O objetivo principal desta pesquisa foi comparar o desempenho de dois reatores anaeróbios híbridos de biomassa imobilizada (RAHBI), em escala de laboratório, no processamento da vinhaça de cana-de-açúcar. Um (reator 1) recebendo vinhaça sem tratamento prévio e outro (reator 2) processando vinhaça previamente submetida à coagulação, utilizando-se de um biopolímero experimental a base de cálcio. Os reatores foram construídos em acrílico, com volume de 1,5 litros cada, provido de sistema de recirculação com razão igual a 3. A operação dos reatores foi dividida em duas etapas: a primeira, com duração de 69 dias, teve seu fim caracterizado por um colapso apresentado pelo reator 2. A segunda fase, com duração de 37 dias, onde se observou outro colapso. O principal parâmetro de controle no monitoramento dos reatores foi a quantificação de matéria orgânica, em termos de Demanda Química de Oxigênio (DQO). Durante a Fase I, o reator 1 apresentou eficiência de remoção média de 82,9 ± 4,4% , e o reator 2 de 72,2 ± 18,1%. A carga orgânica volumétrica (COV) média aplicada para o reator 1, durante esta fase, foi de 5,3 ± 1,3 kg DQO/\'M POT.3\'d, e para o reator 2 foi de 5,3 ± 1,6 kg DQO/\'M POT.3\'d. O colapso ocorrido no reator 2 foi evidenciada pelo decréscimo acentuado da eficiência de remoção, chegando a 33,7%. Durante a Fase II, o reator 1 apresentou eficiência de remoção média de 77,5 ± 9,4% , e o reator 2 de 79,2 ± 9,7%. A carga orgânica volumétrica (COV) média aplicada para o reator 1, durante esta fase, foi de 5,1 ± 2,4 kg DQO/\'M POT.3\'d, e para o reator 2 foi de 5,0 ± 2,3 kg DQO/\'M POT.3\'. Ao final desta fase o reator 1 apresentou eficiência de remoção de 80,9%, e o reator 2 65.8%. Foram analisados, também, alcalinidade e produção de metano (\'CH IND.4\'). Durante todas as fases, a alcalinidade dos dois reatores esteve acima de 1000 mg \'CA\'CO IND.3\'/l, indicando estabilidade, em relação a este parâmetro, dos reatores. A produção de \'CH IND.4\' do reator 1 foi de 0,0507 ± 0,0232 l \'CH IND.4\'/h e 0,0838 ± 0,0326 l \'CH IND.4\'/h nas fases I e II, respectivamente. Para o reator 2, esta produção foi de 0,0307 ± 0,0137 l \'CH IND.4\'/h e 0,0800 ± 0,0297 l \'CH IND.4\'/h, para as fases I e II, respectivamente. Foram feitos ensaios de resistência mecânica dos grânulos, análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS) e análise da comunidade microbiana, empregando técnicas de biologia molecular. Os testes de resistência mecânica dos grânulos indicam que os grânulos contidos no inóculo, reatores 1 e 2 possuem resistência à desintegração. As análises de MEV e EDS indicam a presença do elemento cálcio com aproximadamente 22% para o inóculo, 39% para o reator 1 e 50% para o reator 2, na massa dos elementos analisados das amostras de grânulos. As análises de biologia molecular indicaram similaridades entre os reatores 1 e 2 de 66,5 e 58%, para os domínios Bacteria e Archea, respectivamente. Desta forma, supõe-se que esta diferença da biota entre os reatores não estaria contribuindo para a falha conferida no reator 2. / This research aimed at compare the performance of two hybrid anaerobic immobilized biomass (HAIB), in laboratory scale, processing vinasse from sugar cane alcohol destilery. Reactor 1 received vinasse without pre-treatment. Reactor 2 processed coagulated vinasse using a calcium-based biopolymer as coagulant. The two reactors were built in acrylic, with a volume of 1,5 liters each. The recirculation flow rate was 3. The operation of the reactors was divided in two phases: first, lasting 69 days, came to an end characterized by a failure (collapse) presented by the reactor 2. The second phase, lasting 37 days, came to an end characterized by another collapse. The main control parameter in the monitoring of the reactors was the quantification of organic matter in terms of COD. During Phase I, the reactor 1 showed average removal efficiency of 82,9 ± 4,4%, and the reactor 2 72,2 ± 18,1%. The organic loading rate (VOC) average applied to reactor 1, during this phase, was 5,3 ± 1,3 kg DQO/\'M POT.3\'d, and 5,3 ± 1,6 kg DQO/\'M POT.3\'d for the reactor 2. The failure occurred in the reactor 2 was evidenced by the sharp decrease of removal efficiency, reaching 33.7%. During Phase II, the reactor 1 showed average removal efficiency of 77,5 ± 9,4%, and the reactor 2 79,2 ± 9,7%. The average VOC applied to reactor 1, during this phase, was 5,1 ± 2,4 kg DQO/\'M POT.3\'d, and 5,0 ± 2,3 kg DQO/\'M POT.3\'d for reactor 2. At the end of this phase, the reactor 1 showed a removal efficiency of 80.9%, and the reactor 2 65.8%. Has also been analyzed, alkalinity and methane (\'CH IND.4\'). During all the phases, the alkalinity of both reactors was above 1000 mg \'CA\'CO IND.3\'/l, indicating stability in the reactors. The production of \'CH IND.4\' was 0.0507 ± 0.0232 l \'CH IND.4\'/h and 0.0326 ± 0.0838 l \'CH IND.4\'/h in phases I and II, respectively. For the reactor 2, the production of \'CH IND.4\' was 0,0307 ± 0,0137 l \'CH IND.4\'/h e 0,0800 ± 0,0297 l \'CH IND.4\'/h for the phases I and II, respectively. Assays were performed in mechanical granules strength, analysis of scanning electron microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy X-ray (EDS) and analysis of the microbial community, using molecular biology techniques. The tests of mechanical of granules strength indicate that the granules contained in the inoculum, reactors 1 and 2 are resistant to disintegration. The SEM and EDS analysis indicated the presence of calcium element with approximately 22% inoculum, 39% for reactor 1 and 50% for reactor 2, in the mass of the elements analyzed samples of granules. The microbial community analyzes indicated molecular similarity between the first and second reactor of 66.5 and 58% for Bacteria and Archea domain, respectively. Thus, it is assumed that the difference between the biota of the reactors would not be contributing to the failure given in the reactor 2.

