A levedura Saccharomyces cerevisiae, amplamente utilizada na conversão de glicose e frutose a etanol, não é capaz de fermentar a xilose presente na biomassa lignocelulósica de resíduos agroindustriais. Apesar da introdução da via metabólica dessa pentose em linhagens de S. cerevisiae, a fermentação da xilose simultaneamente com outros açúcares ainda é pouco eficiente. A proposta deste trabalho foi aumentar a eficiência do consumo da xilose por linhagens de S. cerevisiae introduzindo genes de transportadores exógenos identificados em leveduras selvagens que naturalmente fermentam pentoses. A via do metabolismo da xilose foi integrada no genoma de uma linhagem industrial brasileira de S. cerevisiae usada na produção de etanol. A partir desta, linhagens isogênicas foram criadas e mostraram ser mais eficientes no metabolismo da xilose em meio sintético e capazes de co-fermentar glicose e xilose na presença de altas concentrações de inibidores resultantes da hidrólise da biomassa lignocelulósica. Os tranportadores identificados foram testados nas linhagens industriais geneticamente modificadas criadas neste estudo e em linhagens laboratoriais. Não foi possível confirmar a eficiência dos transportadores nas linhagens, embora os resultados mostraram diferenças nas curvas de crescimento das linhagens industriais expressando os transportadores. Este trabalho foi o início de um estudo dos fatores envolvidos no metabolismo da xilose e servirá como base para que futuros trabalhos sejam realizados na obtenção de uma linhagem mais eficiente para produção de etanol de segunda geração. / The yeast Saccharomyces cerevisiae, which efficiently ferments glucose and fructose to ethanol, is unable to ferment xylose present in lignocellulosic biomass of agroindustrial residues. Although the introduction of xylose metabolic pathways in S. cerevisiae strains has been described in the literature, the simultaneous fermentation of xylose and glucose in these modified strains is still very inefficient. The aim of this study was to increase the xylose consumption efficiency of S. cerevisiae by introduction of exogenous genes identified in wild yeast that naturally ferment pentose. The xylose metabolism pathway was integrated into the genome of a Brazilian industrial strain of S. cerevisiae used for the production of ethanol, which was then used to obtain isogenic modified strains. The isogenic strains showed to be more effective in xylose metabolism in synthetic medium and able to co-ferment glucose and xylose in the presence of high concentrations of inhibitors resulting hydrolysis of lignocellulosic biomass. The transporters identified were inserted into genetically modified industrial strains of S. cerevisiae created in this study and also in laboratory strains. It was not possible to confirm the transporters efficiency in laboratory strains but the results showed differences in the growth curves of the industrial strains expressing the transporters. This work was the beginning of a study of the factors involved in xylose metabolism and it will help to prepare future work to obtain an efficient strain for lignocellulosic ethanol production.

Orientador: Paulo Cezar Ceresini / Resumo: Rhizoctonia solani AG-1 IA é um patógeno habitante do solo que causa doenças em pastagens e plantas cultivadas, em vários estados brasileiros. Para penetrar e colonizar os tecidos do hospedeiro, o microrganismo utiliza enzimas que podem ser de interesse biotecnológico e industrial. O objetivo do presente trabalho foi produzir e caracterizar a α-amilase secretada por R. solani AG-1 IA utilizando produtos e resíduos agroindustriais como substratos para fermentação. Para todos os ensaios foi adotado o processo de cultivo em estado sólio (CES) à temperatura de 25 °C e umidade inicial de 60%. Inicialmente, nove isolados de R. solani provenientes de diferentes hospedeiros (arroz, braquiária e soja) foram comparados quanto à produção amilolítica. As maiores atividades enzimáticas foram proporcionadas pelos isolados TO_022 e MT_SO85, procedentes da cultura da soja. Na etapa seguinte, foi avaliado o efeito do substrato sobre a produção enzimática. Farelo de trigo (12,98 U mL-1; TO_022), farelo de soja (3,97 U mL-1; MT_SO85) e braquiária lavada (4,95 U mL-1; TO_022) induziram eficientemente a produção amilolítica. O perfil de produção enzimática no farelo de trigo, melhor substrato avaliado no cultivo, indicou o tempo de 216 h como o mais apropriado para a obtenção de α-amilases pelo isolado TO_022 (22,14 U mL-1), e 240 h para o isolado MT_SO85 (22,84 U mL-1). Para caracterização físico-química da enzima foi utilizado o extrato enzimático bruto do isolado TO_022. A α-amilase de R. sola... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Rhizoctonia solani AG-1 IA is a soil-borne pathogen that causes diseases in pastures and cultivated plants in several Brazilian states. To penetrate and colonize host tissues, the microorganism uses enzymes that may be of biotechnological and industrial interest. The aim of the present work was to produce and characterize the α-amylase secreted by R. solani AG-1 IA using agroindustrial products and residues as substrates for fermentation. For all the tests, the solid state cultivation process (SSC) at 25 °C and initial humidity of 60% was adopted. Initially, nine isolates of R. solani from different hosts (rice, Brachiaria grass and soybean) were compared for amylolytic production. The major enzymatic activities were provided by the isolates TO_022 and MT_SO85, from the soybean crop. In the next step, the effect of the substrate on the enzymatic production was evaluated. Wheat bran (12.98 U mL-1; TO_022), soybean meal (3.97 U mL-1, MT_SO85) and washed ruzigrass (4.95 U mL-1; TO_022) efficiently induced amylolytic production. The enzymatic production profile in wheat bran, the best substrate evaluated in the culture, indicated the time of 216 h as the most appropriate to obtain α-amylases by the TO_022 isolate (22.14 U mL-1), and 240 h for the isolated MT_SO85 (22.84 U mL-1). For the physicochemical characterization of the enzyme, the crude enzymatic extract of the TO_022 isolate was used. The α-amylase of R. solani TO_022 exhibited maximum activity at 55 °C and pH 5.5, and ma... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A exploração de processos viáveis para a conversão da biomassa lignocelulósica em combustíveis limpos e produtos químicos de alto valor agregado, para complementar ou substituir produtos derivados de fontes não renováveis, é crucial para um desenvolvimento sustentável. A valorização e modificação dos componentes lignocelulósicos, torna-se imprescindível para viabilizar o sistema de biorrefinaria. A lignina, macromolécula aromática dominante na natureza, é um destes componentes que, devido a sua estrutura e composição, oferece rotas únicas para a produção de vários químicos de valor agregado. Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito de reações de oxidação em ligninas de bagaço e de palha de cana-de-açúcar, e de casca de café, na obtenção de compostos aromáticos de baixa massa molar, em especial a vanilina, e adicionalmente, verificar a aplicabilidade da lignina oxidada residual na obtenção de matrizes para liberação controlada de herbicida, buscando alternativas para agregar valor à lignina proveniente de resíduos agroindustriais e contribuir com a viabilização de biorrefinarias. Para isso, os materiais lignocelulósicos foram pré-tratados com ácido diluído e submetidos a deslignificação alcalina para obtenção da lignina. As frações obtidas durante cada etapa foram avaliadas quanto a composição química e Espectrometria no Infravermelho (FTIR), e as ligninas obtidas, foram ainda avaliadas por Espectrometria no Ultravioleta (UV) e por Ressonância Magnética Nuclear (1H RMN, 13C RMN e 2D RMN). As ligninas obtidas foram oxidadas em diferentes condições: oxidação enzimática utilizando lacase, em meio ácido e em meio alcalino com H2O2 e oxidação úmida em meio aquoso e alcalino utilizando H2O2. A fração líquida obtida foi analisada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) para identificar e quantificar os aldeídos aromáticos e outros compostos de degradação, enquanto a fração sólida, constituída pela lignina residual oxidada, foi avaliada por FTIR e UV. As ligninas oxidadas provenientes das condições que resultaram em um maior rendimento de vanilina, foram aplicadas na formulação de matrizes para liberação controlada de ametrina. Os resultados mostraram que a lignina de bagaço e de palha de cana não oxidadas são compostas principalmente por unidades siringil e guaiacil, respectivamente, e predominância de ligações ?-O-4, enquanto a lignina de casca de café foi composta principalmente por unidades hidroxil e predominância de ligações C-C, indicando uma estrutura mais condensada. Das oxidações avaliadas, a oxidação em meio alcalino (NaOH 10%) utilizando H2O2 9,1% gerou um maior rendimento de vanilina quando utilizada lignina de bagaço (8,13 mg/g lignina) e de casca de café (1,15 mg/g lignina), e H2O2 6,1% quando utilizada lignina de palha (6,48 mg/g lignina). A aplicação das ligninas oxidadas permitiu a obtenção de matrizes capazes de liberar o herbicida ametrina com diferentes cinéticas, dependendo das propriedades e das proporções das ligninas empregadas. / The exploration of feasible paths for the conversion of the lignocellulosic biomass into clean fuels and high value chemicals, to complement or replace products derived from non-renewable sources, is crucial for a sustainable development. The efficient utilization of the lignocellulosic components is of fundamental importance for the economic viability of biorefineries. Lignin, nature\'s dominant aromatic polymer, is a major component of the biomass that, due to its structuture and chemical composition, is a unique feedstock for producing high-value chemicals. The aim of this study is to seek for alternatives for adding value to lignin from agro-industrial waste in order to contribute to the vialbility of biorefineries. To achieve this, we evaluated the effect of oxidation reactions in sugarcane bagasse and straw lignin, and coffee husk, for obtaining aromatic compounds of low molecular weight, especially vanillin. In addition, the applicability of the residual oxidized lignin for obtaining matrices for the controlled release of herbicides was also examined in this work. For this purpose, the lignocellulosic materials were pretreated with dilute acid and subjected to alkaline delignification to achieve separation of the lignin. The fractions obtained at each stage were analyzed for chemical composition and with Infrared Spectroscopy (FTIR). The lignins were also analyzed using UV-vis Spectroscopy (UV) and Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR, 13C NMR and HSQC). The lignins obtained were subjected to oxidation using different physiochemical conditions - enzymatic oxidation with laccase, oxidation in acidic and alkaline medium with H2O2 and wet oxidation in aqueous and alkaline medium using H2O2.The obtained liquid fraction was analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) to identify and quantify the aromatic aldehydes and other compounds of lignin degradation, while the solid fraction, comprising the oxidized residual lignin, was analyzed by FTIR and UV. The oxidized lignins derived from the conditions that have resulted in a maximun yield of vanillin, were applied in the formulation of controlled release matrices of ametryne. Results for non oxidized lignin showed bagasse and straw lignin being composed mainly of syringyl and guaiacil units, respectively, linked predominantly by ?-O-4 bonds, while coffee husk lignin was mainly composed of hydroxyl units linked by C-C bonds predominantly, indicating a more condensed structure. Of all the oxidation reactions, the oxidation in alkaline medium (NaOH 10%) using H2O2 9.1% showed the highest yield of vanillin with bagasse lignin (8.13 mg/g lignin) and coffee husk lignin (1.15 mg/g lignin), and H2O2 6.1% with straw lignin (6.48 mg/g lignin). The application of oxidized lignins as matrices resulted in the release of the herbicide ametryne with different kinetics, depending on the proportions and properties of the lignins applied.