Orientadores: Fumio Yokoya, Pedro de Oliva Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:17:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Fernandade_D.pdf: 625914 bytes, checksum: 55c8ae7b1c9dc767558c9cd4439a3e98 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O grande desafio para a produção de etanol de segunda geração consiste em determinar a melhor opção de disponibilizar a glicose a partir da hidrólise do amido em termos de custo global, rendimento glicosídico e fermentabilidade. O farelo de mandioca produzido durante o processamento da fécula foi usado como fonte econômica para a biomassa e produção de bioetanol por Saccharomyces cerevisiae M-26. A suspensão de farelo de mandioca e água 5 % (p/v) foi hidrolisada utilizando como catalisador os ácidos sulfúrico (H2SO4) e fosfórico (H3PO4) em diferentes faixas de pH (0,5, 1,0 e 1,5), a uma temperatura 120 ºC por 30, 60 e 90 minutos de reação. Os resultados demonstraram que o emprego do H2SO4 foi suficiente para hidrolisar o amido, obtendo uma concentração de 2,93 % de açúcares redutores e 2,62 % de glicose, com rendimento de 96,48 % de açúcares redutores, em pH 0,5 e tempo de reação 90 minutos. Nas mesmas condições, o tratamento com H3PO4 obteve 2,52 % de açúcares redutores e 1,99 % de glicose, com um rendimento de 82,87 % de açúcares redutores, concluindo que a hidrolise é tanto mais rápida quando maior o poder ionizante do ácido e que o pH 1,5 é fracamente glucogênico enquanto que a acidicidade mais drástica (pH 0,5) já é mais glucogênica. Concentrações baixas do furfural subproduto hidroximetil (HMF) foram gerados durante a hidrólise do amido quando usou H2SO4 em comparação ao H3PO4. Os tratamentos com H2SO4 produziram 0,17 g/L e 0,02 g/L de HMF após 90 minutos de reação em pH 0,5 e 1,5, respectivamente. Já os tratamentos utilizando o catalisador H3PO4 não geraram concentrações detectáveis de HMF. As amostras obtidas dos tratamentos em pH 0,5 apresentaram menor quantidade de farelo residual em relação as amostras provenientes dos tratamentos em pH 1,0 e 1,5. A linhagem de S. cerevisiae M-26 foi capaz de utilizar e fermentar o hidrolisado e o rendimento teórico de etanol (50,59 %) foi alcançado a 32 ºC após 12 horas / Abstract: The great challenge for the production of second generation ethanol is to determine the best option available bagasse produced during processing of starch was used as an economical source for biomass and bioethanol production by Saccharomyces cerevisiae M-26. The suspension of cassava bagasse and water 5% (w/v) was hydrolyzed using sulfuric acid as the catalyst (H2SO4) and phosphoric acid (H3PO4) in different pH ranges (0.5, 1.0 and 1.5), at a temperature 120 °C for 30, 60 and 90 minutes of reaction. The results showed that the use of H2SO4 was sufficient to hydrolyze the starch, giving a concentration of 2.93 % of reducing sugars and 2.62 % glucose, with a yield of 96.48 % of the reducing sugars at pH 0.5 and 90 minutes reaction time. Under the same conditions, treatment with H3PO4 received 2.52 % of reducing sugars and 1.99 % glucose, with a yield of 82.87 % of reducing sugars, concluding that the hydrolysis is much faster when the more powerful acid, and ionizing pH 1.5 that is weakly acidic glycogen while the most drastic (pH 0.5) is already more glycogen. Low concentrations of byproduct 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) were generated during the hydrolysis of starch when used H2SO4 in relation the H3PO4. The treatments with H2SO4 produced 0.17 g/L and 0.02 g/L of 5-HMF after 90 minutes of reaction at pH 0.5 and 1.5, respectively. Since the treatments using the catalyst H3PO4 did not generate detectable concentrations of 5-HMF. The samples of the treatments at pH 0.5 had a lower amount of bran remaining on the samples from the treatments at pH 1.0 and 1.5. The strain of S. cerevisiae M-26 were able to utilize and ferment the hydrolyzate and the theoretical yield of ethanol (50.59 %) was achieved at 32 °C after 12 hours / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Célia Maria Araujo Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazRodriguez_OscarMauricio_M.pdf: 9406412 bytes, checksum: 058e7e7265334c352367c3bfe1533910 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi otimizar a produção de celulases, a partir de substratos alternativos, entre eles o bagaço de cana de açúcar, no processo de fermentação em estado sólido, utilizando o microrganismo Aspergillus niger. Na primeira etapa do trabalho foi realizada a identificação dos componentes do meio de cultura que mais favorecem o aumento da produtividade das celulases, entre eles foram avaliados: substrato (bagaço de cana in natura ou pré-tratado por explosão a vapor); fonte de carbono (lactose e extrato de soja) e a fonte de nitrogênio (peptona e extrato de levedura). Na segunda etapa do trabalho, a partir destas variáveis foi realizada a otimização da produção de celulases de acordo com um delineamento composto central rotacional (DCCR). Para isso foi utilizado um planejamento fatorial completo 2 , incluindo 6 pontos axiais e 4 repetições no ponto central. Finalmente, utilizando a técnica de regressão linear