Patentes e etanol lignocelulósico

Produção intelectual e desenvolvimento tecnológico podem diferenciar países e regiões no processo de desenvolvimento socioeconômico. No caso do Brasil, observa-se o papel energético do etanol combustível para veículos motorizados leves como um resultado importante do avanço tecnológico do país, que vai além da aptidão agroclimática. A contínua busca pela especialização tecnológica verticalizada do setor sucroenergético poderia levar o Brasil a uma posição, se não autônoma, mais confortável, não só de produtor de matéria-prima, mas de processos agregadores de valor no que diz respeito aos processos de produção de etanol de segunda geração, produzido a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo desta dissertação é analisar os esforços de P&D que resultaram em Depósitos e Publicações de patentes em órgãos oficiais como o United States Patent and Trademark Office (USPTO), o European Patent Office (EPO), e o Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), no tema etanol de segunda geração. Ainda, verifica-se se esses esforços impactam no poder concorrencial de países e firmas depositantes de patentes. Além das coletas e observações dos dados dos órgãos acima mencionados, foram calculados para os dados de depósitos e publicações de patentes no tema bioetanol lignocelulósico os índices de Herfindahl Hirschman (HHI) e a razão de concentração (Concentration Ratio) CR4, tradicionalmente utilizados para que órgãos reguladores de defesa do consumidor autorizem fusões e aquisições entre participantes de um determinado mercado. Esse método permite a observação do grau de competitividade entre as firmas depositantes de patentes no tema e a possível tendência sobre a detenção do controle em futuro próximo e a corrida para venda de royalties dos processos desenvolvidos em diferentes áreas tecnológicas para incrementar a produção industrial de etanol avançado. Os resultados indicam uma concentração elevada dos esforços de pesquisa, medidos pelos depósitos de patentes, referentes a etanol de segunda geração, em um número muito reduzido de empresas norte-americanas, quando analisada a base de dados dos EUA. O sucesso desses esforços, mensurados pela publicação de patentes, contudo, não se mostra concentrado nem nos EUA nem na União Europeia. No caso do Brasil, ainda não são encontradas publicações de patentes no tema Lignocellulosic Bioethanol, bem como apenas uma empresa brasileira possui uma patente publicada nos Estados Unidos. Esses resultados sugerem que investimentos em pesquisa científica no Brasil podem produzir mais artigos publicados e titulação acadêmica/científica que propriamente o registro de patentes em órgãos especializados em qualificar a invenção de métodos, processos ou fórmulas, dentro e fora do país. Isso pode significar tanto baixo esforço em pesquisa no assunto quanto à perda pelo autor e/ou sua instituição da oportunidade de ter seu esforço de pesquisa recompensado por meio de royalties, como compensação pela criatividade, dedicação intelectual e de recursos econômicos. Os resultados deste estudo contribuem para o debate a respeito da crescente necessidade de produção e abastecimento de fontes renováveis de energia, como o biocombustível etanol avançado à base do derivado bagaço de cana-de-açúcar, a custos mais competitivos como matéria-prima adicional e para produção incremental de etanol em futuro próximo. As conclusões do estudo indicam a necessidade do aumento na produção de conhecimento aplicado e em esforços para garantir sua propriedade intelectual, permitindo o retorno patrimonial com royalties.

Clonagem molecular, expressão, purificação e caracterização estrutural da endoglucanase de Trichoderma harzianum visando o desenvolvimento de coquetéis enzimáticos para a produção de etanol lignocelulósico

