Atualmente o consumo de xarope de maltose vem crescendo devido ao seu uso em cervejarias e está substituindo progressivamente os adjuntos amiláceos. O xarope de maltose é, tradicionalmente, produzido por meio da hidrólise ácida e/ou enzimática de amido ou flocos de milho. Este trabalho teve como objetivo analisar a possibilidade de obtenção de maltose a partir de outras matérias-primas amiláceas como a mandioca e a puba (produto derivado da fermentação da mandioca) pela ação da a-amilase bacteriana e da a-amilase fúngica sem que fosse necessária a extração do amido. Amostras de mandioca e puba com 10, 20 e 30% de sólidos foram incubadas com a-amilase bacteriana termoestável durante 10, 20 e 30 minutos a 80 0 C, adicionando-se em seguida, µ-amilase fúngica e incubando-se as amostras durante 48 horas a 55 0 C. O grau de sacarificação, expresso em dextrose equivalente (DE), foi determinado pelo método DNS em vários intervalos de tempo. Glicose e maltose foram determinadas por HPLC após 48 horas de sacarificação. Os resultados mostraram que o tempo de ação da a-amilase bacteriana não causou diferenças significativas no grau de hidrólise entre as amostras, mas a concentração de sólidos influiu significativamente no grau da liquefação das amostras. O comportamento das curvas do grau de sacarificação foi semelhante para todos os tratamentos tanto da mandioca quanto da puba. O conteúdo de maltose nas amostras variou entre 30-60% e a glicose entre 0-10% caracterizando um xarope com alto teor de maltose. A eficiência de hidrólise ficou abaixo do esperado. Entretanto, esse fato pode ser explicado pela utilização da mandioca sem extração prévia do amido e pelas dificuldades na extração dos sólidos por centrifugação. Pode-se afirmar que tanto a mandioca quanto à puba podem ser utilizadas como matéria prima em substituição ao milho na obtenção de xarope de maltose através da hidrólise enzimática. A puba, porém, é de mais fácil manuseio sendo que o tratamento com 20% de sólidos, exposto durante 10 minutos a a-amilase bacteriana proporcionou maior rendimento, atingindo 4,2 kg de maltose e 0,3 kg de glicose por 100 kg de mandioca fresca além de proporcionar menor quantidade de resíduo sólidos de 13,7 kg. / Nowadays the consumption of maltose syrups is increasing due to its utilization in breweries where it replaces starch adjuncts. Traditionally maltose syrup has been produced from cornstarch or pellets using acid and/or enzymatic hydrolysis. The objective of this work was to evaluate the possibility of obtaining maltose from starch sources other than maize, such as cassava roots or puba, a fermented cassava product, without extraction of the starch, using bacterial a-amylase and fungal a-amylase for starch hydrolysis. Cassava and puba samples with 10, 20 and 30% dry matter were incubated with termostable bacterial a-amylase for 10, 20 and 30 minutes at 80 0 C, followed by the addition of fungal a-amylase. The samples were incubated for 48 hours at 55 0 C. The degree of saccharification, expressed as dextrose equivalent (DE), was determined by the DNS method. The glucose and maltose contents of the hydrolysate were determined after 48 hours by HPLC. The results showed that the time of action of a-amylase did not influence the degree of saccharification of the samples but the solids concentration significantly affected the hydrolysis degree. The saccharification degree curves were similar for both cassava and puba. The maltose content of the samples varied between 30-60% and the glucose content between 0-10%, which characterized them as "High maltose syrups". The hydrolysis efficiency was lower than expected. However, this fact could be explained by the use of cassava without extraction of the starch and by the difficulty of extracting the solids by centrifugation. It was concluded that for replacement of corn starch, both cassava roots and puba could be used as raw materials for maltose syrup production by enzymatic hydrolysis. However the puba was easier to handle than cassava. The puba treatment consisting of 20% of solids and 10 minutes exposure to a-amylase gave the highest yield reaching 4.2 kg of maltose and 0.3 kg of glucose per 100 kg of raw cassava, in addition to a lower solids residue of 13.7 kg.

