Orientador: Ricardo Andrade Reis / Coorientador: José carlos Batista Dubeux Junior / Banca: Abmael da Silva Cardoso / Banca: Márcia Helena Machado da Rocha Fernandes / Banca: Eduardo Henrique Bevitori Kling de Moraes / Banca: Wilton Ladeira da Silva / Resumo: Objetivou-se avaliar o uso do DDG ("dried destiller's grains") em substituição ao farelo de algodão nas fases de recria e terminação de bovinos de corte, quanto ao consumo, digestibilidade, desempenho e emissão de metano entérico. Na fase de recria durante o período das águas os animais foram mantidos em lotação contínua em pastos de Urochloa brizantha cv. Marandu, manejados em 25 cm de altura, submetidos a suplementação de 0,3% do peso corporal com diferentes suplementos: SM-suplemento mineral (ad libitum); FA- suplemento convencional com farelo de algodão como fonte proteica; 50DDG- suplemento com substituição de 50% da fonte proteica do FA por DDG e 100DDG- suplemento com substituição de 100% da fonte proteica do FA por DDG. Foram utilizados 81 tourinhos da raça Nelore, sendo adotado o delineamento experimental inteiramente casualizado, com quatro tratamentos e três repetições (piquetes) por tratamento (n = 12). Na fase de terminação durante o período seco do ano os animais foram avaliados em dois sistemas de terminação (Pasto x Confinamento). No sistema pasto, trinta e três animais foram terminados em regime de pastejo, recebendo suplementação com fornecimento de 1,5% do PC (peso corporal). No sistema confinamento, trinta e seis animais foram terminados em confinamento com baias coletivas. A dieta de terminação no confinamento foi constituída por silagem de milho como volumoso (30% com base na matéria seca) e concentrado (70% com base na MS). Os suplementos na fase de ter... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The study aimed evaluate the replace of cotton seed meal by DDG (dry distiller grains) during rearing and finishing phases of beef cattle production in tropical pasture condition, in relation to intake, digestibility, performance and methane enteric emission. At rearing phase, during the wet season the animals were maintained in a Urochloa brizantha cv. Marandu pasture. Animals were submitted to different supplementations schedules: SM mineral mix (ad libitum); FA conventional cotton meal as protein source; 50DDG- supplement with 50% replacing FA protein source by DDG, and 100DDG- supplement with 100% replacement of FA protein source by DDG. Eighty-one Nellore young bulls were used, the experimental design was a completely randomized design, with four treatments and three replications (paddock) per treatment (n = 12). At finishing phase during the dry period were evaluated two finishing systems, pasture and feedlot. During dry season, the finishing developed in grazing system, used thirty-three animals, which were maintained in Marandu grass pasture receiving supplementation (1.5% BW (body weight). The other system during finishing was feedlot, where were used thirty-six animals kept in collective pens. Finishing diet used in feedlot contained 30% DM (dry matter) of corn silage and 70% DM of concentrate. Supplements evaluated during this phase were the same used at rearing period, excluding SM (mineral mix). At the finishing phase, a completely randomized design in a 2x3 fact... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Roberto Alves de Oliveira / Coorientador: Rose Maria Duda / Banca: Valderi Duarte Leite / Banca: Marcelo Bruno / Resumo: Neste trabalho avaliou-se os efeitos da suplementação de ferro, níquel e cobalto na produção de metano da vinhaça proveniente da destilação do etanol de cana-de-açúcar, em reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB, R1 e R2) termofílicos, em série. Para determinar os efeitos da adição do Fe, Ni e Co, o experimento foi realizado em 3 diferentes fases. Na fase I foi realizada a partida dos reatores UASB, R1 e R2, com o aumento gradativo da carga orgânica volumétrica (COV) até valores de 9,4 g DQOtotal (L d)-1. Nas fases II e III a COV variou entre 9,9 a 14,9 g DQOtotal (L d)-1, e a fase III distinguiu-se da fase II pela suplementação com Fe, Ni e Co, na vinhaça afluente. Para o R1, a suplementação com elementos traço induziu ao decréscimo de ácidos voláteis totais, de 1801 para 834 mg L-1, aumento na produção volumétrica de metano (PVM) em 101% e aumento na eficiência remoção de DQO para 53%. O Fe foi considerado o principal elemento traço por seus efeitos de precipitação com sulfeto e participação nas fases acetogênicas e metanogênicas da digestão anaeróbia. As relações Fe/DQO, Ni/DQO e Co/DQO de 12,59, 0,138 e 0,191 mg (g DQOremovida)-1, respectivamente, foram consideradas ideais para o R1, pois, possibilitaram as mais altas PVM atingindo até 1,4 L CH4 (L d)-1. No sistema (R1+R2), a adição de Fe, Ni e Co promoveu estabilidade operacional, e auxiliou na remoção de DQO, melhorando a eficiência total do sistema. Porém, não favoreceu a PVM, que manteve-se com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this study was evaluated the effects of supplementation with iron, nickel and cobalt on vinasse in reactors upflow anaerobic sludge blanket (UASB, R1 and R2) thermophilic, in series. To determine the effects of the addition of trace elements, the experiment was conducted in 3 phases. During the first phase was characterized by the gradual increase of the organic loading rate (OLR) up to 9.4 g CODtotal (L d)-1, and start-up of system. In the phase II and III the OLR varied between 9.9 to 14.9 g CODtotal (L d)-1, the phase III distinguished of phase II only in trace element supplementation. For R1, trace element supplementation induced a decreased in total volatile acids, from 1801 to 834 mg L-1, increase in methane production rate (MPR) by 101% and increased in chemical oxygen demand (COD) removal efficiency to 53%. The Fe was considered the most relevant in the system due to its ability to precipitate with sulfide and participation in acetogenic and methanogenic phases of anaerobic digestion. The ratios Fe/COD, Ni/COD and Co/COD 12.59, 0.138, 0.191 mg g-1 CODremoved, respectively, they were considered ideal for R1, as they enabled as higher MPR reaching up to 1.4 L CH4 (L d)-1. For the system (R1+R2), the supplementation of Fe, Ni and Co promoted operational stability, and assisted in the removal of COD increasing the total efficiency of the system. However it did not favor the MPR, which remained on average of 0.571 L CH4 (L d)-1, and was similar to phase II, without addition of trace elements, with mean of 0.555 L CH4 (L d)-1. Therefore, it was verified that with the addition of trace elements, only R1 would be sufficient for the treatment of vinasse, but, if the treatment in chosen without the addition of trace elements, R2 would be essential for obtaining methane, but, without assurance of operational stability for the anaerobic digestion system. / Mestre

