Extração e identificação de material lignocelulósico presente durante o processo de compostagem

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo do ultrassom de potência no pré-tratamento do material lignocelulósico de resíduos da bananeira

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Produção de bioetanol a partir de pedúnculo de caju (Anacardium occidentale L.) por fermentação submersa

Recently, global demand for ethanol fuel has expanded very rapidly, and this should further increase in the near future, almost all ethanol fuel is produced by fermentation of sucrose or glucose in Brazil and produced by corn in the USA, but these raw materials will not be enough to satisfy international demand. The aim of this work was studied the ethanol production from cashew apple juice. A commercial strain of Saccharomyces cerevisiae was used for the production of ethanol by fermentation of cashew apple juice. Growth kinetics and ethanol productivity were calculated for batch fermentation with different initial sugar (glucose + fructose) concentration (from 24.4 to 103.1 g.L-1). Maximal ethanol, cell and glycerol concentrations (44.4 g.L-1, 17.17 g.L-1, 6.4 g.L-1, respectively) were obtained when 103.1 g.L-1 of initial sugar concentration were used, respectively. Ethanol yield (YP/S) was calculated as 0.49 g (g glucose + fructose)-1. Pretreatment of cashew apple bagasse (CAB) with dilute sulfuric acid was investigated and evaluated some factors such as sulfuric acid concentration, solid concentration and time of pretreatment at 121°C. The maximum glucose yield (162.9 mg/gCAB) was obtained by the hydrolysis with H2SO4 0.6 mol.L-1 at 121°C for 15 min. Hydrolysate, containing 16 ± 2.0 g.L-1 of glucose, was used as fermentation medium for ethanol production by S. cerevisiae and obtained a ethanol concentration of 10.0 g.L-1 after 4 with a yield and productivity of 0.48 g (g glucose)-1 and 1.43 g.L-1.h-1, respectively. The enzymatic hydrolysis of cashew apple bagasse treated with diluted acid (CAB-H) and alkali (CAB-OH) was studied and to evaluate its fermentation to ethanol using S. cerevisiae. Glucose conversion of 82 ± 2 mg per g CAB-H and 730 ± 20 mg per g CAB-OH was obtained when was used 2% (w/v) of solid and loading enzymatic of 30 FPU/g bagasse at 45 °C. Ethanol concentration and productivity was achieved of 20.0 ± 0.2 g.L-1 and 3.33 g.L-1.h-1, respectively when using CAB-OH hydrolyzate (initial glucose concentration of 52.4 g.L-1). For CAB-H hydrolyzate (initial glucose concentration of 17.4 g.L-1), ethanol concentration and productivity was 8.2 ± 0.1 g.L-1 and 2.7 g.L-1.h-1, respectively. Hydrolyzates fermentation resulted in an ethanol yield of 0.38 g/g glucose and 0.47 g/g glucose, with pretreated CABOH and CAB-H, respectively. The potential of cashew apple bagasse as a source of sugars for ethanol production by Kluyveromyces marxianus CE025 was evaluated too in this work. First, the yeast CE025 was preliminary cultivated in a synthetic medium containing glucose and xylose. Results showed that it was able to produce ethanol and xylitol at pH 4.5. Next, cashew apple bagasse hydrolysate (CABH) was prepared by a diluted sulfuric acid pre-treatment. The fermentation of CABH was conducted at pH 4.5 in a batch-reactor, and only ethanol was produced by K. marxianus CE025. The influence of the temperature in the kinetic parameters was evaluated and best results of ethanol production (12.36 ± 0.06 g.L-1) was achieved at 30 ºC, which is also the optimum temperature for the formation of biomass and the ethanol with a volumetric production rate of 0.25 ± 0.01 g.L-1.h-1 and an ethanol yield of 0.42 ± 0.01 g/g glucose. The results of this study point out the potential of the cashew apple bagasse hydrolysate as a new source of sugars to produce ethanol by S. cerevisiae and K. marxianus CE025. With these results, conclude that the use of cashew apple juice and cashew apple bagasse as substrate for ethanol production will bring economic benefits to the process, because it is a low cost substrate and also solve a disposal problem, adding value to the chain and cashew nut production

