The usage of crop residues, among other lignocellulosic biomass, has being considered a promising alternative feedstock for bioenergy (i.e., second generation ethanol - ethanol 2G and bioelectricity) production. With the adoption of sugarcane-mechanical harvesting in Brazil, in average 15 Mg ha-1 of straw are left on the field annually. Partial straw removal for bioenergy production has become a common practice, while partial straw retention on the field ensures several benefits for the soil-plant system. Efforts have being done in order to establish the best route to straw recovery from the field and defining the amount which meeting both needs. Thus, the aims of this study were: i) to establish a step-by-step guidelines to straw recovery from the field; ii) to determine the implications of increasing rates of straw removal on plant growth, stalk yield and stalk industrial quality; iii) to evaluate the effectiveness of straw-blanket raking practice on plant growth and yield, and iv) to use Soil Management Assessment Framework (SMAF) as a tool to perform an integrated approach of soil quality (SQ) under different rates of straw removal. To achieve the proposed goals, a 2-years experiment was set up within the dry and wet seasons at Valparaíso and Capivari, São Paulo, locations with different edaphoclimatic conditions. Increases of primary extractor fan\'s velocity on the harvester lead to placement and removal of straw rates proportionally to 0, 25, 50, 75 e 100%. After two years, parameters associated to the soil- chemical [(Phosphorus-P, Potassium-K and pH), physical-(bulk density) and biological- (microbial biomass carbon-MBC and SOC)] attributes were analyzed within the 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm. Under colder climatic condition, plant tillering improved by the increasing rates of straw removal, however plant growth and stalk yield are slightly affected by the straw management. Stalk harvested in the dry season presented higher industrial quality than those harvested within the wet season but this parameter is unaffected by straw removal. Further, under colder climatic condition, to rake the straw blanket enhanced plant tillering while plant growth and stalk yield were not influenced by raking the straw blanket. No straw removal increases P content on plant tissue, regardless of blanket management, especially under the poorest inherent soil condition. The SMAF tool was able to detect changes on soil quality under different rates of straw removal and Oxisol responds faster to straw removal management than Ultisol in the short term. Total straw removal leaded to Oxisoil physical quality degradation; among the soil attributes, soil-physical attribute within the 0-10 cm is correlated with stalk yield. The partial straw removal for bioenergy production leads to the optimization on sugarcane biomass usage. However, the appropriate rate of straw to be removed is site specific and ranged 4-9 Mg ha-1 under the conditions in which this study was performed. The stalk yield was unaffected by raking the straw blanket. The monitoring of SOC, adoption of traffic controller and application of subproducts from the sugarcane industry are strategies to increase soil quality and, consequently, the sustainability of the crop cultivation. / O uso de resíduos culturais, dentre outros tipos de biomassa lignocelulósica, tem sido considerado uma alternativa promissora para produção de bioenergia (etanol de segunda geração e bioeletricidade). Com a implementação da colheita mecanizada da cana-de-açúcar no Brasil, em média 15 Mg ha-1 palha são deixadas no campo anualmente. A utilização de parte deste resíduo para produção de bioenergia tem se tornado uma prática comum, enquanto a manutenção de parte da palha no campo viabiliza vários benefícios ao sistema solo-planta. Esforços têm sido feitos a fim de estabelecer a melhor rota para remoção da palha do campo e definir a quantidade que atenda ambas demandas. Assim, os objetivos deste estudo foram: i) estabelecer um guia que viabilize a remoção de diferentes taxas de palha; ii) determinar as implicações oriundas da remoção de taxas de palha no crescimento, produtividade e qualidade tecnológica de colmos; iii) avaliar a eficácia do enleiramento da camada de palha sobre o crescimento e produtividade da cultura e, iv) utilizar Soil Management Assessment Framework (SMAF) como ferramenta para avaliar de modo integrado os efeitos da remoção de diferentes taxas de remoção de palha sobre a qualidade do solo (QS). Para tanto, foram conduzidos quatro ensaios, sendo um na estação seca e outro na estação úmida em dois locais: Capivarí e Valparaíso, SP; locais com diferentes condições edafoclimáticas. Crescentes rotações no extrator primário da colhedora viabilizaram a deposição e remoção de taxas de palha proporcionais a 0, 25, 50, 75 e 100%. Após dois anos, análises de parâmetros associados aos atributos químicos [(P, K, pH), físicos (densidade) e biológicos (carbono da biomassa microbiana - MBC e SOC)] do solo foram realizadas nas profundidades 0- 5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Em condições climática mais fria, a remoção de crescentes quantidades de palha melhora o perfilhamento da cultura; entretanto, o crescimento e produtividade de colmo são pouco afetadas pelo manejo da palha. A qualidade tecnológica de colmos colhidos na época seca é superior aos colhidos na época úmida, entretanto, este parâmetro não é afetado pela remoção de crescentes quantidades de palha. Sobre condições climática mais fria, o perfilhamento é beneficiado pelo enleiramento da palha, ao passo que tanto o crescimento quanto a produtividade são insensíveis à essa prática. A retenção da palha aumenta o conteúdo de P no tecido vegetal, especialmente em solo naturalmente pouco fértil. A SMAF foi capaz de detectar alterações na QS em função da remoção de taxas de palha; sendo o Latossolo Vermelho distrófico típico o mais afetado pela remoção da palha em relação ao Argissolo Vermelho- Amarelo distrófico típico em curto prazo. A remoção total da palha promoveu degradação física do primeiro tipo de solo; dentre os atributos do solo avaliados, o atributo físico na profundidade 0-10 cm está correlacionado com a produtividade da cultura. A remoção parcial da palha de canade- açúcar para produção de bioenergia promove otimização no uso da biomassa da cultura. Entretanto, a taxa de palha a ser removida é intrínseca para cada local e variou de 4-9 Mg ha-1 neste estudo. A produtividade é insensível ao enleiramento da palha. O monitoramento nos teores de carbono do solo, a adoção do controle de tráfego de máquinas e a aplicação de resíduos da agroindústria canavieira podem ser estratégias adotadas para melhorar a QS e, por consequência, a sustentabilidade de cultivo da cana-de-açúcar.

