Orientador: Reginaldo Guirardello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T08:35:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_FabiodeAvila_M.pdf: 1616530 bytes, checksum: 3c6790416d2f31542bbb8595ccea194d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Uma das preocupações do mundo atual é com o suprimento de energia nas próximas décadas, uma vez que a principal fonte de energia utilizada hoje é o petróleo, e por se tratar de combustível fóssil não é renovável. Em particular, o fornecimento de combustível líquido para veículos automotores é de fundamental importância. A hidrólise ácida de materiais lignocelulósicos, e a subseqüente fermentação do hidrolisado para obter etanol, tem sido considerada uma alternativa importante para produzir etanol em larga escala. O objetivo desse estudo foi avaliar a tecnologia de hidrólise ácida do bagaço de cana para produzir glicose e furfural simultaneamente. O modelo cinético do reator considera a celulose como glicose potencial e partículas pequenas (_ 0,5 mm), assim as reações podem ser consideradas irreversíveis de primeira ordem pseudo-homogêneas e se minimiza os efeitos difusivos. Os efeitos fluidodinâmicos no reator foram estudados. Com os melhores rendimentos do reator foi conduzida a simulação no UNISimTM do ¿Process Flow Diagram (PFD)¿ desenvolvido. A avaliação econômica teve por objetivo estudar a viabilidade econômica do processo. Em relação ao reator pode-se dizer que o modelo proposto prevê que a altas temperaturas (T = 240 oC), curtos tempos espaciais (30 s) e baixas concentrações de ácido sulfúrico ( 0,5 % peso) obtêm-se as maiores rendimento tanto de glicose quanto de furfural. Em relação à fluidodinâmica, as velocidades terminais das partículas tipo fibra e pó são muito pequenas, assim a suspensão não pode ser alimentada no topo do reator. A variável considerada na simulação no UNISimTM do diagrama de fluxo de processo desenvolvido foi a fração mássica de sólidos e a vazão mássica da suspensão de bagaço de cana. A simulação no UNISimTM conduziu a avaliação econômica das frações mássicas de sólidos de 15% e 25%. Quanto à análise econômica, o processo produz aproximadamente 2,042 milhões de kg de etanol e 1,47 milhões de kg de furfural anualmente. O investimento de capital fixo estimado foi de US$ 1,388 milhões e de equipamento foi de US$ 295 mil. Isso gera um lucro bruto médio anual de US$ 0,414 milhões e tem um fluxo de caixa operacional anual de US$ 0,174 mil / Abstract: One of the current concerns in the world is the energy supply for next decades, since the main energy source used nowadays is oil, a not renewable and increasingly expensive fossil fuel. Acid hydrolysis of cellulosic materials, with a subsequent fermentation of the hydrolyzed to obtain ethanol, has been considered an important alternative to produce ethanol on large scale to achieve the aims related to the production of carburetant alcohol from sugar cane. The objective of this study was to evaluate the technology of acid hydrolysis from sugarcane bagasse to produce simultaneously glucose and furfural. The model considers fluid dynamics, the cellulose as potential glucose and small particles (_ 0.5 mm), so the reactions can be considered pseudo-homogeneous irreversible first-order. The Process Flow Diagram was developed with the best yields of the reactor. The economic analysis the economic feasibility of the process was evaluated. An isothermal plug flow reactor was used to study the continuous acid hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse. The model developed can predict glucose and furfural best yields of 75% and 50%, respectively, at 240 oC, 0.5 % wt and 30 s of residence time. According to the fluid dynamic, the terminal velocity of fibre-type and pith-type particles are very small, thus the suspension cannot be fed at the top of the reactor. Moreover, the risk of deposition of particles in the reactor is prevented. The variables analyzed for the simulation in UNISimTM are solids weight fraction and suspension flow rate. The simulation in UNISimTM leaded to economic analysis of solids weight fraction of 15% and 25%. According to economic analysis, the optimal operational plant uses 48 (13332 kg/h) tons of sugarcane bagasse daily. It produces about 2.042 million kg of ethanol and 1.47 million kg of furfural annually. The fixed capital investment in plant and equipment is estimated at US$ 1.388 million and US$ 0.295 million, respectively. It generates annual gross profit of US$ 0.417 million and has operating profits of US$ 0.174 million / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Ameaças na sustentabilidade do desenvolvimento mundial em consideração ao aquecimento global, a dependência energética e a demanda exponencial pela produção de alimentos têm levado ao crescente interesse por fontes alternativas renováveis de energia como a biomassa vegetal. Neste cenário, a viabilização do etanol sem competição por terra cultivável a partir do bagaço de cana-de-açúcar (BC) pela rota enzimática é peça chave para a produção integrada e sustentável dos biocombustíveis visando otimização de recursos, redução de resíduos e minimização de impactos ambientais negativos. Entretanto, a sua comercialização precisa ser ainda consolidada através da economicidade nos insumos de hidrólise (enzimas celulases) e de uma maior eficiência na etapa de pré-tratamento da lignocelulose. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo contribuir na redução dos custos de produção celulases utilizando um resíduo característico da indústria brasileira, o BC, para produção de celulases específicas através da tecnologia de fermentação em estado sólido com o microorganismo Aspergillus niger. A proposta desenvolvida consiste em bioprocesso com pré-tratamento hidrotérmico do BC condizente a seu uso como substrato fermentativo, complementação deste substrato com 35% de farelo de soja e meio de suplementação com acréscimo de protéicas, umidade de fermentação de 80% e uso de circulação forçada em bioreator de coluna instrumentado visando o balanço hídrico e térmico do processo. As celulases específicas assim produzidas exibiram atividades de FPase: 0,045; CMCase: 1,10; xilanase: 9,17 e \'beta\'-glicosidase:0,33 UI/mL, e sua ação sinérgica sobre o BC explodido resultou na conversão em açúcares redutores de 15% após 22 horas de hidrólise. A direta aplicabilidade e especificidade do coquetel enzimático produzido mostram a proposta do bioprocesso como uma tecnologia de elevado potencial de integração no modelo de produção de etanol celulósico, anexo a uma usina convencional. Esta alternativa de desenvolvimento a maior escala indica uma oportunidade nacional para o crescimento sustentável na produção de bioetanol e a expansão das vantagens associadas com o uso de biocombustíveis no âmbito mundial. / Threats to sustainability of world development in regards to global warming, energy dependence and the exponential demand for food production have led to growing interest in alternative renewable sources of energy such as biomass. In this context, the viability of ethanol from sugar cane bagasse cane (SCB) by enzymatic pathway, without competition for farmland, is the key for sustainable and integrated biofuels production aiming to optimize resources, waste reduction and negative environmental impacts minimization. However, its commercialization needs to be further consolidated through the economy of hydrolysis enzymes (cellulases) and efficiency improvements in lignocellulosic pre-treatment. Thus, this study aimed to contribute for the reduction of costs in cellulases production using a traditional brazilian industrial waste, the SCB, in order to obtain specific cellulases with the microorganism Aspergillus niger by solid state fermentation. The proposal of bioprocess developed consists of SCB hydrothermal pre-treatment towards to its use as fermentation substrate, complementation of this substrate with 35% of soybean bran and supplementation medium with protein sources addition, moisture fermentation of 80% and use of a column bioreactor instrumented with forced aeration aiming suitable control of water and thermal balance of the process. Thus, specific cellulases produced exhibited activities of FPase = 0.045; CMCase = 1.10; xylanase = 9.17 and -glucosidase = 0.33 IU/mL, and their synergy action over exploded SCB resulted in 15% of reducing sugar conversion after 22 hours of hydrolysis. The direct applicability and specificity of the enzymatic cocktail produced shows the proposed bioprocess as a high potential technology for integration into the production model of cellulosic ethanol, joint to a conventional power plant. This development alternative to larger scale indicates a national opportunity for sustainable growth in bioethanol production and associated benefits expansion with the worldwide use of biofuels.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:22:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Janaina Pereira.pdf: 781786 bytes, checksum: b3c5556878ceb315e8986893961a68f8 (MD5) Previous issue date: 2010-07-14 / The cassava bagasse, subproduct of the processing of the cassava starch, has been used mainly as animal feed. The main characteristic is to present high moisture content when in natura, starch content and dietary fiber. This study aimed to characterize the cassava starch physical and chemically, cassava bagasse in natura and cassava bagasse dehydrated and the biscuits formulated with different proportions of cassava bagasse dehydrated, with an sensorial biscuits analysis. Made, previous, the dehydration of cassava meal, then has been elaborated some biscuits formulas with concentrations of cassava from 0% (BP), 2% (BF2), 4% (BF4) 6% (BF6) and 8% (BF8), instead of cassava starch. The biscuits were analyzed for their preference, acceptability, physical and chemical characteristics and microbial quality. Data were analyzed by analysis of variance, Tukey test at 5% level of significance. The cassava starch presented content (90.65 g 100 g-1), carbohydrate (89,34 g 100 g-1) and zinc (0.88 g 100 g-1) and, lower ash content ( 0.13 g 100 g-1), acidity (1.01 mL of 0.1 NaOH 100 g-1), acid factor (0.28 mL of hydrochloric acid), phosphorus (45.00 g 100 g-1) , potassium (786.67 g 100 g-1) and calcium (200 g 100 g-1). The in natura cassava meal showed high levels of moisture (85.60 g 100 g-1). The cassava bagasse dehydrated showed high starch content (75,04 g 100 g-1), dietary fiber (60.27 g 100 g-1), phosphorus (64.00 g 100 g-1), calcium (500.00 g 100 g-1), magnesium (200 g 100 g-1) and manganese (4.00 g 100 g-1) and, reduced lipid content (4.49 g 100 g-1) and ash (1.98 g 100 g-1). The dietary fiber content and color of the biscuits increased with the addition of cassava bagasse dehydrated on the formulation, and the dietary fiber content ranged from 5.47 g 100 g-1 to 11.40 g 100 g-1. The specific volume of the biscuits decreased with the increasing of increment of cassava bagasse dehydrated in the formulation. There was no significant difference between the biscuits, as the preference. The biscuits had good acceptability for taste and appearance and microbiological quality according to the standards required by legislation. It is concluded that cassava biscuits made with cassava meal is a dried product with good nutritional potential and good acceptability. / O farelo de mandioca, subproduto do processamento da fécula de mandioca, vem sendo usado, principalmente, na alimentação animal. Entre suas principais características destaca-se o elevado teor de umidade, quando in natura, o teor de amido e o conteúdo de fibras alimentares. Este trabalho objetivou caracterizar físico e quimicamente a fécula de mandioca, o farelo de mandioca in natura e desidratado e os biscoitos de polvilho, formulados com diferentes proporções de farelo de mandioca desidratado, bem como analisá-los sensorialmente. Realizou-se, previamente, a desidratação do farelo de mandioca, em seguida elaborou-se formulações de biscoitos com concentrações deste de 0% (BP), 2% (BF2), 4% (BF4), 6% (BF6) e 8% (BF8), em substituição à fécula de mandioca. Os biscoitos foram analisados quanto à