Submitted by PATRICIA BERARDI (patricia.berardi@terra.com.br) on 2012-07-19T19:59:07Z No. of bitstreams: 1 Tese PBERARDI maio 2012.pdf: 3832985 bytes, checksum: fa7931e4864cce67ef657fb480b3b391 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2012-07-19T20:12:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese PBERARDI maio 2012.pdf: 3832985 bytes, checksum: fa7931e4864cce67ef657fb480b3b391 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-07-19T20:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese PBERARDI maio 2012.pdf: 3832985 bytes, checksum: fa7931e4864cce67ef657fb480b3b391 (MD5) Previous issue date: 2012-06-25 / Pollution is the main cause of high environmental impacts, causing damages to society, fauna and vegetation as it degrades and jeopardizes the environment. In addition, it is fundamental to consider the use and wasting of natural resources deriving from goods production which is aimed at expanding itself as it seeks to increase markets, therefore increasing the consumption of goods. Industrial organizations are seen as the main culprits for contributing to and worsening these problems. However, as social and environmental variables are being included in the management of corporate activities, special practices are found to be adopted in order to prevent pollution, increase efficiency and decrease the use of natural resources. The main purpose of this research is to identify at what step are the management of Brazilian industrial segments and the motivating factors that lead them to adopt a differentiated management, such as cleaner production. The investigation was conducted using a survey and, later, Factor Analysis through Principal Components in order to find the most relevant variables; then, Multiple Linear Regression was used as a means to determine the evolution of environmental management, its major driving factors and the perception of managers regarding pressures faced, according to the principles of Institutional Theory. We were able to find that companies have evolved in a positive way with regard to understanding environment in management activities in the last few years. Moreover, coercive pressure is a relevant factor for companies both in Rio de Janeiro and Rio Grande do Sul. However, the environment is still not treated in a structured, systematic way by these companies. / A poluição figura como a principal causadora dos altos impactos ambientais provocando danos à sociedade, à fauna e a flora com degradação e comprometimento do meio ambiente. Somado a esse fato, existe outra fundamental consideração quanto à utilização e desperdício de recursos naturais advindos da produção de bens que visa expandir-se sempre uma vez que busca a ampliação dos mercados e consequentemente do consumo. As organizações industriais são apontadas como grandes responsáveis pela contribuição e acirramento desses problemas. Entretanto, com a inclusão de variáveis sociais e ambientais na condução das atividades empresariais, nota-se uma adoção de práticas diferenciadas para uma prevenção à poluição, maior eficiência e diminuição do uso de recursos naturais. Esta pesquisa tem como principal objetivo identificar em que etapas de gestão se encontram as empresas industriais brasileiras dos segmentos de transformação e os fatores indutores que as levam a adotar a gestão diferenciada, como a produção mais limpa. A investigação se deu mediante survey com posterior Análise Fatorial por Componentes Principais para destacar as variáveis mais relevantes e aplicada Regressão Linear Múltipla para verificar a evolução da gestão ambiental, os fatores motivadores mais influentes e a percepção dos gestores quanto às pressões sofridas, segundo preceitos da Teoria Institucional. Foi possível constatar que as empresas evoluíram positivamente sobre os entendimentos do meio ambiente nas atividades gerenciais nos últimos anos, e que a pressão coercitiva é um fator relevante na gestão das empresas gaúchas e fluminenses. Contudo, o meio ambiente ainda não é abordado de forma estruturada e sistematizada por tais empresas.