múltipla foi realizada a modelagem matemática para produção de celulases. A produção de celulases foi determinada baseada na atividade enzimática do complexo produzido nos ensaios: celulase total (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. Os resultados mostraram que a máxima produção de celulaces, para um período de fermentação de 4 dias foi: 0,774 UI/g.s.s de FPAse; 14,41 UI/g.s.s de CMCase e 26,37 UI/g.s.s de p-glucosidase. As condições nas quais a máxima produção foi atingida foram: concentração de extrato de soja de 11 g/L; concentração de extrato de levedura de 1,5 g/L e porcentagem de umidade 80%. Esses resultados são bastante promissores levando em conta a identificação do extrato de soja como indutor da produção de celulases e do extrato de levedura, componentes que seriam de fácil e baixo custo de disponibilização no Brasil, que impactariam na redução global do custo de produção de celulases / Abstract: The objective of this work was the optimization of cellulases production, from alternatives substrates, such as sugarcane bagasse, in a process of solid state fermentation by Aspergillus niger. In the first project stage was identified the main components of culture medium: substrate (sugarcane bagasse in natura or pretreated by steam explosion); carbon source (lactose and soybean extract) and the source of nitrogen (peptone and yeast extract). In the second stage of the work, from that variables was optimized cellulases production, according to a central composite rotational design (DCCR). It used a full factorial 2 , including six axial points and 4 replications at the central point. Finally, it using the multiple linear regression was carried out the mathematical models for cellulases production. Thus, we evaluated the influence of selected variables on the production of cellulases quantified as three types of enzymatic activity: total cellulase (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. The maximum production of cellulases was: 0,774 IU/g.d.s of FPAse; 14,41 IU/g.d.s of CMCase and 26,37 IU/g.d.s of p- glucosidase, for a period of 4 days of fermentation. And, the conditions in which maximum production was reached were: concentration of soybean extract 11 g/L, yeast extract concentration of 1,5 g/L and 80% moisture content. These results are very promising, considering the identification of the soybean extract as a inductor of cellulases production, and the least extract, these items are purchased at a low cost in Brazil, that impact in the reduction of global cost of cellulases production / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:26:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_MarinaOliveiradeSouza_D.pdf: 10320958 bytes, checksum: 60f6577e8a240362deee06c3fda94214 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O aumento na demanda por biocombustíveis motivou a produção de bioetanol a partir de materiais lignocelulósicos (etanol de 2ª geração). Bioetanol é produzido em larga escala no Brasil a partir da cana-de-açúcar (etanol de 1ª geração) há mais de trinta anos. Grandes quantidades de materiais lignocelulósicos (bagaço e palha) são geradas durante o processamento da cana-de-açúcar; o bagaço é queimado para produção de energia, e a palha é queimada para facilitar a colheita ou deixada no campo. Buscou-se neste estudo determinar as melhores condições para inserção da produção de etanol de 2ª geração no Brasil a partir das frações lignocelulósicas da cana-de-açúcar, que possibilita o aumento da produção de etanol usando a mesma área cultivada e permite o uso de parte da infraestrutura do processo convencional. Neste sentido, são estudadas tecnologias que maximizam a produção de etanol, incluindo aquelas que diminuem o consumo de energia do processo convencional. Além disso, diferentes tecnologias para produção de etanol de segunda geração foram comparadas, incluindo diferentes tipos de pré-tratamento e condições de hidrólise enzimática. Simulações computacionais foram desenvolvidas para comparar as tecnologias; os resultados mostram que: a otimização do consumo de energia do processo convencional de produção de etanol e o uso de parte da palha são essenciais para aumentar significativamente a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar; o teor de sólidos utilizado nas reações de hidrólise apresenta um grande impacto na produção de etanol total; ganhos podem ser obtidos ao se integrar a produção de etanol de 2ª geração e eletricidade em uma destilaria autônoma convencional / Abstract: Increase on biofuels demand has motivated the production of bioethanol from lignocellulosic materials (2nd generation ethanol). Bioethanol has been produced in large scale in Brazil from sugarcane (1st generation ethanol) for more than 30 years. Large amounts of lignocellulosic materials (bagasse and trash) are generated during sugarcane processing; bagasse is burnt for production of energy, while trash is burnt in the field to improve the harvest or left in the field. The best conditions for insertion of 2nd generation ethanol production in Brazil using sugarcane lignocellulosic fractions as feedstock were investigated in this study, leading to