fraction C would remain unaltered and the fraction B1 would be constituted only by starch

A digestibilidade in vitro da matéria seca e da parede celular, de diferentes amostras vegetais arranjadas em três grupos: forragens, madeiras ou bambus, foi correlacionada com os teores de lignia estimados por três métodos analíticos. Os métodos empregados foram: lígnina em detergente ácido (LDA). lignina Klason (LK) e lignina permanganato de potássio (LPer). Os teores de lignina foram diferentes entre os métodos, para as mesmas amostras analisadas, sendo no geral maiores para LK e LPer. Para quase todas as amostras, os teores de lignina foram negativamente correlacionadas com a digestibilidade in vitro da matéria seca e da parede celular. O método LDA estimou razoavelmente bem a digestibilidade de forrageiras e bambus, seguindo-se a LPer. A LK não estimou bem a digestibilidade de gramíneas. Quanto às madeiras, nenhum dos três métodos foi um bom indicador da digestibilidade, mesmo o método LK, tradicionalmente usado para madeiras. Conclui-se que, nenhum dos três métodos foi totalmente satisfatório, sugerindo que a determinação analítica da lignina seja mais profundamente estudada. / The in vitro digestibility either dry matter or cell wall of different vegetable samples arranged in three groups: forages, wood or bamboos was correlated with lignin concentration determined through three analytical methods. The employed methods were: acid detergent lignin (ADL), Klason lignin (KL) and potassium permanganate lignin (PerL). Lignin concentrations were different among the methods for the same samples, generally larger for KL and PerL. For almost all samples, lignin concentration was negatively correlated with in vitro digestibility of dry matter and cell wall. ADL method predicted digestibility of grasses and bamboos reasonably well, followed by PerL. KL content was not a good predictor of grass digestibility. Concerning woods, none of the three methods was a good predictor of digestibilty, even the KL method, traditionally used for wood. It is concluded that none of the three methods was totally satisfactory, suggesting that analytical determination of lignin needs more research effort.

Orientador: Mario de Oliveira Neto / Resumo: A busca por fontes de energias renováveis vêm ganhando cada vez mais importância, pois, com a eminente escassez dos combustíveis fósseis, que são as principais fontes energéticas utilizadas mundialmente e ao mesmo tempo com os problemas ambientais causados por esses combustíveis, o etanol de segunda geração (2G) surge como uma alternativa de energia renovável já que é obtido a partir de biomassa lignocelulósica. Entretanto, as tecnologias para a conversão desta biomassa em açúcares fermentáveis ainda possuem fatores limitantes. Um dos grandes problemas do processo de obtenção do etanol 2G está relacionado ao custo das enzimas celulolíticas. Sendo assim, desenvolver estratégias para a recuperação dessas enzimas é necessário para assegurar a viabilidade econômica do processo de conversão de biomassa. Diversas técnicas estão sendo estudadas e colocadas em prática para promover a recuperação, reciclagem e imobilização enzimática. Entretanto, nenhuma das metodologias utilizadas demonstram, de maneira geral, alta eficiência, custo baixo, rapidez e manutenção da atividade enzimática. A partir da lignina, subproduto da indústria de papel e celulose, pode-se sintetizar o lignocresol. Este, apresenta grandes expectativas de interação enzimática uma vez que apresenta características físico-químicas favoráveis à adsorção. Frente a isto, propusemos a produção deste composto para promover a interação com enzimas para promover recuperação enzimática. A síntese de lignocresol, oriundo da lig... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The search for renewable energy sources is gaining increasing importance because, with the imminent shortage of fossil fuels, which are the main energy sources used worldwide and at the same time with the environmental problems caused by these fuels, second-generation ethanol (2G) arises as a renewable energy alternative since it is obtained from lignocellulosic biomass. However, the technologies for the conversion of this biomass to fermentable sugars still have limiting factors. One of the major problems in the process of obtaining 2G ethanol is related to the cost of cellulolytic enzymes. Thus, developing strategies for the recovery of these enzymes is necessary to ensure the economic viability of the biomass conversion process. Several techniques are being studied and put into practice to promote recovery, recycling, and enzymatic immobilization. However, none of the methodologies used shows, in general, high efficiency, low cost, fastness and maintenance of the enzymatic activity. From lignin, a byproduct of the pulp and paper industry, lignocresol can be synthesized. This one presents high expectations of enzymatic interaction since it presents physicochemical characteristics favorable to the adsorption. In view of this, we proposed the production of this compound to promote interaction with enzymes to promote enzymatic recovery. The lignocresol synthesis from Pinus spp. Kraft lignin was made by adapting to the phase separation system methodology. In this process, more ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