Após as crises de petróleo ocorridas no século passado, vários países buscaram o desenvolvimento de novos combustíveis a fim de reduzir a dependência deste recurso natural. O Brasil foi um deles e criou o Programa Nacional do Álcool (Pró-Álcool) para incentivar a produção de etanol. Hoje, mais de 80% da frota nacional de veículos rodam ou somente com etanol ou com a mistura de gasolina e etanol. Para atender a crescente demanda de etanol, sem competir com áreas cultiváveis voltadas para produção de alimentos, fontes de materiais lignocelulósicos podem ser utilizadas com o intuito de se aproveitar a fração celulósica para obtenção de açúcar fermentável. Neste trabalho propôs-se avaliar o efeito de tecnologias de pré-tratamento dos subprodutos sucroalcooleiros (bagaço e palha de cana), seguida ou não de uma etapa de deslignificação, sobre a conversão enzimática da celulose de cada biomassa vegetal. Os materiais lignocelulósicos foram pré-tratados por explosão a vapor (bagaço), impregnação a vapor (palha) e por ultrassom (bagaço e palha). A etapa de pré-tratamento por explosão a vapor foi realizada no reator industrial de 5 m3 sob a condição de 200°C por 7min, das Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. A etapa de pré-tratamento por impregnação de vapor foi realizada em reator de 20 L sob as condições de 180, 185, 190, 195 °C por 10 min e 190°C por 15 min. Já a etapa de pré-tratamento por ultrassom foi realizada em banho de ultrassom a 55°C por 40 min e radiação de 40 kHz/120W. Os materiais pré-tratados foram deslignificados sob a condição de NaOH 1% (m/v), 100°C por 1h, variando somente o tamanho reator em função da quantidade de biomassa disponível. Para o bagaço explodido a vapor, a deslignificação organosolv também foi testada, variando as condições numa matriz de planejamento L18 de Taguchi. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados empregando Celluclast 1.5L (15 FPU/g de amostra) e ?-Glucosidase (10 UI/g de amostra). Das três técnicas de pré-tratamento avaliadas (explosão a vapor, impregnação a vapor e ultrassom), somente os métodos baseados em vapor foram eficientes na desagregação dos constituintes dos subprodutos sucroalcooleiros. Esses métodos foram capazes de remover grande parte da hemicelulose (acima de 70%) e uma parte da lignina (<40%), elevando a digestibilidade da celulose pelas enzimas celulolíticas (conversão de 66 a 68%). O método de pré-tratamento com ultrassom provocou o aumento da recalcitrância dos materiais lignocelulósicos tanto para o agente deslignificante (soda cáustica) como para as celulases, sendo, portanto, um método não indicado, dentro da faixa das condições avaliadas, para um processo de conversão dos subprodutos sucroalcooleiros em açúcares fermentáveis. A etapa de deslignificação com soda cáustica foi essencial para elevar a digestibilidade dos materiais lignocelulósicos pré-tratados por explosão a vapor ou com ultrassom. Entretanto, para a palha pré-tratada hidrotermicamente, a etapa de extração alcalina não promoveu um efeito positivo sobre a conversão enzimática de celulose. De forma geral, observou-se que o bagaço de cana apresenta um potencial ligeiramente maior para conversão em açúcares fermentáveis em comparação com a palha de cana. / After the oil crises occurred in the last century, many countries have been to develop new fuels to reduce dependence on this natural resource. Brazil was one of them and created the National Alcohol Program (Pro-álcool) to promote the production of ethanol. Today, more than 80% of the national vehicles run on ethanol or with a mixture of gasoline and ethanol. To supply the growing demand for ethanol, without it to affect the food production farmland, sources of lignocellulosic materials can be used in order to take advantage of the cellulosic fraction for production of fermentable sugar. This work had objective to evaluate the effect of pretreatment technologies of sugarcane byproducts (bagasse and straw), followed or not by a stage of delignification, on the cellulose enzymatic conversion of each biomass. The lignocellulosic materials were pretreated by steam explosion (bagasse), vapor impregnation (straw) and ultrasound (bagasse and straw). The steam explosion pretreatment was carried out in 5 m3 industrial reactor under the condition of 200 °C for 7 min, from Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. The steam impregnation pretreatment was carried out in 20 L reactor under conditions of 180, 185, 190, 195 °C for 10 min and 190 °C for 15 min. The ultrasound pretreatment was performed in the ultrasonic bath at 55 °C for 40 min and 40 kHz/120W radiation. The pretreated materials were deslignified on condition of 1% (w/v) NaOH, 100 °C for 1 h, using different sizes of reactors due to amount of biomass available. For the steam exploded bagasse, one stage of organosolv delignification was also tested varying the conditions in a L18 Taguchi matrix. The enzymatic hydrolysis tests were performed using Celluclast 1.5L (15 FPU/g of material) and ?-Glucosidase (10 IU/g of material). From three pretreatment techniques evaluated (steam explosion, steam impregnation and ultrasonic), only the vapor-based methods were efficient in the breakdown of the constituents of sugarcane byproducts. These methods were able to remove most of the hemicellulose (above 70%) and a part of the lignin (<40%), increasing the cellulose digestibility by cellulolytic enzymes (conversion 66-68%). The ultrasound pretreatment increases the recalcitrance of lignocellulosic materials both for the caustic soda and for cellulases. Therefore, this pretreatment method is not indicated, within the conditions range assessed, for a conversion process of sugarcane byproducts to fermentable sugars. The delignification stage with caustic soda was essential to increase the digestibility of lignocellulosic materials pretreated by steam explosion or ultrasound. However, for the straw pretreated hydrothermically, the alkaline extraction did not cause a positive effect on the enzymatic conversion of cellulose. Overall, it was observed that sugarcane bagasse has a slightly higher potential for conversion to fermentable sugars in relation to sugarcane straw.

