Chemical and morphological characterization of sugarcane bagasse submitted to a delignification process for enhanced enzymatic digestibility

Abstract Background In recent years, biorefining of lignocellulosic biomass to produce multi-products such as ethanol and other biomaterials has become a dynamic research area. Pretreatment technologies that fractionate sugarcane bagasse are essential for the successful use of this feedstock in ethanol production. In this paper, we investigate modifications in the morphology and chemical composition of sugarcane bagasse submitted to a two-step treatment, using diluted acid followed by a delignification process with increasing sodium hydroxide concentrations. Detailed chemical and morphological characterization of the samples after each pretreatment condition, studied by high performance liquid chromatography, solid-state nuclear magnetic resonance, diffuse reflectance Fourier transformed infrared spectroscopy and scanning electron microscopy, is reported, together with sample crystallinity and enzymatic digestibility. Results Chemical composition analysis performed on samples obtained after different pretreatment conditions showed that up to 96% and 85% of hemicellulose and lignin fractions, respectively, were removed by this two-step method when sodium hydroxide concentrations of 1% (m/v) or higher were used. The efficient lignin removal resulted in an enhanced hydrolysis yield reaching values around 100%. Considering the cellulose loss due to the pretreatment (maximum of 30%, depending on the process), the total cellulose conversion increases significantly from 22.0% (value for the untreated bagasse) to 72.4%. The delignification process, with consequent increase in the cellulose to lignin ratio, is also clearly observed by nuclear magnetic resonance and diffuse reflectance Fourier transformed infrared spectroscopy experiments. We also demonstrated that the morphological changes contributing to this remarkable improvement occur as a consequence of lignin removal from the sample. Bagasse unstructuring is favored by the loss of cohesion between neighboring cell walls, as well as by changes in the inner cell wall structure, such as damaging, hole formation and loss of mechanical resistance, facilitating liquid and enzyme access to crystalline cellulose. Conclusions The results presented herewith show the efficiency of the proposed method for improving the enzymatic digestibility of sugarcane bagasse and provide understanding of the pretreatment action mechanism. Combining the different techniques applied in this work warranted thorough information about the undergoing morphological and chemical changes and was an efficient approach to understand the morphological effects resulting from sample delignification and its influence on the enhanced hydrolysis results.

EROSION LOSSES FROM RUNOFF: INTERACTION OF SOIL COVER AND EROSION CONTROL PRACTICE

The flow of sediment from cropped land is the main pollutant of water sources in rural areas. Due to this fact, it is necessary to develop and implement technologies that will reduce water and sediment discharges. Accordingly, an experiment was conducted in the Department of Biosystems Engineering - ESALQ / USP, Piracicaba - SP with the objective to evaluate the effect of different soil cover (bean, grass and bare ground) and erosion control practices (wide base terraces and infiltration furrows in slopes (no practices to control erosion)) while measuring water losses in runoff. The statistical design adopted was randomized blocks in a 3x3 factorial scheme resulting in 9 treatments with 3 replicates (blocks). The period of rainfall data collection was December 6, 2007 to April 11, 2008. A 21.1 cm diameter rain gauge was installed in the experimental area. Terraces were the most efficient practices for reducing erosion losses in the treatments with infiltration furrows being better than the control treatment. Bean was more effective than grass in reducing erosion. Bare ground was the least efficient.

Dry matter production of Tanzania grass as a function of agrometeorological variables

The objective of this work was to develop and validate linear regression models to estimate the production of dry matter by Tanzania grass (Megathyrsus maximus, cultivar Tanzania) as a function of agrometeorological variables. For this purpose, data on the growth of this forage grass from 2000 to 2005, under dry-field conditions in Sao Carlos, SP, Brazil, were correlated to the following climatic parameters: minimum and mean temperatures, degree-days, and potential and actual evapotranspiration. Simple linear regressions were performed between agrometeorological variables (independent) and the dry matter accumulation rate (dependent). The estimates were validated with independent data obtained in Sao Carlos and Piracicaba, SP, Brazil. The best statistical results in the development and validation of the models were obtained with the agrometeorological parameters that consider thermal and water availability effects together, such as actual evapotranspiration, accumulation of degree-days corrected by water availability, and the climatic growth index, based on average temperature, solar radiation, and water availability. These variables can be used in simulations and models to predict the production of Tanzania grass.