A reciclagem de resíduos tem sido tema de diversos estudos e pesquisas, já que o meio ambiente vem sofrendo muitos impactos ambientais por conta do desenvolvimento da indústria mundial. Nessa linha, muitas empresas têm adotado estratégias mercadológicas ditas sustentáveis, procurando atender a um requisito que, atualmente, interessa a toda a sociedade: desenvolvimento sustentável. E uma das maneiras de haver desenvolvimento econômico sustentável, minimizando os impactos ao meio ambiente, é utilizar os resíduos gerados aplicandoos em outros processos de produção. Sendo assim, o presente trabalho propõe utilizar a cinza, que resulta da queima do carvão mineral adicionado ao calcário dolomítico e a areia, gerada pelo reator de leito fluidizado circulante de uma indústria produtora de alumínio localizada na área industrial de São Luís do Maranhão. O objetivo deste trabalho é avaliar a melhor utilização desse resíduo sólido industrial em matrizes cimentícias. A investigação experimental inicia com a classificação e caracterização do resíduo in natura, avaliando seu potencial pozolânico. Com os resultados dos ensaios foi possível indicar que o seu melhor uso é como agregado, devido sua característica de não pozolânico. Também, devido a sua composição granulométrica de característica mais fina e sua elevada superfície específica, propõese que a cinza seja adicionado como filler. A etapa seguinte compreende a produção de matrizes compostas de cimento, areia e cinza (utilizada como filler), nessa etapa foram testados vários traços, aferindo suas propriedades mecânicas e eficiência de estabilização da matriz. O traço que melhor respondeu a essas questões foi o 1 : 1,5 : 1,5 (cimento:areia:cinza), pois apresentou bom desempenho mecânico utilizando grande quantidade de resíduo. Definida a matriz, essa foi submetida a ensaios complementares, para então ser aplicada na produção dos blocos prensados. Os blocos apresentaram bom desempenho mecânico e físico. A eficiência da estabilização do resíduo na matriz apresentou bons índices nos extratos solubilizados e até 100% de estabilização por solidificação, porém alguns parâmetros ainda apresentaram resultado acima do estabelecido por norma. Concluise então, que os blocos de cinza volante podem ser utilizados na construção civil, desde que sejam seguidas algumas recomendações quanto a produção e utilização dos mesmos. / The recycling of waste has been the subject of several studies and research, since the environment has undergone many environmental impacts due to the development of the industry worldwide. For that reason, many companies have adopted socalled sustainable marketing strategies, trying to meet a requirement that currently involves the whole society: the sustainable development. And one way to achieve sustainable economic development while minimizing impacts on the environment is the use of generated waste by applying it to different production processes. Therefore, this research proposes the use of ash from burning coal added to the lime and sand, generated by circulating fluidized bed reactor of an industry that produces aluminum located in the industrial area of São Luís, Maranhão. The aim of this study is to evaluate the best use of industrial solid waste in cementitious matrices. The experimental investigation starts with the classification and characterization of the waste in nature, evaluating its pozzolanic potential. From the test results it was possible to indicate that its best use is as an aggregate, due to its nonpozzolanic characteristic. Also, due to its small granulometry and high specific surface, it is proposed the ash to be added as a filler. The next step involves the production of matrices composed by cement, sand and ash (used as filler). At this stage various compositions were tested, assessing their mechanical properties and efficiency on the matrix stabilization. The composition that better responded to these questions was 1: 1.5: 1.5 (cement: sand: ash), once it showed good mechanical performance using large amounts of waste. This matrix was subjected to further testing and was subsequently used to produce the compressed blocks. The blocks showed good mechanical and physical performance. The efficiency of waste stabilization in the matrix showed good levels in solubilized extracts and up to 100% stabilization by solidification, but some parameters still showed results above the established by the norm. We conclude that the blocks made using fly ash can be used in construction, since some recommendations regarding their production and use are followed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The energy crisis caused by the exhaustion of fossil fuels and environmental problems has caused concerns of researchers and, consequently, causing them to seek alternatives to replace fossil fuels with renewable sources. An interesting alternative is the use of solid-state fermentation for biofuels production using agricultural residues as a source of fermentable sugars. In Rio Grande do Sul, about 10 million tons of rice a year are produced in the state, producing around 3 million tons of rice husk and 1.5 million tons of rice bran. Such wastes have great potential for the production of bioethanol, but there are no proper techniques to date for the industrial production of ethanol by these wastes. The ethanol extraction technique from the solid state fermentation process is techniques should be improved so that the process becomes efficient and environmentally friendly. Thus, in this work was carried out a preliminary step to ethanol production process by solid state fermentation, evaluating an ethanol extraction method using distilled water as solvent. In this step, we evaluated parameters influencing the fermentation process (moisture content and initial concentration of ethanol) and the extraction process (temperature, agitation and solid-liquid ratio). Set the extraction conditions, the experimental design methodology was used in order to identify the significant variables in the process of solid state fermentation for ethanol production through the application of a design Plackett & Burmann experiments. The response surface methodology was used to perform process optimization, based on the evaluation of a central composite rotational design (CCRD). For end a scale-up of the simultaneous saccharification and solid state fermentation process was proposed, reaching a final ethanol concentration of 143.88 g EtOH / kg substrate. / A crise energética causada pela exaustão de combustíveis fósseis e problemas ambientais tem causado preocupações de pesquisadores e, consequentemente, fazendo com que os mesmos procurem alternativas para substituir os combustíveis fósseis por fontes renováveis. Uma alternativa interessante é o uso da fermentação em estado sólido para produção de biocombustíveis, utilizando resíduos agroindustriais como fonte de açúcares fermentáveis. No Rio Grande do Sul, cerca de 10 milhões de toneladas de arroz são produzidas por ano no Estado, produzindo em torno de 3 milhões de toneladas de casca de arroz e 1,5 milhão de toneladas de farelo de arroz. Tais resíduos apresentam grande potencial para a produção de bioetanol, porém não há técnicas adequadas até o momento para a produção industrial de etanol através destes resíduos. A técnica de extração de etanol proveniente do processo de fermentação em estado sólido é uma das técnicas que devem ser aprimoradas para que o processo se torne eficiente e ambientalmente correto. Com isso, neste trabalho foi realizada uma etapa preliminar ao processo de produção de etanol por fermentação em estado sólido, avaliando um método de extração de etanol utilizando água destilada como solvente. Nesta etapa, foram avaliados parâmetros que influenciam o processo fermentativo (teor de umidade, e concentração inicial de etanol) e o processo de extração (temperatura, agitação e razão sólido-líquido). Fixadas as condições de extração, a metodologia de planejamento de experimentos foi utilizada com objetivo de identificar as variáveis significativas no processo de fermentação em estado sólido para a produção de etanol, através da aplicação de um design de experimentos Plackett & Burmann. O método de superfície de resposta foi utilizado para realizar a otimização do processo, com base na avaliação de um delineamento composto central rotacional (DCCR). Por fim, foi proposto um aumento de escala do processo de sacarificação e fermentação simultânea em estado sólido, atingindo uma concentração de etanol final de 143,88 g EtOH/ kg substrato.