No presente trabalho foram estudados a necessidade de suplementação nutricional do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz para bioconversão a etanol pela levedura Pichia stipitis, e os efeitos da agitação e da razão Vfrasco/Vmeio, em frascos agitados, sobre os parâmetros fermentativos deste processo. Os estudos da suplementação do hidrolisado para produção de etanol por bioconversão pela levedura Pichia stipitis avaliou a adição dos nutrientes: uréia ( 0 a 2,3 g/L) MgSO4.7H2O (0 a 1,0 g/L) e extrato de levedura (0 a 3,0 g/L). Este estudo mostrou que apenas a adição 3 g/L de extrato de levedura foi necessária para que o processo alcançasse bons resultados de conversão (YP/S = 0,29 g/g) e produtividade em etanol (QP = 0,24 g/L.h) não necessitando portanto da adição dos demais nutrientes. Comparado com o meio suplementado com todos os nutrientes, a suplementação com apenas 3 g/L de extrato de levedura, levou a um aumento de 14% na produtividade do processo. A avaliação da oxigenação em frascos agitados mostrou que a aeração foi um fator capaz de influenciar fortemente os parâmetros de fermentação (YP/S e QP). A condição de maior aeração favoreceu a produção de células e a condição de menor aeração favoreceu a conversão em etanol, porém com baixa produtividade, sendo a produtividade em etanol favorecida por condições intermediárias de aeração, correspondente a agitação de 200 rpm e a razão Vfrasco/Vmeio de 2,5, onde foram alcançadas conversão em produto (YP/S) e produtividade em etanol (QP) de 0,36 g/g e 0,39 g/L.h, respectivamente, o que representa um aumento de cerca de 63% a produtividade e 24% a conversão em etanol, quando comparado com as condições de aeração utilizadas anteriormente. A cinética de fermentação de Pichia stipitis no hidrolisado empregando as condições de suplementação nutricional e aeração otimizadas mostrou que a máxima concentração de etanol alcançada para o hidrolisado suplementado foi cerca de 23,6 g/L após 48 horas, consumindo neste tempo 86 % dos açúcares presentes no meio. Comportamento semelhante foi observado para o meio sintético, onde, no mesmo tempo, a máxima concentração de etanol foi de 24,4 g/L, porém com completo consumo dos açúcares. / The present work studied the necessity of nutritional supplementation of rice straw hemicellulosic hydrolysate for ethanol bioconversion by Pichia stipitis, and the aeration (effects of agitation and Vflask/Vmedium ratio) in agitated flasks, on the fermentative parameters of the process. The studies on the hydrolysate supplementation for ethanol production by Pichia stipitis yeast bioconversion evaluated the nutrients addition: urea (0 to 2.3 g/L), MgSO47H2O (0 to 10 g/L) and yeast extract (0 to 3.0 g/L). This study showed that only the addition of 3g/L yeast extract was enough to obtain good results for ethanol conversion (YP/S = 0.29 g/g) and productivity (QP = 0.24 g/L.h). By comparing to the medium supplemented with all the nutrients, the supplementation with only 3 g/L yeast extract increased 14% the process productivity. The evaluation of the oxygenation in agitated flasks showed that the aeration highly influenced the fermentative parameters (YP/S and QP). The condition of higher aeration favored the cells production and the condition of lower aeration favored the ethanol conversion, but with low productivity. The ethanol productivity was favored by intermediary conditions of aeration, correspondent to 200 rpm agitation and 2.5 Vflask/Vmedium ratio, thus obtaining 0.36 g/g product conversion (YP/S) and 0.39 g/L.h ethanol productivity (QP). This means an increase of approximately 63% productivity and 24% ethanol conversion, when compared to the aeration conditions previously used. The kinetics of Pichia stipitis fermentation in the hydrolysate using the optimized conditions of nutritional supplementation and aeration rate showed that the maximum ethanol concentration for the supplemented hydrolysate was about 23.6 g/L after 48h, consuming 86% sugars present in the medium. Similar behavior was observed for the synthetic medium where, with the same time, the maximum ethanol concentration was 24.4 g/L, but with the complete sugars consumption.

A mudança do sistema de colheita da cana-de-açúcar com o uso de fogo para a colheita mecanizada, chamada de cana verde ou cana crua, é um processo irreversível, gradativo porém contínuo, previsto na legislação estadual paulista. Um dos pontos críticos no processo produtivo da cana-de-açúcar é a interferência imposta pelas plantas daninhas. A tiririca (Cyperus rotundus L.) é uma das plantas daninhas mais prejudiciais à cultura da cana-de-açúcar entretanto, com a implementação da colheita mecanizada, o desenvolvimento desta planta poderá ser afetado. O objetivo do experimento foi verificar se a adição de palha de cana-de-açúcar poderia afetar o desenvolvimento de plantas de tiririca provenientes de tubérculos de tamanho pequeno (0,22 a 0,34 g) e grande (1,01 a 1,14 g), plantados em diferentes épocas do ano. O experimento foi instalado em casa-de-vegetação, em Campinas, SP e disposto em blocos ao acaso com quatro repetições. Tubérculos dormentes de tiririca de tamanho pequeno e grande foram plantados em maio, julho e setembro e adicionou-se sobre o solo palha de cana-de-açúcar RB 855156, nas quantidades correspondentes a 0,0, 5,0, 10,0 e 15,0 t/ha. Em cada época de instalação do experimento, a cada 28 dias até 84 dias, as plantas de tiririca foram avaliadas quanto à altura média, cortadas ao nível do solo. As estruturas subterrâneas e aéreas foram separadas nas diferentes estruturas e avaliou-se suas biomassas frescas e secas e a área foliar. De modo geral, o tamanho maior dos tubérculos favoreceu o desenvolvimento da parte subterrânea. O número de brotações emergidas não foi afetado pelo tamanho de tubérculos mas, a altura média, área foliar e as biomassas das folhas e da parte aérea foram maiores quando originadas de tubérculos de tamanho grande. A adição de palha de cana-de-açúcar ao solo afetou mais as plantas originadas de tubérculos pequenos que de grandes. A adição de quantidades crescentes de palha de cana-de-açúcar causou redução no desenvolvimento nas diferentes estruturas subterrâneas, seguindo para todas as variáveis uma equação do segundo grau. Aplicações de quantidades crescentes de palha de cana-de-açúcar causaram diminuição no número de brotações, área foliar e as biomassas