an increase on ethanol production using the same cultivated area and part of the infrastructure already available at the conventional process. In this way, technologies for maximization of ethanol production from sugarcane, including those that decrease energy consumption of the conventional ethanol production process were evaluated. In addition, different technologies for production of 2nd generation ethanol were compared, including different pretreatment methods and conditions for enzymatic hydrolysis. Simulations were developed to compare these technologies; results show that optimization of the energy demand of the conventional ethanol production process and use of part of the trash in the industry are crucial in order to increase ethanol production from sugarcane; solids content of hydrolysis reactions presents an important impact on overall ethanol production; signi_cant gains can be obtained when 2nd generation ethanol and electricity production are integrated in an autonomous distillery / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_ChristianeCurieldosSantosde_M.pdf: 1384731 bytes, checksum: f7030b49c79eb391a1b548ff3f6f0a5d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: No presente trabalho o desempenho do pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com alta concentração de sólidos utilizando peróxido de hidrogênio alcalino foi avaliado. O objetivo foi aumentar a concentração de sólidos no pré-tratamento em relação a trabalhos anteriores (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Inicialmente um planejamento fatorial 23 foi realizado para avaliar a influência da temperatura (°C) e concentração de peróxido de hidrogênio alcalino (% v/v) no pré-tratamento, assim como da concentração de celulase (FPU/g bagaço) usada na hidrólise, na concentração de glicose obtida após a hidrólise enzimática. Este planejamento resultou em um modelo linear, que foi usado para determinar o caminho de máxima inclinação, seguindo o procedimento descrito por BARROS NETO el al. (2001). Novos experimentos foram realizados, determinando-se a vizinhança do ponto ótimo e, finalmente, um planejamento em estrela foi realizado em torno desta região, determinando-se as condições de pré-tratamento que resultam em concentração máxima de glicose após hidrólise (0,4014 g glicose/ g de bagaço bruto) quando o pré-tratamento foi realizado com 15% de sólidos e a hidrólise com 3% de sólidos. Este valor corresponde ao rendimento de 95,38% em glicose, obtido realizando-se o pré-tratamento por 1 hora, a 65ºC e concentração de peróxido de 8% v/v em pH de 11,5 e a etapa de hidrólise com concentração de celulase de 15 FPU/g e de ?-glicosidase de 25 CBU/g. Concentração de glicose de 0,3846±0,0014 g glicose/ g de bagaço bruto, correspondente a rendimento de 90,87±0,33% em glicose, foi obtida realizando-se o pré-tratamento a 55ºC e com 7% v/v de peróxido de hidrogênio alcalino, na mesma concentração de sólidos e tempo de pré-tratamento e considerando as mesmas condições de hidrólise. Esta concentração de peróxido corresponde a 0.47 mL de peróxido/ g de bagaço ou 0.69 g de peróxido/g bagaço, concentração bastante menor do que a usada nos trabalhos anteriores, que era superior a 2g de peróxido/g bagaço / Abstract: In this work the performance of the pretreatment of sugarcane bagasse with high solids concentration using alkaline hydrogen peroxide was evaluated. The objective was to increase the solids concentration in the pretreatment in relation to previous work (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Initially, a 23 factorial design was performed to evaluate the influence of temperature (°C) and alkaline hydrogen peroxide concentration (% v / v) in the pretreatment, as well as of the cellulase concentration (FPU / g pulp) used in the hydrolysis, in the concentration of glucose obtained after enzymatic hydrolysis. This design resulted in a linear model that was used to determine the maximum slope direction by following the procedure described in BARROS NETO et al. (2001). Further experiments were performed to identify the optimal region and, finally, a central composite design was performed around this region to determine the pretreatment conditions that result in maximum concentration of glucose after hydrolysis (0.4014 g glucose / g of raw bagasse) when the pre-treatment was conducted at 15% solids and the hydrolysis with 3% solids. This corresponds to a 95.38% glucose yield, obtained by performing pretreatment for 1 hour at 65 °C using 8% (v/v) of hydrogen peroxide at pH 11.5. Hydrolysis was conducted using 15 FPU cellulase/g bagasse and 25 CBU ?