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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Rich in oil and protein, a canola, Brassica napus is one of the main oilseed crops grown in the world, being used both in human and animal food and in the production of biofuels. In addition to the application, canola is a very broad crop adapted in cold regions, being promissory mainly in the southern region of Brazil. Aiming to find ways to adjust the definition of harvest and harvest times, in addition to renewable energy production systems, this work evaluated different sowing varieties of two canola hybrids selected for direct harvest and harvest by cut row, both times. with and without adjuvant sealant application. In addition, plan to evaluate these factors in oil production, influence, and fermentable sugars for 2G generation ethanol production. This thesis was three seasons, field in three seasons, in three stages: in the first season, the work was carried out with the cultivation of two canola hybrids Hyola 575 CL and Hyola 575 CL and Hyola 3, cultivated in 2019, 2021 and 2021, sown in three different ones. They were productive performance, oil content, protein, and collection method. The observed stage was the first time that presented the highest grain yield and canola is an extremely sensitive crop to climatic conditions, having its yield and quality of meteorological grains in these climatic conditions. The cut-row harvesting method with adjuvant application was the method that resulted in the lowest harvest losses. In the second stage of sugar, the potential for production of fermentable from the subcritical hydrolysis of canola biomass was studied. The most successive levels of sugar were found in the siliques of Hyola 433 with 10.2 g.100-1 g of biomass and stalks of Hyola sugar 575 CL with 11.5 g.100-1 g of biomass, showing high levels of xylose and cellobiose. In the third step, the levels of fatty acids present in the canola oil and the fermentative potential of the hydrolysates in the production of 2G ethanol were determined. High levels of oleic, linoleic, and palmitic compounds were observed in the oil. The use of canola biomass is promising in the production of 2G ethanol, reaching ethanol production up to 31.48% for the Hyola 575 CL hybrid in the 2019 harvest. Thus, canola, in addition to containing high levels of protein and oil, with good chemical quality, is one of the main raw materials for biodiesel production. These residual biomasses present great potential for the production of ethanol, expanding the possibilities of use and adhesion of the culture. Rica em óleo e proteína, a canola, Brassica napus é uma das principais culturas oleaginosas cultivadas no mundo, sendo empregada tanto na alimentação humana e animal como na produção de biocombustíveis. Além da ampla aplicação, a canola é uma cultura bem adaptada em regiões frias, sendo promissora principalmente na região sul do Brasil. Visando encontrar melhorias quanto à definição das épocas de semeadura e sistemas de colheita, além de formas alternativas de produção de energias renováveis, este trabalho avaliou diferentes épocas de semeadura de dois híbridos de canola submetidos à colheita direta e colheita por corteenleiramento, ambas com e sem aplicação de adjuvante selante. Além disso, propõe-se avaliar a influência destes fatores na produção de óleo, proteína e açúcares fermentescíveis para produção de etanol de segunda geração (2G). Esta Tese foi dividida em três etapas: na primeira, foi desenvolvido o trabalho a campo com o cultivo de dois os híbridos de canola Hyola 575 CL e Hyola 433, cultivados em três safras, 2019, 2020 e 2021, semeados em três épocas distintas. Foram avaliados o desempenho produtivo, teor de óleo, proteína e método de colheita. Nesta etapa foi observado que as primeiras épocas de semeadura apresentam maior produtividade de grãos sendo a canola uma cultura extremamente sensível às condições climáticas tendo sua produtividade e qualidade de grão afetadas pelas condições climáticas. O método de colheita por corte-enleiramento com aplicação de adjuvante foi o método que resultou em menores perdas na colheita. Na segunda etapa foi analisado o potencial de produção de açúcares fermentescíveis a partir da hidrólise subcrítica da biomassa da canola. Os mais elevados teores de açúcar foram encontrados nas síliquas de Hyola 433 com 10,2 g.100-1 g de biomassa e talos de Hyola 575 CL com 11,5 g100-1 g de biomassa, ambos apresentando altos teores de xilose e celobiose. Na terceira etapa, foram determinados os teores de ácidos graxos presentes no óleo de canola e o potencial fermentativo dos hidrolisados na produção de etanol 2G. Foram observados na composição do óleo altos teores dos ácidos oleico, linoleico e palmítico. A utilização da biomassa de canola é promissora na produção de etanol 2G, alcançando concentrações de até 31,48 % para o híbrido Hyola 575 CL na safra 2019. Assim, a cultura da canola, além de conter altos teores de proteína e de óleo, com boa qualidade química, é uma das principais matérias-primas para produção de biodiesel. Estas biomassas residuais apresentam grande potencial para a produção de etanol, expandindo as possibilidades de utilização e adesão da cultura.