A biomassa lignocelulósica é uma alternativa atrativa para o aumento na oferta de biocombustíveis, uma vez que é constituída de celulose e hemicelulose. Esses polímeros são constituídos principalmente de unidades menores de glicose e xilose, os quais por meio de bactérias anaeróbias termófilas, podem ser metabolizados em etanol. Portanto, estabeleceu-se o objetivo desse trabalho, em utilizar as principais fontes de carbono da biomassa lignocelulósica (celulose, glicose e xilose), e produzir etanol por meio da ação de consórcio microbiano selecionado a partir de inóculo termófilo e anaeróbio. O inóculo foi submetido a condição de crescimento com variação de pH (2,3,4,5,6,e 7) e variação de dois meios de cultivo em reatores em batelada, visando favorecer bactérias celulolíticas e fermentativas produtoras de etanol. Para a produção de etanol, o pH e meio de cultivo mais adequados foram 7,0 e Meio Thermoanaerobacter ethanolicus, respectivamente. A partir do inóculo enriquecido nas condições nutricionais de pH e meio de cultivo, prosseguiu-se a realização dos ensaios de produção de etanol a partir de celulose, glicose e xilose (1g/L de cada substrato), em pH 7 e meio T. ethanolicus. Os ensaios foram realizados em reator em batelada, em triplicata, a 55 ºC, ambos seguidos de um reator controle, sem adição desses substratos orgânicos. Os rendimentos de etanol foram de 1,73 mol etanol/mol glicose e 1,33 mol de etanol /mol de xilose. Para o substrato celulose obteve-se 1,88 mmol de etanol/g de celulose. Para os reatores controle de glicose, celulose e xilose, no qual o extrato de levedura foi a única fonte orgânica adicionada, a produção de etanol foi 1,27 mmol/L, 0,39 mmol/L e 1,65 mmol/L, respectivamente. Em todos os reatores foi detectado produção de ácido acético, ácido butírico e ácido propiônico. A produção de ácido acético foi de 5,73 mmol/L, 9,73 mmol/L e 14,45 mmol/L, para os reatores de glicose, celulose e xilose, respectivamente. No reator com glicose, observou-se baixo rendimento de hidrogênio (0,31 mol hidrogênio/mol glicose), e nos demais reatores não foi constatado produção desse gás. Em contrapartida, observou-se rendimentos de 6,6 mmol de metano/g de celulose e 0,68 mol de metano/mol de xilose para os respectivos reatores. Dessa forma, pode-se mencionar que em função das características do consórcio microbiano foi possível obter a degradação da celulose e metabolização da glicose e xilose em etanol. / Lignocellulosic biomass is an attractive alternative to increase biofuels proposal, as its composed of cellulose and hemicellulose. These polymers are consisted in individual molecules of glucose and xylose, through some thermophilic bacteria, can metabolize these carbohydrates in ethanol. Therefore, this study reports on using the principals carbon sources of lignocellulosic biomass (cellulose, glucose, and xylose), and producing ethanol through microbial consortium from anaerobic and thermophilic inoculum. The biomass was submitted to variation of pH (2,3,4,5,6, and 7) and two kinds of medium, due to ethanol production in batch reactors. For ethanol production, the optimized pH and medium were 7,0 and Thermoanaerobacter ethanolicus medium, respectively. The enriched culture was being cultivated in pH and medium experiments were used to ethanol production experiments that carried out in batch reactors, from cellulose, glucose and xylose were realized in triplicate and were maintained at 55 °C, in both batches had a control reactor (without these organics substrates). Positive results in ethanol yields were 1,73 mol ethanol/ mol glucose and 1,33 mol ethanol/ mol xylose. In celluloses reactors the microbial consortium was efficient in substrate degradation, however, was obtained lower ethanol yields (1,88 mol ethanol/ g cellulose). In control reactors from glucose, cellulose and xylose, that yeast extract was the unique organic source, ethanol production was 1,27 mmol/L, 0,39 mmol/L e 1,65 mmol/L, respectively. In all reactors were detected acetic, butyric and propionic acids. The acetic acid production was 5,73 mmol/L, 9,73 mmol/L e 14,45 mmol/L in glucose, cellulose and xylose reactors, respectively. For glucoses reactors were observed lower hydrogen production (0,31 mol hydrogen/ mol glucose), in the other reactors did not observed gases production. Instead of the following yields were obtained: 6,6 mmol methane/ g cellulose and 0,68 mol methane/ mol xylose. Taking this into account, microbial consortium enriched had characteristics to degrade cellulose and metabolize glucose and xylose to ethanol.