-glucosidase/g bagasse. Glucose concentration of 0.3846 ± 0.0014 g glucose/g of raw bagasse, corresponding to a 90.87 ± 0.33% glucose yield, was obtained by performing pretreatment at 55 °C with 7% v/v of alkaline hydrogen peroxide at the same concentration of solids and pre-treatment time and considering the same hydrolysis conditions. This concentration corresponds to 0.47 mL peroxide/g bagasse or 0.69 g peroxide/g bagasse, much lower than the concentrations used in previous studies, that were higher than 2 g peroxide/g bagasse / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Telma Teixeira Franco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:20:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_GiselledeArruda_D.pdf: 30208000 bytes, checksum: b1ed6a1c43dab6cee435816103c4f562 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção de comppostos químicos a partir de resíduos lignocelulósicos tem atraído bastante a atenção da sociedade atual. A busca por alternativas produtivas não dependentes de combustíveis fósseis, o uso de fontes renováveis e a sustentabilidade são os principais motivos. Neste trabalho, a produção do ácido lático por fermentação dos açúcares obtidos dos bagaço da cana de açúcar, essencialmente glicose e xilose, foi estudada. Partindo de várias cepas de bactérias ácido láticas e utilizando-se metodologia qualitativa, 26 linhagens foram selecionadas para testes em frascos agitados e em biorreator. Os melhores resultados foram obtidos em fermentações utilizando-se B. coagulans 162, alcançando rendimento de 0,95 e produtividade volumétrica de 2,13 g L-1 h-1 em regime de batelada simples e meio de cultivo contendo glicose, xilose e arabinose. Em alimentação contínua, o meio de cultivo alcançou 105 g de ácido lático por litro de meio fermentado. Os efeitos dos tratamentos de hidrólise térmica e explosão a vapor do bagaço da cana de açúcar também foram estudados. Verificou-se a formação de ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural (HMF) e liberação dos açúcares glicose, xilose e arabinose. As fibras do bagaço foram fotografadas utilizando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV), antes e após tratamentos térmicos, para observação das modificações no arranjo da estrutura original. O bagaço in natura, contendo aproximadamente 43% de celulose, 28% de hemicelulose e 14% de lignina, foi submetido a tratamento hidrotérmico (220°C/5min) seguido de hidrólise pelas enzimas Celulase, Celobiase e Xilanase. O hidrolisado obtido pela degradação das frações celulósica e hemicelulósica continha basicamente glicose e xilose, e foi utilizado como fonte de carbono no meio de cultivo. Na fermentação foi obtido rendimento de 0,96 e produtividade volumétrica igual a 4,11 g L-1. Hidrolisado obtido do bagaço explodido a vapor também foi testado. Constituído basicamente pela fração hemicelulósica, o hidrolisado continha essencialmente xilose. Nesta fermentação alcançou-se rendimento de 0,90 e produtividade volumétrica igual a 0,225 g L-1 h-1. Posteriores estudos mostraram que a adaptação da cepa a meios de cultivo contendo apenas pentoses (xilose e arabinose) reduzem a fase lag tendo como consequência o aumento da produtividade. Estudos de inibição em meio sintético permitiram avaliar o efeito que cada composto causou individualmente na multiplicação celular e na produção do ácido lático. O ácido acético foi o componente que mostrou maior efeito inibitório. Dentro da faixa estudada, furfural e HMF provocaram comportamentos semelhantes, tornando-se inibitórios em concentrações acima de 1,5 g L-1 na produção de biomassa, mas não na produção de ácido lático. Inibição por xilose também foi investigada. Rendimento máximo igual a 0,95 foi obtido quando 140 g L-1 de açúcar inicial foram utilizados. Concentrações acima de 150 g L-1 mostram-se inibitórias ao crescimento microbiano. Foi possível observar que o bagaço da cana de açúcar é um substrato promissor para produção biotecnológica de ácido lático, um produto químico com alto valor agregado e com versatilidade em aplicações. O microrganismo selecionado, a bactéria Bacillus coagulans 162, mostrou-se uma cepa robusta, com relativa tolerância a inibidores e capaz de converter homofermentativamente as pentoses presentes no meio de cultura, característica desejável do ponto de vista produtivo e econômico / Abstract: Production of chemical compounds from lignocellulose residues has attracted attention of actual world society. The search for productive alternatives fossil fuels non-dependent, the use of renewable resources and sustainability are the main reasons. In this work, lactic acid production by fermentation of sugars obtained from sugarcane bagasse, essentially glucose and xylose, was studied. From several strains of lactic acid bactéria and using a qualitative methodology, 26 microorganisms were selected for shaking flasks and bioreactor tests. The best results were obtained in fermentations using B. coagulans 162, reaching yield of 0,95 and volumetric productivity of 2,13 g L-1 h-1 in simple batch and medium containing glucose, xylose and arabinose. In continuous feeding, the cultivation medium reached 105 g of lactic acid per liter. The treatment effects of hydrotermal hydrolysis and steam explosion of sugarcane bagasse were also studied. It was verified acetic acid, furfural and hydroxymethylfurfural (HMF) formation and glucose, xylose and arabinose release. Bagasse fibers were photographed using Scanning Electron Microscopy (SEM), before and after termal treatment for visualization of modification in the arrangement of the original structure. Bagasse in natura, containing approximately 43% of cellulose, 28% of hemicellulose and 14% of lignina, was submitted