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de enzimas sobre a ingestão de matéria seca, digestibilidade dos nutrientes, comportamento alimentar, produção de CH4 entérico e os parâmetros fermentativos, além da produção de metano nas fezes de bovinos, utilizando biodigestores. O experimento foi conduzido na Universidade de São Paulo, Pirassununga/SP, Brasil. Foram utilizadas cinco vacas, com peso médio de 923,04 ± 86,76 kg, canuladas no rúmen, distribuídas em cinco tratamentos utilizando delineamento experimental em quadrado latino 5x5: 1) Controle: dieta sem adição de enzimas; 2) Amilase: dieta com 7,5 g de amilase/animal/dia (Amaize, ALLTECH); 3) Xilanase: dieta com 15 g de xilanase/animal/dia (Fibrozyme, ALLTECH); 4) Celulase + protease: dieta com 7,5 g celulase + protease/animal/dia (Allzyme VegPro PO, ALLTECH); 5) Pool: dieta com 30 g de mistura de enzimas (amilase, xilanase e celulase + protease)/animal/dia. Cada período experimental consistiu de 21 dias (os primeiros 15 dias foram utilizados para adaptação da dieta e os últimos 5 dias para a coleta de dados). Nos dias 10 e 20, foi avaliada a digestibilidade utilizando o marcador de óxido crômico e coleta de fezes. No dia 17, foi avaliada o comportamento ingestivo por 24 horas, através de monitoramento visual a cada 5 minutos. No dia 19, foi mensurado o pH ruminal a cada 10 minutos, utilizando-se probes de mensuração contínua. Para quantificar os ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), metano, concentração de N-NH3 e protozoários, coletou-se conteúdo ruminal antes, 3, 6, 9 e 12 horas após a alimentação matinal. A técnica de fermentação consistiu na incubação de conteúdo de rúmen líquido e sólido em frascos em banho-maria 39 ºC durante 30 minutos. Na subsequente medição da produção de metano usou-se cromatografia gasosa. Nos dias 20 e 21, foi avaliada a dinâmica ruminal. Os dados foram analisados pelo programa SAS, através do procedimento PROC MIXED. O modelo, o efeito de tratamento como fator fixo e os efeitos de animal e período como fatores aleatórios, considerado nível de significância de 5%. A adição de enzimas não mostrou diferença significativa em relação ao consumo de matéria seca (CMS), digestibilidade, comportamento ingestivo, produção de CH4, N-NH3, protozoários ou dinâmica ruminal. A associação de enzimas (tratamento Pool) aumentou a produção de acético, propiônico e AGCC totais em relação à dieta controle. As variáveis pH mínimo, médio e máximo, tempo de pH abaixo de 5,8, 6,0, 6,2 e 6,5, assim como área de pH abaixo de 5,8, 6,0, 6,2 e 6,5 não diferiram significativamente entre os tratamentos. Não foram verificadas diferenças para a produção de biogás ou teores sólidos do efluente. Concluiu-se que a utilização destes aditivos, nas proporções usadas, não afetou as variáveis de CMS, digestibilidade, comportamento ingestivo, produção de CH4, pH, protozoários, N-NH3 ou dinâmica ruminal. A associação de enzimas apresentou melhora na produção de AGCC ruminal sem aumentar a emissão de CH4. / The objective of this study was to evaluate the effect of enzymes on dry matter intake, nutrient digestibility, feeding behavior, production of enteric CH4 and fermentative parameters, as well as the production of methane in bovine feces using digester. The experiment was conducted at the University of São Paulo, Pirassununga/SP, Brazil. Five cows were used, with a mean weight of 923.04 ± 86.76 kg, cannulated in the rumen, distributed in five treatments using 5x5 Latin square experimental design: 1) Control: diet without addition of enzymes; 2) Amylase: diet with 7.5 g of amylase/animal.day(Amaize,Alltech); 3) Xylanase: diet with 15 g of xylanase/animal.day(Fibrozyme, Alltech); 4) Cellulase + protease: diet with 7.5 g of cellulase + protease/animal.day (Allzyme VegPro PO, Alltech); 5) Pool: diet with 30 g of enzymes pool (amylase, xylanase and cellulase + protease)/animal.day. Each experimental period consisted of 21 days (first 15 days were used for diet adaptation and the last 5 days for data collection). On days 10th and 20th, digestibility was evaluated using the chromic oxide marker and fecal collection. On the 17th day, ingestive behavior was evaluated for 24 hours, through visual monitoring every 5 minutes. On day 19th, ruminal pH was measured every 10 minutes, using a continuous measurement device. In order to quantify short-chain fatty acids (SCFA), methane, concentration of NH3-N and protozoa, rumen contents were sampled prior to and 3, 6, 9 and 12 hours after morning feeding. The fermentation technique consisted of incubation of liquid and solid rumen contents in bottles in a water bath 39 ºC for 30 minutes. Subsequent measurement of methane production using gas chromatography On days 20th and 21th, ruminal dynamic was evaluated by emptying this organ. Data were analyzed using SAS, through the PROC MIXED procedure. The model included the effect of treatment as fixed factor, animal and period effects as random factors, considered level of significance of 5%. The addition of enzymes showed no significant difference in relation to dry matter intake (DMI), digestibility, ingestive behavior, CH4 production, NH3-N, protozoa or ruminal dynamics parameters. The association of enzymes (pool treatment) increased acetic, propionic and total SCFA production in relation to the control diet. Not significant differences were observed for the pH variables, as minimum, average and maximum pH, as well as time and area which pH was below to 5.8, 6.0, 6.2 and 6.5. No differences were verified for biogas production or solid effluent contents. It is concluded that these additives, in the proportions used, did not affect the variables of DMI, digestibility, ingestive behavior, CH4 production, pH, protozoa, NH3-N or ruminal dynamic. The association of the enzymes showed improvement in the production of rumen SCFA without increasing the CH4 emission.

