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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Seleção de famílias e progênies de irmãos completos de cana-de-açúcar para atributos tecnológicos e de produção pelo método de REML/BLUP

The objective of this study was to assess families and highlight the superior progenies of sugarcane originating from 38 biparental crosses for the following attributes: tons of cane per hectare (TCH), tons of biomass per hectare (TBIOH), brix (% cane juice), fiber content, purity, pol and total recoverable sugar (TRS). The data were analyzed by mixed model REML / BLUP in the REML (Restricted Maximum Likelihood) allowed us to estimate genetic parameters and BLUP (best linear unbiased prediction) to predict the additive and genotypic values. The best family for the attributes TCH and TBIOH was 41, whose parents are cultivars IACSP022019 x CTC9. In individual selection for TCH, the plant number 3 of Block 2, the crossing 78, showed the best results. To TBIOH the plant number 33, Block 1, family 41, showed the best results. Families 40, 41, 43, 68, 69, 79, 91, 92 and 147, were higher for the variables brix, pol, purity, and ATR, where as 85 families, 147, 148, 149, 161, 163, 177, 178, 179, and 183 were higher for fiber. The family 147 whose parents are IACSP042286 x IACSP963055, showed three progenies ranked among the top ten for both brix, and for fiber, which identifies the combination as a potential source of progenies for bioenergy production.

Reflexos do processamento de cana-de-açúcar bisada na qualidade do açúcar VHP

The aim of this study was to compare the quality of clarifi ed juice and VHP (Very High Purity) sugar produced from “bisada” sugarcane and an early maturation variety, at the beginning of harvest. The experiment was conducted at Usina São Martinho S/A, Pradópolis,SP (Brazil). The process of juice clarifi cation and sugar production was conducted at the Laboratory of Technology of Sugar and Alcohol in the College of Agricultural and Veterinary Sciences at the Universidade Estadual Paulista (FCAV/UNESP), Jaboticabal (SP). The experimental design was randomized, and two varieties were used: SP83-2847 (“bisada” sugarcane) and RB855156 (early maturation), with twelve replications for technological analysis and four replications for sugar production. The clarifi cation process and the clarifi ed juice was evaluated in terms of settling rates, volume of sludge that formed, total soluble solids, pH, turbidity, total phenolic compounds, starch and color. The sugar was characterized regarding the percentage of apparent sugar, color, total phenolic compounds, starch, fi lterability, humidity and safety factor. It was verifi ed that the processing of the juice clarifi cation was not affected by the processing of the “bisada” sugarcane. However, the clarifi ed juice from the SP83-2847 variety had a more intense color and a higher total soluble solids value. The sugar produced from the “bisada” sugarcane presented similar quality to the early maturation variety. It was concluded that the processing of “bisada” sugarcane at the start of the harvest did not affect the juice clarifi cation and resulted in VHP sugar of a quality similar to that of the early maturation variety.

Análise energética de sistemas de produção de etanol de mandioca, cana-de-açúcar e milho

The objective of this work was the analysis of the energetic ethanol production systems using as source of carbohydrates, manioc, sugar cane and maize crops. The searches were carried from the field in the Paranapanema River Valley, state of Sao Paulo in the operations of cultivation and industrial processing of raw materials for analysis. The expenditure of energy concerning the agricultural part was made by the energy consumption of stage production of one hectare of sugar cane, cassava and corn, tillage and planting procedure, inputs, driving the crop, harvest, transport industry and energy draining. The expenditure of energy referring to the part was made by the industry energy consumption of stage processing of one tonne of sugar cane, cassava and corn, in the operations of disintegration / milling, hydrolysis / treatment of the broth, fermentation, distillation and maintenance of equipment. Under the system of agronomic production of raw materials, manioc presented an energy expenditure below that of sugar cane and maize (9,528.33 MJ ha-1; 14,370.90 MJ ha-1 and 15,633.83 MJ ha-1, respectively). For the ethanol produced, the operations of cultivation has consumed 1.54 MJ l-1 with manioc; MJ 1.99 l-1 with sugar cane, and 7.9 MJ l-1 with the corn. In the industrial processing of a ton of raw material, sugar cane presented an energy cost less than the cassava and maize (1,641.56 MJ t-1; 2,208.28 MJ t-1 and MJ 3,882.39 t-1, Respectively), however, showed a higher cost than when they related to ethanol produced (19.38 MJ l-1; 11.76 MJ l-1 and 11.76 MJ l-1, respectively). In the final energy balance for each megajoules of energy invested in sugar cane were required 1.09 MJ (9%), for each megajoules of energy invested in manioc were required 1.76 MJ (76%) and for each megajoules energy invested in maize were required 1.19 MJ (19%). Overall, it appears that the manioc consumes less energy than sugar cane and corn crops in the process of agribusiness obtaining ethanol.

