Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1611845 bytes, checksum: 13778a12240f86c322ed572b020bad22 (MD5) Previous issue date: 2013-03-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Urea is the most widely used nitrogen fertilizer in agriculture and its rapid hydrolysis in the soil can lead to significant losses by ammonia volatilization (N-NH3(g)) or by nitrate leaching (N-NO3 -). In order to reduce N losses emerged in the market several products represented by the slow or controlled release fertilizers and stabilized fertilizers. Work developed with traditional fertilizers that use monitoring of N-NH3(g) loss or losses as N-NO3 - do not provide direct information about the release rates and information about the N dynamics in soil. Usual methods of assessment coated fertilizers based on dissolution in water conditions differ greatly from those found in agricultural crops, especially by the influences of humidity, temperature, pH, microbial and enzymatic activity, organic matter and cation adsorption capacity of the soil. The dissolution of fertilizers and chemical reactions after the dissolution can print these changes in chemical characteristics of the soil solution, therefore the evaluation of the liquid phase of the soil can provide information regarding the release of nutrients from fertilizers. To evaluate the release of N in fertilized soil samples with coated ureas, we made two trials. In the first trial adaptations were made to collect soil solution (SS) by centrifugation method, we evaluated doses of N-urea (1 and 2 g kg-1), one treatment without N application and relative centrifugal force ( FCR: 1500, 2000, 2500, 3000 g). Collectors soil solution consisted of PVC pipe 70 mm in diameter, 100 mm high with one end closed. Inside the tube was placed a ring of PVC and this was placed on a perforated plate. The incubators were placed on the plate riddled during centrifugation. The incubators were constituted of recipient with a volume of 250 mL and perforated lid. Soil samples were kept inside incubators of pre-incubation to collect soil solution. The volume of the SS, pH, concentration of total-N and electrical conductivity (CE) were not affected by FCR used in the absence of fertilizer. The presence of fertilizers changed the SS volume collected, the CE and the content of total-N were also changed. The pH varied with FCR applied in treatments with dose 1 g kg-1, but was independent of the FCR with dose 2 g kg-1 (pH = 9,10). The dose 2 g kg-1 promoted the largest increase in the variables pH, N-total and CE. When applied 2 g kg-1 of N-urea the response curves for N-total and CE showed lower slope and higher volume collected with FCR of about 2500 g. In the second trial, the release of N from coated fertilizers and its dynamics in the soil solution and soil samples were evaluated in a soil of sandy loam texture, which received 2 g kg-1 of N-urea. After applying the fertilizer in the soil was incubated times ranging from 1 to 1296 h. To collect the SS used the component described above and FCR of 2500g. Additional treatments were maintained until 1530 h of incubation in them was collected weekly NH3 volatilization, used to estimate gaseous losses of N in the other treatments (1 to 1296 h). Also in these treatments was collected and the SS was evaluated soil where the concentration of different forms of N. The analysis procedures included the determination of N-urea, N-NH4 +, N-total and pH of the SS and soil. In the soil was determined concentrations of N-urea, N-NH4 + and N-total. The sum (N-total SS + Ntotal soil + N-NH3(g)) was assumed to be N released. The treatments were arranged in a factorial (7 + 1) x 9), seven fertilizer (U, UP1, UNBPT, USP2, USP3, USP4 and USP5), a control without nitrogen applied and nine incubation times ranging from 1 to 1296 h. Treatments were arranged in randomized blocks with four replications. The fertilizers were classified into three groups of different release patterns: G1 (U, UP1, UNBPT, averaging 94% of the N released until 64 h), G2 (USP2 and USP3, averaging 54% of N released up to 382 h) and G3 (USP4 and USP5, averaging 33% of the N released until 779 h). The dynamics of N in SS and soil was different between the groups, there were major transformations of urea-N to N-NH4 +, greater increases in pH and losses of N-NH3(g) for fertilizers G1 followed by those of G2 and G3. The maximum loss by volatilization (NVol) were on average 23% (G1, average time of 717 h), 15% (G2, average time of 1174 h) and 3% (G3, average time of 1296 h). The UNBPT was not effective in reducing losses NVol, but slowed in about three days the peak volatilization in relation to urea pearly. The UP1 was not effective in reducing N release and reduced losses of N-NH3(g). The soil solution analysis could differentiate fertilizers in relation to their ability to release