O crescimento do consumo energético trouxe a necessidade do desenvolvimento de fontes alternativas de energia, uma vez que os combustíveis fósseis, além dos impactos ambientais, constituem uma fonte finita, cuja formação leva milhares de anos para ocorrer. Neste contexto, surge o biodiesel, uma fonte de energia renovável e que pode ser obtido através da reação de transesterificação dos triglicerídeos presentes em óleos vegetais e gorduras animais com álcoois de cadeia curta. Assim como os combustíveis derivados do petróleo, o biodiesel deve seguir alguns parâmetros de qualidade estabelecidos pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). A estabilidade e a qualidade do biocombustível são afetadas por uma série de fatores, dentre os quais as concentrações de magnésio, cálcio, sódio, potássio, enxofre e fósforo. Visando unificar a determinação destes analitos através da espectrometria de absorção atômica e da espectrometria de absorção molecular de alta resolução e fonte contínua, foram propostos como métodos de preparo de amostra a digestão ácida e a fotodegradação para determinação de Mg, Ca, Na e K por FAAS, e análise direta para determinação de S e P por GF MAS. O preparo de amostra influenciou no limite de detecção dos elementos, visto que os melhores LOD para Na, K e Ca foram observados através da digestão ácida, especialmente na condição 2, empregando 6,0 mL de HNO3, 2,0 mL de H2O2 e 2,0 mL de HCl, enquanto que para Mg o menor LOD ocorreu para a fotodegradação por reação foto-Fenton. Os menores valores de RSD para Mg e Ca foram obtidos por fotodegradação foto-Fenton e por TiO2, respectivamente, e para Na e K por fotodegradação foto-Fenton e digestão ácida na condição 2, respectivamente. O biodiesel estava dentro das especificações exigidas pela legislação, então foram realizados testes de adição e recuperação para avaliar a exatidão dos métodos propostos. O Mg foi o analito cuja determinação apresentou as menores concentrações características, indicando maior sensibilidade, e também os menores LOD, enquanto que o cálcio apresentou a menor sensibilidade. A digestão ácida com 6,0 mL de HNO3 e 4,0 mL de H2O2 e a fotodegração foto-Fenton possibilitaram as melhores recuperações de analito considerando o conjunto dos 4 elementos, com variação de 88 % a 108 %. O padrão de enxofre a base de óleo mineral demonstrou não ser apropriado para a determinação de enxofre em biodiesel por análise direta. O uso de 2-mercaptoetanol como padrão, no entanto, possibilitou o estudo da molécula CS na amostra de biodiesel, apresentando-se mais compatível e com ganho de sensibilidade nas medidas. O emprego de Ir como modificador químico permanente e da mistura Pd/Mg permitiu boa estabilização da molécula CS, um LOD de 1,8 µg g-1 de biodiesel foi obtido, e a concentração de S na amostra não enriquecida foi de 6,2 µg g-1, abaixo do limite máximo permitido. Para o fósforo, somente foi possível obter sinal analítico em 246,40 nm, correspondente a uma transição rotacional da molécula PO, utilizando W como modificador químico. O LOD obtido foi de 2,2 µg g-1, e a concentração estimada na amostra pura pela curva de adição padrão estava entre o LOD e o LOQ calculados, abaixo do limite máximo permitido. Os métodos desenvolvidos mostraram-se apropriados para a determinação dos analitos na amostra de biodiesel via espectrometria de absorção atômica/molecular por chama e forno de grafite, atendendo a legislação vigente / The increase in the energy consumption over the last years led to the research and development of alternatives sources of energy, once the fossil fuels, besides their environmental effects, represent a finite source which takes thousands of years to be formed. In this context, biodiesel arises as a renewable source that can be produced by the transesterification reaction between triglycerides of vegetable oils or animal fat and short chain alcohols. As well as for oil-derived fuels, biodiesel must obey some quality specifications established by the National Petroleum, Natural Gas and Biofuel Agency (NPA). The stability and quality of biofuels are influenced by conditions such as the concentration of magnesium, calcium, sodium, potassium, sulfur and phosphorus. This study aims to unify the determination of these elements by atomic absorption spectrometry and high-resolution continuum source molecular absorption spectrometry techniques. The proposed methods of sample treatment are the acid digestion and the photodegradation for Mg, Ca, Na and K by FAAS, and the direct analysis for S and P by GF MAS. The limits of detection were influenced by the sample treatment. The lowest LOD values for Na, K and Ca were observed through acid digestion, especially second condition (6,0 mL of HNO3, 2,0 mL of H2O2 and 2,0 mL of HCl), while for Mg the lowest LOD was achieved by photo-Fenton photodegradation. The lowest RSD values for Mg and Ca were observed by photo-Fenton and TiO2 photodegradations, respectively, and for Na and K by photo-Fenton photodegradation and acid digestion (condition 2), respectively. The biodiesel sample was within the specifications legally required, therefore recovery tests were used to evaluate the accuracy of the proposed methods. Magnesium was the analyte whose determination showed the lowest characteristic concentrations, which indicates the best sensitivity, and also the lowest detection limits, while calcium was the least sensitive analyte. The acid digestion (6.0 mL of HNO3 and 4.0 mL of H2O2) and photodegradation by photo-Fenton reaction allowed the best recoveries, considering the set of 4 analytes, ranging from 88 % to 108 %. The oil-based standard was not appropriated for sulfur determination in biodiesel sample by direct analysis. The use of 2-mercaptoethanol as a standard led to a better sensitivity, in addition to the compatibility with the sample. Iridium as permanent chemical modifier, along with a mixture of Pd/Mg, provided good stabilization of CS molecule, a LOD of 1.8 µg g-1 was achieved, and the sulfur concentration in the biodiesel sample, obtained by standard addition method, was 6.2 µg g-1, below the limit legally established. Regarding phosphorus study for determination in biodiesel, an acceptable analytic signal was obtained at 246.40 nm, which corresponds to a rotational transition of PO molecule. The calculated LOD was 2.2 µg g-1, and the estimated concentration in the pure sample, obtained by a standard addition curve, was between the LOD and LOQ, below the limit legally established. The developed methods were appropriated for determination of the proposed analytes set in biodiesel sample by atomic/molecular absorption spectrometry, in agreement with current legislation