Interferência das plantas daninhas na produtividade e na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar no manejo cana-crua e queimada

Pós-graduação em Agronomia (Produção Vegetal) - FCAV

Determinação do teor de glicose em bagaço de cana-de-açúcar hidrolizado pelo processo de conversão enzimática

The production of ethanol and sugar from sugarcane juice generate as byproduct, the bagasse. Currently, the bagasse, an industrial lignocellulosic biomass, can be used for production of second-generation ethanol, since when it is submitted to hydrolytic processes generates fermentable sugars. The objective of this study was to produce fungal enzymes capable of hydrolyzing this lignocellulosic biomass to generate glucose. For this, we used the mushroom species Lentinula edodes, Pleurotus ostreatus, Pleurotus eryngii, and Pycnoporus sanguineus as potential sources of laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase enzymes, capable of hydrolyzing the crushed sugarcane. The hydrolysis process was performed with the highest enzymatic activities observed from laccase in L. edodes (39.23 U-mL after 25 day incubation), P. ostreatus (2.5 U U-mL after 27 day incubation), P. sanguineus (80 U-mL after 27 days of incubation) and P. eryngii (16.45 U-mL 15 days incubation). MnP and LiP showed no significant results. The enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse in natura (32,17% hemicellulose, cellulose 52,45% and 10,62% lignin) and bagasse hydrolyzate with 7,0% H2SO4 (0,20% hemicellulose, 68,82% to 25,33% cellulose and lignin) were evaluated for each enzymatic obtained. Compared to others, the enzymes produced by P. sanguineus incubated in sugarcane bagasse showed better efficiency resulting in glucose with an average content of 0,14 g-L. Although the levels of glucose determined in this work were low in relation to the literature, it can be stated that the laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase enzymes demonstrated good hydrolytic potential, especially those produced by the fungus P. sanguineus.

Pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar, hidrólise e sua caracterização química e estrutural, visando a produção de etanol de segunda geração

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Determinação a baixo custo de açúcares redutores totais em caldo-de-cana, empregando sistemas de análise por injeção em fluxo com o uso de DNS

Determinação a baixo custo de açúcares redutores totais em caldo-de-cana, empregando sistema de análise por injeção em fluxo com o uso de DNS Um sistema de análise por injeção em fluxo foi utilizado para a determinação de açúcares redutores totais em caldo-de-cana. O método é baseado na hidrólise da sacarose, seguido da oxidação dos açúcares redutores pelo ácido 3,5-dinitrosalicílico (DNS) em meio alcalino, e determinação espectrofotométrica em 510 nm. Visando obter melhor sensibilidade e seletividade, os parâmetros volume de amostra e comprimento dos reatores foram estudados para avaliar o comportamento das curvas analíticas. Foram utilizados mini-compressores de aquários no lugar de bomba peristálticas e cela espectrofotométrica em acrílico no lugar de cela de vidro importada, a fim de minimizar o consumo de reagentes e o custo do sistema FIA. O presente sistema foi comparado ao método Lane-Eynon recomendado pelo Ministério da Agricultura. Usando o teste-t, não foram constatadas diferenças significativas entre os resultados dos dois métodos, sendo que os desvios relativos foram ao redor de 1%. O método permite analisar cerca de 14 amostras h-1 com desvio padrão relativo inferior a 1,35%.

