Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campoinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T13:46:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_BeatrizMerchelPiovesan_M.pdf: 1535419 bytes, checksum: fa059ca3da52ab10581615a140f2bc82 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção de enzimas lignocelulolíticas por Trichoderma reesei RUT-C30 foi otimizada em frascos agitados e bioreatores de 0,5 e 3L visando maximizar os títulos enzimáticos e produtividade volumétrica. Para isso, foram testadas como fontes de carbono (1% m/v) bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por processo hidrotérmico (BH) ou por explosão a vapor, com (BED) e sem (BEX) deslignificação, em meio contendo proteose peptona, tween 80 e solução salina. Celulose comercial Celufloc200 (CE) foi testada para comparação. Maior produção de enzimas celulolíticas foi obtida com a utilização de BED (1,38 ± 0,11 FPU/mL) quando em comparação com CE (0,78 ± 0,14 FPU/mL) em frascos agitados, sendo esse material utilizado como fonte de carbono nos demais ensaios. A produção de hemicelulases (xilanases) foi similar para os dois meios (em U/mL): 18,03 ± 1,56 para BED e 20,04 ± 1,50 para CE. A variação da concentração da solução salina, da fonte de carbono e dos nutrientes permitiu aumento da produção de enzimas celulolíticas para 1,89 ± 0,12 (meio com o dobro de solução salina) e 2,73 ± 0,09 (meio com 2% m/v de BED e nutrientes proporcionais) em frascos agitados. A suplementação da fonte de carbono com farelo de soja, sacarose, licor de pré-tratamento, lactose e glicerol foi estudada e farelo de soja foi selecionado como suplemento do meio. A elaboração de um meio de mistura contendo o dobro de solução salina, farelo de soja e nutrientes proporcionais à concentração da fonte de carbono (meio MIX) permitiu o aumento da produção de enzimas para, em FPU/mL: 3,33 ± 0,10 (MIX15: contém 1,5% m/v de BED), 3,78 ± 0,33 (MIX20) e 3,67 ± 0,34 (MIX30) em frascos agitados. As atividades de xilanases foram superiores a 130 U/Ml utilizando os meios de mistura. Em bioreator de 3L a produção de enzimas celulolíticas utilizando o meio MIX15 atingiu 2,29 ± 0,20 FPU/mL. Para o meio padrão (BED 1% m/v) o pico de atividade obtido foi de 1,14 ± 0,32 FPU/mL. O aumento da concentração da fonte de carbono em bioreator para 3% (m/v) a partir do meio MIX15 resultou no aumento da atividade celulolítica para 4,20 ± 0,34 FPU/mL. Os picos de atividade de xilanases atingiram valores superiores a 180 U/mL em bioreator. O desempenho do coquetel enzimático produzido no meio MIX15 foi avaliado na hidrólise de BED e BH, e comparado ao coquetel produzido no meio padrão e a um coquetel comercialmente disponível (Sigma). Os valores de conversão de celulose em glicose foram superiores para o coquetel MIX15 em relação aos demais coquetéis ao se utilizar 3 ou 5% de sólidos, com ou sem adição de beta-glucosidase comercial (Novozym 188) / Abstract: The production of lignocellulolytic enzymes by Trichoderma reesei RUT-C30 was optimized in shake flasks and 0.5 and 3L bioreactors to maximize the enzymatic titles and volumetric productivity. The carbon sources considered were sugar cane bagasse (1% w/v) pretreated by the hydrothermal process (BH) or steam explosion, with (BED) and without (BEX) delignification. The medium contained proteose peptone, Tween 80 and saline solution. Commercial cellulose Celufloc200 (CE) was used for comparison. Increased production of cellulolytic enzymes in flasks was obtained with BED as carbon source (1.38 ± 0.11 FPU / ml) when compared to CE (0.78 ± 0.14 FPU / ml), and this material was selected as carbon source for further studies. The production of hemicellulases (xylanases) was similar for the two carbon sources (U / mL): 18.03 ± 1.56 with BED and 20.04 ± 1.50 with CE. Variation of the concentration of the salt solution, carbon source and nutrients led to an increased production of cellulolytic enzymes: 1.89 ± 0.12 (medium with doubled saline solution concentration) and 2.73 ± 0.09 (medium with 2% w/v BED and nutrients proportional to the carbon source) in shake flasks. Supplementation of the carbon source with soybean meal, sucrose, pretreatment liquor, lactose and glycerol was studied and soybean meal has been selected as supplement. The preparation of a mixture medium containing doubled saline solution, soybean meal and nutrients proportional to the concentration of the carbon source allowed increasing the production of enzymes for (in FPU / ml): 3.33 ± 0.10 (MIX15 - containing 1.5% w/v BED) , 3.78 ± 0.33 (MIX20) and 3.67 ± 0.34 (MIX30) in shake flasks. Xylanase activities were higher than 130 U/mL. In a 3L bioreactor, production of cellulolytic enzymes using MIX15 medium reached 2.29 ± 0.20 FPU / mL. For the standard medium (BED 1% w/v) the peak activity was 1.14 ± 0.32 FPU / mL. Increasing the concentration of the carbon source in the bioreactor to 3% w/v starting from MIX15 resulted in a cellulolytic activity of 4.20 ± 0.34 FPU / mL. Xylanase activity reached values higher than 180 U/mL in the bioreactor. The performance of the enzyme cocktail produced in MIX15 medium was evaluated for the hydrolysis of BED and BH, and compared to the cocktail produced in the standard medium and to a cocktail commercially available (Sigma). The values of conversion of cellulose to glucose were higher for the cocktail MIX15 compared to the other cocktails when using 3 or 5% solids, with or without adding commercial beta-glucosidase (Novozym 188) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Gabriela Alves Macedo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T10:15:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schons_PatriciaFernanda_D.pdf: 7426090 bytes, checksum: 313de43e28f0e8dfd168987a56f6a2c1 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Tanino acil hidrolase (TAH) conhecida como tanase (EC 3.1.1.20) é uma enzima que hidrolisa ésteres e taninos hidrolisáveis produzindo glicose e ácido gálico quando o meio reacional for polar. No entanto, a literatura indica sua capacidade de esterificar também ésteres de ácidos gálico em meio orgânico. Nosso grupo de pesquisa isolou um fungo, Paecilomyces variotii, produtor de tanase no ano de 2005 e desde então vem desenvolvendo estudos de produção, purificação, caracterização e aplicações desta enzima. Dando continuidade à linha de pesquisa, o objetivo deste trabalho foi estudar um processo de imobilização da tanase de Paecilomyces variotii empregando diferentes suportes e técnicas. Foram avaliados os parâmetros do processo de imobilização, a tanase livre e imobilizada foi caracterizada bioquimicamente ainda foi investigada a quimioseletividade da tanase imobilizada e livre para reações de síntese. A tanase foi imobilizada pelo método de adsorção em alumina, Amberlite, Accurel e celite; por ligação covalente em amberlite e Dowex ativados com polietilenoimina e glutaraldeído e em sílica, accurel e celite ativados com 3-aminopropiltrietoxisilano e glutaraldeído e por gelificação iônica em alginato de sódio, alginato de alga marrom, carragena, quitosana, pectina e goma gelana. A tanase imobilizada foi avaliada quanto a porcentagem de atividade enzimática e porcentagem de eficiência de imobilização. O processo de imobilização de tanase em alginato de sódio foi otimizado empregando a ferramenta de planejamento de experimentos. A tanase imobilizada em alginato na condição otimizada, foi avaliada quanto ao reuso e