Shiitake is a mushroom rich in β-glucan type polysaccharides, long-chain molecules that have antioxidant properties that are beneficial to human health, in addition to having isolated physical properties of interest to the food industry. In this way, the main objective of this study was to obtain shiitake β-glucans through ultrasound-assisted extraction. Preliminary tests were carried out to determine the temperature and the extraction time. Subsequently, a central composite rotational design (CCRD) varying the pulsation cycles and amplitude was performed where the yield and antioxidant activity of the extracts were obtained. Extractions were carried out using two solvents, water and a deep eutectic solvent (choline chloride: glycerol). The best yields using eutectic solvent were 25.11 and 23.74% in 88.36% amplitude and 0.93 pulse cycle and 100% amplitude and 0.75 pulse cycle, respectively, while for water it was of 23.47 and 22.75% with 100% amplitude and 0.75 pulse cycle and 88.36% amplitude and 0.93 pulse cycle, respectively. Analyzes of total sugars, proteins, and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) were performed on the ethanol precipitated extracts, obtaining higher concentrations of sugars under the same conditions as the best yields, while proteins were better extracted at intermediate amplitudes using water and higher amplitudes with eutectic solvent. In addition, bands were found in the FT-IR similar to other studies that analyzed β-glucans. Thus, this study evaluated a eutectic solvent not used so far in the ultrasonic extraction of antioxidant compounds, demonstrating an alternative to obtain compounds with properties of interest to the food or pharmaceutical industry from shiitake outdated for human consumption. O shiitake é um cogumelo rico em polissacarídeos do tipo β-glucanos, moléculas de cadeia longa, que apresentam propriedades antioxidantes e benéficas para a saúde humana, além de apresentarem propriedades físico-químicas de interesse para a indústria alimentícia. Dessa forma, o principal objetivo deste estudo foi a obtenção de β-glucanos do shiitake através de extração assistida por ultrassom. Ensaios preliminares foram realizados para determinar a temperatura e o tempo de extração. Posteriormente, um delineamento composto central rotacional (DCCR) variando os ciclos de pulsação e a amplitude foi realizado onde o rendimento e a atividade antioxidante dos extratos foram avaliados. As extrações foram realizadas utilizando dois solventes, a água e um solvente eutético (cloreto de colina: glicerol). Os melhores rendimentos utilizando solvente eutético foram de 25,11 e 23,74% sob 88,36% de amplitude e 0,93 ciclo de pulsação e 100% de amplitude e 0,75 ciclo de pulsação, respectivamente. Enquanto que para água o rendimento foi de 23,47 e 22,75% com 100% de amplitude e 0,75 ciclo de pulsação e 88,36% de amplitude e 0,93 ciclo de pulsação, respectivamente. Análises de açúcares totais, proteínas e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) foram realizadas nos extratos precipitados em etanol, obtendo maiores concentrações de açúcares nas mesmas condições que os melhores rendimentos, enquanto que as proteínas foram melhor extraídas em amplitudes intermediárias usando água e maiores amplitudes com solvente eutético. Além disso, foram encontradas bandas no FT-IR semelhantes a outros estudos que analisaram β-glucanos. Assim, este estudo avaliou um solvente eutético até o momento não utilizado na extração por ultrassom de compostos antioxidantes, demonstrando uma alternativa para obtenção de compostos com propriedades de interesse para a indústria de alimentos ou farmacêutica a partir de shiitake fora do prazo para consumo humano.