Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09664.pdf: 8203522 bytes, checksum: 192d1f285465eac45fb40c8c811cb761 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Orientador: Lúcia Regina Durrant / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T00:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_AndreiaFonsecade_D.pdf: 11493166 bytes, checksum: e3cd66f7090b963f62e89ca35a7c600a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os biossurfactantes são compostos amplamente estudados em todo o mundo. Suas características o tornam muito atrativo em relação aos surfactantes sintéticos. Dentre essas características podemos citar, a baixa toxicidade, boa compatibilidade com a pele e olhos, biodegradabilidade e produção a partir de substratos renováveis. No entanto, o custo de produção dos biossurfactantes ainda inviabiliza sua produção em escala industrial. Tradicionalmente, os hidrocarbonetos têm sido os substratos escolhidos para a produção de biossurfactantes e bioemulsicadores. É assumido que a produção de biossurfactantes é induzida para tornar o substrato hidrofóbico acessível a célula. Contudo, substratos solúveis em água também podem ser utilizados para a produção dos surfactantes biológicos. Esses últimos são mais baratos do que os hidrocarbonetos e preferidos em processos fermentativos, devido ao fato de que as fermentações monofásicas são mais simples do que as fermentações bifásicas. Além disso, o uso de hidrocarbonetos são inaceitáveis para a produção de biossurfactantes destinados a aplicações em alimentos, cosméticos e produtos farmacêuticos. Uma grande variedade de matérias-primas estão atualmente disponíveis como substrato orgânico para fermentações industriais, dentre as quais podemos destacar os resíduos agroindustriais. Essas matérias-primas possuem vantagens de serem encontradas em excesso e produzidas em regiões de clima tropical ou temperado. Atualmente, com o aumento da demanda de produção de biodiesel, o glicerol tem ganhado atenção no cenário de bioprocessos, demonstrando ser uma matéria-prima de grande disponibilidade para produção de biomoléculas de interesse industrial. Segundo a Agência Nacional de Petróleo (ANP-Brasil), o Brasil é ranqueado como o maior produtor e consumidor de biodiesel do mundo: 1,2 bilhões de litros/ano em 2008, gerando de 120.000 toneladas de glicerina residual nesse processo. Logo, o presente trabalho teve como objetivo selecionar um substrato orgânico de baixo custo, de forma a tornar viável a produção e comercialização dos biossurfactantes em larga escala. Dentre as 19 linhagens microbianas avaliadas, o microrganismo Bacillus subtilis LSFM_05 foi selecionado para a produção de biossurfactantes, utilizando glicerina residual bruta como substrato orgânico. A temperatura de 32oC e concentração de glicerina de 5% v/v foram designadas como condições ótimas para a produção de biossurfactantes, através do planejamento experimental. A produção dos biossurfactantes foi realizada em fermentador um litro nas rotações de 150, 250 e 350 rev.min -1. A fermentação conduzida à 250 rev.min-1 apresentou melhor desempenho na formação de espuma e produção de biossurfactante. Em seguida, essa condição foi reproduzida em fermentador de 10 litros, que apresentou rendimento de 0,69 g.L-1. Após a execu-ção dos processos fermentativos, os biossurfactantes foram recuperados por precipitação ácida, puri_cados em coluna de adsorção e caracterizados utilizando Espectrometria no Infravermelho com Transformada de Fourier (IV-FT), Espectrometria de Ressonância Magnética (1H e 13C RMN) e Espectrometria de Massa (ESI-MS/MS). O biossurfactante foi caracterizado como uma isoforma do lipopeptídio surfactina, contendo 14 átomos de carbono na cadeia lipídica e sete aminoácidos do anel peptíco. A espectrometria de massa foi capaz de elucidar a composição e sequência de aminoácidos do peptídio cíclico GluOMe(1)/Leu(2)/Leu(3)/Val(4)/Asp(5)/Leu(6)/Leu(7) e os espectros de 1H e 13C - RMN foram de extrema importância para comprovar a esteri_cação do aminoácido ácido glutâmico. O microrganismo Bacillus subtilis LSFM_05 também foi caracterizado como co-produtor de fengicina. A espectrometria de massa apresentou ser uma técnica sensível e rápida para a caracterização dos homólogos A e B de fengicina. A surfactina C14/Leu7 foi avaliada com relação a toxicidade ambiental sobDaphnia similis, apresentando EC50 em 1500 mg.L-1. A surfactina apresentou atividade antiviral contra o vírus envelopado Herpervirus bovino (BoHV-1), inibindo 100% da infectividade do vírus na concentração de 0,25 _M, porém, não apresentou atividade antimicrobiana para os microrganismos avaliados até a concentração de 1mg.mL-1. A surfactina também foi avaliada com relação a citotoxicidade sob _broblastos c3T3 de camundongos, e o valor de EC50 não foi determinado na faixa de concentração estudada, indicando níveis de toxicidade para esse tipo de célula. No âmbito na nanotecnologia, o extrato bruto contendo os biossurfactantes mostrou-se uma ferramenta útil na dispersão de nanotubos de carbono, em água de cultivo de Daphnia, tornando possível o estudo de ecotoxicologia desses nanomateriais / Abstract: In recent years biosurfactants have attracted considerable attention because they o_er several advantages in comparison with synthetic surfactants: low toxicity, greater biodegradability, better environmental compatibility, greater foaming, speci_c activity at extreme temperatures, pH and salinity, and the possibility of being produced from renewable sources and industrial wastes However, biosurfactants have not yet been employed extensively in industry because of their relatively high production and recovery costs. The cost can be reduced by strain improvement, optimizing medium composition by statistical methods or by using alternative inexpensive substrates. Traditionally, hydrocarbons have been the substrates of choice to produce biosurfactants and bioemulsi_ers. It is assumed that surfactant production is induced to render hydrophobic substrates accessible to the cell, but water-soluble substrates such as molasses, cassava waste-water and potato substrates have also been used for biosurfactant production. The latter are cheaper than hydrocarbons and are the preferred substrates, because single-phase fermentation is simpler than biphasic fermentation and in addition the hydrocarbon substrates are unacceptable for many applications, such as in foods, cosmetics and pharmaceutical products. One alternative substrate aimed at decreasing costs in the production of