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

Orientadores: Silvia Azucena Nebra de Pérez, Joaquim Eugênio Abel Seabra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MosqueiraSalazar_KleverJoao_M.pdf: 3838720 bytes, checksum: c2f6132a9e3da195a47d32604b8252c3 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção e o consumo de biocombustíveis têm aumentado rapidamente nos últimos anos, no entanto, esse crescimento tem levantado questões a respeito da sua sustentabilidade. Uma nova configuração da produção de biocombustíveis, chamados de segunda geração, a partir principalmente de resíduos agroindustriais como o bagaço de cana-de-açúcar, se apresenta como uma solução frente àquelas questões, ao aumentar a produção com o mesmo volume de recursos. Não obstante, a sua sustentabilidade no que diz respeito ao uso da água ainda precisa ser comprovada, devido a que o consumo de água na fase industrial é considerado um ponto crítico decorrente do seu aumento durante o processo de hidrólise, ao se desenvolver este em soluções com baixas concentrações de sólidos. Assim, este estudo objetiva a avaliação de alguns aspectos da sustentabilidade da produção integrada de etanol de primeira e segunda geração a partir da cana-de-açúcar para diferentes cenários, comparada ao processo convencional, através do impacto no consumo de água por litro de combustível produzido, e mediante uma análise exergética do processo visando determinar a influência deste processo nos custos exergéticos dos produtos da planta. Foi realizado um inventário dos consumos de água por cada processo durante a produção de etanol, e identificou-se ainda o potencial de reúso dos efluentes visando a redução da captação externa de água. Os resultados revelaram que mesmo com a introdução do novo processo, através de adequadas medidas de reúso como o fechamento de circuitos de água, e o tratamento dos novos efluentes na produção integrada, produzindo inclusive biogás, é possível atingir patamares de captação de água muito próximos aos já existentes no atual setor sucroalcooleiro. Por outro lado, desde a visão da termodinâmica, quando considerados como produtos o etanol anidro e a eletricidade excedente no processo convencional, foi alcançada uma eficiência de segunda lei igual a 28%, enquanto no processo integrado, considerando ademais ao biogás como produto, foram atingidos maiores desempenhos na gestão dos recursos com valores na faixa de 35 a 37% devido ao aumento da produção de etanol e eletricidade excedente. Adicionalmente, foram encontrados aumentos entre 13,5% e 10,2% nos custos exergéticos do etanol anidro durante a produção integrada, decorrente principalmente das maiores irreversibilidades geradas na caldeira com o aumento da produção de vapor / Abstract: Production and consumption of biofuels have been growing rapidly in the last few years; however, this rapid growth has raised questions regarding its sustainability. A new configuration of biofuel production, the so called second generation biofuels, mainly produced from agroindustrial residues such as sugarcane bagasse, appears as a solution to those issues, increasing production with the same amount of resources. Nevertheless, its sustainability relative to water use has still to be proven; because of water use in industrial stage is considered critical, due to its increase during the hydrolysis process, which occurs in solutions with low concentrations of solids. Thus, this study aims the assessment of some sustainability topics of the integrated production of first and second generation ethanol from sugarcane compared to the conventional process, through the impact on consumption of water per liter of fuel produced, and by an exergy analysis of the process to determine its influence in the exergetic cost of the main plant's products. It was perfomed an inventory of water consumption by each process during ethanol production and it was even identified the potential of effluents for recycling in order to reduce water withdrawal. Results showed that considering the introduction of the new process, and through appropriate procedures of reuse, such as closing water circuits and treatments of new effluents from integrated production, producing even biogas, it is possible to achieve water withdrawals close enough to those existing in current ethanol plants. Moreover, from the thermodynamic point of view, considering ethanol and surplus electricity as the major products in the conventional process, it was obtained a second law efficiency equal to 28%, while in the integrated process, when considering biogas also as a product, it was reached a greater performance in resources management with values in the range of 35 to 37% owing to the larger ethanol and surplus electricity production. Additionally, increases between 13,5 and 10,2% in the exergetic costs of anhydrous ethanol in the integrated production were found mainly due to irreversibilities generated in the boiler for steam production / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Hélia Harumi Sato / Texto em