caracterizada bioquimicamente quanto ao pH e temperatura ótimos de atividade e de estabilidade e quanto a atividade frente a inibidores. Em adição ao processo de imobilização, foi avaliado o efeito do emprego de reticulantes: genipina, glutaraldeído, transglutaminase Activa® e transglutaminase de Streptomyces sp. CBMAI 837. As cápsulas obtidas foram avaliadas quanto à atividade enzimática, eficiência de imobilização e sua morfologia foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura. Dentre os suportes empregados para imobilização de tanase por adsorção, ligação covalente e gelificação iônica obteve-se maior porcentagem de atividade enzimática utilizando os suportes celite, sílica ativada com 3-aminopropiltrietoxisilano e glutaraldeído e alginato de sódio, respectivamente. A condição otimizada para a imobilização de tanase em alginato de sódio foi com 3,6% de alginato de sódio, cloreto de cálcio 0,1M, 3,6mg de tanase/mL de alginato e 6h de cura. Após o processo de otimização a tanase aumentou 35 vezes sua atividade enzimática. A tanase imobilizada em alginato de sódio nas condições otimizadas pode ser reutilizadas por até 5X mantendo 60% de sua atividade catalítica, as cápsulas apresentaram maior estabilidade quanto ao pH, temperatura e inibidores comparando com a tanase livre. Por fim, avaliouse a capacidade da tanase livre e imobilizada em sintetizar ésteres de ácido gálico. A tanase livre mostrou-se efetiva na síntese de galatos, especialmente, propilgalato com porcentagem de esterificação de 65%, já com a tanase imobilizada em alginato de sódio somente 8% de esterificação do propilgalato foi observado / Abstract: Tannin acyl hydrolase (TAH) known as tannase (EC 3.1.1.20) is an enzyme that hydrolyzes esters of hydrolysable tannins producing gallic acid and glucose as the reaction medium is polar. However, the literature indicates their ability to produce also gallic acid esters in organic media. Our research group has isolated a fungus, Paecilomyces variotii, tannase producer in 2005 and since then has been conducting studies of production, purification, characterization and applications of this enzyme. Continuing the research, the objective of this work was study a process to immobilize tannase from Paecilomyces variotii using different supports and techniques. Were evaluated the parameters of the immobilization process, free and immobilized tannase were characterized biochemically and yet been investigated quimioseletivity of tannase immobilized and free for synthesis reactions. Tannase was immobilized by adsorption onto alumina, Amberlite, Accurel and celite, by covalent binding in Amberlite and Dowex activated with polyethyleneimine and glutaraldehyde on silica, celite and Accurel activated with glutaraldehyde and 3-aminopropyltriethoxysilane and ionic gelation by sodium alginate, alginate from brown seaweed, carrageenan, chitosan, pectin and gellan gum. The immobilized tannase was evaluated as the percentage of enzyme activity and percentage of immobilization efficiency. The immobilization process of tannase in sodium alginate was optimized using the experimental design method. After the optimization process the tannase immobilized in alginate was evaluated for reuse and characterized biochemically for pH and temperature optima for activity and stability and the activity against inhibitors. In addition to the immobilization process, we evaluated the effect of the use of cross-linking: genipin, glutaraldehyde, Transglutaminase Activa ® and the transglutaminase from Streptomyces sp. CBMAI 837. The capsules obtained were evaluated for percentage of enzymatic activity, percentage of immobilization efficiency and their morphology was studied by scanning electron microscopy. Among the carriers used for immobilization of tannase by adsorption, covalent and ionic gelation has been a higher percentage of enzyme activity using the supports celite, silica activated with glutaraldehyde and 3-aminopropyltriethoxysilane and sodium alginate, respectively. The optimal conditions for immobilization of tannase in sodium alginate were 3.6% sodium alginate, calcium chloride 0.1 M, 3.6 mg of tannase / mL alginate and 6h of cure. After the optimization process, the tannase activity increased by 35 times. The tannase immobilized on sodium alginate in the optimized conditions can be reused up to 5X keeping 60% of its catalytic activity, the capsules showed greater stability for pH, temperature and inhibitors compared with free tannase. Finally, we evaluated the ability of free and immobilized tannase in synthesizing esters of gallic acid. The free tannase proved to be effective in the synthesis of gallates, especially propyl gallate with a percentage of esterification of 65%, with the immobilized tannase in sodium alginate was observed only 8% of propyl gallate esterification / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Sarita Cândida Rabelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BayonaAyala_OlgaLucia_M.pdf: 2487047 bytes, checksum: 8b5429f4a75079995619323320d0d52c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A palha da cana-de-açúcar é um resíduo lignocelulósico que pode ser usado na produção de etanol através da hidrólise deste material e da fermentação dos açúcares resultantes. Neste trabalho, dois tipos de pré-tratamento, peróxido de hidrogênio alcalino e hidróxido de cálcio (cal), foram avaliados para aumentar a susceptibilidade da palha à hidrólise enzimática. Um planejamento experimental 2³ + configuração estrela com triplicata no ponto central para cada um dos pré-tratamentos foi elaborado considerando as variáveis tempo, temperatura e concentração do reagente no pré-tratamento como fatores e a concentração de glicose obtida após a hidrólise, em g/g de palha de cana, como resposta. As condições ótimas encontradas para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino foram 1 h de pré-tratamento a 60ºC, usando 0,44 mL de peróxido de hidrogênio/g de palha, em pH 11,5. A solubilização da hemicelulose e lignina foi de 83,10% e 71,85%, respectivamente. A hidrólise enzimática da palha pré-tratada nessas condições levou a um rendimento de glicose de 333 mg/g de palha bruta, equivalente a um rendimento global de 86,97% e a uma conversão na hidrólise de 90,35% quando a hidrólise enzimática foi realizada a 50ºC, pH 4,8 e em 48 h com 3% (m/m) de sólidos, empregando uma carga enzimática de 15 FPU de celulase/g de palha seca pré-tratada e 25 CBU de ?-glicosidase/g de palha seca pré-tratada. O resultado obtido após a hidrólise da palha pré-tratada com hidróxido de cálcio nas condições escolhidas como as melhores de pré-tratamento (53h, 90°C e 0,4 g cal/g palha seca) foi de 206 mg glicose/g de palha bruta, correspondendo a um rendimento de glicose global de 53,90% e conversão na hidrólise de 56,58%, quando a hidrólise foi realizada nas mesmas condições usadas para a palha pré-tratada com peróxido de hidrogênio alcalino. O pré-tratamento com peróxido de hidrogênio se mostrou mais efetivo em relação à liberação dos açúcares fermentescíveis, além de se trabalhar com uma maior concentração de sólidos quando comparado com o pré-tratamento com hidróxido de cálcio (15% (m/m) e 4% (m/m), respectivamente) / Abstract: The sugarcane straw is a lignocellulosic waste that can be used to increase the production of ethanol through hydrolysis of this material and fermentation of the sugars produced. In this work, the conditions of two pretreatments, alkaline hydrogen peroxide and calcium hydroxide (lime), were evaluated to enhance the susceptibility of sugarcane straw to enzymatic hydrolysis. A 2³ + central composite design was performed considering pretreatment time, temperature and reagent concentration in the pretreatment as factors and glucose concentration after hydrolysis, in g/g bagasse, as the response. The optimal conditions for the pretreatment with alkaline hydrogen peroxide were 1 h of pretreatment at 60 °C using 0.44 mL (0.65 g) hydrogen peroxide/g straw, at pH 11.5. At these conditions the solubilization of hemicellulose and lignin were of 83.10% and 71.85%, respectively. The enzymatic hydrolysis of the pretreated straw led to a glucose global yield of 86.97% and to hydrolysis conversion of 90.35% when enzymatic hydrolysis was performed at 50 °C, pH 4.8 and 48 hours with 3% (w/w) solids and 15 FPU cellulase / g pretreated straw and 25 CBU ?