to hydroythermal treatment (220°C/5min) followed by hydrolysis with the enzymes Cellulase, Cellobiase and Xylanase. The obtained hydrolysate of cellulose and hemicellulose fractions contained mainly glucose and xylose, and was used as Catbon source in the cultivation medium. In the fermentation was obtained yield of 0,96 and volumetric productivity equal to 4,11 g L-1. The hydrolysate obtained from steam exploded bagasse was tested. Constituted basically by hemicellulose fraction, the hydrolysate contained mainly xylose. It was reached yield of 0,90 and volumetric productivity equal to 0,225 g L-1 h-1. Later studies have showed that strains adaptation in cultivation medium containing only pentose (xylose and arabinose) reduces the lag phase resulting in increase of productivity. Inhibition studies on synthetic medium allowed to evaluate the effect that each compound caused individually on cell replication and on lactic acid production. Acetic acid was the compound that showed the higher inhibitory effect. In the studied range, furfural and HMF showed similar behaviour becoming inhibitory in concentrations above 1,5 g L-1 on biomass production. The same effect was not observed on lactic acid production. Inhibition by xylose was also investigated. Maximum yield, equal to 0,95, was obtained when 140 g L-1 of initial sugar were used. Concentrations above 150 g L-1 showed to be inhibitory to the microbial growth. Sugarcane bagasse showed to be a promissor substrate to biotechnologic production of lactic acid, a chemical with high added value and versatile applications. The selected microorganism, the bacteria Bacillus coagulans 162, showed to be a robust strain, with relative tolerance against inhibitors and able to convert homofermentatively the pentose present in hemicellulose hydrolysate, desirable feature in productive and economic terms / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T17:50:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rossi_FernandaGuerreiro_D.pdf: 3354718 bytes, checksum: 228e7538a669fc1706f8b7b0c0093c3d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo agrícola que ocupa um lugar de destaque em vários países, pela sua abundância, fácil acessibilidade e baixo custo. No Brasil, estima-se uma produção anual de aproximadamente 140 milhões de toneladas de bagaço sendo que apenas 8,5 milhões de toneladas são convertidas em energia. Dessa forma, mesmo utilizando a maior parte do bagaço como combustível nas próprias destilarias, o excedente é ainda bastante significativo e pode ser empregado na manufatura de produtos de alto valor agregado. Visando o reaproveitamento deste resíduo, o presente trabalho teve como objetivo analisar a influência da antraquinona nos tratamentos alcalinos baseado num estudo termocinético. Foi realizada uma análise de variância (ANOVA) e um planejamento fatorial 23 e os resultados dessas análises mostraram que as melhores condições de tratamento foram obtidas com a polpação alcalina na presença de antraquinona. A influência da antraquinona foi investigada através de análises termogravimétricas (TGA) e métodos quantitativos foram aplicados aos termogramas com o objetivo de determinar a energia de ativação aparente (Ea) referente à degradação térmica do bagaço de cana in natura e do bagaço tratado com soda na presença e ausência de antraquinona. A energia de ativação aparente (Ea) foi calculada usando o método de FLYNN & WALL (ASTM 1641) considerando condições dinâmicas, atmosfera inerte (N2) e taxas de aquecimento 1,2,5 e 10°C/min. O bagaço de cana tratado na melhor condição de polpação apresentou energia de ativação aparente (Ea) mais elevada. Sendo assim, a melhor condição para o bagaço de cana foi obtida na polpação alcalina com 9% de soda e 0,3% de antraquinona durante 3 horas, a qual apresentou quantidade de lignina residual igual a 1,44%, porcentagem de celulose 95% e energia de ativação aparente (Ea) entre 164 e 188 KJ.mol-1, variando de acordo com as taxas de aquecimento analisadas / Abstract: Sugarcane bagasse is an agricultural residue highlighted in several countries for its abundance, easy accessibility and low cost. In Brazil, the estimated annual production is approximately 140 million tons of bagasse with only 8,5 million tons are converted into energy. Thus, even using most of the bagasse as fuel in their own distilleries, the overplus is still quite significant and can be used in the manufacture of products with high added value. In order to reuse this waste, this work aimed to compare the processes of soda and organosolv pulping and analyze the influence of anthraquinone in alkaline treatments, since these are the most prominently used in pulp production of high quality. Analysis of variance (ANOVA) and 23 factorial design were performed and results of these analysis showed that the best treatment conditions were obtained with the alkaline pulping with anthraquinone. The influence of anthraquinone was investigated by thermogravimetric analysis (TGA) and quantitative methods were applied to the thernograms in order to determine the apparent activation energy (Ea) on the thermal degradation of sugar cane bagasse and treated with soda in presence and absence anthraquinone. The apparent activation energy (Ea) was calculated using the FLYNN & WALL (ASTM 1641) method considering dynamic conditions, inert atmosphere (N2) and heating rates 1,2,5 and 10°C/min. The treated bagasse by the best condition pulping showed apparent activation energy (Ea) higher. Thus, the best condition for bagasse alkaline pulping was obtained with 9% sodium hydroxide and 0,3% anthraquinone for 3 hours, which exhibited amount of residual lignin 1,166%, cellulose contents 92,54% and apparent activation energy (Ea) ranging with the heating rates between 164 and 188KJ.mol-1 / Doutorado / Doutora em Engenharia Quimica