The aim of this study was to optimize methane production by investigating hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse impregnated with acid (H2SO4) and alkaline H2O2 using substrate (g kg-1) -inoculum (g kg-1) ratio of 1:2. Batch reactors were realized under mesophilic conditions (37 °C). A central composite design (CCD) involving three factors; temperature (°C), time (min), and chemical compound concentration (H2O2 (%v/v) and H2SO4 (%w/v)) was utilized to optimize hydrothermal pretreatment. Thirty-two hydrothermal pretreatments were conducted according to CCD. H2O2 assisted hydrothermal pretreatment resulted in higher solid recovery (93.13%), higher percent glucan increase (139.52%), and lower lignin recovery (76.48%) in pretreated solid fraction in comparison to H2SO4 impregnated hydrothermal pretreatment. In the latter case, lower solid yield (12.27%), glucan recovery (187.01%) and higher lignin recovery (358.85%) was recorded. Higher COD solubilization (25.20 g L-1), lower total phenolic (content 658.13 ppm), higher sulfate (7240 mg L-1), furfural (925.77-2216.47 mg L-1) and 5-hydroxymehtylfurfural (70.95-970.08 mg L-1) were observed in liquid hydrolysate of H2SO4 assisted hydrothermal pretreatment. While lower COD solubilization (17.75 mg L-1), higher total phenolic content (3005.63 ppm), lower concentration of furfural (0-56.91 mg L-1) and 5-hydroxymethylfurfural (2.56-56.60 mg L-1) was recorded with H2O2 assisted hydrothermal pretreatment. Concerning methane production for H2O2 assisted conditions, 5.59 Nmmol g-1 TVS (2% H2O2) to 13.49 Nmmol g-1 TVS (6% H2O2) was recorded. However, pretreatment with 7.36% H2O2 resulted in 14.43 Nmmol g-1 TVS, which was 118.16% higher comparing to untreated sugarcane bagasse (6.60 Nmmol g-1 TVS). Methanogenic inhibition was recorded for most of the H2SO4.pretreated reactor (1 – 3 %w/v H2SO4). Minimum CH4 production observed was 0.58 Nmmol g-1 TVS in pretreatment O-HSO (2% w/v H2SO4). Acetic acid was the predominant volatile fatty acid observed in digestion process of H2O2 treated batch reactor however was not recorded in H2SO4 treated batch reactors. Microbial community analysis indicated the prevalence of unclassified AUTHM297, Clostridium, and Treponema related genera in H2O2 treated reactors. Genera related aromatic compound degradation were identified and abundant in H2SO4 treated reactors. Methanolinea, Methanobacterium, and Methanosaeta were abundant methanogens in both pretreatments. Hydrogen peroxide assisted hydrothermal pretreatment was verified as a better choice for methane production comparing to sulfuric acid assisted hydrothermal pretreatment primarily on account of higher lignin solubilization, higher glucan recovery, and lower furanic compounds production. / O objetivo deste estudo foi otimizar a produção de metano investigando as condições do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço da cana de açúcar sob impregnação de ácido (H2SO4) e álcali (H2O2) utilizando-se a razão substrato (g kg-1) inóculo (g kg-1) de 1:2. Os reatores em batelada foram mantidos em condições mesofílicas (37 ºC). Para otimizar as condições de pré-tratamento hidrotérmico, o design de composto central rotacional (DCCR) foi realizado utilizando três fatores: temperatura (ºC), tempo (min) e concentração do composto químico (H2O2 (%v/v) e H2SO4 (% p/v)). Trinta e dois pré-tratamentos hidrotérmicos foram realizados de acordo com a concepção do DCCR. O pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço, com H2O2 resultou em maior recuperação de sólidos (93,13%), elevado percentual de glicana (139,52%) e menor recuperação de lignina (76,48%) da fração sólida pré-tratada, se comparada aquele com H2SO4. Nesse último caso, observou-se menor rendimento de sólidos (12,27%) e glucanas (187,01%) e maior recuperação de lignina (358,85%). No líquido hidrolisado do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço com H2SO4 foi observada elevada solubilização de DQO (25,20 g L-1), menor teor de fenóis totais (658,13 mg L-1), elevado sulfato (7240 mg L-1), furfural (925,77 - 2216,47 mg L-1 e 5-hidroximetilfurfural (70,95 - 970,08 mg L-1). Enquanto, foi registrado menor solubilização de DQO (17,27 g L-1), maior teor de fenóis totais (3005,63 ppm), e menor concentração de furfural (0 - 56.91 mg L-1), 5-hidroximetilfurfural (2,56 - 50,60 mg L--1 com H2O2. Em relação ao a produção de metano nas condições com H2O2, observou-se 5.59 Nmmol g-1 STV (2%v/v H2O2) a 13.49 Nmmol g-1 STV (6%v/v H2O2). No tratamento com 7.36% de H2O2 observou-se 14,43 Nmmol g-1 STV que foi 118.16% maior se comparado com o bagaço não-tratado (6,60 Nmmol g-1 STV). Inibição metanogênica foi observada na maioria dos reatores pré-tratados com H2SO4 (1 – 3% p/v), e a produção mínima observada foi de 0.58 Nmmol g-1 TVS no pré-tratamento com 2% p/v de H2SO4. Ácido acético foi o principal ácido orgânico volátil observado somente no reatores por tratamento de H2O2. Por meio da A análise da comunidade microbiana, para o domínio Bacteria, foi observado prevalência dos gêneros AUTHM297, Clostridium e Treponema nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2O2. Gêneros relacionados à degradação de compostos aromáticos foram identificados e estiveram em maior abundância nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2SO4. Methanolinea, Methanobacterium, e Methanosaeta foram os microrganismos do domínio Archaea mais abundantes e identificados em ambos os pré-tratamentos. O pré-tratamento hidrotérmico assistido com H2O2 foi a melhor opção em relação ao H2SO4, devido a maior solubilização de lignina, maior recuperação de glucano e baixa produção de compostos furânicos.

