Search

The Cyclomaltodextrin Glucanotransferase enzyme (CGTase) is industrially important due to the fact of being the only enzyme in production of cyclodextrins (CDs). The CDs belongs to the family macrocyclic oligosaccharides that are capable to form complexes of receptor-substrate type, with the ability to form inclusion complex with a variety of substances which have their properties changed by complexation, this is the main reason why CDs are been widely used in industrial, technological products and in analytical methods, pharmaceutical drugs, foods or cosmetics. The aim of this dissertation was to study the kinetics involved in obtaining the CGTase enzyme in a fed batch process by the synthesis of cyclodextrins, using starch as substrate and the Bacillus firmus Strain 37 micro-organism, and evaluate the cell growth responses, enzymatic activity and other variables involved in the fermentation process. The fermentation tests were performed in Bioflo III reactor operating in batch and fed-batch, for obtaining the parameters such as pH, temperature, dosages substrates, substrate consumption, production of soluble proteins, and among others, in order to improve the activity of the CGTase enzyme with the bacterial yield. Were also performed discontinuous tests in shaking incubator (shaker) for further comparison of results. The culture medium for bacterial growth was based on previous studies of different authors using the standard medium of Horikoshi and its modifications. In this study, we performed a total of nine sets of tests in different conditions by varying the substrate type, the concentration of yeast extract and cultivation time. For the synthesis of CDs by the CGTase enzyme using soluble starch and the commercial starch, it was observed that the commercial starch showed slightly higher values mainly in relation to the production of γ-CD. The better results obtained for the production of CGTase enzyme in γ-CD synthesis were observed in tests where starch pulses were applied and feedback of the medium, among the tests, the test 7, with approximately 0.26 U/mL for γ-CD and a lower yield was obtained for β-CD, about 0.04 U/ml. For production of CGTase in β-CD synthesis, the better result was observed in the test where there was no feedback and no starch pulses applied (Test 3) about 0.12 U / mL, however the production of CGTase for γ-CD synthesis was the less effective of all test performed, about 0.02 U/ ml. Thus, was observed that the batch or fed-batch in the biorretor operation influences the production of several CGTase enzymes, as well as the composition of the medium used also showed influence, particularly on the variation of yeast extract concentration. In previous studies, it was verified that Bacillus firmus Strain 37 is capable to produce preferably β-CD, however, in this study observed a positive effect on the production of γ-CD in the tests with feedback of the culture medium and also in tests with application of starch pulses, this advantageous effect may be considered, since the γ-CD exhibit a higher commercial value due to the ability to include larger molecules. A enzima Ciclomaltodextrina Glucano-Transferase (CGTase) é industrialmente importante pelo fato de ser única na produção de ciclodextrinas (CDs). As CDs pertencem à família dos oligossacarídeos macrocíclicos que são capazes de formar complexos do tipo receptor-substrato, com habilidade de formar complexos de inclusão com uma variedade de substâncias que têm suas propriedades alteradas pela complexação, sendo este o principal motivo pelo qual as CDs vêm sendo bastante utilizadas em produtos industriais, tecnológicos e em métodos analíticos, fármacos, alimentos ou em cosméticos. O objetivo desta dissertação foi estudar a cinética envolvida na obtenção da enzima CGTase em processo descontínuo alimentado através da síntese de ciclodextrinas, utilizando amido com substrato e o micro-organismo Bacillus firmus Cepa 37, e avaliar as respostas de crescimento celular, atividade enzimática e demais variáveis envolvidas no processo de fermentação. As fermentações foram realizadas em biorreator Bioflo III operado de forma