Valorization of an Industrial Organosolv-Sugarcane Bagasse Lignin: Characterization and Use as a Matrix in Biobased Composites Reinforced With Sisal Fibers

In the present study, the main focus was the characterization and application of the by-product lignin isolated through an industrial organosolv acid hydrolysis process from sugarcane bagasse, aiming at the production of bioethanol. The sugarcane lignin was characterized and used to prepare phenolic-type resins. The analysis confirmed that the industrial sugarcane lignin is of HGS type, with a high proportion of the less substituted aromatic ring p-hydroxyphenyl units, which favors further reaction with formaldehyde. The lignin-formaldehyde resins were used to produce biobased composites reinforced with different proportions of randomly distributed sisal fibers. The presence of lignin moieties in both the fiber and matrix increases their mutual affinity, as confirmed by SEM images, which showed good adhesion at the biocomposite fiber/matrix interface. This in turn allowed good load transference from the matrix to the fiber, leading to biobased composites with good impact strength (near 500 J m(-1) for a 40 wt% sisal fiber-reinforced composite). The study demonstrates that sugarcane bagasse lignin obtained from a bioethanol plant can be used without excessive purification in the preparation of lignocellulosic fiber-reinforced biobased composites displaying high mechanical properties. Biotechnol. Bioeng. 2010;107: 612-621. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc.

Characterization of banana, sugarcane bagasse and sponge gourd fibers of Brazil

In recent times, increasing attention has been paid to the use of renewable resources particularly of plant origin keeping in view the ecological concerns, renewability and many governments passing laws for the use of such materials. On the other hand, despite abundant availability of lignocellulosic materials in Brazil, very few attempts have been made about their utilization, probably due to lack of sufficient structure/property data. Systematic studies to know their properties and morphology may bridge this gap while leading to value addition to these natural materials. Chemical composition, X-ray powder diffraction, and morphological studies and thermal behavior aspects in respect of banana, sugarcane bagasse sponge gourd fibers of Brazilian origin are presented. Chemical compositions of the three fibers are found to be different than those reported earlier. X-ray diffraction patterns of these three fibers exhibit mainly cellulose type I structure with the crystallinity indices of 39%, 48% and 50% respectively for these fibers. Morphological studies of the fibers revealed different sizes and arrangement of cells. Thermal stability of all the fibers is found to be around 200 degrees C. Decomposition of both cellulose and hemicelluloses in the fibers takes place at 300 degrees C and above, while the degradation of fibers takes place above 400 degrees C. These data may help finding new uses for these fibers. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sugarcane spirit extracts of oak and Brazilian woods: antioxidant capacity and activity

Sugarcane spirit extracts of six different Brazilian woods for potential use in manufacturing aging casks were compared with similar extracts of five oak samples from different geographic origin and heat treatment regarding: (1) content of phenolics and copper; (2) radical reducing capacity and reactivity toward 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical (DPPH center dot); and (3) effect on the rate of oxygen depletion rate in a peroxidating lipid model system. Total phenolic contents of the Brazilian wood extracts ranged from 0.65 (canela-sassafras) to 6.4 (jatoba) mmol(GAE) L(-1) and from 1.39 to 2.87 mmol(GAE) L(-1) for oak extracts. Flavonoids ranged from 1.54 x 10(-4) (ipe) to 6.5 x 10(-2) (oak) mmol(rutin) L(-1), and tannins from below the detection limit to 0.22 (jatoba) mmol(tannic acid) L(-1). Correlation was observed for the antioxidant capacity versus phenolics/flavonoids/tannins content, where oak extracts exhibit the highest radical scavenging capacity compared to Brazilian woods. Rate constant for radical scavenging by the extracts ranged from 4.9 x 10(3) M(-1) s(-1)(canela-sassafras) to 9.7 x 10(4) M(-1) s(-1) (oak). The oxygen consumption index showed the Brazilian woods amendoim and jatoba to be more efficient inhibitors than the oak extracts for lipid autoxidation initiated by metmyoglobin, despite that the oak extracts seem to be more efficient to scavenge DPPH center dot. No simple correlation with phenolics or copper content could be established, and a prooxidative tendency was observed for the extracts of canela-sassafras, castanheira, and louro-canela.