Os ovinos apresentam grande potencial de aproveitamento de produtos que não seriam empregados na alimentação de animais monogástricos. Dentre esses produtos estão os coprodutos da cadeia do biodiesel. Porém os ruminantes produzem metano durante o processo digestivo, um dos gases de efeito estufa. O objetivo deste trabalho foi avaliar o farelo de algodão e a glicerina bruta na alimentação de ovinos em substituição ao farelo de soja e do milho. Neste trabalho foram realizados três experimentos. O primeiro foi realizado ensaio in vitro de produção de gases e de degradabilidade da matéria orgânica para avaliar dietas com feno de Tifton (70%) e concentrado (30%) com milho e farelo de soja. As dietas experimentais foram elaboradas substituindo-se o farelo de soja pelo farelo de algodão e o milho por glicerina bruta nos níveis de 25, 50, 75 e 100%, totalizando 25 dietas. Como resultado, foi encontrada redução na produção de gases com o aumento na proporção de farelo de algodão, além do aumento na produção de gases até 75% de glicerina bruta, sendo que acima deste nível houve redução na produção de gases. Para a degradabilidade das dietas, houve aumento com a substituição de até 50% de farelo de algodão. Quanto à produção de metano, houve aumento de acordo com o aumento nos níveis de glicerina, não sendo influenciada pela presença de farelo de algodão. Com os resultados deste primeiro experimento, foram selecionadas dez dietas que apresentaram maiores valores de degradabilidade e menor produção de metano, as quais foram utilizadas nos ensaios in vitro de degradabilidade e digestibilidade pós ruminal da proteína; bem como a quantificação dos ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) produzidos no ensaio de produção de gases. Para os resultados de degradabilidade da proteína foi observado que a adição de glicerina bruta promoveu redução, enquanto que para a digestibilidade da proteína pós-rúmen, a presença de glicerina bruta não teve efeito. Para os AGCC se observou aumento na produção de propionato e redução na de acetato, em relação à adição de glicerina bruta. Após os dois ensaios, foram selecionadas cinco dietas que apresentaram os melhores resultados de degradabilidade in vitro para estimar a síntese microbiana in vitro. Não foram observadas diferenças entre as dietas testadas para síntese microbiana. De acordo com os resultados dos ensaios in vitro, foram selecionadas duas dietas que apresentaram os melhores resultados para a digestibilidade da proteína e da matéria orgânica, bem como para a produção de metano. Foram realizados dois ensaios, o primeiro com 15 animais e o segundo com 6 animais. Como resultados foram observados redução na digestibilidade da fibra em detergente neutro e da proteína bruta para as dietas testadas. Quanto à concentração de AGCC in vivo, houve redução na concentração de acetato e aumento na de propionato. A produção de metano in vivo foi menor nos animais que receberam as dietas testadas. Como conclusão pode-se afirmar que tanto o farelo de algodão como a glicerina bruta podem substituir os ingredientes tradicionais farelo de soja e milho na dieta para ruminantes / Sheep have great potential for using products that usually would not be used in feeding of monogastric animals. Among these products are the byproducts of the biodiesel chain. However ruminants produce methane during the digestive process, one of the greenhouse gases. The aim of this study was to evaluate the cottonseed meal and crude glycerin in diets for sheep to replace soybean meal and corn respectively. This work was carried out in three experiments. The first trial was an in vitro gas production and organic matter degradability assay for evaluating diets with 70% Tifton hay and 30% concentrate (soybean meal and corn). The experimental diets were formulated by replacing soybean meal by cottonseed meal and corn by crude glycerin at levels of 25, 50, 75 and 100%, totaling 25 diets. As results, it was observed a decreased in the gas production with the increase in the proportion of cottonseed meal, and it was also observed an increase when crude glycerin was increased up to 75%, and above this level, there was a reduction in the gases production. For degradability, it was increased with the replacement of up to 50% of cottonseed meal. Methane production was increased in accordance with increasing levels of glycerin, and it was not influenced by the presence of cottonseed meal. After this experiment, it was selected ten diets which showed higher degradability and lower methane production, and then they were used for in vitro degradability and post ruminal digestibility of protein tests, as well as the quantification of short-chain fatty acids (SCFA) produced during the gas test. The result of degradability of the protein was observed that the addition of crude glycerin