preferência, aceitabilidade, características físicas e químicas e qualidade microbiológica. Os dados foram analisados por meio da análise de variância, teste de Tukey, em nível de 5% de significância. A fécula de mandioca apresentou teor de amido de 90,65 g 100 g-1, carboidrato 89,34 g 100 g-1, zinco 0,88 g 100 g-1, teor de cinzas de 0,13 g 100 g-1, acidez de 1,01 mL de NaOH 0,1 100 g-1, fator ácido 0,28 mL de ácido clorídrico, fósforo 45,00 g 100 g-1, potássio 786,67 g 100 g-1 e cálcio 200 g 100 g-1. O farelo de mandioca in natura apresentou elevado teor de umidade (85,60 g 100 g-1). O farelo de mandioca desidratado apresentou elevado teor de amido (75,04 g 100 g-1), fibra alimentar (60,28 g 100 g-1), fósforo (64,00 g 100 g-1), cálcio (500,00 g 100 g-1), magnésio (200 g 100 g-1) e manganês (4,00 g 100 g-1) e reduzido teor de lipídio (4,49 g 100 g-1) e cinzas (1,98 g 100 g-1). O teor de fibra alimentar e a cor dos biscoitos aumentaram, significativamente, com a adição do farelo de mandioca desidratado nas formulações, sendo que o teor de fibra alimentar variou de 5,47 g 100 g-1 a 11,40 g 100 g-1. O volume específico dos biscoitos diminuiu com o aumento de incremento de farelo de mandioca desidratado na formulação. Não houve diferença significativa entre os biscoitos, quanto à preferência. Os biscoitos apresentaram boa aceitabilidade para aparência e sabor e qualidade microbiológica, estando de acordo com os padrões exigidos pela legislação. Conclui-se que biscoitos de polvilho elaborados com farelo de mandioca desidratado, constituem um produto com bom potencial nutricional e de boa aceitabilidade.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-05-04T13:37:19Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thais Pontes Pereira Mendes - 2014.pdf: 3157562 bytes, checksum: 078261866461b3bb0af2d57b058e0a47 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-05-04T13:40:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thais Pontes Pereira Mendes - 2014.pdf: 3157562 bytes, checksum: 078261866461b3bb0af2d57b058e0a47 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-04T13:40:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thais Pontes Pereira Mendes - 2014.pdf: 3157562 bytes, checksum: 078261866461b3bb0af2d57b058e0a47 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-12-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Given the growing global interest in clean, renewable sources of energy, the lignocellulosic materials stand out as a potential alternative, since it does not compete with food production and are rich in sugars that can serve as a feedstock for ethanol production. Based on this context, this work aimed to study the pre-treatment and acid hydrolysis as the supply of total reducing sugars (TRS) from mango, passion fruit and pineapple bagasses (lignocellulosic materials). These materials, derived from the juice industry, underwent two chemical pretreatments with calcium hydroxide and alkaline hydrogen peroxide. The study was conducted using a 23 factorial design, using the variables of chemical reagent concentration, reaction time and temperature in order to find the best conditions that maximized the amount of available fermentable sugars. In the next stage acid hydrolysis of the study was also performed based on a 22 factorial design, using the concentration ratio and bagasse / volume of acid (solid: liquid - S: L) variables. It was found that the two studied pretreatments, mango bagasse was biomass provided more reducing sugars. Conditions which maximized the response were 24 h, 20 ° C and 1% w / v to pretreatment with alkaline hydrogen peroxide and 20 h, 40 ° C, and 0.01 g / mL for pretreatment with hydroxide calcium. These values were lower than those studied in planning in both pre-treatments. TSR was obtained 0.312 g / g of biomass pretreatment with calcium hydroxide and TSR 0.313 g / g of biomass pre-treatment with alkaline hydrogen peroxide. In the study of the hydrolysis, the pre-treatment with alkaline hydrogen peroxide proved to be more advantageous as it is used lowest acid concentration (0.5%) and higher ratio S: L (1g: 10 mL) producing higher concentrations TSR . / Diante do crescente interesse mundial por fontes de energia limpa e renovável, os materiais lignocelulósicos se destacam como uma alternativa em potencial, uma vez que não competem com a produção de alimentos e são ricos em açúcares que podem servir de matéria-prima na produção de etanol. Baseado neste contexto, este trabalho teve como objetivo estudar os pré-tratamentos e hidrólise ácida quanto ao fornecimento de açúcares redutores totais (ART) a partir dos bagaços de manga, maracujá e abacaxi (materiais lignocelulósicos). Os bagaços, oriundos de indústria de suco, foram submetidos a dois pré-tratamentos químicos, com hidróxido de cálcio e com peróxido de hidrogênio. O estudo foi conduzido através de um planejamento fatorial 23, utilizando-se as variáveis concentração do reagente químico, tempo de reação e temperatura, a fim de encontrar as melhores condições que maximizassem a quantidade de açúcares fermentescíveis disponibilizada. Na etapa seguinte, o estudo da hidrólise ácida também foi realizado baseado num planejamento fatorial 22, utilizando-se as variáveis concentração e razão bagaço/volume de ácido (sólido:líquido - S:L). Verificou-se que nos dois pré-tratamentos estudados, o bagaço da manga foi a biomassa que mais forneceu açúcares redutores. As condições que maximizaram a resposta foram 24 h, 20 °C e 1% m/v para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino e 20 h, 40 °C e 0,01 g/ mL para o pré-tratamento com hidróxido de cálcio. Esses foram os menores valores estudados no planejamento em ambos os pré-tratamentos. Obteve-se ART de 0,312 g/g de biomassa no pré-tratamento com hidróxido de cálcio e ART de 0,313 g/g de biomassa no pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino. No estudo da hidrólise, o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino se mostrou mais vantajoso, pois se utilizou menor concentração de ácido (0,5%) e maior razão S:L (1 g: 10 mL) produzindo maiores concentrações de ART.