Efeitos da microgravidade em plantas de cana-de-açúcar

Sugarcane (Saccharum spp.) is a plant from Poaceae family that has an impressive ability to accumulate sucrose in the stalk, making it a significant component of the economy of many countries. About 100 countries produce sugarcane in an area of 22 million hectares worldwide. For this reason, many studies have been done using sugarcane as a plant model in order to improve production. A change in gravity may be one kind of abiotic stress, since it generates rapid responses after stimulation. In this work we decided to investigate the possible morphophysiological, biochemical and molecular changes resulting from microgravity. Here, we present the contributions of an experiment where sugarcane plants were submitted to microgravity flight using a vehicle VSB-30, a sounding rocket developed by Aeronautics and Space Institute teams, in cooperation with the German Space Agency. Sugarcane plants with 10 days older were submitted to a period of six minutes of microgravity using the VSB-30 rocket. The morphophysiological analyses of roots and leaves showed that plants submitted to the flight showed changes in the conduction tissues, irregular pattern of arrangement of vascular bundles and thickening of the cell walls, among other anatomical changes that indicate that the morphology of the plants was substantially influenced by gravitational stimulation, besides the accumulation of hydrogen peroxide, an important signaling molecule in stress conditions. We carried out RNA extraction and sequencing using Illumina platform. Plants subjected to microgravity also showed changes in enzyme activity. It was observed an increased in superoxide dismutase activity in leaves and a decreased in its activity in roots as well as for ascorbate peroxidase activity. Thus, it was concluded that the changes in gravity were perceived by plants, and that microgravity environment triggered changes associated with a reactive oxygen specie signaling process. This work has helped the understanding of how the gravity affects the structural organization of the plants, by comparing the anatomy of plants subjected to microgravity and plants grown in 1g gravity

Ocorrência de micorrizas arbusculares e da bactéria diazotrofica Acetobacter diazotrophicus em cana-de-açúcar.

Foi avaliada a ocorrência e a distribuição de espécies de fungos micorrízicos arbusculares e A. diazotrophicus em plantios de cana-de-açúcar em diferentes tipos de manejo nos Estados do Rio de Janeiro e Pernambuco. Foram feitas 35 coletas de amostras de solo da rizosfera e de raízes de 14 variedades de cana-de-açúcar para extração de esporos e isolamento da bactéria. O numero de esporos variou de 18 a 2.070/ 100 mL de solo, e os maiores numero e diversidade de espécies foram verificados nos canaviais de Campos, RJ, especialmente naqueles que não adotam a queima de palhico. As espécies predominantes nas três localidades amostradas foram: Acaulospora sp., Scutellospora heterogama, Glomus etunicatum, Glomus occultum e Gigaspora margarita. A. diazotrophicus estava presente nas amostras de raízes colhidas em canaviais de Campos, com exceção de uma coleta de cana-de-açúcar plantada num solo usado como bacia de sedimentação de vinhaça. Não foi possível isolar essa bactéria a partir de esporos desinfestados dos FMAs nativos, apenas dos esporos lavados com agua estéril The occurrence and distribution of species of arbuscular mycorrhizae fungi and Acetobacter diazotrophicus in sugar cane (Saccharum officinarum) grown in different regimes of crop management in the States of Rio de Janeiro and Pernambuco were studied. Thirty five samples of the rhizosphere soil and roots were collected from 14 varieties of sugar cane for the extraction of spores and isolation of the bacterium. The number of spores varied from 18 to 2.070 per 100 mL of soil, and the greatest diversity of fungal species was found in the sugarcane fields of Campos (Rio de Janeiro State), especially in those where the sugarcane trash was not burned at harvest. The predominant species found in the three localities sampled were: Scutellospora heterogama, Glomus etunicatum, Glomus occultum, Glomus macrocarpum, Acaulospora sp. and Gigaspora margarita. A. diazotrophicus was present in almost all samples of root with the exception of one harvest of sugar cane taken from an area used for the sedimentation of vinasse (distillery waste). It was not possible to detect the bacterium from surface sterilised spores of native arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), only from washed ones using sterile water.

