Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T17:10:00Z No. of bitstreams: 1 ALBERTO BRANDÃO TORRES NETO - DISSERTAÇÃO PPGEA 2009..pdf: 8942773 bytes, checksum: 5e58ef74c4a8c8c72d4700726c6be397 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T17:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALBERTO BRANDÃO TORRES NETO - DISSERTAÇÃO PPGEA 2009..pdf: 8942773 bytes, checksum: 5e58ef74c4a8c8c72d4700726c6be397 (MD5) Previous issue date: 2009-09 / Desde a primeira crise do petróleo, em 1973, o álcool etílico vem despertando um crescente interesse do Governo Federal do Brasil e dos pesquisadores do mundo, e atualmente dos governos dos países desenvolvidos, como os Estados Unidos, Alemanha, França e países em desenvolvimento, como a índia e a China. Este fato se deve às pressões do esgotamento das fontes não-renováveis de combustíveis fósseis, como também à geopolítica do mundo (maiores reservas de petróleo em países com problemas de conflitos e instabilidade política). Surge, também, a busca por novas fontes de obtenção do álcool, os materiais lignocelulósicos. A palma forrageira foi introduzida no Brasil para dar suporte à criação de um inseto conhecido como cochonilha, este responsável pela produção de um corante de alto valor comercial na época. Com o passar dos anos o uso da palma passou a ser bastante diversificado pois, além de servir como forragem, ela produz frutas e verduras para consumo humano, biomassa para fins energéticos (combustível e biogás) e inúmeros produtos como bebidas, queijo vegetariano, remédios e cosméticos; elas servem, ainda, para abrigar e alimentar diversas espécies selvagens que vivem em ambientes áridos. A palma forrageira vem despertando interesse de muitos pesquisadores por se tratar de uma cultura bastante difundida e apresentar, em sua composição, celulose e hemicelulose, substâncias que podem ser utilizadas para obtenção de açúcares fermentescíveis; ela é, também, uma cultura bastante resistente à seca e produzida o ano inteiro. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de pré-hidrólise ácida da palma para obtenção de um licor pré-hidrolisado rico em pentoses diminuindo, assim, suas concentrações na matéria-prima, sendo esta o cladódio da palma forrageira do tipo gigante. O cladódio da palma foi recepcionado no Laboratório de Engenharia Bioquímica, onde se determinou sua umidade e se obteve a matéria seca. Fez-se a caracterização desta matéria (pH, açúcares redutores totais, sólidos solúveis, cinzas, hemicelulose, celulose, lignina e concentração de pentoses e hexoses). Foram realizados dois planejamentos experimentais 23 da pré-hidrólise para verificar a influência das variáveis temperatura, concentração de ácido e razão matéria seca/ácido sobre as respostas soma de pentoses e percentual de aumento de pentoses e, em seguida, foi realizada uma hidrólise preliminar acompanhada de uma fermentação. Com os resultados do planejamento fatorial experimental 23 verificou-se que apenas o segundo planejamento foi estatisticamente significativo ao nível de 95% de confiança para a média e a variável razão. Operando-se com razão abaixo de 1/10, para quaisquer valores de temperatura e concentração de ácido, obtém-se soma e percentual de aumento de pentoses acima de 8 g/L e 8000%, respectivamente. Durante a fermentação não houve produção de álcool etílico, devido, provavelmente, à formação de inibidores no processo de hidrólise, que se demonstrou através da forte coloração no licor hidrolisado. / Since the first petroleum crisis in 1973, ethylic alcohol has been arousing a growing interest by the Federal Government in Brazil and by researchers worldwide, and nowadays by governments of developed countries, such as the United States, Germany, and France, and by developing countries, such as índia and China. This is due to the pressure caused by the depletion of non-renewable sources of fóssil fuels, as well as to world geopolitics (greater reserves of petroleum in countries with problems of conflicts and politicai instability). The search for new sources for obtaining alcohol, such as lignocelluloses materiais, is also arising. Forage cactus was introduced in Brazil to support the raising of an insect known as cochonilha, which is responsible for the production of a dye that was of high commercial value at that time. Throughout the years, the use of this cactus has become very diversified, because aside from being used as forage, it produces fruit and greens for human consumption, biomass for energy reasons (fuels and biogas) and countless other products, such and beverages, vegetarian cheese, medicines and cosmetics. Furthermore, it is useful to shelter