Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.

Conservação dos frutos de duas cultivares de framboesa (Sevillana e Maravilla) em fresco e em doce

Dissertação de mest., Tecnologia de Alimentos, Instituto Superior de Engenharia, Univ. do Algarve, 2012

Evaluation of the protective effect of Phlomis purpurea against Phytophthora cinnamomi in Fagaceae and of root metabolites involved

Tese de doutoramento, Ciências Agrárias (Proteção de Plantas), Faculdade de Ciência e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Extração e caracterização de extratos de Jatropha gossypiifolia L.: avaliação da sua atividade antimicrobiana e antioxidante

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Química e Biológica

Comparação dos principais constituintes químicos de duas espécies de arnica: Cravorana (Porophyllum Ruderale [Jacq.] Cass) e Varão-de-Ouro (Solidago SP.)

Diferentes espécies vegetais são denominadas popularmente como arnica, devido ao uso em ferimentos, traumatismos e contusões, semelhantes ao da espécie oficial Arnica montana L. Dentre elas, destacam-se as seguintes: Porophyllum ruderale (Jacq.) Cass., nativa do Brasil, com maior frequência na região Sudeste, constituída por óleo essencial, flavonoides, taninos, alcaloides e saponinas; Solidago sp., planta originária da América do Sul e encontrada em vários terrenos brasileiros, constituída por flavonoides, óleo essencial e saponinas. Este trabalho teve por objetivo realizar a avaliação farmacognóstica das espécies Porophyllum ruderale e Solidago sp. A parte aérea seca das espécies foi pulverizada e tamisada, e analisaram-se as características organolépticas dos pós: aspecto, cor, odor e sabor; a triagem fitoquímica foi realizada a partir de métodos tradicionais. Verificou-se a presença de taninos condensados e flavonoides em ambas as espécies, e não foi confirmada a presença de saponinas e alcaloides em nenhuma das amostras.

Tratamento anaeróbio de efluente de curtume de acabamento associado a membranas de micro e ultrafiltração

Esta pesquisa teve por objetivo avaliar aspectos fundamentais para o emprego de processo anaeróbio associado a membranas de micro e ultrafiltração no tratamento de efluentes de curtume oriundos do processo de acabamento. Para tanto, foi utilizada uma unidade piloto composta de um reator anaeróbio de mistura completa com um volume útil de 40 L, uma unidade de microfiltração para separação de biomassa e uma unidade de ultrafiltração para reter no sistema compostos macromoleculares (taninos). O material constituinte das membranas era cerâmica e o diâmetro médio de poro, especificado pelo fabricante, da microfiltração foi 0,2 mm e da ultrafiltração 0,005 mm. A biomassa no reator anaeróbio foi inoculada para que a concentração inicial fosse de 7.000 mg/L de SVT, sendo a origem desta um reator UASB tratando efluente de uma fábrica de gelatina. O trabalho foi desenvolvido em três etapas, sendo utilizadas diferentes pressões nas membranas, a saber: na primeira etapa as membranas foram operadas com um pressão de 800 kPa, na segunda com uma pressão de 600 kPa e na terceira etapa a pressão utilizada foi de 400 kPa. A remoção de cromo foi superior a 95% em todas as etapas, sendo que a maior remoção ocorreu no conjunto reator anaeróbio e microfiltração. Este comportamento deveu-se à fixação deste metal na biomassa e à conseqüente retenção desta na operação de microfiltração. A remoção média de matéria orgânica, avaliada através do parâmetro DQO, para as três etapas estudadas foi 68,13%, 58,32% e 60,17% e, em todo o sistema, de 81,93%, 76,20% e 69,15%. Ocorreu remoção total dos sólidos suspensos já que o diâmetro de poro da membrana de microfiltração era 55,55% inferior ao diâmetro de poro utilizado nas membranas para determinação de sólidos suspensos. Já para sólidos totais, onde inclui-se os dissolvidos, esta eficiência variou de 42% a 63%.

Otimização de solução extrativa e desenvolvimento tecnológico de produto seco por aspersão de Psidium guajava L.