caused a reduction in degradability of the diets; as for the digestibility of protein post-rumen, the presence of crude glycerin did not affect digestibility, whereas the highest values were observed in the diets which had lower degradability. SCFA quantification showed an increase in propionate production and decreased in acetate production as reflecting the addition of crude glycerin. After the two tests, it was selected five diets in order to evaluate its potential for in vitro microbial synthesis; with no differences observed among the tested diets. According to the results from the in vitro assays, it was selected two diets which showed best results for digestibility of protein and organic matter as well as methane production. These two diets were used to conduct an in vivo digestibility trial and quantification of enteric methane production. Two experiments were conducted, the first with 15 animals and the second with 6 animals. As results, it was observed reduction in neutral detergent fiber and crude protein digestibility for the tested diets. As for the concentration of SCFA in vivo, reduction in the acetate concentration with increase in propionate concentrations was observed. For methane production in vivo, there was a reduction in methane production by animals fed the tested diets. As a conclusion, it can be stated that both the cottonseed meal and crude glycerin can replace the traditional ingredients soybean meal and corn in diets for ruminants

O Metano (CH4) é o segundo gás de efeito estufa mais importante, com aproximadamente 40% de sua emissão proveniente de fontes naturais, enquanto as fontes antrópicas representam cerca de 60%. Sua média global em 2009 foi de 1803ppb, que representa um aumento de 5ppb em relação ao ano anterior. Neste estudo foram calculados os fluxos de CH4, utilizando medidas de perfis verticais com aviões de pequeno porte, desde a superfície até 4,4km na Bacia Amazônica, sobre Santarém (SAN), Alta Floresta (ALF), Rio Branco (RBA) e Tabatinga (TAB), por meio do Método de Integração de Coluna. Estas medidas de CH4 em escala regional até o presente momento são únicas e representam uma nova abordagem nas emissões nesta escala. As medidas em SAN foram realizadas entre 2000 e 2010 e o fluxo de CH4 encontrado para este período foi de 53,0 ± 27,9mgCH4.m-2.dia-1. Para o ano de 2010, o maior fluxo de emissão de CH4 foi observado no lado leste da Bacia Amazônica, entre a costa e SAN, 56,4 ± 22,4mgCH4.m-2.dia-1. Entre a costa e ALF, ao sul da Bacia Amazônica, o fluxo médio anual foi de 17,1 ± 2,3mgCH4.m-2.dia-1, e entre a costa e os locais TAB e RBA, no lado oeste da Bacia, foi observado um fluxo médio anual de 18,7 ± 4,2 e 19,3 ± 10,2mgCH4.m-2.dia-1, respectivamente. Extrapolando os resultados obtidos em TAB e RBA para toda a área da Bacia Amazônica (5 milhões Km2) obtêm-se uma emissão de 34,7 ± 13,5TgCH4.ano-1. Com o objetivo de determinar a influência da queima de biomassa no fluxo regional de emissão de CH4, foi utilizada a correlação 6,4ppbCO/ppbCH4 calculada neste estudo, ALF foi o local de estudo que apresentou a maior influência no fluxo de CH4 oriundo da queima de biomassa, 23% do fluxo total anual. / Methane (CH4) is the second most important greenhouse gas with approximately 40% of emission from natural sources, while anthropogenic sources account for about 60%. The global average was 1803ppb in 2009, representing an increase of 5ppb in relation to the previous year. This study calculated the fluxes of CH4, using measurements of vertical profiles with small aircraft, from the surface to 4.4km in the Amazon Basin, over Santarém (SAN), Alta Floresta (ALF), Rio Branco (RBA) and Tabatinga (TAB), using the Column Integration Technique. These measurements of CH4 at a regional scale until now are unique and represent a new approach to emissions on this scale. SAN measurements were realized between 2000 and 2010 and CH4 flux found for this period was 53.0 ± 27.9mgCH4.m-2.day-1. For the year 2010, the largest flux of CH4 emission was observed in the eastern Amazon Basin, between the coast and SAN, 56.4 ± 22.4mgCH4.m-2.day-1. Between the coast and ALF, located in the south of the Amazon Basin, the annual mean flux was 17.1 ± 2.3mgCH4.m -2.day-1, and between the coast and the local TAB and RBA on the west side of the Basin was observed an mean annual flux of 18.7 ± 4.2 and 19.3 ± 10.2mgCH4.m-2.day-1, respectively. Extrapolating the results obtained in TAB and RBA for the whole area of the Amazon Basin (5 million km2) to obtain an emission of 34,7 ± 13,5TgCH4.year-1. In order to determine the influence of biomass burning on regional emission flux of CH4, was used a correlation 6.4ppbCO/ppbCH4 calculated in this study, ALF was the site that had the most influence on the CH4 flux from the burning biomass, 23% of the total annual flux.

