Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-31T19:54:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RojasTalavera_RichardMartin_D.pdf: 4563142 bytes, checksum: 5eb39400010cc8d8a7b1b99d50d60f35 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O gás natural, assim como o petróleo, é uma fonte de energia não renovável e tem sido usado comercialmente como combustível há mais de cem anos. Não existe uma composição única para o gás natural, ele é uma mistura de hidrocarbonetos leves, principalmente metano, e algumas outras substãncias orgãnicas e inorgánicas em menor quantidade, que em alguns casos precisam ser removidas. Com a ajuda do simulador HYSYS e o software estatístico MINITAB, foram desenvolvidos, neste trabalho, estudos de caracterização, tratamento e otimização de processos de gás natural. A caracterização consiste em determinar as propriedades tanto de componentes puros quanto de uma corrente de gás, elaborar diagramas termodinâmicos e predizer se há formação de hidratos. No tratamento, primeiramente os gases ácidos têm que ser removidos num processo que é conhecido como "adoçamento". Posteriormente, água líquida ou em forma de vapor tem que ser removida, num processo de desidratação. Estes processos são fundamentais para o tratamento de gás natural pois, para sua comercialização, o gás tem que cumprir com rigorosas especificações de conteúdo de H2S e água. Técnicas de Planejamento Fatorial e Análise de Superficie de Respostas foram usadas para a otimização dos processos de tratamento do gás natural. Estas técnicas permitem predizer com um elevado grau de confiança as regiões de operação para cada variável, nas quais se atingem as especificações requeridas para o gás / Abstract: Natural gas, like petroleum, is a non-renewable energy resource and has been used commercially for more than a century. Natural gas does not have a unique composition, it is a mixture of light hydrocarbons, mainly methane, and other organic and inorganic substances in smaller quantities, that in some cases need to be removed. With the aid of the HYSYS process simulator and the MINITAB statistical software, it was possible to develop studies for characterization, treatment and optimization of natural gas processes. The characterization consists in determining the properties of both pure components and a natural gas stream, elaborate thermodynamic diagrams and predict if there is hydrate formation or noto For the treatment, first, the acid gases need to be removed in a process known as "sweetening". Next, liquid water, or in the form of steam, has to be removed in a dehydration processo These processes are fundamental for natural gas treatment because, for its commercialization, the gas has to meet rigorous specifications of H2S and water contento Factorial design and Response Surface techniques were used for the optimization of the natural gas treatment processes. These techniques allow one to predict, with a high degree of confidence, the operating regions for each variable, in which the required specifications for the gas / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-23T21:40:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FlavioLuizHonoratoda_D.pdf: 9261317 bytes, checksum: 1a5e402eb7ab529984b2d0bfed8cffdb (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O processo de fermentação alcoólica convencional é caracteristicamente inibitório, porque o álcool etílico produzido inibe as células de leveduras, afetando negativamente no rendimento e na produtividade do processo. Este trabalho têm como objetivos propor um processo de fermentação alcoólica contínua conectado a um sistema de extração (tanque flash a vácuo) e a aplicação da estratégia de um controle avançado. A modelagem do processo baseou-se em cinética fermentativa e balanços de massa e energia. Estudou-se a otimização da fermentação alcoólica extrativa, através de simulação em computador e uso do método baseado em planejamento fatorial e posterior análise de superfície de resposta. Através dos modelos matemáticos empíricos obtidos e análise das superfícies de resposta foi possível otimizar o processo para uma conversão de 99,2% dos açúcares do meio de alimentação e uma produtividade de 21,0g/l h. Este valor de produtividade é 166% superior ao alcançado pelo processo contínuo convencional. Através do estudo dinâmico do processo foi possível verificar que em condições otimizadas de operação, a concentração de álcool no reator e a temperatura estabilizam-se em níveis desejados, indicando que a operação do processo otimizado apresenta concentração de 40g/l de etanol, valor abaixo do poder inibitório e aos níveis de atuar como anti-séptico. A temperatura se estabiliza em tomo de 33°C, eliminando a necessidade de um sistema de refrigeração, equipamento necessário nos processos fermentativos convencionais, reduzindo acentuadamente os custos do processo extrativo proposto. Pôr intermédio de perturbações degrau no processo, os resultados obtidos permitiram escolher a variável manipulada e controlada, importante para a implementação do controle. A manutenção da operação do processo em condições otimizadas foi desenvolvida e implementada pela estratégia DMC-SISO ("Dynamic Matrix Control-Single Input/Single Output"), conseguindo-se manter o processo em alta performance (alto rendimento com alta produtividade) / Abstract: The conventional alcoholic fermentation is a typical inhibitory process, leading to low productivity and yield. The goals of this work is to study the technical viability of the continuous extractive alcoholic fermentation coupled with an extractive system (vacuum flash tank) and the introduction of an advanced control strategy. The mathematical model was based on fundamental fermentation kinetic and mass and energy balances. The optimization was carried out using the method of factorial design and response surface analysis, through