Tratamentos físico-químicos de bagaço de cana para produção de etanol por meio de hidrólise enzimática

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

Diversidade bacteriana em solos, vinhaça e semicompostagem relacionados ao cultivo de cana-de-açúcar

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

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)

Análise do potencial de micro-organismos dos gêneros Lectthophora e Cryptococcus para a produção de biocumbustíveis

A busca de novas fontes de energia tem sido estimulada pela demanda crescente do mercado e o bioetanol é uma alternativa promissora para esta questão. A produção de etanol a partir de resíduos agroindustriais lignocelulósicos está sendo pesquisada em vários laboratórios do Brasil e do exterior. Os resíduos da agroindústria são formados, em grande parte, por fibra vegetal lignocelulósica, a qual é altamente resistente à degradação, dificultando a conversão dos componentes a monossacarídeos fermentescíveis. Desta forma, a prospecção de micro-organismos que viabilizem a conversão de material lignocelulósico em etanol tem aumentado consideravelmente. Sendo assim, o estudo de micro-organismos associados às formigas cortadeiras, os quais são adaptados ao uso da biomassa lignocelulolítica, pode ser promissor para a descoberta de enzimas adequadas à degradação eficiente da fibra vegetal, podendo significar um passo adiante na produção do etanol de segunda geração. Neste trabalho analisamos a ação hidrolítica e a liberação de açúcares fermentescíveis por fungos dimórficos do gênero Lecythophora e de leveduras do gênero Cryptococcus sobre o material lignocelulósico. A metodologia empregada consistiu na inoculação das linhagens em diferentes resíduos da agroindústria, como bagaço de cana-de-açúcar, casca de café, casca de arroz e sabugo de milho triturado, seguida da quantificação dos açúcares redutores liberados, bem como da produção de enzimas hidrolíticas extracelulares, como endoamilase, exoamilase, pectinase, endoglucanase, exoglucanase e xilanase. O gênero Lecythophora mostrou-se melhor produtor enzimático quando comparado com o gênero Cryptococcus, ambos em meio suplementado com bagaço de cana-de-açúcar. Ainda, foi realizado o inóculo de culturas mistas das melhores linhagens pertencentes ao gênero Lecythophora. A produção enzimática constatada indicou o potencial das linhagens...

Pré-hidrólise ácida de bagaço de cana-de-açúcar e sua caracterização físico-química

The biomass resulting from processing sugarcane bagasse has been considered a source of cellulose with the potential production of bio-fuels. This lignocellulose can be processed into ethanol since is hydrolyzed by chemical processes (acids) or biotechnology (enzymes) which generate sugars suit for fermentation. This study had the objective to utilize physical and chemical pre-treatment processes for prehydrolysis of sugarcane bagasse. The experimental treatment was adjusted at a factor of 4 X 2, by the combination of pre-hydrolysis timing (15, 30, 45 and 60 minutes) and sulfuric acid concentrations (7.0% and 9.0%) which was incubated at a temperature of 121° C in an autoclave. The treatment data was subjected to analysis of the variance and averages which were compared using the Tukey test with a probability of 5%. The results obtained showed that through pretreatment acid applied on the lignocellulose material, there was a significant break from the substrate fibers like cellulose, hemicellulose and lignin.

Efeito dos compostos fenólicos e lignina sobre a ação de β-glicosidase

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Obtenção e caracterização de nanocelulose a partir de fibras de Chorisia speciosa St. Hil