português e inglês / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T21:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_RuannJanserSoaresde_M.pdf: 2807315 bytes, checksum: e6965e5648d4556cb18db9b7869a58c4 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As proteases constituem um dos mais importantes grupos de enzimas produzidos comercialmente, apresentando diversas aplicações nas indústrias de alimentos e farmacêutica. A utilização de proteases na hidrólise enzimática de proteínas para obtenção de peptídeos com propriedades antioxidantes tem recebido grande notoriedade nas pesquisas científicas. Nesse contexto, o presente trabalho visou estudar a produção e caracterização bioquímica de protease de Aspergillus oryzae LBA 01 obtida por processo fermentativo em estado sólido e avaliar a aplicação desta protease e de preparações comerciais na hidrólise de proteínas para obtenção de hidrolisados com atividade antioxidante. A maior produção de protease por A. oryzae LBA 01 foi observada em meio de cultivo composto de farelo de trigo, peptona (2,0% p/p) e extrato de levedura (2,0% p/p) sob as seguintes condições: 50,0% de umidade inicial, inóculo de 107 esporos.g-1 e incubação a 23°C por 72h. A caracterização bioquímica, realizada por planejamento experimental, mostrou que a protease apresentou maior atividade na faixa de pH 5,0-5,5 e 55-60°C, e estabilidade no intervalo de pH 4,5-6,0 após 1h de tratamento na faixa de temperatura de 35-45°C. Proteína isolada de soja, soro de leite e clara de ovo apresentaram aumento expressivo nas suas propriedades antioxidantes quando hidrolisadas com diferentes proteases microbianas. A aplicação de protease comercial Flavourzyme® 500L, obtida de A. oryzae, para a hidrólise de proteína isolada de soja, resultou na obtenção de hidrolisados com maior atividade antioxidante quando comparados aos hidrolisados preparados com as proteases de A. oryzae LBA 01 e a protease comercial Alcalase® 2.4L de Bacillus licheniformis. As condições de hidrólise, definidas a partir de delineamento composto central rotacional (DCCR), foram: concentração de substrato de 90,0 mg.mL-1 e adição de 70,0 U de protease por mL de mistura reacional (U.mL-1), resultando em 775,17 e 11,83 Trolox EQ µmol.g-1, para os ensaios de ORAC e DPPH, respectivamente. Os hidrolisados de soro de leite com maior capacidade antioxidante foram obtidos com a protease de A. oryzae LBA 01. A adição de 70,0 U.mL-1 de protease a solução de soro de leite 80,0 mg.mL-1, resultou em 424,32 e 16,39 Trolox EQ µmol.g-1, para os ensaios de ORAC e DPPH, respectivamente. Na preparação de hidrolisados de proteínas de clara de ovo, a utilização de 30,0 mg.mL-1 de substrato e 20,0 U.mL-1 da protease comercial Flavourzyme® 500L de A. oryzae, resultou em 1.193,12 e 19,05 Trolox EQ µmol.g-1 para os ensaios de ORAC e DPPH, respectivamente. Os maiores valores de atividade antioxidante, para os três substratos, foram detectados entre 30 e 180 minutos de incubação, onde o grau de hidrólise variou de 40,0 a 66,0%. Os resultados obtidos mostraram que a preparação de protease de A. oryzae LBA 01 obtida por fermentação em estado sólido e posterior concentração por precipitação com sulfato de amônio, diálise e liofilização, apresentou atividade enzimática semelhante às preparações comerciais avaliadas, tendo, portanto, potencial para aplicação na hidrólise proteica. A hidrólise enzimática, nas condições de estudo avaliadas, aumentou de 2 a 23 vezes a capacidade antioxidante de proteína isolada de soja, soro de leite e clara de ovo, mostrando-se um processo eficaz para obtenção de peptídeos com atividade antioxidante / Abstract: Proteases are one of the most important groups of enzymes produced commercially, with several applications in the food and pharmaceutical industries. The use of proteases in the enzymatic hydrolysis of proteins to obtain peptides with antioxidant properties has gained great notoriety in scientific research. In this context, the main objectives of the present study were to optimize the production of the protease from Aspergillus oryzae LBA 01 by solid state fermentation, and to determine its biochemical characteristics. The application of this protease and of commercial preparations to protein hydrolysis, and the study of the antioxidant properties of the hydrolysates obtained, was evaluated. The optimum fermentation medium was composed of wheat bran, 2.0% (w/w) peptone and 2.0% (w/w) yeast extract, and the conditions for maximum protease production were an initial moisture content of 50.0%, an inoculum level of 107 spores.g-1 and incubation at 23°C for 72h. The biochemical characterization, evaluated using an experimental design, showed that the enzyme was most active in the pH range 5.0-5.5 and 55-60°C. The enzyme was stable from pH 4.5 to 6.0 after 1h incubation at 35-45°C. Soy protein isolate, bovine whey protein and egg white protein exhibited increases in antioxidant activity when hydrolyzed with the different microbial proteases. For the hydrolysis of soy protein isolate, application of the commercial