Orientadores: Fumio Yokoya, Pedro de Oliva Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:17:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Fernandade_D.pdf: 625914 bytes, checksum: 55c8ae7b1c9dc767558c9cd4439a3e98 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O grande desafio para a produção de etanol de segunda geração consiste em determinar a melhor opção de disponibilizar a glicose a partir da hidrólise do amido em termos de custo global, rendimento glicosídico e fermentabilidade. O farelo de mandioca produzido durante o processamento da fécula foi usado como fonte econômica para a biomassa e produção de bioetanol por Saccharomyces cerevisiae M-26. A suspensão de farelo de mandioca e água 5 % (p/v) foi hidrolisada utilizando como catalisador os ácidos sulfúrico (H2SO4) e fosfórico (H3PO4) em diferentes faixas de pH (0,5, 1,0 e 1,5), a uma temperatura 120 ºC por 30, 60 e 90 minutos de reação. Os resultados demonstraram que o emprego do H2SO4 foi suficiente para hidrolisar o amido, obtendo uma concentração de 2,93 % de açúcares redutores e 2,62 % de glicose, com rendimento de 96,48 % de açúcares redutores, em pH 0,5 e tempo de reação 90 minutos. Nas mesmas condições, o tratamento com H3PO4 obteve 2,52 % de açúcares redutores e 1,99 % de glicose, com um rendimento de 82,87 % de açúcares redutores, concluindo que a hidrolise é tanto mais rápida quando maior o poder ionizante do ácido e que o pH 1,5 é fracamente glucogênico enquanto que a acidicidade mais drástica (pH 0,5) já é mais glucogênica. Concentrações baixas do furfural subproduto hidroximetil (HMF) foram gerados durante a hidrólise do amido quando usou H2SO4 em comparação ao H3PO4. Os tratamentos com H2SO4 produziram 0,17 g/L e 0,02 g/L de HMF após 90 minutos de reação em pH 0,5 e 1,5, respectivamente. Já os tratamentos utilizando o catalisador H3PO4 não geraram concentrações detectáveis de HMF. As amostras obtidas dos tratamentos em pH 0,5 apresentaram menor quantidade de farelo residual em relação as amostras provenientes dos tratamentos em pH 1,0 e 1,5. A linhagem de S. cerevisiae M-26 foi capaz de utilizar e fermentar o hidrolisado e o rendimento teórico de etanol (50,59 %) foi alcançado a 32 ºC após 12 horas / Abstract: The great challenge for the production of second generation ethanol is to determine the best option available bagasse produced during processing of starch was used as an economical source for biomass and bioethanol production by Saccharomyces cerevisiae M-26. The suspension of cassava bagasse and water 5% (w/v) was hydrolyzed using sulfuric acid as the catalyst (H2SO4) and phosphoric acid (H3PO4) in different pH ranges (0.5, 1.0 and 1.5), at a temperature 120 °C for 30, 60 and 90 minutes of reaction. The results showed that the use of H2SO4 was sufficient to hydrolyze the starch, giving a concentration of 2.93 % of reducing sugars and 2.62 % glucose, with a yield of 96.48 % of the reducing sugars at pH 0.5 and 90 minutes reaction time. Under the same conditions, treatment with H3PO4 received 2.52 % of reducing sugars and 1.99 % glucose, with a yield of 82.87 % of reducing sugars, concluding that the hydrolysis is much faster when the more powerful acid, and ionizing pH 1.5 that is weakly acidic glycogen while the most drastic (pH 0.5) is already more glycogen. Low concentrations of byproduct 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) were generated during the hydrolysis of starch when used H2SO4 in relation the H3PO4. The treatments with H2SO4 produced 0.17 g/L and 0.02 g/L of 5-HMF after 90 minutes of reaction at pH 0.5 and 1.5, respectively. Since the treatments using the catalyst H3PO4 did not generate detectable concentrations of 5-HMF. The samples of the treatments at pH 0.5 had a lower amount of bran remaining on the samples from the treatments at pH 1.0 and 1.5. The strain of S. cerevisiae M-26 were able to utilize and ferment the hydrolyzate and the theoretical yield of ethanol (50.59 %) was achieved at 32 °C after 12 hours / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_ChristianeCurieldosSantosde_M.pdf: 1384731 bytes, checksum: f7030b49c79eb391a1b548ff3f6f0a5d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: No presente trabalho o desempenho do pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com alta concentração de sólidos utilizando peróxido de hidrogênio alcalino foi avaliado. O objetivo foi aumentar