Orientadores: Maria Alvina Krähenbühl, Mariana Conceição da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T18:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_JackineyAlfaia_M.pdf: 4286417 bytes, checksum: 4e844ea6eeef919244e2856b211b0a98 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os triacilgliceróis, oriundos da combinação de um glicerol com ácidos graxos, são os principais componentes dos óleos e gorduras de origem vegetal e animal. Os ácidos graxos e os triacilgliceróis presentes nos óleos e gorduras conferem-lhes propriedades que possibilitam ou não seu uso na formulação de muitos produtos das indústrias químicas, alimentícias e farmacêuticas. Nos últimos anos, o interesse por essas matérias-primas tem crescido e, junto com esse crescimento, a busca por novas tecnologias e pelo aprimoramento dos processos de separação que as envolvem. Para o desenvolvimento e aprimoramento destes processos de separação, é importante estar de posse de informações sobre as propriedades físico-químicas de tais componentes. Desse modo, a construção dos diagramas de fase destes compostos traz avanços na compreensão das transições de fases e podem levar a aplicações mais proveitosas de tais compostos. Para a construção dos diagramas dos triacilgliceróis pesquisados neste trabalho foram usados dados obtidos através da microscopia óptica, que possibilita a aquisição de filmes e imagens durante todo o processo de cristalização ou fusão de uma determinada amostra sendo possível visualizar as fronteiras entre as diferentes regiões de equilíbrio. A descrição do comportamento dos sistemas tripalmitina + triestearina e óleo de palma + triestearina no equilíbrio sólido-líquido é importante para a melhor compreensão do diagrama de fases destes / Abstract: Triacylglycerols, formed by a combination of glycerol with fatty acids, are the main components of vegetable and animal oils and fats. Fatty acids and triacylglycerols present in oil and fatty confers properties that can to allow or not their use in formulation of many chemical, food and in pharmaceutical products. In the last years the interest in these raw materials has grown and with this growth the search for new separation technologies and by the improvement of separation processes of such substances also increases. The development and improvement of separation processes requires the knowledge of physicochemical properties and of the equilibrium conditions of such components. In this way, the construction of phase diagrams of these compounds brings advances in the understanding of phase transitions and can lead to more useful applications of such compounds. The phase diagrams investigated in this study were constructed using data determined by optical microscopy, an experimental technique that allows capture movies and pictures throughout the crystallization or melting process of sample. This technique makes possible delimitate the boundaries between the different equilibrium regions of a system / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Antonio José de Almeida Meirelles, Mariana Conceição Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:06:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maximo_GuilhermeJose_D.pdf: 6364914 bytes, checksum: 716122d30b63141c35ee3d3c3305de17 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Para o desenvolvimento de chocolates, manteigas, molhos para salada, cremes cosméticos, medicamentos ou biocombustíveis, assim como na otimização de processos de extração, refino, fracionamento, cristalização e produção de energia, os fenômenos de transição de fases dos sistemas lipídicos são temas, há muito tempo, de diversos trabalhos na literatura. O objetivo desses trabalhos tem sido avaliar como a composição dos produtos altera as suas propriedades físico-químicas e em especial aquelas relacionadas aos processos de fusão. De fato, alterações na temperatura exercem um grande impacto na estrutura cristalina da fase sólida dos sistemas graxos e, consequentemente, nas propriedades sensoriais e reológicas dos produtos. Essas alterações produzem comportamentos termodinâmicos tão variados que a determinação do equilíbrio de fases sólido-líquido desses sistemas representa um grande desafio. Não obstante, quanto maior a complexidade do sistema, menor é a compreensão do seu comportamento. Ou seja, apesar do grande número de trabalhos presentes na literatura envolvidos na investigação dos fenômenos de fusão de sistemas lipídicos, novos dados experimentais e abordagens teóricas para a modelagem dos diagramas são necessários para sua compreensão. Neste contexto, este trabalho teve dois objetivos principais. O primeiro relacionado à determinação e análise de diagramas de fases sólido-líquido de sistemas lipídicos binários de interesse para a indústria. O segundo foi desenvolver alternativas teóricas para aprimorar a representação dos diagramas de fases baseado em abordagens termodinâmicas clássicas. Portanto, onze sistemas binários compostos por triacilgliceróis, ácidos graxos e álcoois graxos foram avaliados. Esses sistemas são potenciais agentes de estruturação, formação de organogéis, produção e armazenamento de energia na indústria de alimentos, farmacêutica e de materiais. Os diagramas de equilíbrio sólido-líquido dessas misturas apresentaram comportamentos distintos, dependentes da formação de fases sólidas miscíveis ou imiscíveis e da não-idealidade do sistema. Além disso, foram estudados quatro sistemas formados a partir da reação ácido-base de Brønsted entre ácidos graxos e