frescas e secas das folhas e da parte aérea total. A formação e o desenvolvimento dos rizomas e de tubérculos + bulbos basais, assim como das biomassas fresca e seca de rizomas e fresca de tubérculos + bulbos basais foram maiores no plantio realizados em setembro e menores nos de julho. Verificou-se que, exceto para altura média, o plantio de setembro proporcionou plantas com maior número de brotações, área foliar e biomassas fresca e seca de folhas e da parte aérea total. Para altura média, os melhores resultados foram observados no plantio de maio. Para todas as variáveis analisadas, o plantio de julho apresentou sempre os menores valores. Quanto ao efeito de época de avaliação, verificou-se que para todas as variáveis analisadas foram observados aumentos lineares em função do tempo. / The change in harvest systems for sugar cane from use of fire to mechanical harvest, is an irreversible process, gradual although continuous, foreseen in the São Paulo State Legislation. One of the critical points in the productive process of sugar cane is the interference imposed by weeds. Purple nutsedge (Cyperus rotundus L.) is one of the most sugar cane crop-damaging weeds, nevertheless with implementation of mechanical harvest technology, which leaves a thick layer straw superior to 20 ton/ha, the development of this plant could be affected. This experiment aimed to verify if the addition of sugar cane straw could affect the development of purple nutsedge plants deriving from tubers of small (0,20-0,34g) and large (1,01-1,14g) sizes, planted at different times of the year. The experiment was carrIED out in glass house, in Campinas, São Paulo, in randomized blocks with four replicates. Tubers of small and large sizes of purple nutsedge were planted in May, July and September, and RB 855156 sugar cane straw was added, in quantities corresponding to 0, 5,0, 10,0 and 15,0 ton/ha. Every 28 days until 84 days after each planting period, the purple nutsedge plants were evaluated as to their average plant height, cut to soil level, and the aerial part was separated from the subterranean. The aerial and subterranean structures were separated, and evaluated as to their fresh and dry weights and foliar area. Generally, the larger sized tubers were more favorable to the development of subterranean parts. The number of emerged sprouts was not affected by tuber size; but plant height, foliar area and aerial part weights were larger when originated from large-sized tubers. The addition of sugar cane straw to the soil affected plants derivated from small tuber more than those originated from large one. The addition of growing quantities of straw caused reduction in the development of different kinds of subterranean structures, following for all variables one second-order equation. Application of growing quantities of straw caused a decrease in the sprouts number, area foliar and fresh and dry leaf and total aerial part weights. The formation and development of rhizomes and tubers + basal bulbs, similarly to the fresh and dry rhizome weights of tubers + basal bulbs were larger in September planting and the smallest in July. It was verified that, with exception of average plant height, the September planting generated a larger number of sprouts, foliar area and fresh and dry leaf and total aerial part weights. As for average plant height, the best results were observed at the May planting. For all analyzed variables, the July plantation always presented the smallest values. As to the time of evaluation, it was verified that all variables increased linearly in function of time.

O presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito da suplementação do meio de fermentação com diferentes fontes de nitrogênio e avaliar estratégias de aclimatação da levedura Pichia stipitis ao hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz visando melhorar a produção de etanol. Em uma primeira etapa do trabalho foram realizados estudos em meio semissintético para avaliar o efeito das fontes de nitrogênio arginina, ácido glutâmico, uréia e fosfato de amônio sobre a produção de etanol por P. stipitis. Os resultados em meio semissintético demonstraram que o meio composto por ácido glutâmico, fosfato de amônio e extrato de levedura nas concentrações de 3 g/L proporcionou os melhores resultados de conversão (YP/S = 0,36 g/g) e produtividade (QP = 0,71 g/L.h). O estudo de suplementação nutricional do hidrolisado mostrou que o crescimento de P. stipitis foi inibido pela suplementação com ácido glutâmico, e que a presença de extrato de levedura e fosfato de amônio não apresentou qualquer efeito sobre a produção de etanol, sendo o hidrolisado hemicelulósico capaz de suprir a necessidade nutricional da levedura, dispensando a sua suplementação para o uso como meio de fermentação. Na etapa de aclimatação da levedura P. stipitis ao hidrolisado, foram avaliadas cinco estratégias (A, B, C, D e E), baseadas em transferências sucessivas de células para meios com concentrações crescentes de hidrolisado, 45, 60 e 75 % (v/v). Durante a estratégia de aclimatação A foi possível isolar uma colônia (A75-2) capaz de fermentar em hidrolisado contendo 70 g/L de xilose, alcançando valores dos parâmetros YP/S (0,35 g/g) e QP (0,23 g/L.h), 10 e 28 % superiores, respectivamente, aos obtidos pela cepa original. Os resultados das estratégias B e C mostraram que mesmo empregando um maior número de transferências, assim como a utilização de elevadas concentrações celulares, não foram capazes de contribuir com o processo de aclimatação. Na avaliação das estratégias D e E, verificou-se que o emprego de condições de maiores níveis de fornecimento de oxigênio durante as etapas de transferências sucessivas propiciaram condições mais adequadas para que a levedura superasse os efeitos de inibição ocasionados pelos compostos tóxicos presentes no hidrolisado. A estratégia E, realizada sob condição de maior aeração, apresentou os melhores resultados dentre as estratégias de aclimatação avaliadas, sendo obtida uma produção de 27 g/L de etanol após 72 horas. Além disso, esta estratégia foi a única em que a levedura foi capaz de manter os valores de YP/S (0,33 g/g) e QP (0,35 g/L.h) durante todas as transferências, indicando uma maior aclimatação ao hidrolisado. Na fermentação em biorreator, o emprego de inóculo proveniente de cultivo sucessivo de células, quando comparado à fermentação