Os cecos gástricos de Rhynchosciara americana e de outros insetos são órgãos envolvidos em digestão terminal e/ou absorção de nutrientes. Devido a isso, a sua disposição na região anterior do ventrículo é intrigante. Uma explicação para essa localização seria a existência de uma circulação endo-ectoperitrófica de fluidos e de enzimas digestivas, como foi proposto anteriormente em R. americana. Afim de procurar reforçar o modelo proposto procurou-se obter dados sobre a ultraestrutura das células do tubo digestivo e sobre a composição enzimática de suas microvilosidades. As células dos cecos e do ventrículo posterior distal tem uma ultraestrutura bastante semelhante; elas possuem grandes microvilosidades apicais e a membrana plasmática basal apresenta invaginações com mitocôndrias associadas, embora a maioria dessas organelas sejam encontradas no citoplasma apical. O compartimento extracelular delimitado por essas invaginações da membrana basal apresenta poucas aberturas para a hemolinfa, o que dá à célula a possibilidade de concentrar solutos nesse compartimento. As células do ventrículo anterior possuem microvilosidades apicais muito pequenas e um sistema elaborado de invaginações da membrana basal, com muitas mitocôndrias associadas, e que se estendem até quase o ápice das células. O compartimento extracelular delimita do por essas invaginações apresenta, nessas células, grande número de aberturas para a hemolinfa. O ventrículo posterior proximal representa uma região de transição entre o ventrículo anterior e o ventrículo posterior distal. A ultraestrutura dos cecos e ventrículo posterior distal é coerente com uma função na absorção de fluidos, enquanto que aquela do ventrículo anterior e coerente com uma função de secreção de fluidos. A análise da composição de enzimas nas microvilosidades das diferentes regiões do intestino médio mostrou novamente que as células dos cecos e do ventrículo posterior distal são semelhantes e também que devem estar envolvidas na digestão terminal dos nutrientes, pois possuem alta atividade específica para hidrolases de oligômeros. As células do ventrículo anterior (e do ventrículo posterior proximal) possuem microvilosidades com atividade específica muito baixa para as hidrolases de oligômeros, corno seria de esperar para urna célula que estivesse secretando fluidos, pois o substrato seria continuamente arrastado para longe da enzima. Os dados obtidos permitiram reforçar e refinar o modelo da circulação endo-ectoperitrófica de enzimas em R.americana. Para melhor compreensão da digestão terminal de proteínas em R.americana, aminopeptidases de diferentes regiões do tubo digestivo foram estudadas. As aminopeptidases do lúmen e do citossol das células dos cecos são semelhantes, e ambas diferem daquelas presentes na membrana plasmática dessas células. Os dados obtidos apoiam a hipótese de que a maioria das aminopeptidases solúveis nas células dos cecos são enzimas em via de serem secretadas para o lúmen e somente urna quantidade muito pequena pode ter urna função intracelular. Para iniciar o estudo das propriedades das enzimas envolvidas na digestão terminal, a celobiase ligada a membrana plasmática dos cecos foi escolhida. A celobiase solubilizada por Triton X-100 apresenta um peso molecular de 106.000 e um pI de 5,4, enquanto que a solubilização por papaína resulta em urna molécula com peso molecular de 65.000 e um pI de 4,7. A celobiase solubilizada por papaína e purificada por centrifugação em gradientes de densidade hidrolisa β-glicosídeos, β-galactosídeos e β-fucosídeos em um mesmo sítio ativo. Com base na comparação entre os Kis e os Kms para celobiose e para pNPβGli e na constância do Km obtido em diferentes pHs, tem-se uma forte evidência que essa enzima opera segundo uma cinética de equilíbrio rápido e não de estado estacionário. O fato da hidrólise da ligação β-glicosídica ocorrer sem inversão da configuração, ocorrer uma grande inibição da celobiase pela δ-gliconolactona e substituintes do radical aglicone influenciarem a constante catalítica sugere que, no mecanismo de catálise da celobiase, há formação de um íon carbônium intermediário e que não há formação de um complexo covalente enzima-substrato. / The gastric caeca of Rhynchosciara americana and other insects are involved in terminal digestion and/or absorption of nutrients. Due to that, their occurrence near the oesophagus is puzzling. One explanation for this should be the existence of an endo-ectoperitrophic circulation of fluids and digestive enzymes as previously proposed for R. americana. In order to support the proposed model of endo-ectoperitrophic circulation of digestive enzymes, fine structural and enzymological data on the midgut cells were obtained. Midgut caecal and distal posterior ventricular cells have a similar ultrastructure characterized by large apical microvilli and a basal plasma membrane infolded with associated mitochondria which are, nevertheless, more conspicuous in the apical cytoplasm. The fact that the basal plasma membrane infoldings constitute an extracellular compartment, with few openings into the underlying extracellular space, should permit the cell concentrate solutes in that compartment. The anterior ventricular cells possess small microvilli disposed in the cell apexes and elaborate mitochondria-associated basal plasma membrane infoldings extending almost to the tips of the cells. These infoldings display regular openings into the underlying extracellular space. The proximal posterior ventriculus represents a transition region between the anterior ventriculus and the distal posterior ventriculus. The fine structure of caeca and distal posterior ventricular cells is in accordance to their presumed function in fluid absorption, whereas the fine structure of anterior ventricular cells suggests a function in fluid secretion. Hydrolase assays in microvilli samples prepared from cells of different midgut regions showed that caeca and distal activities for digestive enzymes, suggesting a role in terminal posterior ventricular cells are alike in displaying high specific digestion. In contrast, very low specific activities of digestive enzymes were found in anterior ventricular cells, in accordance to their proposed function in fluid secretion. The results lend support to the model of the endo-ectoperitrophic circulation of digestive enzymes in R. americana. In order to extend our knowledge on protein terminal digestion, the aminopeptidases from cytosol and lumen were found to be similar and to differ from caecal microvillar aminopeptidades. The data support the assumption that the majority of the soluble aminopeptidases from the caecal cells are enzymes en route to their being secreted and only a minor amount would have a typical intracellular function. Caecal plasma membrane-bound cellobiase was chosen to initiate a detailed study of the properties of the enzymes involved in terminal digestion. The Triton X-100-solubilized cellobiase displays a molecular weight of 106.00 and a pI of 5.4, whereas the papaintreated cellobiase shows a molecular weight of 65.000 and a pI of 4.7. The papain-solubilized cellobiase, after being purified by density gradient centrifugation, hydrolyze β-g1ucosides, β-galactosides and β-fucosides in the same active site. The cellobiase seems to operate according to a rapid equilibrium kinetics, since the Km for cellobiose is constant over a wide range of pHs and the Km for cellobiose and pNPβGlu are identical to their Kis in a experiment of competition between substrates. The hydrolysis of the β-g1ucosidic bound occurs without inversion of configuration, δ-gluconolactone is a strong inhibitor of cellobiase and substituints in the substrate aglycone affects the catalytic constant of the reaction. These data support the assumption that the mechanism of the reaction catalysed by cellobiase involves the intermediary formation of a carbônium ion, instead of a glucosyl-enzyme intermediate.