Produtividade e qualidade de variedades de cana-de-açúcar de terceira soca sob regime hídrico variável.

O presente trabalho teve como objetivo determinar a produtividade agrícola e a qualidade tecnológica do caldo das variedades da cana-de-açúcar, submetidas a diferentes regimes hídricos. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com três repetições em parcelas subdivididas, com três variedades RB855156, RB835486 e RB867515 (parcela), e sete regimes hídricos correspondendo a 0, 7, 17, 36, 46, 75 e 100% da ETc (subparcela). Foram avaliadas as características de produção: comprimento do entrenó (CE), peso do colmo (PC), número de perfilhos por hectare e produtividade; e tecnológicos do caldo: ºBrix do caldo, Pol do caldo (Teor de sacarose), pureza (PZA), AR (teor de açúcares redutores do caldo), ARC (açúcares redutores da cana), fibras, Pol da cana (PCC), açúcares totais recuperáveis (ATR) e o valor da megagrama da cana (VMgC). O máximo de produtividade da cana-de-açúcar foi de 182,31 Mg ha-1 registrado com irrigação equivalente a 69,01% da ETc; A cana-de-açúcar cultivada com irrigação equivalente a 75% da ETc não proporcionou diferença significativa para a qualidade industrial das variedades testadas em relação ao cultivo em sequeiro (0% da ETc). Não houve diferença significativa para os valores do teor de açúcares redutores (AR), açúcares redutores da cana (ARC) e a pureza do caldo (PZA) entre as variedades. ABSTRACT: This work aimed to determine the agricultural productivity and the technological quality of the juice of the sugarcane varieties, which were submitted to different hydrological regimes. The experimental design was made in randomized blocks with three repetitions in subdivided plots, with three varieties: RB855156, RB835486 and RB867515 (plot), and seven hydrological regimes corresponding to 0, 7, 17, 36, 46, 75 and 100% of ETc (subplot). The following production characteristics were evaluated: length of internode (LI), stem weight (SW), number of tillers per hectare and productivity; and technological components of the juice: ºBrix of the juice, Pol of the juice (sucrose levels), purity (PTY), RS (amount of reducing sugars of the juice), RSC (reducing sugars of the sugarcane plant), fibers, Pol of the sugarcane plant (CPP), total retrievable sugars (TRS) and the value of the sugarcane megagram (Mg). The maximum productivity of sugarcane was 182.31 Mg ha-1, which was registered with irrigation equivalent to 69.01% of ETc. The sugarcane cultivated with irrigation equivalent to 75% of ETc did not provide significant difference for the industrial quality of varieties tested in relation to the non-irrigated cultivation (0% of ETc). There was no significant difference for the values of reducing sugars (RS), the reducing sugars of the sugarcane plant (RSC) and the juice purity (PTY) among varieties.

Produção de açúcares a partir da palha de cana-de-açúcar para a produção de etanol

A crescente demanda por tecnologias que produzam biocombustíveis de maneira sustentável vem incentivando a utilização de diversos materiais lignocelulósicos para tal finalidade. O objetivo deste trabalho foi comparar o potencial de produção de açúcares (glicose e xilose) da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, as duas biomassas foram caracterizadas, mostrando percentuais muito similares de celulose e hemicelulose (42,1% e 22,6% para o bagaço e 39,2% e 22,7% para a palha, respectivamente). Isto evidencia potenciais similares de produção de açúcares. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para comparar os resultados de rendimento de xilose e produção de furfural após as reações de hidrólise ácida das duas biomassas, com o intuito de verificar se este processo, comumente utilizado para o bagaço, pode ser utilizado para a palha. As variáveis que foram avaliadas foram a concentração de ácido (0,5-3,0%m/m), o tempo reacional (15-60min) e a relação sólido-líquido (RSL - 0,1-0,2m/m). Concentrações de 42,72g/L e de 41,31g/L de xilose foram encontradas para a palha e para o bagaço, respectivamente, alcançando rendimentos de xilose superiores a 80%, em reações em laboratório. Também foram realizados ensaios de hidrólise ácida em planta piloto e de hidrólise enzimática em laboratório para avaliar os resultados de rendimento de glicose da palha. Os resultados de rendimento de xilose e produção de inibidores para estas reações foram avaliados e comparados com os dados obtidos em laboratório. Concentrações de 35,2g/Lde xilose e de 27,3g/L de glicose foram encontradas para a palha, alcançando rendimentos de xilose próximos a 100% e de glicose superiores a 64%, em reações de pré-tratamento em planta piloto e em reações de hidrólise enzimática em laboratório. Os resultados evidenciaram que as variáveis concentração de ácido e relação sólido:líquido são as mais influenciam na produção de xilose e glicose