biosurfactants could be the waste glycerol obtained from the biodiesel industry. Brazil is ranked amongst the greatest producers and consumers of biodiesel in the world: 1.2 billion liters /year in 2008, according to the National Petroleum Agency-Brazil (ANP) generating 120,000 tons of waste glycerol in this process. The data described above may support the idea of applying the raw glycerol in the production of biosurfactant on a large-scale. This present study aimed to select an low cost organic substrate, in order to become viable the biosurfactant production on a large scale. Among the 19 microbial strains evaluated, the microorganism Bacillus subtilis LSFM-05 was selected for the biosurfactant production using raw glycerol as organic substrate. The temperature of 32oC and glycerol concentration of 5% v/v were designated as optimal conditions for the production of biosurfactants, by response surface methodology. The production of biosurfactants was carried out by one liter fermentor at 150, 250 and 350 rev.min-1. The 250 rev.min-1 fermentation was the best performance in foaming and biosurfactant production. Then, this condition was reproduced in 10 liter fermentor, with yield of 0.69 g.L-1. After the fermentation processes, the biosurfactants were recovered by acid precipitation, puri_ed by adsorption column and characterized using Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FT-IR), Magnetic Resonance Spectroscopy ( 1H and 13C NMR) and Mass Spectrometry (ESI-MS/MS). The biosurfactant was characterized as a surfactin isoform, containing14 carbon atoms in the lipid chain and 7 aminoacids in the peptide portion. The mass spectrometer was able to elucidate the composition and aminoacids sequence in the cyclic peptide GluOMe(1)/Leu(2)/Leu(3)/Val(4)/Asp(5)/Leu(6)/Leu(7). The microorganism Bacillus subtilis LSFM-05 was characterized as a fengycin co-producer. The mass spectrometry have been a sensitive and rapid technique for fengycin homologues characterization. The C14/Leu7 surfactin presented EC50 value of the 1500 mg.L-1 against Daphnia similis in ecotoxicological studies. The surfactin showed antiviral activity against enveloped bovine herpesvirus (BoHV-1), inhibiting 100 % of the infectivity at concentration of 0.25 _M, however, it didn't show antimicrobial activity for microorganisms evaluated until concentration of 1mg.mL-1. The surfactin cytotoxicity in mice _broblasts c3T3 was evaluated as well, and the EC50 value was not determined in the studied concentration range, indicating low levels of toxicity for this cell type. Concerning to applications in nanotechnology, the biosurfactants proved to be a useful tool in the dispersion of carbon nanotubes in standard water cultivation of Daphnia, enabling future studies about the environmental toxicology of these nanomaterials / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

A crescente demanda por combustíveis provenientes de fontes renováveis, em função de questões ambientais e possível escassez dos derivados de petróleo, juntamente com a obrigatoriedade de sua adição no óleo diesel empregado atualmente, levou a uma \"explosão\" do número de empresas que produzem biodiesel. Este produto é obtido pela transesterificação de gorduras animais e óleos vegetais na presença de catalisador, processo que resulta um único sub-produto, a glicerina, a qual teve um aumento de produção na medida do aumento de produção do biodiesel. Uma forma de contribuir para diminuir os problemas advindos do acúmulo da glicerina é utilizá-la como base para formular meios de fermentação e obter produtos de interesse sócio-econômico. Um exemplo é o bioinseticida produzido pela bactéria Bacillus thuringiensis para o controle do mosquito transmissor do vírus da dengue. Este produto apresenta várias vantagens quando comparado aos inseticidas químicos, pois impede que os insetos adquiram resistência, não polui e é seletivo, não oferecendo riscos de intoxicação para os insetos benéficos e animais vertebrados. Cabe salientar que as toxinas produzidas por esta bactéria são letais também para larvas dos mosquitos transmissores da malária e da elefantíase. Assim, no presente trabalho propõe-se obter um bioinseticida com princípio ativo produzido por Bacillus thuringiensis var. israelensis, empregando o resíduo da fabricação de biodiesel a partir de óleo vegetal. Para tanto, o trabalho compreendeu três fases: 1. Definição de um tratamento para o resíduo que proporcionasse o crescimento da bactéria e a produção de toxina. 2- Estudo do processo fermentativo com o objetivo aumentar a atividade larvicida do meio fermentado em frascos (definição da composição do meio e de condições de fermentação) e 3. Estudo da transferância de oxigênio em diferentes fases do desenvolvimento da bactéria, em biorreator. O estudo em frasco foi realizado em Erlenmeyer de 1.000 mL, provido ou não de chicanas, com 200 mL de meio. O estudo da transferência de oxigênio foi realizado em fermentador Bioflo III, (New Brunswick Sci. Co.) de 1,25 L. Com os resultados obtidos, foi possível concluir que o melhor tratamento para o resíduo em estudo, consistiu do abaixamento do pH até 4 com ácido fosfórico, seguido de decantação por 24 horas. Com este tratamento foi possível obter uma fonte de carbono mais viável enocomicamente e, pelos estudos de otimização de processo, foi possível determinar a melhor composição de meio de cultura (10 g/L de glicerina tratada, 6 g/L de extrato de levedura, 3 g/L de (NH4)2SO4, 0,12 g/L de CaCl2.2H2O, 1,5 g/L de MgSO4.72H2O, 0,09 g/L de MnSO4, 1,5 g/L de K2HPO4 e 1,5 g/L de KH2PO4) e a melhor condição de aeração (manter a concentração de oxigênio dissolvido em 45% da saturação durante todas as fases do desenvolvimento da bactéria). Desta forma, foi possível produzir um meio fermentado 583 vezes mais potente que o ensaio controle empregando glicerol PA. / The increasing demand for fuels originated from renewable sources, due to environmental issues and possible scarce of petroleum products, together with the mandatory of its inclusion in diesel oil currently used, generated a significant increase in the number of biodiesel producting companies. This product is obtained through transesterification reaction of animal fat and vegetable oils in the presence of a catalyzer, process that results in a single by-product, the glycerin, which had an increase of its production as biodiesel production increases. A way to contribute for the reduction of problems generated by the excess of glycerin is to use it in the composition of fermentation