Natural fibers have been highlighted as a renewable material that can replace materials from oil and its derivatives. In this context, Brazil becomes the perfect setting because of the diversity of fibers found in its territory, such as sugarcane, sisal, rice, cotton, coconut, pineapple, among others. The paineiras (Chorisia speciosa St. Hil) are typically Brazilian trees, which produce paina as fruit. These fruits are still little studied as a source of lignocellulose by research groups. This project aimed obtaining and characterization of cellulose nanofibers from the fibers from the paina fibers. Obtaining nanocellulose is practically made through simplified chemical processes. First, was performed out pre-treatments to removal of waxes, lignin and hemicellulose. The first stage of pre-treatment was carried out by alkaline aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) at 5wt%, where the fibers were under constant agitation for 1h at 70°C. Through alkali treatment it was possible to remove most of the lignin, hemicellulose, waxes and extractives. After the alkaline treatment was done bleaching with an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) to 4wt% and hydrogen peroxide (H2O2) to 24wt% 1:1 during 2h with constant stirring to 50 °C. Through bleaching was possibe to remove residual lignin, and got cellulose with 72% of crystallinity. Nanocellulose of paina fibers was extracted using different conditions of acid hydrolysis with sulfuric acid (H2SO4) to 50wt%. After acid hydrolysis, the suspensions were centrifuged during 30 min and dialyzed in water to remove excess acid until neutral pH (6-7). Then the suspensions were passed by ultrasonification in an ultrasound 20 kHz during 1h in an ice bath. Untreated, alkalinized and bleached fibers as well as cellulose nanoparticles were characterized by the techniques of thermogravimetry ... (Complete abastract click electronic access below)

Obtenção e caracterização de nanocelulose a partir de fibras de Chorisia speciosa St. Hil

Natural fibers have been highlighted as a renewable material that can replace materials from oil and its derivatives. In this context, Brazil becomes the perfect setting because of the diversity of fibers found in its territory, such as sugarcane, sisal, rice, cotton, coconut, pineapple, among others. The paineiras (Chorisia speciosa St. Hil) are typically Brazilian trees, which produce paina as fruit. These fruits are still little studied as a source of lignocellulose by research groups. This project aimed obtaining and characterization of cellulose nanofibers from the fibers from the paina fibers. Obtaining nanocellulose is practically made through simplified chemical processes. First, was performed out pre-treatments to removal of waxes, lignin and hemicellulose. The first stage of pre-treatment was carried out by alkaline aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) at 5wt%, where the fibers were under constant agitation for 1h at 70°C. Through alkali treatment it was possible to remove most of the lignin, hemicellulose, waxes and extractives. After the alkaline treatment was done bleaching with an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) to 4wt% and hydrogen peroxide (H2O2) to 24wt% 1:1 during 2h with constant stirring to 50 °C. Through bleaching was possibe to remove residual lignin, and got cellulose with 72% of crystallinity. Nanocellulose of paina fibers was extracted using different conditions of acid hydrolysis with sulfuric acid (H2SO4) to 50wt%. After acid hydrolysis, the suspensions were centrifuged during 30 min and dialyzed in water to remove excess acid until neutral pH (6-7). Then the suspensions were passed by ultrasonification in an ultrasound 20 kHz during 1h in an ice bath. Untreated, alkalinized and bleached fibers as well as cellulose nanoparticles were characterized by the techniques of thermogravimetry ... (Complete abastract click electronic access below)

Painéis de partículas homogêneas cimento-bagaço de cana-de-açúcar curados por carbonatação acelerada

O presente estudo teve como objetivo produzir e avaliar o desempenho de painéis de partículas homogêneas de cimento-bagaço de cana-de-açúcar curados por carbonatação acelerada. Para atingir os resultados foram realizados ensaios de caracterizações morfológica e físico-química das partículas de bagaço de cana-de-açúcar, bem como ensaio de termometria para identificar a compatibilidade da matéria prima (bagaço) com o cimento. Os painéis de partículas cimento-bagaço produzidos foram submetidos a dois processos de cura distintos: 1- cura por 48 h em câmara climática, seguida por 24 h em ambiente com concentração de 15% ±0.6 de CO2, seguida por 24 dias em ambiente saturado ao ar; 2- cura em câmara climática por 48 h, seguida por 25 dias em ambiente saturado ao ar. Ao final dos 28 dias de cura e após ensaio de envelhecimento acelerado de imersão e secagem foram realizadas as caracterizações físico-mecânicas seguindo as recomendações das normativas DIN: 310; 322 e 323, bem como caracterização microestrutural e de condutividade térmica do painel de partículas cimento-bagaço. Os resultados obtidos indicaram que os painéis de partículas cimento-bagaço curados por carbonatação acelerada apresentaram melhor desempenho físico-mecânico quando comparados aos painéis não carbonatados, pois a carbonatação melhorou a interface entre as partículas e a matriz cimentícia, proporcionando maior adesividade entre as fases. E, além disso, reduziu o pH do meio alcalino em que as partículas de bagaço de cana-de-açúcar estão inseridas, minimizando o processo de degradação da lignina, celulose e hemicelulose.

