O etanol é utilizado como combustível desde o início do século XX, porém foi a partir da década de 1970 que sua utilização em larga escala foi concretizada pela primeira vez no mundo. Através do PROÁLCOOL foi estabelecido bases para sua produção, distribuição e comercialização. A cultura da cana-de-açúcar prevaleceu em relação às demais como mandioca e babaçu. Análises do potencial do sorgo sacarino também foram realizadas, mas devido ao desconhecimento desta cultura no Brasil não houve muito progresso na sua utilização. No início do século XXI, motivado por razões ambientais e estratégicas, surge o etanol brasileiro como exemplo de utilização de combustíveis alternativos aos derivados do petróleo. A aceitação do veículo com gerenciamento eletrônico para alimentação de combustíveis diferenciados, popularmente denominados de Flex, impulsionou o uso de etanol em território nacional chamando a atenção do mundo. A constatação de mudanças climáticas mundiais despertou a consciência do uso de hidrocarbonetos e suas conseqüências. A expectativa de um mercado mundial de etanol leva a procura de novas fontes de matérias-primas, uma vez que não se pode e não se deve plantar cana-de-açúcar em todos os lugares ou regiões do planeta. Surge o sorgo sacarino como uma das alternativas. Cultura milenar em vários paises demonstra grande potencial para produção de etanol, seguindo os mesmos procedimentos utilizados para cana, porém com menor ciclo de cultivo e menor necessidade hídrica e tolerância ao tipo de terra a ser cultivado. Seu aproveitamento é apoiado pela FAO em diversos paises, entre eles a China. A adoção por parte dos Estados Unidos do etanol em substituição ao metanol e as metas estabelecidas para a adição à gasolina nos próximos anos, provocou um acelerado aumento na produção de etanol, sendo esta baseada em milho. Diversos paises já se espelham nas experiências brasileiras para obtenção de maior independência energética. As necessidades para o abastecimento, dos mercados interno e externo, refletem as iniciativas de investimentos em novos projetos de novas usinas produtoras de etanol. Paises como China, Suécia, Japão já demonstraram amplo interesse na adoção do etanol como aditivo junto à gasolina. As pesquisas em novos sistemas de produção de etanol motivam instituições e empresas a uma busca acelerada para obtenção de processos mais rentáveis e economicamente viáveis. / Ethanol is being used as combustible since the beginning of century XX. However, since the decade of seventy it has been used in large scale in the world. The PROÁLCOOL program established bases for its production, distribution and commercialization. The culture of the sugar cane prevailed in relation to cassava and babaçu. Analyses of the potential of sweet sorghum had been also carried through, but due to the unfamiliarity of this culture in Brazil it did not have much progress in its use. At the beginning of century XXI, motivated for environmental and strategy reasons, Brazilian ethanol appears in the world scenario as an example of use of alternative fuels as substitutes for oil derivatives. The acceptance of vehicles with electronic management for differentiated fuel feeding, known as Flex cars, stimulated the use of ethanol in Brazil calling the attention the world. The knowledge of the worldwide climate changes brought the conscience of the use of hydrocarbons and its consequences. The expectation of a worldwide market of ethanol leads to the search for new sources of fuels. Since sugar cane cannot be planted all over the world due to climate differences, sweet sorghum appears as a promising alternative. Millenarian culture in several countries, it demonstrates a great production potential for the production of ethanol. The same procedures employed for sugar cane can be used. However, the sorghum crops require a lesser cycle of culture and minor water needs and tolerance when compared against sugar cane. Its exploitation is supported by FAO in several countries, being China among them. The adoption of ethanol the United States in substitution to methanol and the goals established for the addition to the gasoline in the next