-glucosidase/g pretreated straw. The best results after hydrolysis of straw pretreated with lime in the chosen pretreatment conditions (53.07 h, 90 °C and lime concentration of 0 4 (g/g) dry straw) was of 206 mg glucose/g of raw straw, corresponding to an overall yield of 53.9% and hydrolysis conversion 56,58% when hydrolysis was performed in the same conditions used for peroxide pretreated straw. The alkaline hydrogen peroxide pretreatment was more effective in the release of fermentable sugars, besides working with higher solids concentration as compared with lime pretreatment (15% (w/w) and 4% (w/w), respectively) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:58:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MarisaCorreade_M.pdf: 1452448 bytes, checksum: cbfd0da3e6558c06281ba86e39f14050 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O colágeno é um subproduto de matadouro sendo amplamente utilizado como ingrediente na indústria, depois de extraído e purificado. As propriedades tecnológicas do colágeno estão intimamente relacionadas com a distribuição da massa molecular de suas fibras, que varia de acordo com as características da matéria-prima e condições do processo de obtenção do material. Com o intuito de avaliar o efeito das variáveis de processo (tempo,temperatura e pH), o colágeno foi extraído da camada interna da pele bovina e submetido a hidrólise em diferentes condições de temperatura (50, 60 e 80°C) e pH (3, 5, 7 e 10) durante 6 horas. Os produtos obtidos foram avaliados quanto ao teor de proteína solúvel, carga superficial, distribuição de massa molecular, desnaturação protéica, capacidade gelificante e emulsificante. Os produtos mostraram teor de proteína solúvel entre 5 e 82% (m/m), sendo os maiores valores obtidos em tratamentos realizados em temperatura mais elevada e/ou condições mais ácidas. Produtos obtidos em condições extremas de pH (3 e 10) ou temperaturas acima ou similar à temperatura de desnaturação do colágeno (80 e 60°C, respectivamente) tiveram sua estrutura mais desnaturada. Em geral, os hidrolisados obtidos em pH ácido formaram géis mais firmes, exceto o produzido a 80°C. Já os hidrolisados obtidos nos outros valores de pH (5, 7 e 10) formaram géis com baixos valores de tensão de ruptura porém, quando tratados em temperatura acima da temperatura de desnaturação e maior tempo de processo, apresentaram uma melhora nas propriedades gelificantes. A capacidade de retenção de água (CRA) foi próxima de 100%, exceto para hidrolisados obtidos em pH igual a 7 e 10 e temperatura de 50°C. A capacidade emulsificante destes hidrolisados também foi avaliada em emulsões óleo/água (O/A). A estabilidade das emulsões aumentou com a redução do pH e com o aumento do tempo de hidrólise, porém somente a emulsão em pH 3 e 6 horas de hidrólise não apresentou separação de fases. As emulsões mais estáveis (pH 3) apresentaram gotas com baixa polidispersão e diâmetro médio entre 1,5 e 5 µm. Em valores de pH próximo ao pI do colágeno houve a formação de agregados que desestabilizaram as emulsões, o que acarretou elevados valores de diâmetro médio (entre 8 e 17 µm). As emulsões estáveis mostraram comportamento pseudoplástico, porém nas emulsões em que ocorreu a separação de fases, a fase inferior (aquosa) sempre apresentou comportamento Newtoniano, enquanto que a fase creme foi pseudoplástica. De maneira geral, o uso de temperaturas mais amenas e pH ácido, possibilita a produção de hidrolisados com boas propriedades mecânicas, no entanto, em temperatura mais elevada obtém-se um produto com alta solubilidade. Se o objetivo é a obtenção de um gel com alta capacidade de retenção de água o mais indica-se utilizar pH abaixo ou próximo do pI ou elevadas temperaturas. Para melhorar a capacidade emulsificante o uso em pH abaixo do pI é o mais indicado / Abstract: Collagen is a byproduct of the slaughterhouse that is widely used as an ingredient in industry, after being extracted and purified. The technological properties of collagen are closely related to the molecular weight distribution of the fibers, which varies with the characteristics of raw materials and process conditions used to obtain the material. In order to evaluate the effect of process variables (time, temperature and pH), collagen was extracted from the inner layer of bovine hide and subjected to hydrolysis under different conditions of temperature (50, 60 and 80°C) and pH (3, 5, 7 and 10) for 6 hours. The products were evaluated for soluble protein content, surface charge, molecular weight distribution, protein denaturation, gelling and emulsifying capacity. The products showed soluble protein content between 5 and 82% (w / w), in which the highest values were obtained in the treatments carried out at higher temperature and/or under more acidic conditions. Products obtained under extreme conditions of pH (3 and 10) or temperatures above or similar to the collagen denaturation temperature (80 and 60°C, respectively) were more denatured. In general, the hydrolysates obtained at acidic pH formed firmer gels, except that produced at 80°C. The hydrolysates obtained in the other pH values (5, 7 and 10), in turn, formed gels with low values of strain at fractures but, when treated at temperatures above the denaturation during long time, they showed an improvement in those properties. The water holding capacity (WHC) was approximately 100%, except for hydrolysates obtained at pH 7 and 10 and temperature of 50°C. The emulsifying capacity of such hydrolysates, was also evaluated in oil/water (O/W) emulsions. The stability of the emulsion increases with decreasing pH and increasing hydrolysis time, but only at pH 3 and 6 hours of process the emulsion showed no phase separation. These emulsions showed low polydispersity and droplet size between 1.5 and 5 µm. At pH values near the pI of collagen the formation of aggregates that destabilized the emulsions occurred, which resulted in higher droplet size (between 8 and 17 mm). The stable emulsions showed shearthinning behavior, but in case of emulsions in which phase separation occurred, the lower phase (aqueous) always presented Newtonian behavior, while the cream phase was a shearthinning fluid. In general, lower temperatures and acid pH, allows the production of hydrolysates with good mechanical properties, however, at higher temperature gives a product with high solubility. If the goal is to obtain a gel with high water retention capacity, it is indicated using pH below or close to the pI or elevated temperatures. To