Predicting Growth of Panicum maximum: An Adaptation of the CROPGRO-Perennial Forage Model

Warm-season grasses are economically important for cattle production in tropical regions and tools to aid in management and research on these forages would be highly beneficial both in research and the industry. This research was conducted to adapt the CROPGRO-Perennial Forage model to simulate growth of the tropical species guineagrass (Panicum maximum Jacq. cv. 'Tanzania') and to describe model adaptation for this species. To develop the CROPGRO parameters for this species, we began with values and relationships reported in the literature. Some parameters and relationships were calibrated by comparison with observed growth, development, dry matter accumulation, and partitioning during a 17-mo experiment with Tanzania guineagrass in Piracicaba, SP, Brazil. Compared with starting parameters for palisadegrass [Brachiaria brizantha (A. Rich.) Stapf. cv. 'Xaraes'], dormancy effects of the perennial forage model had to be minimized, partitioning to storage tissue or root decreased, and partitioning to leaf and stem increased to provide for more leaf and stem growth and less root. Parameters affecting specific leaf area and senescence of plant tissues were improved. After these changes were made to the model, biomass accumulation was better simulated, mean predicted herbage yield was 6576 kg ha(-1), averaged across 11 regrowth cycles of 35 (summer) or 63 d (winter), with a RMSE of 494 kg ha(-1) (Willmott's index of agreement d = 0.985, simulated/observed ratio = 1.014). The model also gave good predictions against an independent data set, with similar RMSE, ratio, and d. The results of the adaptation suggest that the CROPGRO model is an efficient tool to integrate physiological aspects of guineagrass and can be used to simulate growth.

Producción de tomate tipo italiano en función del volumen de la celda y de la edad de las mudas

Con el objetivo de evaluar la influencia de las bandejas de celdas sobre la producción de tomate tipo italiano en el campo, se realizó este trabajo en Piracicaba, SP, Brasil, de mayo a agosto del 2005. Los tratamientos consistieron en cuatro volúmenes de recipiente, tres bandejas de poliestireno expandido de 121,2; 34,6 y 12,0 cm³ y de una bandeja de plástico rígido de 14,0 cm³ (72, 128, 288 y 450 celdas, respectivamente) combinadas con cuatro edades para el trasplante (19, 24, 29 y 34 días después de la siembra). El delineamiento para la producción de mudas fue completamente al azar, con cinco plantas por parcela y tres repeticiones. Se analizaron área foliar, altura, masa verde y seca de la parte aérea y raíz y la calidad de las mudas. En la producción a campo, el delineamiento fue en bloques al azar con diez plantas por parcela y tres repeticiones. Fueron evaluadas la precocidad para inicio de cosecha, producción comercial y total por planta. Volúmenes mayores de recipiente (121,2 y 34,6 cm³) presentaron mejor calidad de mudas. En la producción de frutos, el número comercial y total de frutos por planta fue superior en la muda de 24 días de edad, sin embargo, en la producción total de frutos, no hubo diferencia entre los tratamientos. Por otro lado, también se obtuvo precocidad para la cosecha en los tratamientos realizados en los volúmenes de 121,2 y 34,6 cm³. El volumen de recipiente de 14,0 cm³ (450 celdas) resultó en mudas de calidad muy inferior, alongadas y raquíticas.

Estabilidade temporal e variabilidade espacial da distribuição da armazenagem de água no solo numa sucessão feijão/aveia-preta