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O aproveitamento integral do pedÃnculo de caju, uma matÃria prima vastamente encontrada no Cearà e pouco aproveitada, aliado a produÃÃo de etanol, produto de valor energÃtico sÃo o foco desse projeto. O suco de caju integral, rico em frutose, glicose, sais e vitaminas, mostrou-se bastante adequado para o uso da levedura Saccharomyces cerevisiae no processo fermentativo alcoÃlico. A busca por melhorias na obtenÃÃo de etanol se deu atravÃs do estudo do uso de leveduras imobilizadas em suporte de bagaÃo de caju (SBC). A imobilizaÃÃo celular vem sendo estudada por inÃmeros pesquisadores e tem se mostrado uma tÃcnica importante devido aos benefÃcios e vantagens possibilitados como o aumento na produtividade. O bagaÃo de caju surge como uma matÃria prima barata e de fÃcil obtenÃÃo para a aplicaÃÃo da tÃcnica de imobilizaÃÃo. Para comparaÃÃo foram estudados os resultados com cÃlulas livres e imobilizadas em alginato de cÃlcio, um conhecido agente de imobilizaÃÃo de cÃlulas por encapsulamento e cÃlulas imobilizadas por adsorÃÃo em bagaÃo de caju. Utilizando cÃlulas imobilizadas em bagaÃo foram realizadas fermentaÃÃes preliminares, consecutivas e de estocagem. Foram verificados os seguintes parÃmetros cinÃticos: produtividade (Qp, g.L-1h-1), eficiÃncia (Ef, %), conversÃo substrato/biomassa (Yx/s, g.g-1) e conversÃo substrato/produto (Yp/s, g.g-1). O suporte de bagaÃo de caju atingiu vantagens com relaÃÃo a adesÃo e altas densidades celulares, gerando elevadas produtividades (≈ 5 g.L-1h-1). Com relaÃÃo a eficiÃncia e a taxa de conversÃo substrato/produto, cÃlulas imobilizadas atingiram valores similares aos obtidos com cÃlulas livres no suco de caju integral (em torno de 90% e 0,47 respectivamente). Outra vantagem foi a durabilidade e possibilidade de reutilizaÃÃo do suporte tornando o processo mais econÃmico, rÃpido e eficiente. O SBC mostrou-se apto a reutilizaÃÃo por no mÃnimo 10 bateladas consecutivas e se manteve estÃvel, em geladeira, por pelo menos 6 meses / The use of cashew apple peduncle, a vast available material found in Cearà that is usually wasted, combined with production of ethanol, is the focus of this project. Cashew apple juice, rich in fructose, glucose, salts and vitamins, is an appropriate raw material for alcoholic fermentation by the yeast Saccharomyces cerevisiae. The search for improvements in ethanol production in this work was achieved through the study of the use of yeast immobilized in cashew apple bagasse support, (SBC). Cell immobilization has been studied by many researchers and has been an important technique because of the possible benefits and advantages as the increase in productivity. Cashew apple bagasse is a cheap and easily accessible raw material to the application of the immobilization technique. As comparison, results with free, immobilized cells in calcium alginate, a known agent for immobilization by encapsulation, and immobilized cells by adsorption on SBC were studied. Preliminary fermentation assays using immobilized cells on SBC were performed, as well as consecutive and storage fermentations. The following kinetic parameters were checked: productivity (Qp, gL-1h-1), efficiency (Ef,%), substrate / biomass yield (Yx / s, g.g-1) and substrate / product yield (Yp / s, g.g - 1). SBC presented advantages, such as high cell densities and adhesion, generating high yields (≈ 5 g.L-1h-1). With respect to efficiency and rate of substrate / product yield, immobilized cells reached values similar to those obtained with free cells in the integral cashew apple juice (about 90% and 0.47 respectively). Another advantage is the durability and possibility of reuse of SBC making the process more economical, fast and efficient. SBC was reused for at least 10 consecutive batches and remained stable, at refrigerator, for 6 months

O xilitol vem se destacando nas áreas alimentícia, odontológica, farmacêutica e médica, além de apresentar significativo potencial de aplicação em outros segmentos industriais (têxteis e químicos). Os benefícios do xilitol abriram as portas para novas áreas de venda além de crescimento no setor de póliols e adoçantes no mercado mundial. O presente trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia tecnicamente e economicamente viável para a obtenção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana-de-açúcar, utilizando biorreator de leito fluidizado com células da levedura Candida guilliermondii FTI 20037 imobilizadas em suporte natural de alginato de cálcio. Para avaliar a viabilidade técnica deste processo biotecnológico, foram realizados fermentações em bateladas simples conforme um planejamento fatorial 23 com três pontos centrais. Em seguida, foi avaliada a influência das variáveis, fluxo de fluidização, fator de concentração do hidrolisado e vazão do ar no fator de rendimento (Yp/s) e na produtividade volumétrica (Qp). Segundo os resultados obtidos, observou-se que apenas o aumento no fluxo de fluidização exerceu uma influência positiva no fator de rendimento e na produtividade do processo. Tal fato é devido a uma melhor transferência de oxigênio do meio para o interior do suporte de imobilização, resultando em maior consumo de xilose e produção de xilitol. O processo biotecnológico utilizado neste trabalho resultou em, uma concentração final de xilitol de 34 g/L a partir de uma concentração inicial de xilose de 49 g/L, um fator de rendimento (Yp/s) de 0,7 g/g (equivalente a 76 % de eficiência de bioconversão) e uma produtividade volumétrica (Qp) de 0,44 g/L.h, após 72h de fermentação. Foram realizados também fermentações em bateladas repetidas com reciclo das células imobilizado, nas condições de fermentação otimizadas e indicadas pela análise estatística realizada. Verificou-se que, o fator de rendimento (Yp/s) e a produtividade volumétrica (Qp) do processo apresentaram pequenas variações ao longo das 6 bateladas repetidas (B1-B6), com uma produção final média de 31,5 g/L de xilitol. Entretanto, a partir da batelada B7 observou-se, uma diminuição de 44 % na concentração