improve the emulsifying capacity the use of pH below the pI is the most suitable / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Flavia Maria Netto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:14:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Holanda_HeleniceDuartede_D.pdf: 984181 bytes, checksum: 6d229ecc404575e9d047abc647c6039c (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O crescimento significativo do volume de resíduos de pescado representa um problema tanto para o meio ambiente como para a indústria de processamento. O aumento da industrialização de crustáceos tem contribuído para aumentar o volume desses resíduos. O resíduo do camarão processado representa aproximadamente 70% da matéria-prima, sendo composto por cefalotórax, exoesqueleto, vísceras e restos. O elevado teor de quitina, cerca de 20%, tem potencializado o aproveitamento tanto para sua própria obtenção quanto para a do seu principal derivado, a quitosana. A recuperação da fração protéica e da astaxantina, no isolamento da quitina, utilizando o processo enzimático, é uma alternativa para o aproveitamento global desse resíduo. Assim, este trabalho teve por objetivo estudar a recuperação dos componentes do resíduo da industrialização do camarão sete-barbas (Xiphopenaeus kroyeri) proteína quitina e astaxantina utilizando hidrólise enzimática. O resíduo industrial do descasque do camarão sete-barbas, coletado na indústria de processamento em dezembro e julho de anos sucessivos, apresentou a seguinte composição: 30 a 48% de proteína; 20% de quitina e concentração de astaxantina entre 2,4 e 8,39 mg/100 g, quando extraída em óleo e 3,53 a 12,71 mg/100 g quando extraída com solvente. A composição dos aminoácidos totais mostrou a isoleucina, ácido glutâmico, leucina e o ácido aspártico com as maiores concentrações. Do total de aminoácidos, cerca de 45% corresponderam aos aminoácidos essenciais. A composição dos ácidos graxos apresentou uma relação de 1:2 entre os ácidos graxos saturados e insaturados e percentuais de 15,42 e 23,97% para o eicosapentaenóico (EPA) e docosahexaenóico (DHA) em relação ao total de ácidos graxos, respectivamente. Os resultados obtidos neste estudo indicaram que a época de coleta não apresentou uma relação direta com a concentração dos componentes estudados.O alto conteúdo protéico indicou que este resíduo pode ser uma excelente fonte de proteínas. Para otimizar a recuperação da fração protéica por hidrólise com a enzima alcalase, utilizou-se a Metodologia de Superfície de Resposta, usando um planejamento composto 22 com relação enzima substrato E/S (0,18 a 5,83%) e temperatura (43,9 a 74,1°C). Os resultados indicaram que o fator E/S foi o que apresentou maior efeito na recuperação de proteína. As condições ótimas para o processo foram na região de E/S na faixa de 2,5 a 5,5% e temperatura na faixa de 55 a 60°C, onde se obteve a máxima recuperação de proteína, 55,78% e máximo grau de hidrólise (GH), 12,80% . Para avaliar a recuperação da quitina e da astaxantina em conjunto com a fração protéica, o resíduo úmido foi submetido à hidrólise com as enzimas alcalase e pancreatina. A reação, para as duas enzimas, foi conduzida até obter-se 5 e 10% de GH, utilizando-se o método do pH-stat. O processo enzimático com alcalase foi mais eficiente do que com pancreatina, aumentando a recuperação de proteína e de astaxantina, em 11 e 20%, respectivamente. O aumento do grau de hidrólise resultou em um incremento de 27% e 10% na recuperação da proteína e da astaxantina. A recuperação da astaxantina com mistura de solventes foi duas vezes mais eficaz do que a extração em óleo. A hidrólise enzimática do resíduo industrial do camarão sete-barbas com alcalase permitiu a obtenção de hidrolisado protéico, além de propiciar condições adequadas para a recuperação da astaxantina e da quitina. Os hidrolisados obtidos com alcalase e com pancreatina, com GH 5 e 10%, foram caracterizados quanto à sua composição química, composição de aminoácidos totais e livres, composição de ácidos graxos, distribuição de peso molecular por SDS-PAGE e cromatografia de exclusão molecular (CLAE-EM), perfil de hidrofobicidade por cromatografia de fase reversa (CLAE-FR) e solubilidade. Os hidrolisados apresentaram teor de proteína superior a 76%, 14% de cinza e baixo conteúdo de lipídios, 1,4 a 2,2%. Os hidrolisados obtidos com alcalase apresentaram somente peptídeos com peso molecular menor que 8 kDa, enquanto os hidrolisados com pancreatina, além de apresentarem peptídeos com peso molecular menor que 8 kDa, também apresentaram fração com peso molecular na faixa de 40 kDa, indicando que a actina não foi totalmente hidrolisada. A composição de aminoácidos livres apresentou maior concentração de arginina, fenilalanina, lisina e leucina, responsáveis pelo ¿flavor¿ do camarão e potencialmente com a função de agir como quimioatrativos em rações para peixes e/ou crustáceos. Os resultados indicaram que o resíduo pode ser utilizado para recuperação não só da quitina, mas também para obtenção de hidrolisados protéicos e de astaxantina, que são utilizados tanto na industria de alimentos como na alimentação animal, especialmente na aqüicultura / Abstract: The significant increase in the volume of fish waste from processing plants represents a considerable environmental problem. Increases in the processing of crustaceans have contributed to this increase. Shrimp residue represents about 70% of the raw material and is composed of the cephalothorax, exoskeleton, viscera and other parts. The high content of chitin in this residue, approx. 20%, has led to a potential use for this residue to obtain chitin and its principal derivative, chitosan. The recovery of the protein fraction and of astaxanthin by enzymatic means, during the isolation of chitin, is an alternative for the overall use of this residue. Thus the objective of this research was to study the recovery of the following components from the residue resulting from the industrialization of ¿sete-barbas¿ shrimp (Xiphopenaeus kroyeri) ¿ protein, chitin and astaxanthin ¿ using enzymatic hydrolysis. The specific objectives were: chemically characterize the industrial residue of ¿sete-barbas¿ shrimp; study and optimize the enzymatic hydrolysis process for the recovery of the protein fraction together with other valuable components such as chitin and astaxanthin and chemically and biochemically characterize the protein hydrolysates obtained. The residue from the industrial processing of ¿sete-barbas¿ shrimp was collected in December and July of consecutive years and presented the following composition: 30-48% protein; 20% chitin and an astaxanthin concentration between 2.4 and 8.39 mg/100g when oil extracted and between 3.53 and 12.71 mg/100g when solvent extracted. The amino acid concentration showed that isoleucine, glutamic acid, leucine and aspartic acid were present in the highest concentrations. About 45% of the total amino acids were essential amino acids. The ratio of saturated to unsaturated fatty acids was 1:2 and included 15,42 and 23,97% respectively of eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids. The results obtained indicated that the season when the residues were collected had no direct effect on the concentration of the components under study. The high protein content indicated that this residue could be an excellent protein source. Response surface methodology was used to optimize protein recovery using the enzyme