protease Flavourzyme® 500L from A. oryzae resulted in hydrolysates with greater antioxidant activity as compared to hydrolysates prepared with the protease from A. oryzae LBA 01 and the commercial protease Alcalase® 2.4L from Bacillus licheniformis. The hydrolysis conditions, as defined by a central composite rotational design (CCRD), were: 90.0 mg.mL-1 substrate concentration plus 70.0 U of protease per mL of reaction mixture (U.mL-1), which resulted in 775.17 and 11.83 Trolox EQ µmol.g-1 as determined by the ORAC and DPPH assays, respectively. For the whey protein hydrolysates, the greatest antioxidant activity was obtained with the protease from A. oryzae LBA 01. According to the CCRD, the use of 80.0 mg.mL-1 of bovine whey protein and 70.0 U.mL-1 of protease resulted in 424.32 and 16.39 Trolox EQ µmol.g-1, respectively, as determined by the ORAC and DPPH assays. For the egg white protein, hydrolysis with 20.0 U.mL-1 of Flavourzyme® 500L from A. oryzae with 30.0 mg.mL-1 substrate concentration, resulted in 19.05 and 1,193.12 Trolox EQ µmol.g-1, respectively, as determined by the ORAC and DPPH assays. The maximum antioxidant activities were obtained in the range from 30 to 180 min of hydrolysis, with a degree of hydrolysis of about 40.0-66.0%. The results showed that the protease preparation from A. oryzae LBA 01 obtained by solid state fermentation produced enzymatic activity similar to that of the commercial preparations, and was an attractive enzyme to apply in protein hydrolysis. Under the conditions evaluated in this study, enzymatic hydrolysis resulted in a 2.0- to 23.0-fold increases in antioxidant activity for the soy protein isolate, bovine whey protein and egg white protein, being an effective process to obtain peptides with antioxidant activity / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

A exploração indiscriminada dos combustíveis fósseis vem alertando para o colapso próximo do suprimento de energia. Fontes alternativas vêm sendo exploradas com o propósito de apresentarem-se como combustíveis com o mesmo potencial, além de estarem inseridas em um contexto de desenvolvimento sustentável. O Brasil, por consolidar sua posição com forte mercado agroindustrial e dispor de uma grande variedade de unidades agrícolas possui como subprodutos uma alta quantidade de resíduos, como o sabugo de milho. Assim, buscam-se viabilizar metodologias que tornem a exploração desta fonte economicamente vantajosa para a obtenção de etanol de segunda geração (2G). Novas metodologias vêm propondo o emprego de tensoativos como aditivos tanto no prétratamento quanto na hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos. Neste contexto, o presente trabalho objetivou estudar a hidrólise enzimática do sabugo de milho pré-tratado por ácido diluído na presença de diferentes concentrações do tensoativo Tween 80 em associação com a dosagem do complexo enzimático Cellic CTec2 para a obtenção de um hidrolisado rico em glicose para obtenção de etanol pela levedura Scheffersomyces stipitis CBS 6054 através do processo SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation). Os ensaios foram conduzidos de acordo com planejamento experimental 23 com face centrada e 3 repetições no ponto central. As variáveis estudadas foram: concentração de surfactante no pré-tratamento e na hidrólise enzimática e dosagem do complexo enzimático. Os resultados mostraram que o uso do surfactante no pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído surtiu maior efeito na remoção de lignina e hemicelulose quando empregado na concentração de 10% (m/m). Nesta condição foi possível observar um aumento (21,1%) na perda de celulose em relação ao pré-tratamento sem a presença de surfactante. A maior diminuição na cristalinidade (81,23%) foi com o uso de 10% do tensoativo. A análise da superfície de resposta permitiu determinar as condições ótimas do processo SHF para obtenção de máximo rendimento em glicose (entre 80 e 90 %) que foi quando a concentração de surfactante no pré-tratamento aumentou de 0 a 10 % (m/m) mantendo-se constante em seu nível superior a concentração de surfactante na hidrolise enzimática (10 % m/m) com redução na dosagem de enzima (25,50 FPU/gmaterial lignocelulósico seco). Nestas condições experimentais obteve-se favorecimento no rendimento em glicose (80,54%) e concentração em glicose (61,98 g/L) no meio reacional concomitantemente com o favorecimento no rendimento em xilose (70,66%). Esta levedura fermentou concomitantemente os açúcares (glicose, xilose e celobiose) a etanol com elevados fator de conversão (0,37 g/g) e produtividade volumétrica (1,02 getanol/L.h). A velocidade especifica máxima de consumo destes açúcares foi favorecida na seguinte ordem: glicose, celobiose e xilose. Após esta fermentação foi obtido um material com uma superfície mais porosa e fragmentada. Este fato evidenciou que o complexo enzimático agiu eficientemente quebrando a celulose cristalina obtendo um material amorfo. Espera-se que este trabalho tenha contribuído para o desenvolvimento de uma tecnologia alternativa