descontínua e descontínua alimentada, para obtenção de parâmetros (pH, temperatura, dosagem de substratos, consumo de substrato, produção de proteínas solúveis, entre outros, em função do tempo de cultivo) com a finalidade de melhorar a atividade da enzima CGTase com rendimento bacteriano. Foram realizados também, experimentos de forma descontínua em incubadora com agitação (shaker) para posterior comparação dos resultados. O meio de cultivo para o desenvolvimento bacteriano foi baseado em estudos anteriores de diferentes autores, utilizando o meio padrão de Horikoshi e suas modificações. Neste estudo, foram realizados um total de nove conjuntos de ensaios em diferentes condições, variando o tipo de substrato, a concentração de extrato de levedura e tempo de cultivo. Para a síntese das CDs pela CGTase, utilizando o amido solúvel e o amido comercial, observou-se que este último apresentou valores ligeiramente superiores principalmente em relação a produção de γ-CD. Os melhores resultados obtidos para produção da enzima CGTase na síntese da γ-CD foram verificados nos ensaios onde foram aplicados pulsos de amido e onde foram feitas realimentações do meio de cultivo, dentre eles, o ensaio 7, com aproximadamente 0,26 U/mL para γ-CD e uma menor produção foi obtida para β-CD, de aproximadamente 0,04 U/mL. Para a produção de CGTase na síntese da β-CD, o melhor resultado foi verificado no ensaio onde não houve realimentação e nem aplicação de pulsos de amido (Ensaio 3) em torno de 0,12 U/mL, porém a produção de CGTase para a síntese de γ-CD foi a menos efetiva de todos os ensaios realizados, em torno de 0,02 U/mL. Deste modo, observou-se que a forma descontínua ou descontínua alimentada na operação do biorretor influencia na produção das diversas enzimas CGTase, assim como, a composição do meio de cultivo utilizado também mostrou influência, particularmente na variação da concentração de extrato de levedura. Em estudos anteriores, foi verificado que o Bacillus firmus Cepa 37 tem a capacidade de produzir preferencialmente β-CD, porém, neste estudo observou-se um efeito positivo na produção de γ-CD nos ensaios com realimentação do meio de cultivo e também nos ensaios com aplicação de pulsos de amido, este efeito vantajoso pode ser considerado, uma vez que a γ-CD apresenta maior valor comercial devido sua capacidade de inclusão de moléculas maiores. 1 CD-ROM (127 f.)

Enzymatic hydrolysis confers protein soybean meal improvement in functional and nutritional characteristics. However, hydrophobic peptides are exposed causing pronounced bitterness in the hydrolysate. The objective of this work was evaluating the interaction of peptides present in the enzymatic hydrolysate of soybean meal with α -,β and γ-cyclodextrins in order to reduce the bitterness. Each of the cyclodextrins was added in the mass fractions of 1.5%, 2.0% and 2.5% in a hydrolysate of soybean meal prepared with the enzyme Alcalase® 2.4 L at a concentration of 1% (protein / protein). Instrumental tests were performed to identify possible interactions with components. H1 NMR spectra evidence strong interactions among the aromatic and aliphatic regions of the peptides with the internal cavities of the cyclodextrins. Analysis by an electronic tongue showed that α -and &#946-cyclodextrins addition to the hydrolysate at concentrations of 1.5% and 2.0% (w/w), respectively, causes higher differences in relation to control sample. This difference was sensorially perceptible to untrained taster in one test ranking according to the bitterness of the samples, being considered less bitter than the control. A hidrólise enzimática confere às proteínas do farelo de soja melhora em características funcionais e nutricionais. No entanto, peptídeos hidrofóbicos são expostos conferindo amargor acentuado ao hidrolisado. O objetivo deste trabalho foi avaliar a interação dos peptídeos presentes no hidrolisado enzimático de farelo de soja com α-,β e γ-ciclodextrinas a fim de reduzir o amargor. Cada uma das ciclodextrinas foi adicionada nas frações mássicas de 1,5%, 2,0% e 2,5% em um hidrolisado de farelo de soja preparado com a enzima Alcalase 2,4L® na concentração de 