O bagaço de cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico que, após a sua hidrólise, pode ser utilizado como substrato para a produção de hidrogênio (H2) por fermentação. O objetivo deste trabalho foi realizar pré-tratamentos do bagaço de cana com os ácidos clorídrico (HCl) e fosfórico (H3PO4) para a solubilização de carboidratos, produzindo o mínimo de inibidores, bem como para tornar a sua estrutura mais suscetível à hidrólise enzimática. Além disso, foi verificada a possibilidade de utilização dos hidrolisados na produção biológica de H2 por uma cultura mista de micro-organismos. A otimização das condições de pré-tratamento com os ácidos foi feita por meio de um planejamento experimental, variando-se a concentração entre 0,64 e 7,36 % (m/v), a temperatura de 63,20 a96,80°C e o tempo de 38,40 a 441,60 min. Nos hidrolisados obtidos foram determinadas as concentrações de açúcares redutores totais (ART) e de monossacarídeos, tais como a glicose, a xilose e a arabinose, além de potenciais inibidores de fermentação, o furfural, o hidroximetilfurfural (HMF) e o ácido acético. As condições de pré-tratamento do bagaço, nas quais foram obtidas as maiores concentrações de ART (13,88 g/L) foi utilizando 6,0 % (m/v) de HCl, em 360,00 min., a 90°C. Entretanto, sob estas condições, também foram detectadas as concentrações mais elevadas dos inibidores. A condição ótima para a hidrólise com o HCl, obtida através da análise estatística, na qual a concentração de inibidores foi minimizada e a de ART maximizada foi de 96,80ºC, 441,6 min e 7,36 % (m/v) de ácido. Para o pré-tratamento com o H3PO4, as condições ótimas foram as mesmas encontradas para o HCl, obtendo-se 4,98 g/L de ART. Os bagaços pré-tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com a enzima Celluclast® e um extrato enzimático bruto com atividade de xilanases. A maior concentração de ART (20,98 g/L) obtida pelas duas hidrólises (ácido/enzimática) foi no bagaço pré-tratado com HCl no tempo de 360,00 min., 6,0 % (m/v) de ácido a 90°C, o qual também apresentou a maior concentração de inibidores (total de 1,23 g/L). O hidrolisado obtido com HCl que apresentou maior concentração de ART foi utilizado em ensaios de fermentação para a produção de H2 por cultura mista. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2) by fermentation after hydrolysis. This study aimed to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse with hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid (H3PO4), to solubilize carbohydrates and produce the minimal amount of inhibitors as well as make its structure more susceptible to enzymatic hydrolysis. In addition, we verified the possibility of using hydrolysates in the biological production of H2 by a mixed culture of microorganisms. We optimized the conditions for bagasse pretreatment with acids using an experimental designwe varied the concentration between 0.64 and 7.36% (w/v), the temperature from 63.20 to 96.80 °C, and the time from 38.40 to 441.60 min. In the hydrolysates, we determined the concentrations of total reducing sugars (TRS); monosaccharides such as glucose, xylose, and arabinose; and potential inhibitors of fermentation like furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and acetic acid. The conditions of bagasse pretreatment 6.0% (w/v) HCl, 360 min. and 90 °C led to the highest TRS concentrations (13.88 g L-1), but also to the highest concentrations of inhibitors. Statistical analysis revealed that the optimum conditions for the hydrolysis of sugar cane bagasse with HCl that minimized the concentration of inhibitors while maximizing the TRS concentration were: 96.80 °C, 441.6 min, and 7.36% (w/v) of acid. The optimum conditions for pre-treatment with H3PO4 were the same as those found for HCl; which yielded 4.98 g L-1 TRS. We subjected the pretreated bagasse to enzymatic hydrolysis with Celluclast® enzyme and to a crude enzyme extract with xylanase activity. For both hydrolyses (acid and enzymatic), the highest TRS concentration (20.98 g L-1) was achieved with the bagasse pretreated with HCl 6.0% (w/v) at 90 °C for 360.00 min., which also furnished the highest concentration of inhibitors (total 1.23 g L-1). The hydrolysate obtained with HCl contained higher TRS concentration was used as substrate in fermentation assays for the production of H2 by mixed culture.

O hidrogênio é uma fonte de energia limpa, pois sua combustão gera apenas água. Porém, ainda há a necessidade de se encontrar soluções tecnologicamente eficientes, econômicas e seguras para sua geração e uso. A produção do H2 por vias biológicas, conhecido como biohidrogênio, vem ganhando grande destaque nos últimos anos, pois possibilita o uso de materiais renováveis como matéria-prima. Materiais lignocelulósicos são potenciais substratos para a produção de H2 por fermentação, no entanto se faz necessário dispor de métodos de hidrólise que disponibilizem os componentes destes materiais para a fermentação. A maior parte dos métodos disponíveis para hidrolisar materiais lignocelulósicos resulta em produtos de degradação de carboidratos, que são reconhecidamente inibidores de fermentação. Este estudo, primeiramente, avaliou o efeito de 3 diferentes grupos de inibidores sobre a produção de H2 por fermentação: (1) ácido orgânico, como o ácido acético; (2) derivados de furano, tais como o furfural e o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF); (3) monômeros fenólicos derivados da lignina, tais como o siringaldeído, vanilina e ácido 4-hidroxibenzóico (AHB). Ensaios de fermentação para a produção de H2 em batelada utilizaram como inóculo uma cultura mista (lodo) e foram realizados na presença de glicose e diferentes concentrações dos mencionados inibidores. O modelo de Gompertz modificado foi utilizado para estimar os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação, como o volume máximo de H2 (P), velocidade máxima de produção de H2 (Rm) e o tempo necessário para o início da produção de H2 (). A partir destes ensaios foi verificado como a adição de diferentes concentrações de inibidores afetou tais parâmetros cinéticos em relação a um controle (apenas contendo glicose). Desta forma foi possível estimar as concentrações dos inibidores que reduzem em 50% as velocidades máximas de produção de H2 a concentração inibitória 50 (CI 50). Em termos de CI 50, o AHB proporcionou a maior inibição (0,38 g.L-1), seguido do 5-HMF e o furfural, com valores de CI 50 de 0,48 e 0,62 g.L-1, respectivamente. A vanilina, o siringaldeído e o ácido acético apresentaram os menores efeitos inibitórios sobre a produção de H2 dentre os inibidores testados, com CI 50 de 0,71; 1,05; e 5,14 g L-1, respectivamente. Numa segunda etapa do trabalho foi avaliado o efeito inibitório da associação de 3 inibidores, representantes de cada uma das classes de inibidores, o ácido acético, o 5-HMF e o siringaldeído. Foi observado um efeito aditivo da inibição quando o ácido acético foi adicionado juntamente com o 5-HMF, porém em ensaios contendo siringaldeído o