Neste trabalho, 2 diferentes procedimentosforam utilizados para a extração de lignina a partir do licor negro, caracterizando-se quimicamente as amostras de lignina obtidas em relação a umalignina comercial, visando a aplicação no desenvolvimento de sensores voltamétricos. A análise elementar, espectroscopia na região do infravermelho, análise térmica e caracterização eletroquímica do material mostraram que, tanto a origem da lignina quanto a metodologia de obtenção da mesma, a partir do licor negro, podem fornecer materiais com propriedades químicas distintas, embora possuam comportamento eletroquímico similar. Observou-se, também, que a lignina só pode ser armazenada na forma sólida,devido à oxidação pelo oxigênio dissolvidodurante o tempo em que a solução mãe é armazenada.No entanto, a oxidação dalignina é necessária quando se tem por objetivo o desenvolvimento de sensores voltamétricos, devido a predominância de carbonos sp2na estrutura químicaoxidada, condição em que se obtém maior condutividade. Constatou-se também a necessidade de utilizar um transdutor metálico para o desenvolvimento de eletrodos qumicamente modificados com este material, visto que os eletrodos de carbono modificados com lignina oxidada ou não oxidada não apresentaram atividade eletroquímica. Devido à pequena porcentagem de enxofre existente na estrutura química, a lignina oxidada tende a se organizar pelos grupamentos SH quando na presença de ouro, expondo os grupamentos quinônicos eletroativos. A lignina oxidada ainda foi utilizada no preparo de eletrodo de pasta de carbono com nanopartículas de ouro, na qual a lignina oxidada impregnada no grafite atua como redutor \"in-situ\" do ouro, permitindo o preparo de um sensor voltamétrico versátil, capaz de realizar a determinação de ácido ascórbico, dopamina, nitrito e iodato. No que tange ao comportamento eletroquímico de fármacos e estudos de interação fármaco-DNA, eletrodos de carbono foram modificados com DNAdupla fita com a finalidade de monitorar a interação DNA-Gemcitabina.O fármaco não apresentou atividade eletroquímica tanto na região positiva quanto na região negativa de potencial. A interação do mesmo com o DNA promove a condensação/agregação das duplas fitas do DNA em uma primeiraetapa, seguida da clivagem do nucleosídeo guanosina, formando guanina livre. O comportamento eletroquímico de leflunomida e sulfasalazina, dois fármacos aplicados ao tratamento da artrite reumatóide, foi estudado e mecanismos de oxidação foram propostos para cada fármaco. / The chemical properties of samples of lignin, which were precipitated from black liquor using two different methodologies (precipitation with CO2 and H2SO4), were studied and the results compared to those obtained from a commercial lignin sample in order to prepare voltammetric sensors. The elementary analysis, infrared spectroscopy, thermal analysis and electrochemical characterization of the material demonstrated that both, the source of lignin and the precipitation method from the black liquor, can provide lignin samples with different chemical properties, although the electrochemical behavior of all samples has been the same. Lignin could only be stored in solid form as lignin in the black liquor is slowly and quantitatively oxidized by dissolved oxygen, preventing the extraction procedures. However, the lignin as extracted from black liquor cannot be used to modify solid electrodes due its high resistivity. The previous oxidation of the all material was necessary when the aim was its application on the sensors development. The electrical conductivity in the oxidized lignin was achieved, probably due to the predominance of sp2 hybridized carbon atoms, which improved orbital overlapping in the material. In addition, it was necessary to use a metallic transducer to produce electrodes modified with films of lignin with good electrochemical activity. The films drying time was also important parameter, which suggested a specific organization of lignin macromolecules over the electrode surface. Due to the small percentage of sulfur in the material, the oxidized lignin tended to be organized by the SH groups in the presence of metallic substrates, exposing its electroactive quinone groups. The oxidized lignin was further used to prepare carbon paste electrodes modified with gold nanoparticles, in which the impregnated oxidized lignin on graphite acted as an \"in situ\" reducing agent towards HAuCl4.The resulting composite allowed the preparation of a versatile voltammetric sensor, capable of detecting ascorbic acid, dopamine, nitrite and iodate. Regarding the electrochemical behavior and drug interaction studies DNA-molecule, carbon electrodes were modified with double strand DNA with the purpose of monitoring Gemcitabine-DNA interaction. The drug showed no electrochemical activity both, in the positive and the negative potential. The Gemcitabine-DNA interaction promoted condensation / aggregation of the double strand DNA in a first step, followed by cleavage of the nucleoside guanosine in the form of free guanine. In addition, the electrochemical behavior of sulfasalazine and leflunomide, two pharmacological compounds applied to the treatment of rheumathoid arthritis, were studied and their oxidation mechanisms were proposed.