etanolaminas. Neste caso, a formação de líquidos iônicos próticos cristalinos com grande habilidade para auto-organização e comportamento não-Newtoniano singular podem atuar como auxiliares em diversas aplicações químicas e farmacêuticas. O problema imposto pela miscibilidade da fase sólida na construção dos diagramas de fases foi superado pela implementação de um algoritmo para a resolução de um sistema de equações não-lineares baseado nas equações fundamentais do equilíbrio sólido-líquido. O objetivo do algoritmo "Crystal-T" foi determinar a temperatura em que o primeiro e o último cristal se fundem durante o aquecimento do sistema. Para isso, a não-idealidade de ambas as fases líquida e sólida foi avaliada utilizando equações baseadas na energia de Gibbs em excesso, incluindo o método de contribuição de grupos UNIFAC, para o cálculo dos coeficientes de atividade. Considerando o aumento da produção mundial e do consumo de óleos e gorduras, este trabalho, a partir de demandas emergentes da indústria e da pesquisa científica, contribuiu na superação de alguns obstáculos relacionados à compreensão do equilíbrio de fases sólido-líquido de sistemas lipídicos para a engenharia de produtos e processos / Abstract: The phase transition phenomena of lipidic systems have long since been evaluated by several works in literature for developing chocolate, butters, dressings, spreads, cosmetic creams, medicines or biofuels as well as for optimizing processes such as extraction, refining, fractionation, crystallization or energy production. The aim of such works has been to answer how the products¿ composition can affect their physicochemical characteristics especially that related to the melting processes. In fact, changes in temperature highly impact the crystalline structure of fatty systems¿ solid phase and, consequently, in the sensorial and rheological properties of the products. These changes led to so many thermodynamic behaviors that the determination of the solid-liquid equilibrium of these systems can configure a particular challenge. However, the greater the complexity of the system the lower the understanding of its behavior. In other words, despite the number of works in literature involved in the investigation of the melting phenomena of lipidic systems, there is still a lack of experimental data and modeling approaches for their understanding. In this context, this work was conducted with two main goals. The first was focused on the measurement and comprehension of the solid-liquid equilibrium phase diagrams of lipidic binary systems of industrial interest. The second was aimed at the development of theoretical alternatives to improve the phase diagram description based on classical thermodynamic approaches. Thus, eleven binary systems composed by triacylglycerols, fatty alcohols and fatty acids were evaluated. Such mixtures are potential structuring, organogelating and energy storing agents for food, pharmaceutical and materials industry. The solid-liquid phase diagrams of these mixtures presented distinct behaviors depending on the formation of immiscible or miscible solid phases and the non-ideality of the system. Also, four systems built through a Brønsted acid-base reaction between fatty acids and ethanolamines were also evaluated. In this case, the formation of protic ionic liquid crystals with high self-assembling ability and marked non-Newtonian behavior are promising for pharmaceutical and chemical applications. The problem imposed by the partial miscibility of the solid phase in the construction of the phase diagrams was overtaken by the implementation of an algorithm based on the resolution of a non-linear equations system built by the solid-liquid equilibrium fundamental equations. The "Crystal-T" algorithm was aimed at the determination of the temperature at which the first and last crystal melts during the heating process. For this, the non-ideality of both liquid and solid phases was evaluated using excess Gibbs energy equations, including the group-contribution UNIFAC model, for the calculation of the activity coefficients. Taking into account the growing increase of the world production and consumption of fat and oils, this work, from industrial and academic emerging demands, contributed to overtake some barriers on the understanding of the solid-liquid phase equilibrium of lipidic mixtures for products and process engineering / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Helen Treichel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-14T15:38:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mazutti_MarcioAntonio_D.pdf: 2533224 bytes, checksum: 5aa67cc7c607161a5f135fc67eb66778 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nas últimas duas décadas houve um aumento considerável no emprego de fermentação em estado sólido (FES) para a obtenção de enzimas de interesse em alimentos, incluindo a inulinase. No entanto, todos os trabalhos reportados na literatura abordam a produção de inulinase em escala de bancada, usando poucos gramas de substrato. Essa estratégia de condução do processo é muito importante na etapa de seleção dos substratos e triagem dos microrganismos produtores. Porém, não permite a avaliação do desempenho do processo em escalas maiores. O objetivo desse trabalho foi investigar a produção de inulinase por FES num biorreator de leito fixo com capacidade para 3kg (base seca) usando a levedura Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571. Inicialmente, foi realizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) para