The increasing in the consumption of plant medicine by parts of the population generated a bigger need for studies. Drug substitutions, changes and adulterations at the production techniques are common places at plant-originated drugs trade, leading governmental departments of drug control round the world to adopt many analytical practices to medicinal plants. However, agronomic and technological issues cause characteristics and chemical composition variation at the drug, problem to be solved by the subject researchers. The present work aims to obtain a spray dried extract from a extractive solution obtained from Psidium guajava L. leaves based in book references that stress the intermediate dosage forms advantages. It also tries to validate useful methodologies for the quality control for both raw material and its derivates. Using eight sets of the spray dried extract (with Eudragit®, Aerosil ® e Avicel PH101 ® as drying adjuvants), the study proposes analytical methods using techniques commonly performed to plant medicines and its intermediate forms. As results, a viable spray-dried extract was obtained from a standartized extract solution. Among the studied adjuvants, the combination Aerosil ® with Eudragit ® showed the drying outcome, rheology, humidity and tannin content values that best fitted the demands of the Brazilian Pharmacopaea

Processo de desidratação da alga Gracilaria birdiae beneficiada em laboratório e artesanalmente: análise da atividade antioxidante e composição centesimal

The main aim of this study was to compare the procedure for dehydration of Gracilaria birdiae prepared handmade and laboratory, collected in the northern coast of Rio Grande do Norte. The sample was collected in the Rio do Fogo beach in march 2009. The sample collected followed by two processing, the first the material prepared in laboratory was air-dried at 50°C for 24 hours in air-flow oven. The second the handmade sample was air-dried on the sun during three days. The extract was prepared in three different solvents: ethanol, hydroethanol and water, resulting in ethanol, hidroethanol and aqueous extracts from handmade and laboratory sample. In according with results only the ethanol extract was fractionated yielding the fractions hexane, dichloromethane and ethyl acetate fractions. The different process to obtain Gracilaria birdiae resulted in the samples with different shades. The soluble solids content was higher in the laboratory sample. The chemical composition the both samples were characterized by presenting a considerable amounts of carbohydrates, with amior percentage protein and ash, respectively, in the handmade and laboratory sample. In two samples showed a low content of lipids and the lipid profile showed a higher proportion of monounsaturated fatty acids, with the absence polyunsaturated handmade sample. The phytochemical screening by chemical reactions showed the presence of flavonoids, tannins, alkaloids and saponins the laboratory sample, presenting a greater diversity of bioactive compounds. Through of the analysis by thin layer chromatography was possible to identify the phytosterols β-sitosterol and stigmasterol the both samples, also suggest the presence of β-carotene and chlorophyll α the laboratory sample. The levels of total phenolics and flavonoids were more significant in the ethanol extract of the laboratory sample. The in vitro lethality showed that extracts of the laboratory sample and handmade from 125 to 500 μg/ mL, respectively, were highly lethal. In the evaluation of antioxidant capacity by the system β-carotene/ácido linoleic method and by DPPH radical scavernging assay, the ethanol extract from the laboratory process showed significantly greater activity than the other extracts, being and the first and second methods, respectively, lower and equivalent to the synthetic antioxidant BHT. The handmade ethanol extract has not demonstrated skill in deactivating free radicals, but showed activity in inhibiting lipid peroxidation, although the values were significantly lower than the laboratory sample. We conclude that the dehydration process in the laboratory is the most efficient technique to maintenance of the chemical composition present in the seaweed, providing beneficial properties such as antioxidant capacity. We emphasize that this property can be explored with the objective of adding commercial value to the final product, which will promote the expansion of production of this seaweed in the community of Rio do Fogo

Desenvolvimento e validação de método analítico para determinação de teor de ácido gálico e catequina no fitoterápico sanativo® por cromatografia líquida de alta eficiência