final do xilitol produzido (17 g/L) e de 28% no número final de células viáveis imobilizadas (3,4 x1010 mL/cel.) em comparação com as bateladas B1-B6 (valor médio de 4,7x1010 mL/cel.), após 72 h de fermentação. Esta redução no crescimento das células imobilizadas pode ser explicada pela possível difusão e acúmulo de materiais insolúvel proveniente do hidrolisado, ao longo das 7 bateladas remetidas, para o interior do suporte de imobilização propiciando assim limitações na transferência de xilose no meio de fermentação para o interior das células encapsuladas. Com o objetivo de avaliar o custo de produção de xilitol, foi realizado um estudo técnico-econômico para a produção de xarope de xilitol de 80% de pureza, utilizando hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em uma planta piloto com capacidade de processar 1 tonelada de bagaço. Segundo os resultados obtidos deste estudo, observou-se que este processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente viável com um payback de 24 meses e uma TIR (Taxa interna de retorno) de 51,7%, sendo o preço estimado para a venda do xarope de xilitol no mercado de R$ 211,60. Visando reduzir o custo de venda deste xarope e aumentar a competitividade do xilitol em relação a outros póliols encontrados no mercado, foram sugeridas modificações em algumas etapas do processo realizado neste trabalho (aumento na eficiência da hidrólise para 80% e a utilização de resinas de troca iônica no tratamento do hidrolisado hemicelulósico). O processo modificado resultou em uma redução no preço de venda do xarope de xilitol, sendo este valor estimado a R$ 113,10, correspondendo a apenas 28 % do preço de venda do xilitol cristalizado no mercado interno (R$ 402,50). O processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente promissor para uma futura implantação em nível industrial. / Xylitol is being distinguished for its application in the industries of food, odontology and pharmacy; furthermore, it presents a potential use in other industrial segments (textiles and chemicals). The different benefits of xylitol will open doors for new selling areas which will lead to its growth in the international market of polyols and alternative sweeteners. The present work had as an objective the contribution in the development of a technically and economically viable technology for the production of xylitol starting from the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse, using a fluidized bed bioreactor with yeast cells of Candida guilliermondii FTI 20037 immobilized in a natural support of calcium alginate. To evaluate the technical viability of this biotechnological process, they were realized simple batch fermentations according to a factorial design 23 with three central points. Furthermore, it was evaluated the influence of the variables, fluidization flux, hydrolysate concentration factor and air flux in the process yield (Yp/s) and volumetric productivity (Qp). According to the obtained results it was observed that, only an increase in the fluidizations flux exercised a positive influence in process yield and volumetric productivity. This fact is due to a better oxygen transfer to the inside of the immobilization support, resulting in a higher xylose consumption and xylitol production. The biotechnological process used in this work resulted in, a final concentration of xylitol of 34 g/L starting from an initial concentration of xylose of 49 g/L, a yield (Yp/s) of 0.7 g/g (corresponding to 76 % of bioconversion efficiency) and a volumetric productivity (Qp) of 0.44 g/L.h, after 72h of fermentation. Also they were realized repeated batch fermentations with the recycle of the immobilized cells, using the optimized fermentation conditions as indicated by the statistical analysis previously done. It was verified that, the yield (Yp/s) and the volumetric productivity (Qp) of the process have presented small variations throughout the 6 repeated batch fermentations (B1-B6), with an average final production of 31,5 g/L of xylitol. On the other hand, at the end of the batch fermentation B7 it was observed a decrease of 44% in the final concentration of the produced xylitol (17 g/L) and 28% in the final number of viable immobilized cells (3.4 x1010 mL/cells) in comparison with the batch fermentations B1-B6 (average value of 4.7x1010 mL/cells), after 72h of fermentation. This reduction in the growth rate of the immobilized cells can be explained by the possible diffusion and accumulation of insoluble substances originating from the hemicellulosic hydrolysate, during the 7 repeated batch fermentations, into the interior of the immobilization support resulting in limitations in xylose transference from the fermentation medium into the encapsulated cells. With the objective to evaluate the production cost of xylitol, it was realized a technicaleconomical study for the production of a xylitol syrup with 80% of purity, using hemicellulosic hydrolysate from sugarcane bagasse in a pilot plant with the capacity to process 1 tons of bagasse. According to the results obtained in this study, it was observed that the biotechnological process for xylitol production has shown to be economically viable with a payback period of 24 months and a TIR of 51. 7%, considering that the selling price of xylitol syrup (80% of purity) was estimated to be R$ 211.60 in the internal market. Aiming to reduce the selling cost of xylitol syrup and increase its competitiveness in relation to other polyols found in the market, they were suggested modifications in some stages of the process used in this work (increase in the hydrolysis efficiency to 80% and the utilization of ionic exchange resins in the treatment of the hemicellulosic hydrolysate). The modified process resulted in a reduction in the selling price of xylitol syrup, being this value estimated in R$ 113.10 corresponding to only 28% of the selling price of crystallized xylitol in the internal market (R$ 402.50). The biotechnological production of xylitol has shown to be economically promising for future implantation at industrial level.