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-03-03T13:38:59Z No. of bitstreams: 2 Tese - Guilherme Malafaia Pinto - 2015.pdf: 3540108 bytes, checksum: fa2e7bc8ec723d710d39b686a152e04f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-03-03T13:48:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Guilherme Malafaia Pinto - 2015.pdf: 3540108 bytes, checksum: fa2e7bc8ec723d710d39b686a152e04f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T13:48:19Z (GMT). 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The second study involved vermicomposting of different tannery sludge doses with cattle dung. The potentiality of such treatment method in agriculture was assessed. The results showed that vermicomposts produced using Eisenia foetida presented different nutrient concentrations, favoring their use as soil conditioners. On the other hand, despite C/N ratios decreased in all treatments, indicating the maturation of the final substrate, the values observed exceeded the maximum limit established by MAPA’s Normative Instruction # 025/2009 for compound organic fertilizers, fact that led to the development of the third study of this Ph.D. thesis. The objective of this study was to detail the investigations on vermicomposting of tanning residues, using two different types of tannery sludge (liming and primary), which were also mixed with cattle dung. At the end of the experiments, vermicomposts yielded high N, P and K total concentrations, as well as pH values and C/N ratios, and N and TOC concentrations that comply with the minimum limits established by MAPA. Besides, Cu, Zn and Cr concentrations in the produced vermicomposts did not exceed the limits established by Conama’s re solution 375/2006. A fourth study followed, aiming at the analysis of a corn culture (cultivar LG 6036) in a typical Dystrophic Red Latosol (Oxisol), irrigated with domestic wastewater and adding tannery sludge vermicomposts produced in the previous study. Although the treatments promoted satisfactory soil conditions for the development and yield of corn, little or no increase in pH, EC, TOC, base saturation, OM, N, K, Cu and Fe concentrations were observed, when compared to concentrations initially identified in the soil. On the other hand, an increase in P, Ca, Mg, Mn and Zn concentrations was observed especially in the treatments that included irrigation with domestic wastewater and/or addition of tannery sludge vermicomposts. Thus, it is concluded that, contrarily to tannery sludge concentrations used in natura, tannery sludge vermicomposts plus irrigation with domestic wastewater constitute important nutrient sources for corn culture. However, we call attention to the use of these residues aiming at the possibility of increasing certain nutrients in soils, once no significant increase was observed for all elements assessed in the culture soils. / Neste estudo, foram desenvolvidos diferentes estudos, em condições de ambiente protegido, os quais, de um modo geral, visaram avaliar o reaproveitamento de lodos de curtume e reuso dessas águas na cultura do milho (Zea mays L.). No primeiro trabalho foram avaliadas as alterações químicas do solo e o rendimento do milho (cultivar BG 7049H) cultivado em um Plintossolo Háplico que recebeu 9 e 18 Mg.ha-1 de lodo de curtume e irrigação com água residuária de origem doméstica. Observou-se que os tratamentos foram capazes de incrementar os valores de pH e as concentrações totais de P, K, Mg e Ca em relação aos valores iniciais do solo, melhorando a fertilidade do mesmo. Porém, a aplicação dessas doses, ainda que em conjunto com a irrigação com água residuária, não proporcionou o rendimento do milho equivalente àquele obtido com a adubação mineral. O segundo estudo avaliou a vermicompostagem de diferentes doses de lodo de curtume, codispostas com esterco bovino, como possível método de tratamento, visando o reaproveitamento desse resíduo, com potencialidade para uso agrícola. Os resultados demonstraram que em geral, os vermicompostos produzidos de Eisenia foetida apresentaram teores de diferentes nutrientes que favorecem o seu uso como condicionadores do solo. Por outro lado, embora a relação C/N tenha diminuído em todas os tratamentos, indicando o amadurecimento do substrato final, os valores observados ultrapassam o limite máximo permitido pela Instrução Normativa nº 025/2009 do MAPA, para fertilizantes orgânicos compostos, fato este que instigou o desenvolvimento do terceiro estudo desta tese. Assim, o terceiro trabalho objetivou aprofundar as investigações sobre a vermicompostagem de resíduos de curtume, usando dois diferentes tipos de lodos de curtume (caleiro e primário), também codispostos com esterco bovino. Ao final dos experimentos, foram produzidos vermicompostos com concentrações totais elevadas de N, P e K, bem como valores de pH e concentrações de N, C/N e COT que atendem aos limites mínimos estabelecidos pelo MAPA. Além disso, foi observado que as concentrações de Cu, Zn e Cr nos vermicompostos produzidos não extrapolam os limites estabelecidos pela resolução nº 375/2006 do Conama. No quarto estudo objetivou-se avaliar o cultivo do milho (cultivar LG 6036) em um Latossolo Vermelho Distrófico Típico irrigado com água residuária doméstica e acrescido de vermicompostos de lodo de curtume, produzidos no trabalho anterior. Neste último estudo, observou-se que, embora os tratamentos tenham proporcionado, no solo, condições satisfatórias para o desenvolvimento e rendimento da cultura, foi verificado muito pouco ou nenhum incremento nos valores de pH, CE, COT, Saturação por bases, MO, N, K, Cu e Fe, quando comparadas às suas concentrações identificadas inicialmente no solo de cultivo. Por outro lado, foi observado incremento nas concentrações de P, Ca, Mg, Mn e Zn, sobretudo, nos tratamentos que receberam irrigação com água residuária doméstica e/ou solo acrescido de vermicompostos de lodo de curtume. Nesse sentido, conclui-se que os vermicompostos de lodos de curtume (ao contrário das concentrações de lodo de curtume in natura usadas neste estudo), consorciados com a irrigação com água residuária doméstica, constituem importantes fontes de nutrientes para a cultura do milho. Contudo, sugere-se atenção quanto ao uso desses resíduos, visando à possibilidade de incremento de nutrientes nos solos, considerando que não foram observados incrementos significativos de todos os elementos avaliados nos solos de cultivo.

