Avaliação técnico-econômica da produção de enzimas celulolíticas por fermentação em estado sólido

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Evaluation of Oat Hull Hemicellulosic Hydrolysate Fermentability Employing Pichia stipitis

Oat hull hemicellulosic hydrolysate obtained by diluted acid hydrolysis was employed as fermentation medium for Pichia stipitis cultivation. A comparison between the use of treated hydrolysate with 1% activated charcoal to reduce the toxic compounds generated during the hydrolysis process and untreated hydrolysate as a control was conducted. In the cultures using treated hydrolysate the total consumption of glucose, low xylose consumption and ethanol and glycerol formation were observed. The medium formulated with untreated hydrolysate showed morphological cell modifications with consequently cell death, no ethanol formation and formation of glycerol as byproduct of fermentative process, probably as a response to stressful conditions to yeast due to presence of high concentration of toxic compounds. Thus, further studies are suggested in order to determine the best conditions for hydrolysis and detoxification of the hydrolysate to improve the fermentative performance of P. stipitis.

Diversity and Physiological Characterization of D-Xylose-Fermenting Yeasts Isolated from the Brazilian Amazonian Forest

Background: This study is the first to investigate the Brazilian Amazonian Forest to identify new D-xylose-fermenting yeasts that might potentially be used in the production of ethanol from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysates. Methodology/Principal Findings: A total of 224 yeast strains were isolated from rotting wood samples collected in two Amazonian forest reserve sites. These samples were cultured in yeast nitrogen base (YNB)-D-xylose or YNB-xylan media. Candida tropicalis, Asterotremella humicola, Candida boidinii and Debaryomyces hansenii were the most frequently isolated yeasts. Among D-xylose-fermenting yeasts, six strains of Spathaspora passalidarum, two of Scheffersomyces stipitis, and representatives of five new species were identified. The new species included Candida amazonensis of the Scheffersomyces clade and Spathaspora sp. 1, Spathaspora sp. 2, Spathaspora sp. 3, and Candida sp. 1 of the Spathaspora clade. In fermentation assays using D-xylose (50 g/L) culture medium, S. passalidarum strains showed the highest ethanol yields (0.31 g/g to 0.37 g/g) and productivities (0.62 g/L.h to 0.75 g/L.h). Candida amazonensis exhibited a virtually complete D-xylose consumption and the highest xylitol yields (0.55 g/g to 0.59 g/g), with concentrations up to 25.2 g/L. The new Spathaspora species produced ethanol and/or xylitol in different concentrations as the main fermentation products. In sugarcane bagasse hemicellulosic fermentation assays, S. stipitis UFMG-XMD-15.2 generated the highest ethanol yield (0.34 g/g) and productivity (0.2 g/L.h), while the new species Spathaspora sp. 1 UFMG-XMD-16.2 and Spathaspora sp. 2 UFMG-XMD-23.2 were very good xylitol producers. Conclusions/Significance: This study demonstrates the promise of using new D-xylose-fermenting yeast strains from the Brazilian Amazonian Forest for ethanol or xylitol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysates.

Induction of cellulase and hemicellulase activities of Thermoascus aurantiacus by xylan hydrolyzed products

Thermoascus aurantiacus is able to secrete most of the hemicellulolytic and cellulolytic enzymes. To establish the xylanase inducers of T. aurantiacus, the mycelia were first grown on glucose up until the end of the exponential growth phase, followed by washing and re-suspension in a basal medium without a carbon source. Pre-weighed amounts of xylose (final concentration of 3.5 mg/ml), xylobiose (7 mg/ml) and hydrolyzed xylan from sugarcane bagasse (HXSB) which contained xylose, xylobiose and xylotriose (6.8 mg/ml) were evaluated as inducers of xylanase. It was observed that xylose did not suppress enzyme induction of T. aurantiacus when used in low concentrations, regardless of whether it was inoculated with xylobiose. Xylobiose promoted fast enzyme production stopping after 10 h, even at a low consumption rate of the carbon source; therefore xylobiose appears to be the natural inducer of xylanase. In HXSB only a negligible xylanase activity was determined. Xylose present in HXSB was consumed within the first 10 h while xylobiose was partially hydrolyzed at a slow rate. The profile of alpha-arabinofuranosidase induction was very similar in media induced with xylobiose or HXSB, but induction with xylose showed some positive effects as well. The production profile for the xylanase was accompanied by low levels of cellulolytic activity. In comparison, growth in HXSB resulted in different profiles of both xylanase and cellulase production, excluding the possibility of xylanase acting as endoglucanases.