O aumento na demanda mundial por energia, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos e a preocupação global com a questão ambiental, despertaram o interesse por fontes alternativas de energia. A biomassa lignocelulósica é abundante e de baixo custo, com potencial para complementar a produção em larga escala de combustíveis. A degradação das moléculas constituintes da parede celular à açúcares fermentescíveis e então à etanol, ocorre através da hidrólise enzimática da biomassa. Contudo, a utilização de enzimas para esse fim encontra-se em estágio exploratório e representa um gargalo na implementação de tecnologias de etanol 2G em escala industrial, desencadeando a busca de celulases bioquimicamente mais ativas, estáveis e economicamente viáveis. O presente trabalho visou a caracterização da endoglucanase I do fungo Trichoderma harzianum, e para isso foi realizada expressão, ensaios bioquímicos e biofísicos do domínio catalítico (ThCel7B-CCD) e da proteína inteira (ThCel7B-full). A enzima exibiu um perfil acidofílico, com atividade ótima em pH 3,0 a 55°C. A proteína também se mostrou capaz de hidrolisar uma variedade de substratos, sendo a maior atividade hidrolítica em β-glucano (75 U mg-1). Ao analisar a estabilidade térmica medida a 55°C em pH 5, a atividade residual manteve-se intacta por mais de 2 meses. Outra característica relevante foi o elevado grau de sinergismo entre ThCel7B e ThCel7A. Análises de microscopia eletrônica de flocos de aveia submetidas à hidrólise com ThCel7B evidenciaram os efeitos de degradação do substrato em relação às amostras controle. O conjunto desses resultados, além de importante para a compreensão do mecanismo molecular de ThCel7B e de outras endoglucanases da família GH7, também revelou uma enzima de interesse biotecnológicos uma vez que o comportamento ácido e sua estabilidade térmica são características relevantes para aplicações industriais sob condições extremamente ácidas.

Isolamento de leveduras fermentadoras de pentoses e suas aplicações na produção de xilitol e etanol a partir do licor negro proveniente do processo Kraft de extração da celulose

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudos de proteômica, estruturais e funcionais de proteínas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica: expansinas microbianas e hidrolases de glicosídeos termofílicas

O Brasil possui uma posição privilegiada quando se refere à produção de etanol. Por questões históricas e geográficas o país é responsável por mais de 30 % da produção mundial de etanol, com uma produção nacional de mais de 28 bilhões de litros em 2014. Para maximizar o rendimento desse processo, está em desenvolvimento a tecnologia associada ao etanol de segunda geração ou etanol lignocelulósico. Os principais desafios desta tecnologia são: melhorar a eficiência de conversão do substrato em produto e a produção em grande escala utilizando substratos de baixo custo. Com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de conversão foram estudadas proteínas auxiliares (expansinas) que, em conjunto com celulases, melhoram a despolimerização de biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Além disso, realizou-se também a caracterização de enzimas ativas de carboidratos (CAZymes) de origem termofílica do organismo Thermogemmatispora sp. T81, devido a capacidade que estas proteínas apresentam de manter a atividade e conformação estrutural em altas temperaturas por um prolongado período de tempo. A partir de análises utilizando bioinformática, os genes que codificam para expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei foram clonados e expressos em E. coli, e seus produtos gênicos (as expansinas) tiveram seus índices de sinergismo (devido atuação conjunta com coquetéis comerciais) e atividade catalítica determinados. Adicionalmente, dispondo de alinhamentos estruturais, foi proposto um mecanismo hidrolítico para elas. Em relação à bactéria Thermogemmatispora sp. T81, foram realizadas análises genômicas e proteômicas, a fim de selecionar enzimas superexpressas em meio celulósico. Seus genes foram clonados heterologamente em E. coli e o produto de expressão caracterizado bioquimicamente (cromatografia, ensaios de atividade e perfil de hidrólise) e estruturalmente (SAXS e dicroísmo circular). Os índices de sinergismo determinados foram de 2,47; 1,96 e 2,44 para as expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei, respectivamente. A partir dos alinhamentos estruturais foi proposto a díade Asp/Glu como sitio catalítico em expansinas. As análises de proteômica possibilitaram a seleção de quatro alvos de clonagem, por apresentarem alto índice de expressão quando a bactéria foi cultivada em meio celulósico. Estas proteínas foram caracterizadas quanto a atividade e apresentaram um perfil comum: temperatura ótima de ação (de 70 a 75 °C), pH ótimo de 5, e hidrolisam preferencialmente substratos hemicelulósicos (xilano). A porcentagem de estruturais secundárias das proteínas em estudo foram confirmadas com predições teóricas ao se utilizar a técnica de dicroísmo circular. Desta maneira, os objetivos iniciais propostos neste projeto foram concluídos com a determinação do grau de sinergismo das proteínas expansinas em estudo e a proposição de um mecanismo de hidrólise para as mesmas, considerando que tais proteínas por mais de 20 anos tiveram sua atividade definida exclusivamente como acessória. Além disso, este estudo contribui com a identificação e seleção de genes para CAZymes termofilícas com aplicação biotecnológica devido às propriedades termoestáveis apresentadas.