A exploração de processos viáveis para a conversão da biomassa lignocelulósica em combustíveis limpos e produtos químicos de alto valor agregado, para complementar ou substituir produtos derivados de fontes não renováveis, é crucial para um desenvolvimento sustentável. A valorização e modificação dos componentes lignocelulósicos, torna-se imprescindível para viabilizar o sistema de biorrefinaria. A lignina, macromolécula aromática dominante na natureza, é um destes componentes que, devido a sua estrutura e composição, oferece rotas únicas para a produção de vários químicos de valor agregado. Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito de reações de oxidação em ligninas de bagaço e de palha de cana-de-açúcar, e de casca de café, na obtenção de compostos aromáticos de baixa massa molar, em especial a vanilina, e adicionalmente, verificar a aplicabilidade da lignina oxidada residual na obtenção de matrizes para liberação controlada de herbicida, buscando alternativas para agregar valor à lignina proveniente de resíduos agroindustriais e contribuir com a viabilização de biorrefinarias. Para isso, os materiais lignocelulósicos foram pré-tratados com ácido diluído e submetidos a deslignificação alcalina para obtenção da lignina. As frações obtidas durante cada etapa foram avaliadas quanto a composição química e Espectrometria no Infravermelho (FTIR), e as ligninas obtidas, foram ainda avaliadas por Espectrometria no Ultravioleta (UV) e por Ressonância Magnética Nuclear (1H RMN, 13C RMN e 2D RMN). As ligninas obtidas foram oxidadas em diferentes condições: oxidação enzimática utilizando lacase, em meio ácido e em meio alcalino com H2O2 e oxidação úmida em meio aquoso e alcalino utilizando H2O2. A fração líquida obtida foi analisada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) para identificar e quantificar os aldeídos aromáticos e outros compostos de degradação, enquanto a fração sólida, constituída pela lignina residual oxidada, foi avaliada por FTIR e UV. As ligninas oxidadas provenientes das condições que resultaram em um maior rendimento de vanilina, foram aplicadas na formulação de matrizes para liberação controlada de ametrina. Os resultados mostraram que a lignina de bagaço e de palha de cana não oxidadas são compostas principalmente por unidades siringil e guaiacil, respectivamente, e predominância de ligações ?-O-4, enquanto a lignina de casca de café foi composta principalmente por unidades hidroxil e predominância de ligações C-C, indicando uma estrutura mais condensada. Das oxidações avaliadas, a oxidação em meio alcalino (NaOH 10%) utilizando H2O2 9,1% gerou um maior rendimento de vanilina quando utilizada lignina de bagaço (8,13 mg/g lignina) e de casca de café (1,15 mg/g lignina), e H2O2 6,1% quando utilizada lignina de palha (6,48 mg/g lignina). A aplicação das ligninas oxidadas permitiu a obtenção de matrizes capazes de liberar o herbicida ametrina com diferentes cinéticas, dependendo das propriedades e das proporções das ligninas empregadas. / The exploration of feasible paths for the conversion of the lignocellulosic biomass into clean fuels and high value chemicals, to complement or replace products derived from non-renewable sources, is crucial for a sustainable development. The efficient utilization of the lignocellulosic components is of fundamental importance for the economic viability of biorefineries. Lignin, nature\'s dominant aromatic polymer, is a major component of the biomass that, due to its structuture and chemical composition, is a unique feedstock for producing high-value chemicals. The aim of this study is to seek for alternatives for adding value to lignin from agro-industrial waste in order to contribute to the vialbility of biorefineries. To achieve this, we evaluated the effect of oxidation reactions in sugarcane bagasse and straw lignin, and coffee husk, for obtaining aromatic compounds of low molecular weight, especially vanillin. In addition, the applicability of the residual oxidized lignin for obtaining matrices for the controlled release of herbicides was also examined in this work. For this purpose, the lignocellulosic materials were pretreated with dilute acid and subjected to alkaline delignification to achieve separation of the lignin. The fractions obtained at each stage were analyzed for chemical composition and with Infrared Spectroscopy (FTIR). The lignins were also analyzed using UV-vis Spectroscopy (UV) and Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR, 13C NMR and HSQC). The lignins obtained were subjected to oxidation using different physiochemical conditions - enzymatic oxidation with laccase, oxidation in acidic and alkaline medium with H2O2 and wet oxidation in aqueous and alkaline medium using H2O2.The obtained liquid fraction was analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) to identify and quantify the aromatic aldehydes and other compounds of lignin degradation, while the solid fraction, comprising the oxidized residual lignin, was analyzed by FTIR and UV. The oxidized lignins derived from the conditions that have resulted in a maximun yield of vanillin, were applied in the formulation of controlled release matrices of ametryne. Results for non oxidized lignin showed bagasse and straw lignin being composed mainly of syringyl and guaiacil units, respectively, linked predominantly by ?