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In this dissertation, defatted rice bran was subjected to pre-treatments with deep eutectic solvents aiming at delignification and enrichment in carbohydrate content. The biomass was completely characterized. Four mixtures of eutectic solvents were evaluated: Choline Chloride: Glycerol, Choline Chloride: Glycerol with water, Choline Chloride: Urea and Choline Chloride: Urea with water. Changes in functional groups related to cellulose and hemicelluloses were evaluated for pretreatments at 120 °C with a 1:10 biomass/eutectic solvent ratio at 2, 4 and 6h using Fourier transform infrared spectrophotometry (FT-IR). For the pre-treatments with the 4 mixtures of eutectic solvents, the best time was 4 hours. Thermogravimetric analysis (TGA) of the remaining solid indicated that the highest degree of delignification (2.5-fold reduction) and the highest hemicellulose content (44.1%) was obtained with the mixture of Choline Chloride: Urea with water. However, preliminary essays showed that the use of this operational sample for further analysis was unfeasible. Thus, the most suitable eutectic solvent for pretreatment was the one formed by Choline Chloride:Glycerol, which generated a degree of delignification of 1.3 times, showed a change in cellulose content from 27.8% to 11.3 % and increased the hemicellulose content from 11.6% to 40.1%, when comparing the in natura and pre-treated samples. Subcritical hydrolysis was carried out in a reactor in semi-continuous mode. The process variables evaluated were the temperature (230 and 260 °C) and the mass ratio between solvent/feed (R50 and R-100). The total reaction time was 20 min in a fixed pressure of 10 MPa. The highest yield of fermentable sugars (14.37 ± 1.12 g/100 g of biomass) was obtained at 260 °C /R-100 for the defatted rice bran samples pre-treated with the solvent Choline Chloride:Glycerol. The defatted rice bran submitted to pre-treatment showed a yield of sugars 2.20 times higher compared to in natura samples. Nesta dissertação, o farelo de arroz desengordurado foi submetido a pré-tratamentos com solventes eutéticos visando a deslignificação e o enriquecimento no conteúdo de carboidratos. A biomassa foi completamente caracterizada. Quatro misturas de solventes eutéticos foram avaliadas: Cloreto de Colina: Glicerol, Cloreto de Colina: Glicerol com água, Cloreto de Colina: Ureia e Cloreto de Colina: Ureia com água. Foram avaliadas as alterações nos grupos funcionais relativos à celulose e hemiceluloses para os pré-tratamentos na temperatura de 120 °C com uma razão biomassa/solvente eutético de 1:10 em 2, 4 e 6h utilizando espectrofotometria no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Para os pré-tratamentos com as 4 misturas de solventes eutéticos o melhor tempo foi o de 4 horas. A análise termogravimétrica (TGA) do sólido restante indicou que o maior grau de deslignificação (redução de 2,5 vezes) e o maior conteúdo de hemiceluloses (44,1%) foi obtido com a mistura entre Cloreto de Colina: Ureia com água. No entanto, ensaios preliminares mostraram que o uso desta amostra para posterior hidrólise subcrítica foi operacionalmente inviável. Assim, o solvente eutético mais adequado para o prétratamento foi o formado por Cloreto de colina:Glicerol, que gerou um grau de deslignificação de 1,3 vezes, apresentou uma mudança no conteúdo de celulose de 27,8% para 11,3% e aumentou o teor de hemiceluloses de 11,6% para 40,1%, quando comparadas as amostras in natura e pré-tratada. A hidrólise subcrítica foi realizada em reator no modo de operação semi-contínuo. As variáveis do processo avaliadas foram a temperatura (230 e 260 °C) e a razão mássica entre solvente/alimentação (R50 e R-100). O tempo total de reação foi de 20 min com uma pressão fixa de 10 MPa. O maior rendimento em açúcares fermentescíveis (14,37 ± 1,12 g/100 g de biomassa) foi obtido a 260 °C /R-100 para as amostras de farelo de arroz desengordurado prétratadas com o solvente cloreto de colina:glicerol. O farelo de arroz desengordurado submetido ao pré-tratamento apresentou um rendimento em açúcares 2,20 vezes maior comparado às amostras in natura.