years, has been leading to the increase in the production of ethanol, manufactured from maize. Several countries already have been following the Brazilian path for the attainment of bigger energy independence. The necessities for the supplying of the domestic and external markets reflect the initiatives of investments in new projects of new producing plants of ethanol. Countries such as China, Sweden and Japan already had demonstrated a great interest in the adoption of ethanol as a gasoline additive. The research for new systems of production of ethanol motivates institutions and companies to search for the attainment of more income-producing and economically viable processes.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν οι μεταβολές του ολικού αζώτου σε φυτά γλυκού σόργου (Sorghum bicolor (L) Moench) ποικιλίας Keller που καλλιεργήθηκαν με δύο τρό-πους διαχείρισης, το βιολογικό και το συμβατικό. Σκοπός της εργασίας ήταν να διαπιστωθεί εάν οι πρακτικές βιολογικής διαχείρισης της γονιμότητας του εδάφους που εφαρμόστηκαν ήταν επαρκείς για την κάλυψη των αναγκών του γλυκού σόργου σε άζωτο, προκειμένου να επιτευχθούν αποδόσεις που να προσεγγίζουν τις αποδόσεις του συμβατικού τρόπου καλλιέρ-γειας. Τα πειράματα πεδίου πραγματοποιήθηκαν σε αγρόκτημα στο χώρο του Πανεπιστημί-ου Πατρών (θέση: ΓΠ: 38° 25΄ Β, ΓΜ: 21° 8΄ Α) την περίοδο 2003-2004. Η αύξηση της ξηρής βιομάζας ακολούθησε την ίδια πορεία και στους δύο χειρισμούς, δείχνοντας σιγμοειδή μεταβολή με το χρόνο. Ο τρόπος διαχείρισης του εδαφικού αζώτου δεν επηρέασε τις αποδόσεις σε ξηρή βιομάζα, οι οποίες ήταν της τάξεως των 24,47 t ha-1 (σε φύλλα και βλαστό), εκ των οποίων το 86,5 % αφορούσε στους βλαστούς. Θεωρήθηκαν δε ικανοποιητικές, καθώς βρίσκονται στα επίπεδα που αναφέρονται στη βιβλιογραφία για τη συμβατική καλλιέργεια του γλυκού σόργου. Η συγκέντρωση του αζώτου σε ολόκληρα τα φυτά και τα επιμέρους όργανα έδειξε ανα-μενόμενη διακύμανση κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου, ενώ δε διαπιστώθη-καν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στους δύο χειρισμούς. Η πρόσληψη αζώτου από τα φυτά ακολούθησε διαφορετικά πρότυπα στους δύο χειρισμούς, με τα φυτά του βιολογικού χειρι-σμού να προσλαμβάνουν σημαντικά μεγαλύτερα ποσά στα πρώτα στάδια αύξησης, που είναι και τα πιο καθοριστικά για τη θρέψη των φυτών. Αν και το ολικό ποσό αζώτου που προσέ-λαβαν τα φυτά του βιολογικού χειρισμού σε όλη την καλλιεργητική περίοδο (10,39 g N m-2) ήταν μικρότερο από αυτό του συμβατικού χειρισμού (14,23 g N m-2), κυμάνθηκε στα επίπε-δα που δίνονται στη βιβλιογραφία. Οι αναλύσεις εδάφους έδειξαν ότι το μεγαλύτερο μέρος του ανόργανου αζώτου που προ-σέλαβαν τα φυτά προήλθε από το νιτρικό άζωτο. Οι πρακτικές διαχείρισης του εδαφικού αζώτου ευνόησαν τα φυτά του βιολογικού χειρισμού, τα οποία εντοπίσαμε ότι είχαν μία σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα διαθέσιμου ανόργανου αζώτου σε όλη τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Τέλος, οι δείκτες αζωτούχου θρέψης μας βοήθησαν να επιβεβαιώ-σουμε κάποια προηγούμενα συμπεράσματα, θεωρούμε, όμως, ότι απέτυχαν στο να αποδώ-σουν την πραγματική θρεπτική κατάσταση των φυτών. / In the present work we studied the tissue total nitrogen fluctuation of sweet sorghum plants (Sorghum bicolor (L) Moench, variety Keller), having been cultivated under conventional and alternative nutrient management strategies. Aim of the study was to ascertain whether the applied soil fertility practices of the biological management were sufficient in terms of the crop’s nitrogen nutrition, in order to achieve yields approaching those of the conventional one. Field experiments were conducted at the Patras’ University farm (lat. 38° 25΄ Β, long. 21° 8΄ Α) during the period 2003-2004. Dry matter growth followed the same pattern at both treatments, showing a sigmoid variation with time. Treatment had no effect on dry matter yields, which reached the 24,47 t ha-1 (leaves and stems), with stems accounting for 86,5 % of total dry matter yield. Dry matter yields were considered to be satisfying, as they matched the ones reported in literature for conventional management. The plant tissue nitrogen content