and feed various wild species that live in arid environments. Forage cactus has been arousing interest among many researchers because it is not only a greatly diffused culture and presents cellulose and hemicelluloses in its composition, and these substances can be used for obtaining fermentable sugars, but it is also a culture which is resistant to drought and can be produced ali year long. The purpose of this paper was to study the process of acid pre-hydrolysis of the cactus to obtain a prehydrolyzed liquor, high in pentose, thus diminishing the concentration in this raw material, which is the cladode of the giant forage cactus. The cactus cladode was received at the Biochemistry Engineering Laboratory, where its moisture content was determined and a dry matter was obtained. This matter was characterized (pH, total reducing sugars, soluble solids, ashes, hemicelluloses, cellulose, lignin, and the concentration of pentose and hexoses). Two factorial designs 23 of pre-hydrolysis were performed to verify the influence of the variables of temperature, acid concentration and dry matter/acid ratio over the responses to the sum of pentose and the percentile of pentose increase, and then a preliminary hydrolysis followed by fermentation was performed. With the results to the factorial design 23, it was verified that only the second design was statistically significant to a 95% levei of confidence for the mean and the variable ratio. Operating with the ratio below 1/10, for any value of temperature and acid concentration the sum and percentile increase in pentose is obtained above 8 g/L and 8000%, respectively. During fermentation, there wasn't production of ethylic acid, probably due to the formation of inhibitors in the hydrolysis process that was demonstrated through the strong color of the hydrolyzed liquor.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PedroFSF_DISSERT.pdf: 2707475 bytes, checksum: 2a6ef9226a3d6d607615f74305bb9e07 (MD5) Previous issue date: 2014-05-09 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The need for new sources of energy and the concern about the environment have pushed the search for renewable energy sources such as ethanol. The use of lignocellulosic biomass as substrate appears as an important alternative because of the abundance of this raw material and for it does not compete with food production. However, the process still meets difficulties of implementation, including the cost for production of enzymes that degrade cellulose to fermentable sugars. The aim of this study was to evaluate the behavior of the species of cactus pear Opuntia ficus indica and Nopalea cochenillifera, commonly found in northeastern Brazil, as raw materials for the production of: 1) cellulosic ethanol by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process, using two different strains of Saccharomyces cerevisiae (PE-2 and LNF CA-11), and 2) cellulolytic enzymes by semi-solid state fermentation (SSSF) using the filamentous fungus Penicillium chrysogenum. Before alcoholic fermentation process, the material was conditioned and pretreated by three different strategies: alkaline hydrogen peroxide, alkaline using NaOH and acid using H2SO4 followed by alkaline delignification with NaOH. Analysis of composition, crystallinity and enzymatic digestibility were carried out with the material before and after pretreatment. In addition, scanning electron microscopy images were used to compare qualitatively the material and observe the effects of pretreatments. An experimental design 2? with triplicate at the central point was used to evaluate the influence of temperature (30, 40 and 45 ?C) and the initial charge of substrate (3, 4 and 5% cellulose) in the SSF process using the material obtained through the best condition and testing both strains of S. cerevisiae, one of them flocculent (LNF CA-11). For cellulase production, the filamentous fungus P. chrysogenum was tested with N. cochenillifera in the raw condition (without pretreatment) and pretrated hydrothermically, varying the pH of the fermentative medium (3, 5 and 7). The characterization of cactus pear resulted in 31.55% cellulose, 17.12% hemicellulose and 10.25% lignin for N. cochenillifera and 34.86% cellulose, 19.97% hemicellulose and 15.72% lignin for O. ficus indica. It has also been determined, to N. cochenillifera and O. ficus indica, the content of pectin (5.44% and 5.55% of calcium pectate, respectively), extractives (26.90% and 9.69%, respectively) and ashes (5.40% and 5.95%). Pretreatment using alkaline hydrogen peroxide resulted in the best cellulose recovery results (86.16% for N. cochenillifera and 93.59% for