para a produção de etanol por via biotecnológica a partir da fração lignocelulósica do sabugo de milho, a fim de mitigar os impactos ambientais intrínsecos ao processo. / The indiscriminate exploitation of fossil fuels has been warning of the near collapse of the energy supply. Alternative sources have been explored with the purpose of presenting themselves as fuels with the same potential, besides being inserted in a context of sustainable development. Brazil, by consolidating its position with a strong agroindustrial market and having a wide variety of agricultural units, has as a by-product a high amount of waste, such as corn cob. Thus, we seek to make feasible methodologies that make the exploitation of this source economically advantageous to obtain second generation etanol (2G). New methodologies have proposed the use of surfactants as additives in both pretreatment and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. In this context, the present work aimed to study the enzymatic hydrolysis of diluted-acid pretreated corn cob in the presence of different concentrations of the Tween 80 surfactant in combination with the dosage of the Cellic CTec2 enzymatic complex to obtain a glucose rich hydrolysate to produce ethanol by the yeast Scheffersomyces stipitis CBS 6054 in SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) process. The experiments were conducted according to experimental design 23 with centered face and 3 repetitions at the central point. The variables studied were: concentration of surfactant in the pretreatment and in the enzymatic hydrolysis and dosage of the enzymatic complex. The results showed that the use of surfactant in the pretreatment with diluted sulfuric acid had a greater effect on the removal of lignin and hemicellulose when used at the concentration of 10% (w/w). In this condition, the cellulose content was decreased by 21.1% as compared with the amount presents in the diluted-acid corn cob pretreatment without surfactant. The greatest decrease in crystallinity (81.23%) was with the use of 10% of the surfactant. The response surface analysis allowed to determine the optimum conditions of the SHF process to obtain maximum glucose yield (between 80 and 90%), when the pre-treatment surfactante concentration increased from 0 to 10% (w/w) with a reduction in the enzyme dosage (25,50 FPU/g dry lignocellulosic material) at a higher level than the surfactant concentration in the enzymatic hydrolysis. In these experimental conditions, glucose yield (80.54%) and glucose concentration (61.98 g/L) in the reaction medium were favored concomitantly with xylose yield (70.66%). This yeast concomitantly fermented the sugars (glucose, xylose and cellobiose) to ethanol with high conversion factor (0.37 g/g) and volumetric productivity (1.02 getanol/L.h). The maximum specific velocity of consumption of these sugars was favored in the following order: glucose, cellobiose and xylose. After this fermentation was obtained a material with a more porous and fragmented surface. This fact evidenced that the enzymatic complex acted efficiently breaking down the crystalline cellulose obtaining an amorphous material. It is hoped that this work had contributed to the development of an alternative technology to produce ethanol by Biotechnological route from the corn cob lignocellulosic fraction in order to mitigate the environmental impacts intrinsic to the process.

O-ethyl S-2-diisopropylaminoethyl methylphosphonothiolate (VX) and O-isobutyl-S-2-diethylaminoethyl methylphosphonothioate (R-VX), are considered chemical warfare agents due to their strong acetylcholinesterase-inhibiting properties. Subsequent to terrorist use of these V-type nerve agents in both Japan and the United States of America (the September 11, 2001 attacks) and the limited capability of anti-terrorist groups to detect such weapons, there has been an increased obligation by the Chemical Weapons Convection for specific detection and identification methods for VX and R-VX. Chemical and/or enzymatic hydrolysis yields sulfhydryl mimic products, diethylaminoethanethiol (DEAET) and dimethylaminoethanethiol (DMAET). This thesis investigates the electrocatalytic parameters of DEAET and DMAET using basal plane pyrolytic graphite electrodes (BPPGEs) modified with: (a) single-wall carbon nanotube (BPPGE-SWCNT); (b) SWCNT functionalised with cobalt (II) tetra-aminophthalocyanine by (i) physical (BPPGE-SWCNT-CoTAPc(mix)), (ii) chemical (BPPGE-SWCNT-CoTAPc(cov)) and (iii) electrochemical adsorption (BPPGE-SWCNT-CoTAPc(ads)) processes; (c) nickel powder (BPPGE-Ni); (d) BPPGE-Ni decorated with SWCNT (BPPGE-Ni-SWCNT), and (e) SWCNT functionalised with nickel (II) tetra-aminophthalocyanine (BPPGE-SWCNT-poly-NiTAPc). Electrochemical studies (performed by voltammetric and electrochemical impedance spectroscopic techniques) revealed that the SWCNT and SWCNT-CoTAPc(mix) films showed comparable electrocatalytic responses towards the detection of DEAET and DMAET whereas competitive electrochemical behaviour was seen between SWCNT and