exhibited an expected fluctuation during crop growth, while treatment had no major effect. Crop nitrogen uptake showed different patterns, with the biologically grown plants having acquired greater amounts during the early stages of development, which are considered to be the most determinative for plant nutrition. Despite the fact that the total amount of nitrogen uptaken by the plants of the biological treatment (10,39 g N m-2) was less than that of the conventional one (14,23 g N m-2), still the values were higher than those encountered in literature. Soil analysis suggested that the greater part of nitrogen acquired by the crop derived from nitrate nitrogen. Soil nitrogen management favoured the biologically treated plants, having at their disposal a significantly greater amount of available inorganic nitrogen throughout the growing season. Lastly, although nitrogen nutrition indices helped us to confirm some of the preceding outcomes, it is considered that they failed to reveal the actual nutritional state of the crop.

The diploma thesis focuses on comparison of biomass production, dry matter of grain sorghum and sweet content. Four hybrids of sweet sorghum and one hybrid of grain sorghum were chosen for the evaluation. A small-parcel experiment with a line spacing of 0.75 meters was established for the comparison. The experiment was going on for two years. Two years of monitoring showed the differences in yield on biomass and dry matter of individual hybrids. A great potential of biomass and dry matter production in convenient weather condition and the ability of the yield produc-tion in dry and hot conditions by sweet hybrids emerge from the two years results. A grain hybrid yielded a small amount of both biomass and dry matter in both years.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The biobutanol production by fermentative process has a great importance to increase the global supply of biofuel and becomes these able to replace the use of fossil fuel. The main difficulty associated to this production occurs due the not economic viability of applied production process. The aspects that have more contribution to this are the product inhibition at low concentration, low titer and the use of expensive substrates. This work is divided in four scientific articles which are focused in question involved to this solvent production. The first two are review papers about the topic, whereas the last two are research papers related to development of analytical methods and production process. The first paper reports to the main process development since 1980 year, by analyses of registered patents in relation to butanol production worldwide. The second paper presents a review from scientific articles about butyric fermentation published in recent years. The central characteristic of it is show the main troubles related to production, exhibiting the importance of the used substrate, as well as the choice of microorganism and separation process. Third paper presents a methodology to solvents determination from fermentation medium. This technique proposes a linear relationship between the density variation, sugar and solvents concentrations. The method proposed showed good results being promising to predict the ABE concentration in an easy and fast procedure. Fourth paper reports the development of the process to production of biobutanol by clostridial fermentation from sweet sorghum juice. Butanol is produced from substrate and small addition of yeast extract and tryptone, using 12.5% of initial inoculums size, at initial pH pH value equal to 5.5. In this work was demonstrated the possibility to produce biobutanol from sweet sorghum. / A produção de butanol a partir de processos fermentativos é de fundamental importância para aumentar a oferta mundial de biocombustíveis e permitir que estes substituam o uso de combustíveis fósseis. A principal dificuldade em relação a esta produção ocorre devido a não viabilidade econômica dos processos de produção aplicados. Os aspectos que mais contribuem para isto são a inibição pelo produto a baixas concentrações, baixa produtividade e uso de substratos