A população mundial deverá atingir a marca de 9 bilhões de habitantes até a metade do século XXI, trazendo como consequência a elevação da demanda por alimentos. Evitar o uso de culturas para fins que não a alimentação humana, é uma estratégia para elevar a oferta de alimentos. As tortas e farelos gerados como coprodutos apresentam potencial para substituir o milho e a soja, fornecendo uma alternativa favorável à segurança alimentar. Neste sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial nutricional de alguns coprodutos e seus efeitos sobre a fermentação entérica de ruminantes. O primeiro ensaio foi realizado avaliando os farelos de, algodão (ALG), canola (CAN), girassol (GIR), e soja (CON, como tratamento controle), e as tortas de, macaúba (MAC), mamona (MAM), nabo forrageiro (NF), pinhão manso (PM), utilizando a técnica in vitro de produção de gases, assim como 3 dietas utilizando coprodutos, Dieta1 (60% feno de Tifton (FT), 30% GIR e 10% milho desintegrado (MD)), Dieta2 (60 % FT, 18% GIR, 16% MD e 6% ALG) e DietaCON (60% FT, 30% MD e 10% farelo de soja (FS)), para determinar a degradabilidade e a cinética fermentativa. Os tratamentos PM e MAM obtiveram menor performance fermentativa, diferentemente de CAN e NF, com degradabilidade similar a CON, e não foram observadas diferenças para a produção de metano entérico (CH4). A DietaCON foi superior as demais dietas; a Dieta 2 obteve melhor rendimento comparada a Dieta 1 Os resultados foram positivos e demonstraram a possibilidade de substituição do milho e da soja. O segundo ensaio teve por objetivo avaliar a digestibilidade aparente, balanço energético e proteico e emissão de CH4 em dieta utilizando coproduto na substituição a MD e FS. Duas dietas foram elaboradas na proporção 60% volumoso (Tifton 85, Cynodon ssp.) e 40% concentrado. Dieta com concentrado com coproduto (Dieta CPDT: 45% farelo GIR, 40% MD e 15% farelo ALG), e Dieta com concentrado controle (Dieta CON: 70% MD e 30% FS). Foram utilizados 7 carneiros, da raça Santa Inês, machos, com peso vivo (PV) médio de 63 ± 7,6 kg, em 2 períodos experimentais de 21 dias. As dietas (2 % PV) foram fornecidas em dois períodos, o sal mineral somente na refeição da tarde e a água fornecida ad libitum. Os animais ficaram em adaptação às dietas por 13 dias, então transferidos para gaiolas de metabolismo para o ensaio de digestibilidade (5 dias) e em câmara para troca de gases para quantificação do CH4 produzido (3 dias). Não foram encontradas diferenças para o balanço energético e proteico, e todos os parâmetros fermentativos com exceção na produção de acetato, butirato, produção total de ácidos graxos de cadeia curta, e a digestibilidade da matéria seca e orgânica, com a Dieta CON superior em todas as observações. No entanto, as emissões de CH4 não foram significativamente diferentes entre as dietas testadas. A substituição de alimentos tradicionais por coprodutos do biodiesel mostrou-se satisfatória, não sendo observados efeitos negativos sobre os parâmetros fermentativos / World population growth must reach 9 billion inhabitants until the half of XXI century, as consequence food demand is increasing. Avoiding the use of human edible food other than human feed is one of the strategies to increase food supply. Cakes and meals generated as a coproduct of biodiesel production has shown potential as replacement for corn and soybean, presenting a favorable alternative towards food security. In these sense, the aim of this work was to evaluate the nutritional potential of biodiesel coproducts and their effects on enteric fermentation by ruminants. First assay was performed assessing cottonseed (CS), rapeseed (RS), sunflower seed (SF), and soybean (CON, as control treatment) as meal, and macaw palm fruit (MP), castor bean (CB) radish seed (RD) jatropha seed (JS) as cake, all submitted to in vitro gas production technique, as well as 3 diets containing coproduct, Diet1 (60% Tifton hay (TH), 30% SF and 10% disintegrated corn (DC)), Diet2 (60% TH, 18% SF, 16% DC and 6% CS) and DietCON (60% TH, 30% DC and 10% soybean meal (SM)), for determine degradability and fermentative kinetics. JS and CB presented lower fermentative perfomence, differently to RS and RD, whosedegradability was similar to CON, and differences were not observed for enteric methane production (CH4). DietCON was superior to other ones; Diet2 had a better performance compared to Diet1. These were intersting results and showed that\'s possible to replace corn and soybean. The second assay aimed to evaluate apparent digestibility, energy and protein balance, and CH4 production in diets using coproducts as replacement for DC and SM. Two diets were formulated at the proportion 60% roughage (Tifton 85 hay, Cynodon ssp) 40% concentrate. Diet CPDT (45% of SF, 40% of DC and 15% of CS) and Diet CON (70% of DC and 30% of SM). Seven male Santa Ines sheep, with body weight (BW) average of 63 kg ± 7.6, were used in two experimental periods of 21 days. The diets were offered (2% BW) twice a day, mineral salt only in the afternoon and water ad libitum. The animals were kept for adaptation to diet for 13 days, then moved to metabolism cages for apparent digestibility assay (5 days) and then in gases exchange chamber for CH4 production quantification (3 days). No differences were observed for energetic and protein balance, and all fermentative parameters between experimental diets, except acetate, butyrate, total short fatty chain acids production and digestibility of dry and organic matter, when Diet CON showed greater values. However, CH4 emissions were not significant different. The replacement of traditional food by biodiesel coproducts was satisfying, with no negative effects observed upon ruminal fermentative parameters