The herbal medicine Sanativo® is produced by the Pernambucano Laboratory since 1888 with indications of healing and hemostasis. It is composed of a fluid extract about Piptadenia colubrina, Schinus terebinthifolius, Cereus peruvianus and Physalis angulata. Among the plants in their composition, S. terebinthifolius and P. colubrina have in common phenolic compounds which are assigned most of its pharmacological effects. The tannins, gallic acid and catechin were selected as markers for quality control. The aim of this study was the development and validation of analytical method by HPLC/UV/DAD for the separation and simultaneous quantification of gallic acid (GAC) and catechin (CTQ) in Sanativo®. The chromatographic system was to stationary phase, C-18 RP column, 4,6 x 150 mm (5 mm) under a temperature of 35 ° C, detection at 270 and 210 nm. The mobile phase consisted of 0.05% trifluoroacetic acid and methanol in the proportions 88:12 (v/v), a flow rate of 1 ml/min. The analytical method presented a retention factor of 0.30 and 1.36, tail factor of 1.8 and 1.63 for gallic acid and catechin, respectively, resolution of 18.2, and theoretical plates above 2000. The method validation parameters met the requirements of Resolution n º 899 of May 29, 2003, ANVISA. The correlation coefficient of linear regression analysis for GAC and CTQ from the standard solution was 0.9958 and 0.9973 and when performed from the Sanativo® 0.9973 and 0.9936, the matrix does not interfere in the range 70 to 110 %. The limits of detection and quantification for GAC and CQT were 3.25 and 0.863, and 9.57 and 2.55 mg/mL, respectively. The markers, GAC and CQT, showed repetibility (coefficient of variation of 0.94 % and 2.36 %) and satisfactory recovery (100.02 ± 1.11 % and 101.32 ± 1.36 %). The method has been characterized selective and robust quantification of GAC and CTQ in the Sanativo® and was considered validated

Avaliação da influência de substâncias fenólicas e carotenoides na anomalia do epicarpo da goiaba, anelamento

A anomalia do epicarpo da goiaba, comumente relatada por agricultores e técnicos como o anelamento juvenil da goiaba, tem causado preocupação devido à desinformação sobre o assunto. O objetivo deste estudo foi analisar quimicamente as concentrações de substâncias fenólicas e carotenoides na região do epicarpo de goiabas afetadas pelo anelamento, visando a caracterizar essa anomalia previamente relatada. Foram analisadas substâncias fenólicas (taninos, flavonas/flavonóis, antocianinas e fenóis totais) e carotenoides em epicarpos de frutos verdes e maduros de goiabeiras cv. Paluma, com e sem anomalia. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado, sendo estabelecidos seis tratamentos com o epicarpo dos frutos maduro sem anomalia na região inferior (FMSI); frutos maduros sem injuria na região superior (FMSS); frutos verdes sem anomalia na região inferior (FVSI); frutos verdes sem anomalia na região superior (FVSS); frutos verdes com anomalia na região inferior (FVCI); frutos verdes com anomalia na região superior (FVCS). Dentre as substâncias analisadas, os carotenoides, os taninos e os fenóis totais mostram indicativos para a caracterização do anelamento. Tanto substâncias fenólicas quanto carotenoides apresentam propriedades antioxidantes e, dessa forma, poderiam estar relacionadas à defesa antioxidante causada por um fator de estresse ainda desconhecido, que promove o anelamento característico apresentado pelas goiabas.

Characterization of condensed tannins from native legumes of the Brazilian northeastern semi-arid

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

Estudo das interações polifenol-proteína e das reações de escurecimento não-enzimático para o processamento de cajuína

The cashew, a fruit from Brazilian Northeast is used to produce juice due to its flavor and vitamin C richness. However, its acceptance is limited due to its astringency. Cajuína is a derivate product appreciated by its characteristic flavor, freshness and lack of astringency, due to tannin removal. Cajuína is a light yellow beverage made from clarified cashew juice and sterilized after bottling. It differs from the integral and concentrated juice by the clarification and thermal treatment steps. Many problems such as haze and excessive browning could appear if these steps are not controlled. The objective of this work was divided into two stages with the aim to supply process information in order to obtain a good quality product with uniform characteristics (sensory and nutritional). Polyphenol-protein interaction was studied at the clarification step, which is an empirical process, to provide values on the amount of clarifying solution (gelatin) that must be added to achieve a complete juice clarification. Clarification essays were performed with juice dilutions of 1:2 and 1:10 and the effect of metabissulfite and tannic acid addition was evaluated. It was not possible to establish a clarification point. Metabissulfite did not influenced the clarification process however tannic acid addition displaced the clarification point, showing the difficulty visual monitoring of the process. Thermal treatment of clarified juice was studied at 88, 100, 111 e 121 °C. To evaluate the non-enzymatic browning, vitamin C, 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) and sugar variation were correlated with color parameters (reflectance spectra, color difference and CIELAB). Kinetic models were obtained for reflectance spectra, ascorbic acid and 5-HMF. It was observed that 5-HMF introduction followed a first order kinetic rate at the beginning of the thermal treatment and a zero order kinetic at later process stages. An inverse correlation was observed between absorbance at 420 nm and ascorbic acid degradation, which indicates that ascorbic acid might be the principal factor on cajuína non-enzymatic browning. Constant sugar concentration showed that this parameter did not contribute directly to the nonenzymatic browning. Optimization techniques showed showed that to obtain a high vitamin C and a low 5-HMF content, the process must be done at 120 ºC. With the water-bath thermal treatment, the 90 °C temperature promoted a lower ascorbic acid degradation at the expense of a higher 5-HMF level