Development of a new stir bar sorptive extraction coating and its application for the determination of six pesticides in sugarcane juice

In this article, a novel polydimethylsiloxane/activated carbon (PDMS-ACB) material is proposed as a new polymeric phase for stir bar sorptive extraction (SBSE). The PDMS-ACB stir bar, assembled using a simple Teflon (R)/glass capillary mold, demonstrated remarkable stability and resistance to organic solvents for more than 150 extractions. The SBSE bar has a diameter of 2.36 mm and a length of 2.2 cm and is prepared to contain 92 mu L of polymer coating. This new PDMS-ACB bar was evaluated for its ability to determine the quantity of pesticides in sugarcane juice samples by performing liquid desorption (LD) in 200 mu L of ethyl acetate and analyzing the solvent through gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). A fractional factorial design was used to evaluate the main parameters involved in the extraction procedure. Then, a central composite design with a star configuration was used to optimize the significant extraction parameters. The method used demonstrated a limit of quantification (LOQ) of 0.5-40 mu g/L, depending on the analyte detected; the amount of recovery varied from 0.18 to 49.50%, and the intraday precision ranged from 0.072 to 8.40%. The method was used in the analysis of real sugarcane juice samples commercially available in local markets.

Coumarins and phenolic fingerprints of oak and Brazilian woods extracted by sugarcane spirit

A total of 25 sugarcane spirit extracts of six different Brazilian woods and oak, commonly used by cooperage industries for aging cachaca, were analyzed for the presence of 14 phenolic compounds (ellagic acid, gallic acid, vanillin, syringaldehyde, synapaldehyde, coniferaldehyde, vanillic acid, syringic acid, quercetin, trans-resveratrol, catechin, epicatechin, eugenol, and myricetin) and two coumarins (scopoletin and coumarin) by HPLC-DAD-fluorescence and HPLC-ESI-MS(n). Furthermore, an HPLC-DAD chromatographic fingerprint was build-up using chemometric analysis based on the chromatographic elution profiles of the extracts monitored at 280 nm. Major components identified and quantified in Brazilian wood extracts were coumarin, ellagic acid, and catechin, whereas oak extracts shown a major contribution of catechin, vanillic acid, and syringaldehyde. The main difference observed among oak and Brazilian woods remains in the concentration of coumarin, catechin, syringaldehyde, and coniferaldehyde. The chemometric analysis of the quantitative profile of the 14 phenolic compounds and two coumarins in the wood extracts provides a differentiation between the Brazilian wood and oak extracts. The chromatographic fingerprint treated by multivariate analysis revealed significant differences among Brazilian woods themselves and oak, clearly defining six groups of wood extracts: (i) oak extracts, (ii) jatoba extracts, (iii) cabreuva-parda extracts, (iv) amendoim extracts, (v) canela-sassafras extracts and (vi) pequi extracts.

Removal of Zn(2+) from Electroplating Wastewater Using Modified Wood Sawdust and Sugarcane Bagasse

This paper describes the preparation of new adsorbents derived from sugarcane bagasse and wood sawdust (Manilkara sp.) to remove zinc (II) ions from electroplating wastewater. The first part deals with the chemical modification of sugarcane bagasse and wood sawdust, using succinic anhydride to introduce carboxylic acid functions into the material. The obtained materials (modified sugarcane bagasse MB2 and modified wood sawdust MS2) were then characterized by infrared spectroscopy (IR) and used in adsorption experiments. The adsorption experiments evaluates Zn(2+) removal from aqueous single metal solution and real electroplating wastewater on both batch and continuous experiments using fixed-bed columns prepared in laboratorial scale with the obtained adsorbents. Adsorption isotherms were then developed using Langmuir model and the Thomas kinetic model. The calculated Zn(2+) adsorption capacities were found to be 145 mg/g for MS2 and 125 mg/g for MB2 in single metal aqueous solution, whereas for the industrial wastewater these values were 61 mg/g for MS2 and 55 mg/g for MB2.

Evolução do mercado de herbicidas em culturas de cana-de-açucar (Saccharum offinarum L.)