medium and obtain products that are demanded by society. An example is the bioinsecticides produced by the bacteria named Bacillus thuringiensis, used in the controlling of mosquito vectors of the dengue viruses. This product presents several advantages when compared to chemical insecticides because it prevents insects resistance, it does not pollute the environment and it is selective, which means it does not create risks of intoxication for other insects and vertebrate animals. It is important to mention that toxins produced by these bacteria are lethal as well to the larvae of malaria and elephantiasis mosquito vectors. Thus, in this work it is intended to obtain a bioinsecticide containing active ingredient from Bacillus thuringiensis var. israelensis by using the biodiesel production waste from vegetable oils. In order to achieve that, this work consisted of three steps: 1. Definition of a treatment for the waste of biodiesel to provide the growth of Bacillus thuringiensis and its toxin production; 2. Study of the fermentative process to increase larvicidal activity of the fermentation broth in flasks (definition of the medium composition and the fermentative conditions) and 3. Study of the oxygen transference in bioreactor in diferent development phases of the bacteria. The study in flask was made in a 1000 mL Erlenmeyer flask, with and without baffles, and 200 mL of medium. The study of oxygen transference was realized in a 1,25 L bench fermentor (New Brunswick Sci. Co./Bioflo III). With the results obtained it was possible to conclude that the best treatment to the waste of biodiesel consisted of decreasing pH until 4 with phophoric acid, followed by 24 hours of decantation. With this treatment it was possible to obtain a promising carbon source more and, by the process optimization studies, it was possible to determine the best composition of culture medium (10 g/L of treated glycerin; 6 g/L of yeast extract; 3 g/L of (NH4)2SO4; 0,12 g/L of CaCl2.2H2O; 1,5 g/L of MgSO4.7H2O; 0,09 g/L of MnSO4; 1,5 g/L of K2HPO4 and 1,5 g/L of KH2PO4) and the best aeration condition (mantaining the oxygen concentration at 45% of saturation during all phases of bacterial development). So, it was possible to obtain a fermented broth 583 times more potent than the control test using pure glycerol.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-07-28T17:14:49Z No. of bitstreams: 3 Dissertação - Renan de Souza Soares - 2016.pdf: 2502594 bytes, checksum: 2dae7b4f7af76a4698d39fc4ea08825a (MD5) Ata de Defesa - Renan de Souza Soares - 2016.pdf: 330507 bytes, checksum: b57a08eefa69dbf9cf9a54ec8781a3f7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-08-01T13:05:12Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Renan de Souza Soares - 2016.pdf: 2502594 bytes, checksum: 2dae7b4f7af76a4698d39fc4ea08825a (MD5) Ata de Defesa - Renan de Souza Soares - 2016.pdf: 330507 bytes, checksum: b57a08eefa69dbf9cf9a54ec8781a3f7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-01T13:05:12Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertação - Renan de Souza Soares - 2016.pdf: 2502594 bytes, checksum: 2dae7b4f7af76a4698d39fc4ea08825a (MD5) Ata de Defesa - Renan de Souza Soares - 2016.pdf: 330507 bytes, checksum: b57a08eefa69dbf9cf9a54ec8781a3f7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-05-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The coproducts production is one of the main setbacks in the biodiesel’s productive chain. One of these coproducts, the most representative is the glycerol. In this aspect, this study aim to contextualize the use and production of fossil fuels and biofuels, mostly biodiesel, and to investigate the biotechnological potencial of lettuce’s (Lactuca sativa) rhizobacteria on glycerol bioconversion into value-added products. For such purpose, it was conducted a literature search about the use of fossil fuels and the biofuels market development, besides the biotechnological potential of the use of glycerol in fermentative processes. From rhizosphere soil samples, it was bioprospected micro-organisms with the ability to utilize glycerol as the sole carbon source and in bioconvert 2,3-butanediol and 1,3-propanediol. In order to preserve the maintenance and development of urban activities a change in the energy matrix is necessary since fossil fuels are a finite resource and shown to be unsustainable or cause impacts in environment and human health. Through the implementation of policies that aimed to invest in research and production of biodiesel Brazil stands out as a major producer of the compound. In the experimental segment, among the sampled and identified microorganisms, the family Enterobacteriaceae was highlighted. All isolated presented biochemical / physiological profile heterogeneous and belonging to genera notedly used in the glycerol bioconversion. Three samples were identified as simultaneous producers of compounds of interest, simultaneously AG3 was the best producer of 2,3-BD and 1,3-PD, 0522 g.L-1 and 0.735 g.L-1, respectively. AG6 stood out in the production of 1,3-PD, 0842 g.L-1. Therefore, the sustainability provided by biofuels, highlighting biodiesel, brings a promising perspective to future and the use of co-products generated by the biodiesel production chain can contribute to the appreciation of biodiesel. Lactuca sativa’s rhizobacteria have the biotechnological potential for bioconversion of glycerol, promising discovery for the development of biodiesel and biorefinery sector. / A produção de coprodutos é um dos principais contratempos da cadeia produtiva do biodiesel. Um dos coprodutos de produção mais representativa é o glicerol. Nesse aspecto, o presente estudo possui o objetivo de contextualizar o uso e produção de combustíveis fósseis e biocombustíveis, com destaque o biodiesel, e investigar o potencial biotecnológico de rizobactérias de alface (Lactuca sativa) na bioconversão do glicerol em produtos de valor agregado. Para esse fim, foi realizado um levantamento bibliográfico acerca do uso de combustíveis fósseis e desenvolvimento do mercado do biocombustível, além das potencialidades biotecnológicas da utilização do glicerol em processos fermentativos e, a partir de amostras de solo rizosferico, foi realizado a bioprospecção de micro-organismos com a capacidade de utilizar glicerol como fonte única de carbono e o bioconverter em 2,3-Butanodiol e 1,3-Propanodiol. Como forma de preservar a manutenção e o desenvolvimento das atividades urbanas é necessária uma mudança na matriz energética, uma vez