caros. Este trabalho está dividido em quatro artigos científicos que estão voltados a questões envolvidas com a produção deste biocombustível. Os dois primeiros fazem uma revisão da literatura científica sobre o tópico, já os últimos são trabalhos científicos de desenvolvimento de metodologias e processos. O artigo 1 traz um ponto de vista em relação ao desenvolvimento do processo, desde o ano de 1980, através da análise das patentes registradas sobre produção de butanol no mundo. Além disso, a partir dos resultados é possível prever, parcialmente, como a tecnologia deverá avançar nos próximos anos. O artigo 2 faz uma revisão dos artigos científicos publicados sobre o fermentação butílica nos últimos tempos. A principal característica do mesmo é apontar os principais problemas relacionados à produção, mostrando a importância dada ao substrato utilizado, o microorganismo e os processos de separação. No artigo 3 uma metodologia para determinação de solventes no meio de fermentação é desenvolvida. Esta técnica propõe uma relação linear entre a variação da densidade, a concentração de açúcar e a concentração de solventes. Com sua aplicação o cromatógrafo pode ser dispensado e há somente a necessidade de um densímetro. O ajuste se mostrou bastante promissor e aparentemente capaz de predizer os resultados. Por fim, no artigo 4 é desenvolvido um processo para a produção de biobutanol via fermentação por clostridium a partir de sorgo sacaríneo. Butanol é produzido a partir do substrato sendo necessário um acréscimo pequeno de extrato de levedura e triptona com apenas 12,5% de volume de inóculo, com pH inicial ajustado em 5,5. Para a execução dos experimentos em meio anaeróbio foram elaborados aparatos alternativos e de baixo custo, que demonstraram ser eficientes na sua função. O principal ponto observado durante o trabalho é que é possível produzir biobutanol a partir de sorgo sacaríneo utilizando artefatos fabricados no laboratório para manutenção do meio anaeróbio.

Companhia Energética de Minas Gerais / Global economic growth and the deep concerns for human quality of life make it imperative to discover new technologies for generating renewable energy. Lignocellulosic biomass can be used as an alternative for energy production via thermochemical conversion processes such as pyrolysis. Sweet sorghum, fifth cereal in importance in the world, is a very attractive biomass source for biofuels. This work aimed to study the fast pyrolysis process of sweet sorghum bagasse through the characterization and study of the thermal decomposition of this biomass, evaluating the influence on the composition of the products of analytical pyrolysis through the addition of two inorganic chlorides (ZnCl2 and MgCl2.6H2O) and the use of two types of catalysts: ZSM-5 zeolite, commonly used in the fast pyrolysis of biomass and the niobic acid HY-340, still little explored in pyrolysis reactions. In addition, tests were performed in a fluidized bed unit where the results were compared with those obtained in the analytical pyrolysis. The thermogravimetric tests were performed at heating rates of 5, 10, 15, 20 and 25°C/min. The bagasse decomposition kinetics was studied using two isoconversional models, which showed activation energy values between 106.2 and 203.3 kJ/mol, and by the independent parallel reaction model, which indicated the occurrence of 3 distinct reactions with different kinetics, which correspond to degradation of its main components. The calculated activation energy values range between 65.3 and 212.0 kJ/mol and pre-exponential factors presented results were between 2,0 104mol-2l2s-1 and 5,0 1016s-1. The addition of inorganic salts affects the degradation profile of biomass. Then, the analytical pyrolysis of bagasse was carried out, either neat as added to salts or impregnated with catalysts. The increase in the reaction temperature tests with pure biomass indicated an increase in the olefin content, especially isoprene, and reduction of the oxygen content. The addition of both salts increased content of furfural, while the ZnCl2 showed the best results for the production of this compound when compered to MgCl2. With