1% (proteína/proteína). Testes instrumentais foram realizados para identificar possíveis interações entre os componentes. Espectros de RMN H1 mostraram indícios de fortes interações de regiões aromáticas e alifáticas dos peptídeos com as cavidades internas das ciclodextrinas. Análise em língua eletrônica mostrou que as α-, β-ciclodextrinas adicionadas ao hidrolisado nas concentrações de 1,5% e 2,0% (m/m), respectivamente, provocam a maior diferença em relação ao hidrolisado controle. Esta diferença foi sensorialmente perceptível a provadores não treinados em um teste de ordenação do amargor das amostras, sendo consideradas menos amargas que o controle. [35], 13 f

O objetivo geral desse trabalho foi a imobilização da lipase de Burkholderia cepacia em matriz hidrofóbica sol-gel visando à produção de ésteres etílicos pela transesterificação dos óleos de canola e pinhão manso. A enzima foi imobilizada em suportes produzidos com dois diferentes precursores de sílica (TEOS e TMOS), secos em meio supercrítico (aerogel) e por evaporação (xerogel). O resultado da caracterização dos biocatalisadores quanto à atividade de transesterificação mostrou que aqueles obtidos com o precursor TEOS apresentam os maiores valores de atividade, para ambas as secagens (1805 U g-1 de biocatalisador para o xerogel e 2028 U g-1 de biocatalisador para o aerogel). Visando o desenvolvimento de um processo economicamente mais vantajoso, optou-se pela utilização da enzima imobilizada com TEOS e secagem por evaporação, já que os resultados de atividade foram semelhantes. A caracterização textural dos biocatalisadores (área específica, diâmetro e volume dos poros) também apresentou os maiores valores para os biocatalisadores preparados com TEOS. Na condução dos experimentos para a produção dos ésteres etílicos, foi realizado um planejamento experimental 23 completo, com quatro repetições no ponto central, para avaliar as variáveis temperatura, razão molar álcool:óleo e quantidade de enzima, empregando os dois óleos e etanol, e a enzima livre, sem adição de cossolvente. Nenhuma das variáveis foi significativa, num intervalo de confiança de 90%. Porém, os melhores resultados de rendimento em ésteres foram obtidos no ponto central do experimento (temperatura de 50 °C, razão molar álcool:óleo de 9:1 e 7,5% de enzima, em massa, em relação ao óleo). Com a enzima livre, o rendimento médio em ésteres, no ponto central do experimento, foi de 45% para o óleo de canola e de 42,5% para o óleo de pinhão manso. O mesmo planejamento experimental foi utilizado para avaliar a atividade de consumo dos triacilgliceróis presentes no início da reação (ACT), calculada pelo método das velocidades iniciais. Todas as variáveis avaliadas foram significativas e, pelos resultados alcançados, verificou-se uma diminuição da ACT com o aumento da quantidade de etanol, indicando uma inibição da lipase pelo excesso do reagente. Nas condições dos maiores valores de rendimento em ésteres obtidos nos testes do planejamento experimental xiv com a enzima livre, foram conduzidas reações em batelada com a enzima imobilizada preparada com TEOS. Para temperatura de 50 °C, razão molar álcool:óleo de 9:1 e 7,5% de biocatalisador em relação ao óleo (aproximadamente 6 g) e sem adição de cossolvente, os maiores rendimentos em ésteres foram obtidos após 72h de reação (13,5% para o óleo de canola e 17% para o óleo de pinhão manso). Os baixos rendimentos podem ser justificados pela adsorção do glicerol formado na matriz do biocatalisador. Outra possibilidade é a formação de água no meio reacional, que possibilita o desenvolvimento de reações colaterais deletérias, como a hidrólise. Com o objetivo de aumentar o rendimento em ésteres e remover parte do glicerol adsorvido na matriz, nas reações conduzidas em leito fixo os parâmetros temperatura e razão molar foram mantidos, porém, introduziu-se um aumento na quantidade de enzima imobilizada presente no meio reacional (aproximadamente 13 g) em relação à quantidade de enzima imobilizada empregada nas reações em batelada e adicionou-se n-hexano como cossolvente. Os rendimentos alcançados nesta etapa foram superiores aos rendimentos obtidos com a enzima imobilizada em reator batelada (16% para o óleo de canola, após 72 h de reação e 26%