O. ficus indica) and delignification (48.79% and 23.84% for N. cochenillifera and O. ficus indica, respectively). This pretreatment was also the only one which did not increase the crystallinity index of the samples, in the case of O. ficus indica. However, when analyzing the enzymatic digestibility of cellulose, alkali pretreatment was the one which showed the best yields and therefore it was chosen for the tests in SSF. The experiments showed higher yield of conversion of cellulose to ethanol by PE-2 strain using the pretreated N. cochenillifera (93.81%) at 40 ?C using 4% initial charge of cellulose. N. cochenillifera gave better yields than O. ficus indica and PE-2 strain showed better performance than CA-11. N. cochenillifera proved to be a substrate that can be used in the SSSF for enzymes production, reaching values of 1.00 U/g of CMCase and 0.85 FPU/g. The pretreatment was not effective to increase the enzymatic activity values / A necessidade de novas fontes de energia e a preocupa??o com o meio-ambiente t?m impulsionado a pesquisa por fontes renov?veis de energia, como o etanol. O uso de biomassa lignocelul?sica como substrato aparece como uma importante alternativa devido ? abund?ncia desta mat?ria-prima e por n?o concorrer com a produ??o de alimentos. Entretanto, o processo ainda encontra dificuldades de implementa??o, entre elas o custo para produ??o das enzimas que degradam a celulose em a??cares fermentesc?veis. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento das esp?cies de palma forrageira Opuntia ficus indica (gigante) e Nopalea cochenillifera (mi?da), comumente encontradas na regi?o Nordeste do Brasil, como mat?rias-primas para produ??o de: 1) etanol celul?sico pelo processo de sacarifica??o e fermenta??o simult?neas (SFS) usando duas cepas diferentes de Saccharomyces cerevisiae (PE-2 e LNF CA-11) e 2) enzimas celulol?ticas atrav?s da fermenta??o em estado semiss?lido (FES) usando o fungo filamentoso Penicillium chrysogenum. Antes do processo de fermenta??o alco?lica, o material foi condicionado e pr?-tratado por tr?s diferentes estrat?gias: per?xido de hidrog?nio alcalino, alcalino usando NaOH e ?cido usando H2SO4 seguido de deslignifica??o alcalina com NaOH. An?lises de composi??o, cristalinidade e digestibilidade enzim?tica foram feitas com o material antes e depois do pr?-tratamento. Adicionalmente, imagens de microscopia eletr?nica de varredura foram usadas para comparar qualitativamente o material e observar os efeitos dos pr?-tratamentos. Um planejamento fatorial 2? com triplicata no ponto central foi utilizado para avaliar a influ?ncia da temperatura (30, 40 e 45 ?C) e da carga inicial de substrato (3, 4 e 5% de celulose) no processo SFS, usando o material obtido nas melhores condi??es de pr?-tratamento e testando duas cepas de S. cerevisiae, sendo uma delas floculante (LNF CA-11). Para a produ??o de celulase, o fungo filamentoso P. chrysogenum foi testado com a esp?cie de palma N. cochenillifera no estado in-natura (sem pr?-tratamento) e submetida a um pr?-tratamento hidrot?rmico, variando-se o pH do meio fermentativo (3, 5 e 7). A caracteriza??o das palmas forrageiras resultou em 31,55% de celulose, 17,12% de hemicelulose e 10,25% de lignina para a esp?cie N. cochenillifera e 34,86% de celulose, 19,97% de hemicelulose e 15,72% de lignina para a esp?cie O. ficus indica. Analisou-se ainda, para as palmas mi?da e gigante, o teor de pectina (5,44% e 5,55% de pectato de c?lcio, respectivamente), extrativos (26,90% e 9,69%, respectivamente) e cinzas (5,40% e 5,95%). O pr?-tratamento usando per?xido de hidrog?nio alcalino apresentou os melhores resultados de recupera??o de celulose (86,16% para a palma mi?da e 93,59% para a palma gigante) e de deslignifica??o (48,79% e 23,84% para as palmas mi?da e gigante, respectivamente). Este pr?-tratamento foi tamb?m o ?nico a n?o elevar o ?ndice de cristalinidade das amostras, no caso da palma gigante. Entretanto, quando analisada a digestibilidade enzim?tica da celulose, o pr?-tratamento alcalino foi o que proporcionou os melhores rendimentos e, portanto, este foi o escolhido para os testes de SFS. Os experimentos demonstraram maior rendimento da convers?o de celulose em etanol pela cepa PE-2 usando a palma mi?da pr?-tratada (93,81%) a 40 ?C e usando 4% de carga inicial de celulose. A palma mi?da demonstrou melhores rendimentos que a gigante e a cepa PE-2 resultou melhor desempenho que a CA-11. A palma mi?da se mostrou um substrato poss?vel de ser usado na FES para produ??o de enzimas, alcan?ando valores de 1,00 U/g de CMCase e 0,85 FPU/g. O pr?-tratamento n?o se mostrou eficaz para aumentar os valores de atividade enzim?tica