realizada sem cultivo sucessivo, proporcionou um aumento de 7 e 50% sobre os valores de YP/S e QP, respectivamente. Com os resultados do presente trabalho pode-se concluir que estratégias de aclimatação da levedura P. stipitis em hidrolisado não destoxificado são métodos eficazes para a superação de inúmeros problemas relativos às condições de stress fisiológico e inibição do metabolismo microbiano. Porém, a resposta fisiológica da levedura P. stipitis é dependente do número de transferências, concentração celular e oxigenação do meio. / In this work, different acclimatization strategies employing the yeast Pichia stipitis on rice straw hemicellulosic hydrolysate with high xylose concentration were evaluated. Initially, the effects of nitrogen sources supplementation in the semisynthetic and hydrolysate medium on P.stipitis fermentation were studied. The results showed that in semisynthetic medium the addition of glutamic acid, ammonium phosphate and yeast extract at concentrations of 3 g/L provided the best conversion (YP/S = 0.36 g/g) and productivity (QP = 0.71 g/L.h). On the other hand, the hydrolysate supplementation with yeast extract and ammonium phosphate did not show effect on the fermentative parameters, whereas glutamic acid supplementation inhibited completely the cellular growth. These results show that the hemicellulosic hydrolysate can be used as a fermentation medium without any nutritional supplementation. To overcome the effects of inhibition caused by toxic compounds present on rice straw hemicellulosic hydrolysate, five acclimatization strategies (A, B, C, D and E) were performed by sequentially transferring of the cells in hydrolysate containing increasing concentrations (45, 60 and 75% (v/v). During the strategy A was possible isolate a colony (A75-2) with ability to ferment the hydrolysate containing xylose at 70 g/L (YP/S = 0.35 g/g and QP =0.23 g/L.h), which corresponded to increase of 10 and 28%, respectively, as compared to the values obtained by the original strain. Employing a greater number of transfers, as well as the use of high cell concentrations (strategies B and C) was not possible improve to the acclimatization process. Regarding the strategy E, which employed higher levels of oxygen supply during periods of successive transfers, showed the most appropriate for the yeast overcome the effects of inhibition caused by toxic compounds present in the hydrolysate. With this strategy the best results (27 g/L ethanol after 72 hours) among all assessed, were observed. Moreover, this approach was the only in which the yeast was able to keep the values of YP/S (0.33 g/g) and QP (0.35 g/L.h) for all transfers, indicating greater acclimatization to hydrolysate. By using this strategy in bioreactor fermentation, it was obtained an increase of 7 and 50% on the values of YP/S and QP, respectively, in relation the reference fermentation (without successive transfer). It is possible conclude that acclimatization strategies of the yeast P. stipitis in no detoxified hydrolysate are effective methods to overcome numerous problems concerning the physiological stress and inhibition of microbial metabolism. However, the physiological response of yeast is dependent on the transfers number, cell concentration and oxygenation level of the medium.

Uma das alternativas para aumentar a participação das fontes renováveis na matriz energética brasileira é a utilização do etanol. Este pode ser obtido a partir de diversas matérias primas, que no Brasil destaca-se a produção a partir da cana de açúcar. No processo de produção de etanol há vários resíduos que já vem sendo utilizados como co-produtos. De acordo com a literatura é reduzido o volume de estudos acerca do aproveitamento da palha da cana de açúcar como elemento de viabilização para cadeia produtiva. Uma das alternativas para sua utilização seria a fabricação de novos materiais compósitos. Esses materiais são uma alternativa interessante para a substituição dos materiais sintéticos amplamente utilizados pela sociedade atual, pois, além de apresentarem menor custo de produção pode reduzir a poluição causada pelos materiais sintéticos. Diante do exposto, este trabalho propõe a produção de materiais compósitos confeccionados a partir de um resíduo agroenergético da produção de etanol, a palha da cana-de-açúcar, juntamente com resina. Foram produzidos materiais com diferentes proporções de palha/resina (50/50, 30/70 e 10/90). Para a caracterização do novo material obtido foram realizados testes de densidade, umidade, absorção de água e inchamento, ensaios de compressão e flexão estática. Os resultados mostraram que os materiais obtidos apresentam propriedades físicas satisfatórias. Quanto às propriedades mecânicas, a tensão de ruptura atingiu valores entre 0,21 e 1,3 MPa, o módulo de elasticidade variou entre 760,77 e 2.500,20 MPa e o módulo de ruptura entre 1,19 a 4,17 MPa / One of the alternatives for increasing the participation of renewable sources in the Brazilian energy matrix is the use of ethanol. This can be obtained from various raw materials, which in Brazil is the production from sugarcane that stands out. In the ethanol production process there are several waste which has been used as co-products. According to the literature about GMPs, practically no studies exist on sugarcane straw as an element of feasibility to production chain. One of the alternatives for its use would be the manufacture of new composite materials. These materials are an interesting alternative to the replacement of synthetic materials widely used by current society, because, besides having a lower cost of production, it can also reduce pollution by synthetic materials. Given the above, this paper proposes the production of composite materials made from a agroenergy residue in the production of ethanol from sugarcane straw, along with resin. Materials were produced with different proportions of straw/resin (50/50, 30/70 and 10/90). For the characterization of the new material obtained were performed tests of density, humidity, water absorption and swelling, compression and bending. The results showed that the materials obtained have satisfactory physical properties. Regarding mechanical properties, the breakdown voltage reached values between 0.21 and 1.3 MPa, the modulus of elasticity ranged between 2,500 and 760.77 MPa and the modulus of rupture between 1.19 to 4.17 MPa.