efeito inibitório tornou-se sinérgico. Por fim, foi utilizado um hidrolisado de bagaço de cana de açúcar como substrato na produção de H2 por fermentação. A produção de H2 a partir deste substrato só foi possível após o tratamento do hidrolisado com carvão ativado. Portanto, concluiu-se que os compostos inibitórios presentes em hidrolisados de materiais lignocelulósicos condicionam a viabilidade da produção de H2 com estes materiais. Este estudo permitiu concluir que os compostos estudados, exceto os monossacarídeos, resultantes da hidrólise de materiais lignocelulósicos, inibem a produção de H2 pela cultura mista utilizada em diferentes graus, sendo o AHB o mais inibidor. A combinação de compostos inibidores potencializa ainda mais o efeito inibitório sobre a produção de H2. O ácido acético, que pode se originar dos hidrolisados, mas que também é um metabólito da produção de H2 por fermentação aumentou ainda mais a inibição do siringaldeído. Assim, sugere-se que a hidrólise de materiais lignocelulósicos deve ser conduzida de forma a minimizar a presença dos inibidores nos hidrolisados, a fim de maximizar o aproveitamento da biomassa lignocelulósica como matéria-prima no processo fermentativo. / Hydrogen is a clean energy source because its combustion produces only water. However, there is still the need to find technologically efficient, economic and safe solutions for their generation and use. The production of H2 by biological pathways, known as biohydrogen, has gained great prominence in recent years because it enables the use of renewable materials as raw material. Lignocellulosic materials are potential substrates for H2 production by fermentation, however it is necessary to have methods that provide hydrolysis of the components of these materials for fermentation. Most methods are available for hydrolyzing lignocellulosic materials results in carbohydrate degradation products are fermentation inhibitors known. This study was primarily to evaluate the effect of 3 different groups inhibitors of the H2 production by fermentation: (1) organic acid such as acetic acid; (2) furan derivatives such as furfural and 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF); (3) phenolic derivatives of lignin monomers, such as syringaldehyde, vanillin and 4-hydroxybenzoic acid (HBA). Fermentation tests for H2 production batch used as a mixed culture inoculum (sludge) and were carried out in the presence of glucose and different concentrations of the inhibitors mentioned. The modified Gompertz model was used to estimate the kinetic parameters of the fermentation test, the maximum volume of H2 (H), maximum rate of H2 production (Rm) and the time required for the commencement of production of H2 () . From these tests it was observed how the addition of different concentrations of inhibitors affect these kinetic parameters relative to a control (containing only glucose). Thus it was possible to estimate the concentrations of inhibitors that reduce by 50% the maximum production speeds H2 - The inhibitory concentration 50 (IC 50). In terms of IC 50, the AHB provided the greatest inhibition (0.38 g L-1), followed by 5-HMF and furfural, with IC 50 values of 0.48 and 0.62 g L-1, respectively. Vanillin, syringaldehyde and the acetic acid had minor inhibitory effects on H2 production from the tested inhibitors with IC50 of 0.71; 1.05; and 5.14 g L-1, respectively. In a second stage of work, the inhibitory effect of 3 inhibitors association representatives of each class inhibitors, acetic acid, and 5-HMF syringaldehyde. An additive effect of inhibition when acetic acid was added along with 5-HMF was observed in assays containing syringaldehyde but the inhibitory effect became synergistic. Finally, we used a hydrolyzate of sugarcane bagasse as substrate in H2 production by fermentation. The production of H2 from this substrate was only possible after the hydrolyzate treatment with activated carbon. Therefore, it was concluded that the inhibitory compounds present in hydrolyzed lignocellulosic materials affect the viability of H2 production with these materials. This study concluded that the studied compounds, other monosaccharides resulting from the hydrolysis of lignocellulosic materials, inhibit the production of H2 by mixed culture used in varying degrees, being most AHB inhibitor. The combination of compounds further enhances the inhibitory effect of inhibitors on the production of H2. Acetic acid, which can originate the hydrolysates, but is also a metabolite of H2 production by fermentation further increased inhibition of syringaldehyde. Thus, it is suggested that the hydrolysis of lignocellulosic materials should be conducted to minimize the presence of inhibitors of the hydrolysates, in order to maximize the utilization of lignocellulosic biomass as a raw material in the fermentation process.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO YURY JANSEN SOARES SIQUEIRA TORRES.pdf: 1575698 bytes, checksum: 14c41a6792cd62096bec88dc0bc854ca (MD5) Previous issue date: 2014-08-15 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / The present work aimed to determine the constitution of babassu mesocarp, morphological parameters, physico-chemical and structural this starch polysaccharide, responsible for determining the relative susceptibility to enzymatic attack, as well as the yield of enzymatic hydrolysis. Babassu mesocarp flour presented a large percentage in starch, which makes this fruit raw material potential for the production of fermentable sugars. The starch granules babassu mesocarp are mostly medium-sized (10-25 μ m), and small (5-10 μ m), which according to the literature, the smaller are the beads more easily be hydrolyzed. The pattern of starch crystallinity is of type A, the same presented by hot cereals. In General, type A, starches are more susceptible to enzymatic attack than starches type B and C, and in this way, it is suggested that this may promote susceptibility of starch enzyme action. After enzymatic hydrolysis, the crystallinity pattern remained the same, however, the peaks were sharper, showing a more crystalline character, having the crystallinity index, history of 28.47 to 35.67, suggesting that the amorphous region of granule of starch was hydrolyzed to form sharper than the crystalline region. The only sugar identified was to glucose, which demonstrates the great efficiency of alpha amylase and Glucoamylase enzymes, complete conversion of starch to glucose. The minimum and maximum glucose concentrations obtained in experiments of this work were to 0.85 g and 2.13 g, which corresponds to income of 12 and 30, considered very significant, taking into consideration a relatively short reaction time of just two hours, which demonstrates the great susceptibility of starch by enzymatic attack. Before the parameters analyzed, the hydrolysis yield satisfactory, corroborates the conclusions taken from the great susceptibility of starch, based solely on factors of structural parameters, morphological and