a concentração de sólidos no pré-tratamento em relação a trabalhos anteriores (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Inicialmente um planejamento fatorial 23 foi realizado para avaliar a influência da temperatura (°C) e concentração de peróxido de hidrogênio alcalino (% v/v) no pré-tratamento, assim como da concentração de celulase (FPU/g bagaço) usada na hidrólise, na concentração de glicose obtida após a hidrólise enzimática. Este planejamento resultou em um modelo linear, que foi usado para determinar o caminho de máxima inclinação, seguindo o procedimento descrito por BARROS NETO el al. (2001). Novos experimentos foram realizados, determinando-se a vizinhança do ponto ótimo e, finalmente, um planejamento em estrela foi realizado em torno desta região, determinando-se as condições de pré-tratamento que resultam em concentração máxima de glicose após hidrólise (0,4014 g glicose/ g de bagaço bruto) quando o pré-tratamento foi realizado com 15% de sólidos e a hidrólise com 3% de sólidos. Este valor corresponde ao rendimento de 95,38% em glicose, obtido realizando-se o pré-tratamento por 1 hora, a 65ºC e concentração de peróxido de 8% v/v em pH de 11,5 e a etapa de hidrólise com concentração de celulase de 15 FPU/g e de ?-glicosidase de 25 CBU/g. Concentração de glicose de 0,3846±0,0014 g glicose/ g de bagaço bruto, correspondente a rendimento de 90,87±0,33% em glicose, foi obtida realizando-se o pré-tratamento a 55ºC e com 7% v/v de peróxido de hidrogênio alcalino, na mesma concentração de sólidos e tempo de pré-tratamento e considerando as mesmas condições de hidrólise. Esta concentração de peróxido corresponde a 0.47 mL de peróxido/ g de bagaço ou 0.69 g de peróxido/g bagaço, concentração bastante menor do que a usada nos trabalhos anteriores, que era superior a 2g de peróxido/g bagaço / Abstract: In this work the performance of the pretreatment of sugarcane bagasse with high solids concentration using alkaline hydrogen peroxide was evaluated. The objective was to increase the solids concentration in the pretreatment in relation to previous work (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Initially, a 23 factorial design was performed to evaluate the influence of temperature (°C) and alkaline hydrogen peroxide concentration (% v / v) in the pretreatment, as well as of the cellulase concentration (FPU / g pulp) used in the hydrolysis, in the concentration of glucose obtained after enzymatic hydrolysis. This design resulted in a linear model that was used to determine the maximum slope direction by following the procedure described in BARROS NETO et al. (2001). Further experiments were performed to identify the optimal region and, finally, a central composite design was performed around this region to determine the pretreatment conditions that result in maximum concentration of glucose after hydrolysis (0.4014 g glucose / g of raw bagasse) when the pre-treatment was conducted at 15% solids and the hydrolysis with 3% solids. This corresponds to a 95.38% glucose yield, obtained by performing pretreatment for 1 hour at 65 °C using 8% (v/v) of hydrogen peroxide at pH 11.5. Hydrolysis was conducted using 15 FPU cellulase/g bagasse and 25 CBU ?-glucosidase/g bagasse. Glucose concentration of 0.3846 ± 0.0014 g glucose/g of raw bagasse, corresponding to a 90.87 ± 0.33% glucose yield, was obtained by performing pretreatment at 55 °C with 7% v/v of alkaline hydrogen peroxide at the same concentration of solids and pre-treatment time and considering the same hydrolysis conditions. This concentration corresponds to 0.47 mL peroxide/g bagasse or 0.69 g peroxide/g bagasse, much lower than the concentrations used in previous studies, that were higher than 2 g peroxide/g bagasse / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Aparecida Silva, Luís Augusto Barbosa Cortez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T14:10:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_Eduardode_M.pdf: 3652452 bytes, checksum: 3c96199687c9d6dce654909d2b6c1ee7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Visando propor alternativas ao tratamento físico do bagaço de cana-de-açúcar destinado a processos de conversão de energia, analisou-se o desempenho de um equipamento desenvolvido na Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri / Unicamp), o qual permite a contínua separação das partículas de bagaço, consumindo menos energia do que outras formas de obtenção de partículas de diferentes tamanhos, como moagem, corte ou combinação destes. O equipamento classificador pneumático tem seu princípio de funcionamento baseado em teorias da fluidodinâmica. Basicamente, este separa o bagaço em três frações distintas, denominadas fina, média e grossa, de acordo com o as dimensões de suas partículas, através do arraste destas em uma coluna de ar. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência do tamanho de partícula de bagaço na conversão de celulose em glicose por meio da hidrólise enzimática, tendo sido submetidas amostras de bagaço integral moído e de frações de bagaço; as frações fina e média do modo como haviam sido classificadas enquanto as amostras da fração grossa foram moídas. Para os experimentos de classificação pneumática foi desenhada uma matriz experimental 2² fatorial variando-se a taxa de alimentação de bagaço e a vazão de ar na coluna de classificação. Os melhores resultados obtidos para hidrólise enzimática ocorreram para as frações finas classificadas, embora estas apresentassem diâmetros médios de partículas superiores aos do bagaço moído. O melhor resultado foi obtido quando os fatores utilizados foram taxa de alimentação de 15 kg/h e a vazão de ar 110 m³/h, com tal fração representando 36,74% da massa do bagaço classificado, com diâmetro médio geométrico de partícula de 0,437 milímetros, e conversão de celulose em glicose de 64,11% após 72 horas de hidrólise (Enzimas: cellulase NS 50013, 15 FPU/g de matéria seca, e ?-glucosidase NS 50010, 50 UI/g de matéria seca; 2% de sólidos; temperatura: 47 °C; pH: 5,0). Tais resultados indicam que a composição e estrutura da partícula são fatores mais importantes do que suas dimensões / Abstract: Aiming to propose alternatives to the physical pretreatment of the sugarcane bagasse for energy conversion processes it was analyzed the performance of a device developed at the School of Agricultural Engineering (Feagri / Unicamp), which allows the continuous separation of particles of bagasse, consuming less energy than other ways of obtaining particles of different sizes as milling, grinding and chipping or a combination of these. The pneumatic classifier equipment has its operation principle based on fluid dynamics theories. Basically, the bagasse is dragged within an air column where it is separated in three different fractions, called fine, medium and coarse, according to the particle sizes. The scope of this study was to evaluate the influence of particle size of the bagasse on the enzymatic hydrolysis yields, thus samples of milled integral bagasse and bagasse fractions were subjected to hydrolysis; fine and medium fractions as they had been classified while coarse fractions were previously milled. For experiments of pneumatic classification it was designed an experimental matrix 2² factorial by varying the bagasse feed rate and the air flow in the classification column. The best results for enzymatic hydrolysis occurred for classified fine fractions even showing an average diameter of particles higher than the milled bagasse. The best one was obtained when the used parameters were feed rate of 15 kg/h and air flow of 110 m³/h, with this fraction representing 36.74% of the classified bagasse mass with geometric mean particle diameter of the 0.437 mm, and conversion of cellulose to glucose of 64.11% after 72 hours of hydrolysis (Enzymes: NS 50013 cellulase, Novozymes, 15 FPU/g of dry matter, and ?-glucosidase 50 010 NS, Novozymes, 50 IU/g of dry matter; 2% of solids; temperature: 47 °C; pH: 5,0). These results indicate that the particles composition and structure are more important factors than its size / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

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

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