Efeito da adição de fibras de cana-de-açúcar pré-tratadas na produção de metano advinda da biodigestão anaeróbia de gorduras do leite

A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano.

APROXIMACIÓN AL DISEÑO DE SISTEMAS DE BIO-REACTORES PARA LA DELIGNIFICACIÓN DE MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS Y PARA LA DECONTAMINACIÓN DE SUELOS Y EFLUENTES

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes( por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas).

Patentes e etanol lignocelulósico

Produção intelectual e desenvolvimento tecnológico podem diferenciar países e regiões no processo de desenvolvimento socioeconômico. No caso do Brasil, observa-se o papel energético do etanol combustível para veículos motorizados leves como um resultado importante do avanço tecnológico do país, que vai além da aptidão agroclimática. A contínua busca pela especialização tecnológica verticalizada do setor sucroenergético poderia levar o Brasil a uma posição, se não autônoma, mais confortável, não só de produtor de matéria-prima, mas de processos agregadores de valor no que diz respeito aos processos de produção de etanol de segunda geração, produzido a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo desta dissertação é analisar os esforços de P&D que resultaram em Depósitos e Publicações de patentes em órgãos oficiais como o United States Patent and Trademark Office (USPTO), o European Patent Office (EPO), e o Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), no tema etanol de segunda geração. Ainda, verifica-se se esses esforços impactam no poder concorrencial de países e firmas depositantes de patentes. Além das coletas e observações dos dados dos órgãos acima mencionados, foram calculados para os dados de depósitos e publicações de patentes no tema bioetanol lignocelulósico os índices de Herfindahl Hirschman (HHI) e a razão de concentração (Concentration Ratio) CR4, tradicionalmente utilizados para que órgãos reguladores de defesa do consumidor autorizem fusões e aquisições entre participantes de um determinado mercado. Esse método permite a observação do grau de competitividade entre as firmas depositantes de patentes no tema e a possível tendência sobre a detenção do controle em futuro próximo e a corrida para venda de royalties dos processos desenvolvidos em diferentes áreas tecnológicas para incrementar a produção industrial de etanol avançado. Os resultados indicam uma concentração elevada dos esforços de pesquisa, medidos pelos depósitos de patentes, referentes a etanol de segunda geração, em um número muito reduzido de empresas norte-americanas, quando analisada a base de dados dos EUA. O sucesso desses esforços, mensurados pela publicação de patentes, contudo, não se mostra concentrado nem nos EUA nem na União Europeia. No caso do Brasil, ainda não são encontradas publicações de patentes no tema Lignocellulosic Bioethanol, bem como apenas uma empresa brasileira possui uma patente publicada nos Estados Unidos. Esses resultados sugerem que investimentos em pesquisa científica no Brasil podem produzir mais artigos publicados e titulação acadêmica/científica que propriamente o registro de patentes em órgãos especializados em qualificar a invenção de métodos, processos ou fórmulas, dentro e fora do país. Isso pode significar tanto baixo esforço em pesquisa no assunto quanto à perda pelo autor e/ou sua instituição da oportunidade de ter seu esforço de pesquisa recompensado por meio de royalties, como compensação pela criatividade, dedicação intelectual e de recursos econômicos. Os resultados deste estudo contribuem para o debate a respeito da crescente necessidade de produção e abastecimento de fontes renováveis de energia, como o biocombustível etanol avançado à base do derivado bagaço de cana-de-açúcar, a custos mais competitivos como matéria-prima adicional e para produção incremental de etanol em futuro próximo. As conclusões do estudo indicam a necessidade do aumento na produção de conhecimento aplicado e em esforços para garantir sua propriedade intelectual, permitindo o retorno patrimonial com royalties.