-O-4 bonds, while coffee husk lignin was mainly composed of hydroxyl units linked by C-C bonds predominantly, indicating a more condensed structure. Of all the oxidation reactions, the oxidation in alkaline medium (NaOH 10%) using H2O2 9.1% showed the highest yield of vanillin with bagasse lignin (8.13 mg/g lignin) and coffee husk lignin (1.15 mg/g lignin), and H2O2 6.1% with straw lignin (6.48 mg/g lignin). The application of oxidized lignins as matrices resulted in the release of the herbicide ametryne with different kinetics, depending on the proportions and properties of the lignins applied.

A cadeia agroindustrial de proteína animal é importante setor para a economia brasileira. A pecuária é considerada um dos principais causadores de danos ambientais, como contaminação das fontes dágua e assoreamento dos recursos hídricos; produção e emissão de gases do efeito estufa (GEE). As criações animais e os abatedouros geram elevadas quantidades de resíduos e efluentes, que possuem grande carga orgânica, podendo ser tratados por sistema anaeróbio, tendo como resultado a geração de biogás. Dentre as vantagens dessa aplicação, tem-se: o uso do biogás como fonte de energia elétrica e térmica, além da utilização do biometano, diversificação da matriz energética, com diminuição da dependência do sistema hidrológico, bem como do uso de térmicas a combustíveis fósseis. Também, registra-se o fortalecimento da geração distribuída e uma matriz mais limpa, melhorando as emissões de GEE do setor e contribuindo para a sustentabilidade direta da atividade. Apesar das vantagens amplamente conhecidas do biogás, ainda no Brasil essa fonte de energia ainda é pouco utilizada, significando cerca de 1% da matriz brasileira. O objetivo geral deste estudo é identificar regiões no Estado de São Paulo que possuam potencial de produção de biogás e biometano a partir dos resíduos agropecuários e agroindústrias do setor de proteína animal a partir de duas metodologias distintas, do IPCC e da CETESB, bem como o seu potencial energético para a geração de energia elétrica, analisando as politicas e barreiras existentes. Os resultados encontrados demonstraram grandes inconsistências entre elas e a necessidade de validarmos uma metodologia que realmente considere as diferenças de sistema de produção, climáticas, tecnologias existentes. O levantamento do potencial almeja subsidiar o desenvolvimento de políticas públicas adequadas de incentivo à sua realização, reduzindo as emissões de GEE do setor e, o mais importante, contribuir para a sustentabilidade direta da atividade atingindo a base da cadeia produtiva da agropecuária, que são os criadores e produtores familiares. / The agro-industrial chain of animal protein is important sector for the Brazilian economy. Livestock is considered a major cause of environmental damage, such as pollution of water sources and silting of water resources; production and emission of greenhouse gases (GHGs). Animal creations and slaughterhouses generate large amounts of waste and wastewater, which have high organic load, can be treated by anaerobic system, resulting in the generation of biogas. Among the advantages of this application, it has: the use of biogas as a source of electric and thermal energy, as well as use of biomethane, diversification of energy sources, with reduced dependence on the hydrological system and the use of thermal fossil fuels. Also, register the strengthening of distributed generation and a cleaner matrix, improving the GHG emissions from the sector and contributing to the sustainability of direct activity. Despite the widely known advantages of biogas, even in Brazil this source of energy it is still little used, meaning about 1% of the Brazilian matrix. The aim of this study is to identify regions in the State of São Paulo that have biogas production potential and biomethane from agricultural residues and agro-industries of the animal protein sector from two different methodologies, the IPCC and CETESB, as well its energy potential for the generation of electricity, analyzing existing policies and barriers. The results showed major inconsistencies between them and the need to validate a methodology that actually consider the production system differences, climate, existing technologies. The survey of the potential aims to support the development of appropriate public incentive for achieving policies, reducing GHG emissions in the industry and, most importantly, contribute to direct sustainability of the activity reaching the base of the production chain of agricultural, which are the creators and family farmers.