Orientadores: Maria Isabel Rodrigues, Gabriela Alves Macedo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:36:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maldonado_RafaelResende_D.pdf: 966845 bytes, checksum: ddc61b8ed34d47c4c2ebff5a3967c4a7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A crescente necessidade por energia e o avanço das preocupações com problemas ambientais devido ao uso de combustíveis fósseis tem levado a busca de alternativas para a área energética. Dentro deste contexto, a produção de biocombustíveis como etanol e biodiesel mostram um grande potencial de avanço e despertam amplo interesse na área de pesquisas.O biodiesel é comumente obtido por reações de transesterificação com catálise alcalina, no entanto a via enzimática constitui-se em uma forma promissora para a produção deste tipo de combustível. Este trabalho analisou as etapas de produção, purificação e imobilização da lipase de Geotrichum candidum NRRLY-552 e aplicação dessa enzima na biocatálise das reações de hidrólise, esterificação e transesterificação de óleos vegetais em diferentes sistemas reacionais. Os resultados obtidos demonstraram que a lipase de Geotrichum candidum NRRLY-552 pode ser obtida a baixo custo, com a utilização de um resíduo agro-industrial (água de maceração de milho) com atividade lipolítica de cerca de 20 U/mL. A purificação parcial desta enzima foi realizada por dois métodos ¿ precipitação com sulfato de amônio e precipitação com etanol, seguido de liofilização em ambos os casos. Tais métodos proporcionaram a obtenção de um preparado enzimático com atividade lipolítica de cerca de 500 U/g em duas ou três etapas. O pequeno número de etapas e a elevada atividade enzimática propiciam a aplicação desta enzima para biocatálise de reações com óleos vegetais para uso na produção de biocombustíveis. A enzima selecionada apresentou um bom desempenho para a reação de hidrólise de óleos vegetais, atingindo taxas de hidrólise de cerca de 80% após 24 horas de reação, em frascos agitados a 210 rpm, 45oC e 15% m/m de água no meio reacional com uma concentração de enzima de 5% m/m da lipase. A enzima não apresentou ação de esterificação suficiente para produção de biodiesel na presença de etanol, no entanto o sistema reacional desenvolvido permite que a associação com outras lipases de boa ação de esterificação possibilite a obtenção do biodiesel a partir do hidrolisado obtido neste trabalho / Abstract: The growing energy necessity and the advancement of environmental concerns due to the use of fossil fuels have led the search for alternatives to the energy area. In this context, the production of biofuels like ethanol and biodiesel shows a great potential for advancement and arouse widespread interest in the area of research. Biodiesel is commonly obtained by transesterification with alkaline catalysis; however, the enzymatic pathway is a promising way to produce this type of fuel. This work studied the stages of production, purification and immobilization of lipase from Geotrichum candidum NRRLY-552 and application of this enzyme in the biocatalysis of the hydrolysis, esterification and transesterification of vegetable oils in different reaction systems. The results showed that the lipase from Geotrichum candidum NRRLY-552 can be obtained at a low cost, using a residue of the agro-industrial (corn steep liquor), with lipolytic activity of about 20 U/mL. Partial purification of this enzyme was performed by two methods - precipitation with ammonium sulphate and precipitation with ethanol, followed by lyophilization in both cases. Such methods provided to obtain an enzyme preparation with lipolytic activity of 500 U/g in two or three steps. The small number of steps and the high enzyme activity provide the application of this enzyme to catalysis of reactions with vegetable oils for the use in biofuel production. The selected enzyme showed a good performance for the hydrolysis of vegetable oils, reaching rates of hydrolysis of about 80% after 24 hours of reaction, in shaken flasks at 210 rpm, 45°C and 15% w/w of water in the reaction with enzyme concentration of 5% w/w of the lipase. The enzyme did not show enough action esterification for biodiesel production in presence of ethanol; however, the reaction system developed permits the association with other lipases with good deed esterification with allows obtainable biodiesel from the hydrolysed produced in this work / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

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