Nos últimos anos, a expansão do consumo de açúcar e, principalmente, etanol, tem feito com que a área cultivada com cana-de-açúcar cresça em um ritmo bastante acelerado. A utilização de herbicidas nas áreas de cana é uma importante ferramenta no combate a plantas daninhas, reduzindo as perdas de produtividade de maneira eficiente e economicamente viável. O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento do uso de herbicidas mediante a expansão da cultura, buscando (i) avaliar a evolução do mercado de herbicidas na cultura, considerando os níveis de adoção, área tratada, tamanho do mercado em valor e principais plantas controladas; (ii) analisar a evolução dos custos por hectare com herbicidas; (iii) identificar os principais mecanismos de ação dos produtos utilizados, e (iv) avaliar se houve aumento no volume de produtos aplicados por hectare. Para isso, foram utilizados dados de pesquisas de mercado realizadas entre os anos de 2004 e 2009 junto a usinas de açúcar e álcool. As informações foram coletadas através de questionários estruturados e tratadas estatisticamente para se chegar ao mercado real extrapolado. Desse estudo, pôde-se concluir que houve aumento na área de cana tratada com herbicida e do mercado em valor, crescimento esse fundamentado na ampliação da área de produção, uma vez que a taxa de adoção sofreu leve aumento; Já o custo por hectare, após alguns anos de estabilidade, sofreu redução na última safra; Em relação aos mecanismos de ação, o principal grupo utilizado é o dos inibidores da fotossíntese II. Entretanto, proporcionalmente, os segmentos que apresentaram maior aumento na participação de mercado foram os grupos inibidores da síntese de caroteno, inibidores da PROTOX e inibidores da divisão celular. O único grupo que sofreu decréscimo em termos de área aplicada foi o dos inibidores da fotossíntese I; Mesmo com o aumento no volume total de produtos utilizados, não é possível afirmar que há tendência de aumento ou redução na quantidade aplicada por hectare.

Environmental regulation, technology adoption and structural transformation: evidence from Brazilian sugarcane industry

We estimate the effects of the adoption of mechanized agriculture led by a new environmental regulation on structural change of local labor markets within a large emerging country, Brazil. In 2002, the state of S\~{a}o Paulo passed a law outlying the timeline to end sugarcane pre-harvest burning in the state. The environmental law led to the fast adoption of mechanized harvest. We investigate if the labor intensity of sugarcane production decreases; and, if so, if it leads to structural changes in the labor market. We use satellite data containing the type of sugarcane harvesting -- manual or mechanic harvest -- paired with official labor market data.%, also geomorphometric data base for our instrumental variable correction. We find suggestive evidence that mechanization of the field led to an increase in utilization of formal workers and a reduction in formal labor intensity in the sugarcane sector. This is partially compensated by an increase in the share of workers in other agricultural crops and in the construction and services sector. Although we find a reduction in employment in the manufacturing sector, the demand generated by the new agro-industries affected positively the all sectors via an increase in workers' wage.

Avaliação de parâmetros de estresse oxidativo em plantas de cana-de-açúcar tratadas com peróxico de hidrogênio

The genus Saccharum belongs to Poaceae family. Sugarcane has become important monocultures in Brazil due to their products: ethanol and sugar. The production may change between different regions from Brazil. This difference is related to soil, climatic conditions and temperature that promotes oxidative stress that may induce an early flowering. The aim of this work was to identify the effects of oxidative stress. In order to analyse this, sugarcane plants were submitted to oxidative stress using hydrogen peroxide. After this treatment, the oxidative stress were analyzed Then, the plant responses were analyzed under different approaches, using morphophysiological, biochemical and molecular tools. Thus, sugarcane plants were grown under controlled conditions and until two months they were subjected first to a hydroponics condition for 24 hours in order to acclimation. After this period, these plants were submitted to oxidative stresse using 0 mM, 10 mM, 20 mM and 30 mM hydrogen peroxide during 8 hours. The histomorphometric analysis allowed us to verify that both root and leaf tissues had a structural changes as it was observed by the increased in cell volume, lignin accumulation in cell walls. Besides, this observation suggested that there was a change in redox balance. Also, it was analyzed the activity of the SOD, CAT and APX enzymes. It was observed an increase in the SOD activity in roots and it was also observed a lipid peroxidation in leaves and roots. Then, in order to identify proteins that were differently expressed in this conditions it was used the proteomic tool either by bidimensional gel or by direct sequencing using the Q-TOF EZI. The results obtained with this approach identified more than 3.000 proteins with the score ranging from 100-5000 ions. Some of the proteins identified were: light Harvesting; oxygenevolving; Thioredoxin; Ftsh-like protein Pftf precusor; Luminal-binding protein; 2 cys peroxiredoxin e Lipoxygenase. All these proteins are involved in oxidative stress response, photsynthetic pathways, and some were classified hypothetical proteins and/or unknown (30% of total). Thus, our data allows us to propose that this treatment induced an oxidative stress and the plant in response changed its physiological process, it made changes in tissue, changed the redox response in order to survival to this new condition