Alcalase. A compost 22 experimental design was used with the enzyme substrate ratio E/S between 0.18 and 5.83 and the temperature between 43.9 and 74.1°C. The results indicated that E/S had the greatest effect on protein recovery. The optimum conditions for the process were with an E/S in the range from 2.5 to 5.5% and temperature between 55 and 60°C, giving a maximum protein recovery of 55.78% and maximum degree of hydrolysis (DH) of 12.80%. To evaluate the recovery of chitin and astaxanthin together with the protein fraction, the moist residue was submitted to hydrolysis with both Alcalase and pancreatine. For both enzymes, the reaction was allowed to continue until 5 to 10% DH was obtained, using the pH-stat method. The enzymatic process with Alcalase was more efficient than with pancreatine, increasing the recovery of protein and astaxanthin by 11 and 20% respectively.The increase in degree of hydrolysis resulted in an increase of 27% and 10% respectively in the recovery of protein and astaxanthin. Astaxanthin recovery with a solvent mixture was twice as efficient as oil extraction. The enzymatic hydrolysis of the industrial residue from ¿sete-barbas¿ shrimp with Alcalase allowed for the production of the protein hydrolysate as well as providing adequate conditions to recover the astaxanthin and chitin. The hydrolysates obtained with Alcalase and pancreatine, with DH of 5 and 10%, were characterized with respect to their chemical composition, total and free amino acid composition, fatty acid composition, molecular weight distribution using SDS-PAGE and molecular exclusion chromatography (CLAE-EM), hydrophobic profile by reverse phase chromatography (CLAE-FR) and solubility. The hydrolystes showed protein contents above 76%, 14% ash and a low lipid content of 1.4 to 2.2%. The hydrolysates obtained with Alcalase only presented peptides with molecular weights of <8 kDa, whilst those obtained with pancreatine, in addition to peptides with molecular weights <8 kDa, also presented a fraction with a molecular weight of about 40 kDa, indicating that the actin was not completely hydrolysed. The free amino acid composition showed higher concentrations of arginine, phenylalanine, lysine and leucine, responsible for the shrimp flavor, thus showing potential for use as flavoring compounds in fish and/or crustacean feeds. The results indicated that the residue could be used to recover not only chitin but also to obtain protein hydrolysates and astaxanthin, which are used both in the food and animal feed industries, especially in aquaculture / Doutorado / Doutor

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present research firstly describes the study of methods for the hydrolysis of amide bond [C(O)-N] in 2-(5-trifluoromethyl-5-hydroxy-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl)-5-(5-trifluoromethyl-5-hydroxy-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl-1-carbonyl)pyridines (2), where alkyl = CH3, aryl = C6H5, 4-OCH3C6H4, 4,4 -BiPh and heteroaryl = fur-2-yl, previously synthesized, aiming at the synthesis of a series of five pyrazolyl-nicotinic acids (3), applying basic conditions (NaOH, EtOH/H2O, 100 oC, 20 h) and their five esters derivatives (4) through reactions of 3 with thionyl chloride and methanol. These compounds were successfully obtained and in pure form with yields of 70 95% for nicotinic acids and between 57 84% for the aforementioned esters. Secondly, the study of the reactivity of 6-hydrazinonicotinic acid hydrazide reagent was developed (1), which presents two different nucleophilic centers in its chemical structure: hydrazine and hydrazide. First, a cyclocondensation reaction of [4+1] type was conducted between 1 and the triethylorthoacetate. This ortho ester, acting as reagent / solvent under reflux for 16 hours, presented no chemical distinction between the two nucleophilic centers in 1, which simultaneously reacted, originating the novel heterocyclic system 3-methyl-6-(5-methyl -1,3,4-oxadiazol-2-yl-[1,2,4] triazolo[4,3-a]pyridine in 82% yield. The chemo-differentiation reactivity of the hydrazine-hydrazide moieties favoring hydrazine function was observed when 1 reacted with aryl and heteroaryl aldehydes in ethanol solvent at 60 °C for 7 hours, resulting in a series of seven new 6-[2-aryl/heteroarylmethylidenehydrazinyl]nicotinohydrazides (7) with 64 - 94% yields. Subsequently, the cyclocondensation reactions of [3 + 2] type involving the hydrazide 7 free function and the 4-alkoxy-4-alkyl(aryl/heteroaryl)-1,1,1-trifluoroalk-3-en-2-ones (8) resulted in a new series of nine 5-[(3-alkyl(aryl/heteroaryl)-5- trifluoromethyl-5-hydroxy-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl)carbonylpyridin-2-yl]aryl/ heteroarylaldehyde hydrazones (9) with 45 74% yields. Illustrating the possibility of obtaining other heterocycles, the 6-[2-aryl/heteroarylmethylidenehydrazinyl]nicotinohydrazides, which presents free hydrazide function, and triethylorthoacetate were used as predecessors. Therefore, the oxadiazolyl-pyridine (10) 2-[5-(5-methyl-1,3,4-oxadiazol-2-yl)-pyridin-2-yl]-4-chlorobenzaldehyde hydrazone was obtained in 64% yield when this reaction was developed under reflux for 16 hours. Finally, with the intention of demonstrating the possibility of incorporating the metallocene ferrocene into the organic heterocyclic system under investigation, two 6-[2-ferrocenylmethyl(ethyl)idenehydrazino]nicotinic hydrazide (12) were synthesized with yields from 58 to 72% and a derived series from six 5-[(3-alkyl(aryl/heteroaryl)-5-trifluoromethyl-5-hydroxy-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl)carbonylpyridin-2-yl] acetylferrocene/ferrocenecarboxaldehyde hydrazones (13) with yields from 58 to 72%. The compounds were characterized by 1H and 13C {1H} NMR Spectroscopy, Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry (GC-MS), Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry (LC-ESI-MS/MS) and their purity determined by CHN Elemental Analysis. / Este trabalho descreve, inicialmente, o estudo de métodos de hidrólise para a ligação amídica [C(O)-N] em 2-[3-alquil(aril/heteroaril)-5-hidróxi-5-trifluormetil-4,5-diidro-1H-pirazol-1-il]-5-[3-alquil(aril/heteroaril)-5-hidróxi-5-trifluormetil-4,5-diidro-1H-carbonilpirazol-1-il]piridinas (2), sendo alquila = CH3, arila = C6H5, 4-OCH3C6H4, 4,4 -BiPh e heteroarila = Fur-2-ila, sintetizados previamente, visando a síntese de uma séries de cinco ácidos pirazolil-nicotínicos (3), empregando meio básico (NaOH, EtOH/H2O, 100 oC, 20 h) e seus respectivos cinco ésteres derivados (4) a partir de reações de 3 com SOCl2 e MeOH. Estes compostos foram obtidos com sucesso e de forma pura com rendimentos de 70 95% para os ácidos nicotínicos e entre 57 84% para os ésteres mencionados. Dando prosseguimento, realizou-se o estudo da diferenciação da reatividade do reagente hidrazida 6-hidrazinonicotínica (1), o qual possui em sua estrutura química dois centros nucleofílicos distintos: uma hidrazina e uma hidrazida. Primeiramente, foi executada uma reação de ciclocondensação do tipo [4+1] entre 1 e ortoacetato de trietila. Este orto-éster atuando como reagente/solvente, sob refluxo por 16 horas, não apresentou distinção química entre os dois centros nucleofílicos em 1, os quais reagiram simultaneamente dando origem ao sistema heterocíclico inédito 3-metil-6-(5-metil-1,3,4-oxadiazol-2-il-[1,2,4]triazolo[4,3-a]piridina (5) com 82% de rendimento. A quimiodiferenciação de reatividade