the presence of ZSM-5 there was a significant increase in aromatics formation and a decrease in production of oxygen with increasing catalyst ratio at all studied temperatures. Considering HY-340, there was an increase in furans formation with the addition of catalyst in (1: 1) and (1: 2) ratios and a decrease in oxygen formation with increasing biomass/catalyst ratio at all studied temperatures. Comparing the major compounds identified in tests in fluidized bed unit at 550°C with those obtained in tests of PY-GC/MS, acetic acid, isoprene and furfural were found in both analyzes. Limonene was identified in bio-oil, but not in the analytical pyrolysis. The 2,3-dihydrobenzofuran, and 5-hydroxymethylfurfural were produced in the micropyrolysis, but its presence has not been identified in bio-oil. / Com o crescimento econômico mundial e a grande preocupação com a qualidade de vida da população, é necessária a busca por novas tecnologias para a geração de energias renováveis. A biomassa lignocelulósica pode ser utilizada como alternativa para a produção de energia através de processos de conversão termoquímica, como a pirólise. O sorgo sacarino, quinto cereal em importância no mundo, é uma fonte muito atraente de biomassa para produção de biocombustíveis. O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de pirólise rápida do bagaço de sorgo sacarino através da caracterização e do estudo da decomposição térmica desta biomassa, da avaliação da influência na composição dos produtos da pirólise analítica através da adição de dois cloretos inorgânicos (ZnCl2 e MgCl2.6H2O) e da utilização de dois tipos de catalisadores: a zeólita ZSM-5, comumente utilizada na pirólise rápida de biomassa e o ácido nióbico HY-340, ainda pouco explorado em reações de pirólise. Além disso, foram realizados ensaios em uma unidade de leito fluidizado, onde foram comparados os resultados com aqueles obtidos na pirólise analítica. Os testes termogravimétricos foram realizados nas taxas de aquecimento de 5, 10, 15, 20 e 25°C/min. A cinética de decomposição do bagaço foi estudada utilizando dois modelos isoconversionais, que apresentaram valores de energia de ativação entre 106,2 e 203,3 kJ/mol, e pelo modelo de reações paralelas e independentes, o qual indicou a ocorrência de 3 reações com cinéticas distintas, que correspondem a degradação dos seus principais componentes. Os valores de energia de ativação calculados variaram entre 65,3 e 212,0 kJ/mol e os fatores pré-exponenciais apresentaram resultados entre 2,0 104mol-2l2s-1 e 5,0 1016s-1. A adição de sais inorgânicos afeta o perfil de degradação da biomassa. Em seguida, foi realizada a pirólise analítica do bagaço, tanto puro quanto impregnado com sais ou adicionado de catalisadores. O aumento da temperatura de reação nos testes com a biomassa pura indicou um aumento do teor de olefinas, principalmente isopreno, e diminuição do teor de oxigenados. A adição de ambos os sais aumentou o conteúdo de furfural, tendo o ZnCl2 mostrado resultados melhores para a produção deste composto do que o MgCl2. Com a presença de ZSM-5 houve um aumento significativo na formação de aromáticos e uma diminuição na produção de oxigenados com o incremento da razão de catalisador utilizada em todas as temperaturas estudadas. Com HY-340, houve um aumento na formação de furanos com a adição de catalisador nas razões (1:1) e (1:2) e uma diminuição na formação de oxigenados com o aumento da razão biomassa/catalisador em todas as temperaturas estudadas. Comparando-se os principais compostos identificados nos testes na unidade em leito fluidizado a 550°C com aqueles obtidos nos testes de PY-GC/MS, ácido acético, isopreno e furfural foram encontrados em ambas as análises. O limoneno foi identificado no bio-óleo, mas não na pirólise analítica. Já o 2,3-dihidrobenzofurano e o 5-hidroximetilfurfural foram produzidos na micropirólise, mas sua presença não foi identificada no bio-óleo. / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Gustavo Pontes (gumoronta@yahoo.com.br) on 2013-07-12T18:25:00Z No. of bitstreams: 1 Avaliação da Produtividade de Biomassa de Capim Elefante e Sorgo Sacarino no estado do