O presente trabalho teve como principal objetivo estudar o processo de producao de etanol por sacarificacao e fermentacao simultanea (SSF) a partir da palha de arroz em um reator agitado nao convencional, denominado Moinho de Bolas Vertical (MBV). Foi também objetivo deste trabalho realizar uma avaliacao tecnico-economica a partir dos resultados experimentais alcancados durante o processamento da biomassa, aplicando o conceito de biorrefinaria. Inicialmente, foi avaliada uma sequencia de pre-tratamentos da palha de arroz que consistiu de uma etapa de desacetilacao alcalina, seguido de hidrolise com acido diluido. Os efeitos destes pre-tratamentos foram analisados com base nas modificacoes estruturais da palha de arroz e no rendimento de conversao de celulose (RCC) em cada solido obtido. Com base nos resultados, foram definidas as condicoes otimas para a etapa de desacetilacao (80 mg de NaOH/g de palha in natura, 70 °C, 45 min), de hidrolise acida (100 mg de H2SO4/g de palha desacetilada, 121 °C, 85 min) e carga de enzimas (21,5FPU e 26,5 UI de ?-glicosidase/g de celulose). Nestas condicoes, foram conduzidos experimentos em reator MBV visando avaliar o efeito das da velocidade de agitacao (100 a 200 rpm), numero de esferas (0 a 30) e temperatura (40 a 46 °C) sobre o RCC na sacarificacao da celulignina desacetilada e sobre a eficiencia da fermentacao por Kluyveromyces marxianus NRRL Y- 6860 em meio semissintetico. Apos definicao das variaveis significativas aos processos, foram realizados experimentos em reator MBV na configuracao de SSF em batelada simples e alimentada. Em batelada simples com 8% de solidos, foi obtida uma concentracao de etanol de 23,1 g/L, com eficiencia (?) de 89,8% e produtividade volumetrica (QP) de 1,6 g/L.h, nas seguintes condicoes operacionais: 200 rpm, 18 esferas e 41,5 °C. No entanto, com o aumento do teor de solidos para 24%, ambos os parametros (??e QP) foram reduzidos em 50%. Visando melhorar os parametros do processo com 24% de solidos, foram realizados ensaios em batelada alimentada e na melhor estrategia de alimentacao do substrato foi produzido 52,3 g/L de etanol (?= 67,5% e QP = 1,1 g/L.h). As fracoes ricas em lignina geradas a partir do licor alcalino e do residuo de fermentacao da batelada alimentada foram caracterizadas fisico-quimicamente, e analisadas quanto ao potencial antioxidante. A partir dos resultados, foram sugeridas possiveis aplicacoes para estes dois residuos ricos em lignina. Finalmente, de posse do balanco de massa de cada etapa do processamento da palha de arroz, foi realizada uma analise tecnico-economica empregando o software SuperPro Designer. As simulações mostraram que, para todos os cenarios avaliados, a etapa de pre-tratamento acido foi a de maior impacto sobre os custos operacionais, seguido pelas etapas de fermentacao (xilose e glicose). Ficou demonstrado ainda que, a conversao de xilose em xilitol proporcionou um melhor retorno financeiro do que a conversao desta pentose em etanol. Para a viabilidade economica da presente proposta de biorrefinaria, alem da diversificacao dos produtos obtidos a partir das fracoes acucaradas, e de fundamental importancia explorar as potencialidades dos residuos ricos em lignina. / The aim of this work was to study the ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) from rice straw in a non-conventional agitated reactor, called Vertical Ball Mill (VBM). It was also objective of this study to perform a techno-economic analysis from the experimental results achieved during the biomass processing, using the biorefinery concept. Initially, the rice straw was submitted to a sequential pretreatment consisting of an alkaline step (deacetylation) followed by dilute acid hydrolysis. The pretreatment effects were evaluated based on rice straw\'s structural modifications and regarding cellulose conversion (CC) from each obtained solid. Based on the results were defined the best conditions for the deacetylation step (80 mg NaOH/g of rice straw in natura, 70 °C, 45 min), acid hydrolysis (100 mg H2SO4/g deacetylated straw 121 °C, 85 min) and enzyme loading (21.5 FPU and 26.5 IU ?-glucosidase/g cellulose). Under these conditions, assays were carried out in VBM reactor to evaluate the effect of stirring speed (100-200 rpm), number of spheres (0-30) and temperature (40-46°C) on saccharification of deacetylated cellulignin and fermentation efficiency by Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860 in semisynthetic media. After defining the significant variables, experiments were carried out in VBM reactor by SSF configuration in batch and fed-batch operational modes. In batch SSF at 8% solids, was obtained an ethanol concentration of 23.1 g/L, with a process efficiency (?) of 89.8%, and volumetric productivity (QP) of 1.6 g /L.h, in the following operating conditions: 200 rpm, 18 spheres and 41.5 °C. However, by increasing solids content to 24%, both parameters (? and QP) were decreased by 50%. In order to improve the process parameters to 24% solids, fed-batch experiments were performed. In the best substrate feeding policy was produced 52.3 g/L ethanol (? = 67,5%) in 48-h process (QP = 1.1 g/L.h). The lignin-rich fractions from the alkaline liquor and from fed-batch fermentation residue were characterized regarding its chemical composition and physical properties and analyzed for antioxidant activity. Based on these results were suggested possible applications for both lignin-rich residues. Finally, considering the mass balance from all rice straw processing steps, a techno-economic analysis was assessed using SuperPro Designer software. The simulation procedures have indicated that, for all evaluated scenarios, the acid pretreatment step had the highest impact on operating costs, followed by the fermentation steps (xylose and glucose). It was also shown that xylose conversion into xylitol provided a better payback rather than its conversion into ethanol. Therefore, to attain a viable and profitable process for this type of rice straw based biorefinery, in addition to the diversification of products obtained from the sugary fractions, it is crucial to explore the potential of lignin-rich streams.