Uma das alternativas para a recuperação de energia de resíduos é o tratamento anaeróbio de efluentes com produção de metano e hidrogênio, utilizando-se reatores anaeróbios. Dentre as configurações possíveis de reatores, os descontínuos, como o ASBR e o AnSBBR, destacam-se ao permitem maior flexibilidade e estabilidade na operação, bem como maior controle dos efluentes do processo e menores tempos de partida. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de metano a partir da digestão anaeróbia do soro em condição termofílica, avaliando também a adequação ambiental deste resíduo. O soro de queijo é o maior subproduto da indústria de laticínios, sendo gerado na proporção de 90% do volume de leite utilizado, com concentração de matéria orgânica entre 2 e 80g DQO.L-1, dependendo do processo produtivo. O reator foi operado de forma a permitir avaliar a influência da carga orgânica aplicada (limite de estabilidade), da estratégia de alimentação (tempo de enchimento batelada ou batelada alimentada), e da relação entre tempo de ciclo e concentração afluente (flexibilidade operacional). O reator operou a 55ºC, com tempo de ciclo de 8 horas e velocidade de agitação (100 rpm), sendo o volume alimentado por ciclo de 1,0 litro, com 1,5 litros de volume residual. O reator teve um período inicial de adaptação de 29 dias. Após este período, estudou-se a influência do aumento da carga orgânica pelo aumento da carga orgânica volumétrica aplicada, variando de 6,20 a 30,34 gDQO.L-1.d-1. A condição com carga orgânica volumétrica aplicada de 19,20 gDQO.L-1.d-1 apresentou os melhores resultados globais, alcançando eficiência de remoção de matéria orgânica na forma de DQO de 85,8% e 99,6% de carboidratos. O rendimento de metano gerado em função da matéria orgânica consumida foi de 13,07 mmolCH4.gDQO-1, sendo a produção de biogás de 6506 mL-CNTP.ciclo-1, com fração molar de metano equivalente a 73,7%. A produtividade molar de metano alcançada nesta condição foi de 324,0 molCH4.m-3.d-1 . Percebeu-se que as maiores cargas aplicadas acarretaram em perda de eficiência e instabilidade no reator. O modelo cinético de todas as condições foi ajustado corretamente, indicando que a rota de produção de metano preferencial foi a hidrogenotrófica em todo o período de estudo, porém, a via acetoclástica também foi presenciada em todas as condições. A mudança de estratégia de alimentação de batelada (2% do ciclo) para batelada alimentada (50% do ciclo) não melhorou os resultados de eficiência, estabilidade e produção de metano no reator. Realizou-se também a estimativa da recuperação energética estimando a produção de um pequeno, médio e grande produtor de queijo. A condição V apresentou os melhores resultados, possibilitando a recuperação de 826,10 MWh por dia tratando o volume de soro gerado numa indústria de grande porte (1.000.000 kg.mês-1) enquanto a melhor condição global (VIII) apresentou recuperação de 548,40 MWh. / One of the alternatives to recover energy from waste treatment is by the anaerobic treatment of effluents using discontinuous reactor configuration, such as ASBR and AnSBBR, aiming to produce methane and hydrogen. This reactors configuration allows greater flexibility and stability in the operation, a better controlled process, as well as shorter start-up. The objective of this project was to evaluate the methane production from the anaerobic digestion of cheese whey under thermophilic conditions. Cheese whey is the largest by-product of the dairy industry, it is generated in a proportion of 90% of the milk volume, its organic matter concentration can vary between 2 and 80 g COD.L-1 depending on the process. The evaluation of the environmental suitability of this residue was also analyzed. The reactor was operated to determinate the influence of the applied organic load (stability limit), feeding strategy (filling time - batch or fed-batch), and the relationship between cycle time and affluent concentration (operational flexibility). The reactor was operated at 55 ºC, with cycle time of 8 hours and 100 rpm of agitation speed. The volume fed per cycle was 1.0 liter with 1.5 liters of residual volume. The reactor had an initial adaptation period of 29 days. After this period, the influence of the organic load by increasing the applied volumetric organic load, ranging from 6.20 to 30.34 gDQO.L-1.d-1, was studied. The condition with volumetric organic load of 19.20 gDQO.L-1.d-1 presented the best overall results, reaching organic matter removal efficiency in the form of COD of 85.8 ± 2.0% and 99.6 ± 0.2% for carbohydrates. The yield of methane generated by organic matter consumed was 13.07 mmolCH4.gDQO-1, within biogas production of 6506 ± 185 mL-CNTP.cycle-1, with a methane molar fraction equivalent to 73.68 ± 0,43%. This condition molar productivity of methane achieved 324.0 molCH4.m-3.d-1. It was noticed that the higher organic loads applied lead to loss of efficiency and instability of the reactor. The kinetic model of all conditions was correctly adjusted, indicating that the preferred methane production route was hydrogenotrophic throughout the study period, but the acetoclastic pathway was also observed in all conditions. Changing from batch feeding strategy (2% cycle) to fed batch (50% cycle) did not improved the efficiency, stability and methane production results in the reactor. The energy recovery was also estimated by estimating the production of a small, medium and large cheese producer. Condition V presented the best results, allowing the recovery of 826.10 MW per day by treating the volume of cheese whey generated in a large industry (1.000.000 kg.month-1), while the best overall condition (VIII) recovered 548.40 MW.