otimizar a massa inicial de células, a temperatura e a vazão do ar de entrada do biorreator. A partir dos resultados obtidos na otimização, foram realizados 7 experimentos em torno da região otimizada, visando a avaliação cinética do processo. Foram monitorados experimentalmente o consumo de açúcar redutor total (ART), a produção de dióxido de carbono (CO2) e a geração de calor metabólico. A produção de água metabólica, massa de células e etanol, além do consumo de oxigênio, foram calculados a partir de uma equação estequiométrica, tomando como base a produção de CO2 e o consumo de ART. Os dados obtidos na avaliação cinética foram usados para a geração de um modelo de crescimento da levedura Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571 em FES. Este modelo é baseado em redes neurais artificiais (RNA), onde são usadas como entradas para a rede a massa inicial de ART, temperatura do ar de entrada do biorreator, temperatura do ar de saída do biorreator e tempo de fermentação. Como respostas têm-se as taxas associadas com o crescimento da levedura Kluyveromyces marxianus, como a produção de CO2, calor metabólico, etanol, água metabólica, atividade da inulinase e massa celular, além das taxas de consumo de oxigênio (O2) e ART. Por fim, o modelo de crescimento microbiano foi acoplado ao balanço macroscópico de energia no biorreator com o objetivo de prever os perfis de temperatura ao longo do processo. Entre os resultados obtidos no DCCR tem-se que a máxima produção de inulinase obtida foi de 437±36 unidades por grama de substrato seco (U.gds-1) (produtividade de 18,2 U.gds-1.h-1) quando a temperatura do ar de entrada, vazão volumétrica de ar e massa de células foram 30°C, 2,2 m3.h-1 e 22 g, respectivamente. Na avaliação cinética do processo, foram verificadas diferenças nas taxas associadas ao crescimento microbiano entre as condições experimentais. O aumento da temperatura do ar de entrada mostrou ter influência no tempo onde as taxas máximas foram verificadas, sendo que quanto mais alta a temperatura menor foi esse tempo. A temperatura máxima obtida na corrente de ar na saída do biorreator atingiu valores próximos a 50°C, não afetando o teor de umidade do substrato, o qual se manteve acima de 65%. A produção de inulinase mostrou variações significativas com a altura do biorreator. As maiores taxas associadas com o crescimento microbiano foram verificadas quando a temperatura do ar de saída atingiu valores compreendidos entre 30¿38°C, o que corresponde a 4-9 horas de fermentação. O modelo matemático baseado em redes neurais empregado para predizer as principais taxas associadas ao crescimento da levedura K. marxianus em FES mostrou desempenho satisfatório na representação dos dados experimentais e ao acoplar esse modelo à equação de balanço de energia macroscópico do processo obteve-se uma representação satisfatória dos perfis de temperatura ao longo do biorreator / Abstract: In the last two decades there has been a considerable increase in the interest of using solid-state fermentation (SSF) for the development of several bioprocesses and products, including enzyme production, as the inulinase. Nevertheless, all works related in the literature regarding the inulinase production were conducted in small scales, using few grams of substrate. This strategy is interesting to select the most promising substrate and microorganisms, which are able to produce the desired product, but this scale is not appropriated for the evaluation of process performance in larger scales. This work evaluate the inulinase production by SSF in a packed-bed bioreactor with available capacity of 3 kg (dry basis) using the yeast Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571. Initially, it was evaluated the technical viability to produce inulinase by SSF in the packed-bed bioreactor. To optimize the operational conditions, such as temperature and flow rate of inlet air and the initial mass of cells, a central composite rotational design (CCRD) for three independent variables was carried out. Starting from the results obtained in the CCRD, seven new experimental runs were carried out within the range investigated for the independent variables to evaluate the kinetics of cell growth and inulinase production by Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571 in the packed-bed bioreactor. A stoichiometry correlation between CO2, ethanol, metabolic water, O2 and total reducing sugar was determined. Besides, the metabolic heat production was estimated by a proper energy balance in the inlet and outlet air stream. The data obtained during the kinetic evaluation of the process were employed on the development of a mathematical model based on artificial neural networks (ANN) to predict the above mentioned microbial rates associated with the microbial growth in function of the fermentation time, initial total reducing sugar concentration, inlet and outlet air temperatures. In the last step of the work, the model related to the microbial growth was coupled to the macroscopic energy balance in the bioreactor to predict the temperature profile through the substrate bed. The results obtained in the CCRD showed that the optimum inulinase production was 436.7±36.3 U.gds-1 at 24 h of fermentation (productivity of 18.2 U.gds-1.h- 1) when SSF was carried out at 30°C of air inlet temperature, 2.2 m3.h-1 of air flow rate and 22 g of cells. During the kinetic evaluation of the process it was verified that the manipulated variables affected the process performance. The maximum