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / Neste trabalho, estudaram-se aspectos do prÃ-tratamento alcalino em microondas e hidrÃlise enzimÃtica da fibra do caju para produÃÃo de etanol. A primeira etapa do trabalho foi a caracterizaÃÃo da matÃria-prima, bagaÃo de caju, obtendo-se teores de 19,21%  0,35 de celulose, 12,05%  0,37 de hemicelulose e 38,11%  0,08 de lignina. O prÃ-tratamento do bagaÃo de caju, anteriormente imerso em soluÃÃo de hidrÃxido de sÃdio atà homogeneizaÃÃo, foi conduzido em aparelho de microondas domÃstico. Como nÃo foi possÃvel a extraÃÃo do hidrolisado por filtraÃÃo apÃs o prÃ-tratamento, uma alÃquota obtida da primeira lavagem para ajuste do pH foi injetada no HPLC, nÃo se identificando concentraÃÃo apreciÃvel de aÃÃcares. Diante disso, a anÃlise de aÃÃcares foi realizada por HPLC apÃs a hidrÃlise enzimÃtica do material prÃ-tratado. As condiÃÃes de hidrÃlise enzimÃtica foram fixadas em 2% (m/v) de concentraÃÃo de sÃlidos, atividade enzimÃtica de 15 FPU/g de fibra prÃ-tratada em microondas (CAB-M), pH 5 a 45ÂC e 150 rpm. Avaliou-se a influÃncia da concentraÃÃo do Ãlcali na geraÃÃo de glicose, apÃs a etapa de hidrÃlise enzimÃtica, acompanhando-se tambÃm os perfis de celobiose e xilose. Os maiores rendimentos de glicose, 76,4 e 72,9 mg.gCAB-M-1, foram obtidas em ambas concentraÃÃes de NaOH estudadas, 0,2 e 1,0 M, respectivamente. Neste caso, a digestibilidade de celulose alcanÃada foi de 33,89%  1,06 e 29,75%  3,10, respectivamente. As maiores concentraÃÃes de celobiose foram obtidas na maior concentraÃÃo de NaOH estudada (1,0 M). Em relaÃÃo aos nÃveis de celulose, hemicelulose e lignina, a concentraÃÃo de 1,0 M apresentou maior destaque pelo acrÃscimo na porcentagem de celulose (22,07%  1,03), e hemicelulose (14,36%  0,44) e reduÃÃo da porcentagem de lignina para 32,38%  1,86. Estudou-se tambÃm, mantendo-se a concentraÃÃo de NaOH em 1,0 M, a influÃncia da potÃncia das microondas (600 e 900 W) e do tempo de prÃ-tratamento (15 e 30 minutos). Nestes ensaios, observou-se que o aumento no valor destas variÃveis nÃo influenciou nas concentraÃÃes de glicose resultantes. Em seguida, realizaram-se ensaios visando o aumento nos teores de aÃÃcares com vistas à fermentaÃÃo do hidrolisado. As variÃveis estudadas foram a concentraÃÃo de sÃlidos (2 e 16% m/v) e atividade enzimÃtica (15 e 30 FPU.g-1CAB-M). Em relaÃÃo à concentraÃÃo de sÃlidos, observou-se um aumento na concentraÃÃo final de glicose, de 1,5 g.L-1 para 8,8 g.L-1, quando se aumentou o teor de 2 para 16% (m/v). Mantendo-se o teor de sÃlidos em 16% (m/v), avaliou-se o efeito do aumento na atividade enzimÃtica, obtendo-se uma concentraÃÃo de glicose 1,8 vezes maior, ou aproximadamente 15 g.L-1, quando se utilizaram 30 FPU/gCAB-M-1. ApÃs a hidrÃlise enzimÃtica, realizou-se filtraÃÃo do hidrolisado, ajuste do pH para 4,5-5,0 e esterilizaÃÃo para posterior etapa de fermentaÃÃo. A fermentaÃÃo do hidrolisado por Saccharomyces cerevisiae resultou, apÃs 4 horas de fermentaÃÃo, em concentraÃÃo de etanol e produtividade de 5,6 g.L-1 e 1,41 g.L.-1h-1 , respectivamente. Os resultados de eficiÃncia e rendimento foram de 93,44% e 0,48 gEtanol.gGlicose-1, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que o bagaÃo de caju à matÃria-prima interessante para produÃÃo de etanol, porÃm as variÃveis do prÃ-tratamento por microondas precisam ainda ser melhor estudadas visando o aumento da concentraÃÃo de glicose no hidrolisado obtido apÃs hidrÃlise enzimÃtica. / In this work, some aspects of microwave alkali (NaOH) pretreatment of CAB (cashew apple bagasse) and its enzymatic hydrolysis were studied to ethanol production. CAB was previously submerged in alkali solution, after that, it was treated in a domestic microwave oven. First, biomass composition of CAB was determined, and the percentage of cellulose, hemicellulose and lignin was, 19.21%  0.35, 12.05%  0.37 and 38.11%  0.08, respectively. After the pretreatment, a sample of the liquid fraction, after the first wash, was collected and analyzed by HPLC. However, no glucose, or any other sugar, was detected. Therefore, the sugars were accomplished after enzymatic hydrolysis of the pretreated material (CAB-M). The conditions of enzymatic hydrolysis were: 2% (m/v) of solid concentration, enzymatic activity of 15 FPU/gCAB-M-1, pH 5, 45ÂC and 150 rpm. The influence of alkali concentration on glucose production and the cellobiose and xylose profiles was evaluated. Results showed that, after enzymatic hydrolysis, alkali concentration exerted influence on glucose formation, and the best result was achieved in both concentrations studied (0.2 e 1.0 M), 76.4 and 72.9 mg.gCAB-M-1, respectively. In this case, the digestibilities of cellulose were 33.89%  1.06 and 29.75%  3.10, respectively. The highest cellobiose concentration was achieved when 1.0 M was used, and this condition resulted in the following biomass composition: 22.07%  1.03 of cellulose, 14.36%  0.44 of hemicellulose and 32.38%  1.86 of lignin. On the other hand, pretreatment time (15-30 minutes) and microwave power (600-900 W) exerted no significant effect on hydrolysis. During enzymatic hydrolysis, improvement on solid percentage (16% w/v) resulted in an increase of glucose concentration from 1.5 g.L-1 to 8.8 g.L-1. Increasing on enzyme loading (30 FPU.g-1CAB-M) at 16% w/v, increased glucose concentration to 15 g.L-1. After enzymatic hydrolysis, the liquid fraction was separated by filtration. The pH was adjusted to 4.5-5.0 and the liquid was sterilized for fermentation. The fermentation of the hydrolyzate by Saccharomyces cerevesiae resulted in ethanol concentration and productivity of 5.6 g.L-1 and 1.41 g.L-1.h-1, respectively. The results obtained of efficiency and ethanol yield were 93.44% and 0.48 g/g glucose, respectively. The results obtained in this work indicate that cashew apple bagasse is an interesting raw material for ethanol production; however some aspects of microwave alkali pretreatment have to be further investigated to increase glucose concentration after enzymatic hydrolysis.