hidrazina-hidrazida favorecendo a função hidrazina foi observada quando 1 reagiu com aldeídos arílicos e heteroarílicos, em etanol, a 60 oC por 7 horas, resultando em uma série de sete novas 6-[2-aril/heteroarilmetilidenohidrazinil]nicotinohidrazidas (7) com rendimentos de 64 94%. Subsequentemente reações de ciclocondensação do tipo [3+2] envolvendo a função hidrazida livre de 7 e 4-alcóxi-4-alquil(aril/heteroaril)-1,1,1-triflúor-3-alquen-2-onas (8) resultou em uma nova série de nove 5-[(3-alquil/aril/heteroaril-5-trifluormetil-5-hidróxi-4,5-diidro-1H-pirazol-1-il]carbonilpiridin-2-il]aril/heteroarilideno hidrazonas (9) com 45 74% de rendimento. Exemplificando a possibilidade de obtenção de outros heterociclos utilizou-se como precursores a 6-[2-(4-clorobenzilideno)hidrazinil]nicotinohidrazida, que apresenta a função hidrazida livre, e ortoacetato de trietila. Desta forma, a oxadiazolil-piridina (10) (2-[5-(5-metil-1,3,4-oxadiazol-2-il)piridina-2-il]-4-clorobenzilideno hidrazona) foi obtida com 64% de rendimento quando a reação foi realizada sob refluxo durante 16 horas. Finalmente e com a intenção de demonstrar ainda a possibilidade de incorporação do metaloceno ferroceno no sistema heterocíclico em estudo, foram sintetizadas duas 6-[2-ferrocenilmetil(etil)idenohidrazinil]nicotinohidrazidas (12) com rendimentos de 58 72% e uma série derivada de seis 5-[(3-alquil/aril/heteroaril-5-trifluormetil-5-hidróxi-4,5-diidro-1H-pirazol-1-il)carbonilpiridin-2-il](ferrocenocarbo-xaldeído/acetilferroceno)hidrazonas (13) com rendimentos de 58 72%. Os compostos foram caracterizados por Espectroscopia de RMN de 1H e 13C{1H}, Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (CG-EM), Cromatografia Líquida acoplada à Espectrometria de Massas (LC-ESI-MS/MS) e sua pureza determinada via Análise Elementar CHN.

Orientador: Roberto Herminio Moretti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade Tecnologia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-16T13:08:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PezoaGutierrez_Vladimir_M.pdf: 13123148 bytes, checksum: 637b07d4712007dce945f00490a7241e (MD5) Previous issue date: 1975 / Resumo: Foi estudada a solubilização de um isolado de proteínas por hidrólise enzimática, em um sistema continuo, empregando-se um reator enzimático com membrana ultrafiltrante. Correlacionou-se o comportamento de diferentes variáveis, tais como concentração de substrato, substrato desnaturado e não desnaturado, concentração de enzima, pH, pressão temperatura. Para este sistema foi usado como substrato uma solução de um isolado de proteínas de soja; e como enzima, uma enzima proteolítica de reação ácida obtida de Rhizopus chinensis. Os efeitos das diferentes variáveis foram estimados analisando-se a concentração de peptídios solúveis no permeado e o fluxo do permeado através do tampo de reação. Também foram efetuadas as análises de composição química do substrato, da atividade da enzima sobre o mesmo, e também a determinação do peso molecular dos peptídios solúveis no permeado resultante. Verificou-se que quanto menor é a concentração de peptídios solúveis no permeado, maior é o fluxo do mesmo através da membrana; observou-se também que a concentração de peptídios solúveis no permeado é diretamente proporcional à concentração do substrato e da enzima no reator. Também se determinou que o fluxo de permeado através da membrana varia com a pressão exercida no sistema quando se trabalha no intervalo de 1,0 a 2,0 kg/cm². Ao empregar um vácuo de 0,3 kg/cm² os resultados foram similares aos obtidos com a pressão de 1,0 kg/cm². Demonstrou-se que um incremento de temperatura faz com que aumente a concentração de peptídios solúveis no permeado. Encontrou-se que o pH ótimo para a atividade da enzima esta no intervalo 2,5 a 3,0; e quando o pH se torna menor que 2,5 ou maior que 3,0, a atividade enzimática decai significativamente. Determinou-se ainda que o rendimento em proteínas solubilizadas estava entre 6,77% e 35,54%, para as diversas condições estudadas. Finalmente, determinou-se que o peso molecular dos peptídios ultrafiltrados é inferior a 10 000 / Abstract: Solubilization of an isolated protein by enzymatic hidrolysis in a continuous reactor using ultrafiltration was studied. The following variables were investigated: substrate concentration, denatured and undenatured substrate, enzyme concentration, pH, pressure and temperature. Isolated soybean protein was employed as substrate and proteolitic enzyme from Rhizopus chinensis was used. Besides the above mentioned variables, soluble peptide concentration permeate and permeate flow rate during reaction time was measured. The chemical composition of the substrate, enzyme activity and the molecular weights of soluble peptides of the permeate were determined. During the test, it was observed that a lower concentration of soluble peptides in the permeate corresponds to a higher flow rate of permeate and that the concentration of soluble peptides in the permeate is directly related to the concentration of substrate and enzyme in the reactor. Permeate flow rate was found to be proportional to the pressure on the system in the range 1,0 - 2,0 kg/cm² and at a low pressures such as 0,3 kg/cm². The main results obtained during this study the following: - temperature affects soluble peptide concentration in the permeate, encreasing proportionally. - enzyme activity is best in the 2,5 - 3,0 pH range and declines when the pH is lower than 2,5 or larger than 3,0 - the soluble protein yield obtained at different conditions varied from 6,77 to 35,54 %. - the molecular weight of soluble peptides of permeate is less than 10000 / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: José Maria Ferreira Jardim da Silveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Economia / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:45:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Murakami_ThaysGoncalvesdeLima_D.pdf: 10562342 bytes, checksum: 117ec4b1509fe2b8e1fb5ba7b3f11b9b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A pesquisa tem por objetivo investigar as trajetórias tecnológicas que estão se formando na etapa de hidrólise enzimática para a produção de bioetanol de 2ª geração (também denominado bioetanol lignocelulósico). A escolha do bioetanol lignocelulósico como tema geral dessa tese mostra-se pertinente, haja vista que sua produção ainda se encontra em estágio inicial de desenvolvimento, criando oportunidade principalmente para países em desenvolvimento, que podem adequar suas políticas energéticas às especificidades locais (a partir da escolha de matérias-primas abundantes internamente a serem usadas como biomassa) e minimizar sua dependência de fontes fósseis. Particularmente o Brasil pode se beneficiar da produção de bioetanol lignocelulósico partindo do conhecimento e da infraestrutura já aplicados à produção de bioetanol da cana. A motivação para a seleção da etapa de hidrólise como tema específico está no fato de que esse processo ainda carrega muitas incertezas, não havendo tecnologia(s) líder(es) ou trajetória(s) dominante(s). Ao contrário, há um conjunto de rotas tecnológicas possíveis que precisam mostrar sua viabilidade técnica e econômica para se tornarem ideais. O estudo da rota enzimática, em detrimento da rota ácida, deve-se ao fato de que ela tem sido considerada pela literatura a mais promissora. Todavia, mesmo na hidrólise enzimática há enormes indefinições