temperature reached in the outlet air stream was about 50°C, however not affecting the moisture content of the substrates that was higher than 65% (w/w) inside the bioreactor. The inulinase production showed significant variations in different bed heights inside the bioreactor. The highest microbial rates were verified when the mean temperature of moist substrate reached values in the range of 30 to 38°C that leads to a fermentation time between 4 to 9 hours. The model developed to predict the main microbial rates of the yeast K. marxianus grown in solid-state fermentation showed a good performance during both training and validation steps. The framework developed showed to be an interesting alternative to substitute the simple empirical microbial model in the macroscopic balance of energy in the bioreactor, since the proposed hybrid model predicted efficiently the temperature profiles through the bioreactor / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Biotechnology is inserted within the search for new products and processes, thus becoming an important tool in the development of biotechnological natural aroma production processes. Flavors compounds obtained from these processes represent a very promising and viable way of production for industries mainly due to the increase of consumer preference for natural food additives and products. Many microorganisms isolated from various environments have potential to synthesize flavors compounds when cultivated in an appropriate culture medium. Fermentation processes allow the use of agro-industrial wastes in which disposal on the environment may cause serious pollution issues. The residues composition, mostly the carbon source, allows the growth of microorganisms and the production of higher aggregate value compounds. The aim of this work is the to produce and quantify the 6-pentyl-á-pyrone lactone, responsible for the coconut-like aroma, by using agro-industrial waste as support and the filamentous fungus Trichoderma harzianum. Initially three agro-industrial wastes (sugarcane bagasse, coconut shell powder and cassava bagasse) were tested concerning the aroma production. Then the gas chromatography coupled to headspace extraction technique provided the quantitative and qualitative analysis of the lactone. Through the chromatogram area, the 4040 strain of Trichoderma fungus and the cassava bagasse were selected as culture medium. The latter was studied by the physical chemistry aspect. The tests done in order to evaluate the microorganism lactone toxic level did not show a complete inhibition in cell growth, only a few spores. The total factorial design in two levels was applied to verify the influence of the nutrients concentration (C/N) and temperature in the production of 6-pentyl-á-pyrone. The largest production of aroma compound resulted in 3.78 mg/g MS at the 7th culture day. The linear and quadratic terms related to temperature were important to the proposed model at a 95% trust level for aroma maximum concentration, by setting values between 25 and 28°C. The C/N ratio effect and the interaction between these two variables were not statistically meaningful. / A biotecnologia se insere na busca de novos produtos e processos, tornando-se uma ferramenta importante no desenvolvimento de processos de produção de aromas naturais biotecnológicos. Compostos de aroma obtidos por estes processos representam uma alternativa de produção bastante promissora e viável para as indústrias, principalmente devido ao aumento da preferência dos consumidores por aditivos alimentícios e produtos naturais. Muitos microrganismos, isolados dos mais variados ambientes, possuem potencial para sintetizar compostos de aroma quando cultivados em meios de cultura adequados. Os processos fermentativos possibilitam o aproveitamento de resíduos agroindustriais, cuja disposição no meio ambiente gera sérios problemas de poluição. A composição dos resíduos, principalmente a fonte de carbono, permite o crescimento dos microrganismos e produção de compostos de maior valor agregado. O presente trabalho tem como objetivo produzir e quantificar a lactona 6-pentil-á-pirona, responsável pelo aroma característico de coco, utilizando resíduo agroindustrial como suporte e fungo filamentoso Trichoderma harzianum. Inicialmente, três resíduos agroindustriais (bagaço de cana, pó da casca de coco e bagaço de mandioca) e cinco microrganismos foram testados quanto à produção do aroma. A técnica de cromatografia gasosa acoplada à extração em headspace permitiu as análises qualitativas e quantitativas da lactona. Através da área do cromatograma, a linhagem 4040 do fungo Trichoderma e o suporte bagaço de cana foram selecionados como meio de cultivo. O resíduo bagaço de cana foi caracterizado sob o aspecto físico-químico. Os testes realizados para avaliar o nível de toxidez da lactona sobre o microrganismo não apresentaram inibição total no crescimento celular, apenas pouca presença de esporos. O planejamento fatorial completo em dois níveis foi empregado para avaliar a influência da concentração de nutrientes (C/N) e da temperatura sobre a produção do 6-pentil-á-pirona. A maior produção do composto de aroma resultou em 3,78 mg/g MS no 7º dia de cultivo. Os termos lineares e quadráticos relacionados à temperatura foram significativos no modelo proposto a um nível de confiança de 95% para a máxima concentração do aroma, sendo direcionadas para valores de 25 a 28ºC. O efeito da razão C/N e de interação entre as duas variáveis não foram estatisticamente significativos.