Production of a xylose-stimulated beta-glucosidase and a cellulase-free thermostable xylanase by the thermophilic fungus Humicola brevis var. thermoidea under solid state fermentation

Humicola brevis var. thermoidea cultivated under solid state fermentation in wheat bran and water (1:2 w/v) was a good producer of beta-glucosidase and xylanase. After optimization using response surface methodology the level of xylanase reached 5,791.2 +/- A 411.2 U g(-1), while beta-glucosidase production was increased about 2.6-fold, reaching 20.7 +/- A 1.5 U g(-1). Cellulase levels were negligible. Biochemical characterization of H. brevis beta-glucosidase and xylanase activities showed that they were stable in a wide pH range. Optimum pH for beta-glucosidase and xylanase activities were 5.0 and 5.5, respectively, but the xylanase showed 80 % of maximal activity when assayed at pH 8.0. Both enzymes presented high thermal stability. The beta-glucosidase maintained about 95 % of its activity after 26 h in water at 55 A degrees C, with half-lives of 15.7 h at 60 A degrees C and 5.1 h at 65 A degrees C. The presence of xylose during heat treatment at 65 A degrees C protected beta-glucosidase against thermal inactivation. Xylanase maintained about 80 % of its activity after 200 h in water at 60 A degrees C. Xylose stimulated beta-glucosidase activity up to 1.7-fold, at 200 mmol L-1. The notable features of both xylanase and beta-glucosidase suggest that H. brevis crude culture extract may be useful to compose efficient enzymatic cocktails for lignocellulosic materials treatment or paper pulp biobleaching.

Influence of the use of rice bran extract as a source of nutrients on xylitol production

Xylose-to-xylitol bioconversion using 2.5 or 10% (v/v) rice bran extract was performed to verify the influence of this source of nutrients on Candida guilliermondii metabolism. Semisynthetic medium (SM) and sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate detoxified with ion-exchange resins (HIE) or with alteration in pH combined with adsorption onto activated charcoal (HAC) were fermented in 125 mL Erlenmeyer flasks at 30 ºC and 200 rpm for 72 hours. Activated charcoal supplemented with 2.5% (v/v) rice bran extract was fermented by C. guilliermondii in a MULTIGEN stirred tank reactor using pH 5.0 and 22.9/hour oxygen transfer volumetric coefficient. Higher values of xylitol productivity (0.70, 0.71, and 0.62 g.Lh-1) and xylose-to-xylitol conversion yield (0.71, 0.69, and 0.63 g.g-1) were obtained with 2.5% (v/v) rice bran in semisynthetic medium, ion-exchange resins, and activated charcoal, respectively. Moreover, during batch fermentation, the xylitol volumetric productivity and fermentation efficiency values obtained were 0.53 g.Lh-1 and 61.1%, respectively.

Preparação e caracterização de materiais híbridos celulose/NbOPO4.nH2O a partir de celulose branqueada de bagaço de cana-de-açúcar

Este trabalho descreve a preparação e caracterização do híbrido celulose/fosfato de nióbio hidratado (Cel/NbOPO4.nH2O) utilizando como material de partida a celulose branqueada de bagaço de cana-de-açúcar e o nióbio metálico. O híbrido foi preparado por dois métodos: denominados métodos I e II. O método I consistiu na dissolução do nióbio metálico em solução de ácido fluorídrico/nítrico (100:10), com tempo de contato de 16 horas entre a celulose branqueada do bagaço de cana-de-açúcar e a solução ácida. Adicionou-se a essa solução ácido fosfórico para precipitação do material. O método II foi semelhante, com proporções diferentes da solução ácida fluorídrico/nítrico (160/100), sem tempo de contato da celulose com a solução ácida. Os métodos I e II utilizaram as seguintes proporções de cel/ Nb2O5.nH2O: (10:10);(10:6) e (10:2). Os materiais preparados pelos métodos I e II foram caracterizados por difração de raios X (DRX), termogravimetria (TG/DTG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Observou-se aumento do índice do grau de cristalinidade e mudanças na morfologia dos materiais preparados.