que os combustíveis fósseis se mostram insustentáveis a longo prazo, seja por ser um recurso finito ou por ocasionar impactos ambientais e na saúde humana. Por meio da implementação de políticas que visaram investir na pesquisa e produção de biodiesel o Brasil se destaca como grande produtor do composto. No segmento experimental, dentre os micro-organismos amostrados e identificados houve destaque à família Enterobacteriaceae. Todos os isolados apresentaram perfil bioquímico/fisiológico heterogêneo e pertencentes a gêneros notadamente empregados em pesquisas na bioconversão do glicerol. Três amostras foram identificadas como produtoras simultâneas dos compostos de interesse, AG3 foi o melhor produtor simultâneo de 2,3-BD e 1,3-PD, 0.522 g.L-1 e 0.735 g.L-1 respectivamente. AG6 destacou-se na produção de 1,3-PD, 0.842 g.L-1. Portanto, a sustentabilidade proporcionada pelos biocombustíveis, em destaque o biodiesel, traz uma perspectiva promissora ao futuro energético e a utilização de coprodutos gerados pela cadeia produtiva do biodiesel pode contribuir na valorização do biodiesel. Rizobactérias de Lactuca sativa possuem potencialidade biotecnológica para bioconversão do glicerol, constatação promissora para o desenvolvimento do setor de biodiesel e biorrefinarias.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Devido aos incentivos governamentais, os quais impulsionam a produÃÃo de biodiesel, tal combustÃvel tem sido produzido em larga escala. Entretanto, o referido crescimento tem se revelado exacerbado, fazendo surgir um preocupante fator: o destino do glicerol excedente da produÃÃo de biodiesel. Tal inquietaÃÃo se mostra clara ao se revelar um importante dado: para cada tonelada de biodiesel obtido, sÃo gerados 100 Kg de glicerol, o que provoca efeitos adversos à economia do biodiesel. Neste contexto, teme-se que o excesso de glicerina produzida, a qual provoca um elevado nÃvel de poluiÃÃo, possa ser descartada de maneira irresponsÃvel no meio ambiente. Sendo assim, tÃm-se desenvolvido pesquisas destinadas à busca de alternativas para a utilizaÃÃo do volume excedente de glicerol. A bioconversÃo de glicerol por via fermentativa à uma alternativa que agrega um valor significativo para a produtividade da indÃstria de biodiesel. O glicerol pode ser utilizado por inÃmeros micro-organismos, em processos metabÃlicos, como fonte de carbono. Leveduras como as da espÃcie Yarrowia lipolytica, quando cultivadas em meio com limitaÃÃo de nitrogÃnio, sÃo capazes de produzir quantidades significantes de Ãcido cÃtrico a partir do glicerol. O Ãcido cÃtrico Ã, atualmente, um dos mais importantes Ãcidos orgÃnicos produzidos por via fermentativa. Devido Ãs suas caracterÃsticas, tem sido amplamente utilizado na indÃstria de alimentos e bebidas e tambÃm como aditivo em detergentes, produtos farmacÃuticos, cosmÃticos e de higiene pessoal. Desta forma, o presente trabalho teve por objetivo avaliar, atravÃs de fermentaÃÃo, rotas de bioconversÃo do glicerol residual da produÃÃo de biodiesel com elevados nÃveis de impurezas, para obtenÃÃo de Ãcido cÃtrico. Para isso, foram utilizadas, inicialmente, duas cepas de leveduras potencialmente produtoras do Ãcido: Yarrowia lipolytica NRRL YB 323 e Yarrowia lipolytica NRRL YB 423. Utilizando a Metodologia de Planejamento Experimental e AnÃlise da SuperfÃcie de Resposta, foram investigadas as concentraÃÃes iniciais de fonte de carbono e fontes de nitrogÃnio orgÃnico (extrato de levedura) e inorgÃnico (sulfato de amÃnio) em frascos agitados. Os resultados revelaram que a concentraÃÃo inicial ideal de glicerol residual do biodiesel como fonte de carbono, dentro da faixa estudada, foi de 20g/L. Quanto Ãs fontes de nitrogÃnio, pÃde-se constatar que estas nÃo apresentaram notÃvel influÃncia para a produÃÃo do Ãcido. TambÃm verificou-se que a adiÃÃo de Tiamina ao meio nÃo promoveu o aumento na quantidade de Ãcido cÃtrico acumulado. A levedura Yarrowia lipolytica NRRL YB 423 se revelou mais eficaz na produÃÃo do Ãcido. Foram realizados ensaios em fermentador de bancada para avaliar- se a melhor concentraÃÃo de oxigÃnio dissolvido no meio. Viu-se que as concentraÃÃes mais elevadas de oxigÃnio dissolvido no meio fermentativo favorecem a produÃÃo de Ãcido cÃtrico. Para nÃveis de oxigÃnio de 50%, observou-se um menor rendimento, enquanto que, para 70%, a produÃÃo de Ãcido cÃtrico foi favorecida. O rendimento percentual final para a produÃÃo de Ãcido cÃtrico obtido a partir de 20g/L de glicerol residual do biodiesel adicionado inicialmente ao meio foi de 24,80% em trÃs dias de fermentaÃÃo. / Due to government financial incentives, which boost the production of biodiesel, there has been a large scale production of this fuel. However, this growth has proved to be exaggerated, rising a worrying factor: the destination of the glycerol excess from biodiesel production. Such concern is clearly shown to prove an important fact: for every ton of biodiesel produced, 100 kg of glycerol are generated, which leads to adverse effects on the biodiesel economy. In this context, it is feared that the over-produced glycerine, which causes a high level of pollution, can be discarded irresponsibly into the environment. So, researches have been being developed, aiming to find other alternatives for the use of the extra volume of glycerol. The bioconversion of glycerol by fermentation is good option that adds significant value to the productivity of the biodiesel industry. Glycerol can be used by several microorganisms in metabolic processes, as a carbon source. Some yeasts species, such as Yarrowia lipolytica, when grown on a media with a limited source of nitrogen, are able to produce significant amounts of citric acid from glycerol. Citric acid is currently one of the most important organic acids produced by fermentation. Due to its characteristics, it has been widely used in food and beverage industry and also as an additive for detergents, pharmaceuticals, cosmetics and toiletries. Thus, this study aimed to evaluate, through fermentation, bioconversion routes of residual glycerol from biodiesel production with high levels of impurities, in order to obtain citric acid. For this, two potential acid-producing yeast strains (Yarrowia lipolytica NRRL YB 323 and Yarrowia lipolytica NRRL YB 423) were initially used. Using the Methodology of Experimental Design and Response Surface Analysis, it was investigated the initial concentrations of carbon sources as well as organic (yeast extract) and inorganic (ammonium sulfate) nitrogen sources in shake flasks. The results