Os fungos de decomposição parda são eficientes na degradação dos polissacarídeos da madeira, pois, além das enzimas hidrolíticas, podem gerar, via reação de Fenton, radicais hidroxila que são responsáveis pela rápida despolimerização dos polissacarídeos da parede celular sem a remoção prévia da lignina. O presente trabalho analisou se enzimas hidrolíticas do fungo de decomposição parda Gloeophyllum trabeum e as endoglucanases comerciais do ascomiceto Talaromyces emersonii apresentam efeito sinérgico com celulases comerciais durante a hidrólise enzimática de substratos com teor elevado de lignina. Os substratos em questão corresponderam a bagaço de cana pré-tratado por um processo quimiomecânico que emprega sulfito alcalino. Dois níveis de tratamento foram obtidos a partir de cargas diferenciadas de sulfito de alcalino. A carga mais elevada foi de 10 g de Na2SO3 e 5 g de NaOH para cada 100g de bagaço e gerou um substrato de baixa recalcitrância. O emprego de uma carga de sulfito alcalino diminuída à metade da carga anterior gerou um substrato de elevada recalcitrância. Para viabilizar a execução dos experimentos utilizando pequenas quantidades de enzima, foi desenvolvido um método de hidrólise em pequena escala empregando bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino como substrato. O método em questão empregou 20 mg de substrato e 1 mL de volume final de reação gerando dados com boa reprodutibilidade e níveis de conversão de celulose e xilana similares aos observados em ensaios tradicionais que empregam 1 g de substrato e 50 mL de meio reacional. O fungo G. trabeum foi cultivado com 7 diferentes fontes de carbono, sendo detectada a atividade de endoglucanase em todos os meios e alcançando níveis mais elevados nos cultivos com carboximetilcelulose, que foi, portanto, utilizado para produção das enzimas de G. trabeum. Um extrato de cultivo de G. trabeum foi parcialmente purificado, gerando um extrato com 2,16 UI de endoglucanases/mL e um teor de proteínas de 1,34 mg/mL. O uso das enzimas de G. trabeum e de T. emersonii em misturas com a Celluclast foi baseado nas cargas de endoglucanases totais, visto que a atividade em papel de filtro não foi detectável nos dois complexos enzimáticos. Para as reações de hidrólise do substrato que apresentava baixa recalcitrância, as conversões máximas de celulose e xilana foram da ordem de 80% após 72h de reação com cargas de endoglucanases de Celluclast de 120 UI/g de substrato. A mistura de enzimas que empregaram metade desta carga de endoglucanase advinda de Celluclast e outra metade de extratos de G. trabeum proporcionaram eficiências de hidrólise similares às obtidas com a mesma carga advinda somente de Celluclast. No caso da suplementação das misturas com endoglucanases de T. emersonii, as eficiências de hidrólise foram menores do que aquelas obtidas somente com Celluclast. As reações de hidrólise do substrato de elevada recalcitrância proporcionaram conversões de celulose e xilana máximas da ordem de 50% quando se empregou Celluclast como fonte de enzimas. A suplementação de parte das endoglucanases desta preparação por endoglucanases provenientes do extrato de G. trabeum ou de T. emersonii não favoreceram a hidrólise dos polissacarídeos presentes no substrato. / Brown-rot fungi can degrade wood polysaccharides in an efficient manner because they produce hydrolytic enzymes and also hydroxyl radicals via Fenton reaction. These systems are responsible for a rapid polysaccharide depolymerization without previous lignin removal from the wood cell walls. The present work evaluated the hydrolytic enzymes produced by the brown-rot fungus Gloeophyllum trabeum and by the ascomycete Talaromyces emersonii in mixtures with commercial cellulases to hydrolyze lignin-rich substrates. The evaluated substrates were sugar cane bagasse pretreated in a chemithermomechanical process that used alkaline sulfite in the reaction media. Two levels of pretreatment were employed by using varied loads of chemicals during the cooking step. A low recalcitrance material was prepared by pretreating the sugar cane bagasse with 10 g of Na2SO3 and 5 g of NaOH per 100g of sugar cane bagasse. Using the half of this chemical loading resulted in a second substrate that was more recalcitrant. A small scale enzymatic hydrolysis procedure was set to permit the use of low enzymes dosage in the polysaccharide hydrolyses studies. This procedure used only 20 mg of lignocellulosic substrate in 1 mL of final reaction volume. Data obtained for cellulose and xylan conversion presented good reproducibility and average conversion values very similar to that obtained in traditional experiments that use 1 g of substrate in 50 mL of reaction medium. G. trabeum was cultured in 7 different carbon sources and endoglucanase activities were detected in all cases. The highest endoglucanases levels were obtained in cultures with carboxymethylcellulose as carbon source. One culture extract from this fungus was partially purified yielding a purified extract with 2.16 IU of endoglucanases/mL and a protein content of 1.34 mg/mL. The use of the enzymes from G. trabeum and T. emersonii extracts in mixtures with commercial Celluclast was based on the total loads of endoglucanases, since filter paper activities were not detectable in the extracts obtained from the studied fungi. Cellulose and xylan from the low recalcitrance substrate were converted at yields of 80% after 72 h of hydrolysis by Celluclast loaded at 120 UI of endoglucanases/g de substrate. Using enzyme mixtures with the same endoglucanase dosage but divided in 50% from Celluclast and 50% from G. trabeum extract yielded almost the same hydrolysis efficiency. In the case of the enzyme mixtures in which the extract from T. emersonii was used instead the extract from G. trabeum the hydrolysis efficiency was lower than that obtained by the treatment with Celluclast only. Cellulose and xylan from the low recalcitrance substrate were converted at yields of 50% after 72 h of hydrolysis by Celluclast. The replacement of this endoglucanase load with endoglucanases from G. trabeum or T. emersonii extracts resulted in lower hydrolysis efficiency.