decorrentes da ampla diversidade de micro-organismos com potencial para degradação de material lignocelulósico que, no entanto, metabolizam as enzimas em diferentes proporções e condições ambientais. As incertezas decorrem também da ampla gama de enzimas degradadoras de matéria lignocelulósica e da ação sinérgica entre elas. Dado que cada matéria usada como biomassa possui uma composição lignocelulósica particular, a eleição do grupo de enzimas a serem usadas no processo de degradação se torna mais complexa. Com vistas a atender aos propósitos desta pesquisa ¿ de investigar as trajetórias tecnológicas em hidrólise enzimática para produção de bioetanol ¿ foi usada a base da Derwent Innovations Index durante o período de 1970 a 2014 para a seleção de patentes relacionadas ao tema. A partir da reunião das patentes de interesse, foram extraídas, sistematizadas e analisadas três categorias de informação dos documentos patentários, a saber, o(s) tipo(s) de pesquisa empreendido(s) (ou conteúdo da patente), o(s) micro-organismo(s) envolvido(s) na pesquisa e a(s) enzima(s) de interesse comercial. Com essas três categorias de informação, aplicou-se o modelo NK para detectar a presença de padrões de especialização entre `conteúdo-micro-organismo-enzima¿. Isso porque, espera-se que com o amadurecimento da rota de hidrólise enzimática, haja o afunilamento dos micro-organismos estudados, a paulatina eleição dos mais aptos à produção de bioetanol lignocelulósico e o direcionamento a determinadas enzimas, reduzindo o grau de incerteza que envolve o processo. O que se pretende com a investigação dessas três dimensões, portanto, é compreender em que direção os agentes públicos e privados estão focalizando seus esforços em termos de métodos/técnicas de pesquisa, em quais micro-organismos esses agentes têm apostado suas expectativas e em quais enzimas tem havido crescente interesse comercial. Essas dimensões, em seu conjunto, delineiam as trajetórias tecnológicas em hidrólise enzimática e dão pistas do atual estágio dessa rota de uma perspectiva setorial / Abstract: This research aims to investigate the technological trajectories in enzymatic hydrolysis process for the 2nd generation bioethanol production (also known as lignocellulosic bioethanol). The choice of the lignocellulosic bioethanol as the general topic of this work proves to be relevant, given that its production is still in early stage of development, creating opportunity especially for developing countries inasmuch as they can adjust their energetic policies to local conditions (choosing internally abundant raw materials to be used as biomass) and minimize their dependence on fossil fuels. Brazil particularly can benefit from lignocellulosic bioethanol production taking advantages from the knowledge and infrastructure already applied to the production of sugarcane bioethanol. The motivation for the study of the hydrolysis process is due to the uncertainties around it, to the extent that there is no dominant technology or trajectory. On the contrary, there are a number of possible technological routes that need to prove their technical and economic feasibility to become ideals, being the enzymatic route considered by the literature the most promising of them. Nevertheless, even in the enzymatic hydrolysis there are huge uncertainties arising from the wide range of micro-organisms with potential for the degradation of lignocellulosic matter. These microorganisms metabolize enzymes at different rates and at different environmental conditions. Uncertainties also arise from the wide range of enzymes needed to degrade the lignocellulosic matter and to the synergic action between them. Since each raw material used as biomass has a specific lignocellulosic composition, the choice of the group of enzymes to be used in the degradation process becomes more complex. In order to fulfill the purposes of this research ¿ to investigate the technological trajectories in enzymatic hydrolysis for bioethanol production ¿ we selected patents available in the Derwent Innovations Index database during the period 1970-2014. From the patent documents of interest we extracted, systematized and analyzed three categories of information, namely the type of the research (or patent content), the microorganism involved in the research and the enzyme of commercial interest. With these three categories of information, we applied the NK-model to examine the presence of specialization patterns among `type-microorganism-enzyme¿. It is expected that with the maturation of enzymatic hydrolysis route, there will be a reduction in the number of microorganisms studied, a gradual choice of the most suitable microorganisms and a focus on certain enzymes, reducing the degree of uncertainty involved in the process. The investigation of these three dimensions, therefore, is to understand in what direction the public and private actors are focusing their efforts in terms of methods/research techniques, microorganisms and enzymes. These dimensions, as a whole, outline the technological trajectories in enzymatic hydrolysis and track the current stage of this route in a sectorial perspective / Doutorado / Teoria Economica / Doutora em Ciências Econômicas

Orientador: Tânia Forster Carneiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-27T14:35:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lachos-Perez_Daniel_M.pdf: 2146698 bytes, checksum: bd9a09fc30626088c9dff682785f1200 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Novas tecnologias de reaproveitamento de resíduos para a produção de novos produtos com gasto energético estão emergindo como uma forma eficiente e economicamente viável. Tecnologias utilizando água supercrítica podem representar uma alternativa ambientalmente correta, uma vez que promovem o desenvolvimento sustentável em relação aos métodos convencionais. Processos de hidrólise em água supercrítica dispensam solventes ácidos e processos de gaseificação em água supercrítica dispensam a secagem da amostra, ou seja, permitem o emprego de resíduos húmidos. Adicionalmente, processos de hidrólise e gaseificação utilizando fluidos supercríticos permitem um eficiente controle do processo através de pequenas variações nas condições de operação (pressão, temperatura, vazão, etc.). Trata-se de uma tecnologia em fase de desenvolvimento, existindo poucos relatos na literatura sobre sistemas de hidrólise e/ou gaseificação com água supercrítica e processos similares. A unidade piloto proposta neste trabalho permite o estudo dessa tecnologia e utilizando água supercrítica de forma a integrar em um mesmo equipamento dois processos: hidrólise seguida de gaseificação; proporcionando uma melhor relação custo-benefício associada a essas tecnologias. O sistema proposto tem aplicações no desenvolvimento de processos com água em condições sub e supercríticas de temperatura e pressão, buscando a obtenção de açúcares fermentáveis e/ou gases de interesse energético, tais como hidrogênio e metano. O objetivo principal deste trabalho foi projetar e construir um sistema em escala piloto capaz de realizar a conversão do bagaço da cana-de-açúcar em produtos de maior valor agregado, a partir de um reator de hidrólise operando em condições subcríticas de temperatura e pressão, seguido de um reator de gaseificação operando em condições supercríticas de temperatura e pressão, em regime semicontínuo. Testes preliminares foram realizados no reator de hidrólise