physico-chemical. / O presente trabalho objetivou determinar a constituição do mesocarpo de babaçu, parâmetros morfológicos, estruturais e físico-químicos do amido deste polissacarídeo, responsáveis por determinar a relativa suscetibilidade ao ataque enzimático, assim como o rendimento de hidrólise enzimática. A farinha do mesocarpo de babaçu apresentou uma grande porcentagem em amido, o que faz deste fruto matéria-prima potencial para a produção de açúcares fermentáveis. Os grânulos do amido do mesocarpo de babaçu são, em sua grande maioria, de tamanhos médios (10-25 μm), e pequenos (5-10μm), que de acordo com a literatura, quanto menores forem os grânulos, mais facilmente serão hidrolisados. O padrão de cristalinidade do amido é do tipo A, o mesmo apresentado por cereais como o milho. Em geral, amidos tipo A, são mais susceptíveis ao ataque enzimático do que amidos tipo B e C, e desta forma, sugere-se que isto possa favorecer a suscetibilidade deste amido a ação das enzimas. Após a hidrólise enzimática, o padrão de cristalinidade se manteve o mesmo, no entanto, os picos ficaram mais nítidos, demostrando um caráter mais cristalino, tendo o índice de cristalinidade, passado de 28,5%, para 35,7%, o que sugere que a região amorfa do grânulo de amido foi hidrolisada de forma mais acentuada do que a região do cristalino. O único açúcar identificado através do método utilizado foi à glicose, o que demonstra a grande eficiência das enzimas alfa amilase e glucoamilase, na conversão completa do amido a glicose. As concentrações de glicose mínima e máxima obtidas nos experimentos do presente trabalho foram de 0,85 g e de 2,13 g, que corresponde aos rendimentos de 12 e 30%, considerados bem significativos, levando em consideração um tempo de reação relativamente curto, de apenas duas horas, o que demostra a boa suscetibilidade do amido ao ataque enzimático. Diante dos parâmetros analisados, o rendimento de hidrólise considerado satisfatório, corrobora com as conclusões associadas à boa suscetibilidade do amido, baseadas exclusivamente em fatores dos parâmetros estruturais, morfológicos e físico-químicos.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-04-07T15:15:48Z No. of bitstreams: 2 Miguel Sanchez Jr.pdf: 3051617 bytes, checksum: 282a5fcb8837ca27aa015862ce70f3fb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-04-20T14:39:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Miguel Sanchez Jr.pdf: 3051617 bytes, checksum: 282a5fcb8837ca27aa015862ce70f3fb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T14:39:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Miguel Sanchez Jr.pdf: 3051617 bytes, checksum: 282a5fcb8837ca27aa015862ce70f3fb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / The furniture industry in Brazil consists of approximately 17,000 companies of which 96% are micro or small enterprises with up to 99 employees. The main raw material is natural wood or processed obtained in several Brazilian states, usually native or planted forests. Of the total country area 62% (520 million hectares) are covered by natural forests, representing a stock of 62,607 billion tons of carbon. The wooden remains of the furniture industry are not always disposed properly breaking losses to the environment. This work had as main objective the search for obtaining graphene oxide and cellulose nanocrystals from a type of wood commonly used in furniture industry. The objective was to find a process that would provide the woods discarded higher added value. Of the more than 20 species of wood used in the furniture industry this research chose Eucalyptus Grandis species for obtaining graphene oxide and cellulose nanocrystals by this high concentration of cellulose in its constitution. This research aims to thereby limit the wood disposal in the environment by the possible recovery of waste of said industry. Initially we analyzed a sample of Eucalyptus Grandis by Differential Thermal Analysis to assess the changes in physical properties may suffer due to the temperature rise. The results coincided with those reported in the literature. Others Eucalyptus Grandis samples were obtained in two processes, calcination in a muffle furnace with controlled temperature and atmosphere and by acid hydrolysis. The samples resulting from both processes were analyzed in Diffractometer X-ray, Raman Spectroscopy and Scanning Electron Microscope, all belonging to the Mackenzie Presbyterian University. The sample obtained by calcination in the muffle oven does not indicate the presence of graphene oxide which permits quantification and qualitative evaluation. The samples treated by acid hydrolysis resulted in obtaining cellulose nanocrystals with a good degree of crystallization, around 80%, according to current literature. / A indústria moveleira no Brasil é composta de aproximadamente 17.000 empresas das quais 96% são micro ou pequenas empresas, com até 99 empregados. O principal insumo é a madeira natural ou processada obtida em vários Estados Brasileiros, em geral de florestas nativas ou plantadas. Da área total do território nacional 62% (520 milhões de ha) são cobertos por florestas naturais, o que representa um estoque de 62.607 bilhões de toneladas de carbono. As sobras de madeira da indústria moveleira nem sempre são descartadas de forma adequada infringindo perdas ao meio ambiente. Este trabalho teve como principal objetivo a pesquisa de obtenção de óxido de grafeno e nanocristais de celulose a partir de um tipo de madeira utilizada comumente na indústria moveleira. Objetivou-se encontrar um processo que conferisse às madeiras descartadas maior valor agregado. Das mais de 20 espécies de madeira utilizadas na indústria moveleira a presente pesquisa escolheu a espécie Eucalipto Grandis para obtenção do óxido de grafeno e nanocristais de celulose por esta espécie apresentar alta concentração de celulose em sua constituição. A presente pesquisa pretende com isso limitar o descarte de madeira no meio ambiente pela possível valorização dos resíduos da citada indústria. Inicialmente analisamos uma amostra de Eucalipto Grandis por Análise Térmica Diferencial de forma a avaliar as alterações das propriedades físicas que pode sofrer em função da elevação de temperatura. Os resultados coincidiram com os apresentados na literatura. Outras amostras de Eucalipto Grandis foram obtidas em dois processos distintos, por calcinação em forno mufla, com temperatura e atmosfera controlada e por hidrólise ácida. Os corpos de provas resultantes dos dois processos foram analisados por Difratometria de raios X, Espectroscopia Raman e Microscópio Eletrônico de Varredura, todos pertencentes a Universidade Presbiteriana Mackenzie. As amostras obtidas por calcinação em forno mufla não indicaram a presença suficiente de óxido de grafeno que permitisse sua quantificação e avaliação qualitativa. As amostras tratadas por hidrólise ácida resultaram na obtenção de nanocristais de celulose com bom grau de cristalização, ao redor de 80%, de acordo com a literatura atual.