Orientador: Ribeiro, Clóvis Augusto / Banca: Salvador Claro Neto / Banca: Eder Tadeu Gomes Cavalheiro / Banca: Luciana Camargo de Oliveira / Banca: Evaneide Nascimento Lima / Resumo: O crescimento na produção brasileira de cana-de-açúcar devido, principalmente, à obtenção de açúcar e álcool é motivado pelo aumento na exportação deste subproduto e produção de veículos bicombustíveis, respectivamente. Desta maneira, há maior geração de bagaço, embora possuindo inúmeras utilidades, muitas vezes existe um excesso remanescente do total gerado. Assim, são necessários estudos que viabilizem o uso deste resíduo. Neste trabalho foi estudada a modificação da fração lignocelulósica durante o processo de compostagem e biodigestão anaeróbia do bagaço de cana-de-açúcar. Amostras foram coletadas em diferentes períodos para ambos os processos (0 (cru), 7; 45; 60; 90; 120; 272 dias; 1 ano e 1 ano e 2 meses) e acompanhadas por meio de parâmetros como: pH, umidade, temperatura, presença de metais e demanda química de oxigênio. A caracterização foi feita com o auxílio de técnicas termoanalíticas (TG/DTG/DTA e DSC) e espectroscopia na região do infravermelho. As amostras provenientes dos processos aeróbios e anaeróbios foram submetidas às extrações de lignina, utilizando-se dioxano/HCl (9:1) e, de celulose e hemicelulose, as quais foram obtidas do resíduo sólido resultante da extração de lignina. O comportamento térmico e espectros de infravermelho dessas substâncias foram avaliados e, comparadas suas degradações e modificações na ausência e presença de oxigênio. Os resultados obtidos mostraram que a digestão anaeróbia é mais lenta que a compostagem na decomposição de seus constituintes, principalmente, lignina e celulose/hemicelulose, fato comprovado por suas respectivas curvas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC); além da constatação de modificações nas estruturas de lignina e celulose ao longo dos dois processos, bem como, fortes evidências... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The growth in the Brazilian sugarcane production, mainly, due to obtain sugar and alcohol is motivated by the increase in export of this subproduct and production of flex-fuel vehicles, respectively. This way, there is a larger bagasse generation, although having many uses, often there is an excess remaining of the total generated. Thus, studies are needed that allow the use of this waste. The modification lignocellulosic fraction during composting and anaerobic biodigestion process of sugarcane bagasse was studied in this work. Samples were collected in different periods for both process (0 (raw); 7; 45; 60; 90; 120; 272 days and 1 year and 1 year and 2 months) and monitored by parameters, such as: pH, humidity, temperature, presence of metals and chemical oxygen demand. The characterization was made with help of thermoanalytical techniques (TG/DTG/DTA e DSC) and infrared spectroscopy. The samples from aerobic and anaerobic process were submitted to lignin extraction, using dioxane/ HCl (9:1), and hemicelluloses/cellulose extraction which were obtained from solid residue resulting of lignin extraction. The thermal behavior and infrared spectra from these substances were evaluated and then compared their degradation and changes in the oxygen presence and absence. The obtained results have showed that anaerobic digestion is slower than composting in its constituents decomposition, mainly, lignin and cellulose/hemicellulose, as demonstrated by their respective curves of Differential Scanning Calorimetry (DSC); besides verifying changes in the cellulose and lignin structures through the two process, as well as, strong evidences of lignin in the cellulose extract and, rare assignments of cellulose to lignin extracted. Concerning to humification, a greater tendency for composting samples was observed, mainly... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Nilva Kazue Sakomura / Coorientador: Gabriel da Silva Viana / Banca: Antonio Gilberto Bertechini / Banca: Flávio Alves Longo / Resumo: Foram conduzidos dois ensaios para avaliar os efeitos da suplementação de diferentes fontes de fósforo sobre o desempenho, digestibilidade de minerais e características ósseas de frangos de corte. Um total de 1,200 frangos machos, Cobb 500® foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado, com quatro tratamentos e dez repetições com 30 aves cada. Os tratamentos experimentais consistiram de duas dietas formuladas, diferindo entre si quanto à fonte de P: fosfato bicálcico (FB) ou farinha de carne e ossos (FCO). Nos outros dois tratamentos, a única fonte de fósforo disponível foi o ácido fosfórico conjugado com ácido ricinoleico, que foram incluídos a 1kg/ton (FO - 1,0) e 1,5kg/ton (FO - 1,5). Aos 21 e 42 dias de idade, aves e rações foram pesados para determinar o ganho de peso corporal (GP) e o consumo de ração (CR). A conversão alimentar (CA) foi obtida a partir desses dados. Aos 42 dias de idade, duas aves por unidade experimental foram selecionadas, abatidas e tiveram as tíbias removidas para posterior análise do teor de Ca, P e cinzas. Para o ensaio de digestibilidade, 240 frangos de corte machos da linhagem Cobb 500®, foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado com 4 tratamentos e 10 repetições, sendo 6 animais por unidade experimental. Os tratamentos foram representados pelas mesmas dietas utilizadas no ensaio de desempenho. As aves receberam as dietas experimentais por 10 dias (do 15º ao 25º de idade), sendo cinco dias de adaptação e cinco dia... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Two trials were conducted to evaluate the effects of supplementation of different sources of phosphorus on performance, nutrient digestibility and bone characteristics of broilers. A total of 1.200 d-old male Cobb500® broilers were randomly assigned to one of four dietary treatments with ten replicates of 30 birds. Experimental treatments consisted of two diets formulated, differing from each other with regard to the source of available P: dicalcium phosphate (DP) or meat-bone meal (MBM). In the other two treatments, despite the phosphorus contained in cereals, the unique source of available phosphorus was the phosphoric acid conjugated with ricinoleic acid, which were included at 1kg/ton (OP - 1.0) and 1.5kg/ton (OP - 1.5). At 21 and 42 d of age, birds and feeders were weighted to determine body weight gain (BWG) and feed intake (FI). Feed conversion ratio (FCR) was obtained from these data. At 42 d of age, two broilers per pen were selected, slaughtered and tibia were removed for further analysis of calcium (Ca), P and ash content. For the digestibility assay, a total of 240 males, Cobb 500® were randomly distributed in four treatments and 10 replicates of six broilers each. The diets tested in digestibility trial were the same used in performance assay. Broilers received the experimental diets for 10 days (from 15 to 25 days old), five days of adaptation and five days for excreta collection. The excreta was sampled to determine dry matter, total inorganic P and Ca used to ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

The aim of this thesis was to evaluate the feeding and nutrition of tropical farmed fish and shrimp, targeting its applicability to aquaculture farming. The study of the actual panorama of aquafeed quality for tilapia Oreochromis niloticus and shrimp Litopenaeus vannamei farmed in Brazil showed that the proximate compositions between the analyzed feeds were mostly consistent with the declared values from the manufacturers, however, the feed water stability showed the opposite; the in vitro pH-stat species-specific method to determine the protein degree of hydrolysis (DH) showed to be a useful tool to evaluate feed quality; and NIRS technique can be used in many applications throughout the aquafeed industry, being an efficient tool for rapidly assessing feed quality in terms of DH. A second study evaluated the acid-insoluble ash (AIA) and chromic oxide (Cr2O3) as inert markers and feed processing method (industrial extruded vs. laboratory cold pelleted) to determine apparent digestibility coefficient (ADC) of dry matter and crude protein of juvenile L. vannamei. The AIA showed to be an effective natural endogenous marker for digestibility trials with L. vanammei, however, for commercial feeds attention should be paid to feed AIA level; the extruded feed showed better animal performance than the cold pelleted feed, however, ADC of both feeds were not significantly different from each other. Further, two feeding trials were conducted with juvenile cobia Rachycentron canadum: (1) feeding trial conducted within floating net cages to test the nutritional efficacy of different dietary feeding regimes ranging from the use of trashfish, in-house formulated feeds, to dry commercial extruded marine fish feed; and (2) feeding trial conducted within indoor water-recirculated tanks to test the nutritional efficiency of different potential dietary fishmeal replacers within dry in-house prepared diets. Generally, fish performance was superior in the net-cage feeding trial compared with the indoor water-recirculated tank trial; overall, the fish growth and performance of the experimental diets were very similar, showing that the alternative ingredients could be included and replace part (50%) of the fishmeal component; the results from both trials concluded that the cobia requires practices diets with high levels of crude protein and lipid, and the inclusion of alternative plant-based and terrestrial animal protein sources was possible; the quantitative essential amino acid (EAA) requirement values estimated by the protein accretion method was highly correlated to the average of each of the EAA requirement for the species of carnivorous fish reported in the literature, and could be recommended for formulation of commercial feed for cobia R. canadum. Finally, a tentative to quantify the total sulfur amino acid requirement of juvenile Florida Pompano Trachinotus carolinus, was performed using combinations of various soybean protein products in order to develop cost-effective and environmentally-friendly diets. Although there was an apparent tendency in the results, the range of methionine levels employed in this study may not have been broad enough to accurately measure the dietary concentration necessary to estimate the total sulfur amino acid requirement; in addition, high variation results among the three replicates per diet did not provide sufficiency robustness for its estimation; this study within 45 days should not have been enough to show significant differences among the treatments. Long term feeding trials would be recommended from fingerling/juvenile to market size with full nutritional and economic evaluation of results. / O objetivo dessa tese foi avaliar a alimentação e nutrição de peixes e camarões tropicais cultivados, visando a sua aplicação à aquicultura. O estudo do atual panorama da qualidade das rações para tilapia e camarão cultivados no Brasil mostrou que a maioria das composições proximais das rações analisadas foram consistentes com os valores declarados pelos fabricantes, porém, a estabilidade das na água mostrou-se o oposto; o método in vitro pH-stat com enzimas espécie-específica, para determinação do grau de hidrólise da proteína (DH), mostrou ser uma ferramenta útil para avaliar a qualidade das rações; a técnica da espectrofotometria do infravermelho próximo (NIRS) pode ser usada em várias aplicações na indústria de alimentos aquáticos, sendo uma ferramenta eficiente para avaliar rapidamente a qualidade dos alimentos em termos de DH. Um segundo estudo avaliou a cinza insolúvel em ácido (AIA) e óxido de cromo (Cr2O3) como marcadores inertes, além de métodos de processamento de alimentos (extrusado industrial vs. peletizada a frio no laboratório) para determinar o coeficiente de digestibilidade aparente (ADC) da matéria seca e proteína bruta de juvenis de L. vannamei. O AIA mostrou ser um marcador endógeno natural eficaz para ensaios de digestibilidade com L. vanammei, no entanto, atenção