com o objetivo de otimizar as condições de temperatura e pressão no primeiro reator previamente ao reator de gaseificação. Os resultados das cinéticas de hidrólise, com duração entre 15 e 25 minutos, indicaram altos valores de rendimento de açúcares redutores e redutores totais nas temperaturas de 200 e 250 ºC, independentemente dos valores de pressão estudados. Por outro lado à temperatura de hidrólise de 250 °C foi obtida maior rendimento de hidrólise, esse comportamento pode ser indicado devido a maior formação de açúcares observado neste experimento / Abstract: Waste recycling technologies to produce new products with energy recovery are emerging as efficient and economically viable alternative. Technologies using supercritical water can represent an environmentally friendly alternative, as they promote sustainable development compared to conventional methods. Hydrolysis processes in supercritical water do not require acid solvents and gasification processes in supercritical water dispense sample drying, or allow the use of wet waste. Additionally, hydrolysis and gasification processes using supercritical fluids allow an efficient control of the process by small variations in the operating conditions (pressure, temperature, flow rate, etc.). Since this is a technology under development, there are few reports in the literature on hydrolysis and / or gasification systems with supercritical water and similar processes. The pilot plant proposed in this work allows the study of supercritical water technology to integrating in one device two processes: the hydrolysis followed by gasification, providing a cost-benefit associated with these technologies. The proposed system has applications in process development with water in sub- and supercritical conditions of temperature and pressure to obtain fermentable sugars and / or gases such as hydrogen and methane. The main objective of this work was to design and to build a system at pilot plant scale capable of performing the conversion of sugar cane bagasse into higher added value products and energy, from a hydrolysis reactor operating in subcritical conditions of temperature and pressure followed by a gasification reactor operating in supercritical conditions of temperature and pressure, in a semi-batch system. Preliminary tests were carried out in the hydrolysis reactor in order to determine the optimal temperature and pressure conditions in the first reactor previous to gasification reactor. The results of the hydrolysis kinetics, lasting between 15-25 minutes showed high yield values of reducing sugars and total reducing sugars at the temperatures of 200 and 250 °C, independently of the pressure values studied. On the other hand, to the hydrolysis temperature of 250 ° C was obtained a yield higher hydrolysis, this behavior may be indicated due to larger formation of sugars observed in this experiment / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Além do interesse intrínseco pelos seus aspectos mecanísticos, as reações de hidrólise de compostos carbonílicos apresentam também a interessante particularidade da reação pelo próprio solvente, a água. Dentre estas reações, conhecidas como \"reações de água\" (Robertson, 1967; Johnson, 1967), estudou-se neste trabalho a hidrólise de carbonatos, através do cálculo das energias de transferência da fase gasosa para o solvente, de reagentes (R), estado de transição (ET) e produtos (P). O estudo da solvatação de modelos moleculares para R e ET indica uma correlação entre reatividade e estrutura molecular. Os resultados usando o enfoque de \"super-molécula\" mostram maior concordância com os dados experimentais do que o cálculo de solvatação da molécula simples e indicam que a solvatação dos modelos de ET é mais eficiente que para R e, portanto, há um aumento da reatividade. O estudo mais detalhado das estruturas de R, ET e P, em misturas água/acetonitrila para carbonatos de difenila e bis(2,4-dinitrofenila), sugere a existência de duas ligações de hidrogênio: entre o oxigênio da água do \"cluster\" e um dos hidrogênios dos anéis aromáticos (CF e CDNF), e entre o hidrogênio da água e o oxigênio do grupo nitro do outro anel aromático (CDNF). A consequente diminuição da liberdade conformacional em relação à fase gasosa, provocada por estas ligações de hidrogênio (CF e CDNF), expõe um dos hemisférios da carbonila ao ataque da água, provocando então uma aceleração entrópica do processo. Os efeitos eletrônicos, devidos às ligações de hidrogênio, estão de acordo com a maior acidez esperada dos hidrogênios dos anéis do CDNF em relação ao CF. Também mostram uma compensação no CDNF, pouco contribuindo para alterar a densidade eletrônica no seu carbono carbonílico, enquanto que indica uma soma de efeitos no CF, contribuindo então para um aumento desta densidade eletrônica no CF, de acordo com sua conhecida baixa reatividade. O trabalho permite ainda concluir sobre o relativo sucesso do uso de método semi-empírico PM3 e modelo relativamente simples de solvatação (Cramer & Truhlar, 1991), para o cálculo de energia de transferência em misturas de água/acetonitrila, na faixa de fração molar da água (0,40 a 1,00) onde o método apresenta resultados concordantes com os valores experimentais. / In addition to their intrinsic mechanistic interest, hydrolysis reactions of carbonyl compounds in aqueous media exhibit the interesting peculiarity of direct reaction with the solvent itself, i.e., water. In the present work, we have investigated a representative example of one of these \"water reactions\" (Robertson, 1967; Johnson, 1967), the hydrolysis of carbonates, via quantum chemical ca1culation of the free energies of transfer of the reagents (R), the transition state (TS) and the products (P) from the gas phase to water. A model study of the solvation of R and TS points to a correlation between reactivity and molecular structure. Results using the \"super-molecule\" approach show greater agreement with experiment than solvation ca1culations on the isolated molecule and imply that the solvation of the TS is more effective than that of R in increasing reactivity. A more detailed study of the structures of R, TS and P for diphenyl- (DPC) and bis(2,4-dinitrophenyl)carbonates (DNPC) in acetonitrile/water mixtures suggests the existence of two possible types of hydrogen bonds, i.e., between oxygen of the water c1uster and an aromatic ring hydrogen (DPC and DNPC) or, in the case of DNPC, between the protons of water and the oxygens of the nitro group of the second aromatic ring. The decrease in conformational degrees of freedom reI ative to the gas phase provoked by these hydrogen bonds exposes one of the hemispheres of the carbonyl group to attack by water, resulting in an entropic acceleration of the reaction. The electronic effects on the hydrogen bonds are in line with the greater acidity of the aromatic ring hydrogens of DNPC relative to those of DNP. In DNPC, there is a compensation effect, with very little alteration of the electron density on the carbonyl carbon, while in DPC a sum of effects increases the electron density on the carbonyl carbon, in line with the known lower reactivity of the latter. This work points to the relative success of the semi-empirical PM3 method combined with relatively simple solvation models (Cramer & Truhlar, 1991) for ca1culating free energies of transfer involving acetonitrile/water mixtures in the water mole fraction range from 0.40-1.00.