A utilização da biomassa para produção de substâncias químicas e energia é um dos principais temas atualmente abordados, tanto na pesquisa básica como na aplicada. No Brasil, o cultivo do sisal é altamente produtivo e o uso como fonte de matéria-prima para a fabricação etanol é, sem dúvida, de grande valia dado que o país é atualmente o maior produtor e que 95% da planta, em média, é considerado rejeito de desfibramento que pode ser usado como fonte de biomassa. A transformação dos polissacarídeos presentes na biomassa em açúcares fermentáveis, visando produção de etanol, vem sendo largamente estudada por duas principais vias, a hidrólise ácida e a enzimática. No presente trabalho, foi desenvolvido um estudo visando à hidrólise de polpa de sisal utilizando ácido sulfúrico como catalisador. Para isso, hidrólises de polpa de sisal foram feitas em reações isotérmicas a temperaturas entre 60-100oC em solução de 30% (v/v) de H2SO4 e reações a 70oC em concentrações de ácido entre 30 e 50% (v/v). A partir dos resultados das reações isotérmicas, uma não isotérmica foi realizada variando-se a temperatura de 100 a 60oC (30% H2SO4), a fim de diminuir a formação de produtos da decomposição a partir dos açúcares gerados no licor. Para acompanhar os processos, em determinados intervalos de tempo, durante 6h, foram retiradas alíquotas dos licores de açúcares e derivados, os quais foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a fim de avaliar a natureza e o teor dos produtos da hidrólise. As celuloses residuais (não hidrolisadas), suspensas no meio, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, massa molar média por viscosimetria capilar e cristalinidade e dimensão de domínios cristalinos por difração de raios X. As massas molares médias das celuloses residuais diminuíram até dez vezes logo nos primeiros minutos de reação e os valores de cristalinidade mostraram que as hidrólises ocorrem primeiramente nas regiões não cristalinas da celulose sendo as regiões cristalinas uma grande barreira frente à hidrólise. Os resultados mostraram que o aumento da temperatura elevou consideravelmente a porcentagem de hidrólise, entretanto temperaturas maiores que 80oC (30% H2SO4) favoreceram consideravelmente a decomposição da glicose. A 70oC, concentrações de ácido superiores a 30% levaram ao aumento da formação de glicose, e a menores taxas de decomposição. Além desses, mais três experimentos a 100oC e 30% de H2SO4 foram realizados utilizando celuloses de sisal mercerizadas por 1, 2 e 3h. Os resultados mostraram que o pré-tratamento levou a diminuição de até 23% da cristalinidade e de até 21% da massa molar média da celulose além de eliminar polioses presentes. Os rendimentos mostraram um acréscimo de até 50% a mais na formação de glicose. Para cada condição reacional, foi feito um estudo cinético aplicando os teores de glicose obtidos a um modelo proposto para hidrólise de polpas celulósicas. Os resultados mostraram que todas as reações realizadas em 30% de H2SO4, assim como 35% H2SO4, 70oC, se ajustaram ao modelo. Porém, as reações realizadas a 70oC , com concentrações de ácido superiores a 35% H2SO4 não se ajustaram ao modelo. A partir dos resultados obtidos conclui-se que: A 30% H2SO4 e 100oC, é possível obter celulose microcristalina a partir de sisal; A hidrólise que levou a melhores rendimentos (maior formação de glicose e menor decomposição) foi a de 50% de H2SO4 e 70oC; A mercerização da polpa facilita muito a hidrólise ácida, melhorando o rendimento em até 50% no teor de glicose; A hidrólise não isotérmica se mostrou uma boa opção no que diz respeito à diminuição da formação de produtos de decomposição da glicose formada. Os resultados obtidos permitem projetar novas condições de hidrólise ácida, objetivando melhores rendimentos, e inclusive uso como pré-tratamento para hidrólise enzimática com intuito, por exemplo, de eliminar polioses. Até onde se tenha conhecimento, o estudo feito no presente trabalho para polpa de sisal, é inédito. / Biomass conversion into chemicals and energy has promoted great worldwide interest on basic research and industrial application. Sisal cultivation is highly productive and its use as cellulosic biomass source is very important, considering currently Brazil is the larger sisal producer and its fibers are only 5% of the plant while the rest is considered rejects. Among the aspects that demand continuous basic research, cellulosic biomass conversion to fermentable sugars is one of the important steps to produce ethanol. Many studies related to cellulose hydrolysis have been developed by two catalytic ways, enzymatic and acid hydrolysis. In the present work, acid hydrolysis of sisal pulp was studied, using sulfuric acid as catalyst. In order to evaluate the influence of parameters such as temperature and concentration