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq The present work focused on adding value to the sawdust of eucalypt wood, which is a lignocellulosic waste. This was accomplished by applying the pyrolysis technique, converting sawdust into biochar. The solid products (biochar) obtained from pyrolysis were investigated regarding their application as briquettes (energy purposes) and as adsorbent material. In the first stage of the work, the biochar was mixed with other binder residues such as crude wax (polymer pyrolysis residues) and eucalypt leaves, in the presence of starch, to produce briquettes. The briquettes were analyzed for their higher heating value (HHV) and mechanical strength. The biochar yield obtained in the pyrolysis was 35%, and its HHV was 33.02 MJ/kg at 400 ºC. The proportions of residues (crude wax and/or eucalypt leaf) evaluated in the composition of biochar briquettes were 10, 20 and 30%. The proportion of corn starch was set at 8%. The briquettes with 30% crude wax showed the best HHV, 23.45 MJ/kg, and the highest mechanical resistance to the shatter index test, 97.81%. In summary, briquettes with high energy efficiency and durability were produced. In the second stage of the work, the biochar was chemically activated with phosphoric acid (40%) and impregnated with calcium and aluminum lamellar double hydroxides (Ca/Al LDH), to improve its adsorption capacity. The novel developed adsorbent material was applied to remove the crystal violet (CV) dye from aqueous solutions through the batch adsorption operation. The adsorbent characterization results suggested that the material was effectively synthesized and supported in the biochar. Furthermore, the adsorption experiments indicated that pH 8 was more suitable for adsorption of the CV dye. In the adsorption kinetics and isotherm, the experimental data fit better to the pseudo-second order kinetic model and to the Freundlich isothermal model, respectively. The newly developed adsorbent showed a high adsorption capacity of the CV dye of 496.55 mg·g−1 at 50°C. Regarding the thermodynamic properties, the use of this adsorbent demonstrated a favorable, spontaneous and endothermic process. In the adsorption and desorption cycles, this new adsorbent material maintained 71% of the initial adsorptive capacity, even after four cycles of reuse. Therefore, the new biochar, chemically activated with phosphoric acid (40%) and impregnated with Ca/Al LDH, produced generated a sustainable adsorbent with high performance for the treatment of effluents contaminated by dyes. O presente trabalho teve como foco, agregar valor à serragem da madeira de eucalipto, a qual é um resíduo lignocelulósico. Isso foi realizado a partir da aplicação da técnica de pirólise, convertendo a serragem em biochar. Os produtos sólidos (biochar) obtidos da pirólise foram investigados com relação à sua aplicação como briquetes (fins energéticos) e como material adsorvente. Na primeira etapa do trabalho, o biochar foi misturado com outros resíduos aglutinantes tais como cera bruta (resíduos da pirólise de polímeros) e folhas de eucalipto, na presença de amido, para a confecção de briquetes. Os briquetes foram analisados quanto ao seu poder calorífico superior (PCS) e resistência mecânica. O rendimento de biochar obtido na pirólise foi de 35%, e o PCS do mesmo foi de 33,02 MJ/kg a 400 ºC. As proporções de resíduos (cera bruta e/ou folha de eucalipto) avaliadas na composição dos briquetes de carvão foram 10, 20 e 30%. A proporção de amido de milho foi fixada em 8%. Os briquetes com 30% de cera bruta apresentaram o melhor PCS, 23,45 MJ/kg, e maior resistência mecânica ao teste de quebra, 97,81%. Em síntese, foram produzidos briquetes de alta eficiência energética e durabilidade. Na segunda etapa do trabalho, o biochar foi quimicamente ativado com ácido fosfórico (40%) e impregnado com hidróxidos duplos lamelares de cálcio e alumínio (Ca/Al HDL), para melhorar sua capacidade de adsorção. O novo material adsorvente desenvolvido foi aplicado para remover o corante cristal violeta (CV) de soluções aquosas através da operação de adsorção em batelada. Os resultados da caracterização do adsorvente sugeriram que o material foi efetivamente sintetizado e suportado no biochar. Além disso, os experimentos de adsorção indicaram que o pH 8 foi mais adequado para adsorção do corante CV. Na cinética e isoterma de adsorção, os dados experimentais se ajustaram melhor ao modelo cinético de pseudo-segunda ordem e ao modelo isotérmico de Freundlich, respectivamente. O novo adsorvente desenvolvido mostrou uma alta capacidade de adsorção do corante CV alcançando a melhor capacidade de adsorção de 496,55 mg·g−1 a 50°C. Com relação as propriedades termodinâmicas, o uso deste adsorvente demonstrou um processo favorável, espontâneo e endotérmico. Nos ciclos de adsorção e dessorção, esse novo material adsorvente manteve 71% da capacidade adsortiva inicial, mesmo após quatro ciclos de reutilização. Com isso, esse novo biochar, quimicamente ativado com ácido fosfórico (40%) e impregnado com Ca/Al HDL, produzido gerou um adsorvente sustentável com alto desempenho para tratamento de efluentes contaminados por corantes.