Orientador: Maria Angela de Almeida Meirelles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:14:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreschi_SilvaniaReginaMendes_D.pdf: 1138313 bytes, checksum: 9795fdb9b2f9d97588cecb8005836315 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A celulose e amido presentes em resíduos de plantas aromáticas, que já sofreram extração de seus óleos essenciais através de CO2 supercrítico, foram hidrolisados rapidamente com água subcrítica (AsC) e CO2, a fim de se obter oligossacarídeos. Celulose e amido não são solúveis em CO2 supercrítico, assim, permanecem no resíduo sólido após o processo de extração supercrítica (ESC). A etapa de ESC atua como um pré-tratamento para a hidrólise porque a pressão age sobre a matriz sólida, relaxando a estrutura do grânulo de amido, resultando num aumento da taxa de hidrólise. O gengibre (Zingiber officinalle Roscoe) contém aproximadamente 50% de amido, e a decomposição do amido de bagaço de ESC de gengibre foi efetuada num reator semi-contínuo, operando numa faixa de temperatura entre 132 - 200°C e pressões entre 80 ¿ 220 bar. A alimentação do reator constou de uma mistura de bagaço de gengibre e água (3:7). O CO2 foi utilizado para a pressurização do sistema. Para arrastar os produtos formados do reator foi utilizada uma vazão de CO2 de 7,48 × 10-5 kg s-1. O rendimento da hidrólise foi avaliado em relação ao teor de açúcares redutores formados. Os ensaios de hidrólise foram realizados num tempo de reação constante para procurar as condições de temperatura e pressão que maximizassem o grau de hidrólise e o rendimento. Os resultados foram analisados pela metodologia de superfície de respostas. Os testes de cinética de hidrólise foram realizados a 150 bar e a 176, 188 e 200 °C, mantendose constantes a razão de bagaço: água na alimentação e a vazão de CO2, e com os seguintes tempos de reação: 1, 5, 7, 9, 11 e 15 minutos. O maior grau de hidrólise (97,1% a 15 minutos de reação) e o maior rendimento em açúcares redutores (18,1% a 11 minutos de reação) foram estabelecidos para 200 °C. Diferentes misturas de oligossacarídeos com diferentes distribuições de massas moleculares foram obtidas, dependendo da temperatura e do tempo de reação. A hidrólise do bagaço de gengibre foi tratada como uma reação heterogênea com uma cinética global de primeira ordem em relação à concentração de amido, a qual resultou numa energia de ativação de 185,1 kJ mol-1 e um fator préexponencial de 5,8 × 1017s-1. Ensaios de hidrólise de gengibre e cúrcuma (Curcuma longa Linneu) frescos, gengibre seco, cúrcuma seca e bagaço de cana foram realizados nas melhores condições estabelecidas para o bagaço de gengibre (150 bar, 200 °C e 11 minutos) / Abstract: Cellulose and starch contained in aromatic-plant residues, which had been subjected to supercritical CO2 extraction, were hydrolyzed with subcritical water and CO2 to obtain oligosacharides. Cellulose and starch are not soluble in supercritical CO2; therefore, they remained in the solid matrix after the supercritical extraction. The extraction step acted as a pre-treatment step for hydrolysis because the pressure affected the solid matrix by relaxing the starch granule resulting, thus, increasing the rate of hydrolysis. Ginger (Zingiber officinale Roscoe) bagasse containing about 50% of starch was hydrolyzed in a semicontinuo reactor in the temperature range of 132 - 200°C and pressure range of 80 ¿ 220 bar. The reactor was filled with a mixture of ginger bagasse and water (3:7). The CO2 was used to pressurize the system. To withdraw the products from the reactor a CO2 flow rate of 7.48 × 10-5 kg s-1 was used. The hydrolysis yield was evaluated with respect to the amount of reducing sugars formed. The hydrolysis assays were done for a constant reaction time of 15 min to search for the condition of temperature and pressure that maximized the hydrolysis degree and the yield. The results were analyzed by the surface response methodology. The hydrolysis kinetics tests were performed at 150 bar and at 176, 188, and 200 °C. The kinetics tests were done keeping constant the ratio between ginger bagasse and water, as well as the CO2 flow rate; the following reaction times were evalueted: 1, 5, 7, 9, 11 and 15 min. The highest hydrolysis degree (97.1% at 15 min) and the highest yield (18.1% at 11 min) were stablished for 200 °C. Different oligosaccharide mixtures with different molecular mass distributions were obtained, depending on the temperature and on the reaction time. The ginger bagasse hydrolysis was treated as a heterogeneous reaction with a first-order global chemical kinetic, with respect to the starch concentration; resulting in an activation energy of 185.1 kJ mol-1 and a preexponential factor of 5.8 × 1017s-1. Hydrolysis