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiane.pdf: 1676874 bytes, checksum: b32327481322325a528776559d52d690 (MD5) Previous issue date: 2012-12-12 / Attempting to associate waste treatment to the production of clean and renewable energy, the present research aimed to evaluate the biological production of hydrogen using wastewater from the manioc starch treatment industry, a liquid wastewater of high organic content, generated during the processes of extraction and purification of manioc starch. The experiment was carried out in two upflow fixed-bed anaerobic reactors. As support, bamboo stems and low density polyethylene scraps. Made with pexiglass, each reactor was built with 75 cm of height, with 2.96 L of useful volume for the reactor with bamboo support and 3.13 L for the one with Polyethylene support. The inoculum, collected in a pilot anaerobic reactor, received thermal pretreatment and was recirculated in the reactors for 48 h. Then, alimentation was initiated in a continuum manner. The system was operated with hydraulic detention time (TDH) of 4 and 3 h, at 36 °C and initial pH of 6.0. In the TDH of 4 h, 3 organic loading rates were applied (COV), of 28; 15 and 26 g.L-1.d-1; in the TDH of 3 h 4 COV were applied, of 35; 22; 22 and 27 g.L-1.d-1. The application of the COV did not follow any particular pattern due to the variability of the wastewater constitution. Hence, the effects of TDH, COV and the support mean on the production of hydrogen were evaluated, as well as the influence of bamboo and of low density polyethylene in the fixation and selection of microorganisms that produce hydrogen. Maximum hydrogen production in the reactor using bamboo was of 2.9 L.d-1 in TDH 4h and of 2.2 L.d-1 in the reactor using polyethylene in TDH of 3 h. Hydrogen percentage of 25% in biogas was reached in the reactor using bamboo and of 29% in the reactor using polyethylene. The yielding obtained was of 0.6 L H2.g-1sugar in the reactor using bamboo in TDH 4 h and of 0.8 L H2.g-1sugar in the reactor using polyethylene in TDH 3 h. In both reactors, the mean total sugar removal was of approximately 90%. / Buscando aliar o tratamento de resíduos à produção de energia limpa e renovável, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção biológica de hidrogênio a partir da água residuária da indústria de fécula de mandioca, resíduo líquido de elevada carga orgânica, gerado durante os processos de extração e purificação do amido. O experimento foi realizado em dois reatores anaeróbios de leito fixo e fluxo ascendente. Como meio suporte foram utilizadas hastes de bambu e aparas de polietileno de baixa densidade. Confeccionados em pexiglass, cada reator foi construído com 75 cm de altura, o volume útil calculado foi de 2,96 L para o reator com suporte de bambu e 3,13 L para o reator com suporte de polietileno. O inóculo, coletado em um reator anaeróbio piloto, recebeu pré-tratamento térmico e foi recirculado nos reatores por 48 h. Em seguida, iniciou-se a alimentação em modo contínuo. O sistema foi operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 4 e 3 h, a 36 °C e pH inicial 6,0. No TDH de 4 h foram aplicadas 3 cargas orgânicas volumétricas (COV) de 28; 15 e 26 g.L-1.d-1; no TDH de 3 h foram aplicadas 4 COV de 35; 22; 22 e 27 g.L-1.d-1. A aplicação das COV não seguiu a um padrão devido à variabilidade na constituição da água residuária. Dessa forma, foram avaliados os efeitos do TDH, da COV e do suporte sobre a produção fermentativa de hidrogênio e também a influência do bambu e do polietileno de baixa densidade na fixação e seleção dos micro-organismos produtores de hidrogênio. A produção máxima de hidrogênio no reator com bambu foi de 2,9 L.d-1 em TDH 4 h e de 2,2 L.d-1 no reator com polietileno em TDH de 3 h. Foram alcançados percentuais de hidrogênio no biogás de 25% no reator com bambu e 29% o reator com polietileno. O rendimento obtido foi de 0,6 L H2.g-1açúcar no reator com bambu em TDH 4 h e 0,8 L H2.g-1açúcar no reator com polietileno em TDH 3 h. Em ambos os reatores a degradação média de açúcares totais foi de aproximadamente 90%.