O objetivo deste trabalho foi encontrar os melhores cenários para os vetores energéticos etanol e eletricidade em termos das quantidades disponibilizadas de bagaço e palha para cada processo e da composição de biomassa em uma usina de processamento de cana-de-açúcar. O modelo simulado é abrangente, com otimização multiobjetivo. Com isso, mostrou-se que a biomassa possui características específicas para os conjuntos de vetores de saída próximos ao limite máximo de energia (fronteira de Pareto). Os resultados foram obtidos com a utilização do Método de Monte Carlo para gerar de forma aleatória a combinação das variáveis de interesse como umidade, fibra e outras. A contribuição das variáveis na produção otimizada dos vetores de energia foi avaliada por meio de distribuição de probabilidade e mostrou que a conversão ideal ocorre para altos teores de fibra e pequena umidade. A composição da fibra do bagaço e da palha tem importante papel nas vias de conversão, sendo a lignina a variável de maior impacto. O modelo mostrou que a palha tem papel menos relevante na otimização, possivelmente em função da menor quantidade em que é usada e da menor variabilidade de suas propriedades. / The objective of this work was to find the best scenarios for production of the energy vectors ethanol and electricity from sugarcane bagasse and straw, considering variables as mass flow rate destined to each process, biomass composition and fibers composition in a sugarcane plant. The model is comprehensive with multiobjective optimization and was able to show that biomass has a characteristic set of properties in the vicinity of the maximum limits of energy (Paretos frontier). In order to generate the stochastic variables of interest as humidity, fiber content and fiber properties as well as the amounts of biomass destined to energy and ethanol it was applied the Monte Carlo method. The contribution of each variable to the optimized production of energy vectors was assessed by probability distribution and showed that the ideal conversion occurs for high fiber and low humidity contents. The fiber compositions of the bagasse and straw had a secondary importance on the conversion routes, with lignin playing a prominent role. The model indicated that straw has a less relevant role in the optimization, possibly because it is used in smaller quantities and has a narrower variation of its properties.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-08-29T21:33:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Michele Cristina Lang.pdf: 1612200 bytes, checksum: 2518ad086c2dc79114626dedc37c24a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-29T21:33:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Michele Cristina Lang.pdf: 1612200 bytes, checksum: 2518ad086c2dc79114626dedc37c24a9 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A cenoura (Daucus carota L), destaca-se entre as hortaliças produzidas na região centro-oriental do Paraná, no entanto, a interferência de plantas daninhas representa um dos fatores de maior impacto na redução da produtividade da cultura. Por tanto, o objetivo deste trabalho foi determinar o período anterior a interferência (PAI) para cenoura Alvorada cultivada com e sem mulch de aveia preta sob o solo. O experimento foi instalado na Fazenda Escola Capão da Onça, na primavera de 2016, com delineamento de blocos ao acaso em esquema fatorial 2X5 com 5 repetições. O primeiro fator consistiu de cobertura de solo com mulch (10 t ha-1 de palha de aveia preta) e sem mulch, já o segundo fator correspondeu a cinco períodos de convivência das plantas daninhas com a cultura (0, 15, 30, 60 e 110 dias após a emergência). No experimento foram identificadas 10 espécies de plantas daninhas pertencentes à 7 famílias botânicas em que as principais foram a Euphorbia heterophylla, Galinsoga ciliata, Eragrotis pilosa, Rhaphanus raphanistrum e Braquiaria plantaginea. O diâmetro das raízes de cenoura tanto nas parcelas com mulch quanto sem mulch reduziu exponencialmente ao longo dos períodos com convivência com o mato, observando-se perdas de até 68,51% e 74,57% em relação ás testemunhas nos canteiros com mulch e sem mulch respectivamente. O comprimento das raízes de cenoura tanto nas parcelas com mulch quanto sem mulch reduziu linearmente ao longo dos períodos com convivência com o mato, observando-se perdas de até 65,91% e 81,5% em relação ás testemunhas nos canteiros com mulch e sem mulch respectivamente. A extração de todos os macronutrientes avaliados (N, P, K e S) foram influenciados negativamente pela convivência com as plantas daninhas. Os maiores níveis de convivência com as plantas daninhas proporciou menor acúmulo de nitrogênio, fósforo, potássio e enxofre na parte aérea e raízes das plantas de cenoura. O teor de nutriente mais afetado pela interferência da matocompetição foi do K, na parte aérea observou-se perdas de até 64,69% e 68,11% em relação ás testemunhas capinadas nos canteiros com mulch e sem mulch respectivamente e perdas na raiz de até 68,68% e 61,52% em relação a testemunhas capinadas nos canteiros com mulch e sem mulch respectivamente. A utilização do mulch foi eficiente para elevar os teores de K na parte aérea em 13,02% nas testemunhas capinadas em relação as testemunhas capinadas em canteiros sem mulch, assim como, durante todos os períodos de convivência. Essa tendência segue para os demais nutrientes e observou-se que pequenas reduções nos teores dos nutrientes na planta afetam muito a produtividade já nos primeiros 15 (DAE). O crescimento das plantas de cenoura foi influenciado negativamente com a interferência de plantas daninhas, principalmente no início de desenvolvimento após os 15 (DAE), período em que se inicia a maior diferença na velocidade de crescimento (TCA) entre as testemunhas capinadas e em convivência com as plantas daninhas. A maior TCA foi observada nas testemunhas capinadas nos canteiros com mulch e redução de 19,80% nas testemunhas capinadas sem mulch em relação a testemunha capinada com mulch, no entanto, nas plantas em convivência com as plantas daninhas a TCA não evoluiu ao longo dos períodos de convivência com o mato. A taxa de crescimento relativo (TCR) reduziu exponencialmente após os 30 (DAE) para todos os tratamentos. Os maiores valores observados foram nas testemunhas nos canteiros com mulch e redução de 8% nas testemunhas capinadas sem mulch e nas plantas em convivência 12%, 20% em canteiros com mulch e sem mulch respectivamente em relação a testemunha capinada com mulch. A taxa de assimilação líquida (TAL) foi maior nas testemunhas capinadas com mulch com redução de 30,23% nas testemunhas capinadas sem mulch e nas plantas em convivência 34,11%, 53,49% em canteiros com mulch e sem mulch respectivamente. Na razão massa de raiz (RPR) as testemunhas capinadas em canteiros com mulch obtiveram maior razão com 0,6 (g -1) ou 60 % da massa seca em raiz, com redução de 3,3% nas testemunhas capinadas em canteiros sem mulch; 10% nas plantas em convivência com as plantas daninhas em canteiros com mulch e 15% nas plantas em convivência em canteiros sem mulch em relação as testemunhas capinadas com mulch. A perda na produtividade de raízes totais foi de 97,67% no cultivo sem mulch e 94,51% no cultivo com mulch. O período anterior a interferência foi de 3 e 4 (DAE) considerando a produtividade total para as cultivos com e sem mulch respectivamente, e 3 e 3 (DAE) considerando a produtividade comercial para as cultivos com e sem mulch respectivamente. / The carrot (Daucus carota L.) stands out among the vegetables produced in the