of fresh ginger and turmeric (Curcuma longa Linneu), dried ginger, dried turmeric, and sugar-cane bagasse were performed at the best conditions established for ginger bagasse (150 bar, 200 °C and 11 min) / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents a simple and versatile synthetic strategy for the preparation of a novel series of Ethyl 2-Benzyl(methyl)tiopyrimidines-4-carboxylate 6-substituted and their acids derivatives. The Ethyl 2-Benzyl(methyl)tiopyrimidines-4-carboxylate 6-substituted were obtained from the reaction of 2-Benzyl(methyl)isothiourea with Ethyl 4-Aryl(methyl)-4-methoxy-2-oxo-3-butenoates (where Ar= Ph, 4-FC6H4, 4-BrC6H4, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4 and 4-NO2C6H4), in the presence of sodium carbonate in ethanol and water to produce the corresponding Ethyl 2-Benzyl(methyl)tiopyrimidines-4-carboxylate 6-substituted with good yields (52-94%). Acids derivatives of these Pyrimidines were obtained from the reaction one-pot" of 2-Benzyl(methyl)isothiourea with Ethyl 4-Aryl(methyl)-4-methoxy-2-oxo-3-butenoates (where Ar = Ph; 4-FC6H4, 4-BrC6H4, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4 and 4-NO2C6H4), in the presence of sodium carbonate in ethanol and water and, subsequently, with the addition of a solution of sodium hydroxide, producing the respective acids 2-Benzyl(methyl)thiopyrimidines-4-carboxylic 6-substituted with good yields (35-90%). The pyrimidines obtained in this study were identified by Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance, Nuclear Magnetic Resonance Carbon-13, Infrared Spectroscopy, Elemental Analysis and Mass Spectroscopy. / Este trabalho apresenta uma estratégia sintética simples e versátil para a preparação de uma série de 2-Benzil(metil)tiopirimidinas-4-carboxilato de Etila 6-substituídas e seus Ácidos Derivados inédita. As 2-Benzil(metil)tiopirimidinas-4-carboxilato de Etila 6-substituídas foram obtidas a partir da reação de 2-Benzil(metil)isotiouréia com 4-Aril(metil)-4-metóxi-2-oxo-3-butenoatos de Etila (onde Ar= Ph, 4-FC6H4, 4-BrC6H4, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4 e 4-NO2C6H4), com a presença de carbonato de sódio em etanol e água, produzindo as respectivas 2-Benzil(metil)tiopirimidinas-4-carboxilato de Etila 6-substituídas com rendimentos bons (52-94%). Os ácidos derivados destas pirimidinas foram obtidas a partir da reação one-pot de 2-Benzil(metil)isotiouréia com 4-Aril(metil)-4-metóxi-2-oxo-3-butenoatos de Etila (onde Ar= Ph, 4-FC6H4, 4-BrC6H4, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4 e 4-NO2C6H4), com a presença de carbonato de sódio em etanol e água e, posteriormente, com a adição de uma solução de hidróxido de sódio, produzindo os respectivos Ácidos 2-Benzil(metil)tiopirimidinas-4-carboxílicos 6-substituídos com rendimentos bons (35-90%). As pirimidinas obtidas neste trabalho foram identificadas por Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio, Ressonância Magnética Nuclear de Carbono-13, Espectroscopia de Infravermelho, Análise Elementar e Espectroscopia de Massas.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-01-19T17:23:35Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1894388 bytes, checksum: 96cebeeeab77fe854ae9bf556f51131f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-19T17:23:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1894388 bytes, checksum: 96cebeeeab77fe854ae9bf556f51131f (MD5) Previous issue date: 2016-11-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nas últimas décadas, tem-se observado um crescente interesse nas biomassas residuais de composição lignocelulósica para produção de energia, destacando-se o etanol de segunda geração. Entre a biomassa lignocelulósica disponível se encontra os resíduos provenientes da bananicultura, cultura importante nas regiões tropicais e subtropicais. Nesse contexto, o presente trabalho objetivou estudar o potencial do pseudocaule de bananeira (Prata Anã) para a produção do etanol de segunda geração. No primeiro capítulo do trabalho foram realizados pré-tratamentos hidrotérmico e alcalino utilizando micro-ondas. O pré-tratamento hidrotérmico foi realizado sob diferentes temperaturas (130 ° a 210 ° O pré-tratamento alcalino C C). foi realizado de acordo com um delineamento composto central, cujas variáveis estudadas foram: temperatura (190 ° - 210 ° e concentração de hidróxido de C C) sódio (0,5 % - 