mathematical modeling and computer simulation. The results, using optimized variables were 99.2% of conversion and 21 g/l h of productivity, the latter representing 166% times as higher as the productivity in conventional continuous process. The dynamic characteristic studies of the extractive process showed that the product concentration increases slightly and then falls down until reach a constant and desirable level of 40g/l. This whose level allows the good performance of the microorganism and the inhibition of contaminants. It is possible to maintain the temperature at desirable levels (30°C) without using heat exchangers for the temperature control. The manipulated and controlled variables were determined from the dynamic responses of the system. The desired conditions can be regulated by an appropriated operation of the system, like the implementation of a predictive algorithm. Through the DMC-SISO (Dynamic Matrix Control-Single Input/Single Output) control strategy was studied and implemented, showing a high performance / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Caio Gorla Nogueira / Resumo: Este trabalho apresenta um conjunto de técnicas estatísticas básicas aplicadas à modelagem de problemas de fluxo em meios porosos fraturados e de estabilidade de taludes, com o objetivo de identificar as variáveis explicativas mais influentes sobre a variabilidade das variáveis resposta. Diferentes planejamentos de experimentos foram utilizados para possibilitar a construção de metamodelos polinomiais representativos dos fenômenos estudados. Uma modificação do planejamento do tipo Box-Behnken é apresentada e foi proposta pelo autor para analisar problemas que envolvem elevado número de variáveis explicativas (e.g. 30). Os metamodelos, obtidos via método dos mínimos quadrados, são também chamados de superfícies de resposta ou modelos de regressão e são indispensáveis à verificação da sensibilidade das variáveis explicativas. O conjunto de técnicas mostrou- se muito eficaz na identificação das variáveis explicativas que provocaram efeitos mais significativos sobre a variável resposta. Evidenciou-se também, por meio dos exemplos de estabilidade de taludes tratados, a possibilidade de se quantificar incertezas com o uso de metamodelos suficientemente adequados, uma opção que pode ser bastante útil no processo de quantificação de incertezas de problemas que não possuem soluções analíticas simples. / Abstract: This paper presents a set of basic statistical techniques applied to the modeling of flow problems in fractured porous and slope stability media, aiming to identify the most influential explanatory variables on the response variables variability. Different designs of experiments were used to enable the construction of polynomial metamodels representative of the studied phenomena. A Box-Behnken type design modification is presented and was proposed by the author to analyze problems involving high number of explanatory variables (e.g. 30). The metamodels, obtained by the least squares method, are also called response surfaces or regression models and are indispensable for verifying the sensitivity of the explanatory variables. The set of techniques was very effective in identifying the explanatory variables that had the most significant effects on the response variable. It was also evidenced, through the examples of stability of treated slopes, the possibility of quantifying uncertainties using sufficiently adequate metamodels, an option that can be very useful in the process of quantifying uncertainty of problems that do not have simple analytical solutions. / Mestre

[pt] Objetivo: Otimização da produção de lipases por células de Yarrowia lipolytica, através do planejamento experimental e avaliação dos aspectos metrológicos envolvidos no processo. Motivação: Embora existam muitos trabalhos na literatura que relatem a produção de lipases por microrganismos, poucos abordam a otimização do processo através do planejamento experimental e nenhum deles considera o rigor metrológico e a estimativa da incerteza de medição. Contextualização: As enzimas lipases serão objeto de estudo por apresentarem grande versatilidade de aplicações e por serem produzidas por muitos microrganismos. As leveduras, no entanto, apresentam inúmeras vantagens operacionais sobre os demais microrganismos e entre elas foi selecionada uma cultura de Yarrowia lipolytica, isolada no Brasil. A produção de lipases depende de muitas variáveis, como temperatura, pH, concentração da fonte de carbono e nitrogênio, inóculo, entre outras. Nos processos de fermentação, onde há interação entre estas variáveis e a influência de cada uma é importante, é essencial estabelecer um método que considere estas interações, e otimize as condições experimentais para obtenção de melhores resultados. A confiabilidade metrológica do processo é de fundamental importância uma vez que diferenças significativas nos resultados são evidenciadas, principalmente em escala industrial. Metodologia: Dez experimentos foram planejados através do método D-optimal nos quais foram variadas as concentrações da fonte de carbono, da fonte de nitrogênio e de inóculo. A estimativa da incerteza de medição da atividade lipásica foi feita com base nas recomendações do Guia para Expressão da Incerteza de Medição (GUM) e do Guia CG 4 publicado pela EURACHEM. Resultados: A maior atividade lipásica obtida foi de 4815 U/L (80,3 (mi)kat/L) com incerteza expandida de 137 U/L (2,3 (mi)kat/L), nas seguintes condições: 0,5% de óleo de oliva (fonte de carbono), 0,7% de peptona (fonte de nitrogênio) e 10 mg/mL de inóculo. Em termos de produtividade volumétrica, tais condições forneceram o valor de 69,28 U/L h. Conclusões: Com estes resultados, foi possível concluir que a utilização do planejamento D-optimal favoreceu a produção em agitador de frascos, já que foi atingida uma atividade lipásica superior às