SWCNT-NiTAPc modified BPPGEs. Using the BPPGE-SWCNT-CoTAPc(mix), the estimated catalytic rate constants (k) and diffusion coefficients (D) were higher for DEAET than for the DMAET. Also, the detection limits of approximately 8.0 and 3.0µM for DMAET and DEAET were obtained with sensitivities of 5.0×10−2 and 6.0×10−2 AM−1 for DMAET and DEAET, respectively. Unlike BPPGE-SWCNT-CoTAPc(mix) that detected the two sulfhydryls at slightly different potentials, BPPGE-SWCNT did not. The BPPGE-Ni gave enhanced Faradaic response for the redox probe ([Fe(CN)6]3−/4−) and also displayed enhanced electrocatalytic behaviour towards the detection of DMAET and DEAET with high sensitivity (~23x10−3 AM−1) and low detection limits (4.0 – 9.0 µM range). In comparison to other electrodes reported in the literature, BPPGE-Ni exhibits more promising features required for a simple, highly sensitive, fast and less expensive electrode for the detection of the hydrolysis products of V-type nerve agents in aqueous solution. The efficient response of the BPPGE-Ni is attributed to the high microscopic surface area of the nickel powder. The poor response of the BPPGE-Ni-SWCNT suggests that the nickel impurity in SWCNT did not show any detectable impact on the heterogeneous electron transfer kinetics of SWCNT. Unlike the nickel powder, SWCNT and CoTAPc-SWCNT, the NiTAPc-SWCNT hybrid did not show significant electrocatalysis towards the detection of the sulfhydryls. It is interesting, however, to observe for the first time that SWCNT induced crystallinity on the electropolymer of NiTAPc, and that such electropolymer exhibit charge-storage /-transfer properties that greatly enhance the electrochemical response of nitric oxide. / Dissertation (MSc (Chemistry))--University of Pretoria, 2008. / Chemistry / unrestricted

In the forest products industry the opportunity exists to extract currently under-utilised compounds from the process or waste streams and thereby derive more value from the wood entering the process. A big portion of the hemicellulose content of wood does not form part of the final product. Extracting the hemicelluloses from the waste streams or other locations in the process would allow them to be used more effectively. The predominant hardwood hemicellulose, xylan, is polymeric xylose. Xylose is an important platform sugar in bioconversion strategies and can be converted to fuels and other valuable chemicals. The xylan polymer can be hydrolysed to its xylose monomers by a number of conversion strategies; the most widely known being chemical and enzymatic digestion. Chemical conversion is usually done using acid at elevated temperatures, but high yields are often offset by degradation of the product. On the other hand, enzymatic hydrolysis can be better regulated to prevent unwanted degradation of the monomeric sugar products. Enzymatic hydrolysis has been pronounced the environmentally friendly choice of technology, although it is hampered by low conversions and high cost of enzymes. To date commercial enzymes for biomass conversion are not readily available most of which are still in development. In understanding how to best utilise a xylan, recovered from the pulping process, the potential to convert hardwood xylan to xylose with enzymes currently available on the market was studied. A hardwood xylan extracted from fully bleached Eucalyptus pulp with a chelating agent, Nitren, was used as substrate to evaluate the ability of some commercial enzymes to degrade the extracted xylan to xylose monomers. The enzymes used in this study were not dedicated biomass conversion enzymes, but rather chosen for their xylan degrading potential, i.e. xylanase content. By means of hydrolysis profiles on commercial Birchwood and Oat Spelts xylan as substrates and enzyme characterisation, Multifect xylanase was identified as most promising enzyme for xylan conversion. Multifect contained high levels of xylanase and xylosidase activity in the enzyme preparation. Commercial Birchwood xylan and the extracted Eucalyptus xylan were found to be chemically similar, both composed predominantly of xylose. The hydrolysis profiles obtained on Birchwood xylan could therefore serve as a benchmark against which the hy-drolysis of Eucaluptus xylan could be compared. Full conversion of the Eucalyptus xylan with Multifect could not be achieved, although Multifect completely degraded the Birchwood xylan. The maximum xylose yield that could be obtained on Eucalyptus xylan was 80 % and it was concluded that the remaining 20% was unhydrolysable by the enzyme, most likely due to the limitations in the employed extraction method. It was however noted that up to the point of 80 % conversion higher hydrolysis rates were observed on Eucalyptus xylan than Birchwood xylan with equal charges of Multifect. The differences in hydrolysis rates may have indicated that the Eucalyptus xylan is more accessible to enzyme attack than the Birchwood xylan, likely as a result of the extraction methods used to prepare the xylans. A simple economic evaluation illustrated the weight of various costs in process profitability. The most economic operation of a continuous steady state reactor is at a low enzyme charge, 17 IU/ℓ, and a long retention period, five days, due to the high cost of the enzyme compared to other factors. For a reduced retention time, an investigation into enzyme immobilisation and the use of a packed-bed type reactor is recommended. / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2009. / Chemical Engineering / unrestricted