of acid in hydrolysis process, isothermic reactions were made at temperatures between 60 and 100oC, at constant concentration of acid (30%) as well as reactions varying concentration of sulfuric acid between 30 and 50%, at constant temperature (70oC). In addition, some reactions were made with mercerized pulp. Based on the results of isothermic hydrolysis at 30% of H2SO4 a non isothermic experiment was carried out varying temperature from 100 to 60oC aiming to reduce decomposition products. During hydrolysis, samples, in short periods of time, were characterized by high precision liquid chromatography (HPLC) to evaluate sugars and decomposition products. Residual cellulose (not hydrolyzed) were characterized by, viscosimetry, X-Ray diffraction and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results showed that: Temperature increasing has greater impact on cellulose hydrolysis, but temperatures of 80oC and up in a 30% of H2SO4 solution increases, considerably, glucose decomposition. Increasing of sulfuric acid concentration can improve cellulose hydrolysis and diminish glucose decomposition. Molar mass average of residual cellulose decreases for about 10 times just in the first minutes. X-Ray diffraction showed hydrolysis occurs initially on non crystalline domains and crystalline domains are a barrier to hydrolysis. To evaluate mercerization process, acid hydrolysis of mercerized pulp for 1, 2 and 3h were performed using 30% H2SO4 at 100oC. The results showed up to 23% less of crystallinity and 21% less of average molar mass on mercerized cellulose and a more effective process with up to 50% more of glucose yield. A kinetic study based on glucose yield was performed for all isothermic studied reaction conditions. The results showed that kinetic model applied to all 30-35% H2SO4 reactions, but superior concentrations of sulfuric acid are not adjustable to kinetic model proposed by Saeman. The results obtained in the presented study, allow to conclude that: Acid hydrolysis using 30% H2SO4 at 100oC can produce sisal microcrystalline cellulose; The conditions that led to the best results are 50% H2SO4 at 70oC; Pulp mercerization facilitate cellulose hydrolysis; Non-isothermic hydrolysis can be a good option for reducing glucose decomposition; The results obtained in this work allow to propose other conditions for acid hydrolysis aiming best glucose yields or even to apply as pre-treatment for enzymatic hydrolysis to eliminate hemicellulose for example. To our knowledge, this is the first study on acid hydrolysis of sisal pulp.

Nanoesferas de sílica contendo fluoróforos encapsulados (o complexo quercetina- Al+3 e o corante rodamina B) foram preparadas com alto controle de tamanho e morfologia, utilizando catálise ácida e básica do tetraetilortossilicato (TEOS). As nanopartículas obtidas apresentaram diâmetro da ordem de 200-300 nm, possuindo maior regularidade quando preparadas em meio alcalino. Nas preparações foram utilizados o método de Stöber e o método caroço-casca. Devido à hidrólise da quercetina em meio básico, as partículas funcionalizadas com o flavonóide ou com o complexo quercetina-Al+3, apresentaram maior intensidade de emissão sob catálise ácida. No caso da catálise básica, as partículas apresentaram emissão significativa quando preparadas utilizando um sol de alumina, porém foram obtidos paralelepípedos nanométricos. Os decaimentos de fluorescência para o sistema quercetina-alumina são biexponenciais, em concordância com os dois complexos quercetina-Al+3 formados no interior da nanopartícula de sílica. No caso da rodamina B, foram realizadas medidas de espectroscopia de correlação de fluorescência, que mostraram uma relação entre relaxação difusional com tamanho e autoagregação das partículas. / Silica nanospheres doped with quercetin-Al+3 and rhodamine B were synthesized with high size control and morphology, using acid and basic catalysis of tetraethylorthosilicate (TEOS). The nanoparticle diameter obtained was about 200- 300 nm, with higher regularity when synthesized in alkaline media. The Stöber\'s and core-shell methods were used as preparation methods. Because the alkaline hydrolysis of quercetin, the flavonoid or the quercetin-Al+3 complex doped nanoparticles showed higher emission intensity when acid catalysis was used. When basic catalysis was performed, the particles prepared with an alumina-sol showed expressive emission intensity, but nanometric parallelepipeds were obtained. The quercetin-alumina fluorescence decays are biexponential, agreeing with the two types of quercetin-Al+3 complexes formed in the nanoparticles domain. In the case of rhodamine B, fluorescence correlation spectroscopy (FCS) measurements were performed, showing a relation between diffusion relaxation with size and aggregation behavior.