Orientador: Prof.ª Dr.ª Gisella Maria Zanin Dissertação (mestrado em Engenharia Química)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Dep. de Engenharia Química, 2013 Resumo: O objetivo do trabalho foi realizar a síntese de galacto-oligossacarídeos (GOS) a partir da lactose presente no soro de queijo por meio da reação com a enzima comercial ß-galactosidase de Kluyveromyces lactis. A atividade enzimática foi determinada como uma função do pH e da temperatura e, em seguida, foram obtidas as condições para a atividade máxima. Estudou-se a estabilidade térmica da enzima e determinada a melhor temperatura para realizar as reações de síntese de GOS. Os experimentos foram realizados em reator batelada, e a atividade determinada pelo método das velocidades iniciais. A síntese dos GOS foi realizada em incubadora rotatória em meio não-aquoso e os carboidratos identificados e quantificados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Primeiramente, foi analisada a capacidade da enzima em realizar a reação de transgalactosilaçao em alta concentração de lactose (30%) e, em seguida, a hidrólise da lactose em baixa concentração de lactose (10%). A atividade da enzima comercial ß-galactosidase de Kluyveromyces lactis (Lactozym 2600L) foi 1663,75 U.mL-1 e a atividade específica máxima 2,67 U.mg-1 determinada a 45 °C e pH 6,5, e a menor atividade 0,85 U.mg-1 em 50 °C e pH 7,5. Para reações em tempos longos (6 horas) recomenda-se usar a enzima em temperaturas inferiores a 45 °C, sendo 40 °C o valor mais apropriado porque apresenta atividade somente 12 % menor que a máxima. A concentração máxima de GOS foi de 71,45 g.L-1, alcançada em 6 horas de reação a 40 °C, pH 6,5, 10 U.mL-1 de enzima e 40 % de lactose (m/v). Nessas condições a o rendimento máximo da síntese foi igual a 23,82 % e o produto formado apresentou 27,14 g.L-1 de galactose, 46,13 g.L-1 de glicose e 155,28 g.L-1 de lactose Abstract: The aim of this work was the synthesis of galacto-oligosaccharides (GOS) fromlactose present in cheese whey by commercial enzyme ß-galactosidase fromKluyveromyces lactis. The enzyme activity was first determined as a function of pH andtemperature, and then the conditions for maximum activity were obtained. Next, thethermal stability of the enzyme was studied and the best temperature for carrying out thereaction for long periods was determined. These experiments were performed in a batchreactor, and the activity determined by the method of initial rates. The synthesis of GOSwas performed, in an orbital shaker incubator in a non-aqueous medium and thecarbohydrates identified and quantified by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). First, the enzyme capacity to perform the transgalactosylation reaction at highlactose (30%) concentration was studied and then the hydrolysis of lactose was followedthroughout the reaction, when the concentration of lactose was low (10%). The activity ofthe commercial enzyme ß-galactosidase from Kluyveromyces lactis (Lactozym 2600L) was1663.75 U.mL-1 and the maximum specific activity 2.67 U.mg-1 determined at 45 °C andpH 6.5, and the lowest activity 0.85 U.mg-1 at 50 °C and pH 7.5. For long reactions it isrecommended use the enzyme at temperatures below 45 °C, with 40 °C being the mostappropriate value because it gives an activity only 12 % lower than the maximum. Themaximum concentration of GOS 71.45 U.mL-1 was achieved in 6 hours of reaction at 40°C, pH 6.5, 10 U.mL-1 of enzyme and 40 % lactose (w/v). Under these conditions themaximum yield of synthesis obtained was 23.82 % and the formed product containsgalactose 27.14 g.L-1, glucose 46.13 g.L-1 and lactose 155.28 g.L-1