O desenho planar para as células a Combustível de Óxido Sólido (SOFC) é melhor do que o tubular devido a sua maior densidade de corrente e menor custo de fabricação. No entanto, o projeto de SOFC planar requer selantes para evitar o vazamento de combustível e a mistura de gases em altas temperaturas. Os vidros e os vitrocerâmicos têm demonstrado serem os mais adequados por apresentarem boa compatibilidade com outros componentes da célula nas temperaturas de trabalho das SOFCs (700-1000°C). No presente estudo, uma série de composições pertencentes ao sistema BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) com a adição de B2O3 foram sintetizados tomando as proporções apropriadas de cada óxido constituinte. Propôs-se melhorar este sistema utilizando-se formadores e teores relevantes de modificadores estruturais, de forma a compatibilizar tanto o desempenho térmico por meio do coeficiente de expansão térmica (CET) como a compatibilidade química com os demais componentes da célula. A originalidade deste estudo está na busca destas características em regiões de composições ainda não exploradas, localizadas dentro do triangulo de compatibilidade BS-B2S-BAS2 na região rica em bário do sistema ternário. Entre estes vidros sintetizados quatro composições (BAS-4, BAS-5, BAS-6 e BAS-7) foram escolhidas porque são as mais adequadas às solicitações termomecânicas exigidas para um material vítreo atuar como selante em SOFC. / The design for planar cells Fuel Solid Oxide (SOFC) is better than the tubular due to its higher current density and lower manufacturing cost. However, the design of planar SOFC requires sealant to prevent leakage of fuel and the mixture of gases at high temperatures. Glasses and glass-ceramics have proven to be the most suitable because they have good compatibility with the other components of the cell at working temperature (700-1000°C). In the present study, a series of compositions belonging to the BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) system with the addition of B2O3 were synthesized having the appropriate proportions of each component oxide. It was proposed to improve this system using relevant levels of formers and structural modifiers oxides, in order to match both the thermal performance of thermal expansion coefficient (TEC) and chemical compatibility with other components of the cell. The originality of this study is to search for these characteristics in regions of compositions not yet explored, located inside the compatibility triangle BS-B2S-BAS2 at the barium rich part of the ternary diagram. Among the synthesized glasses four batch compositions (BAS-4, BAS-5, 6-BAS, BAS-7) were chosen because best matched the thermo-mechanical required for a glassy material to act as SOFCs sealant.

Os filmes micrométricos contendo óxido misto de lantânio, estrôncio, cobalto e ferro (La0,60Sr0,40)(Co0,20Fe0,80)O3-δ - LSCF, misturado com (Ce0,90Gd0,10)O1,95 - CGO, são relevantes para a utilização como camada funcional para o cátodo da Célula a Combustível de Óxido Sólido de Temperaturas Intermediárias. Estes filmes foram depositados no um substrato cerâmico e denso de CGO ou CGO sobre (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 - YSZ. O estudo deste cátodo é fundamental, pois é nele que ocorre a reação de redução do gás oxigênio, e o seu desempenho eletroquímico depende da interface destes dois materiais. Neste sentido, o presente trabalho contribui para a síntese dos particulados de LSCF para o processamento de filmes, utilizando a técnica de deposição com uso de aerógrafo e para sua conformação em camadas contendo porosidade com espessuras entre 30 e 50 μm. Inicialmente, os particulados de LSCF foram sintetizados pela técnica do citratos e de LSCFCGO obtidos por mistura mecânica, sendo caracterizados por DRX para a confirmação da formação da estrutura cristalina ortorrômbica para o LSCF e cúbica para CGO. Em seguida, foram preparadas suspensões orgânicas de LSCF, LSCFCGO e CGO que foram alimentadas por gravidade em um aerógrafo manual para deposição sobre substrato do eletrólito. Para a conformação dos substratos de CGO ou YSZ, utilizou-se prensa uniaxial e isostática, sinterização e retificação. Verificaram-se, pelas micrografias, que os substratos CGO e YSZ apresentaram densidades (> 92%) suficientes para serem utilizados como eletrólitos. Os filmes de LSCF e LSCFCGO apresentaram-se com porosidades adequadas (> 30%) e espessura total de aproximadamente 40 μm, com boa aderência ao eletrólito. A presença do cátodo compósito contendo eletrólito de CGO sobre YSZ possibilitou aumento de 25% no desempenho eletroquímico (2,50 Ω.cm2 para 650ºC) em decorrência da melhora na reação de redução do oxigênio na interface cátodo/eletrólito. / The study of micrometrics films of (La0.60Sr0.40)(Co0.20Fe0.80)O3-δ - LSCF mixture with (Ce0.90Gd0.10)O1.95 - CGO