N. / A ureia é o fertilizante nitrogenado mais utilizado na agricultura, e sua rápida hidrólise no solo pode levar a perdas expressivas de N por volatilização de amônia (N-NH3(g)) ou por lixiviação de nitrato (N-NO3 -). Com o objetivo de reduzir perdas de N, têm surgido no mercado produtos diferenciados, representados pelos fertilizantes revestidos de liberação controlada ou lenta, e fertilizantes estabilizados. Trabalhos desenvolvidos com os fertilizantes tradicionais que se utilizam do monitoramento das perdas de N-NH3(g) ou das perdas na forma de N-NO3 -, não oferecem informações diretas a respeito das taxas de liberação, ou mesmo informações sobre a dinâmica do N no solo. Métodos usuais de avaliação de fertilizantes revestidos baseados na dissolução em água diferem muito daquelas condições encontradas nos cultivos agrícolas, sobretudo pela influência da umidade, temperatura, pH, atividade microbiana e enzimática, matéria orgânica e CTC do solo. Processos de dissolução dos fertilizantes e reações químicas decorrentes podem imprimir mudanças nas características químicas da solução do solo, razão pela qual a avaliação da fase líquida deste pode oferecer informações da liberação de nutrientes dos fertilizantes. Para avaliar a liberação de N em amostras de solo fertilizadas com ureias revestidas foram realizados dois ensaios. No primeiro, adaptações para coleta de solução do solo (SS) pelo método de centrifugação foram feitas avaliando-se doses de N-ureia (1 e 2 g kg-1), além de um tratamento sem aplicação de N e força centrífuga relativa (FCR: 1500, 2000, 2500 e 3000 g). Os coletores de solução do solo foram constituídos de tubos de PVC de 70 mm de diâmetro e 100 mm de altura, com uma das extremidades fechada. Internamente, foi posicionado um anel de PVC, onde ficou apoiada uma placa crivada. Sobre a placa crivada, foi colocado durante a centrifugação, o incubador. Os incubadores foram constituídos de recipientes de plástico de 250 mL, com tampa crivada e cerca de 50 perfurações de 3,0 mm de diâmetro. Dentro dos incubadores foi acomodado o solo desde a fase de pré-incubação até a coleta da solução do solo. O volume da SS, o pH, a concentração de N-total e a condutividade elétrica (CE) não foram afetados pela FCR utilizada na ausência do fertilizante. A presença dos fertilizantes alterou o volume de SS coletado, bem como a CE e o teor de N-total. O pH variou com a FCR aplicada nos tratamentos com dose 1 g kg-1, porém foi independente de FCR na dose 2 g kg-1 (pH = 9,10). A dose 2 g kg-1 promoveu o maior incremento nas variáveis pH, N-total e CE da SS. Quando aplicados 2 g kg-1 de N-ureia as curvas de resposta para N-total e CE mostraram menor declividade e maior volume coletado próximo a 2500 g. No segundo ensaio, a liberação de N de fertilizantes revestidos e sua dinâmica na solução do solo e no solo foram avaliadas em amostras de um solo de textura franco-arenosa que recebeu 2 g kg-1 de N-ureia. Após a aplicação dos fertilizantes, o solo foi incubado em tempos que variaram de 1 até 1296 h. Para coleta da SS, utilizou-se o componente descrito anteriormente e FCR de 2500g. Tratamentos adicionais foram mantidos até 1530 h de incubação, neles foi coletada semanalmente a NH3 volatilizada, utilizada para estimar as perdas gasosas de N nos tempos de coleta da SS de 1 até 1296 h. Também nestes tratamentos coletou-se a SS e solo, onde avaliou-se a concentração das diferentes formas de N. Os procedimentos de análise incluíram a determinação de N-ureia, N-NH4 + e N-total na SS e no solo, bem como o pH da SS. O somatório (N-total da SS + Ntotal do solo + N-NH3(g)) foi assumido como N liberado. Os tratamentos foram arranjados em um fatorial (7+1) x 9), sendo sete fertilizantes (U, UP1, UNBPT, USP2, USP3, USP4 e USP5), um controle sem aplicação de N e nove tempos de incubação que variaram de 1 a 1296 h. Os tratamentos foram distribuídos em blocos casualizados com quatro repetições. Diante dos resultados, os fertilizantes foram classificados em três grupos de padrões de liberação distintos: G1 (U, UP1, UNBPT, com média de 94 % do N liberado até 64 h), G2 (USP2 e USP3, com média de 54 % do N liberado até 382 h) e G3 (USP4 e USP5, com média de 33 % do N liberado até 779 h). A dinâmica do N na SS e no solo foi diferente entre os grupos, observaram-se maiores transformações de N-ureia para N-NH4 +, maiores incrementos no pH e nas perdas de N-NH3(g) para fertilizantes do G1 seguidos daqueles do G2 e G3. As perdas máximas por volatilização N-NH3(g) foram em média de 23 % para o G1, 15 % para o G2 e 3 % para o G3. O fertilizante UP1 apresentou liberação de N e volatilização de NH3 similar a ureia perolada, mostrando a ineficiência do revestimento com o polímero. Os fertilizantes apresentaram padrões diferenciados de liberação de N, sendo possível avaliar essas diferenças por meio da análise química da solução do solo.

Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-04-25T13:43:14Z No. of bitstreams: 1 Tese Fernanda Roberta Rech.pdf: 330878 bytes, checksum: dcfd7515c7bf4521f3c575214f90f867 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T13:43:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Fernanda Roberta Rech.pdf: 330878 bytes, checksum: dcfd7515c7bf4521f3c575214f90f867 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24

Submitted by NATÁLIA PAGANINI MARQUES null (nataliapaganini@hotmail.com) on 2017-10-25T16:35:01Z No. of bitstreams: 1 Tese_Natália Marques_2017 FINAL_CD ROOM.pdf: 4045053 bytes, checksum: 8bb94d90641523ae3af09e85b33d82cd (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-31T16:36:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marques_np_dr_araiq.pdf: 4045053 bytes, checksum: 8bb94d90641523ae3af09e85b33d82cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T16:36:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marques_np_dr_araiq.pdf: 4045053 bytes, checksum: 8bb94d90641523ae3af09e85b33d82cd (MD5) Previous issue date: 2017-09-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Atualmente, há um crescente interesse na produção de bioetanol celulósico como biocombustível de segunda geração, sendo uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis. Fungos tem sido constantemente isolados na busca por novas fontes de celulases e os endofíticos são interessantes para esta finalidade, por serem potenciais produtores de enzimas de degradação de material vegetal, incluindo celulases, e pouco estudados neste sendido. O presente estudo teve por finalidade a avaliação da influência das condições de cultivo (isolado e co-cultivo) para a produção de celulases pelos fungos endofíticos Botryosphaeria sp. AM01 e Saccharicola sp. EJC04, por meio de metodologias estatísticas, além da utilização dos extratos enzimáticos na sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado hidrotérmicamente com NaOH, otimizando-se também esta etapa empregando-se as ferramentas estatísticas citadas. Para a condição de co-cultivo dos fungos, a quantidade de substrato (5,7g) e a umidade inicial do substrato (60,6%) foram otimizadas visando maximizar a produção de endoglunacase (121,56 U/g). Para o cultivo isolado de Botryosphaeria sp. AM01, foi possível a produção de endoglunacase (168,99 U/g), empregando a concentração de NaNO3 a 6,0 g/L e 5,0 g como quantidade de substrato. Para o cultivo isolado de Saccharicola sp. EJC04, obteve-se a condição ótima para produção de β-glicosidase (750,37 U/g) na concentração de ureia de 0,0836 g/L, teor de umidade de 49,2% e quantidade de substrato de 3,84 g. Os extratos enzimáticos obtidos sob as condições ótimas de cultivo foram utilizados na sacarificação do bagaço pré-tratado hidrotérmicamente com NaOH. A caracterização do bagaço pré-tratado indicou 59,52, 31,62 e 11,32% como teores de celulose, hemicelulose e lignina, respectivamente. A sacarificação realizada com o extrato enzimático produzido por Botryosphaeria sp. AM01 foi mais eficiente quanto à obtenção de glicose, sendo selecionada para os experimentos envolvendo a otimização deste processo. Sob a condição otimizada de sacarificação (carga de bagaço a 18,82%, carga de enzima de 410,71 U totais de endoglucanase, 50 °C, 280 rpm e 24h) obteve-se a concentração máxima de glicose de 8,05 mg/mL. Quanto à presença de inibidores de fermentação no hidrolisado obtido sob condições otimizadas, observou-se a presença de ácido vanílico e ácido ferúlico nas concentrações de 0,111 e 0,054 g/L respectivamente. Não foi detectada a presença de 5-Hidroximetilfurfural, furfural, ácido siringico e ácido cumárico. Sendo baixas as concentrações dos inibidores presentes no hidrolisado, este apresenta potencial para ser utilizado em processos de fermentação alcoólica. Destaca-se a importância dos resultados obtidos como pesquisa básica, uma vez que não são relatados na literatura estudos quantitativos da produção de celulases pelos gêneros estudados. / There is a great interest in the production of cellulosic bioethanol as second generation biofuel and it is a promising alternative to fossil fuels. Fungi have been constantly isolated in the search for new sources of cellulases and the endophytics interesting for this purpose, being potential producers of plant material degrading enzymes, including cellulases, and underexploited in this sense.The present study had as purpose the optimization of culture conditions (monoculture and co-cultivation) for the production of cellulases by the endophytic fungi Botryosphaeria sp. AM01 and Saccharicola sp. EJC04, by statistics methodology, and also the use of enzymatic extracts in saccharification of sugarcane bagasse submitted to hydrothermal pretreatment with NaOH, optimizing this step using those statistical tools. For the fungi co-cultivation, the amount of substrate (5.7g) and the substrate initial moisture (60.6%) were optimized to maximize the production of endoglunacase (121.56 U/g). For the monoculture of Botryosphaeria sp. AM01, it was possible to produce endoglunacase (168.99 U/g), using the concentration of NaNO3 at 6.0 g/L and 5.0 g as substrate amount. For the monoculture of Saccharicola sp. EJC04, the optimal condition for β- glycosidase production (750.37 U/g) was obtained using urea at 0.0836 g/L, initial substrate moisture at 49.2% and substrate amount of 3.84 g. The enzymatic extracts obtained under optimized conditions were used in the saccharification of sugarcane bagasse submitted to alkaline hydrothermal pretreatment with NaOH. The pre-treated bagasse characterization indicated 59.52, 31.62 and 11.32% as the contents of cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. The saccharification performed with the enzymatic extract produced by Botryosphaeria sp. AM01 was more efficient in glucose obtainment, being selected for the experiments involving the optimization of this process. Under the optimized saccharification condition (18.828% bagasse load, enzyme loading of 410.71 total U of endoglucanase, at 50 °C, 280 rpm and 24h) the maximum glucose concentration of 8.05 mg/mL was obtained. Regarding the presence of fermentation inhibitors in the hydrolyzate, it was detected the presence of ferulic acid and vanillic acid at the concentrations of 0.111 and 0.054 g/L, respectively. The presence of 5-Hydroxymethylfurfural, furfural, syringic acid and coumaric acid was not detected. Since the concentrations of inhibitors present in the hydrolyzate are low, it has potential to be used in alcoholic fermentation processes. This study highlights the importance of the results obtained as basic research, since quantitative studies of cellulases production by the studied genus are not reported in literature. / CNPq: 147995/2013-2

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-09-14Bitstream added on 2014-06-13T20:18:52Z : No. of bitstreams: 1 travaini_r_me_sjrp.pdf: 1306432 bytes, checksum: 44e00fe6026bd65f72fb0ded1ce05e80 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho foi estudada a utilização do ozônio como pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar para posterior hidrólise enzimática. O bagaço in natura foi caracterizado quimicamente, e após cada ensaio de pré-tratamento foram quantificados no bagaço pré-tratado: celulose, xilana, lignina ácida insolúvel (LAI), lignina ácida sóluvel (LAS) e lignina total (LT). Após os pré-tratamentos as amostras foram hidrolisadas enzimaticamente por mistura dos complexos NS50013 e NS50010 de enzimas comerciais fornecidas pela Novozymes. Foram realizados quatro ensaios de pré-tratamento, variando-se a umidade e a concentração de ozônio (gO3/h), e mantendo-se constante o fluxo 60 L/h e o tamanho de partícula em 3-5 mm. A melhor condição de ensaios encontrada foi com 40 % de umidade e 3,85 gO3/h, onde houve diminuição na quantidade de LAI de 19,54±0,03 para 6,49±0,03 %, aumento na LAS de 3,13±0,04 para 7,21±0,09 % e diminuição da LT de 22,67±0,07 para 13,70±0,12 %, comparando-se com o bagaço in natura. No mesmo ensaio houve uma conversão de hidrólise enzimática da celulose de 39,27±0,32 % no bagaço pré-tratado e 50,62±1,59 % no pré-tratado e lavado, da xilana de 55,90±0,14 % no pré-tratado e 28,14±0,75 % no pré-tratado lavado, de açúcares de 44,61±0,17 % no pré-tratado e 43,41±0,84 % no pré-tratado lavado. Houve pouco ataque do ozônio aos carboidratos em todos os ensaios, sendo o maior ataque no ensaio de melhores rendimentos supracitado, com perda de menos de 5 pontos percentuais na quantidade de celulose e pouco mais de 1 ponto percentual na quantidade de xilana. A análise de inibidores revelou baixas concentrações destes, sendo o de maior concentração o ácido acético, com 1,40040±0,07359 g·L-1 no hidrolisado. A análise das amostras pré-tratadas por micrografia eletrônica de varredura... / In this work was studied the utilization of the ozone as a pretreatment of the sugarcane bagasse for enzymatic hydrolysis. The in natura bagasse was chemically characterized, and after each pretreatment test was quantified in the pretreated bagasse: cellulose, xylan, acid insoluble lignin (AIL), acid soluble lignin (ASL) and total lignin (TL). After the pretreatments the samples was enzymatic hydrolyzed by a mixture of NS50013 and NS50010 complexes, of commercial enzymes provided by Novozymes. Was realize four tests of pretreatment, changing the moisture and ozone concentration (gO3/h), fixing the flux in 60 L/h and the particle size at 3-5 mm. The best condition of test was find at 40 % of moisture and 3,85 gO3/h, where was a diminution in the AIL from 19,54±0,03 to 6,49±0,03, a increase in the ASL from 3,13±0,04 to 7,21±0,09 %, and diminution of LT from 22,67±0,07 to 13,70±0,12 %, comparing to the in natura bagasse. In the same test was a conversion of enzymatic hydrolysis of the cellulose of 39,27±0,32 % in the pretreated bagasse and 50,62±1,59 % in the pretreated and washed, of xilan 55,90±0,14 % in the pretreated bagasse and 28,14±0,75 % in the pretreated and washed, of sugar 44,61±0,17 % in the pretreated bagasse and 43,41±0,84 % in the pretreated and washed. Was a little attack to the carbohydrates in all the tests, being the major attack in the test of the best yields aforementioned, with loss of less than 5 percentage points in the cellulose and little more than 1 percentage point in the amount of xylan. The inhibitors analysis showed slow concentrations of they, being the major concentration of acetic acid, with 1,40040±0,07359 g·L-1 in the hydrolyzed. The electron micrograph analysis of the pretreated samples showed that the ozone pretreatment is able to modify microscopically the bagasse, exposing the fibers and increasing the amount and size of the pores

Orientador: Mauricio Boscolo / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: George Jackson de Moraes Rocha / Resumo: Utilizando o bagaço de cana como matéria prima para a produção do etanol brasileiro pode-se aumentar a produção em 50% deste combustível sem o aumento de área cultivada com a cana de açúcar. A hidrólise química deste material demonstrou ser ineficiente à medida que gera um grande número de substâncias inibidoras do processo fermentativo alcoólico, como aldeídos furânicos e fenóis. A hidrólise enzimática vem se destacando como a forma mais viável de sacarificação do bagaço, em função de não gerar tais inibidores, mas a recalcitrância da fibra vegetal impede tal processo. A ação das enzimas hidrolíticas é muito dificultada pela forma como se encontra naturalmente a fibra vegetal: regiões de alta cristalinidade e a presença de lignina revestindo as fibras. O preparo do bagaço para a ação enzimática, normalmente denominado de pré-tratamento, utiliza condições extremas de temperatura e pressão que podem formar produtos tóxicos para a fermentação alcoólica e apresentam sérios riscos operacionais. O objetivo deste trabalho é avaliar o grau de desestruturação do bagaço após pré-tratamentos em soluções ácidas e alcalinas em glicerol e irradiadas com micro-ondas (MO) em dois modos: estático e rotativo. A melhor condição para a ação hidrolítica do complexo enzimático empregado foi obtida em meio não tamponado (água destilada) durante 24 horas. As maiores liberações de açúcares redutores totais (ART) após a hidrólise enzimática foram alcançadas quando o bagaço foi pré-tratado com irradiação de MO por dois minutos em modo rotativo em meio ácido (0,07 mol/L H2SO4) em 100% glicerol (617 ± 24 mg de ART/g de bagaço) e em meio alcalino (0,05 mol/L NaOH) em 100% glicerol... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The production of the Brazilian bioethanol can be increased in 50% without expanding the area cultivated with sugarcane by using sugarcane bagasse as raw material. Its recalcitrance is an obstacle to enzymatic hydrolysis, which can be overcome by physical-chemical treatments. Common pre-treatments using extreme conditions of temperature and pressure are dangerous, promote the generation of toxic compounds (phenols and aldehydes) besides being potentially inhibitory for yeast. The aim of this work is to assess the degree of disruption of the bagasse after pre-treatment in acidic and alkaline glycerol, irradiated with microwaves both in the static and rotational modes. The enzyme complex showed the best results with the reactions promoted in a non-buffered (distilled water) at 24 hours. The best results for the pre-treatment were found after inserting a rotation system in the microwave oven inasmuch as the samples were subjected to irradiation in a more homogeneous way. The best pre-treatment was obtained after enzymatic hydrolysis in sulfuric acid (0.07 mol/L), in pure glycerol, with the rotation of the balloon inside the microwave oven (617 ± 24 mg of ART/g bagasse). In alkaline medium, the best result was found in the absence of water in the reaction medium (0.05 mol/L NaOH) with the rotation of the balloon inside the microwave oven (601 ± 58 mg of ART/g of bagasse). Differential Scanning Calorimetry (DSC) allows to evaluate the degree of disruption of bagasse comparing the enthalpy change, which can be associated with disruption of bounds in pre-treated bagasse. Among the pre-treated bagasse, it is observed that the bagasse treated with NaOH 0.05 mol/L and 5% of water in glycerol had the lowest ΔH, suggesting greater breakdown of carbohydrates after pre-treatment / Mestre

Na produção industrial de café solúvel, grandes quantidades de resíduo de borra de café são geradas. Em média, para cada tonelada de café verde, 480kg de borra é produzida. Este um resíduo sólido, usado atualmente para gerar energia nas caldeiras da indústria de café solúvel, ou também como adubo na agricultura. Buscando um melhor aproveitamento, este trabalho objetivou estudar a viabilidade de hidrolisar a borra de café para a produção de carboidratos. A hidrólise foi promovida com ácido clorídrico em diferentes temperaturas e pressões, usando banho-maria ou autoclave. Uma hidrólise enzimática com Viscozyme L foi desenvolvida utilizando-se papel Whatman no1 e as condições ótimas foram determinadas usando-se, delineamento composto central rotacional (DCCR). As melhores condições para hidrolisar a celulose do papel de filtro foram 50 FBG (Fungal β-glucanase) da enzima Viscozyme L em pH 4,0, por uma hora de reação à 45ºC. A borra de café foi hidrolisada sob as mesmas condições acima descritas para o papel de filtro, entretanto esta hidrólise não foi eficiente. A combinação da hidrolise enzimática como um pré-tratamento da borra de café, seguida da hidrólise ácida usando ácido clorídrico conduzida, em autoclave,(120 ºC por 2 h) resultou em uma maior produção de glucose analisada por HPLC. Uma outra forma de aproveitamento da borra foi avaliada utilizando-a como fonte de substrato no meio de cultura para o crescimento do Botryosphaeria rhodina MAMB-05 e concomitante produção das enzimas lacase e celulase. Os melhores resultados obtidos foram em empregando-se 8% de borra de café com adição do meio mínimo de Vogel, sob agitação(180 rpm) a 28ºC. Os compostos fenólicos presentes na borra de café parece ter induzido lacase para o Botryosphaeria rhodina MAMB-05. / In the industrial production of soluble coffee, huge amounts of extracted coffee residues are generated; onaverage, for eachtonne of green coffee extracted, 480 kg of coffee ground waste is produced. This is a solid residue currently used to generate energy at the steam boilers from the soluble coffee industry. Some is also used or as fertilizer on agriculture fields. Seeking a better end use, the work reported here aimed to study the viability of hydrolyzing the coffee ground residue for the production of carbohydrates. Hydrolysis was undertaken with hydrochloric acid at different temperatures and pressures, using a water bath or autoclave.An enzymatic hydrolysis with Viscozyme Lwas developed using Whatman filter paper No1 and the optimal conditions were determined using a rotational central composite experimental design (DCCR).The best conditions to hydrolyze filter paper cellulose were 50 FBG (Fungal β-glucanase) of Viscozyme L at pH 4.0 for 1.0 h and 45 ºC. The ground coffee was hydrolyzed under the same conditions as described above for filter paper, however this enzymatic hydrolysis was not efficient. A combination of enzymatic hydrolysis as a pre-treatment for the ground coffee followed by acid hydrolysis using HCl conducted in an autoclave (120 C for 2.0 h) resulted in higher production of glucose as analyzed by HPLC. Another end use of the ground coffee evaluated was as source of substrate in the culture medium to grow Botryosphaeria rhodina MAMB-05 to produce the enzymes laccase and cellulase. Highest enzyme titres obtained were with 8% (w/v) coffee grounds to which was added a minimum salts medium(Vogel), under agitation conditions (180 rpm) at 28ºC. The phenolic compounds present in the coffee grounds appear to have induced laccase by Botryosphaeria rhodina.

A crescente demanda por tecnologias que produzam biocombustíveis de maneira sustentável vem incentivando a utilização de diversos materiais lignocelulósicos para tal finalidade. O objetivo deste trabalho foi comparar o potencial de produção de açúcares (glicose e xilose) da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, as duas biomassas foram caracterizadas, mostrando percentuais muito similares de celulose e hemicelulose (42,1% e 22,6% para o bagaço e 39,2% e 22,7% para a palha, respectivamente). Isto evidencia potenciais similares de produção de açúcares. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para comparar os resultados de rendimento de xilose e produção de furfural após as reações de hidrólise ácida das duas biomassas, com o intuito de verificar se este processo, comumente utilizado para o bagaço, pode ser utilizado para a palha. As variáveis que foram avaliadas foram a concentração de ácido (0,5-3,0%m/m), o tempo reacional (15-60min) e a relação sólido-líquido (RSL - 0,1-0,2m/m). Concentrações de 42,72g/L e de 41,31g/L de xilose foram encontradas para a palha e para o bagaço, respectivamente, alcançando rendimentos de xilose superiores a 80%, em reações em laboratório. Também foram realizados ensaios de hidrólise ácida em planta piloto e de hidrólise enzimática em laboratório para avaliar os resultados de rendimento de glicose da palha. Os resultados de rendimento de xilose e produção de inibidores para estas reações foram avaliados e comparados com os dados obtidos em laboratório. Concentrações de 35,2g/Lde xilose e de 27,3g/L de glicose foram encontradas para a palha, alcançando rendimentos de xilose próximos a 100% e de glicose superiores a 64%, em reações de pré-tratamento em planta piloto e em reações de hidrólise enzimática em laboratório. Os resultados evidenciaram que as variáveis concentração de ácido e relação sólido:líquido são as mais influenciam na produção de xilose e glicose / The growing demand for technologies that produce sustainable biofuels encourages the use of various lignocellulosic materials for this purpose. The aim of this study was to compare the potential production of sugars (glucose and xylose) from sugarcane straw and bagasse. First, the biomasses were characterized, showing very similar percentage of cellulose and hemicellulose (42.1% and 22.6% for the bagasse and 39.2% and 22.7% for the straw, respectively). This is a evidence that the potential of sugar production for bagasse and straw are almost the same. Laboratory experiments were carried out to compare the results of xylose yield and production of furfural after acid hydrolysis reactions for both biomasses in order to determine whether this process, commonly used for bagasse, can be used for straw. The variables that were evaluated were acid concentration (0.5 to 3.0 wt.%), reaction time (15-60min) and liquid-solid ratio (RSL - 0.1-0.2 wt.%). Concentrations of 42.72 g/L to 41.31 g/L of xylose were found to straw and bagasse, respectively, reaching xylose yields higher than 80% in laboratory reactions. Also acid hydrolysis reactions in pilot plant and enzymatic hydrolysis reactions in laboratory were carried out to evaluate the results of straw glucose yields. Also the results of xylose yields and production of inhibitors for these reactions were evaluated and compared to the data obtained in the laboratory. Concentrations of 35.2g/L of xylose and 27.3g/L of glucose were found for straw, reaching xylose yields close to 100% and glucose yields up to 64%, in pretreatment reactions in pilot plant and in enzymatic hydrolysis reactions in the laboratory. It was observed that acid concentration and solid: liquid ratio are the variables that most influence in the results of formation of xylose and glucose

O aumento na demanda mundial por energia, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos e a preocupação global com a questão ambiental, despertaram o interesse por fontes alternativas de energia. A biomassa lignocelulósica é abundante e de baixo custo, com potencial para complementar a produção em larga escala de combustíveis. A degradação das moléculas constituintes da parede celular à açúcares fermentescíveis e então à etanol, ocorre através da hidrólise enzimática da biomassa. Contudo, a utilização de enzimas para esse fim encontra-se em estágio exploratório e representa um gargalo na implementação de tecnologias de etanol 2G em escala industrial, desencadeando a busca de celulases bioquimicamente mais ativas, estáveis e economicamente viáveis. O presente trabalho visou a caracterização da endoglucanase I do fungo Trichoderma harzianum, e para isso foi realizada expressão, ensaios bioquímicos e biofísicos do domínio catalítico (ThCel7B-CCD) e da proteína inteira (ThCel7B-full). A enzima exibiu um perfil acidofílico, com atividade ótima em pH 3,0 a 55°C. A proteína também se mostrou capaz de hidrolisar uma variedade de substratos, sendo a maior atividade hidrolítica em β-glucano (75 U mg-1). Ao analisar a estabilidade térmica medida a 55°C em pH 5, a atividade residual manteve-se intacta por mais de 2 meses. Outra característica relevante foi o elevado grau de sinergismo entre ThCel7B e ThCel7A. Análises de microscopia eletrônica de flocos de aveia submetidas à hidrólise com ThCel7B evidenciaram os efeitos de degradação do substrato em relação às amostras controle. O conjunto desses resultados, além de importante para a compreensão do mecanismo molecular de ThCel7B e de outras endoglucanases da família GH7, também revelou uma enzima de interesse biotecnológicos uma vez que o comportamento ácido e sua estabilidade térmica são características relevantes para aplicações industriais sob condições extremamente ácidas. / The increase in global energy demand, shrinkage perspective of energy resources and global concern about environmental issues, aroused interest in finding alternative sources of energy. Lignocellulosic biomass is plentiful and inexpensive, and has the potential to complement the large-scale production of fuel. The degradation of molecules that constitute the cell wall to fermentable sugars and then to ethanol, occurs via the enzymatic hydrolysis of biomass. However, the use of enzymes for this purpose is in exploratory stage and represents a bottleneck in the implementation of 2G ethanol technologies in industrial scale, supporting studies about biochemically most active, stable and economically viable cellulases. This work aimed the characterization of endoglucanase I from fungus Trichoderma harzianum and for that, was performed expression and biochemical and biophysical assays of the catalytic domain (ThCel7B-CCD) and full protein (ThCel7B-full). The enzyme exhibited a acidophilic profile, with optimal activity at pH 3.0 at 55°C. The protein was also able to hydrolyze a variety of substrates, with higher hydrolytic activity in β-glucano (75 U mg-1). Analyzing the thermal stability as pH 5, residual activity remained intact for over 2 months. Another important feature was the high degree of synergy between ThCel7B and ThCel7A (DS 3). Electron microscopy analysis of oat samples subjected to hydrolysis with ThCel7B show the substrate degradation effects in relation to the control samples. All these results, as well as important for understanding the molecular mechanism of ThCel7B and other endoglucanases of GH7 family, also disclose an enzyme of biotechnological interest because the acid behavior and thermal stability are promises of industrial applications under extremely acidic conditions.

Atualmente, o aumento da preocupação com a sustentabilidade ambiental, alinhado às perspectivas de esgotamento das reservas de petróleo, tem direcionado às buscas por fontes renováveis de energia. O emprego de resíduos agroindustriais, principalmente de usinas sucroalcooleiras destaca-se como sendo uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Dentre as metodologias aplicadas para disponibilização dos açúcares fermentescíveis está a hidrólise enzimática. Ainda, para facilitar esta etapa e torná-la mais acessível, submete-se, previamente, o material lignocelulósico a um pré-tratamento, com o objetivo de contribuir com a susceptibilidade da celulose a ataques enzimáticos. No entanto, devido à complexidade das estruturas lignocelulósicas, os processos de hidrólise e pré-tratamento precisam se tornar mais eficientes e economicamente viáveis. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar e caracterizar os pré-tratamentos hidrotérmico e organossolve (etanol 50%), isoladamente, e estes combinados em diferentes condições, assim como a influência destes procedimentos na estrutura e composição da biomassa, bem como na hidrólise enzimática. Os resultados demonstraram que os pré-tratamentos hidrotérmicos a 160 ºC nas condições analisadas foram pouco efetivos na melhora do acesso enzimático durante a etapa de hidrólise, pois atuaram de maneira branda na parede celular, pouco solubilizando a hemicelulose e lignina, conforme as análises físicas comprovaram. Os tratamentos combinados hidrotérmico 30 min e 60 min a 160 ºC seguidos pelo organossolve por 150 min apresentaram semelhança morfológica e alta solublização da lignina e hemicelulose, justificando os valores de hidrólise. Nossos resultados abrem perspectivas de novos estudos que visam a otimização dos pré-tratamentos hidrotérmicos e organossolve, além da compreensão das alterações composicionais e morfológicas que levam à melhoria da hidrólise enzimática na biomassa lignocelulósica. / The concerns with environmental sustainability and perspectives of petroleum reserves depletion motivated exploration of new and sustainable energy sources. In this context, renewable energies start to receive significant attention in the world´s energy matrix, with biofuels playing a special role. The use of agro-industrial residues, mainly from the sugarcane industry, stands out as a viable alternative for the production of second-generation ethanol. The enzymatic hydrolysis of the biomass has a number of advantages for polysaccharides depolimerization, such as high substrate specificity, low environmental impact and lack of corrosion issues. To further facilitate this procedure and to make biomass more accessible, the lignocellulosic material has to be previously submitted to a pretreatment in order to increase the cellulose accessibility and susceptibility to the enzymatic action. This process aims at the disorganization of the chemical structure of the lignocellulosic matter, facilitating the further steps of hydrolysis and fermentation. Due to the complexity of the lignocelluloses structures, their pretreatment and hydrolysis processes have to become more efficient and economically viable to be efficiently applied at an industrial scale. Therefore, the objective of this work is to evaluate the hydrothermal and organosolv (50% ethanol) pretreatments, separately and combined in different conditions, and the influence of these procedures on the structure and composition of the biomass and on the efficiency of enzymatic hydrolyses. Our results demonstrated that the hydrothermal pretreatments at 160ºC within the analyzed reaction conditions had minor effects on improving the enzymatic efficiency, being not harsh enough to introduce significant modifications of the cell wall composition and structure, as demonstrated by our physical and chemical analyses. The combined hydrothermal treatments lasting 30 min and 60 min at 160ºC followed by the organosolv step for 150 min resulted in significant morphological changes and high lignin and hemicelluloses solubilization, resulting in an efficient enzymatic hydrolysis. Our results open perspectives of further studies aimed at optimization of hydrothermal and organosolv pretreatments and comprehension of compositional and morphological changes which lead to improved enzymatic hydrolysis of the lignocelulosic biomass.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-11-13T13:30:12Z No. of bitstreams: 1 PDF - Ysa Helena Diniz Morais de Luna.pdf: 14969298 bytes, checksum: 0533a4f938f12c09a36b687414201b77 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T13:30:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Ysa Helena Diniz Morais de Luna.pdf: 14969298 bytes, checksum: 0533a4f938f12c09a36b687414201b77 (MD5) Previous issue date: 2017-04-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The biological sludge approprieate treatment must be developed in order to take advantages of the products generated during the process. However, the anaerobic sludge treatment is arduous due to the complexity of the substances present in sludge flakes, granules and biofilms, becoming indispensable a pre-treatment step in order to raise the solubilization of the materials. At this study, anaerobic sludges produced by anaerobic reactos with low cell retention time (CRT) (2, 4, 6, 8, 10 and 20 days) were characterized and the 2 and 8 day sludge were submitted to solubilization from pre- treatment commonly called alkaline hydrolysis, consisting of the use of NaOH to reach pH 12, and subjected to stirring for 48 hours at room temperature. The objective of this study was to characterize the anaerobic sludges and evaluate the increase of organic materials solubilization, and make comparisons. The results of the soluble organic materials at 2 and 8 days, showed an increase in the concentrations of 14 and 28 times COD, 20 and 40 times to DQOS, 21 and 63 times to carbohydrates and 31 to 60 times to proteins respectively The solubilization of the 8-day solubilized sludge showed higher solubilization than the 2-day sludge, showing that the use of anaerobic low-CRT reactor to generate sludge is interesting in order to produce a sludge that releases higher amounts of soluble materials after a hidrolisis process, be rapidly degradeted by the anaerobic digestion. / O tratamento adequado do lodo biológico deve ocorrer visando tirar proveito dos produtos gerados durante o processo. No entanto o tratamento anaeróbio do lodo biológico é dificultado pela complexidade das substâncias formadoras dos flocos, grânulos e biofilmes, fazendo-se indispensável uma etapa de pré-tratamento empregada de modo a elevar a solubilização dos materiais. No presente trabalho foram caracterizados 6 lodos anaeróbios provenientes de reatores com baixo tempo de retenção celular (2, 4, 6, 8, 10 e 20 dias) e destes, os lodos de 2 e 8 dias (fase acidogênica) foram submetidos à solubilização a partir do pré-tratamento químico comumente chamado de hidrólise alcalina, consistindo na utilização de NaOH para alcançar pH 12, sob agitação por 48 horas em 28°C. Objetivou-se caracterizar os lodos anaeróbios de baixo tempo de retenção celular (TRC) e avaliar o aumento da solubilização dos materiais orgânicos nos lodos de 2 e 8 dias. Os resultados dos materiais orgânicos solúveis nos lodos de 2 e 8 dias, apresentaram incremento nas concentrações de 14 e 28 vezes para COD, 20 e 40 vezes para DQOS, 21 e 63 vezes para carboidratos e 31 e 60 vezes para proteínas respectivamente. Evidencia-se em todos os parâmetros analisados uma maior solubilização do lodo solubilizado de 8 dias em relação ao lodo de 2 dias, mostrando assim ser interessante a utilização de reatores anaeróbios de baixo TRC para gerar um lodo que após hidrolisado, se solubilize seus materiais e seja degradado mais rapidamente.