especial deve ser dada aos níveis de AIA nas rações comerciais; a ração extrusada teve a melhor performance dos animais, porém, os valores de ADC entre as rações não foram diferentes significantemente. Além disso, dois experimentos de alimentação foram conduzidos com juvenis de beijupirá Rachycentron canadum: (1) experimento realizado em tanques-rede flutuantes para testar a eficácia nutricional de diferentes regimes alimentares, variando entre rejeito de pesca, rações preparadas em laboratório, e ração comercial extrusada; e (2) um experimento realizados em tanques com recirculação de água para testar a eficiência nutricional de diferentes potenciais substitutos de farinha de peixe, com dietas completadas preparadas em laboratório. Em geral, o desempenho dos peixes foi superior no experimento nos tanques-rede, comparado com o experimento nos tanques de recirculação de água; no geral o crescimento e performance dos peixes das dietas experimentais foram bem similares, concluindo que ingredientes alternativos podem ser incluídos e substituírem parte (50%) da farinha de peixe das rações; os resultados de ambos os estudos concluíram que o beijupirá requer dietas práticas com alto teores de proteína bruta e lipídeos, e a inclusão de fontes proteicas de origem vegetal e animal foi possível. Os valores quantitativos das exigências de amino acido essenciais (EAA) estimados pelo método de acreção de proteína na carcaça foram altamente correlacionados com as médias de exigência de cada EAA das as espécies de peixes carnívoros encontrados na literatura, e pode ser recomendado para a formulação de ração comercial para beijupirá R. canadum. Por ultimo, uma tentativa de quantificar as exigências de amino ácidos sulforosos totais para Florida Pompano Trachinotus carolinus, foi realizada utilizando combinações de vários ingredientes proteicos a base de soja, a fim de desenvolver dietas de baixo custo e ecologicamente sustentáveis. Embora houve uma tendência clara nos resultados, os intervalos dos níveis de metionina utilizados nesse estudo podem não ter sido amplos o suficiente para medir com precisão a concentração alimentar necessária para estimar a exigência dos de amino ácidos sulforosos totais; além disso, a alta variação entre as replicas não forneceu uma estimativa robusta; este estudo de 45 dias não deve ter sido suficiente para mostrar diferenças significativas entre os tratamentos.

O objetivo deste estudo foi avaliar a biohidrogenação ruminal e o fluxo intestinal de ácidos graxos em vacas leiteiras suplementadas com diferentes fontes lipídicas. Foram utilizadas 8 vacas da raça Holandesa no terço médio de lactação (180 ± 20 dias em lactação; média ± DP) canuladas no rúmen e abomaso (580 ± 20 kg de peso corporal; media ± DP), agrupadas em dois quadrados latinos 4 x 4 balanceados, que foram alimentadas com as seguintes dietas: 1) Controle (C), dieta a base de milho e farelo de soja; 2) Óleo de soja (OS); 3) Grão de soja in natura (GS); e 4) sais de cálcio de ácidos graxos insaturados (SC). Houve efeito das fontes lipídicas (P<0,05) sobre o consumo de matéria seca, proteína bruta, FDN e CNF, onde os animais submetidos às dietas com estas fontes apresentaram menor consumo. Os valores de ph ruminal foram maiores (P<0,05) para os animais suplementados com as fontes lipídicas. A relação C2/C3, foi menor (P<0,05) nos animais que receberam as dietas com lipídios. A produção de leite, síntese de proteína microbiana e os balanços de energia e nitrogênio não foram influenciados pelas dietas experimentais. Os animais que receberam as dietas contendo fontes lipídicas apresentaram maiores concentrações séricas de colesterol total (P<0,05). A utilização de grão de soja cru integral influenciou positivamente o teor de gordura no leite, e levou a menores concentrações de CLAs no perfil de AG do leite. A digestibilidade da FDN e a taxa de passagem da MS foram menores nos animais submetidos às dietas com fontes lipídicas (P<0,05). O consumo e fluxo abomasal de AG foram maiores (P<0,05) nos animais suplementados com fontes lipídicas. As fontes protegidas (SC e GS), promoveram maior fluxo abomasal de C18:2 e menores taxas de bio-hidrogenação quando comparados com a dieta OS. A utilização de grão de soja cru e integral aumentou o fluxo abomasal de C18:2 com menores alterações nos processos digestórios e no metabolismo animal. / The objective of this study was to evaluate the ruminal biohydrogenation and intestinal flow of fatty acids in dairy cows supplemented with different lipid sources. Eight Holstein cows in mid lactation (180 ± 20 days in milk; mean ± SD) cannulated in the rumen and abomasum (580 ± 20 kg body weight; mean ± SD) were assigned randomly into in two 4 x 4 balanced latin squares, fed with the following diets: 1) control (C) diet based on corn and soybean meal; 2) soybean oil (SO); 3) whole raw soybean (WS); and 4) calcium salts of unsaturated fatty acids (CS). There was effect of lipid sources (P <0.05) on intake of dry matter, crude protein, NDF and NFC, where the animals fed with these sources had lower values. The ruminal pH values were higher (P <0.05) for animals supplemented with lipid sources. The C2 / C3 ratio was lower (P <0.05) in animals fed diets with lipids. Milk production, microbial protein synthesis and energy and nitrogen balances were not influenced by experimental diets. Animals fed diets containing lipid sources had higher serum concentrations of total cholesterol (P <0.05). The use of whole raw soybean influenced positively the fat content in milk, and led to lower concentrations of CLAs in the milk FA profile. NDF digestibility and DM passage rate were lower in animals fed diets with fat sources (P <0.05). Intake and abomasal flow of FA was higher (P <0.05) for animals supplemented with fat sources. Protected sources (CS and WS) promoted greater abomasal flow of C18: 2 and smaller biohydrogenation rate compared to the SO diet. The use of whole raw soybean increased abomasal flow of C18: 2, with less changes in digestive processes and animal metabolism.