alcançadas anteriormente por outros autores sem otimização, em frascos agitados (2700 U/L) ou em fermentador (4240 U/L). Sugere-se a produção de lipases por células de Yarrowia lipolytica, nas condições citadas acima, com vistas à obtenção de materiais de referência certificados, desde que estudos posteriores de purificação e estabilidade da lipase obtida sejam feitos. / [en] Objective: Optimization of lipase production by Yarrowia lipolytica cells through experimental design and evaluation of metrological aspects related to process. Motivation: Although several published papers are found describing lipase production by microorganisms, few of them refer to process optimization through experimental design and none of them refer to metrological evaluation and the estimate of the uncertainty in measurement. Context: Microbial lipases are an important group of biotechnologically valuable enzymes that present widely diversified catalytic properties. The interest in production of these versatile enzymes increased significantly, due to the vast amplitude of their industrial applications. There are many microorganisms able to produce lipases, but yeasts present some operational advantages compared to other microorganisms, and for this reason a strain of Yarrowia lipolytica was used in this work. A serie of factors, individually or in association, can affect production of such substances leading to different levels of product concentration and productivity. Empirical studies have been traditionally used to determine the effect of these factors on process parameters. A possible approach is to vary one factor while keeping the other at a constant level, but this approach is time consuming, does not include the interaction effects among variables, and does not necessarily lead to optimized results. Nowadays, different strategies are employed to optimize production parameters. These strategies not only allow process optimization but can also establish the dependent and independent variables. Methodology: Ten experiments were planned with the D-optimal design in which concentrations of inoculum, carbon source and nitrogen source were changed. The estimate of the uncertainty in measurement of the lipase activity was developed based on the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) and on the Guide CG 4 published by EURACHEM. Results: The highest lipolytic activity obtained was 4815 U/L (80,3 (mi)kat/L) with an expanded uncertainty of 137 U/L (2,3 (mi)kat/L), under the following conditions: 0.5% of olive oil (carbon source),0.7% of peptone (nitrogen source) and 10 mg/mL of inoculum. In terms of volumetric productivity, these conditions provided 69.28 U/L h. Conclusions: It is possible to conclude that the D-optimal design usage enhanced lipase production in shaken-flasks. Moreover the activity obtained in this work was higher than others previously reported with the same microorganism, without experimental design, in shaken-flasks (2700 U/L) or even in bench-fermenter (4240 U/L). The production of lipases by Yarrowia lipolytica cells aiming the classification as certified reference material can be recommended after further purification and stability studies.

As projeções mostram que o Brasil poderá consumir aproximadamente 50 bilhões de litros de biodiesel num futuro próximo. Frente a este cenário, surge a preocupação com tratamento de tamanha quantidade de efluente que pode ser gerado na produção do biodiesel. Os Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm sido estudados como uma alternativa promissora para o tratamento de uma série de efluentes. O presente trabalho tem como objetivo tratar águas ácidas de lavagem geradas na produção de biodiesel com a fotocatálise heterogênea (TiO2/UV). Para tanto, elaborou-se um planejamento experimental, com a finalidade de se determinar os efeitos das variáveis independentes pH, temperatura e teor de TiO2. Em seguida, ajustou-se um modelo linear aos dados obtidos (R2 = 0,985). A condição ótima de tratamento foi: pH = 3,3; 20°C; e 0,1 g TiO2 L-1. Foram observadas a remoção de DQO, DBO e COD, a redução do espectro de absorção no ultravioleta, a biodegradabilidade e ecotoxicidade. Tanto o processo fotocatalítico quanto a fotólise foram eficazes na degradação dos compostos presentes no efluente. Alcançou-se aproximadamente 80, 78 e 61% de remoção de DQO, DBO e COD, respectivamente, após 240 min de irradiação. O efluente fotocatalisado apresentou uma melhora marginal na biodegradabilidade. A fotólise não é indicada para o tratamento desse efluente por ter gerado ecotoxicidade a sementes de Lactuca sativa. / Projections show that Brazil may consume approximately 50 billion liters of biodiesel in the near future. In face of this scenario, the treatment of the huge amount of wastewaters that can be generated in the production of biodiesel is a worry. Advanced Oxidation Processes (AOPs) have been studied as a promising alternative for treating several wastewaters. The present work is aimed at treating biodiesel washing acid waters with heterogeneous photocatalysis (TiO2/UV). For that purpose, an experimental design was performed to assess the effects of the independent variables pH, temperature, and TiO2 content. Next, a linear model was fit to the obtained data (R2 = 0,985). The optimum treatment condition was: pH = 3,3; 20°C, and 0.1 g TiO2 L-1. The removal of COD, BOD, and DOC, the reduction of the ultraviolet absorption spectrum, biodegradability and ecotoxicity. Both photocatalysis and photolysis were effective in degrading the compounds present in the wastewater. Removals of approximately 80, 78, and 61% of COD, BOD, and DOC, respectively, were achieved after 240 min of irradiation. The photocatalyzed wastewater showed a marginal improvement in biodegradability. Photolysis is not indicated for treating this wastewater as ecotoxicity towards seeds of Lactuca sativa was generated.