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laura Plazas Tovar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T00:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_EmiliaSavioli_M.pdf: 7245588 bytes, checksum: 930b1984893789276ff0e09268cf77af (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O bagaço da cana-de-açúcar é uma das principais fontes renováveis como alternativa econômica para a produção de biocombustível de segunda geração (2G) e para a geração de eletricidade (cogeração). Neste processo, várias etapas são necessárias, dentre elas, a deslignificação se torna fundamental já que as cadeias celulósicas presentes na lignina dificultam o acesso das enzimas hidrolíticas. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento, avaliação e o estudo cinético do processo de deslignificação alcalino do bagaço da cana-de-açúcar proveniente da corrente de pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído. Foi realizado um pré-tratamento inicial com ácido sulfúrico diluído, seguido de um estudo detalhado da deslignificação com variações de temperatura entre 80 e 120 °C, concentração de NaOH entre 0,5 e 1,5 % m/v e tempo de reação entre 30 e 90 min, estimando os parâmetros cinéticos. Posteriormente, realizou-se a hidrólise enzimática e, em sequência, a fermentação. Os resultados mostram que, com a aplicação do pré-tratamento catalisado com ácido sulfúrico diluído, há uma eficiente conversão das hemiceluloses de 76,31 ± 3,77 % e que temperaturas entre 80 ± 2 °C - 100 ± 2 °C, e tempos de reação de 90 min, mostram-se os mais indicados para o processo de deslignificação, este tendo a maior remoção de lignina encontrada no ponto de 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min atingindo 75,41 ± 0,73 %. A partir dos dados experimentais, foi possível estimar as constantes de velocidade (kb) constatando-se que estas diminuem com o aumento da temperatura no processo de deslignificação. Com a realização da hidrólise enzimática, foi possível afirmar que após decorridas 24 h ocorreu a liberação máxima dos açúcares, 47,95 g/L no ponto 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min, decorridas 72 h atingiu-se uma concentração de açúcares liberados de 50,08 g/L e um rendimento global de 53,47 %. Com a realização da fermentação, foram obtidos valores de YP/GLC para o bagaço de cana-de-açúcar PCA e para o seguido de deslignificação de 0,51 kgetanol/kgGLC e 0,47 kgetanol/kgGLC, respectivamente, com seus rendimentos de 100 % e 91,59 %. Vale ressaltar que as fermentações foram realizadas em um reator (PCA) e em um shaker (deslignificado), fator que pode ter levado a obter importantes diferenças nos valores de rendimento / Abstract: Sugarcane bagasse is an important renewable resource with cost-effective alternative for the production of second generation (2G) biofuel and electricity generation (cogeneration). In this process, some steps are required. However, delignification becomes essential due to the cellulose chains present in lignin hinder access of hydrolytic enzymes. Therefore, the goal of this work was the development, evaluation and the kinetic study of alkaline delignification process of sugarcane bagasse from acid pretreatment with dilute sulfuric acid. Firstly, it was carried out the acid pretreatment with dilute sulfuric acid. After, it was developed the detailed study of delignification process. Temperature ranged from 80 to 120 °C, NaOH concentration ranged from 0,5 to 1,5 % m/v and reaction time ranged from 30 to 90 min. Experimental results allowed to estimed the kinetic parameters. Moreover, enzymatic hydrolysis and fermentation processes were carried out. The results show that catalysed pretreatment using dilute sulfuric acid leads an efficient conversion of hemicellulose of 76,31 ± 3,77 % and temperatures between 80 ± 2 °C - 100 ± 2 °C and 90 min establishes the most suitable operating conditions for the delignification process reaching a 75,41 ± 0,73 % of lignin removal at 80 °C/0,5 % w/v NaOH/90 min. Kinetic data were estimated from experimental data. In this sense, the kinetic constants (kb) decrease as the temperature in the delignification process rise. Results from enzymatic hydrolysis showed that the maximum release of sugars occurred after 24 h, 47,95 g/L at 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min and, at 72 h of enzymatic hydrolysis, the released sugar achieved a concentration of 50,08 g/L and a mass yield of 53,47 %. Results from fermentation process showed that YP/GLC for the PCA sugarcane bagasse and for the followed by delignification of 0,51 