is relevant for use as functional cathode of Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells (ITSOFC). These films were deposited on the CGO or CGO and YSZ dense ceramic substrate, used as electrolyte, structural component of the module. The study of this cathode is fundamental, because is there that occurs oxygen reduction reaction, and the electrochemical performance depends on the interface of these two materials. In this sense, this work contributes for the synthesis of LSCF particulates, for processing films using the wet powder spraying technique, adopted for the conformation of the ceramic films for allowing the attainment porous layers with thicknesses between 30 and 50 μm. Initially, the LSCF particulates were synthesized by the citrate technique and the LSCFCGO produced by solid mixture were characterized by XRD to confirm the formation of LSCF orthorhombic structure and CGO cubic structure. In the stage of formation were prepared organic suspensions of LSCF, LSCFCGO and CGO fed by gravity in a manual airbrush for electrolyte substrate deposition, sintering and grinding for thickness reduction. The micrographs showed that the CGO and YSZ substrates were dense (> 92%) enough to be used as solid electrolyte. The LSCF and LSCFCGO films presented with adequate porosity (> 30%) and total thickness of approximately 40 μm, with good adhesion to electrolyte. The presence of the composite cathode containing CGO or YSZ electrolyte allowed the increase of 25% in the electrochemical performance (2.50 Ω.cm2 to 650ºC) due to improvement in the oxygen reduction reaction at the interface cathode/electrolyte.

Orientador: Luis Henrique Souza Guimarães / Banca: Daniela Alonso Bocchini / Banca: Valéria de Carvalho Santos Ebinuma / Resumo: A prospecção de enzimas fúngicas tem sido amplamente estudada nos ultimos anos, principalmente utilizando a Fermentação em Estado Sólido (FES). A procura por enzimas microbianas, principalmente de fungos filamentosos, capazes de degradar material lignocelulósico, tem despertado grande interesse para processos biotecnológicos como, por exemplo, na produção de bioetanol, a partir do bagaço de cana-de-açúcar. Fungos do gênero Aspergillus são reconhecidos como ótimos produtores de enzimas do complexo celulolítico e hemicelulolítico, e a busca por novas linhagens com potencial de produção destas torna-se um grande desafio. Aspergillus labruscus ITAL 22.223 é um fungo filamentoso recentemente isolado no sul do Brasil e, por este motivo, não há estudos na literatura sobre seu potencial de produzir enzimas celulolíticas e hemicelulolíticas. Diante do exposto, este estudo visou a produção e quantificação de enzimas do complexo celulolítico (celulase total, endoglucanase e β-glicosidase) e hemicelulolítico (xilanase), a partir de fermentação em estado sólido utilizando resíduos/produtos agroindustriais como substratos. Neste contexto, a maior atividade enzimática de xilanase foi obtida na presença de farelo de trigo (74,83 U/g de substrato) e de β-glicosidase em farelo de aveia (6,35 U/g de substrato) como substratos/fontes de carbono. Sendo a produção de xilanase em FES a que mais se destacou, algumas características da enzima contida no extrato bruto foram determinadas. Apresentou te... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Prospecting of fungal enzymes has been largely studied in recent years, especially by means of Solid-State Fermentation (SSF). The search for microorganisms' enzymes able to degrade lignocellulosic material, mainly those of filamentous fungi, has attracted interest for application in biotechnological processes, such as in production of cellulosic ethanol from sugarcane bagasse. Aspergillus species are well known for their capability to produce cellulosic and hemicellulosic enzymes complex and the search for strains with this potential is an important challenge. Aspergillus labruscus ITAL 22.223 is a filamentous fungus recently isolated in south of Brazil with unknown potential to produce cellulolytic or hemicellulolytic enzymes. This study aimed the production and quantitation of enzymes of the complex cellulolytic (total cellulose, endoglucanase and and β-glucosidase) and hemicellulolytic (xylanse) obtained under solid-state fermentation using agroindustrial waste and product as substrates. According to this, the greatest enzymatic productions of xylanase (74.83 U/g of substrate) and β-glucosidase (6.35 U/g of substrate) were obtained using wheat bran and oat bran as substrates during SSF fermentation, respectively. Taking in account the best production of xylanase in SSF, some biochemical characteristics were determined for the enzyme contained in the crude extract. Optimal of temperature for enzyme activity was 55ºC and optimal pH was 5.5. Regarding its thermal stability, ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre