O nitrogênio desempenha função essencial na fisiologia das leveduras e em fermentações com alta concentração de açúcares propicia maior rendimento, eficiência e produtividade, além de proteger as células de levedura dos estresses osmóticos provocados pelas altas concentrações de açúcar e de etanol. Com o objetivo de verificar a influência da suplementação nitrogenada nos parâmetros fermentativos, mostos contendo caldo de cana concentrado a 25, 30 ou 35° Brix e suplementados ou não com ureia (16 mM) ou fosfato de amônio (24 mM), foram fermentados a 30°C por leveduras Saccharomyces cerevisiae (linhagens PE-2 ou CAT-1) em 6 ciclos consecutivos de 24h. Ao final de cada ciclo, foram analisados: a massa úmida (biomassa) por pesagem após a centrifugação; a viabilidade celular pelo método de coloração com eritrosina e a concentração de etanol em densímetro digital (Anton Paar DMA 4500), após destilação das amostras por arraste de vapor em destilador Tecnal TE-012 e açúcar por cromatografia líquida (HPLC). A concentração de nitrogênio total utilizável foi determinada pelo método da ninidrina, utilizando glicina como padrão. Em mosto contendo 30°Brix, a linhagem CAT-1, produziu teores de etanol, em média, de 12,9, 17,1 e 14,4% (v/v), respectivamente, nos tratamentos controle (T1) ou suplementado com ureia (T2) ou fosfato (T3). Nesta condição, a linhagem PE-2, produziu 14,9 (T1), 15,8 (T2) e T3 15,8% (v/v) e a massa úmida da CAT-1 aumentou de 7% para 16%, na presença de fosfato. Na fermentação do mosto 35°Brix, pelas duas linhagens, a suplementação com fosfato (T3) propiciou maior produção de etanol, aumento de massa úmida e manutenção da viabilidade celular. A levedura CAT-1, no tratamento com 30° Brix, produziu mais glicerol no tratamento com fosfato de amônio sendo quase 1g de glicerol por cada 1g de biomassa produzida. A suplementação com ureia teve efeitos benéficos na fermentação VHG possibilitando uma produção maior de etanol, e uma produção menor de glicerol face às outras suplementações nitrogenadas. / Nitrogen plays an essential role in the physiology of yeast and fermentation of high concentration sugars. It provides higher yield, efficiency and productivity, as well as protects yeast cells from osmotic stress caused by high concentrations of sugar and ethanol. To evaluate the influence of nitrogen supplementation on fermentative parameters, must containing concentrated sugarcane juice to 25, 30 or 35°Brix and supplemented or not with 16 mM urea or 24 mM ammonium phosphate were fermented at 30°C by PE-2 or CAT-1 yeast strains of Saccharomyces cerevisiae into 6 consecutive cycles of 24h. At the end of each cycle, cell viability by staining with erythrosine method, wet mass (biomass) by weighing; and the ethanol concentration in digital densitometer, after samples distillation were analyzed. The concentration of total usable nitrogen was determined by the ninhydrin using glycine as standard. In 30°Brix wort, CAT-1 strain produced averaged 12.9, 17.1 and 14.4% (v/v) of ethanol concentration, respectively, in the (T1) control or with (T2) urea or (T3) phosphate supplemented treatments. In this condition, the PE-2 strain produced 14.9 (T1), 15.8 (T2) and T3 15.8% (v / v) and the wet weight of CAT-1 increased from 7% to 16%, in the presence of phosphate. In the fermentation of the must 35°Brix by the two strains, supplementation with phosphate (T3) led to increased ethanol production, increased wet weight and maintenance of cell viability. CAT-1 strain, in 30°Brix, produced more glycerol upon treatment with ammonium phosphate being about 1 g glycerol per 1 g of biomass produced. Supplementation with urea had beneficial effects on VHG fermentation enabling increased production of ethanol, and a lower production of glycerol against other nitrogen supplementation.

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O nitrogênio desempenha função essencial na fisiologia das leveduras e em fermentações com alta concentração de açúcares propicia maior rendimento, eficiência e produtividade, além de proteger as células de levedura dos estresses osmóticos provocados pelas altas concentrações de açúcar e de etanol. Com o objetivo de verificar a influência da suplementação nitrogenada nos parâmetros fermentativos, mostos contendo caldo de cana concentrado a 25, 30 ou 35° Brix e suplementados ou não com ureia (16 mM) ou fosfato de amônio (24 mM), foram fermentados a 30°C por leveduras Saccharomyces cerevisiae (linhagens PE-2 ou CAT-1) em 6 ciclos consecutivos de 24h. Ao final de cada ciclo, foram analisados: a massa úmida (biomassa) por pesagem após a centrifugação; a viabilidade celular pelo método de coloração com eritrosina e a concentração de etanol em densímetro digital (Anton Paar DMA 4500), após destilação das amostras por arraste de vapor em destilador Tecnal TE-012 e açúcar por cromatografia líquida (HPLC). A concentração de nitrogênio total utilizável foi determinada pelo método da ninidrina, utilizando glicina como padrão. Em mosto contendo 30°Brix, a linhagem CAT-1, produziu teores de etanol, em média, de 12,9, 17,1 e 14,4% (v/v), respectivamente, nos tratamentos controle (T1) ou suplementado com ureia (T2) ou fosfato (T3). Nesta condição, a linhagem PE-2, produziu 14,9 (T1), 15,8 (T2) e T3 15,8% (v/v) e a massa úmida da CAT-1 aumentou de 7% para 16%, na presença de fosfato. Na fermentação do mosto 35°Brix, pelas duas linhagens, a suplementação com fosfato (T3) propiciou maior produção de etanol, aumento de massa úmida e manutenção da viabilidade celular. A levedura CAT-1, no tratamento com 30° Brix, produziu mais glicerol no tratamento com fosfato de amônio sendo quase 1g de glicerol por cada 1g de biomassa produzida. A suplementação com ureia teve efeitos benéficos na fermentação VHG possibilitando uma produção maior de etanol, e uma produção menor de glicerol face às outras suplementações nitrogenadas. / Nitrogen plays an essential role in the physiology of yeast and fermentation of high concentration sugars. It provides higher yield, efficiency and productivity, as well as protects yeast cells from osmotic stress caused by high concentrations of sugar and ethanol. To evaluate the influence of nitrogen supplementation on fermentative parameters, must containing concentrated sugarcane juice to 25, 30 or 35°Brix and supplemented or not with 16 mM urea or 24 mM ammonium phosphate were fermented at 30°C by PE-2 or CAT-1 yeast strains of Saccharomyces cerevisiae into 6 consecutive cycles of 24h. At the end of each cycle, cell viability by staining with erythrosine method, wet mass (biomass) by weighing; and the ethanol concentration in digital densitometer, after samples distillation were analyzed. The concentration of total usable nitrogen was determined by the ninhydrin using glycine as standard. In 30°Brix wort, CAT-1 strain produced averaged 12.9, 17.1 and 14.4% (v/v) of ethanol concentration, respectively, in the (T1) control or with (T2) urea or (T3) phosphate supplemented treatments. In this condition, the PE-2 strain produced 14.9 (T1), 15.8 (T2) and T3 15.8% (v / v) and the wet weight of CAT-1 increased from 7% to 16%, in the presence of phosphate. In the fermentation of the must 35°Brix by the two strains, supplementation with phosphate (T3) led to increased ethanol production, increased wet weight and maintenance of cell viability. CAT-1 strain, in 30°Brix, produced more glycerol upon treatment with ammonium phosphate being about 1 g glycerol per 1 g of biomass produced. Supplementation with urea had beneficial effects on VHG fermentation enabling increased production of ethanol, and a lower production of glycerol against other nitrogen supplementation.

O efluente lácteo é caracterizado pelo elevado teor de matéria orgânica. Os principais impactos ambientais causados pelas indústrias de laticínios estão relacionados ao lançamento dos efluentes líquidos, geralmente com ineficiente controle ou tratamento, sendo de fundamental importância a implementação de técnicas de tratamento eficazes e de baixo custo. Dentro desta proposta, os chamados Processos Oxidativos Avançados (POAs) são tecnologias eficientes para a oxidação (parcial ou total) de compostos orgânicos de difícil degradação. O presente trabalho de pesquisa objetivou a avaliação da potencialidade da ozonização catalítica, para a redução da carga orgânica do efluente proveniente da indústria de laticínio Cia de Alimentos Glória da cidade de Guaratinguetá, oriundos do processamento de beneficiamento de leite, utilizando-se Fe2+ como catalisador em processo semi-batelada com reciclo. A caracterização do efluente lácteo in natura foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados de alguns parâmetros elencados nas legislações ambientais, destacando-se: DQO, COT, DBO5, Nitrogênio (orgânico e amoniacal), Fósforo total, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), surfactantes aniônicos, óleos e graxas e elementos metálicos. Através de planejamento fatorial fracionado 24-1, determinaram-se as melhores condições entre as variáveis potência do ozonizador, vazão de O2, concentração de Fe2+ e pH para a etapa de tratamento com POA, tendo como fator de resposta a redução da DQO e COT. Avaliou-se também uma nova configuração de reator em função de uma espuma formada durante o processo de tratamento. Os resultados obtidos para o conjunto de experimentos mostraram-se promissores, sendo que a redução média de COT com 63,95 % e de DQO com 70,50 % para o ensaio com as variáveis da reação otimizada, com o custo no valor de R$ 0,056 / L de efluente. Após o processo de ozonização catalítica, a amostra do melhor experimento: pH 4,0, concentração de Fe2+ 1,0 g L-1, potência 86 W, vazão de O2 0,5 L min-1, tendo como vazão mássica de O3 3,10 mg min-1, foi tratada por um processo biológico - Sistema Lodo Ativado (SLA), a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema conjugado (POA - SLA). Os resultados para o tratamento híbrido apresentou percentuais de reduções para COT de 82,95 %, DQO de 95,60 % e DBO de 93,09 %. / Dairy effluent is characterized by the high content of organic material. The major environmental impacts caused by dairy industries are related to the release of liquid effluents, generally with an inefficient control or treatment, which makes it essential to implement effective treatment techniques, at a low cost. Within this proposal, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are efficient technologies for oxidation (partial or total) of organic compounds of difficult degradation. This research study aimed at assessing the potential of catalytic ozonation for reduction of the effluent organic load from the dairy industry Cia de Alimentos Glória located in the city of Guaratinguetá, State of São Paulo, Brazil, derived from milk processing, using Fe2+ as catalyst in a semi-batch process with recycle. The characterization of milky effluent in natura was performed by using established and optimized methods of some parameters listed in environmental legislation, among them: COD, TOC, BOD5, Nitrogen (organic and ammoniacal), total Phosphorus, Iron, Solids (TS, FTS, VTS), anionic surfactants, oils and greases and metallic elements. Through fractional factorial design 24-1, the best conditions among the power variables of the power ozonator, O2 flow, Fe2+ concentration and pH were determined for the treatment stage with AOP, with a response factor of COD and TOC reduction. A new configuration of reactor was also assessed due to the presence of foam during the treatment process. The obtained results for the set of experiments were found to be promising, with an average reduction of TOC of 63.95 % and of 70.50 % for COD for the test with optimized reaction variables, with a cost of U$$ 0.02 / L of effluent. After the catalytic ozonation process, the sample of the best experiment was: pH 4.0, concentration of Fe2+ 1.0 g L-1, power of 86 W, flow of O2 0.5 L min-1, with mass flow of O3 3.10 mg min-1, was treated by a biological process in order to verify to verify the efficiency of degradation of the organic matter of the effluent studied through the conjugated (AOP - AS) system.The results for the hybrid treatment showed percentages of reductions for TOC of 82.95 %, COD of 95.60 % and BOD5 of 93.09 %.

Este trabalho teve como objetivo o estudo de parâmetros experimentais do fracionamento do bagaço de cana-de-açúcar, tais como o tipo de ácido (H3PO4 1,5 % m/v e H3SO4 1,0 % m/v) empregado como catalisador na etapa de pré-tratamento em reator piloto (350 L) a 120 ºC por 20 min. Avaliou-se também os efeitos de temperatura, tempo, concentração de hidróxido de sódio e relação sólido-líquido, de acordo com um planejamento fatorial completo 24 com três repetições no ponto central, para a etapa de deslignificação alcalina em reator de bancada (2 L) do bagaço de cana-de-açúcar previamente pré-tratado de forma a obter uma fração celulósica com elevadas taxas de conversão enzimática e maior recuperação de lignina no licor negro. As melhores condições experimentais obtidas em reator de bancada para o processo de deslignificação alcalina foram reproduzidas em reator piloto de 350 L, como forma de escalonamento deste processo. As ligninas obtidas foram caracterizadas e a fração celulósica da polpa bruta do bagaço pré-tratado com ácido fosfórico foi submetida à hidrólise enzimática de forma a obter quantidade de hidrolisado suficiente para a realização de um ensaio de fermentação alcoólica, com Saccharomyces cerevisiae Pe-2, em biorreator de 700 mL de volume de trabalho, empregando a tecnologia de reciclo de células. Os resultados mostraram que o pré-tratamento com H3PO4 1,5 % (m/v) removeu 45,5 % de hemicelulose, contra 75,6 % pelo pré-tratamento com H3SO4 1,0 % (m/v). Os fatores concentração de NaOH e relação sólido-líquido apresentaram maior influência do que os fatores tempo e temperatura, no processo de deslignificação alcalina dos bagaços pré-tratados, sendo reproduzidas em escala piloto as condições 120 ºC, 30 min, NaOH 1,5 % (m/v) e relação sólido-líquido 1:15. Estas condições de reação proporcionaram a obtenção de polpas celulósicas com conversão enzimática próxima a 80 %. Análises das polpas celulósicas por difração de raios X comprovam um aumento de cristalinidade da celulose, proporcionada pela remoção de hemicelulose e lignina. Já a análise de termoporometria mostrou um aumento do tamanho dos poros na estrutura da celulose, ao longo do seu processamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostram uma maior exposição das fibras celulósicas no bagaço de cana após a deslignificação alcalina. O ensaio de fermentabilidade mostrou que o hidrolisado celulósico foi bem assimilado pela levedura Saccharomyces cerevisiae Pe-2, com a possibilidade da realização de 5 bateladas sucessivas, sendo obtidos valores de 0,45 g/g para YP/S e 5,81 g L-1h-1 para produtividade. As ligninas obtidas apresentaram características muito parecidas entre si com pureza (lignina total) entre 95-97 %, massa molar média entre 9500 e 10200 g mol-1, ponto de transição vítrea entre 140 e 160 ºC, poder calorífico na ordem de 25 MJ/kg, sendo atribuída a razão H:G:S de 1:0,9:1,1 para a lignina (ácido fosfórico) e 1:1,4:1,7 para a lignina (ácido sulfúrico). Pelos resultados de caracterização foram também propostas as fórmulas C9H8,57O2,64 (OCH3)1,00 para a lignina (ácido fosfórico) e C9H9,05O3,19 (OCH3)0,92 para a lignina (ácido sulfúrico). Palavras-chave: Fracionamento do bagaço de cana-de-açúcar. Etanol. Saccharomyces cerevisiae Pe-2. Reciclo de células. Caracterização de ligninas. / This work aimed to the study of experimental parameters of sugarcane bagasse fractionation, such as, the type of acid (H3PO4 1.5 % w/v and H2SO4 1.0 % w/v) employed as catalyst in the pretreatment step carried out in a 350 L pilot reactor at 120 ºC for 20 min. Temperature, time, NaOH concentration and solid to liquid ratio effects were also evaluated according to a 24 full factorial design with three replications in the central point, for the alkaline delignification of pretreated bagasse, carried out in a 2 L reactor, aiming to get cellulosic fraction with high enzymatic conversion rates and greater lignin recovery in black liquor. Scaling up the alkaline delignification process, the best experimental conditions obtained from 2 L reactor were reproduced in 350 L reactor. Lignins obtained were characterized and the cellulosic fraction from bagasse pulp pretreated with H3PO4 was subjected to enzymatic hydrolysis in order to obtain sufficient amount of hydrolysate to conduct an alcoholic fermentation assay with Saccharomyces cerevisiae Pe-2 yeast in a bioreactor with 700 mL working volume, employing the cell recycle technology. The results showed that 45.5 % of hemicellulosic fraction were solubilised by H3PO4 1.5 % w/v pretreatment, versus 75.6 % of hemicellulose that was solubilised by H2SO4 1.0 % w/v. In the alkaline delignification process of pretreated sugarcane bagasse, NaOH concentration and solid to liquid ratio factors had higher influence than the time and temperature factors, with 120 ºC, 30 min, NaOH 1.5 % (w/v) and 1:15 solid to liquid ratio conditions performed in pilot scale. Enzymatic conversion near to 80 % was achieved for cellulosic pulps obtained in these alkaline delignification conditions. X-ray diffraction of cellulosic pulps confirms an increase of cellulose crystallinity, proportioned by hemicellulose and lignin removal. In relation to thermoporometry analysis, an increasing of pore large in cellulose structure was observed, throughout its processing. Scanning electronic microscopy images showed more exposed cellulosic fibers after alkaline delignification. The cellulosic hydrolysate was well assimilated by the Saccharomyces cerevisiae Pe-2 yeast, with the possibility of performing five successive batches, with 0.45 g/g for YP/S and 5.81 g L-1h-1 for productivity, as resulted of fermentation assay. Lignin obtained showed very similar characteristics each other with purity (total lignin) between 95-97 %, average molecular weight between 9500 and 10200 g mol-1, glass transition point between 140 and 160 ºC, calorific value of 25 MJ/kg being attributed H:G:S ratio of 1:0.9:1.1 for lignin (phosphoric acid) and 1:1.4:1.7 ratio for lignin (sulfuric acid). Lignin formulas C9H8.57O2.64 (OCH3)1.00 to lignin (phosphoric acid) and C9H9.05O3.19 (OCH3)0.92 to lignin (sulfuric acid) were also proposed by the characterization results.

O efluente lácteo é caracterizado pelo elevado teor de matéria orgânica. Os principais impactos ambientais causados pelas indústrias de laticínios estão relacionados ao lançamento dos efluentes líquidos, geralmente com ineficiente controle ou tratamento, sendo de fundamental importância a implementação de técnicas de tratamento eficazes e de baixo custo. Dentro desta proposta, os chamados Processos Oxidativos Avançados (POAs) são tecnologias eficientes para a oxidação (parcial ou total) de compostos orgânicos de difícil degradação. O presente trabalho de pesquisa objetivou a avaliação da potencialidade da ozonização catalítica, para a redução da carga orgânica do efluente proveniente da indústria de laticínio Cia de Alimentos Glória da cidade de Guaratinguetá, oriundos do processamento de beneficiamento de leite, utilizando-se Fe2+ como catalisador em processo semi-batelada com reciclo. A caracterização do efluente lácteo in natura foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados de alguns parâmetros elencados nas legislações ambientais, destacando-se: DQO, COT, DBO5, Nitrogênio (orgânico e amoniacal), Fósforo total, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), surfactantes aniônicos, óleos e graxas e elementos metálicos. Através de planejamento fatorial fracionado 24-1, determinaram-se as melhores condições entre as variáveis potência do ozonizador, vazão de O2, concentração de Fe2+ e pH para a etapa de tratamento com POA, tendo como fator de resposta a redução da DQO e COT. Avaliou-se também uma nova configuração de reator em função de uma espuma formada durante o processo de tratamento. Os resultados obtidos para o conjunto de experimentos mostraram-se promissores, sendo que a redução média de COT com 63,95 % e de DQO com 70,50 % para o ensaio com as variáveis da reação otimizada, com o custo no valor de R$ 0,056 / L de efluente. Após o processo de ozonização catalítica, a amostra do melhor experimento: pH 4,0, concentração de Fe2+ 1,0 g L-1, potência 86 W, vazão de O2 0,5 L min-1, tendo como vazão mássica de O3 3,10 mg min-1, foi tratada por um processo biológico - Sistema Lodo Ativado (SLA), a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema conjugado (POA - SLA). Os resultados para o tratamento híbrido apresentou percentuais de reduções para COT de 82,95 %, DQO de 95,60 % e DBO de 93,09 %. / Dairy effluent is characterized by the high content of organic material. The major environmental impacts caused by dairy industries are related to the release of liquid effluents, generally with an inefficient control or treatment, which makes it essential to implement effective treatment techniques, at a low cost. Within this proposal, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are efficient technologies for oxidation (partial or total) of organic compounds of difficult degradation. This research study aimed at assessing the potential of catalytic ozonation for reduction of the effluent organic load from the dairy industry Cia de Alimentos Glória located in the city of Guaratinguetá, State of São Paulo, Brazil, derived from milk processing, using Fe2+ as catalyst in a semi-batch process with recycle. The characterization of milky effluent in natura was performed by using established and optimized methods of some parameters listed in environmental legislation, among them: COD, TOC, BOD5, Nitrogen (organic and ammoniacal), total Phosphorus, Iron, Solids (TS, FTS, VTS), anionic surfactants, oils and greases and metallic elements. Through fractional factorial design 24-1, the best conditions among the power variables of the power ozonator, O2 flow, Fe2+ concentration and pH were determined for the treatment stage with AOP, with a response factor of COD and TOC reduction. A new configuration of reactor was also assessed due to the presence of foam during the treatment process. The obtained results for the set of experiments were found to be promising, with an average reduction of TOC of 63.95 % and of 70.50 % for COD for the test with optimized reaction variables, with a cost of U$$ 0.02 / L of effluent. After the catalytic ozonation process, the sample of the best experiment was: pH 4.0, concentration of Fe2+ 1.0 g L-1, power of 86 W, flow of O2 0.5 L min-1, with mass flow of O3 3.10 mg min-1, was treated by a biological process in order to verify to verify the efficiency of degradation of the organic matter of the effluent studied through the conjugated (AOP - AS) system.The results for the hybrid treatment showed percentages of reductions for TOC of 82.95 %, COD of 95.60 % and BOD5 of 93.09 %.

Na literatura de controle, os controladores preditivos disponíveis apresentam aplicações limitadas em processos com características integradoras. Uma dessas limitações está relacionada às propriedades estabilizantes que surgem da lei de controle quando o sistema é colocado em malha fechada. O principal objetivo dessa dissertação é desenvolver um algoritmo de controle preditivo, nominalmente estável, baseado num horizonte de predição infinito das saídas do sistema. Para essa finalidade, uma representação existente em variáveis de estado é analisada e estendida para ser capaz de ser aplicável para processos estáveis e integradores, com tempo morto. Dois métodos distintos que garantem a estabilidade de sistemas integradores foram desenvolvidos com um MPC de horizonte infinito. Para o caso de realimentação de estado, a estabilidade nominal do MPC proposto foi provada para os dois métodos e a eficiência dos controladores foi verificada através de exemplos da literatura de controle. Um dos controladores foi também aplicado em um processo de destilação de uma refinaria de petróleo. O algoritmo desenvolvido foi estendido para o caso de realimentação das saídas com a inclusão do filtro de Kalman para a estimativa dos estados do modelo. A aplicação do controlador em um sistema com diferentes tempos mortos entre as variáveis integradoras foi também estudada. / In the control literature, the available predictive controllers show limitations to be applied in processes that have integrating behavior. One of these limitations is related to the stabilizing properties of the resulting control law when the system is in closed loop. The main objective of this work is to develop a nominal stable control algorithm based on infinite prediction of system outputs. For this purpose an existing state space representation is explored and extended in order to be able to be applied to stable and integrating process with dead time. Two distinct methods to assure stability of integrating systems were developed for the infinite horizon MPC. For the case of state feedback, nominal stability of the resulting MPC was proved for the two methods and the efficiency of the controllers was verified through examples of the control literature. One of the controllers was also applied to an industrial distillation process of a petroleum refinery. The developed algorithm was extended to the output feedback operation with the inclusion of a Kalman filter for estimation of the model states. The application of the controller to a system with different dead times between integrating variables was also studied.

Este trabalho teve como objetivo o estudo de parâmetros experimentais do fracionamento do bagaço de cana-de-açúcar, tais como o tipo de ácido (H3PO4 1,5 % m/v e H3SO4 1,0 % m/v) empregado como catalisador na etapa de pré-tratamento em reator piloto (350 L) a 120 ºC por 20 min. Avaliou-se também os efeitos de temperatura, tempo, concentração de hidróxido de sódio e relação sólido-líquido, de acordo com um planejamento fatorial completo 24 com três repetições no ponto central, para a etapa de deslignificação alcalina em reator de bancada (2 L) do bagaço de cana-de-açúcar previamente pré-tratado de forma a obter uma fração celulósica com elevadas taxas de conversão enzimática e maior recuperação de lignina no licor negro. As melhores condições experimentais obtidas em reator de bancada para o processo de deslignificação alcalina foram reproduzidas em reator piloto de 350 L, como forma de escalonamento deste processo. As ligninas obtidas foram caracterizadas e a fração celulósica da polpa bruta do bagaço pré-tratado com ácido fosfórico foi submetida à hidrólise enzimática de forma a obter quantidade de hidrolisado suficiente para a realização de um ensaio de fermentação alcoólica, com Saccharomyces cerevisiae Pe-2, em biorreator de 700 mL de volume de trabalho, empregando a tecnologia de reciclo de células. Os resultados mostraram que o pré-tratamento com H3PO4 1,5 % (m/v) removeu 45,5 % de hemicelulose, contra 75,6 % pelo pré-tratamento com H3SO4 1,0 % (m/v). Os fatores concentração de NaOH e relação sólido-líquido apresentaram maior influência do que os fatores tempo e temperatura, no processo de deslignificação alcalina dos bagaços pré-tratados, sendo reproduzidas em escala piloto as condições 120 ºC, 30 min, NaOH 1,5 % (m/v) e relação sólido-líquido 1:15. Estas condições de reação proporcionaram a obtenção de polpas celulósicas com conversão enzimática próxima a 80 %. Análises das polpas celulósicas por difração de raios X comprovam um aumento de cristalinidade da celulose, proporcionada pela remoção de hemicelulose e lignina. Já a análise de termoporometria mostrou um aumento do tamanho dos poros na estrutura da celulose, ao longo do seu processamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostram uma maior exposição das fibras celulósicas no bagaço de cana após a deslignificação alcalina. O ensaio de fermentabilidade mostrou que o hidrolisado celulósico foi bem assimilado pela levedura Saccharomyces cerevisiae Pe-2, com a possibilidade da realização de 5 bateladas sucessivas, sendo obtidos valores de 0,45 g/g para YP/S e 5,81 g L-1h-1 para produtividade. As ligninas obtidas apresentaram características muito parecidas entre si com pureza (lignina total) entre 95-97 %, massa molar média entre 9500 e 10200 g mol-1, ponto de transição vítrea entre 140 e 160 ºC, poder calorífico na ordem de 25 MJ/kg, sendo atribuída a razão H:G:S de 1:0,9:1,1 para a lignina (ácido fosfórico) e 1:1,4:1,7 para a lignina (ácido sulfúrico). Pelos resultados de caracterização foram também propostas as fórmulas C9H8,57O2,64 (OCH3)1,00 para a lignina (ácido fosfórico) e C9H9,05O3,19 (OCH3)0,92 para a lignina (ácido sulfúrico). Palavras-chave: Fracionamento do bagaço de cana-de-açúcar. Etanol. Saccharomyces cerevisiae Pe-2. Reciclo de células. Caracterização de ligninas. / This work aimed to the study of experimental parameters of sugarcane bagasse fractionation, such as, the type of acid (H3PO4 1.5 % w/v and H2SO4 1.0 % w/v) employed as catalyst in the pretreatment step carried out in a 350 L pilot reactor at 120 ºC for 20 min. Temperature, time, NaOH concentration and solid to liquid ratio effects were also evaluated according to a 24 full factorial design with three replications in the central point, for the alkaline delignification of pretreated bagasse, carried out in a 2 L reactor, aiming to get cellulosic fraction with high enzymatic conversion rates and greater lignin recovery in black liquor. Scaling up the alkaline delignification process, the best experimental conditions obtained from 2 L reactor were reproduced in 350 L reactor. Lignins obtained were characterized and the cellulosic fraction from bagasse pulp pretreated with H3PO4 was subjected to enzymatic hydrolysis in order to obtain sufficient amount of hydrolysate to conduct an alcoholic fermentation assay with Saccharomyces cerevisiae Pe-2 yeast in a bioreactor with 700 mL working volume, employing the cell recycle technology. The results showed that 45.5 % of hemicellulosic fraction were solubilised by H3PO4 1.5 % w/v pretreatment, versus 75.6 % of hemicellulose that was solubilised by H2SO4 1.0 % w/v. In the alkaline delignification process of pretreated sugarcane bagasse, NaOH concentration and solid to liquid ratio factors had higher influence than the time and temperature factors, with 120 ºC, 30 min, NaOH 1.5 % (w/v) and 1:15 solid to liquid ratio conditions performed in pilot scale. Enzymatic conversion near to 80 % was achieved for cellulosic pulps obtained in these alkaline delignification conditions. X-ray diffraction of cellulosic pulps confirms an increase of cellulose crystallinity, proportioned by hemicellulose and lignin removal. In relation to thermoporometry analysis, an increasing of pore large in cellulose structure was observed, throughout its processing. Scanning electronic microscopy images showed more exposed cellulosic fibers after alkaline delignification. The cellulosic hydrolysate was well assimilated by the Saccharomyces cerevisiae Pe-2 yeast, with the possibility of performing five successive batches, with 0.45 g/g for YP/S and 5.81 g L-1h-1 for productivity, as resulted of fermentation assay. Lignin obtained showed very similar characteristics each other with purity (total lignin) between 95-97 %, average molecular weight between 9500 and 10200 g mol-1, glass transition point between 140 and 160 ºC, calorific value of 25 MJ/kg being attributed H:G:S ratio of 1:0.9:1.1 for lignin (phosphoric acid) and 1:1.4:1.7 ratio for lignin (sulfuric acid). Lignin formulas C9H8.57O2.64 (OCH3)1.00 to lignin (phosphoric acid) and C9H9.05O3.19 (OCH3)0.92 to lignin (sulfuric acid) were also proposed by the characterization results.

Na literatura de controle, os controladores preditivos disponíveis apresentam aplicações limitadas em processos com características integradoras. Uma dessas limitações está relacionada às propriedades estabilizantes que surgem da lei de controle quando o sistema é colocado em malha fechada. O principal objetivo dessa dissertação é desenvolver um algoritmo de controle preditivo, nominalmente estável, baseado num horizonte de predição infinito das saídas do sistema. Para essa finalidade, uma representação existente em variáveis de estado é analisada e estendida para ser capaz de ser aplicável para processos estáveis e integradores, com tempo morto. Dois métodos distintos que garantem a estabilidade de sistemas integradores foram desenvolvidos com um MPC de horizonte infinito. Para o caso de realimentação de estado, a estabilidade nominal do MPC proposto foi provada para os dois métodos e a eficiência dos controladores foi verificada através de exemplos da literatura de controle. Um dos controladores foi também aplicado em um processo de destilação de uma refinaria de petróleo. O algoritmo desenvolvido foi estendido para o caso de realimentação das saídas com a inclusão do filtro de Kalman para a estimativa dos estados do modelo. A aplicação do controlador em um sistema com diferentes tempos mortos entre as variáveis integradoras foi também estudada. / In the control literature, the available predictive controllers show limitations to be applied in processes that have integrating behavior. One of these limitations is related to the stabilizing properties of the resulting control law when the system is in closed loop. The main objective of this work is to develop a nominal stable control algorithm based on infinite prediction of system outputs. For this purpose an existing state space representation is explored and extended in order to be able to be applied to stable and integrating process with dead time. Two distinct methods to assure stability of integrating systems were developed for the infinite horizon MPC. For the case of state feedback, nominal stability of the resulting MPC was proved for the two methods and the efficiency of the controllers was verified through examples of the control literature. One of the controllers was also applied to an industrial distillation process of a petroleum refinery. The developed algorithm was extended to the output feedback operation with the inclusion of a Kalman filter for estimation of the model states. The application of the controller to a system with different dead times between integrating variables was also studied.

S. pneumoniae é um patógeno de grande impacto em saúde pública e vacinas comerciais têm cobertura limitada e alto custo. Como alternativa, desenvolveu-se uma vacina celular de baixo custo, cuja produção envolve apenas a separação das bactérias do caldo e sua inativação. Neste trabalho, foram avaliados processos descontínuo, descontínuo alimentado e contínuo com reciclo de células, cuja produção de biomassa foi 3 vezes maior que a do descontínuo. Vacinas obtidas nos 3 processos foram utilizadas em ensaios de imunização de camundongos e induziram níveis similares de IgG e IL-17A. Anticorpos ligaram-se e induziram a deposição de moléculas do sistema complemento sobre a superfície do pneumococo. Ademais, induziram fagocitose de diferentes cepas encapsuladas da bactéria. Camundongos imunizados foram protegidos contra sepse após aspiração da cepa virulenta WU2. Portanto, o processo contínuo com reciclo permitiu a obtenção de maior número de doses sem alterar a qualidade da vacina e o ensaio opsonofagocítico poderia ser utilizado como potencial correlato de proteção. / S. pneumoniae is a pathogen of great impact on public health and commercially available vaccines have limited coverage and high cost. As alternative, a low-cost whole cell vaccine was developed, whose production involves only the cell separation and inactivation. In this work, we evaluated batch, fed-batch and continuous cultivation with cell recycle. The biomass production was 3-fold higher in continuous process than batch. Vaccines obtained from these 3 processes were used to immunize mice and all vaccines induced comparable levels of IgG and IL-17A. Antibodies were able to bind and induce deposition of complement onto pneumococcal surface, besides to induce phagocytosis of several encapsulated pneumococcal strains in opsonophagocytic assays. Immunized mice were protected from fatal aspiration-sepsis using the virulent pneumococcal strain WU2. Therefore, the continuous process with cell recycle yielded a higher number of doses without altering the quality of the vaccine and opsonophagocytic assay could be used as a potential correlate of protection.