Made available in DSpace on 2017-07-10T14:38:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diandra.pdf: 542588 bytes, checksum: 32972a5a9ccf88941ed8155da504e337 (MD5) Previous issue date: 2014-06-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent years the use of biotechnological processes with microorganisms has been highlighted, in particular the production of enzymes and commercial market. The objective of this study was to investigate the potential six filamentous fungi (Aspergillus aculeatus, Aspergillus fumigatus, sitophila Chrysonilia, Gliocadium virens, Aspergillus flavus and Trichoderma longibrachiatum isolated from Atlantic West of Paraná and its ability to produce hydrolytic enzymes of the cellulolytic complex, xylanolytic, pectinase and disaccharidases (β-galactosidase, β-glucosidase and β-fructofuranosidase), as well as purify and characterize the β-fructofuranosidase from A. flavus. The fungus A. aculeatus exhibited great potential in the production of intracellular β-galactosidase (56,31 U/ml) with orange peel as substrate, intracellular β-fructofuranosidase (409.46 U/mL) with the trub (brewing residue) and intracellular β-glucosidase obtained with passion fruit peel (192.2 U/ml). C. sitophila showed increased production of intracellular β-galactosidase with sorghum straw (16.48 U/ml) and intracellular β- xylosidase with orange peel (4.60 U/ml). A. fumigatus also was a good producer of β- galactosidase intracellular (17.26 U/ml) with passion fruit peel and extracellular pectinase (45.95 U/ml) with orange peel. However, Gliocadium virens produced only intracellular β-galactosidase (22.57 U/ml) with rice straw. While T. longibracitum exhibited the best enzymatic production of enzymes xylanase (22.38 U/ml) with sorghum straw; pectinase (26.43 U/ml) with orange peel and intracellular betagalactosidase (17.53 U/ml) using passion fruit peel. In addition, Aspergillus flavus achieved excellent levels β-fructofuranosidase both in liquid culture and in solid culture when supplemented with soybean meal or trub, but the enzymatic production of solid cultivation was 5 times higher than the liquid culture. Thus, beta-fructofuranosidase obtained under solid state cultivation of soybean meal was partially purified with 19% overall yield with an apparent molecular mass of 37 kDa by SDS-PAGE and 45 kDa in native form. The pH and the optimum temperature for enzyme activity were 5.0 and 60°C, respectively. The enzyme was stable at 70% residual activity after 12 hours in the acid pH range (5.0 to 5.5), while at temperatures of 45°C to 55°C the enzyme showed higher stability than 50% / Nos últimos anos a utilização de processos biotecnológicos com microrganismos vem se destacando cada vez mais, em especial a produção e comércio de enzimas. Assim, o objetivo desse trabalho foi investigar o potencial de seis fungos filamentosos (Aspergillus aculeatus, Aspergillus fumigatus, Chrysonilia sitophila, Gliocadium virens, Trichoderma longibrachiatum e Aspergillus flavus isolados da Mata Atlântica do Oeste do Paraná e sua capacidade em produzir enzimas hidrolíticas do complexo celulolítico, xilanolítico, pectinolítico e dissacaridases (β-galactosidase, β-glicosidases e β- frutofuranosidase), bem como purificar e caracterizar a β- frutofuranosidase do A flavus. O fungo A. aculeatus exibiu grande potencial na produção de β-galactosidase intracelular (56,31 U/ml) com casca de laranja como substrato, β-frutofuranosidase intracelular (409,46 U/ml) com o trub (resíduo cervejeiro) e β-glicosidase intracelular obtida com a casca de maracujá (192,2 U/ml). O C. sitophila se destacou na produção de β-galactosidase intracelular com palha de sorgo (16,48 U/ml) e β-xilosidase intracelular com casca de laranja (4,60 U/ml). O A. fumigatus também foi um bom produtor de β-galactosidase intracelular (17,26 U/ml) com casca de maracujá e pectinase extracelular (45,95 U/ml) com casca de laranja. Entretanto, o Gliocadium virens produziu somente β-galactosidase intracelular (22,57 U/ml) com palha de arroz. Enquanto que o T. longibrachiatum exibiu atividade xilanase extracelular com palha de sorgo (22,38 U/ml), pectinase extracelular (26,43 U/ml) com casca de laranja e betagalactosidase intracelular (17,53 U/ml) com casca de maracujá. Em adição, o Aspergillus flavus alcançou excelentes níveis β-frutofuranosidase tanto em cultivo líquido quanto em cultivo sólido quando suplementados com o farelo de soja ou trub, porém a produção enzimática do cultivo sólido foi 5 vezes superior ao cultivo líquido. Esta beta-frutofuranosidase de cultivo em estado sólido de farelo de soja foi parcialmente purificada com rendimento final de 19%, com massa molecular aparente de 37 KDa por SDS-PAGE e 45 KDa na forma nativa. O pH e a temperatura ótima de atividade da enzima foram de 5,0 e 60 °C, respectivamente. A enzima foi estável com 70% de atividade residual após 12 horas na faixa de pHs ácido (4,5 e 5,0), enquanto que nas temperaturas de 45ºC a 55ºC a enzima mostrou estabilidade superior a 50%.