Orientadores: Maria Aparecida Silva, Luís Augusto Barbosa Cortez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T14:10:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_Eduardode_M.pdf: 3652452 bytes, checksum: 3c96199687c9d6dce654909d2b6c1ee7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Visando propor alternativas ao tratamento físico do bagaço de cana-de-açúcar destinado a processos de conversão de energia, analisou-se o desempenho de um equipamento desenvolvido na Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri / Unicamp), o qual permite a contínua separação das partículas de bagaço, consumindo menos energia do que outras formas de obtenção de partículas de diferentes tamanhos, como moagem, corte ou combinação destes. O equipamento classificador pneumático tem seu princípio de funcionamento baseado em teorias da fluidodinâmica. Basicamente, este separa o bagaço em três frações distintas, denominadas fina, média e grossa, de acordo com o as dimensões de suas partículas, através do arraste destas em uma coluna de ar. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência do tamanho de partícula de bagaço na conversão de celulose em glicose por meio da hidrólise enzimática, tendo sido submetidas amostras de bagaço integral moído e de frações de bagaço; as frações fina e média do modo como haviam sido classificadas enquanto as amostras da fração grossa foram moídas. Para os experimentos de classificação pneumática foi desenhada uma matriz experimental 2² fatorial variando-se a taxa de alimentação de bagaço e a vazão de ar na coluna de classificação. Os melhores resultados obtidos para hidrólise enzimática ocorreram para as frações finas classificadas, embora estas apresentassem diâmetros médios de partículas superiores aos do bagaço moído. O melhor resultado foi obtido quando os fatores utilizados foram taxa de alimentação de 15 kg/h e a vazão de ar 110 m³/h, com tal fração representando 36,74% da massa do bagaço classificado, com diâmetro médio geométrico de partícula de 0,437 milímetros, e conversão de celulose em glicose de 64,11% após 72 horas de hidrólise (Enzimas: cellulase NS 50013, 15 FPU/g de matéria seca, e ?-glucosidase NS 50010, 50 UI/g de matéria seca; 2% de sólidos; temperatura: 47 °C; pH: 5,0). Tais resultados indicam que a composição e estrutura da partícula são fatores mais importantes do que suas dimensões / Abstract: Aiming to propose alternatives to the physical pretreatment of the sugarcane bagasse for energy conversion processes it was analyzed the performance of a device developed at the School of Agricultural Engineering (Feagri / Unicamp), which allows the continuous separation of particles of bagasse, consuming less energy than other ways of obtaining particles of different sizes as milling, grinding and chipping or a combination of these. The pneumatic classifier equipment has its operation principle based on fluid dynamics theories. Basically, the bagasse is dragged within an air column where it is separated in three different fractions, called fine, medium and coarse, according to the particle sizes. The scope of this study was to evaluate the influence of particle size of the bagasse on the enzymatic hydrolysis yields, thus samples of milled integral bagasse and bagasse fractions were subjected to hydrolysis; fine and medium fractions as they had been classified while coarse fractions were previously milled. For experiments of pneumatic classification it was designed an experimental matrix 2² factorial by varying the bagasse feed rate and the air flow in the classification column. The best results for enzymatic hydrolysis occurred for classified fine fractions even showing an average diameter of particles higher than the milled bagasse. The best one was obtained when the used parameters were feed rate of 15 kg/h and air flow of 110 m³/h, with this fraction representing 36.74% of the classified bagasse mass with geometric mean particle diameter of the 0.437 mm, and conversion of cellulose to glucose of 64.11% after 72 hours of hydrolysis (Enzymes: NS 50013 cellulase, Novozymes, 15 FPU/g of dry matter, and ?