Ceará para uso Energético.pdf: 2086864 bytes, checksum: 3987c978819d5e09223220f3f414dac3 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2013-07-12T18:54:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Avaliação da Produtividade de Biomassa de Capim Elefante e Sorgo Sacarino no estado do Ceará para uso Energético.pdf: 2086864 bytes, checksum: 3987c978819d5e09223220f3f414dac3 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-12T19:51:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avaliação da Produtividade de Biomassa de Capim Elefante e Sorgo Sacarino no estado do Ceará para uso Energético.pdf: 2086864 bytes, checksum: 3987c978819d5e09223220f3f414dac3 (MD5) Previous issue date: 2013-06-21 / With the growing increase in the possibilities of using biomass in various industry sectors, this study aims to identify an alternative to increase the production of biomass using elephant grass (Pennisetum purpureum) or sweet sorghum (Sorghum bicolor). The field experiments were carried out at Vitória farm (4°21'36 'S 38°5'17' W) on Beberibe, Ceará state, in a total area of 1,944 m2. Trees were planted in 36 randomized plots of 54 m2 using completely randomized statistical design, with 9 treatments (genotypes) and 4 replications. It was studied six different genotypes of sorghum, s_1, s_2, s_3, s_4, s_5 and s_6. A hybrid of elephant grass with millet (Pennisetum glaucum) commercially known as ‘paraíso’ cultivar and two treatments of elephant grass, Cameroon and Napier also took part in this study. For sorghum, 3 harvests were performed, in which the first was evaluated weekly and the others on one occasion. The elephant grass had two harvests, the first with an interval of 186 days and the second with a period of time of 92 days. The difference of days allowed the comparison of biomass productivity in each treatment in an interval of three and six months. The results showed that the most prominent treatments of biomass productivity were those with elephant grass, regardless of the harvest period, if three or six months. Based on this information, it was concluded that by analyzing only the biomass productivity the most suitable of the treatments studied is the elephant grass, Napier or Cameroon that statistically showed no significant difference. However, sweet sorghum presented a high productivity when it was used with a supplement, in a mixture that can be used in order to produce ethanol. / Com a crescente elevação nas possibilidades de utilização da biomassa nos mais diversos setores da indústria, o presente estudo visa identificar uma alternativa para aumentar a produção utilizando, para tanto, o capim elefante (Pennisetum purpureum) e sorgo sacarino (Sorghum bicolor L.). Os experimentos foram realizados na Fazenda Vitória (4°21'36'S 38°5'17'W) em Beberibe – CE, em uma área total de 1.944 m2. A semeadura foi realizada em 36 parcelas de 54 m2, em delineamento inteiramente casualizado, sendo 9 tratamentos (genótipos) e 4 repetições. Foram utilizados seis diferentes genótipos de sorgo sacarino, s_1, s_2, s_3, s_4, s_5 e s_6. Fazem parte do estudo, ainda, um híbrido de capim elefante e milheto (Pennisetum glaucum), comercialmente conhecido como paraíso, e dois tratamentos de capim elefante, Cameroon e Napier. Para o sorgo sacarino, foram realizadas três colheitas, a primeira avaliada semanalmente e as demais com avaliação única. Para o capim elefante foram realizadas duas colheitas, a primeira com intervalo de 186 dias e a segunda com intervalo de 92 dias. Esse intervalo possibilitou a comparação da produtividade de biomassa de cada tratamento de forma trimestral e semestral. Os resultados observados mostraram que os tratamentos de maior destaque de produtividade de biomassa (base seca) foram com capim elefante, independente do período. Com base nessas informações, concluiu-se que, analisando apenas a produtividade de biomassa, o mais indicado dos tratamentos estudados é o capim elefante Napier ou Cameroon. No entanto, constatou-se que o sorgo sacarino apresentou grande potencial de produtividade com um aditivo, seu mosto pode ser utilizado no processo de fermentação para obtenção do etanol.