Considerações Sobre o Bioetanol Lignocelulósico para Subsidiar a Elaboração de Conteúdo da Árvore do Conhecimento Agroenergia.

De acordo com a previsão da Agência Internacional de Energia (AIE) até o ano de 2030, os biocombustíveis representarão cerca de 7% do combustível utilizado no transporte, sendo a União Européia, os Estados Unidos e o Brasil os principais produtores e consumidores. Esse crescimento no mercado internacional é esperado devido ao aumento do preço do petróleo e, também porque os países desenvolvidos que assinaram o Protocolo de Kyoto se comprometeram a reduzir suas emissões de gases poluentes (BRASIL, 2005). Os constantes conflitos envolvendo os países do Oriente Médio, que estão nas regiões das reservas de petróleo, causam instabilidade ao suprimento e oscilações nos preços dos combustíveis fósseis, forçando vários países a buscarem alternativas que possibilitem reduzir a dependência em relação às importações desse produto. Todos esses fatores, cuja importância varia de país para país, vêm criando oportunidades para a viabilização econômica de novas fontes de energia de biomassa. O uso do etanol, biodiesel, carvão vegetal, biogás e energia obtida a partir de resíduos do agronegócio desperta interesse crescente em muitos países, não restando dúvidas de que ocupará posição de destaque na economia mundial no futuro próximo. O bioetanol pode ser obtido de diferentes matérias-primas, cada qual com um custo de produção e um valor de venda.

Caracterização dos resíduos do processameto de mandioca para produção de bio-etanol e sua utilização na alimentação de aves

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desempenho de leveduras que metabolizam xilose para produção de etanol em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Tratamentos físico-químicos de bagaço de cana para produção de etanol por meio de hidrólise enzimática

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo do ultrassom de potência no pré-tratamento do material lignocelulósico de resíduos da bananeira

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Bioprospecção de leveduras fermentadoras de xilose visando a produção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fábrica de fertilizantes nitrogenados e produção de etanol no norte fluminense

Consultoria Legislativa - Area XII - Recursos Minerais, Hídricos e Regional.

Efeitos da administração de inibidores de fosfodiesterases na reversão da hiperatividade de camundongos expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação em humanos

O consumo de etanol durante a gestação é um grave problema de saúde pública. Durante o desenvolvimento, o sistema nervoso é especialmente susceptível aos efeitos tóxicos do etanol e a exposição ao etanol durante este período pode gerar um amplo espectro de distúrbios neurocomportamentais, sendo o mais frequente, a hiperatividade. Recentemente, estudos têm sugerido que distúrbios na plasticidade neuronal podem estar relacionados com a hiperatividade. Os inibidores de PDE são drogas que agem impedindo a degradação de segundos mensageiros celulares como AMPc e GMPc, mantendo a ativação de proteínas quinases e de fatores de transcrição como o CREB, levando a expressão de genes relacionados à plasticidade. Neste trabalho, avaliamos através do teste de campo aberto se a administração de Vinpocetina ou Rolipram (inibidores de PDE) seria capaz de amenizar ou reverter a hiperatividade de camundongos Suíços expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação humana. Para tanto, foram realizadas duas etapas: na primeira etapa, durante o período neonatal, os animais receberam injeções intraperitoneais de etanol (5g/Kg em solução salina a 25%, no 2, 4, 6 e 8 dias de vida pós-natal - PN2 a PN8) ou de salina, e 4 horas antes do teste comportamental no campo aberto (10 min), em PN30, receberam Vinpocetina (10mg/Kg ou 20mg/Kg diluídas em DMSO ip) ou somente DMSO ip. Na segunda etapa, os animais foram expostos ao etanol ou à salina no período neonatal nas mesmas condições da primeira etapa e no dia do teste comportamental receberam Rolipram (0,5mg/Kg diluídas em DMSO ip ou somente DMSO ip). Posteriormente aos testes, foram coletados o córtex cerebral frontal e o hipocampo dos animais para avaliação dos níveis de AMPc. Os resultados comportamentais indicam que somente o tratamento com Vinpocetina (20mg/Kg) reverteu a hiperatividade de camundongos expostos ao etanol, resultado que não foi observado com o tratamento com Rolipram. Desta forma, a dosagem dos níveis de AMPc foi realizada apenas nos animais que receberam injeção de Vinpocetina (20mg/Kg). A exposição neonatal ao etanol reduziu significativamente os níveis de AMPc no córtex e no hipocampo. O tratamento com Vinpocetina gerou um aumento nos níveis de AMPc no córtex e restaurou estes níveis no hipocampo. Nossos resultados sugerem que a reversão da hiperatividade pelo tratamento com Vinpocetina pode estar associada ao aumento da plasticidade neural induzida por esta droga.