-glucosidase 50 010 NS, Novozymes, 50 IU/g of dry matter; 2% of solids; temperature: 47 °C; pH: 5,0). These results indicate that the particles composition and structure are more important factors than its size / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Angela de Almeida Meirelles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:14:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreschi_SilvaniaReginaMendes_D.pdf: 1138313 bytes, checksum: 9795fdb9b2f9d97588cecb8005836315 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A celulose e amido presentes em resíduos de plantas aromáticas, que já sofreram extração de seus óleos essenciais através de CO2 supercrítico, foram hidrolisados rapidamente com água subcrítica (AsC) e CO2, a fim de se obter oligossacarídeos. Celulose e amido não são solúveis em CO2 supercrítico, assim, permanecem no resíduo sólido após o processo de extração supercrítica (ESC). A etapa de ESC atua como um pré-tratamento para a hidrólise porque a pressão age sobre a matriz sólida, relaxando a estrutura do grânulo de amido, resultando num aumento da taxa de hidrólise. O gengibre (Zingiber officinalle Roscoe) contém aproximadamente 50% de amido, e a decomposição do amido de bagaço de ESC de gengibre foi efetuada num reator semi-contínuo, operando numa faixa de temperatura entre 132 - 200°C e pressões entre 80 ¿ 220 bar. A alimentação do reator constou de uma mistura de bagaço de gengibre e água (3:7). O CO2 foi utilizado para a pressurização do sistema. Para arrastar os produtos formados do reator foi utilizada uma vazão de CO2 de 7,48 × 10-5 kg s-1. O rendimento da hidrólise foi avaliado em relação ao teor de açúcares redutores formados. Os ensaios de hidrólise foram realizados num tempo de reação constante para procurar as condições de temperatura e pressão que maximizassem o grau de hidrólise e o rendimento. Os resultados foram analisados pela metodologia de superfície de respostas. Os testes de cinética de hidrólise foram realizados a 150 bar e a 176, 188 e 200 °C, mantendose constantes a razão de bagaço: água na alimentação e a vazão de CO2, e com os seguintes tempos de reação: 1, 5, 7, 9, 11 e 15 minutos. O maior grau de hidrólise (97,1% a 15 minutos de reação) e o maior rendimento em açúcares redutores (18,1% a 11 minutos de reação) foram estabelecidos para 200 °C. Diferentes misturas de oligossacarídeos com diferentes distribuições de massas moleculares foram obtidas, dependendo da temperatura e do tempo de reação. A hidrólise do bagaço de gengibre foi tratada como uma reação heterogênea com uma cinética global de primeira ordem em relação à concentração de amido, a qual resultou numa energia de ativação de 185,1 kJ mol-1 e um fator préexponencial de 5,8 × 1017s-1. Ensaios de hidrólise de gengibre e cúrcuma (Curcuma longa Linneu) frescos, gengibre seco, cúrcuma seca e bagaço de cana foram realizados nas melhores condições estabelecidas para o bagaço de gengibre (150 bar, 200 °C e 11 minutos) / Abstract: Cellulose and starch contained in aromatic-plant residues, which had been subjected to supercritical CO2 extraction, were hydrolyzed with subcritical water and CO2 to obtain oligosacharides. Cellulose and starch are not soluble in supercritical CO2; therefore, they remained in the solid matrix after the supercritical extraction. The extraction step acted as a pre-treatment step for hydrolysis because the pressure affected the solid matrix by relaxing the starch granule resulting, thus, increasing the rate of hydrolysis. Ginger (Zingiber officinale Roscoe) bagasse containing about 50% of starch was hydrolyzed in a semicontinuo reactor in the temperature range of 132 - 200°C and pressure range of 80 ¿ 220 bar. The reactor was filled with a mixture of ginger bagasse and water (3:7). The CO2 was used to pressurize the system. To withdraw the products from the reactor a CO2 flow rate of 7.48 × 10-5 kg s-1 was used. The hydrolysis yield was evaluated with respect to the amount of reducing sugars formed. The hydrolysis assays were done for a constant reaction time of 15 min to search for the condition of temperature and pressure that maximized the hydrolysis degree and the yield. The results were analyzed by the surface response methodology. The hydrolysis kinetics tests were performed at 150 bar and at 176, 188, and 200 °C. The kinetics tests were done keeping constant the ratio between ginger bagasse and water, as well as the CO2 flow rate; the following reaction times were evalueted: 1, 5, 7, 9, 11 and 15 min. The highest hydrolysis degree (97.1% at 15 min) and the highest yield (18.1% at 11 min) were stablished for 200 °C. Different oligosaccharide mixtures with different molecular mass distributions were obtained, depending on the temperature and on the reaction time. The ginger bagasse hydrolysis was treated as a heterogeneous reaction with a first-order global chemical kinetic, with respect to the starch concentration; resulting in an activation energy of 185.1 kJ mol-1 and a preexponential factor of 5.8 × 1017s-1. Hydrolysis of fresh ginger and turmeric (Curcuma longa Linneu), dried ginger, dried turmeric, and sugar-cane bagasse were performed at the best conditions established for ginger bagasse (150 bar, 200 °C and 11 min) / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Submitted in part fulfilment of the requirements for the Master's Diploma of Technology: Chemistry, M. L. Sultan Technikon, 1992. / 2- Vinylfuran has been synthesised from furan, obtained from furfural a degradation product of bagasse, and has the potential to be used as a monomer in the Polymer Industry. Furan was successfully reacted with ethylene under catalytic conditions of palladium (II) acetate and copper (II) acetate to produce 2-vinylfuran, via a direct substitution reaction, at atmospheric pressure and a temperature of 9Y C for two hours in dimethylformamide. / M