kgetanol/kgGLC and 0,47 kgetanol/kgGLC, respectively, attained a process yield of 100 % and 91,59 %, respectively. It is noteworthy that these were carried out in a reactor (PCA) and in a shaker (delignificated), a factor that may have led to obtain important differences in yield values / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Os grãos de quinoa possuem excelente balanço nutricional além das propriedades funcionais, comparativamente superior à dos cereais. A quinoa é cultivada em diversos países e, devido às suas características, têm aumentado o interesse de pesquisadores e consumidores. A quinoa contém pericarpo branco, no entanto, existem grãos com pericarpo vermelho e preto, e todos os tipos são utilizados como alimento em diferentes preparações. Com o objetivo de avaliar as características de grãos de quinoa, amostras de cor branca, preta e vermelha foram analisadas quanto às propriedades físico-químicas e funcionais dos grãos e do amido extraído das diferentes amostras. O amido, extraído pelo método alcalino, foi submetido as análises de teor de amilose, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades térmicas (por DSC-Differential Scanning Calorimeter) e propriedades de pasta (por RVA- Rapid Visco Analyser), além de suscetibilidade à hidrólise enzimática e cor. A composição físico-química dos grãos de quinoa apresentou como principais diferenças o teor de cinzas, fibras e amido. O teor de amilose variou de 13,6% a 21,3%, entre as amostras de amido; os padrões de cristalinidade dos amidos foram de tipo A, típico dos cereais; e, a cristalinidade relativa variou de 25,4 a 29,6 %; as micrografias obtidas por MEV apresentaram as formas poliédricas dos grânulos de amido. Os viscoamilogramas, obtidos para os diferentes amidos, mostraram um comportamento semelhante entre as amostras brancas e pretas. As propriedades térmicas de retrogradação das amostras de quinoa vermelha apresentaram uma menor taxa de retrogradação que variou de 7,5 a 8,5 %; as cultivares brancas apresentaram as maiores taxas de retrogradação de 19,0 a 25,4 %. A hidrólise enzimática dos grânulos de amido, analisada em equivalentes de maltose, variou de 7,2 a 8,7 mg/mL, com uma velocidade maior para a cultivar BSyB, em 60 minutos. O amido extraído das amostras brancas de quinoa apresentou valor de luminosidade de 99,0 e os amidos extraídos das amostras de cor vermelha e preta apresentaram em torno de 97,0. As análises realizadas neste estudo ampliam o conhecimento das características da quinoa de cor branca, vermelha e preta, além de mostrar que a cultivar brasileira (BSyB) apresenta características diferenciadas em vários parâmetros. Devido as suas propriedades todas as amostras analisadas possuem potencial para futuras aplicações tecnológicas. / The quinoa grain have excellent nutritional balance beyond functional properties, comparatively higher than that of cereals. Quinoa is cultivated in many countries and due to its characteristics; this has increased the interest of researchers and consumers. Quinoa contains white pericarp, however, there are red and black grain pericarp and all of kinds are used as food in different preparations. In order to evaluate the quinoa grain characteristics, samples of white, black and red color were analyzed for physical-chemical and functional properties of the grains and starch extracted from different samples, aiming a future technology use. Starch from quinoa grains was extracted by the alkaline method and analyzed for amylose content, X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), thermal properties (by Differential Scanning Calorimeter, DSC) and properties folder (by Rapid Visco Analyser, RVA), susceptibility to enzymatic hydrolysis and color. The physicochemical composition of quinoa grains presents major differences as the ash content, fiber and starch. The amylose content ranged from 13.6% to 21.3% among starch samples; patterns crystallinity of starches of type A were typical cereal; and the relative crystallinity ranged from 25.4 to 29.6%; SEM micrographs obtained showed the polyhedral forms of starch granules. The viscoamilogramas obtained for the different starches, show a similar behavior between the white and black samples. The thermal properties of retrogradation of red quinoa samples showed less retrogradation rate ranged from 7.5 to 8.5%; white cultivars showed the highest rates of downgrading from 19.0 to 25.4%. The enzymatic hydrolysis of the starch granules analyzed to maltose equivalents, ranged from 7.2 to 8.7 mg / ml, at a higher speed for cultivating BsyB in 60 minutes. The starch extracted from samples of white quinoa showed 99.0 brightness value and starches extracted from samples of red and black color had around 97.0. The analyzes performed in this study extend the knowledge of quinoa characteristics of white, red and black, in addition to showing that the Brazilian cultivar (BsyB) has different characteristics on various parameters. Because of their properties, all samples have the potential for future technological applications.