Síntese de nanotubos de carbono a partir do bagaço da cana-de-açúcar

A tradicional produção de açúcar, associada à crescente produção de etanol, faz da indústria sucroalcooleira um dos principais segmentos da economia brasileira. As indústrias brasileiras de açúcar e álcool processaram cerca de 630 milhões de toneladas de cana em 2009, gerando, aproximadamente, 142 milhões de toneladas de bagaço. Este trabalho apresenta uma possibilidade de destinação para o bagaço da cana através da queima controlada associada à síntese de nanotubos de carbono (CNTs), materiais que possuem inúmeras possibilidades de aplicações tecnológicas devido as suas excepcionais propriedades. Foi utilizado o processo de pirólise a 1000ºC associado a um sistema catalisador, visando à recuperação dos gases gerados como matéria-prima para a síntese dos CNTs. As emissões gasosas foram analisadas por cromatografia e os materiais produzidos foram caracterizados com o emprego de MEV, MET, TGA e espectroscopia Raman. Os resultados mostraram que o uso do catalisador resultou na diminuição das emissões gasosas. Nanotubos de carbono com comprimentos de 10 a 40 µm e diâmetros entre 20 e 50 nm foram produzidos.

1st and 2nd Generation Ethanol from Biomass Crops

In chapter 1 and 2 calcium hydroxide as impregnation agent before steam explosion of sugarcane bagasse and switchgrass, respectively, was compared with auto-hydrolysis, assessing the effects on enzymatic hydrolysis and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) at high solid concentration of pretreated solid fraction. In addition, anaerobic digestion of pretreated liquid fraction was carried out, in order to appraise the effectiveness of calcium hydroxide before steam explosion in a more comprehensive way. In As water is an expensive input in both cultivation of biomass crops and subsequent pretreatment, Chapter 3 addressed the effects of variable soil moisture on biomass growth and composition of biomass sorghum. Moreover, the effect of water stress was related to the characteristics of stem juice for 1st generation ethanol and structural carbohydrates for 2nd generation ethanol. In the frame of chapter 1, calcium hydroxide was proven to be a suitable catalyst for sugarcane bagasse before steam explosion, in order to enhance fibre deconstruction. In chapter 2, effect of calcium hydroxide on switchgrass showed a great potential when ethanol was focused, whereas acid addition produced higher methane yield. Regarding chapter 3, during crop cycle the amount of cellulose, hemicellulose and AIL changed causing a decrease of 2G ethanol amount. Biomass physical and chemical properties involved a lower glucose yield and concentration at the end of enzymatic hydrolysis and, consequently, a lower 2G ethanol concentration at the end of simultaneous saccharification and fermentation, proving that there is strong relationship between structure, chemical composition, and fermentable sugar yield. The significantly higher concentration of ethanol at the early crop stage could be an important incentive to consider biomass sorghum as second crop in the season, to be introduced into some agricultural systems, potentially benefiting farmers and, above all, avoiding the exacerbation of the debate about fuel vs food crops.