Padrões de infestação de comunidades de plantas daninhas no agroecossistema de cana-crua

Objetivou-se neste trabalho a obtenção de padrões de infestação de plantas daninhas na cultura de cana-de-açúcar com histórico de colheita mecanizada sem queima prévia da palha. Foram realizadas amostragens em 28 talhões na região de Ribeirão Preto, SP; em cada talhão foram demarcadas unidades de avaliação e coleta, na proporção de duas por hectare, que consistiram de áreas (quatro linhas de 4 metros de comprimento) mantidas sem controle de plantas daninhas e onde foram realizadas as amostragens de plantas emergidas. As amostragens foram realizadas aos 120 dias após o corte, com quadrados vazados (0,5 x 0,5 m) lançados aleatoriamente duas vezes em cada uma das unidades de avaliação e coleta. Com os dados obtidos, calculou-se a importância relativa e o índice de agregação das espécies ou grupo de espécies. Esses índices foram usados no processamento da análise de agrupamento hierárquica, utilizando como medida de semelhança a distância euclidiana e como estratégia de agrupamento o método UPGMA (Unweighted Pair-Group Method using arithmetic Averages). Foi possível distinguir quatro grupos em função da importância relativa e cinco grupos de talhões em função do índice de agregação; dentro de alguns grupos houve formação de subgrupos.

Determinação dos períodos de convivência da cana-soca com plantas daninhas

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de determinar o período anterior à interferência (PAI) e o período total de prevenção à interferência (PTPI) das plantas daninhas em cana-de-açúcar (cana-soca, segundo corte) do cultivar SP803280. O experimento foi instalado sobre um Latossolo Vermelho. Os tratamentos experimentais constituíram de períodos crescentes de controle ou de convivência das plantas daninhas com a cultura: 0, 015, 0-34, 0-59. 0-90, 0-124, 0-157 e 0-269 dias (colheita da cana), totalizando 16 tratamentos, dispostos no delineamento de blocos ao acaso com quatro repetições. As plantas daninhas mais frequentes encontradas na área experimental foram: capim-colonião (Panicum maximum), carrapicho-de-carneiro (Acanthospermum hispidum) e apaga-fogo (Alternanthera tenella). Os resultados obtidos, admitindo-se 2 e 5% de redução, na produção de colmos da cana-de-açúcar revelaram que o período anterior à interferência (PAI) tolerado pela cultura foi de 9 e 18 dias após a brotação (DAB), e o período total de prevenção à interferência (PTPI), de 200 e 137 DAB, respectivamente, resultando num período crítico de prevenção à interferência de 9 aos 200 DAB para 2% e 18 aos 137 DAB para 5% de redução.

Banco de sementes de plantas daninhas e sua correlação com a flora estabelecida no agroecossistema cana-crua

O conhecimento da composição específica do banco de sementes de plantas daninhas e a sua correlação com a flora estabelecida são importantes para nortear o manejo a ser adotado e a escolha dos herbicidas. A colheita mecanizada de cana-de-açúcar acarretou mudanças significativas na composição da flora infestante, quando proporcionou a manutenção de uma camada de palha, reduziu a movimentação do solo e dispensou a prática da queimada. Foram realizados levantamentos do banco de sementes e da flora de plantas daninhas que se estabeleceu em 28 talhões colhidos mecanicamente, sem queima prévia da palha. Com base nos dados de banco de sementes, efetuaram-se estudos fitossociológicos e de correlação entre a composição do banco de sementes e a flora emergida. As principais espécies presentes no banco de sementes foram as pertencentes à classe das dicotiledôneas anuais, com destaque para Amaranthus spp. e diversas espécies de Euphorbiaceae e Convolvulaceae. As sementes de gramíneas tradicionais da cultura tiveram pouca participação. O banco de sementes apresentou correlação não-significativa com a flora emergente, independentemente da época de colheita do talhão, da metodologia de quantificação do banco de sementes e das espécies de plantas daninhas.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: I - Tiririca