central-eastern region of Paraná, however, weed interference represents one of the factors that have the greatest impact on the reduction of crop productivity. Therefore, the objective of this work was to determine the period prior to interference (PAI) for Alvorada carrot grown with and without black oat mulch under the soil. The experiment was installed at Fazenda Escola Capão da Onça, in the spring of 2016, with a randomized block design in a 2X5 factorial scheme with 5 replications. The first factor consisted of soil cover with mulch (10 t ha-1 of black oat straw) and no mulch, while the second factor corresponded to five periods of weed cohabitation with the crop (0, 15, 30, 60 and 110 days after the emergency). In the experiment, 10 weed species belonging to 7 botanical families were identified, in which the main ones were Euphorbia heterophylla, Galinsoga ciliata, Eragrotis pilosa, Rhaphanus raphanistrum and Braquiaria plantaginea. The diameter of the carrot roots in both the mulch and mulch plots decreased exponentially over the periods with coexistence with the weeds, with losses of up to 68.51% and 74.57% in relation to the weed beds with mulch. without mulch respectively. The length of the carrot roots in both the mulch and mulch plots reduced linearly over the periods with coexistence with the weeds, with losses of up to 65.91% and 81.5% in relation to the controls in mulch beds. without mulch respectively. The extraction of all evaluated macronutrients (N, P, K and S) were negatively influenced by the coexistence with weeds. The higher levels of coexistence with weeds provided less accumulation of nitrogen, phosphorus, potassium and sulfur in the shoots and roots of carrot plants. The nutrient content most affected by the matocompetition interference was K; in the aerial part losses were observed up to 64.69% and 68.11% in relation to the weed witnesses in the beds with mulch and without mulch respectively and losses in the root of up to 68.68% and 61.52% in relation to weeding witnesses in the beds with mulch and without mulch respectively. The use of the mulch was efficient to increase K content in the aerial part in 13.02% in the weeded witnesses in relation to the weed witnesses in beds without mulch, as well as, during all periods of coexistence. This trend continues for the other nutrients and it has been observed that small reductions in nutrient content in the plant greatly affect productivity in the first 15 (AED). The growth of carrot plants was negatively influenced by weed interference, especially at the beginning of development after 15 (DAE), when the greatest difference in growth speed (TCA) between weed and cohabitation with weeds. The highest TCA was observed in the weed control in the mulch beds and a reduction of 19.80% in the mulch weed control in relation to the mulch weed control, however, in the plants living with weeds the TCA did not evolve over the years. periods of coexistence with the bush. The relative growth rate (TCR) decreased exponentially after 30 (DAE) for all treatments. The highest values were observed in mulch and mulch seedlings and 8% reduction in mulch weed control and 12%, 20% in mulch and mulch seedlings respectively. The net assimilation rate (TAL) was higher in the mulch weed control with a reduction of 30.23% in the weed control without mulch and in the coexisting plants 34.11%, 53.49% in mulch and mulch, respectively. In the root mass ratio (RPR), the weeds in mulch beds obtained a higher ratio with 0.6 (g -1) or 60% of the dry mass at the root, with a 3.3% reduction in weed control in mulch ; 10% in plants living with weeds in beds with mulch and 15% in plants living in beds without mulch in relation to mulch weeded controls. The loss of total root yield was 97.67% in mulch and 94.51% in mulch. The period prior to the interference was 3 and 4 (DAE), considering the total productivity for the crops with and without mulch respectively, and 3 and 3 (DAE) considering the commercial productivity for the crops with and without mulch respectively.

Orientador: Dirceu Maximino Fernandes / Banca: Roberto Lyra Villas Bôas / Banca: Luiz Malcoln Mano de Mello / Resumo : Com o objetivo de estudar o efeito do calcário dolomítico aplicado na superfície do solo, com e sem palhada de brizantão (Brachiaria brizantha), sobre alguns atributos de fertilidade do solo (pH(CaCl2), H+Al, Al, Presina, Ca, Mg, K, CTC, V%, Cu, Zn, Fe, Mn e B) e sobre a nutrição e produção na cultura da soja. O experimento foi instalado e conduzido em área da Fazenda Experimental Lageado, coordenadas geográficas: 22o51’ Latitude Sul e 48o26’ Longitude Oeste e altitude média de 760 m, pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Universidade Estadual Paulista, num Latossolo Vermelho distroférrico, durante os meses de Outubro/99 a Julho/2000, com delineamento experimental em parcelas subdivididas e blocos casualizados e quatro repetições. Os tratamentos consistiram na aplicação na superfície do solo de doses crescentes de calcário: 1,0; 2,3; 3,4 e 4,5 Mg ha-1, quantidades calculadas para elevar a saturação de bases na camada de 0-20 cm para 50; 65; 80 e 95%, respectivamente, e mais um tratamento testemunha, sem calagem (V=36%). As parcelas foram subdivididas, retirando-se a palhada de brizantão de uma das subparcelas, totalizando 2.236 kg ha-1. A soja (CO-201) foi semeada com 22 sementes/m e população visando 440.000 plantas/ha. No florescimento da soja, foram coletadas folhas para determinação dos teores de macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg e S) e micronutrientes (Cu, Zn, Fe, Mn e B). Antes da colheita da soja foram coletadas 12 plantas por parcela para determinação de altura de plantas, percentagem de vagens chochas, número de grãos/vagem, número de vagens/planta e massa de 1000 grãos. O solo foi coletado 3 meses após a colheita da soja em 4 profundidades: 0-5; 5-10; 10-20 e 20-40 cm...(Resumo completo clicar, acesso eletrônico abaixo) / Abstract : This study was carried out on a Red Distrofernc Latossol (Oxisol) to examine the effect of superficial liming and "Brizantão" (Brachiaria brizantha) straw on some soil fertility parameters (pH(cacl2), H+Al, AI, P,, Ca, Mg, K, CEC, saturation of bases, Cu, Zn, Fe, Mn and B) and on soybean nutrition and yield. A completely randomized block design was used, with four replications, in the split-plot design. Treatments consisted on the application of increasing rates of lime on the soil surface: 0; 1; 2,3; 3,4; 4,5 Mg h&', respectively, 36, 50, 65, 80 and 95% of the saturation of bases. On each plot, "BrizantAo" straw was entirely removed from one of the subplots. Removal was done twice and totalized 2.236 Kg ha'. Soybean (CO-201) was sowed iii order to reach a stand of 440.000 plants ha' (22 seeds m'). Leaves were collected on flowering stage for tissue analysis, beeing determined the macro and micronutnents concentrations. Before harvest, 12 plants were coliected on each plot for determining: plant height; percentage of failled poda; number of grains per pod; number of pods per plant; and mass of 100 grains. Soil samples were coilected three months after harvest to represent the following sou layers: 0-5; 5-10; 10-20; and 20-40 cm. Results showed that superficial liming mcreased pil value, exchangeable calcium and the saturation of bases untifi 40 em depth, with more pronounced effect on the first lO cm. Liming increased the grain yield in spite of having reduced the concentration of phosphorus and magnesium on soybean leaves...(Complete abstract, click electronic access below) / Mestre