Microorganismos são uma excelente fonte de substâncias bioativas, porém muitas destas substâncias são biossintetizadas em baixas quantidades. A utilização de técnicas de planejamento experimental e de análise multivariada permite melhorar as condições de cultivo e incrementar a produção de metabolitos secundários. A linhagem fúngica Roussoella sp. DLM-33 produziu o composto roussoellatídeo (33) inédito na literatura com esqueleto de carbono novo. A utilização do planejamento fatorial fracionado e da metodologia multicritério permitiu incrementar a produção do composto roussoellatídeo (33), para investigar sua biossíntese utilizando precursores marcados com 13C. Experimentos de incorporação com precursores [1-13C]acetato de sódio, [1,2-13C]acetato de sódio e [metil-13C]metionina permitiu verificar que a biossíntese do composto (33) envolve dois rearranjos de Favorskii e uma ciclização de Diels-Alder intermolecular entre duas cadeias policetídicas independentes. Também, o estudo químico do meio de cultivo da linhagem Annulohypoxylon moriforme MA9, levou ao isolamento e identificação de dois compostos inéditos denominados por: (E)-3-benzilidenohexahidro-2-metilpirrolo[1,2-a]-pirazina-1,4-diona (36) e 4,7,9-trihidroxi-3-metoxi-2,3,6b,7-tetrahidro-1H-benzo[j]fluoranten-8-ona (53), e 10 compostos conhecidos: TCM-95A (43), TMC-95B (44), daidzeína (45), 5-hidroxi-3,4-dihidro-2H-naftalen-1-ona (46), 4,8-dihidroxi-3,4-dihidro-2H-naftalen-1-ona (47), 4-metoxi-1-naftalenol (48) e 3-benzil-hexahidro-pirrolo[1,2-a]-pirazina-1,4-diona (49), hypoxylonol C (50), hypoxylonol B (51) e hypoxylonol E (52). Os compostos 43 e 44 foram descobertos ainda quando presentes no extrato bruto de Annulohypoxylon moriforme MA9 por meio da co-cristalização do extrato com a enzima responsável pela atividade do proteassomo. Os dados obtidos por cristalografia de raio-X juntamente com os dados da literatura permitiram determinar suas estruturas químicas. / .Microorganisms are an excellent source of bioactive substances. However, most metabolites are biosynthesized in small amounts. The use of experimental design and multivariate analysis allows to improve the culture conditions and increase the production of secondary metabolites. The fungal strain Roussoella sp. DLM33 produced the roussoellatide (33), which is unprecedented and present a with novel carbon backbone chemical structure. Utilizing fractional factorial design and multicriteria analyses allowed us to increase the production of the roussoellatide (33) in order to investigate its biosynthesis using precursors labeled with 13C. Feeding experiments utilizing [1-13C]acetate, [1,2-13C]acetate, and [methyl-13C]methionine enabled us to verify that the biosynthesis 33 we postulate the involvement of two Favorskii rearrangements and one intermolecular Diels-Alder cyclization between two independent polyketide chains. Also, the chemical investigation of the culture medium of the strain Annulohypoxylon moriform MA9 led to the isolation and identification of two new compounds: (E)-3-benzylidenehexahydro-2-methylpyrrolo[1,2-a]pyrazine-4-dione (36) and 4,7,9-trihydroxy-3-methoxy-2,3,6b,7-tetrahydro-1H-benzo[j]fluoranenen-8-one (53), along with 10 compounds already known in the literature: TCM-95B (43), TMC-95A (44), daidzein (45), 5-hydroxy-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one (46), 4,8-dihydroxy-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one (47), 4-methoxy-1-naphthalenol (48) and 3-benzylhexahydro-pyrrolo [1,2-a]pyrazine-1,4-dione (49), hypoxylonol C (50), hypoxylonol B (51) and hypoxylonol E (52). Compounds 43 and 44 were discovered by the co-crystallization of the extract medium with the enzyme responsible for the proteasome activity. Data obtained by X-ray crystallography, NMR and MS analyses combined or data available in the literature allowed to determine their chemical structures.