Com o objetivo de estudar períodos de interferência entre plantas daninhas e a cultura da cana-de-açúcar, foi instalado um experimento no município paulista de Pradópolis, numa área pertencente à usina São Martinho, onde a cana-deaçúcar foi plantada no mês de abril de 1995 e colhida quinze meses depois. As condições climáticas no estado de São Paulo após o plantio deste experimento (época normal de plantio da cana-de-açúcar no estado de São Paulo) são caracterizadas por deficiência hídrica e temperaturas amenas, sendo que o períodos chuvoso iniciou-se apenas quatro meses após o plantio. O resultados obtidos no experimento permitiram concluir que a cana-de-açúcar suportou um pequeno período de convivência inicial, de zero aos 41 dias após o plantio (DAP), sem sofrer interferência significativa de diminuição da produção. No entanto, o controle da tiririca por um período curto (dos aos 22 dias após o plantio da cana-de-açúcar foi suficiente para assegurar a produção.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: III - capim-braquiária (Brachiaria decumbens) e capim-colonião (Panicum maximum)

Um experimento foi conduzido em São João da Boa Vista-SP, com o objetivo de determinar o período anterior à interferência (PAI) e o período total de prevenção à interferência (PTPI) das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar. A cana foi plantada em abril de 1995, na época de plantio caracterizada por maior deficiência hídrica. A comunidade infestante presente foi variada, sendo Brachiaria decumbens e Panicum maximum as espécies mais importantes. Essa comunidade tendeu a apresentar acúmulo crescente de matéria seca durante todo o período de avaliação e reduziu em até 40% a produtividade de colmos da cana-de-açúcar. A cultura conviveu com a comunidade infestante até 74 dias após o plantio, sem sofrer redução significativa na produtividade (PAI). O período mínimo de controle para garantir a produtividade foi de 127 DAP (PTPI). Dessa forma, o controle das plantas daninhas foi crítico no período compreendido entre 74 e 127 dias após o plantio.

Organização das comunidades infestantes de plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar em agrupamentos-padrão

O objetivo deste estudo foi avaliar a possibilidade de agrupar talhões de cana-de-açúcar colhida mecanicamente e sem queima prévia da palha na região de Ribeirão Preto-SP, de acordo com o potencial de infestação de plantas daninhas, por meio de análise de agrupamento por método hierárquico e outras técnicas de análise multivariada, utilizando como variável o índice de infestação relativa atribuído por avaliações visuais, em duas etapas. A primeira contemplou 20 talhões de cana-planta com ciclo de 18 meses; essas áreas foram utilizadas para comparação de dois métodos de estimativa da composição específica da flora daninha: análise fitossociológica e por meio da porcentagem visual de cobertura geral (CG) e específica (CE). A segunda etapa consistiu no levantamento da composição específica da comunidade de plantas daninhas em 189 talhões, em áreas de cana-soca colhidas durante a safra de 2008, incluindo nesses talhões apenas CG e CE. Com as informações sobre os levantamentos da comunidade infestante foi construído um banco de dados, posteriormente submetido a análises exploratórias por técnicas de estatística multivariada. Para as principais espécies dentro dos talhões, que foram DIGNU, ARACH, IPOHF, MRRCI e IPOQU, seguidas de CYPRO, ELEIN e EPHHS, foram verificados 75% de coincidências de resultados entre os dois métodos de avaliação. Também notou-se que as avaliações visuais de porcentagem de cobertura das espécies podem substituir, para fins de praticidade, agilidade e aplicabilidade, as avaliações fitossociológicas, uma vez que proporcionaram boa capacidade de detecção das principais plantas daninhas dentro de cada talhão. As técnicas de estatística multivariada demonstraram que os talhões podem ser agrupados de acordo com semelhanças na intensidade da infestação e na composição específica.