obtained showed that the optimal initial concentration of glycerol from waste biodiesel as carbon source, within the studied range, was 20 g/L. As to the nitrogen sources, they were proved having no remarkable influence on the acid production. It was also found that thiamine addition to the media did not promote the increase on the amount of the previously accumulated citric acid. Yarrowia lipolytica NRRL YB 423 was proved more effective on the acid production. The tests which were carried out in the fermenter aimed to evaluate the optimal concentration of dissolved oxygen in the media. It was observed that highest concentrations of dissolved oxygen in fermentation media, promotes the production of citric acid. For levels of 50% oxygen, there was a lower yield, while for 70%, citric acid production was favored. The final percentage yield for the production of citric acid obtained from 20 g/L of residual glycerol from the biodiesel initially added to the media was 24.80%, at the end of three days of fermentation.

Sistemas de análises em fluxo com minibombas solenoide foram desenvolvidos para a determinação de glicerol livre e total em biodiesel e manganês em águas. Em um primeiro trabalho, glicerol livre foi determinado por espectrofotometria após oxidação com periodato, levando à formação de formaldeído, que reagiu com acetilacetona, formando o composto 3,5-diacetil-1,4-dihidrolutidina (DDL). O analito foi extraído com água, em substituição à extração utilizando solventes orgânicos. Resposta linear foi observada de 5 a 50 mg L-1, com limite de detecção estimado em 1 mg L-1 (99,7% de confiança), equivalente a 0,0004% em massa de biodiesel, valor 50 vezes menor que o limite estabelecido pelas legislações Brasileira, Norte americana e Europeia. O coeficiente de variação foi inferior a 1,5% (n = 10) e a frequência de amostragem foi estimada em 34 amostras h-1, com consumo de 340 µg de KIO4 e 15 mg de acetilacetona por determinação. A mesma reação foi explorada para detecção fluorimétrica de glicerol livre e total em biodiesel, sendo essa espécie quantificada após reação de saponificação dos mono-, di- e triglicerídeos remanescentes no biodiesel. Para a determinação de glicerol livre, resposta linear foi observada no intervalo de 5 - 70 mg L-1, com limite de detecção estimado em 0,5 mg L-1, equivalente a 0,0002% (m/m) de biodiesel, com coeficiente de variação menor que 1,0 % (n = 20). Na determinação de glicerol total, faixa linear foi observada no intervalo de 25 - 300 mg L-1, com limite de detecção de 1,5 mg L-1 e coeficiente de variação de 1,4% (n = 10). As frequências de amostragem foram de 35 e 30 amostras h-1, para glicerol livre e total, respectivamente, consumindo 190 µg de KIO4 e 13 mg de acetilacetona por determinação. Os resultados obtidos para as análises de biodiesel foram concordantes com os procedimentos de referência. A formação do complexo Mn(III)/EDTA foi explorada para a determinação de manganês em amostras de águas. Mn(II) foi oxidado em linha em um reator contendo dióxido de chumbo imobilizado em um poliéster. Espectrofotometria com longo caminho óptico foi empregada para aumento de sensibilidade, visando atender o limite máximo tolerado deste metal, estabelecido pelas legislações ambientais vigentes. Resposta linear foi observada no intervalo de 25 a 1500 µg L-1, com limite de detecção estimado em 6 µg L-1 (99,7% de confiança). Frequência de amostragem e coeficiente de variação foram estimados em 36 amostras h-1 e 2,6 % (n = 10), respectivamente, consumindo 500¨µg de EDTA por determinação. A quantidade de chumbo no resíduo corresponde a 250 µg por determinação e, com o reator empregado, é possível realizar até 1600 determinações. Interferências causadas por matéria orgânica nas amostras foram observadas e carvão ativo foi usado para remoção destes interferentes. Os resultados obtidos pelo procedimento proposto e por GF AAS foram concordantes (99,7 % de confiança). / Flow injection procedures based on solenoid micro pump were developed for free and total glycerol determination in biodiesel samples and manganese in fresh water. In a first work, free glycerol was determined by spectrophotometry, after glycerol oxidation by periodate, yielding formaldehyde, followed by formation of the colored product 3,5-diacetil-1,4-dihidrolutidine (DDL) upon reaction with acetylacetone. The analyte was extracted with water in replacement of organic solvents. A linear response was observed from 5 to 50 mg L-1, and detection limit was estimated as 1 mg L-1 (99.7% confidence level) equivalent to 0.0004% (w/w), 50 times lower than the threshold value established by Brazilian, European and American regulations. The coefficient of variation was lower than 1.5% (n=10) and sampling rate was estimated at 34 samples h-1, consuming 340 µg of KIO4 and 15 mg of acetylacetone per determination. The same reaction was exploited for fluorimetric detection of free and total glycerol in biodiesel, and glycerol total was quantified after saponification of mono-, di- and triglycerides remaining in biodiesel. To free glycerol determination a linear response was observed from 5 to 70 mg L-1, with a detection limit of 0.5 mg L-1, which corresponds to 0.0002% (w/w) in biodiesel, and coefficient of variation was lower than 1.0% (n=10). To total glycerol determination, a linear response was observed from 25 to 300 mg L-1, with a detection limit of 1.5 mg L-1, and coefficient of variation of 1.4% (n=10). The sampling rate was estimated at 35 and 30 samples h-1, to free and total glycerol, respectively. The results obtained to biodiesel samples agreed at the 95% confidence level with reference procedures. The formation of the Mn(III)/EDTA complex was exploited for manganese determination in water. Mn(II) was oxidized in a reactor containing lead dioxide immobilized on polyester. Long pathlength spectrometry was exploited to increase sensitivity, aiming to reach the threshold limit established by environmental legislation. A linear response was observed from 25 to 1500 µg L-1, with a detection limit of 6 µg L-1(99.7% confidence level). Sample throughput and coefficient of variation were 36 samples h-1 and 2.6% (n=10), respectively, consuming 500 µg of EDTA. The amount of lead in the residue corresponds to 250 µg per determination, and it is possible to perform up to 1600 measurements. Interferences by organic matter were observed and active charcoal was employed to remove the interfering species. Results were in agreement with those attained by GF AAS at the 95% confidence level.