Atualmente é grande o interesse pelo aproveitamento da biomassa vegetal visando à obtenção de bioetanol de segunda geração. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol de segunda geração a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pelas leveduras Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 e Candida shehatae UFMG HM 52.2 visando à aplicação em bioprocessos com campo eletromagnético. Salienta-se ainda que a importância do presente trabalho se dá, não apenas pelo caráter inovador desta pesquisa, mas também pelo fato do bioeletromagnetismo e particularmente biorreatores assistidos por campos eletromagnéticos constituírem uma recente e promissora área de pesquisa na biotecnologia onde é possível estudar alternativas que resultem no aumento do rendimento e/ou da produtividade do processo de fermentação. Numa primeira etapa, foram realizados experimentos em bateladas simples em meio contendo hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar previamente destoxificado e suplementado com extrato de levedura para a avaliação da influência das variáveis pHinicial, agitação e vazão de ar no fator de conversão de açúcares em etanol para cada uma das leveduras, de acordo com um planejamento fatorial completo 23 com três repetições no ponto central. As melhores condições operacionais obtidas para a levedura S. stipitis NRRL Y-7124 foram 100 rpm, 0,7 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 3 h-1 as quais exerceram uma influência positiva sobre o processo fermentativo, obtendo-se valores de YP/S de 0,16 g/g e QP de 0,10 g L-1 h-1. Para a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 as condições foram 100 rpm, 0,1 vvm e pHinicial de 6,50 com um kLainicial de 0,2 h-1 obtendo-se valores de YP/S de 0,44 g/g e QP de 0,25 g L-1 h-1. Segundo os resultados obtidos, observou-se que a levedura C. shehatae apresentou maiores valores de fator de rendimento e produtividade em etanol quando comparados à levedura S. stipitis. Posteriormente, foi avaliada a influência da configuração do campo eletromagnético no processo de fermentação de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar empregando a levedura C. shehatae imobilizada em polímero com propriedades magnéticas. Os resultados da influência das configurações do campo eletromagnético (axial e transveral) foram positivos observando-se aumento de 47 % na produção de etanol (configuração axial) em relação ao experimento controle (sem campo). Este estudo demonstrou que a levedura C. shehatae UFMG HM 52.2 apresentou-se com melhor performance fermentativa no hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar quando comparada à levedura S. stipitis e que os campos eletromagnéticos são uma tecnologia promissora no processo de obtenção de bietanol. / Currently the use of biomass is of huge interest into the second generation bioethanol process. Into this field, fermentation is a key process with numerous opportunities for innovation. Electromagnetic fields bioreactors stand for a new and promising research area for the yield and/or productivity improvement of fermentation process. This study focused on the utilization of hemicellulose hydrolysate from sugarcane bagasse for ethanol production by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 and Candida shehatae UFMG HM 52.2 strains intended to be applied in the electromagnetic-based bioprocesses. A 23 full factorial Central Composite Design (CCD), including three replications at the center point was applied to evaluate the effect of initial pH, agitation and air-flow rate on sugars to ethanol conversion for both strains. The experiments were carried out using stirred tank batch fermentor with medium supplemented with yeast extract and containing hemicellulose hydrolysate previously detoxified. S. stipitis showed the best ethanol production operating conditions obtained at 100 rpm, 0.7 vvm and initial pH 6.50 with kLainicial of 3 h-1 obtaining YP/S of 0.16 g/g and QP of 0.10 g L-1 h-1. For C. shehatae, the best conditions of 100 rpm, 0.1 vvm and pHinitial of 6.50 with kLainicial of 0.2 h-1 obtained YP/S of 0.44 g/g and QP of 0.25 g L-1 h-1. The results showed that yield and ethanol productivity for C. shehatae strain was higher comparing to S. stipitis. Subsequently, the influence of electromagnetic field configuration in the fermentation process of sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate was evaluated using immobilized C. shehatae in a polymer with magnetic properties. The application of electromagnetic field configuration (axial and transversal) favored the ethanol production, observing at increase of 47 % in ethanol production (axial configuration) compared to the control experiment (no electromagnetic field). The present study demonstrated that C. shehatae yeast shows high fermentative potential for sugarcane hemicellulose hydrolyzate when compared to S. stipitis strain, and that electromagnetic fields are a promising technology tool to be used into the bioethanol process.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade da utilização de cinzas de resíduos agroindustriais (bagaço de cana-de-açúcar, cama de frango e casca de arroz) como aditivos minerais substitutos ao cimento Portland, na produção de compósitos fibrosos e concreto leve. As cinzas foram obtidas através da queima e moagem controlada dos resíduos, e tiveram suas características químicas e físicas analisadas. Além do \"compósito referência\" (0% de substituição), os compósitos fibrosos foram produzidos com teores de substituição de cimento Portland de 10%, 15% e 20%, e os concretos leves foram produzidos com 10% de substituição. Foram realizados ensaios físicos e mecânicos nos compósitos fibrosos e concreto leve. Os resultados mostraram que as cinzas de casca de arroz apresentaram propriedades pozolânicas e que podem ser empregadas para a produção dos compósitos fibrosos e concretos leve. No estudo com compósitos fibrosos, os resultados físicos e mecânicos em sua maioria indicaram que a cinza de casca de arroz apresentou os melhores resultados. Como não apresentaram propriedades pozolânicas, as cinzas de bagaço de cana-de-açúcar e cama de frango, mesmo apresentando bons resultados, podem ser utilizadas como \"micro-fillers\". No estudo com concreto leve, a cinza de casca de arroz também se apresentou como melhor substituto para o cimento Portland por apresentar os melhores resultados nos ensaios realizados. / This research examines the viability of the use of waste agro industrials ashes (sugar cane bagasse, poultry litter and rice husk) and mineral additives substitutes to Portland cement in the production of composite fiber and lightweight concrete. The ashes were obtained through controlled burns and milling waste, and had their chemical and physical characteristics analyzed. Besides the \"composite reference\" (0% substitution), the fiber composites were produced with levels of replacement of Portland cement, 10%, 15% and 20%, and lightweight concrete were produced with 10% of replacement. Were tested on physical and mechanical fiber composites and lightweight concrete. The results showed that the ashes of rice husk had pozolanic properties and can be used for the production of fiber composite and lightweight concrete. In the study with fiber composites, the results physical and mechanical mostly indicated that the rice husk ash showed the best results. As there had pozolanics properties, the ashes of sugar cane bagasse and poultry litter, even showing good results, can be used as \"micro-fillers\". In the study with lightweight concrete, the ash of rice husk is also presented as a better replacement for Portland cement by presenting the best results in tests.