A armazenagem de água no solo é muito variável no tempo e no espaço devido à influência de vários fatores ambientais e topográficos. Objetivou-se neste estudo: quantificar a armazenagem de água no solo; avaliar sua estabilidade temporal e sua variabilidade espacial em um local próximo e outro distante do sistema radicular numa sucessão feijão/aveia-preta; e constatar sua variabilidade espacial em função do relevo. Em área experimental de 1.500 m², situada em Piracicaba-SP (latitude de 22° 42' 30" S, longitude de 47° 38' 00" W e 546 m de altitude), estabeleceram-se 60 pontos de amostragem, distanciados entre si de 5 m, numa grade de 10 por 6 pontos (50 x 30 m). Os valores da armazenagem de água no solo apresentaram comportamento-padrão para o solo estudado, com valores maiores em profundidade do que na camada mais superficial. Houve maior estabilidade temporal da armazenagem de água no solo durante o período chuvoso, porém na fase de secagem do solo a estabilidade temporal também foi constatada, mas com valores de coeficiente de correlação mais elevados na camada de 0,0-0,80 m, mostrando que essa estabilidade foi claramente devida à posição topográfica desses pontos, os quais estão localizados na porção mais baixa do relevo. Assim, o ponto 52 foi escolhido como representativo da média na fase de recarga de água no solo em ambas as camadas estudadas, e o ponto 46, na camada superior durante a fase de secagem do solo. A dependência espacial da variabilidade da armazenagem de água no solo foi detectada em ambas as camadas de solo, porém com maior alcance na camada de 0,0-0,40 m, quando houve ocorrência de precipitação. Quando as chuvas cessaram, o alcance foi maior na camada de 0,0-0,80 m. Durante o período chuvoso, o padrão de variabilidade espacial foi muito semelhante em ambas as camadas de solo, com armazenagens maiores na faixa de maior inclinação e depressões do terreno.

Escoamento superficial na interação: cobertura vegetal e práticas de controle de erosão

O escoamento da água oriunda das terras agricultadas é o principal fator poluente dos mananciais hídricos nas áreas rurais. Devido a esse fato, faz-se necessário o desenvolvimento e a aplicação de tecnologias que venham a reduzir descargas de resíduos indesejáveis. Nesse sentido, conduziu-se um experimento na área experimental do Departamento de Engenharia Rural - ESALQ/USP, Piracicaba - SP, com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes condições de solo, (feijão, gramínea e solo nu) e diferentes práticas de controle de erosão (sulco de infiltração, terraço de infiltração e sem práticas de controle de erosão), buscando-se estimar o escoamento superficial. O delineamento estatístico adotado foi o em blocos aleatorizados, em esquema fatorial 3x3, perfazendo 9 tratamentos com 3 repetições. O período de coleta de dados pluviométricos foi de 06 de dezembro de 2007 a 11 de abril de 2008; para isto, utilizou-se de um pluviômetro, com 21,1 cm de diâmetro, instalado na área experimental. Observando-se as perdas de água, em relação às estruturas, tem-se em ordem decrescente de eficiência: Terraço, Sulco e Rampa; e com relação às coberturas, tem-se em ordem decrescente de eficiência: Feijão, Capim e Solo Nu.

Análise sensorial, teores de nitrato e de nutrientes de alface cultivada em hidroponia sob águas salinas

O presente trabalho teve como objetivos determinar os teores de nutrientes e de nitrato e realizar análise sensorial de alface cultivada em sistema hidropônico sob água salina. O experimento foi conduzido em ambiente protegido no período de dezembro de 2007 a janeiro de 2008, em Piracicaba (SP). O delineamento experimental foi de blocos ao acaso, sendo estudados cinco níveis de salinidade da água de irrigação, utilizando-se NaCl (Condutividade elétrica da água (CEa): 0,42, 1,53, 3,52, 5,55 e 7,43 dS m-1) em duas cultivares de alface (Verônica e Pira Roxa), em esquema fatorial. Foram avaliados a análise sensorial aplicando escala hedônica e através dessa, o que os provadores mais apreciaram e o que menos gostaram de cada amostra, intenção de compra e consumo, teor de nitrato, absorção de nutrientes pela folhas e determinação dos nutrientes presentes na solução nutritiva. Para o atributo sabor a cultivar Verônica recebeu as melhores notas no nível de salinidade 1,53 e 5,55 dS m-1. Para a cultivar Pira Roxa a melhor nota foi atribuída para a alface produzida na água não salina. Para os demais atributos não houve diferença significativa nos diferentes níveis de salinidade. Com relação à intenção de compra, constatou-se que as alfaces cv. Verônica e Pira Roxa apresentaram boa aceitação de mercado. Os menores níveis de nitrato (1960 mg kg-1 e 2620 mg kg-1 de massa de matéria fresca), da Verônica e Pira Roxa, respectivamente, foram relacionados à condutividade elétrica de 0,42 dS m-1, aumentando a salinidade da água para 7,43 dS m-1, o teor foliar de nitrato aumentou para 2500 mg kg-1 e 3420 mg kg-1 para as cultivares Verônica e Pira Roxa. Como o tempo de exposição da alface à salinidade em sistema hidropônico foi curto, em torno de 25 dias, não se verificou sintomas de deficiência nutricional e toda alface foi classificada como apropriada para consumo humano.