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-19T17:29:23Z No. of bitstreams: 1 TES_RAFAEL_COLOMBO_ABRUZZI_COMPLETO.pdf: 7264626 bytes, checksum: d911197d999f72ea82202fcb05b37bf4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-19T17:29:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_RAFAEL_COLOMBO_ABRUZZI_COMPLETO.pdf: 7264626 bytes, checksum: d911197d999f72ea82202fcb05b37bf4 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS) / Given that emissions control has become increasingly more rigorous, monitoring processes that require more precise and diversified information with regard to air pollution and toxic agents is inevitable. In the workplace, there is an increasing need for gas sensors with superior performance. Solid state sensors for gases are based on the fundamental principle that some metal oxide semiconductors such as SnO2 are very reactive on the surface where the analyte is adsorbed, changing the electric resistance of the oxide, which is in and of itself a reversible process, thus enabling the detection of gaseous species. This study presents test results obtained from the synthesis of nanostructured tin oxide by different methods until the production of the solid state sensor to monitor methane gas from coal mines. Zeolites were used to improve the selectivity of the sensor, as well as the validation of alternative flasks to collect gas samples. Regarding the characterization of SnO2, the analysis results of FESEM, TEM and XRD indicated nanometric structures. The gas adsorption tests on zeolite pellets showed that the zeolite 13X has a higher efficiency in adsorption of CO2 compared with other adsorbents, enabling its application as a filter for improving the selectivity of the sensor system. The AV_BR flasks were efficient when compared to commercial flasks for the collection and storage of CO, CO2 and CH4. The sensor was sensitive for CH4 at different concentrations and temperatures evaluated, mainly when doped with Pd (ER3B1 and ER3B2) and with smaller particle sizes (ER1A), as well as 13X pellets zeolite was efficient to make the sensor more selective to CH4 in the presence of CO2. / O controle de emiss?es de gases se torna cada vez mais rigoroso, ent?o um monitoramento de processos e informa??es mais precisas e diversificadas s?o exigidos no que se refere a polui??o do ar e agentes t?xicos. Em ambientes de trabalho, h? a necessidade cada vez maior de sensores de gases com desempenho superior. Os sensores de estado s?lido para gases se baseiam no princ?pio fundamental de que alguns ?xidos met?licos semicondutores, como o SnO2, s?o muito reativos na superf?cie, onde o analito adsorve, mudando a resist?ncia el?trica do ?xido, sendo este um processo revers?vel, possibilitando assim a detec??o de esp?cies gasosas. O presente trabalho apresenta resultados de testes realizados desde a s?ntese do ?xido de estanho nanoestruturado por diferentes m?todos at? a confec??o do sensor de estado s?lido para monitorar g?s metano oriundo de minas de carv?o f?ssil. Ze?litas foram utilizadas para melhorar a seletividade do sensor, assim como a valida??o de frascos alternativos para coleta de amostras de g?s. Quanto a caracteriza??o do SnO2, os resultados das an?lises de MEV-FEG, MET e DRX indicaram estruturas nanom?tricas. Os ensaios de adsor??o de g?s em pellets de ze?litas apontaram que a ze?lita 13X apresenta uma maior efici?ncia na adsor??o de CO2 quando comparada com outros adsorventes, o que possibilita sua aplica??o como filtro para melhorar a seletividade do sistema sensor. Os frascos FA_BR se mostraram eficientes quando comparados com frascos coletores comerciais, para coleta e estocagem de CO, CO2 e CH4. O sensor se mostrou sens?vel para CH4 nas diferentes concentra??es e temperaturas avaliadas principalmente quando dopado com Pd (ER3B1 e ER3B2) e com menores tamanhos de part?culas (ER1A), assim como a ze?lita 13X em pellets se mostrou eficiente para tornar o sensor mais seletivo ao CH4 na presen?a de CO2.

Neste trabalho a composição do biogás produzido em digestão anaeróbia foi avaliada em função da variação da carga aplicada específica (CAE) medida em termos da relação DQO/sólidos suspensos voláteis. Foram feitos ensaios de digestão anaeróbia utilizando vinhaça como fonte de carbono e lodo adaptado proveniente de reator UASB em 10 frascos reagentes contendo as seguintes variações de CAE: 0,20; 0,28; 0,34; 0,55; 0,95; 3,15; 6,58; 7,00; 9,60; 12,98 g.O2/g.SSV. Os melhores resultados obtidos com relação à produção volumétrica de biogás foram 263,79 mL de volume acumulado de metano para a CAE de 0,34 g.O2/g.SSV, e uma produção máxima acumulada de hidrogênio de 558,06 mL para a CAE de 6,58 g.O2/g.SSV. O resultado não se repetiu com relação ao rendimento de produção de biogás, atingindo um máximo rendimento de 80,68 LCH4/L vinhaça para a CAE de 0,20 g.O2/g.SSV, e 7,98 LH2/L vinhaça para a CAE 3,15 g.O2/g.SSV. A variação da CAE também teve influência direta na rota metabólica da digestão anaeróbia, alterando a concentração de metabólitos dissolvidos. / In this research, the composition of the biogas produced in anaerobic digestion was evaluated according to the variation of the applied load specific (ALS) measured in terms of the ratio COD/volatile suspended solids. Assays were done using anaerobic digestion of vinasse as a source of carbon and sludge obtained from UASB reactor adapted in 10 bottles for the following of ALSs: 0,20, 0,28, 0,34, 0,55, 0,95; 3,15, 6,58, 7,00, 9,60, 12,98 g.O2/g.VSS. The best results concerning to the volumetric biogas production were 263,79 ml cumulative volume of methane for ALS equal to 0,34 g.O2/g.VSS, and a maximum cumulative hydrogen production of 558,06 mL for ALS of 6,58 g.O2/g.VSS. The same was not observed with respect to yield biogas production, reaching a maximum yield of 80.68 LCH4/Lvinasse for ALS of 0,20 g.O2/g.VSS and 7,98 LH2/Lvinasse for ALS of 3,15 g.O2/g.VSS. The variation of ALS also has a direct influence on the metabolic pathway of anaerobic digestion, altering the concentration of dissolved metabolites.