Lipases hidrolisam triacilgliceróis a glicerol e ácidos graxos. Neste trabalho foram estudadas as lipases digestivas no mosquito Aedes aegypti (larva e adulto) e no carrapato Amblyomma cajennense, vetores de Dengue e da Febre Maculosa. As lipases estudadas pertencem a família das lipases neutras, são estáveis em ampla faixa de pH e em altas temperaturas. Estas enzimas apresentam maior eficiência hidrolítica sobre substratos de cadeias carbônicas curtas (butirato e heptanoato). As lipases digestivas nas duas fases de desenvolvimento do mosquito são distintas cinéticamente. O estudo combinado do genoma de Ae. aegypti e PCR comprovaram a expressão diferencial destas enzimas constituintes de uma família multigênica envolvida na expressão de lipases digestivas provavelmente reguladas pela dieta. / Lipases hidrolyse triacylglycerol to glycerol and fat acids. In the present work we studied the digestive lipases from Aedes aegypti (larvae and adults) and Amblyomma cajennense. Studied lipases belong to the neutral lipase family, stable in a large range of pH and to high temperatures. These enzymes have a higher catalytic efficiency upon short substrates like butyrate and heptanoate. The digestive lipases from both larval and adult mosquitoes are kinetically distinct. Combined study of Ae.aegypti genome and PCR showed the differential expression of lipases which belong to a multigenic family of enzymes probably regulated by diet.

O resíduo da primeira destilação do vinho, a vinhaça, destaca-se dentre os demais gerados na produção de etanol de cana-de-açúcar pelo seu grande volume e alta concentração de substâncias orgânicas. O tratamento anaeróbio desse efluente pode melhorar suas características físico-química (e.g. pH e DQO) além de produzir um combustível alternativo ao gás natural, o biogás. No entanto, apesar dos possíveis ganhos energéticos e ambientais, essa tecnologia apresenta dificuldades em se tornar viável no setor sucroenergético. Tendo em vista esse cenário, este trabalho propõe uma nova análise termodinâmica, baseada no método exergético, do potencial da vinhaça e do biogás provindo de seu tratamento. Para isso, modelou-se a digestão anaeróbia da vinhaça por meio do ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) e atualizou-se o cálculo da exergia química deste efluente. Assim, os resultados obtidos indicam que o tratamento anaeróbio pode recuperar uma significativa parcela da exergia descartada com a vinhaça (44-52% de 189-1529 kJ/l), dependendo da degradabilidade e concentração do material orgânico, bem como o regime de operação do reator anaeróbio. Nota-se também, que apesar de a digestão anaeróbia ser mais eficiente com maiores tempos de retenção hidráulica, é preferível maximizar o volume de vinhaça tratada em detrimento da qualidade de conversão. Além disso, o desempenho anual da geração de biogás também é afetado pelo seu processo de partida e pela sazonalidade da produção de etanol. Por outro lado, a planta de biogás promove maiores reduções de exergia destruída em comparação com a fertirrigação e a concentração de vinhaça. Possíveis integrações térmicas entre a planta de biogás e a unidade de concentração de vinhaça foram propostas e analisadas, atingindo melhores eficiências exergéticas e reduzidas demandas térmicas. De forma geral, esse estudo demonstra a aplicação do método exergético na valorização de resíduos orgânicos por meio da produção de biogás. / The residue of the first distillation of wine, vinasse, stands outs in the sugarcane ethanol production due to its huge volume and high concentration of organic substances. The anaerobic treatment of this effluent can enhance its physical-chemical characteristics (e. g. pH and COD) in addition to produce an alternative fuel to natural gas, the biogas. However, although there are possible gains in the energy and environmental aspects, this technology presents difficulties to become viable in Brazilian market. Therefore, this work proposes a new thermodynamic analysis, based on the exergy method, of the potential of vinasse and biogas produced in its anaerobic treatment. In order to accomplish this, the anaerobic digestion of vinasse was modeled with ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) and the chemical exergy calculation of this effluent was updated. Thus, the results obtained indicate that the anaerobic treatment can recover a significant part of vinasse exergy (44-52% of 189- 1529 kJ/l), depending on the digestible material concentration, as well as the anaerobic reactor operation. It also can be notice that, although anaerobic digestion be more efficient at higher retention times, it is desirable to maximize treated vinasse volume to the detriment of conversion quality. Furthermore, the biogas production yearly performance is also affected by the reactor start-up process and the ethanol production seasonality. On the other hand, the biogas plant promotes higher reductions of exergy destruction in comparison with fertirrigation and vinasse concentration. Possible thermal integrations between the biogas plant and the vinasse concentration plant were proposed and analyzed, reaching better exergy efficiencies and reduced thermal demand. In general, this study demonstrates the exergy method application in organic residues upgrade by biogas production.