1,5 %, m/v). A eficiência dos pré-tratamentos foi verificada através da comparação de análises químicas dos materiais in natura e pré-tratados e da conversão de celulose em glicose por hidrólise enzimática, além de sacarificação e fermentação simultânea de alguns pré-tratados. As variáveis temperatura e concentração de NaOH apresentaram efeitos lineares significativos. Como melhores resultados dessa etapa, foram obtidos 77 % de conversão enzimática para o pré- tratado hidrotérmico (210 ° 40 minutos), 78,3 % para o alcalino (190 ° 0,5 % C, C, NaOH) e 56 % para material não tratado. Em relação aos resultados de SSF, foram obtidos rendimentos de etanol de 86,5 % para pré-tratado hidrotérmico, 85,3 % para alcalino e 70,5 % para o material não tratado. Esses ensaios de hidrólise enzimática e SSF foram realizadas em tubos de 20 mL, utilizando 2,5 % (p/v) de concentração de sólidos, 50 FPU/g de Cellic Ctec 2, Saccharomyces cerevisiae NCYC 2826, por 120 dias sob 120 rpm de agitação, sendo que a hidrólise foi realizada a 25 ° e SSF C à 37 ° No segundo capítulo foi realizado um pré-tratamento hidrotérmico utilizando C. reator Parr de 18 litros, sendo as condições determinadas por delineamento composto central: temperatura (170 ° - 210 ° tempo de reação (10 min - 20 min) C C), e razão sólido/líquido (1/10 - 1/15). Os efeitos lineares das variáveis foram significativas, além do efeito quadrático da variável razão sólido/líquido. A hidrólise enzimática foi realizada à 50 ° por 72 horas, utilizando enzima Cellic Ctec (5,4 %, C, p/p) com 8 % (p/v) de sólidos. O pré-tratamento hidrotérmico em reator Parr mostrou-se eficiente no aumento do rendimento de glicose após hidrólise enzimática, alcançando rendimento máximo de glicose de 98 % na condição do ensaio 6 (210 ° 10 minutos, S/L de 1/15). / In recent decades, there has been a growing interest in the residual biomass of lignocellulosic material for energy production, especially second-generation ethanol. Among the available lignocellulosic biomass are residues from banana cultivation, an important crop in tropical and subtropical regions. In this context, the present work aimed to study the production of second-generation ethanol using banana pseudostem as raw material. In the first chapter of this work, hydrothermal and alkaline pretreatments were carried out for 10 minutes of reaction time using a microwave. The hydrothermal pretreatment was performed under different temperatures (130 ° to 210 ° C C). The alkaline pre-treatment was performed according to a central composite design, of which the studied variables were: temperature (190 ° - 210 ° and sodium hydroxide concentration (0.5 % - 1.5 %, C C) m/v). The efficiency of the pretreatments was verified by comparing chemical analyzes of the in natura and pretreated materials and their conversion of cellulose to glucose after enzymatic hydrolysis and their ethanol yield after simultaneous saccharification and fermentation. The variables NaOH concentration and temperature showed significant linear effects. As best results of this step, were obtained 77 % of enzymatic conversion using hydrothermal pretreated (210 ° 40 C, minutes), 78.3 % using alkaline pretreated (190 ° 0.5 % NaOH) and 56 % using the C, untreated material. Regarding SSF results, 86.5 % of ethanol yields were obtained using hydrothermal pretreated, 85.3 % using alkaline and 70.5 % using untreated material. These enzyme hydrolysis and SSF assays were performed in 20 mL tubes using 2.5 % (w/v) solid concentration, 50 FPU/g Cellic Ctec 2 and Saccharomyces cerevisiae NCYC 2826 at 25 ° for 120 days under 120 rpm of stirring. The C enzymatic hydrolysis was performed at 25 ° and SSF at 37 °C. In the second C chapter, hydrothermal pretreatment was performed using 18 liters Parr reactor with the conditions determined by central composite design: temperature (170 ° - 210 C ° C), reaction time (10 min - 20 min) and solid/liquid ratio (1/10 - 1/15). The linear effects of the variables were significant, in addition to the quadratic effect of the variable solid/liquid ratio. The enzymatic hydrolysis was performed at 50 °C for 72 hours using Cellic Ctec enzyme (5.4 %, w/w) and 8 % (w/v) solid. Hydrothermal pre- treatment in Parr reactor proved to be efficient in increasing glucose yield after enzymatic hydrolysis, achieving maximum glucose yield of 98 % under assay 6 condition (210 ° 10 minutes, 1/15 S/L).