É consenso entre enólogos que o glicerol contribui para o corpo e sabor adocicado dos vinhos, por analogia, propôs-se investigar a presença e o papel do glicerol em aguardentes de cana. O método adaptado para a quantificação de glicerol, que envolveu a derivatização das amostras com cloreto de benzoíla, uma posterior etapa de extração em fase sólida (SPE) para clean-up das amostras e análise via HPLC-DAD, apresentou boa sensibilidade (limites de detecção e quantificação iguais a 0,25 e 0,74 mg L-1, respectivamente), exatidão de 97,5 % e precisão de 93,5 %. A reação de derivatização entre glicerol e o cloreto de benzoíla, estudada por cromatografia líquida hifenada a espectrometria de massas, foi quantitativa com esterificação das três hidroxilas da molécula. Antes de se avaliar a influência do glicerol no sabor doce da cachaça, as concentrações de açúcares totais foram medidas empregando-se o método DNS (limites de detecção e quantificação iguais a 37 e 125 mg L-1, respectivamente). Verificou-se que não houve uma relação entre os teores de glicerol e açúcares totais com a nota doce, determinada a partir de análise sensorial das amostras, para o conjunto de amostras não adoçado. Com base em um teste triangular não houve diferença sensorial significativa entre uma cachaça sem glicerol e outra com glicerol numa concentração de até 35 g L-1. A mediana do teor de glicerol detectado em 51 amostras de cachaça foi de 4,3 mg L-1. A mediana dos teores de açúcares totais para 59 amostras de cachaça não adoçada foi abaixo do limite de quantificação. A mediana dos teores de açúcares totais para 8 amostras de cachaça adoçada foi de 17 g L-1, expressos em glicose. / There is a consensus among enologists that glycerol contributes to the body and sweet taste of wine, by analogy; it was proposed to investigate the presence and role of glycerol in sugar cane spirits. The adapted method for glycerol quantification, which involved the samples derivatization with benzoyl chloride, a further solid phase extraction (SPE) step for samples clean-up and analysis by HPLC-DAD showed good sensitivity (limits of detection and quantification of 0.25 and 0.74 mg L-1, respectively), 97.5 % of accuracy and 93.5 % of precision. The derivatization reaction between glycerol and benzoyl chloride, studied through liquid chromatography hyphenated to mass spectrometry, was quantitative with esterification of the three hydroxyls of the molecule. Before evaluating the influence of glycerol in cachaça\'s sweet taste, total sugar concentrations were measured by DNS method (limits of detection and quantification were 37 and 125 mg L-1, respectively). It was verified that there was no correlation between the contents of glycerol and total sugars with the sweet score, determined by the samples sensory analysis, to the samples which no sugar was added. Based on a triangular test, there was no significant sensory difference between a cachaça without glycerol and another with glycerol concentration up to 35 g L-1. The median glycerol concentration detected in 51 samples of cachaça was 4.3 mg L-1. The median level of total sugars for 59 samples of cachaça without sugar addition was below the limit of quantification. The median level of total sugar for 8 samples of cachaça with sugar addition was 17 g L-1, expressed as glucose.

Tendo em vista a busca por matérias-primas de fontes renováveis e menos poluentes, e o crescente aproveitamento de subprodutos gerados por estas fontes, surgiu o interesse em estudar a síntese do carbonato de glicerina a partir da glicerina obtida como subproduto principal na fabricação de biodiesel. Sintetizou-se este composto no Laboratório de Química Orgânica Aplicada. Este tensoativo não é disponível no Brasil e possui propriedades cosméticas interessantes, que, no entanto, ainda devem ser mais exploradas na atualidade. No estudo, adicionou-se o carbonato a sabões líquidos obtidos a partir dos ácidos graxos provenientes dos óleos de soja e de mamona. Os sabões produzidos apresentaram baixa alcalinidade, reduzindo, assim, as adições de agentes químicos que podem ser agressivos à pele, como mostraram os resultados parciais. A partir do planejamento experimental, verifica-se a influência da temperatura e o tempo de reação da síntese do carbonato, assim como o tipo de catalisador utilizado. Análises de espectroscopia vibracional Raman e infravermelho, juntamente com ensaios de viscosidade, mostraram que a temperatura ideal para a carboxilação é de 140 °C, sendo que o tempo reacional deve ser de 6 a 7 h, utilizando-se como catalisador o sulfato de magnésio. Demonstrou-se também, a sensibilidade das duas técnicas na identificação dos picos das reações de síntese de carbonato de glicerila. Comparativamente, foram realizados testes de espuma dos sabões adicionados de carbonato de glicerila e de lauril sulfato de sódio. De um modo geral, a adição de carbonato de glicerila aos sabões propiciou a formação de uma espuma mais densa e persistente. A utilização de água dura reduziu o volume de espuma formado para todas as amostras. Comparando os dois óleos vegetais, soja e mamona, percebeu-se que os sabões produzidos a partir de óleo de mamona apresentaram menor formação de espuma. A adição de dietanolamina reduziu significativamente a estabilidade das espumas em todas as amostras. Estudos reológicos demonstraram que o tensoativo carbonato de glicerila é um fluido newtoniano, comportamento semelhante ao da glicerina pura. / In order to search for raw materials from cleaner and renewable sources, and the growing use of byproducts generated by these sources, has appeared the interest in studying the synthesis of glycerol carbonate from glycerol obtained as a main byproduct in the manufacture of biodiesel. This compound was synthesized at the Laboratory of Applied Organic Chemistry. This surfactant is not available in Brazil and has interesting cosmetic properties, which, however, should be more exploited at present. In the study, carbonate was added to liquid soaps from the fatty acids from soybean oil and castor oil. Soaps produced had low alkalinity, thereby reducing the additions of chemicals that can be aggressive to the skin, as partial results showed. From the experimental design, the influence of temperature and reaction time of the synthesis of carbonate is investigated, as well as the type of catalyst used. Analysis of partial Raman vibrational spectroscopy, together with viscosity experiments showed that the optimal temperature for carboxylation is 140 °C, and the reaction time should be from 6 to 7 h, using magnesium sulphate as the catalyst. It also demonstrated the sensitivity of both techniques in identifying the peaks of the reactions of synthesis of glycerol carbonate. In comparison,foam tests were made of soaps added glycerol carbonate and sodium laurylsulfate. Overall, the addition of glycerol carbonate to soap provided the formation of denser and persistent foam. The use of hard water reduced the volume of foam formed for all samples. Comparing the two vegetable oils, soy and castor bean, it was noticed that soaps produced from castor oil had lower foaming. The addition of diethanolamine significantly reduced the stability of foams in all samples. Rheological studies demonstrated that the surfactant glycerol carbonate is neuwtonian fluid, behavior similar to that of pure glycerin.

Nesta tese investiga-se e avalia-se a combustão direta da glicerina bruta e loira, co-produto e derivado, respectivamente, do processo de fabricação do biodiesel como alternativa de aproveitamento energético sustentável. Focaliza-se especialmente nos aspectos ambiental, técnico e econômico considerando as emissões, a transferência de calor associada e os aspectos operacionais como o eixo principal do estudo. Visa aumentar o conhecimento atual a respeito e contribuir para a melhoria das perspectivas da indústria do biodiesel e de uma parte da população. Para a combustão de glicerina bruta proveniente do processo de fabricação de biodiesel de sebo bovino desenvolveu-se um queimador tipo vórtice para glicerina bruta, avaliaram-se e quantificaram-se as emissões de óxidos de enxofre e nitrogênio, monóxido e dióxido de carbono, hidrocarbonetos totais, formaldeído, acetaldeído e acroleína, sendo também avaliados os efeitos mutagênicos potenciais dos gases produzidos. Da mesma forma foi estudada a composição físico-química, poder calorífico, decomposição térmica e a transferência de calor associada, além dos parâmetros operacionais da combustão, entre eles, a relação ar-combustível, temperatura de chama adiabática e o desempenho geral do processo para diferentes coeficientes de excesso de ar. Os ensaios foram desenvolvidos utilizando-se uma fornalha flamo tubular dotada de 12 câmaras calorimétricas e totalmente instrumentada com sensores de temperatura e sondas para análise contínua de gases em analisadores automáticos, fornecimento e controle de água de resfriamento e sistema de captação de dados em tempo real. Adicionalmente aos requisitos do estudo, foi necessário o desenvolvimento de sistemas e equipamentos auxiliares como a unidade de acondicionamento e alimentação de glicerina bruta e métodos de filtragem. Paralelamente, os efeitos mutagênicos e tóxicos foram avaliados sobre o bio-sensor Tradescantia (Clone KU-20), adaptando câmaras de intoxicação e técnicas de análise biológica desenvolvidas previamente. Os resultados foram processados, avaliados e comparados com as emissões e comportamento observado durante a combustão direta do óleo diesel, constatando-se que a combustão direta de glicerina bruta é um processo viável e suas emissões de CO, NOx, \'SO IND.2\' e HCT foram em média 39%, 75%, 69% e 38% respectivamente menores do que as do óleo diesel, porém o material particulado emitido pela glicerina bruta, e ainda mais pela loira, foi várias vezes superior do que com óleo diesel. Do mesmo modo, o nível de acroleína detectado no gás de combustão de glicerina bruta (214 ppbv) aparentemente não representa perigo para a população. Igualmente a energia produzida a partir da glicerina bruta resultou 61% e 58% mais barata do que com óleo diesel e glicerina loira respectivamente em condições semelhantes. No entanto, certamente verificou-se que a combustão de glicerina bruta é um processo tecnicamente mais complexo quando comparado com a dos combustíveis convencionais e evidenciou-se a necessidade de fazer um controle adequado das partículas emitidas para avançar no desenvolvimento do processo. Desta forma o presente estudo constitui-se em uma fonte importante de informação sobre a glicerina bruta e outros combustíveis similares para autoridades ambientais, indústrias e pesquisadores. / This thesis investigated and evaluated on the assessment of the direct combustion of crude and technical glycerin, by-product and derivative respectively of Brazilian biodiesel manufacture process, as an alternative of sustainable energy use. The main axis of the study were the environmental, technical and economical aspects, focusing in emissions, heat transfer and the operational parameters associated with the combustion of crude and technical glycerin. It aims to increase the knowledge on the matter and contribute to the improvement of the economic and environmental perspective of biodiesel industry and isolated populations. It was evaluated the combustion of crude glycerin from bovine tallow biodiesel and technical glycerin from soy biodiesel process. Due to commercial unavailability of a capable burner for burning glycerin, a swirl burner was developed for crude and technical glycerin combustion, but it was also used successfully in other alternative fuels as raw bovine tallow and diesel. Emissions of sulphur and nitrogen oxides, total hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, acetaldehyde and acrolein were analyzed and quantified. Similarly, the mutagenic potential of gases was evaluated, as well as the calorific power, thermal decomposition behavior, the associated heat transfer and fundamentals operational parameters such as adiabatic flame temperature, air-fuel ratio and others. A experimental technique for mutagenic and toxicological effects assessment of combustion gases was analyzed and standardized, as well as the calorific power, the associate heat transfer and fundamentals operational parameters. The study was developed using a fully instrumented flame tube furnace, a swirl burner, continuous gas analyzers, a chromatograph, a thermogravimetric analyzer, automatic data acquisition systems and other auxiliary equipment. The mutagenic potential of the combustion gases was studied on biosensor Tradescantia clone KU-20 assay, using chambers of intoxication and biological analytical techniques previously developed and others specially adapted. The results were compared with the performance of diesel at similar conditions and finding that the direct combustion of crude glycerin is a feasible process. In addition, the emissions of CO, NOx, \'SO IND.2\' and THC were 39%, 75%, 69% and 38% correspondingly smaller than those of diesel. The particulate matter emitted by crude glycerin combustion and even more, by technical glycerin, was several times higher than those emitted by the diesel. Also, the emission of acrolein detected in flue gas from crude glycerin (214 ppbv), apparently have not represents danger to the population. Simultaneously was observed that the energy produced from crude glycerin was 61% and 58% cheaper than the energy from diesel and technical glycerin respectively under similar conditions. But certainly, it was found that the crude glycerin combustion is a more complex process compared with the combustion of conventional fuels.