Investigación sobre fermentaciones metánicas de desechos estacionales

En el campo agrícola se producen una serie de desechos orgánicos, que por un lado representan serios problemas de contaminación ambiental y por otro el desperdicio de valores energéticos importantes. Es decir una acción contraria a la sostenibilidad que debe buscarse en este siglo XXI. Entre estos productos agrícolas pueden citarse la pulpa de café, residuos herbáceos, bagazo de caña y la fracción insoluble de estiércol de ganado porcino conocida como cerdaza. Un problema añadido para dar solución adecuada es la disponibilidad de estos solo en cortas épocas del año. Todo lo anterior ha sido el origen de la presente investigación, para dar solución adecuada tanto en el aprovechamiento de biogás como en la reducción de la contaminación. La investigación descrita en este documento contempla el desarrollo de los siguientes aspectos: 1) Caracterización y problemática de cada uno de los productos señalados, 2) la solución al problema mediante el proceso de digestión anaerobia con fases separadas con el aprovechamiento del biogás generados y 3) recomendaciones para el arranque del proceso de digestión anaerobia y su mantenimiento en una alternancia de los productos citados. En la primera etapa de la fase experimental se estimó el rendimiento específico de metano para los diferentes sustratos, utilizando reactores batch configurados en una y dos fases concluyendo que la digestión anaerobia en dos fases presenta diferentes ventajas sobre la digestión monoetapa. En general se obtuvo un mayor rendimiento en la producción de metano, una reducción en los tiempos de retención, mayor eficiencia en la eliminación de los sólidos volátiles agregados, y una mayor estabilidad en el proceso reflejado en el mantenimiento de valores de pH en los rangos de operación recomendados. Seguidamente, al comparar dos procesos para la puesta en marcha de digestores metanogénicos operados en forma continua, se concluye que las variables determinantes en la estabilidad del sistema son la alcalinidad total presente en el digestor, el establecimiento de la población de microorganismos y la carga orgánica aplicada. Las dos primeras están determinadas por la calidad y proporción del inóculo suministrado al inicio del proceso. La alternación de sustratos suministrados al sistema de digestión en dos fases, permitió determinar el impacto sobre el desempeño del mismo, registrando una reducción en la producción de biogás, la riqueza de metano y la eficiencia de eliminación de sólidos volátiles durante los primeros días de operación luego del cambio de sustrato. Este periodo corresponde al proceso de aclimatación de los microorganismos el cual requirió de 20 días para asimilar los componentes del nuevo sustrato. Finalmente, entre los sustratos analizados, la menor carga orgánica de operación para mantener la operación del sistema en continuo corresponde a la pulpa de café con 0.1 kg SV/m3. La composición de este sustrato favorece la rápida acumulación de acidez volátil en el sistema, proporcionando una tendencia a la acidificación. Sin embargo, al controlar las cargas orgánicas volumétricas, el sistema permaneció operando sin necesidad de adición de alcalinizantes. La aplicación de los resultados de la presente investigación a la problemática de residuos de café es alentadora, comprobando que el sistema puede ser operado en continuo alternando residuos boreales y pulpa de café, ambos sustratos disponibles en las plantas de procesamiento de la cereza de café. ABSTRACT In the agricultural field there are series of organic wastes, which in one hand are the source of serious problems of environmental pollution and in the other, they represent a residue that could be used as a feedstock with significant energy values. These actions are contrary to efforts towards sustainability, which should be a priority in this century. Among agricultural residues with significant abundance, the coffee pulp, herbaceous waste, sugarcane bagasse and the insoluble fraction of pig manure can be mentioned. An added problem to the development of appropriate treatment systems, which provides a solution to the disposal of such wastes, is the limited availability of these feedstocks only in short seasons. These arguments have been the source of our research, in order to provide properly measures to biogas usage and pollution reduction. The research presented in this document includes the approaches to the following aspects. 1) Characterization and problems regarding the selected feedstocks 2) the solution to the problem by anaerobic digestion process with separate phases and 3) recommendations for starting the process of anaerobic digestion and its maintenance with alternation of the products listed For the first stage of the experimental phase, the specific methane yield of the selected feedstocks was estimated using batch reactors configured in one and two phases. It was concluded that two-phase anaerobic digestion offered distinct advantages over the single-stage digestion. In general a higher methane production yields, lower retention times, higher efficiency in volatile solids removal, and increased stability among the process were obtained. When comparing two processes for starting up methanogenic digesters, it is concluded that the variables that determine the stability of the system are the total alkalinity in the digester, the establishment of the population of microorganisms and the organic load. The first variables are influenced by the proportion and quality of the inoculum supplied at the beginning of the process. The alternation of substrates gave as a result a negative impact on system performance, recording a reduction on biogas production, the methane concentration and the efficiency of volatile solids removal. The situation was observed during the first days of operation after the change of feeding. This period corresponds to the process of acclimatization of the microorganisms which required 20 days to assimilate new substrate components. Finally, among substrates studied, the lowest organic load applied to maintain a continuous operation of the system, corresponds to the coffee pulp with 0.1 kg VS / m3. The composition of this substrate promotes a rapid accumulation of volatile acidity within the system, providing a tendency to acidification. However, by controlling organic loads, the operating system remained stable without addition of alkalizing components. The application of the results of this research to the problem of coffee waste is promising, proving that an anaerobic system can be operated continuously by alternating boreal waste and coffee pulp, both substrates available in coffee processing plants.