Precarização do trabalho e risco de acidentes na construção civil: um estudo com base na Análise Coletiva do Trabalho (ACT)

Este artigo descreve a atividade e a percepção dos trabalhadores da construção civil sobre os riscos e a carga de trabalho. O estudo, com base na Análise Coletiva de Trabalho (ACT), é parte de pesquisa em políticas públicas para aprimoramento do Sistema de Vigilância em Acidentes de Trabalho (SIVAT) de Piracicaba-SP. Priorizou-se a construção civil pela magnitude epidemiológica de ocorrência de acidentes de trabalho e a baixa eficácia das ações tradicionais de vigilância pelas características de informalidade, terceirização e rotatividade do setor. Os trabalhadores revelaram elevada percepção dos riscos de acidentes e que as medidas de segurança dificultam ou impedem a realização do trabalho. Os achados questionam a eficácia dos treinamentos para adesão às medidas de segurança e evidenciam a necessidade de uma pedagogia transformadora nas ações de promoção da saúde e prevenção dos acidentes de trabalho.

Modelagem para o dimensionamento de um sistema de microirrigação utilizando microtubos ramificados

Este trabalho foi realizado com o objetivo de se modelar e avaliar o comportamento hidráulico de microtubos ramificados, com base na relação entre vazão e comprimento dos microtubos para uma pressão de entrada, operando sob regime laminar. Dois modelos matemáticos foram estudados, em que um considerou a perda localizada de carga no dimensionamento dos microtubos ramificados e o outro a desconsiderou. O experimento para validação dos modelos foi conduzido no Laboratrio de Hidráulica da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ-USP), Piracicaba, SP, medindo-se a vazão dos emissores para as pressões de 14,7; 18,6; 39,2 e 58,9 kPa. A configuração do sistema de irrigação consistiu de uma linha lateral com diâmetro nominal (DN) de 10,0 mm, na qual foram inseridos microtubos conectores com DN de 0,8 mm conectados a um segmento de tubo de derivação e acoplados seis microtubos emissores com DN de 0,7 mm. Verificou-se que, dentre os modelos matemáticos, aquele que considerou a perda localizada de carga apresentou maior exatidão pois teve elevado, um bom índice de Willmott e baixo erro quadrático médio.

Marine Fungi Aspergillus sydowii and Trichoderma sp Catalyze the Hydrolysis of Benzyl Glycidyl Ether

Whole cells of the marine fungi Aspergillus sydowii Gc12, Penicillium raistrickii Ce16, P. miczynskii Gc5, and Trichoderma sp. Gc1, isolated from marine sponges of the South Atlantic Ocean (Brazil), have been screened for the enzymatic resolution of (+/-)-2-(benzyloxymethyl)oxirane (benzyl glycidyl ether; 1). Whole cells of A. sydowii Gc12 catalyzed the enzymatic hydrolysis of (R,S)-1 to yield (R)-1 with an enantiomeric excess (ee) of 24-46% and 3-(benzyloxy)propane-1,2-diol (2) with ee values < 10%. In contrast, whole cells of Trichoderma sp. Gc1 afforded (S)-1 with ee values up to 60% and yields up to 39%, together with (R)-2 in 25% yield and an ee of 32%. This is the first published example of the hydrolysis of 1 by whole cells of marine fungi isolated from the South Atlantic Ocean. The hydrolases from the two studied fungi exhibited complementary regioselectivity in opening the epoxide ring of racemic 1, with those of A. sydowii Gc12 showing an (S) preference and those of Trichoderma sp. Gc1 presenting an (R) preference for the substrate.