Made available in DSpace on 2016-08-17T17:11:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_DIEGO AMORIM DOS SANTOS.pdf: 423252 bytes, checksum: efa5c399c909c9183204861f32d89af4 (MD5) Previous issue date: 2014-03-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ABSTRACT This study was conducted to evaluate the productive performance of crossbred Boer goats finished in feedlots, fed diets containing increasing levels of crude glycerin (0, 4, 8 and 12%) replacing corn bran in the concentrate portion of the diet. Two experiments were conducted. The first trial intended to determine the average daily gain (ADG), dry matter intake (DM) and nutrients (CP, NDF, EE ) and alimental behavior, which is evaluated for time spent with intake, rumination and leisure time. Twenty crossbred Boer goats with an average initial weight of 17.06 + 2.16 kg were used in a randomized complete block design with four treatments and five replications. The animals were housed in individual pens for a period of 65 days, 14 day for adaptation and 51 days for data collection. For the second experiment (digestibility trial) four castrated male goats were used, with an average weight of 22.45 + 3.06 kg, (with pattern similar to the animals used on the feedlot trial), in a Latin Square Design (4 treatments x 4 animals x 4 collection periods), to determine the digestibility of DM, CP, NDF and EE. The animals were housed in metabolic cages for a period of 40 days with four collection periods (seven days for adaptation and three for data collection). On the first trial, the addition of crude glycerin did not affect (P>0.05) the ADG between treatments, with mean values of 98.3 + 27g, as well as dry matter (591 + 96g) and other nutrients intake were not affected as well. The time spent on intake and chewing increased along with the levels of crude glycerin in diets, while leisure time, even without statistical difference, decreased (16%) compared to control treatment. There was no significant difference (P>0.05) of the treatments on the time spent ruminating with an average value of 365.6 + 73.4 minutes/day, and the digestibility of DM, CP and NDF were not affected as well. However there was a quadratic effect for the digestibility of EE. It is recommended to include in the content of 12% crude glycerin without damage to the productive performance, intake and digestibility of evaluated nutrients. / Objetivou-se com o presente trabalho avaliar o desempenho produtivo de caprinos mestiços Boer terminados em confinamento, alimentados com dietas contendo teores crescentes de glicerina bruta (0, 4, 8 e 12%) em substituição ao milho em grão triturado no concentrado. Foram realizados dois experimentos; o primeiro para determinação do ganho de peso diário (GPD), do consumo de matéria seca (MS) e nutrientes (PB, FDN, EE) e do comportamento ingestivo dos animais, sendo este avaliado quanto ao tempo despendido com ingestão, ruminação e ócio. Utilizou-se 20 caprinos ¾ Boer, machos, castrados com peso inicial médio de 17,06 + 2,16 kg em um delineamento em blocos completos casualizados, com quatro tratamentos e cinco repetições. Os animais foram confinados em baias individuais por um período de 65 dias, sendo 14 para adaptação e 51 para coleta de dados. Para o segundo experimento (ensaio de digestibilidade) foram utilizados quatro caprinos machos, castrados, com peso médio de 22,45 + 3,06 kg, com padrão racial semelhante aos animais utilizados no confinamento, em um delineamento em quadrado latino (4 tratamentos x 4 animais x 4 períodos), para determinação da digestibilidade da MS, PB, FDN e EE. Os animais foram alojados em gaiolas metabólicas durante um período de 40 dias com quatro períodos de coleta (sete dias de adaptação e três para coleta dos dados). No experimento de desempenho a adição de glicerina bruta não interferiu (P>0,05) no GPD entre os tratamentos, com valores médios de 98,3 + 27g, assim como no consumo de matéria seca (591 + 96g) e outros nutrientes. O tempo de ingestão e mastigação aumentou com o incremento de glicerina bruta nas dietas, enquanto que o tempo de ócio, mesmo sem diferença estatística, decresceu (16%) em relação ao tratamento controle. Não houve diferença significativa (P>0,05) dos tratamentos sobre o tempo gasto na ruminação com valor médio de 365,6 + 73,4 minutos/dia, bem como para a digestibilidade da MS, PB e FDN, contudo houve efeito quadrático para a digestibilidade do EE. Recomenda-se a inclusão no teor de 12% de glicerina bruta em dietas para caprinos em terminação, sem prejuízos para o desempenho produtivo, consumo e digestibilidade dos nutrientes avaliados.