Estudo da durabilidade de painéis de partículas de bagaço de cana de açúcar e resina poliuretana a base de óleo de mamona para aplicação na construção civil

O presente trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho físico-mecânico e a durabilidade de painéis de partículas de bagaço de cana-de-açúcar com resina bicomponente a base de mamona (BCP) e compará-los com painéis de partículas de madeira comerciais (Medium Density Particleboard - MDP). Os painéis de bagaço de cana de açúcar foram fabricados com um teor de resina poliuretana a base de óleo de maona de 15%. O desempenho físico e mecânico dos painéis particulados foi analisado com base nas prescrições dos documentos normativos vigentes. Ambos os materiais foram revestidos superficialmente com resina poliuretana bicomponente à base de óleo de mamona. Avaliou-se a influência do tratamento das bordas na deterioração e no desempenho dos painéis. O acompanhamento das propriedades físico-mecânicas foi realizado antes e após os ensaios de envelhecimento por exposição natural durante 3, 6 e 12 meses, envelhecimento acelerado e de intemperismo artificial. Foi feita a avaliação, da suscetibilidade ao crescimento gerada pelo ataque de fungos emboloradores e apodrecedores nos materiais durante o envelhecimento natural e no ensaio acelerado. Foi realizada a análise colorimétrica para a identificação de mudanças de cor e brilho nos materiais após os ensaios de deterioração. Foram utilizadas as técnicas de densitometria de raios X, espectroscopia por infravermelho próximo (NIR). Os resultados obtidos indicaram a selagem lateral permitiu avaliar a superfície exposta do material permitindo a entrada da água pela superfície avaliando o efeito dos agentes de deterioração. A porcentagem de retenção para o Módulo de ruptura após o ensaio de envelhecimento por imersão em agua e secagem (APA D1) foi de 87% e 3% para BCP e MDP sem revestimento respectivamente e de 90% e 3% para BCP e MDP com revestimento. A porcentagem de retenção das propriedades mecânicas em ambos os submetidos à exposição natural diminuiu em função do tempo. Entretanto o porcentagem de retenção para os materiais BCP e MDP com revestimento superficial foi de 76% e 60% para MOR. A exposição natural mostrou que os fungos emboloradores foram predominantes em ambos os materiais. Ambos os materiais com revestimento superficial apresentaram entre 1-10% de colonização com um 70% de probabilidade. Revestimento de resina de óleo de mamona reduz o crescimento de fungos em ambos os materiais no ensaio acelerado. O perfil de densitometria permitiu analisar o processo de fabricação dos painéis e permitiu identificar a deterioração gradativa do ambos os materiais após os ensaios de envelhecimento. A intepretação mediante a analise de componentes principais (ACP) na aplicação do NIR comportou a classificação das características relacionadas a cada ensaio de deterioração de ambos os materiais sem revestimento superficial. Com base nos resultados deste trabalho, foram propostas contribuições para ajustes de metodologias para a avaliação da durabilidade e do desempenho físico e mecânico dos painéis particulados, tendo em vista a sua viabilidade técnica, em sistemas construtivos da construção civil.

Bagaço de cana como enriquecimento ambiental para leitões recém desmamados

O objetivo do estudo foi avaliar o uso de bagaço de cana como enriquecimento ambiental para suínos a partir do comportamento e respostas fisiológicas do estresse causado pelo confinamento e mudança de ambiente, na fase de creche. O projeto foi conduzido no Laboratório de Biometeorologia e Etologia, da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo, Pirassununga-SP, e no setor da Suinocultura da Prefeitura do Campus Administrativo Fernando Costa (PUSP-FC), entre os meses de abril e junho de 2015. Foram utilizados 66 leitões (NK75 X Naïma), machos e fêmeas desmamados aos 28 dias, separados em grupos homogêneos com relação ao peso, transferidos para baias da creche e distribuídos em dois tratamentos: Tratamento Enriquecido (TE) onde as baias foram fornecidas com cama profunda de bagaço de cana, de até 15 cm de profundidade e Tratamento Não Enriquecido (TNE) as baias foram utilizadas da forma convencional, sem cobertura no piso cimentado. Foram avaliadas diferentes respostas fisiológicas, especificamente, níveis de cortisol salivar, temperatura superficial por meio de um termómetro infravermelho e temperatura ocular a través de fotos termográficas. O comportamento dos leitões foi registrado e as análises das observações das atividades foram realizadas pelo efeito dos tratamentos e a interação do tempo. Os dados de desempenho dos animais foram analisados, igualmente como o Ganho de peso diário (GPD) e a conversão alimentar (CA). Animais que receberam enriquecimento ambiental apresentaram concentrações de cortisol mais baixas (P<0,001) durante a primeira semana pós-desmama. A partir da segunda semana pós desmama até o final da fase da creche houve efeito do tratamento (P<0,05), encontrando níveis de cortisol até quatro vezes mais altos para o TNE referentes aos níveis basais, enquanto o TE continua tendo níveis mais baixos (P<0,05). Animais que receberam enriquecimento ambiental tiveram maior frequência em comportamentos exploratórios (P<0,05) e maior atividade brincando (P<0,05) durante toda a fase experimental. Leitões que foram criados em baias pobres manifestaram maior frequência em comportamentos agonísticos (P<0,05) e em repouso (P<0,05). A correlação entre a temperatura superficial do dorso e termografia ocular indicou uma associação moderada positiva (P<0,0001) com a temperatura ocular mínima (r=0,43) e máxima (r=0,41). Apesar de não existir diferença estatística para o desempenho entre tratamentos (P>0,05), o TE apresentou maior ganho de peso diário (0,47±0,015 kg.dia-1) e total (23,47±0,73 kg.dia-1). A conversão alimentar foi maior no TE (2,88±0,25), provavelmente porque os leitões precisavam de mais alimento para compensar a energia gasta pela sua atividade de fuçar e brincar. Ambientes enriquecidos durante a fase da creche melhoram o bem-estar dos animais em confinamento, diminuindo o estresse pela desmama, motivando o animal a expressar comportamentos próprios da espécie suína, tais como fuçar e explorar.

Caroço de algodão integral e vitamina E em dietas para bovinos Nelore, confinados por 83, 104 e 111 dias