O INKKI é um peptídeo catiônico anfipático derivado da ?-caseina bovina, análogo ao Mastoparan, isolado do veneno da vespa Vespula lewisi. Diferentes estudos mostraram sua atividade antiproliferativa e antitumoral in vitro com citotoxidade seletiva em linhagens de células de melanoma B16F10 em relação às células normais. Em estudos In vivo, INKKI demonstrou potente ação estimuladora da atividade fagocitária de macrófagos peritoneais. Quando aplicado diretamente em tumores, reduziu a massa tumoral, diminuindo o tempo de progressão do tumor e a formação de metástases, aumentando a probabilidade de sobrevida. Neste trabalho foram investigados os efeitos in vitro do peptídeo INKKI em linhagens de células de adenocarcinoma de mama e em células normais. As linhagens de células tumorais de mama utilizadas foram MDA-231, MCF-7 e T47D humanas, mama murina de Ehrlich e, como células normais, os fibroblastos e as células endoteliais. Foram avaliadas a atividade citotóxica, a viabilidade celular, a alteração do potencial elétrico mitocondrial, os efeitos na progressão e parada do ciclo celular e a investigação da morte por apoptose. Os resultados revelaram que o peptídeo INKKI apresenta citotoxidade seletiva dose-dependente nas células tumorais, modulando negativamente o potencial elétrico mitocondrial. O índice de proliferação celular das células tratadas diminuiu, com a parada do ciclo celular na fase G0/G1. O peptídeo induziu a morte celular por apoptose, a qual demonstrou ocorrer dependente da via mitocondrial e de forma caspaseindependente. O peptídeo INKKI é um potente modulador das atividades antiproliferativa e antitumoral da linhagem de células de adenocarcinoma de mama humana MCF-7 / The INKKI is derived from the bovine hidrolisis of ?-casein, a cationic and amphipathic peptide, analogous to mastoparan peptide isolated from the venom of the wasp Vespula lewisi. In in vitro studies, INKKI showed selective cytotoxicity in melanoma tumor cell B16F10 in relation to normal cells. In the in vivo tests, INKKI peptide has been shown to be a potent stimulator of the phagocytic activity of treated macrophages and, when applied directly into tumors, reduced tumor mass, decreasing the time progression and metastasis formation, increasing the probability of survival. This work investigated the in vitro effects of tumor peptide INKKI in cell line of human breast adenocarcinoma MCF-7. The tumor cells used were lineages of human breast tumor cells MCF7, MDA-231 and T47D and murine tumor cells (Ehrlich). The normal cells used were fibroblasts and endothelial cells. The study evaluated the cytotoxic activity, cell viability, change of mitochondrial electrical potential, effects on the progression and arrest of the cell cycle and investigation of induced death by apoptosis. The results revealed that peptide presents selective dose-dependent cytotoxicity in tumor cells by modulating negatively the mitochondrial electric potential. The index of cell proliferation of cells treated declined, with the induction of cell cycle arrest at phase G0/G1. The peptide-induced cell death by apoptosis was demonstrated to occur via mitochondrial pathway and in a caspase-independent manner. The INKKI peptide is a potent modulator of antiproliferative and antitumor activities of the breast adenocarcinoma cell line

Nos últimos anos, pesquisas sobre a produção de nanocristais de amido (NCA) receberam interesse crescente devido a suas diversas aplicações, principalmente como material de reforço de matrizes poliméricas. Nesse contexto, o amido de quinoa (AQ) apresenta características desejáveis na produção de NCA tais como tamanho de grânulo pequeno e conteúdo de amilose relativamente baixo. Assim, o objetivo desta pesquisa foi produzir NCA de quinoa (NCAQ) por hidrólise ácida em diferentes temperaturas (30, 35 e 40) °C. Além disso, foi estudado o efeito da adição dos NCAQ nas propriedades estruturais e físicas de filmes de amido de mandioca. O AQ apresentou diferentes percentagens de hidrólise, no quinto dia, 63%, 73% e 91% para (30, 35 e 40) °C, respectivamente. O AQ (k = 0,59 dias-1) foi hidrolisado mais rápido que o amido de milho ceroso (k = 0,39 dias-1) a 40 °C. O rendimento dos NCAQ diminuiu com o incremento da temperatura de 30 a 40 °C; enquanto que a cristalinidade relativa dos NCAQ não foi alterada (~35%). A morfologia dos NCAQ produzidos a 30 °C foi irregular com tamanho micrométrico, enquanto que os produzidos a 35 e 40 °C apresentaram forma de paralelepípedo com tamanhos entre (50 e 100) nm e (400 e 900) nm (agregados). O diâmetro hidrodinâmico e as propriedades térmicas dos NCAQ diminuíram com o aumento da temperatura da hidrólise; enquanto que a intensidade das bandas FTIR e o potencial zeta aumentaram. As propriedades indicaram que NCAQ foram produzidos somente a (35 e 40) °C com rendimentos de 22,7% e 6,8%, respectivamente. Dessa forma, considerando o rendimento e a temperatura de transição, os NCAQ produzidos a 35 °C foram selecionados para aplicação em filmes de amido de mandioca. Os filmes foram preparados pela técnica do casting, com 4 g de amido de mandioca/100 g de dispersão filmogênica; 25 g glicerol/ 100 g de amido; e 0; 2,5; 5,0 e 7,5 g de NCAQ/ 100 g de amido. Os difratogramas de raios X confirmaram a presença dos NCAQ nos filmes. A adição de NCAQ nos filmes aumentou a rugosidade e o ângulo de contato em concentrações de 5% e 7,5%, a resistência à tração e o módulo elástico, os parâmetros de cor L* e a* em concentrações 7,5%, e a opacidade; enquanto que diminuiu a deformação na ruptura, a permeabilidade ao vapor de água na concentração de 5%, e o brilho. Outras propriedades dos filmes como espessura, umidade, solubilidade, propriedades térmicas não foram alteradas pela adição de NCAQ. Os resultados indicaram que os NCAQ produzidos a 35 °C podem ser usados