Obtenção de biodiesel por transesterificação enzimática de óleo de soja com etanol empregando t-butanol como solvente

Neste estudo foi investigada a alcoólise enzimática do óleo de soja com etanol, utilizando t-butanol como solvente e enzimas imobilizadas Lipozyme TL IM, Lipozyme RM IM e Novozym 435 como catalisadores. As reações foram realizadas em um reator batelada fechado acoplado a um condensador e com constante agitação. Foram avaliadas a influência do t-butanol, do tipo de enzima utilizada, da razão molar álcool/óleo e da temperatura no rendimento em biodiesel. A etanólise do óleo de soja por sucessivas adições de álcool foi investigada e as melhores condições foram obtidas em presença de t-butanol, razão molar etanol/óleo igual a 3, temperatura de 50C e 5% (m/m) de Novozym 435. Nas reações conduzidas em presença de t-butanol não foram observadas diferenças significativas entre a adição direta e a escalonada do álcool. Os efeitos da adição de álcool só foram observados na ausência de t-butanol. O rendimento máximo em ésteres etílicos atingido foi cerca de 66% após 4h de reação com Novozym 435 na presença de solvente.

Catalisadores à base de platina frente a correntes de H2 contendo acetaldeído geradas via reforma do etanol

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização

Efeitos da exposição à fumaça de cigarro e/ou etanol durante a adolescência: alterações dos níveis de ansiedade e da atividade locomotora em camundongos durante o período de exposição e em período curto e longo de retirada

O consumo de tabaco está freqüentemente associado ao consumo de álcool e a maioria dos usuários inicia o uso e abuso destas drogas na adolescência. Como a ansiedade pode ser um fator de risco para a etiologia do uso e da retirada destas drogas, no presente estudo investigamos os efeitos da fumaça do cigarro e/ou exposição ao etanol durante a adolescência nos níveis de ansiedade ao final do período de exposição e em período curto e longo após retirada. Do 30 ao 45 dia de vida pós-natal (PN30-PN45), camundongos Suíços de ambos os sexos foram expostos a fumaça do cigarro gerada a partir da queima de cigarros para pesquisa contendo 1,7mg de nicotina 8 h/dia e/ou ao etanol (2g/kg, 25%, v/v) através de injeção intraperitoneal em dias alternados. Assim foram utilizados 4 grupos experimentais: 1) SMK+ETOH (exposição a fumaça de cigarro e injeção i.p. de etanol); 2) SMK (exposição a fumaça de cigarro e a salina i.p.); 3) ETOH (exposição a ar e injeção i.p. de etanol); 4) VEH (exposição a ar e injeção i.p. salina). Ao final do período de exposição (PN44-45) e durante a retirada de curta (PN49-50) e longa duração (PN74-75) utilizamos o Labirinto em Cruz Elevado (LCE) para avaliar os níveis de ansiedade e o Teste de Campo Aberto (CA) para avaliar os níveis de ansiedade e a atividade locomotora. Ao final do período de exposição, as fêmeas do grupo SMK apresentaram uma resposta ansiolítica no LCE. Esta resposta foi intensificada pela co-exposição ao etanol. A retirada de curto prazo da fumaça do cigarro provocou um efeito ansiogênico. Os machos do grupo ETOH apresentaram um efeito ansiogênico no LCE ao final do período de exposição, no entanto, este efeito não persistiu em um período curto de retirada. Embora nem os efeitos da fumaça de cigarro, nem os efeitos do etanol tenham persistido após um período longo de retirada, os animais do grupo SMK+ETOH apresentaram uma resposta ansiogênica no CA. Assim, nossos resultados sugerem que fêmeas adolescentes são mais susceptíveis aos efeitos ansiolíticos do fumo do tabaco. O efeito mais intenso no grupo SMK+ETOH sugere que as fêmeas co-usam estas drogas para chegar a níveis mais baixos de ansiedade. Além disso, um aumento da ansiedade após um período longo da retirada conjunta do cigarro e do etanol, pode facilitar as recaídas ao uso destas drogas.