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-11Bitstream added on 2014-06-13T19:03:40Z : No. of bitstreams: 1 coelho_lf_dr_rcla.pdf: 3999428 bytes, checksum: b2a1c737e7c2bb5f6e89843add264993 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O objetivo deste trabalho foi isolar micro-organismos produtores de D-(-) e L-(+) ácido lático, os quais são utilizados na síntese de polímeros empregados na produção de diversos materiais resistentes e biodegradáveis, além de otimizar a produção de ácido lático, a partir da utilização de diversos resíduos agro-industriais. Os micro-organismos mais promissores para produção de L-(+) ácido lático foram os isolados de Keffir (Ke6, Ke11, Ke8 e Ke24) e o Lactobacillus rhamnosus B103, já para a produção de D-(-) ácido lático, os mais promissores foram os isolados de iogurte (Y15C e Y15A) e o Leuconostoc mesenteroides B512. Pode-se afirmar que os micro-organismos selecionados apresentaram grande potencial para utilização na indústria de biopolímeros e indústria de alimentos. O soro de queijo e a manipueira foram os melhores resíduos para produção de L-(+) ácido lático por Lactobacillus rhamnosus B103. Quando se utilizou 160 g/L de lactose de soro de queijo, 60 mL/L de água de maceração de milho (AMM), 2 mL/L de Tween 80 e 0,10 g/L de MnSO4, observou-se alta produção de L- (+) ácido lático (142 g/L) e baixo residual de lactose (3,2 g/L). Para a otimização com manipueira, foi obtido 41,58 g/L de L-(+) ácido lático, a partir de 50 g/L de açúcar redutor total (ART), 65,40 mL/L de AMM e 1,27 mL/L de Tween 80. Nas otimizações com Leuconostoc mesenteroides B512 foi observado produção de 60,20 g/L de D-(-) ácido lático, utilizando 116,90 g/L de ART de caldo de cana e 44,25 g/L de autolisado de levedura. Nas otimizações com L. plantarum Lmism6 observou-se uma produção de 63,40 g/L de ácido lático, 0,40 g/L de ART residual e alta conversão de substrato (99,40%), quando se utilizou 70 g/L de ART de melaço, 30,00 mL/L de AMM, 2 g/L de K2HPO4 e 1 mL/L de Tween 80 / The aim of this study was to isolate D-(-) and L-(+) lactic acid producers micro-organisms, which are used in the synthesis of polymers used in the production of many resistant and biodegradable materials and optimize the lactic acid production, from agro-industrial residues. The most promising micro-organisms for L-(+) lactic acid production were Lactobacillus rhamnosus B103, as well as, the isolated from Keffir (Ke6, Ke11, Ke8 Ke24) and the most promising D-(-) lactic acid producers were strains of yogurt (Y15C and Y15A) and Leuconostoc mesenteroides B512. Cheese whey and cassava wastewater (CW) were the best residues for L-(+) lactic acid production by Lactobacillus rhamnosus B103. Using 160 g/L of lactose from whey, 60 mL/L of CSL, 2 mL/L of Tween 80 and 0.10 g/L of MnSO4, there was higher production of L-(+) lactic acid (142 g/L) and low lactose residual (3.20 g/L). For optimizations with CW, it was obtained 41.58 g/L of L-(+) lactic acid from 50 g/L of reducing sugar, 65.40 mL/L and 1.27 mL of corn steep liquor (CSL) and Tween 80 respectively. Leuconostoc mesenteroides B512 produced 60.20 g/L of D-(-) lactic acid, using 116.90 g/L of sugarcane juice and 44.25 g/L of yeast autolysate. L. plantarum Lmism6 produced 63.40 g/L of lactic acid, with less residual reducing sugar (0.41 g/L) and higher substrate conversion (99.41%), by using 70 g/L of sugar reducing from molasses, 30 mL/L of CSL, 2 g/L of K2HPO4, and 1 mL/L of Tween 80

A levedura Saccharomyces cerevisiae, amplamente utilizada na conversão de glicose e frutose a etanol, não é capaz de fermentar a xilose presente na biomassa lignocelulósica de resíduos agroindustriais. Apesar da introdução da via metabólica dessa pentose em linhagens de S. cerevisiae, a fermentação da xilose simultaneamente com outros açúcares ainda é pouco eficiente. A proposta deste trabalho foi aumentar a eficiência do consumo da xilose por linhagens de S. cerevisiae introduzindo genes de transportadores exógenos identificados em leveduras selvagens que naturalmente fermentam pentoses. A via do metabolismo da xilose foi integrada no genoma de uma linhagem industrial brasileira de S. cerevisiae usada na produção de etanol. A partir desta, linhagens isogênicas foram criadas e mostraram ser mais eficientes no metabolismo da xilose em meio sintético e capazes de co-fermentar glicose e xilose na presença de altas concentrações de inibidores resultantes da hidrólise da biomassa lignocelulósica. Os tranportadores identificados foram testados nas linhagens industriais geneticamente modificadas criadas neste estudo e em linhagens laboratoriais. Não foi possível confirmar a eficiência dos transportadores nas linhagens, embora os resultados mostraram diferenças nas curvas de crescimento das linhagens industriais expressando os transportadores. Este trabalho foi o início de um estudo dos fatores envolvidos no metabolismo da xilose e servirá como base para que futuros trabalhos sejam realizados na obtenção de uma linhagem mais eficiente para produção de etanol de segunda geração. / The yeast Saccharomyces cerevisiae, which efficiently ferments glucose and fructose to ethanol, is unable to ferment xylose present in lignocellulosic biomass of agroindustrial residues. Although the introduction of xylose metabolic pathways in S. cerevisiae strains has been described in the literature, the simultaneous fermentation of xylose and glucose in these modified strains is still very inefficient. The aim of this study was to increase the xylose consumption efficiency of S. cerevisiae by introduction of exogenous genes identified in wild yeast that naturally ferment pentose. The xylose metabolism pathway was integrated into the genome of a Brazilian industrial strain of S. cerevisiae used for the production of ethanol, which was then used to obtain isogenic modified strains. The isogenic strains showed to be more effective in xylose metabolism in synthetic medium and able to co-ferment glucose and xylose in the presence of high concentrations of inhibitors resulting hydrolysis of lignocellulosic biomass. The transporters identified were inserted into genetically modified industrial strains of S. cerevisiae created in this study and also in laboratory strains. It was not possible to confirm the transporters efficiency in laboratory strains but the results showed differences in the growth curves of the industrial strains expressing the transporters. This work was the beginning of a study of the factors involved in xylose metabolism and it will help to prepare future work to obtain an efficient strain for lignocellulosic ethanol production.