como reforço em filmes nanocompósitos para melhorar suas propriedades mecânicas. / Recently researches on starch nanocrystals (SNC) production have become of interest due to their many applications, especially as reinforcement in polymeric matrices. Quinoa starch (QS) has desirable characteristics for SNC production such as small granule size and relatively low amylose content. Thus, the objective of this research was to produce quinoa SNC (QSNC) by acid hydrolysis at different temperatures (30, 35 and 40) °C. Furthermore, the effect of QSNC addition on the structural and physical properties of cassava starch films was studied. QS presented different percentages of hydrolysis on the fifth day, 63%, 73% and 91% for (30, 35 and 40) °C, respectively. QS (0.59 days-1) was hydrolyzed more rapidly than waxy maize starch (0.39 days-1) at 40 °C. QSNC yields decreased with temperature increase from (30 to 40) °C, while the relative crystallinity was not altered (~35%). The morphology of QSNC produced at 30 °C was irregular with micrometric size while those produced at 35 °C and 40 °C presented parallelepiped shapes with sizes between 50 nm and 100 nm and 400 nm to 900 nm (aggregates). The hydrodynamic diameter and the thermal properties of QSNC decreased with temperature increase, while the FTIR band intensities and the zeta potential increased. The properties indicated that quinoa QSNC were only obtained at (35 and 40) °C with yields of 22.8% and 6.8%, respectively. QSNC produced at 40 °C presented lower yield and crystallinity than waxy maize SNC, but a lower hydrodynamic diameter. Thus, based on the yield and transition temperature, QSNC produced at 35 °C was selected for application in cassava starch films. The films were prepared by casting technique, with 4 g of cassava starch / 100 g of film forming dispersion; 25 g glycerol / 100 g starch; and 0; 2.5; 5.0 and 7.5 g of QSNC / 100 g of starch. X-ray diffractograms confirmed the presence of QSNC in the films. Addition of QSNC to films increased the roughness and the contact angle at 5.0% and 7.5% concentrations, the tensile strength and elastic modulus, the color parameters L* and a* at 7.5% concentration, and the opacity; while decreasing deformation at break, water vapor permeability at 5.0% concentration, and gloss. Other film properties such as thickness, moisture content, solubility, thermal properties were not affected by QSNC addition. The results indicated that the QSNC produced at 35 ° C can be used as reinforcement in nanocomposite films to improve their mechanical properties.

Esta tese apresenta os resultados obtidos com a utilização de efluente produzido em digestor hidrolítico de lodo primário, para a remoção de nutrientes em reator em bateladas seqüenciais (RBS) tratando efluente de reator UASB. Assim, foram realizados dois estudos. O primeiro consistiu na verificação da melhor condição operacional para que se alcançasse a maior produção de ácidos graxos voláteis (AGV) em digestor hidrolítico de lodo (DHL), enquanto que, o segundo estudo, consistiu na avaliação do desempenho do RBS na remoção de nitrogênio e fósforo diante da aplicação dos AGV presentes no sobrenadante de lodo hidrolisado, do DHL. Os resultados do primeiro estudo permitiram a verificação de que a produção de AGV no DHL foi proporcional à taxa de aplicação. Foi verificado, também, que a maior produção destes ácidos se deu com a aplicação de tempos de detenção de lodo da ordem de 2 dias. Os resultados do segundo estudo permitiram a verificação de que a relação C/N igual, ou próxima a 3, se mostrou como a mais viável para o processo de desnitrificação, onde, neste caso foram observadas desnitrificações superiores a 70%. Nesta mesma condição, foram observadas remoções de fósforo da ordem de 25%. Entretanto, a utilização do sobrenadante de lodo hidrolisado, e os AGVs nele contido como fonte de carbono, ficou comprometida devido a alta concentração de nitrogênio (predominantemente sob a forma amoniacal) nele presente. O nitrogênio introduzido no RBS, pela adição de sobrenadante de lodo hidrolisado, se manteve inalterado fazendo com que o RBS acabasse por apresentar altas concentrações deste nutriente ao final do ciclo. Portanto, a aplicação deste tipo de fonte de carbono em escala plena para remoção de nutrientes, acabou ficando inviável da forma como se propôs, nesta pesquisa, que fosse realizada. / This thesis presents the results obtained with the use of effluent produced in primary sludge hydrolytic digester for nutrient removal in sequential batch reactor (SBR) treating effluents from an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Two bench scale studies were developed. The first one consisted in verifying the best operational condition to produce volatile fatty acids (VFA) in the primary sludge hydrolytic reactor; the second one aimed to evaluate the sequential batch reactor (SBR) performances in the removal of nitrogen and phosphorus. In this operational condition, VFA from the liquid phase of the hydrolytic reactor was applied as external carbon source. The results from the first study permitted to verify that the VFA production in the HSR was proportional to the application rate (AR). The best VFA production was obtained for sludge retention time (SRT) of two days. In the second study, the best C/N ratio for the denitrification process was found to be close to 3, with denitrification efficiency higher than 70%. In this condition, phosphorus removal efficiency was approximately 25%. However, nitrogen removal was deeply affected by the high concentration of ammonium nitrogen in the liquid phase of the hydrolyzed sludge that remains unaltered in the SBR. Consequently, the use of such endogenous carbon source for denitrification needs further development in order to be applied in full-scale treatment systems.