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da inclusão de caroço de algodão e vitamina E em dietas para bovinos confinados por 83, 104 e 111 dias sobre as características da carcaça, qualidade da carne e características sensoriais da carne in natura e de hambúrgueres. Foram utilizados 54 bovinos da raça Nelore, machos, não castrados, com média de 350 kg ± 30 kg de peso vivo inicial e 24 meses de idade, divididos em três grupos de acordo com o peso vivo inicial e distribuídos em três dietas: dieta sem inclusão de caroço de algodão (C), dieta contendo 30% MS de caroço de algodão (CA) e dieta contendo 30% MS de caroço de algodão e 500 UI de vitamina E/kg de matéria seca da ração (CAE). As dietas empregadas foram compostas de diferentes concentrados, incluindo milho grão seco, polpa cítrica, bagaço de cana cru e farelo de soja, com relação volumoso:concentrado de 14:86 e média de 16% PB nas três dietas. Os animais abatidos aos 83 dias de confinamento eram correspondentes ao grupo de maior peso vivo, já os animais mais leves foram abatidos aos 111 dias de confinamento. O experimento foi em arranjo fatorial 3 x 3, considerando três dietas e três períodos de confinamento, totalizando 9 tratamentos. Os animais que permaneceram em confinamento por mais tempo apresentaram maior rendimento de carcaça (56,33%) e carnes mais macias (3,02 kg). As dietas CA e CAE resultaram em menor força de cisalhamento (3,15 e 3,31 kg, respectivamente). A inclusão de vitamina E se mostrou indiferente para a cor e TBARS, em relação à dieta CA. A inclusão do caroço de algodão em dietas para bovinos não influenciou no teor de ácidos graxos saturados, porém aumentou os teores de alguns ácidos graxos poli-insaturados (AGPI) nas carnes. Por outro lado, houve um aumento linear nos níveis de ácidos graxos saturados (AGS) à medida que aumentaram os dias de confinamento. Em relação às características sensoriais, no teste descritivo, as carnes in natura dos animais alimentados com CA e CAE foram mais macias e suculentas (P < 0,05), porém apresentaram um sabor mais intenso e os provadores treinados detectaram um sabor estranho nestas carnes (P < 0,05). No entanto, para o teste afetivo, apenas foi detectado sabor estranho para os hambúrgueres provenientes da dieta CA, os atributos aroma e aroma estranho não foram influenciados pelas dietas (P > 0,05). Por meio do teste discriminativo, foi observado que os hambúrgueres provenientes de animais alimentados com CA e CAE por 104 e 111 dias de confinamento apresentaram diferença em relação ao sabor quando comparados aos hambúrgueres de animais do grupo C destes mesmos períodos, e que os hambúrgueres da dieta CA não apresentaram diferença de sabor quanto aos dias de confinamento. A inclusão de 30% MS de caroço de algodão mostrou ser uma boa alternativa para melhorar as características físico-químicas da carne e seu perfil de ácidos graxos, entretanto atribui um sabor estranho ao produto final, independente do período de confinamento, sendo perceptível ao consumidor e reduzindo aceitabilidade. Ao longo dos dias de confinamento, a carne dos animais se torna menos saudável, do ponto de vista de composição lipídica, ao consumo humano. A adição de 500 UI de vitamina E em dietas contendo caroço de algodão mostrou-se desnecessária

Dinâmica do microbioma ruminal de ovinos (Ovis aries) e sua relação com a degradação de biomassa

Considerando a dieta como um fator modulador do microbioma ruminal, neste trabalho objetivou-se investigar o impacto do bagaço da cana-de-açúcar sobre a composição e funcionalidade das espécies microbianas residentes no rúmen de carneiros (Ovis aries). Foram utilizados seis animais machos fistulados de O. aries, dos quais três foram alimentados com uma dieta composta por 70% de volumoso e 30% de concentrado (tratamento controle) e outros três animais alimentados com uma dieta similar a anterior, mas com 14% do volumoso substituído por bagaço de cana-de-açúcar (tratamento bagaço). O conteúdo ruminal (líquido e fibra) foram amostrados quinzenalmente durante 60 dias. A partir dessas amostras foram acessadas a estrutura e a composição da comunidade microbiana pela extração de DNA total e amplificação das regiões V3 e V6-V7 do gene 16S rRNA bacteriano e a região intergênica fúngica (ITS2). Além disso, foram feitas análises metagenômicas e metatranscriptômicas de comunidade microbianas enriquecidas em fibra ruminal para identificar enzimas lignocelulolíticas expressas. As frações líquida e fibrosa do conteúdo ruminal de O. aries revelaram uma comunidade bacteriana dominada principalmente por Bacteroidetes e Firmicutes ao longo de todo período experimental. Dois gêneros, Prevotella e Ruminococcus representaram 20% e 4% da comunidade bacteriana ruminal, respectivamente. Para a comunidade fúngica o filo Neocallimastigomycota representou 91% das sequências e os principais gêneros deste filo foram Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces e Cyllamyces aderidos a fibra ruminal. O gênero Caecomyces, foi significativamente mais abundante na fibra ruminal de animais que se alimentaram de bagaço de cana-de açúcar. Além disso, foi observado um aumento significativo na frequência de enzimas como, por exemplo, 1,4-α-glucano, α-galactosidase, endo 1,4-β-xilanase, β- xilosidase, xilose isomerase, celobiose fosforilase e α-N-arabinofuranosidase no tratamento com bagaço de cana-de-açúcar. Considerando que a recuperação de enzimas a partir de comunidades microbianas naturalmente selecionadas para a degradação de biomassa é uma estratégia promissora para superar a atual ineficiência da ação enzimática na produção industrial de biocombustíveis, os resultados deste trabalho representam a possibilidade de aumentar a capacidade de recuperação ou descoberta de enzimas a partir de ruminantes, ou ainda, a possibilidade de manipular a estrutura do microbioma do rúmen para usá-lo como fonte de inóculo enriquecido em processos industriais de degradação de biomassa.