Atualmente necessitam-se de processos de tratamento de efluentes que sejam mais sustentáveis em longo prazo, e com isso estão sendo desenvolvidos os processos oxidativos avançados (POAs). Estes processos apresentam a capacidade de mineralizar os poluentes, sem apenas transferi-los de fase, como ocorre com muitos métodos de tratamentos convencionais. A mineralização de poluentes, ou seja, a transformação de contaminantes orgânicos em dióxido de carbono, água e ânions inorgânicos, se baseia em reações de degradação que envolvem a geração de espécies altamente oxidantes, tais como o radical hidroxila (•OH). Durante o processo de fabricação, uma determinada quantidade de corante sempre é perdida e com frequência causa problemas ambientais. Os corantes afetam a natureza da água e inibem a penetração da luz solar nos rios reduzindo as suas atividades fotossintéticas. Devido a isso, os efluentes de indústrias que utilizam corantes em seus processos de produção necessitam de tratamentos adequados para a remoção desses contaminantes. Estudou-se então a aplicação da fotocatálise heterogênea (utilizando-se o TiO2 como fotocatalisador) com o objetivo de remover a cor de um efluente sintético contendo corantes de uma indústria de cosméticos (D&C Vermelho 6, Carmim e D&C Laranja 5). Para tal, realizou-se um planejamento experimental 23 em que se encontrou como ponto ótimo de tratamento os valores de 7,0, 0,5 g L-1 e 25°C para pH, concentração de TiO2 e temperatura, respectivamente, obtendo-se uma remoção de cor de 80% com 15 minutos de irradiação. Os experimentos cinéticos mostraram que a fotocatálise heterogênea segue um modelo de ordem 0,5 com constante de velocidade k = (7,2 ± 1,2) × 10-2 min-1 e R2 = 0,997. A fotólise segue um modelo de ordem 1, com constante de velocidade k = (8,9 ± 2,5) × 10-3 min-1 e R2 = 0,977. A diminuição dos valores de DQO, em aproximadamente 80%, demonstra que o efluente foi efetivamente oxidado. O valor encontrado na relação DQO/DBO5,20 para o efluente inicial demonstra que este não é biodegradável, porém após o tratamento, esta relação mostra que o efluente se tornou biodegradável. A remoção de COD, ou seja, a mineralização do efluente foi de aproximadamente 70% com 30 minutos de tratamento. Os valores encontrados de MOC confirmam o já descrito pela DQO, que o efluente foi realmente oxidado pelo tratamento. O efluente bruto apresentou uma leve ecotoxicidade enquanto que após o tratamento não houve ecotoxicidade alguma. Conclui-se com esse estudo que o método da fotocatálise heterogênea removeu a cor do efluente, tornou-o mais biodegradável, removeu sua ecototoxicidade e o mineralizou. / Currently, wastewater treatment processes that are more sustainable in the long term are needed, thus leading to the development of the advanced oxidation processes (AOPs). Those processes have the ability to mineralize pollutants, instead of just transferring them from one phase to another, as it is the case with many conventional treatment methods. The mineralization of pollutants, i.e. the transformation of organic contaminants into carbon dioxide, water and inorganic anions, is based on degradation reactions involving the generation of highly oxidizing species such as hydroxyl radical (•OH). During the manufacturing process, a certain amount of dye is always lost and often causes environmental problems. The dyes affect the nature of water and inhibit the penetration of sunlight into rivers, thus reducing their photosynthetic activity. Because of this, the wastewaters from industries that use dyes in their production processes require appropriate treatment for the removal of these contaminants. Therefore, it was studied the application of heterogeneous photocatalysis (using TiO2 as the photocatalyst) in order to remove the color of a synthetic wastewater containing dyes of the cosmetics industry (D&C Red 6, Carmin, and D&C Orange 5). For that purpose, an experimental design 23 was used and an optimal treatment condition was found: 7.0, 0.5 g L-1 and 25°C for pH, concentration of TiO2 and temperature, respectively, resulting in a color removal of 80% with 15 minutes of irradiation. Kinetic experiments showed that the heterogeneous photocatalysis follows a 0.5 order model, with a constant k of (7.2 ± 1.2) × 10-2 min-1 and R2 of 0.997. Photolysis followed a first order model, with a constant k of (8.9 ± 2.5) × 10-3 min-1 and R2 of 0.977. The COD decrease of approximately 80% shows that the effluent was effectively oxidized. The initial COD/BOD5, 20 ratio demonstrates that the effluent is not biodegradable, but after treatment, that ratio indicated that the effluent became biodegradable. The DOC removal, i.e. the mineralization of the effluent was approximately 70% with 30 minutes of treatment. The MOC confirmed that the effluent was actually oxidized by the treatment. The raw effluent had a slight ecotoxicity while after treatment it became non-toxic. It could be concluded that heterogeneous photocatalysis was able to remove the color of the effluent, to increase its biodegradability, to remove its ecotoxicity and to mineralize it.