A conversão de áreas de florestas da Amazônia em áreas agrícolas e pastoris desregula processos relacionados ao estoque de carbono, sendo considerada depois da queima de combustíveis fósseis a atividade que mais contribui com a emissão de gases do efeito estufa, dentre os quais se encontra o metano. A produção de metano é intermediada pelas arquéias metanogênicas, que atuam na decomposição anaeróbia da matéria orgânica. Portanto, para compreender as alterações do fluxo desse gás no ecossistema amazônico, é necessário que as comunidades microbianas envolvidas nesse processo sejam estudadas. Dessa forma, o presente estudo teve por objetivo monitorar e caracterizar comunidades de arquéias metanogênicas, por análises de enriquecimento destas comunidades, em amostras de solo provenientes de floresta primária, floresta secundária e pastagem da região amazônica. As amostras de solo foram colocadas em meio enriquecido com a adição de acetato, metanol ou H2:CO2, separadamente, para estimular os metabolismos aceticlástico, metilotrófico e hidrogenotrófico. O monitoramento desses cultivos foi realizado por análises de emissão de metano por cromatografia gasosa, quantificação do gene mcrA pela técnica de PCR quantitativo (qPCR) e caracterização da comunidade metanogênica por meio de microscopia e sequenciamento da região V4-V5 do gene 16S rRNA. Analisando a emissão de metano entre os três tipos de fontes de carbono para as três amostras de solo, os enriquecimentos com metanol apresentaram uma produção maior de metano em relação as amostras com o acetato e muito superior aos cultivos com atmosfera de H2:CO2. A maior média de produção de metano ocorreu nos enriquecimentos com metanol, indicando que a via metilotrófica embora considerada alternativa, pode ser importante na produção de metano no solo amazônico. Por meio da técnica de qPCR foi possível quantificar o gene mcrA das amostras de pastagens logo no tempo inicial da incubação, o que não foi possível para as amostras florestais. No tempo final, o número de cópias desse gene foi similar para os três perfis de solo. Foi possível observar pela caracterização fenotípica dos enriquecimentos agregados de células característicos do gênero Methanosarcina, gênero que foi identificado posteriormente pelo sequenciamento do gene 16S rRNA, além de células em formatos de bastonetes e cocos. Os resultados do sequenciamento permitiram identificar 7 grupos distintos de arqueias metanogênicas, afiliados aos filos Euryarchaeota e Bathyarchaeota. Nas amostras iniciais de pastagens foram identificadas sequências que se afiliaram a todos esses grupos, enquanto as amostras florestais apresentaram sequencias afiliadas apenas ao gênero Methanosarcina. A composição final da comunidade das amostras de pastagens foi similar a inicial, porém mais abundante. Os enriquecimentos de amostras de solo de floresta primária e secundária apresentaram uma composição distinta, devido ao enriquecimento de grupos que não foram identificados no início da incubação. Os resultados obtidos mostraram que embora as arqueias metanogênicas estejam em baixa abundância nos solos florestais, podem ser enriquecidos quando submetidos a condições favoráveis, atingindo produção de metano e alcançando composição similar as amostras de pastagens. / Amazonian forest conversion into agricultural and livestock areas disrupts processes related to carbon stock, being considered, after the fossil fuels burning, the activity contributes most to greenhouse gases emission, of which is methane. Methane production is mediated by methanogenic archaea, acting in organic matter anaerobic decomposition. Therefore, to understand the changes in the flow of this gas in the Amazonian ecosystem, it is necessary to study microbial communities involved in this process. This study aims to monitor and characterize methanogenic archaeal communities by population enrichment from soil samples collected in primary, secondary and pasture of the Amazon region. Soil samples were placed into an enriched medium and received separately acetate, methanol, and H2:CO2 to stimulate the three metabolism types: acetoclastic, methylotrophic and hydrogenotrophic. Monitoring was performed by methane emission analysis by gas chromatography, mcrA quantification by the quantitative PCR and the community characterization was performed by microscopy and sequencing of the V4-V5 region of the 16S rRNA gene. Analyzing the methane emission by the three types of carbon sources in the three soil samples, methanol enrichments presented a higher methane yield than the acetate samples and much larger than cultures with H2:CO2. These results indicate that methylotrophic pathway, although considered as an alternative, may be important in methane production in the Amazonian soil. Was possible to quantify the mcrA gene by qPCR from pasture samples at the initial incubation time, which was not possible for forest samples. In incubation final time, copies number of this gene was similar for the three soil profiles. The phenotypic characterization of enrichments revealed aggregated cells, characteristic of the genus Methanosarcina, later identified by 16S rRNA sequencing. The cells in rod-shaped and cocci formats were also observed. Was identify by sequencing 7 different methanogenic archaeas groups affiliated with Euryarchaeota and Bathyarchaeota phylum. In the initial pasture samples, were identified sequences affiliated with all these groups, while forest samples presented sequences affiliated with only a Methanosarcina genus. Pasture samples showed a final community composition similar to initial, however more abundant. Soil samples enrichment from primary and secondary forest presented a distinct composition due to groups enrichment that was not identified at incubation beginning. These results showed that although methanogenic archaeas are in low abundance in forest soils, they can be enriched when submitted to favorable conditions, archive methane production and reaching similar composition pasture samples.