Estudo da remediação de um aquífero contaminado com sulfato e metais através de barreira reativa permeável orgânica.

Este trabalho teve como objetivo geral estudar a viabilidade técnica de utilizar bagaço de cana como meio reativo de barreiras reativas permeáveis (BRP) para remoção de sulfato e metais de águas subterrâneas contaminadas. O estudo baseou-se em investigação experimental, por meio de ensaios laboratoriais de coluna, e em modelagem matemática, para a qual utilizaram-se também alguns dados obtidos em um estudo de caso de uma unidade industrial contaminada com sulfato e metais. Neste local contaminado, as características hidrogeológicas e topográficas propiciam a utilização de uma barreira reativa permeável como técnica de remediação. Barreiras reativas permeáveis são uma alternativa para remediação de águas subterrâneas que vem progredindo rapidamente na última década, a partir de ensaios de bancada e coluna em laboratório para implementação em escala real em campo. Três colunas bióticas foram montadas utilizando bagaço de cana como meio reativo e um material de base poroso constituído de areia e cascalho para fornecer adequada condutividade hidráulica, com a proporção de 1:28 em massa seca. Também foi adicionado ao meio reativo um inóculo bacteriano composto por esterco bovino dissolvido. Uma quarta coluna, sem inóculo e contendo um agente biocida, compôs o experimento branco (abiótico). Uma solução sintética foi introduzida nas colunas simulando condições da água subterrânea do estudo de caso, com velocidade de Darcy em torno de 2,0x10-7 m/s composta por sulfato e metais (zinco e níquel) com concentrações de 6.000 mg/L e 15 mg/L, respectivamente. Os resultados das análises da fase líquida das colunas bióticas apresentaram: (i) média da taxa de remoção de sulfato durante todo o tempo do experimento de 49 mg/L/dia; (ii) as concentrações de Zn e Ni diminuíram de 15 mg/L para valores não detectáveis pela técnica analítica utilizada (< 0,01 mg/L); (iii) aumento do pH de 5.5-5.8 para valores entre 6,8-8,0; (iv) redução do valor do potencial de óxido redução (Eh) para valores de até -200mV. Não foram observadas reduções das concentrações de metais e sulfato na fase líquida da coluna abiótica e os valores de pH e Eh permaneceram dentro das faixas iniciais. Análises nas fases sólidas das colunas bióticas por MEV e EDS após o término do experimento identificaram a presença de Ni, Zn, S e Mn, indicando a precipitação desses metais em forma de sulfetos. Estes elementos não foram detectados na fase sólida da coluna abiótica. Assim, pôde-se inferir que toda a remoção de sulfato verificada nas colunas bióticas pode ser atribuída a redução bacteriana de sulfato. A partir das condições experimentais dos ensaios, foi realizada a modelagem e o dimensionamento da BRP. Para a estimativa da cinética de redução de sulfato, aplicou-se a solução analítica de Van Genuchten para transporte de contaminantes com degradação, obtendo-se uma taxa de decaimento de primeira ordem de 0,01 dia-1. A determinação da espessura e tempo de residência da barreira foi realizada considerando que a concentração de sulfato na saída da barreira fosse menor ou igual a 250 mg/L. O resultado do dimensionamento de uma BRP preenchida com bagaço de cana e areia nas proporções de 1:28 em massa seca resultaria em uma BRP de 7,1 m de espessura, com tempo de residência de 950 dias, no local de estudo de caso. Caso fosse utilizado o dobro da proporção de bagaço de cana e areia em massa seca (1:14), a implantação da BRP apresentar-se-ia viável, com espessura aproximada de 4 m. Através destes resultados, pôde ser comprovada a hipótese de que bagaço de cana como substrato e esterco bovino como inóculo compõem um meio reativo viável para a redução de sulfato e precipitação de metais em uma BRP.