Xilooligossacarídeos (XOS) são produzidos a partir materiais lignocelulósicos contendo xilanos através de métodos químicos, hidrólise enzimática direta de um substrato susceptível à ação de xilanases e outras enzimas líticas, ou uma combinação de tratamentos químicos e enzimáticos. Os XOS são reconhecidos por trazerem benefício a saúde e são considerados ingredientes prebióticos. A utilização de resíduos agro-industriais produzidos no Rio Grande do Sul, tais como a casca de arroz, a casca de soja e o extrato de malte proveniente de cervejarias tornam-se substratos com grande potencial para a produção da enzima xilanase, principalmente em cultivo em estado sólido. Neste trabalho, foram analisados o potencial de diversos fungos selvagens e de um fungo recombinante na produção da enzima xilanase e outras enzimas importantes para a hidrólise de biomassa lignocelulósica, e a aplicação destes microrganismos para a produção de XOS em cultivos em estado sólido. Através de uma seleção de fungos foi possível definir o Aspergillus brasiliensis BLf1 como maior produtor de xilanase em cultivo sobre casca de arroz, obtendo atividade de 120,5 U.g-1 substrato. Nesta seleção foram analisadas também as enzimas celulase, β-glicosidase e β-xilosidase Um planejamento experimental fracionário 2(5-1) deste fungo selecionado e do fungo recombinante Aspergillus nidulans XynC A773 determinaram variáveis que influenciam a produção da enzima xilanase, chegando a uma atividade máxima de 230,7 U.g-1 para A. brasiliensis BLf1 e 187,9 U.g-1 para A. nidulans XynC A773. Posteriormente, estas preparações enzimáticas foram aplicadas à casca de arroz para hidrolisar sua estrutura hemicelulósica polimérica e obter xilolossacarídeos (37,25 mg de XOS.g-1 de substrato e 75,92 mg de XOS.g-1 de substrato, respectivamente). Por fim, foi avaliado o potencial prebiótico de XOS obtidos. Os resultados deste estudo revelaram o crescimento de L. plantarum BL011 e B. lactis BB-12 em XOS, com um aumento de massa celular seca de até 1,7 g.L-1 em 120h. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que é possível a obtenção de XOS a partir de resíduos abundantes no Estado e que os mesmos possuem potencial para serem utilizados como prebióticos, podendo, portanto, ser usados em aplicações relacionadas aos alimentos funcionais. / Xylooligosaccharides (XOS) are produced from lignocellulosic materials containing xylan by chemical methods, direct enzymatic hydrolysis of susceptible substrates using xylanases and other lytic enzymes, or a combination of chemical and enzymatic treatments. XOS are recognized for bringing benefit to health of the host and are considered prebiotic ingredients. The use of lignocellulosic residues produced in Rio Grande do Sul, such as rice husk, soybean hulls, and spent malt from brewery hold potential for the production of xylanase enzyme, especially under solid-state cultivation. In this work, several wild strains of fungi and one recombinant strain were tested for their potential of producing xylanase and their application in solid-state cultivation to obtain XOS. It was possible to define the Aspergillus brasiliensis BLf1 as the best producer of xylanase on rice husk, obtaining an activity of 120.5 U.g-1. Other important lytic enzymes were also analyzed: cellulase, β-glucosidase, and β-xylosidase The statistical experiment fractional factorial design 2(5-1) of cultures of this fungus and of the recombinant strain Aspergillus nidulans XynC A773 defined the variables that influenced the production of xylanase, showing maximal activities of 230.7 U.g-1 for A. brasiliensis BLf1 and 187.9 U.g-1 for A. nidulans XynC A773. Subsequently, these enzymatic preparations were applied to rice husk to hydrolyse its polymeric hemicellulosic structure and obtain xylooligosaccharides (37.25 mg XOS.g-1 substrate and 75.92 mg XOS.g-1 substrate, respectively). Finally, the prebiotic potential of XOS was evaluated by using them to grow L. plantarum BL011 and B. lactis BB-12, showing an increase in the dry cell mass of 1.7 g.L-1 at 120 hours. The results obtained in this research suggest that it is possible to obtain XOS from agro industrial residues of local production and they have the potential to be used as prebiotics, and could be used in food related applications.

Polyurethanes (PU) are widely used synthetic polymers. The growing amount of PU used industrially has resulted in a worldwide increase of plastic wastes. The related environmental pollution as well as the limited availability of the raw materials based on petrochemicals requires novel solutions for their efficient degradation and recycling. The degradation of the polyester PU Impranil DLN by the polyester hydrolases LC cutinase (LCC), TfCut2, Tcur1278 and Tcur0390 was analyzed using a turbidimetric assay. The highest hydrolysis rates were obtained with TfCut2 and Tcur0390. TfCut2 also showed a significantly higher substrate affinity for Impranil DLN than the other three enzymes, indicated by a higher adsorption constant K. Significant weight losses of the solid thermoplastic polyester PU (TPU) Elastollan B85A-10 and C85A-10 were detected as a result of the enzymatic degradation by all four polyester hydrolases. Within a reaction time of 200 h at 70 °C, LCC caused weight losses of up to 4.9% and 4.1% of Elastollan B85A-10 and C85A-10, respectively. Gel permeation chromatography confirmed a preferential degradation of the larger polymer chains. Scanning electron microscopy revealed cracks at the surface of the TPU cubes as a result of enzymatic surface erosion. Analysis by Fourier transform infrared spectroscopy indicated that the observed weight losses were a result of the cleavage of ester bonds of the polyester TPU.