Os corantes azo são amplamente utilizados em muitas indústrias, entre elas as alimentícias, farmacêuticas e têxteis. Quando essas moléculas estão presentes no efluente industrial tornam o seu tratamento, que na maioria dos casos é biológico, difícil. Suas complexas estruturas são altamente estáveis e a presença de grupos sulfônicos (-SO3H) torna o corante ácido e altamente solúvel em água. Um exemplo deste tipo de corante é a tartrazina que pode causar efeitos adversos para a saúde humana, como alergia. Desde o início dos anos 70, quando os Processos Oxidativos Avançados (POAs) foram reconhecidos por sua capacidade de degradar poluentes em meio aquoso, houve um aumento significativo nas pesquisas por duas razões: a diversidade de tecnologias envolvidas e a grande variedade de efluentes que os POAs são capazes de tratar. A fotoquímica assistida por microondas (MO) consiste na combinação de dois tipos distintos de radiação eletromagnética, microondas e UV/VIS, na ativação de reações químicas. Frequentemente está associada ao uso de uma lâmpada de descarga sem eletrodo (LDE) que gera radiação ultravioleta (UV) sob a influência de um campo de microondas. O presente trabalho tem como objetivo tratar uma solução de tartrazina (25 mg L-1) utilizando o processo H2O2/UV/MO e otimizando-o a fim de se obter a maior degradação com a utilização da menor quantidade de oxidante possível. Para tanto, elaborou-se um planejamento fatorial com a finalidade de observar o comportamento das variáveis independentes pH e concentração inicial de peróxido de hidrogênio no processo. A partir dos resultados, elaborou-se um planejamento composto central a fim de se ajustar um modelo polinomial aos dados obtidos. A condição ótima de tratamento para as variáveis independentes foi: pH = 2,6 e [H2O2] = 2 × 10-3 mol L-1. A variável-resposta observada foi a remoção de cor (por meio da integração da área dos espectros na região do visível). A cinética obtida para o processo H2O2/UV/MO foi de ordem zero, com k = 3,9 × 10-2 u.a.-1 min-1 e, aproximadamente, 92% de descoramento em 24 minutos. A biodegradabilidade (DBO5/DQO) e a análise de carbono orgânico total (COT) não apresentaram variação significativa. No entanto, pôde-se observar, através da CE50, que o processo H2O2/UV/MO reduziu a fitotoxicidade da solução de tartrazina, indicando a possível formação de intermediários de degradação menos tóxicos que a molécula original. A avaliação do efeito das microondas foi feita pelo estudo da degradação da solução de tartrazina através dos processos H2O2, MO, H2O2/MO e UV/MO, sendo que o descoramento não passou de 20%, indicando que as MO influenciam no processo H2O2/UV devido ao possível sinergismo com a radiação UV e também pelos possíveis efeitos térmicos e não térmicos exercidos por essa radiação. / Azo dyes are extensively used in many industries such as food, drugs, and textiles ones. When these molecules are present in the industrial wastewaters, they make their treatment, which is in most cases a biological one, quite difficult. Their complex structures are very stable and the presence of sulfonic groups (-SO3H) makes the azo dyes acid and highly water-soluble. Tartrazine is an example of these dyes and can cause adverse effects to human health, like allergy. Since the early 70\'s, when Advanced Oxidation Processes (AOPs) were recognized by their capacity of degrading pollutants in aqueous media, there was a significant increase in research and for two reasons: the diversity of technologies involved and the many kinds of wastewaters that AOP can treat. The microwave-assisted photochemistry is the combination of two distinct types of electromagnetic radiations: microwave (MW) and UV/VIS. It is often associated with the use of an electrodeless discharge lamp (EDL), which generates ultraviolet (UV) radiation when placed in a microwave field. The aim of the present work is to treat a solution of tartrazine (25 mg L-1) by the H2O2/UV/MW process, as well as optimizing the process in order to obtain degradation with the use of the lowest possible amount of oxidant. For that purpose, a factorial design was performed to observe the effect of the independent variables pH and hydrogen peroxide concentration. With the results obtained, a composite central design was performed to fit a polynomial model to the data. The optimum treatment condition was: pH = 2.6 and [H2O2] = 2 × 10-3 mol L-1. The response variable was color removal (measured by the area under the spectra obtained in the visible region). The decolorization kinetics of the H2O2/UV/MW process followed a zero order model, with k = 3,9 × 10-2 u.a.-1 min-1 and color removal achieved 92% in 24 minutes. The biodegradability (BOD5/COD) ratio and total organic carbon (TOC) analyses showed no significant changes. However, through the CE50 maybe observed that the H2O2/UV/MW process reduced the toxicity of the tartrazine solution, indicating the possible formation of less toxic intermediates than the original molecule. The microwaves effect was assessed in a degradation study of the tartrazine solution by H2O2, MW, H2O2/MW, and UV/MW processes, and the decolorization did not exceed 20%, indicating that the MW influence the H2O2/UV process because of the possible synergism with the UV radiation and thermal and non-thermal effects exerted by the radiation.