Orientador: Fabio Marcio Squina / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T07:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brenelli_LiviaBeatriz_M.pdf: 3254921 bytes, checksum: 742abc7bd539c101669cd20c8861717d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo agroindustrial abundante no Brasil que pode ser utilizado como matéria-prima em uma biorrefinaria para produção de compostos com interesse industrial. A dificuldade para conversão do bagaço de cana e outros materiais lignocelulósicos em biocombustíveis ou insumos químicos é atribuída às suas características químicas e morfológicas. Neste sentido, um dos principais desafios que envolvem esta bioconversão é a desconstrução da parede celular de forma eficiente e economicamente viável. O aproveitamento do bagaço de cana para produção de ácido ferúlico e de xilooligossacarídeos pode representar uma estratégia interessante de bioconversão de um resíduo agroindustrial em moléculas de alto valor agregado. O estudo descrito nesta dissertação aborda o desenvolvimento de uma rota biotecnológica utilizando o bagaço de cana para produção de ácido ferúlico, empregando a enzima feruloil esterase do fungo Aspergillus clavatus, e xilooligossacarídeos, fazendo uso de endo-xilanase e arabinofuranosidase, dos fungos Penicillium funiculosum e Aspergillus niger, respectivamente. Neste trabalho, estas enzimas recombinantes foram super expressas em sistema heterólogo, sendo a feruloil esterase expressa em Escherichia coli, enquanto a xilanase e a arabinofuranosidase expressas em Aspergillus nidulans como hospedeiro. O emprego da feruloil esterase resultou na liberação de ácido ferúlico e outros compostos fenólicos com capacidade antioxidante, utilizando o bagaço de cana e o arabinoxilano de trigo como substrato. O pré-tratamento químico do bagaço de cana mostrou ser adequado para aumentar a eficiência deste processo de conversão enzimática. A atividade sinérgica da endo-xilanase e arabinofuranosidase propiciou uma melhor eficiência na produção de xilooligossacarídeos a partir do bagaço de cana. Os estudos aqui descritos, quanto à utilização de bagaço de cana-de-açúcar como substrato para produção destes compostos com apelo biotecnológico, são inéditos na literatura. Além disso, os resultados deste trabalho, também contribuíram para a melhor compreensão do mecanismo de ação destas enzimas sobre este tipo de biomassa, bem como na elucidação de quais enzimas são necessárias para conversão do bagaço de cana em bioprodutos / Abstract: Sugarcane bagasse is an abundant agroindustrial residue in Brazil that can be used as feedstock biorefineries for the production of bioactive compounds of industrial interest. The difficulty on the convertion of sugarcane bagasse and other lignocellulosic materials into biofuels or chemicals is attributed to their chemical and morphological characteristics. Thus, one of the main challenges involved in this bioconversion route is the efficient and economically viable deconstruction of plant cell wall. The use of bagasse for the production of ferulic acid and xylooligosaccharides may represent an interesting alternative route for bioconversion of an agroindustrial residue into value-added molecules. This dissertation describes the development of a biotechnological approaches using sugarcane bagasse for the production of ferulic acid by employing the feruloyl esterase enzyme from the fungus Aspergillus clavatus. Likewise, the production of xylooligosaccharides was also described using arabinofuranosidase and endo-xylanase from the fungi Penicillium funiculosum and Aspergillus niger, respectively. These recombinant enzymes were over expressed in heterologous systems, meanwhile the feruloyl esterase was expressed in Escherichia coli, the arabinofuranosidase and xylanase were expressed in Aspergillus nidulans as host. Ferulic acid and other phenolic compounds with antioxidant capacity were released by the action feruloyl esterase using sugarcane bagasse and wheat arabinoxylan as substrate. Chemical pretreatment of the sugarcane bagasse proved to be suitable to increase the efficiency of the enzymatic conversion process. The synergistic activity of the endo-xylanase and arabinofuranosidase enzymes led to greater efficiency on the production of xylooligosaccharides from sugarcane bagasse. The studies described here, regarding the use of sugarcane bagasse as substrate for production of these compounds with biotechnological appealing are unprecedented in literature. Furthermore, the results of this work also contributed to better understanding the mechanism of enzyme action on this type of biomass, as well as to determine which enzymes are important for conversion of sugarcane bagasse into bioproducts / Mestrado / Fármacos, Medicamentos e Insumos para Saúde / Mestra em Biociências e Tecnologia de Produtos Bioativos