Fermentação alcoólica utilizando líquido da casca de coco verde como fonte de nutrientes

The liquid of the rind of green coconut (LCCV), an effluent stream from the industrial processing of green coconut rind, is rich in sugars and is a suitable feedstock for fermentation. The first step of this study was to evaluate the potential of natural fermentation of LCCV. As the literature did not provide any information about LCCV and due to the difficulty of working with such an organic effluent, the second step was to characterize the LCCV and to develop a synthetic medium to explore its potential as a bioprocess diluent. The third step was to evaluate the influence of initial condensed and hydrolysable tannins on alcoholic fermentation. The last step of this work was divided into several stages: in particular to evaluate (1) the influence of the inoculum, temperature and agitation on the fermentation process, (2) the carbon source and the use of LCCV as diluent, (3) the differences between natural and synthetic fermentation of LCCV, in order to determine the best process conditions. Characterization of LCCV included analyses of the physico-chemical properties as well as the content of DQO, DBO and series of solids. Fermentation was carried out in bench-scale bioreactors using Saccharomyces cerevisiae as inoculum, at a working volume of 5L and using 0.30% of soy oil as antifoam. During fermentations, the effects of different initial sugars concentrations (10 - 20%), yeast concentrations (5 and 7.5%), temperatures (30 - 50°C) and agitation rates (400 and 500 rpm) on pH/sugars profiles and ethanol production were evaluated. The characterization of LCCV demonstrated the complexity and variability of the liquid. The best conditions for ethanol conversion were (1) media containing 15% of sugar; (2) 7.5% yeast inoculum; (3) temperature set point of 40°C and (4) an agitation rate of 500 rpm, which resulted in an ethanol conversion rate of 98% after 6 hours of process. A statistical comparison of results from natural and synthetic fermentation of LCCV showed that both processes are similar

Estudo fitoquímico de goiaba (Psidium guajava L.) com potencial antioxidante para o desenvolvimento de formulação fitocosmética

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Caracterização farmacognóstica do jambolão (Syzypiam cumini (L.) Skeels)

A padronização de um fitoterápico é etapa imprescindível para garantia da qualidade de medicamentos contendo plantas medicinais. Objetivou-se padronizar Syzygiam cumini (L.) Skeels e para tanto se estabeleceram parametros tais como, avaliação morfoanatômica das folhas, morfológica das flores e dos frutos, avaliação granulométrica da droga rasurada (frutos), determinação da umidade, avaliação dos processos de secagem, determinação do teor de extrativos e do teor de taninos (monômeros e polimeros). O estudo anatômico das folhas revelou a inexistência de pêlos no sistema dérmico, assim como a ocorrência de glândulas secretoras, drusas, colênquima e esclerênquima. As flores são hermafroditas, com androceu polistêmone e gineceu com ovário ínfero, gamocarpelar, bilocular com placentação axial. Observou-se elevado teor extrativo (38,57%). O diâmetro médio de partícula dos frutos secos moídos ficou em 0,630 mm. O processo de secagem dos frutos influenciou o teor de taninos totais. O teor de taninos determinado ficou em 5,10% para monômeros e 11,30% para os polimeros.