Fungos produzem muitas substâncias bioativas em baixas quantidades. A utilização de técnicas de planejamento experimental e de análise multivariada podem otimizar as condições de cultivo. No presente estudo, foi desenvolvida uma abordagem para incrementar a produção de compostos macrocíclicos relacionados às curvularinas, produzidos pela linhagem Penicillium sp. em baixas concentrações. A linhagem de Penicillium sp. foi crescida sob um conjunto de diferentes condições, determinadas por combinações das variáveis, tempo de crescimento, temperatura, concentração de nutrientes, agitação e concentração de sais. Depois do crescimento, a filtração e extração em fase sólida dos meios de cultura de cada experimento de crescimento forneceram 4 frações que foram submetidas a análises químicas por CLAE-UV-EM. As respostas obtidas (massa das frações, área e número de picos cromatográficos) foram tratados por meio de uma metodologia multicritério, a função de desejabilidade. Utilizando os valores de desejabilidade global, calcularam-se os efeitos principais e de interação das variáveis sobre a produção de metabolitos secundários. Foram estabelecidas duas condições ótimas para a produção de compostos relacionados às curvularinas as quais requerem: baixas concentrações salinas, longo tempo de incubação, sem agitação, alta concentração de nutrientes, mas diferentes temperaturas. Uma das condições produziu quantidades elevadas de citrinina, enquanto a outra permitiu o isolamento de 1 nova curvularina e 5 novos compostos relacionados às curvularinas, mas contendo um anel tetrahidrotiofeno fundido à lactona. As alterações químicas no perfil químico produzido em meio de cultura por Penicillium, sp., usando apenas diferentes temperaturas de incubação ilustra a viabilidade da utilização do planejamento experimental, com o objetivo de maximizar a produção, quer de um metabolito único ou uma diversidade de substâncias, produzidas por uma linhagem microbiana.<br /> / Fungi produce many useful metabolites. Application of experimental design techniques and chemometric analysis are able to optimize the fungi culture conditions. In the present investigation, it was developed a refined procedure to improve the production of macrocyclic compounds curvularin-like, produced in low concentrations by Penicillium sp. lineage. The Penicillium sp. lineage was cultivated under different conditions, determined by a combination of selected variables: time of growth, temperature, total concentration of nutrients, growth under shaking or still mode and total concentration of inorganic salt. After growth, filtration and solid phase extraction of the culture media of each growth experiment provided four fractions that were analyzed by HPLC/UV/MS. The outputs (mass fractions, total area under chromatogram, and number of chromatographic peaks) were treated by a multicriteria approach, the desirability function. Using the global desirability values, we calculated the main and interaction effects of the variables on the production of secondary metabolites. Two optimal conditions were established for the production of compounds curvularin-like: low concentration of inorganic salt, long incubation time on still mode, high concentration of nutrients but different temperatures. One of the conditions produced high amounts of citrinin, while the other allowed the isolation of one new curvularin and five novel related compounds containing a tetrahydrothiophene ring fused to the lactone. Chemical changes in chemical profile produced in the culture media by Penicillium sp. using just different incubation temperatures shows the feasibility of using the experimental design in order to improve the production of either a single metabolite or a diversity of compounds produced by a microbial lineage.<br/>

O presente trabalho teve como principal objetivo correlacionar a composição química do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com H2SO4 diluído com a eficiência da sacarificação enzimática da celulose presente no material. Primeiramente, o bagaço in natura foi extraído com água, etanol ou água seguida de etanol, e as composições químicas determinadas. Posteriormente, o bagaço in natura foi pré-tratado com H2SO4 diluído em êmbolos de 200 mL, utilizando 15% de teor de sólidos (m/v). A temperatura (112,5-157,5 °C), o tempo de residência (5-35 min) e a concentração ácida (0-3,0% m/v) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23 completo. Após o pré-tratamento, as amostras foram caracterizadas quimicamente. Em seguida, dois extratos enzimáticos comerciais foram caracterizados quanto às atividades de enzimas hidrolíticas e fenoloxidases, e aos teores de proteínas. As condições adequadas de sacarificação enzimática da celulose para a amostra de bagaço pré-tratada com H2SO4 diluído (15% sólidos, 2% ácido, a 150ºC por 30 min) foram determinadas através de planejamentos fatoriais 23 completos, variando teor de sólidos (1,19-4,81% m/v), carga enzimática (1,91-38,09 FPU/g de bagaço) e carga de surfactante (0-0,1 g/g de bagaço), para os dois extratos enzimáticos. As amostras de bagaço pré-tratadas sob diferentes condições de temperatura, tempo de residência e concentração de H2SO4 (primeiro planejamento fatorial) foram submetidas à sacarificação enzimática com um dos extratos. Por fim, amostras selecionadas foram caracterizadas quanto às alterações morfológicas provocadas pelo pré-tratamento e pela hidrólise enzimática, por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que água seguida de etanol extraiu maior quantidade de extrativos do bagaço. Os extrativos apresentaram absorção de luz apenas na região do ultravioleta. A porcentagem de lignina nos bagaços extraídos com água, etanol e água seguida de etanol foi menor que aquela encontrada no bagaço in natura. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente. A maior variação foi observada para hemicelulose (3,67-27,27%). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram na composição química do bagaço pré-tratado. Por sua vez, os dois extratos enzimáticos apresentaram um complexo celulolítico completo e considerável atividade de xilanases, porém não foi observada atividade de fenoloxidases. O extrato II apresentou maior quantidade de proteínas (152,45±10,0 mg/mL), comparado ao extrato I (105,2±6,6 mg/mL). Para 24 horas de hidrólise enzimática com o extrato I, as três variáveis independentes influenciaram na digestão do bagaço pré-tratado. Somente os efeitos das cargas de enzima e surfactante foram significantes, utilizando o extrato II. Posteriormente, foi possível aumentar o teor inicial de sólidos sem comprometer o rendimento de sacarificação com o extrato II. Não foi possível correlacionar a conversão de celulose com o fator de severidade do pré-tratamento. Por outro lado, foi observada correlação negativa entre o conteúdo de hemicelulose e a conversão enzimática de celulose, enfatizando a influência da composição química do bagaço de cana na hidrólise enzimática da celulose. Observaram-se diferenças morfológicas entre o bagaço in natura e amostras pré-tratadas sob condições branda e severa, bem como após suas respectivas hidrólises enzimáticas. / This study aimed to correlate the chemical composition of a sugarcane bagasse pretreated with dilute H2SO4 with the efficiency of cellulose enzymatic saccharification of this material. First, the sugarcane bagasse was extracted with water, ethanol or water followed by ethanol, and its chemical composition was determined. Subsequently, the sugarcane bagasse was pretreated with dilute H2SO4 in 200 mL stainless steel containers, using 15% of solids loading (w/v). The temperature (112.5-157.5°C), time of residence (5-35 min) and acid concentration (0-3.0% w/v) varied according to a 23 full factorial design. After the pretreatments, the chemical compositions of the pretreated bagasses were determined. Then, two commercial enzymatic extracts were characterized regarding the activities of hydrolytic enzymes and phenoloxidases, and protein contents. The enzymatic saccharification conditions for the bagasse sample pretreated with dilute H2SO4 (15% solids, 2% acid, 150°C for 30 min) were determined through 23 full factorial designs, varying the solids loading (1,19-4.81% w/v), enzyme loading (1.91-38.09 FPU/g of bagasse) and surfactant loading (0-0.1 g/g of bagasse) for the two enzymatic extracts. The bagasse samples pretreated under the different conditions of temperature, time of residence and H2SO4 concentration (first factorial design) were subjected to enzymatic saccharification using one of the extracts. Finally, selected samples were analyzed for morphological changes caused by pretreatment and enzymatic hydrolysis, by scanning electron microscopy. The results showed that water followed by ethanol extracted the highest amount of extractives. The extractives showed light absorption only in the ultraviolet region. The percentage of lignin in the bagasse samples extracted with water, ethanol and water followed by ethanol was lower than that found in the raw material. According to the pretreatment conditions, the amount of cellulose, hemicellulose and lignin in the pretreated bagasse differed substantially. The greatest variation was observed for the hemicellulose content (3.67-27.27%). All the three factors evaluated in the pretreatment affected the chemical composition of the pretreated bagasse. In turn, the two enzymatic extracts showed complete cellulolytic complexes and considerable activities of xylanases, without activities of phenoloxidases. The extract II showed higher protein content (152.45±10.0 mg/mL) when compared with the extract I (105.2±6.6 mg/mL). For 24 hours of enzymatic hydrolysis using the extract I, all the three independent variables influenced the saccharification of pretreated bagasse. Only the enzyme and surfactant loadings were significant, when using the extract II. Later, it was possible to increase the initial solids content without hindering the saccharification yield, using the extract II. It was not possible to correlate the cellulose conversion with the pretreatment severity. On other hand, it was possible to observe a negative correlation between the hemicellulose content and the efficiency of enzymatic conversion, emphasizing the influence of the sugarcane bagasse chemical composition in the enzymatic hydrolysis of cellulose. Morphological differences were observed between the raw material and sugarcane bagasse samples pretreated under high or low severity, as well as after their corresponding enzymatic hydrolysis.