Considerações sobre o impacto ambiental das queimadas da palha de cana-de-açúcar.

Esta publicação sintetiza e apresenta as atividades em andamento na Embrapa-NMA e tece considerações sobre a evolução do conhecimento técnico-científico sobre o impacto ambiental causado pela queima da palha da cana-de-açúcar

Queimadas na colheita da cana-de-açúcar: impactos ambientais, sociais e econômicos.

Atualmente a cultura da cana-de-açúcar no Brasil ocupa mais de oito milhões de hectares e faz do País o maior produtor mundial de cana e seus derivados. Nesse contexto, a região Centro-Sul responde por cerca de 90% da produção total. O Estado de São Paulo, maior produtor, vem buscando viabilizar a sustentabilidade desse agronegócio por meio de um protocolo de intenções, regido por lei, em que a prática da queima da palha da cana deve ser gradativamente reduzida até sua completa eliminação. A completa adoção da colheita mecanizada da cana-de-açúcar possibilitará maior ganho ambiental e resultará em menor emissão de poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa, na melhoria da qualidade do solo, entre tantos outros ganhos. Ao deixar de queimar a palha da cana e fazer a colheita mecanicamente, as usinas e os produtores rurais conseguem reduzir os custos de produção e eliminar os encargos trabalhistas. O setor sucroalcooleiro é responsável por gerar grande número de empregos diretos e indiretos, e a proibição da queima da cana-de-açúcar como método de despalha acelera a mecanização da colheita e produz impactos negativos sobre o número de empregados da lavoura canavieira. Embora sejam criados empregos na indústria do açúcar e do álcool, há redução da força de trabalho na área agrícola. A ausência das queimadas traz benefícios à saúde e ao meio ambiente e produz ganhos econômicos para todo o setor. Entretanto, trará sérias consequências empregatícias para a mão de obra rural nos canaviais. Este estudo busca apresentar os impactos ambientais, sociais e econômicos da queima e da sua substituição pela colheita mecânica no agronegócio da cana-de-açúcar.

Caracterização da diversidade de espécies de aves em paisagens agrícolas: estudo de caso nas culturas de cana-de-açúcar, laranja, eucalipto e em pastagens.

Historicamente, a expansão de atividades agropecuárias sobre áreas naturais é considerada uma das principais ameaças à biodiversidade. Desmatamentos, uso do fogo, superpastoreio, monocultura, mecanização intensiva e uso indiscriminado de agrotóxicos diminuem a diversidade da flora e da fauna (RAMBALDI; OLIVEIRA, 2003). Por outro lado, muitas áreas consideradas de grande valor para a conservação da biodiversidade estão inseridas em um mosaico de fragmentos de remanescentes naturais intercalados em uma matriz predominantemente constituída por áreas agrícolas, onde muitas espécies da fauna silvestre encontram recursos necessários para sua sobrevivência enquanto outras não conseguem adaptar-se e acabam sofrendo ameaças até serem regionalmente extintas. A incorporação de conceitos e tecnologias inovadoras na agropecuária, como a agricultura orgânica, a redução e eliminação de agrotóxicos e do uso do fogo, além da manutenção de remanescentes de fragmentos florestais nativos são práticas que poderiam favorecer o incremento da biodiversidade local e, consequentemente, a sustentabilidade ambiental das atividades agrícolas.