A parede celular vegetal é composta primariamente de celulose, hemicelulose e lignina. A lignina é o segundo biopolímero mais abundante na biosfera, atrás apenas de celulose, e é formado principalmente a partir da ligação entre três monômeros chamados monolignóis. A formação desses monolignóis é catalisada por pelo menos 10 enzimas membros das famílias gênicas AMP_binding (gene 4CL), p450 (C3H, C4H e F5H), ADH_N (CAD), Epimerase (CCR), Methyltransf_3 (CCoAOMT), Methyltransf_2 (COMT), Transferase (HCT) e Lyase_aromatic (PAL), que compõem a via de biossíntese dos monolignóis. Até o momento, cerca de 25 sequencias da via de biossíntese de lignina já foram identificados em cana-de-açúcar (Saccharum spp). Ainda, o sequenciamento do genoma desta espécie se mostra uma difícil tarefa devido ao tamanho do genoma e ploidia nuclear. Em virtude da disponibilidade de transcriptomas oriundos de diferentes órgãos de cana-de-açúcar e a importância na identificação correta das sequencias ortólogas, o presente trabalho visa à identificação, anotação e análise filogenética dos genes das famílias gênicas envolvidas na biossíntese de lignina em cana-de-açúcar. Para isso, genes destas famílias gênicas da planta modelo de eudicotiledôneas Arabidopsis thaliana e gramíneas tais como Oryza sativa (arroz), Brachypodium distachyon, Zea mays (milho) e Sorghum bicolor (sorgo) foram identificados, anotados e filogeneticamente categorizados. Em seguida, as sequências de cana-de-açúcar foram identificadas em cinco transcriptomas distintos, anotados e avaliados quanto à identidade e cobertura em relação às proteínas de sorgo. As análises filogenômicas entre cana-de-açúcar e as demais espécies estudadas revelaram 23 sequências candidatas envolvidos na biossíntese de lignina em cana-de-açúcar. / Plant cell wall is composed of cellulose, hemicellulose, and lignin. Lignin is the second most abundant biopolymer on biosphere, after only cellulose, and is formed primarily from three monomers, called monolignols. Monolignol biosyntesis is catalysed by at least 10 enzymes members of AMP_binding (4CL enzyme), p450 (C3H, C4H e F5H), ADH_N (CAD), Epimerase (CCR), Methyltransf_3 (CCoAOMT), Methyltransf_2 (COMT), Transferase (HCT) e Lyase_aromatic (PAL) gene families involved in the biosynthetic pathway of monolignols. So far, there is 25 sugarcane (Saccharum spp.) genes identified involved in the lignin biosynthesis. Sequencing sugarcane\'s genome is still a difficult task due to large genome and ploidy level. Due to the availability of transcriptome data from distinct organs of sugarcane and the importance in the accuracy on the identification of the orthologous sequences, this work aim the identification, annotation and phylogenetic analysis of proteins members of distinct gene family involved in monolignol biosynthesis in sugarcane. To conduct it, we identified and annotated all genes from the model plant eudicots Arabidopsis thaliana and grasses such as Oryza sativa (rice), Brachypodium distachyon, Zea mays (mayze) and Sorghum bicolor (sorghum) and analysed the phylogenic relationship among them. The sugarcane sequences were retrieved and annotated from five distinct transcriptome data and analysed by the identity and coverage against the best sorghum orthologous genes. The phylogenomics analysis revealed a total of 23 sugarcane sequences putatively involved in the biosynthesis of lignin.