Philosophiae Doctor - PhD / Starch is a major carbohydrate reserve in many plants, providing energy during heterotrophic growth and it is contained in large amounts in staple foods such as potatoes, wheat, maize, rice, sorghum and cassava. Apart from being a major product for use in the food industry, starch is also attracting interest from the biofuels industry as a source of bioethanol. This study reports on the development of genetic tools aimed at increasing starch production in sorghum (Sorghum bicolor L Moench), a crop of key agronomic importance worldwide by exploiting a new discovery of a transcription factor gene that regulates starch accumulation in Arabidopsis thaliana namely LEAFY COTYLEDON I (LECl). Ectopic over expression of this gene in arabidopsis has previously been shown to induce a massive hyper accumulation of starch in vegetative tissues. Therefore, we set out to investigate the function of its orthologous gene counterpart in sorghum with the aim of manipulating starch yield directly. Deduced protein sequence analyses showed that the putative sorghum LEAFY COTYLEDON I gene (SbLEC1) cloned in this study shares an overall high amino acid sequence identity (70 %) with the arabidopsis LEC 1, while the functional central B domain shows an even higher percentage sequence identity (91 %) with the same region of arabidopsis LEC 1. The putative SbLEC1 protein shares 14 out of the 16, signature ammo acids characteristic of the Central B Domain with arabidopsis. Furthermore, the putative SbLEC1 protein was also shown to share a significantly high sequence identity (> 80 %) with other well-characterized LEC1 protein sequences from organisms such as maize, rice, rapeseed as well as other organisms documented in the NCB I database. Similarly, much of the sequence similarity lies within the functional central B domain compared to any other region. Gene expression profiling using semi-quantitative PCR showed that SbLEC1 transcripts accumulated in developing seeds as well as in embryogenic calli tissue and no SbLEC 1 transcripts were detectable in leaf, root or sheath tissue. In order to confirm that the identified transcription factor is a functional ortholog, the full cDNA encoding putative SbLEC 1 transcription factor was identified, isolated and cloned from the sweet sorghum MN 1812 genotype. Plant transformation gene constructs based on the pCAMBIA1305.2 binary vector harbouring the transcription factor gene under the control of different promoter sequences were then assembled and immobilized into Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 in preparation for sorghum and arabidopsis transformation. Transient GUS expression studies showed that the five SbLEC1 gene constructs developed in this study were successfully transformed into arabidopsis (Ws ecotype) and sorghum (variety MN1812) callus and cell suspension cultures. The transformed tissues thus represent essential tools that are useful to evaluate the effect of over expressing the putative SbLEC1 protein. Transient GUS expression assays also further revealed differences in efficiency among promoters in driving transgene expression. Transient GUS activity was highest for the maize ubiquitin promoter (MUbi1), followed by the sorghum LEC1 promoter (SLECP), the arabidopsis LEC1 promoter (ALECP) and lastly the maize alcohol dehydrogenase promoter (MAdh1). The ability of the putative SbLEC 1 gene to complement the arabidopsis lecI mutation was also investigated and our findings were not conclusive as they only revealed partial complementation. A detailed comparison of SbLECI full cDNA sequences isolated and cloned from twenty-eight different F2 population plants from different sorghum varieties revealed the existence of sequence variation within the SbLEC 1 gene, which appeared to be allelic. The allelic variation was further shown to affect the amino acid composition of the putative SbLEC 1 protein. Heterologous protein expression studies of the SbLECI gene using an E. coli system showed that the predicted 29.16 kDa putative SbLEC 1 protein could be expressed in vitro both as an development of an efficient tissue culture protocol is a prerequisite for plant genetic engineering, this study also reports on the evaluation of thirteen sorghum genotypes from different genetic backgrounds for their in vitro culture response. A tissue culture protocol for three previously unexplored sorghum genotypes namely Agricol white, AS4 and MNI812 was established. The effect of plant genotype, explant and medium composition on in vitro culture response was highly significant (95 % Cl) in this study. Taken together, the findings in our study demonstrate efforts to draw a baseline foundation for the development of molecular technologies that can be used to increase starch production in sweet sorghum as a water efficient and sustainable feedstock for biofuel production.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.