Orientador: Prof.ª Dr.ª Gisella Maria Zanin Coorientador: Prof. Dr. José Eduardo Olivo Dissertação (mestrado em Engenharia Química)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Dep. de Engenharia Química, 2012 Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a aplicabilidade de modelos cinéticos clássicos na produção da enzima Ciclomaltodextrina-Glucanotransferase (CGTase) produzida em processo de batelada por Bacillus firmus da CEPA 37. A finalidade de se estudar a aplicação dos modelos cinéticos na produção da enzima CGTase é poder utilizar a modelagem matemática como uma ferramenta para otimização do processo de produção da referida enzima e também permitir a simulação de novas situações de produção sem envolver gastos de reagentes e tempo despendido em laboratório. Os dados utilizados neste trabalho foram extraídos da dissertação de mestrado de Marques (2004) e do trabalho de iniciação científica de Calderaro (2007), que avaliaram diversas condições experimentais de cultivo de Bacillus firmus (CEPA 37) na produção de CGTase. O trabalho consistiu em avaliar a aplicação de modelos cinéticos através de um algoritmo de resolução de equações diferenciais escrito no software MATLAB® que foi elaborado para resolver um sistema de três equações diferenciais, sendo a que representa a taxa de crescimento celular, dX/dt, a que representa a taxa de formação de produto expressa em atividade enzimática, dP/dt (ou dA/dt) e a que representa a taxa de consumo de substrato, dS/dt. Dentro destas equações diferenciais foram substituídos os modelos cinéticos abordados, sendo utilizados os modelos de Monod (1949), Aiba et al (1968) e Andrews (1968). Foram então desenvolvidos quatro sistemas de equações diferenciais, o primeiro que envolveu a representação do crescimento celular por Monod (1949), da atividade enzimática por Aiba et al (1968) e do consumo de substrato como a relação entre o crescimento celular e a atividade enzimática observada. O segundo sistema de equações diferenciais envolveu a representação do crescimento celular também por Monod (1949), a representação da atividade enzimática por Andrews (1968) e o consumo de substrato como a relação entre o crescimento celular e a atividade enzimática observada. No sistema três, tanto para o crescimento celular quanto para a atividade enzimática considerou-se que seus comportamentos respeitavam a equação cinética de Aiba et al (1968) e o consumo de substrato se manteve a relação entre o crescimento celular e da atividade enzimática. No sistema quatro, o crescimento celular e a atividade enzimática foram considerados como respeitando a equação cinética de Andrews (1968) a do vi consumo de substrato se manteve como a relação entre o crescimento celular e a atividade enzimática. Foram analisados também os comportamentos das curvas de velocidades específicas de crescimento celular (µX), de consumo de substrato (µS) e de atividade enzimática (µA) em função do tempo, com o objetivo de verificar alguma relação entre as três curvas de velocidades específicas e tentar classificar a produção de CGTase por Bacillus firmus CEPA 37 como produção de enzima associada ou não ao crescimento celular. Observou-se para alguns meios de cultura uma relação entre as velocidades específicas de consumo de substrato (µS) e de atividade enzimática (µA), caracterizado pela atividade amilolítica da enzima CGTase, mas não se pôde afirmar que a produção da enzima está associada ao crescimento do Bacillus firmus CEPA 37 nas condições estudadas. Outra observação realizada foi a relação de Luedeking e Piret (1959), entre a velocidade específica de formação de produto (µA) e a velocidade específica de crescimento celular (µX), através da elaboração dos gráficos para cada meio de cultura, em que a velocidade específica de atividade enzimática (µA) compôs o eixo y e a velocidade específica de crescimento celular (µX) compôs o eixo x. Para as concentrações de amido utilizadas nos meios de cultura estudados (maior do que 10g/L), não se observou uma relação linear entre as velocidades específicas de atividade enzimática (µA) e de crescimento celular (µX), não sendo possível aplicar a relação de Luedeking e Piret (1959) no estudo dos modelos cinéticos. Para a maior parte dos meios estudados, o modelo Aiba et al (1968) não apresentou nenhum resultado, sendo difícil a resolução do sistema de equações nas condições estudadas, já a combinação de modelos Monod-Aiba apresentou resultados semelhantes, graficamente, à combinação Monod-Andrews, e o modelo de Andrews (1968) apresentou bons resultados para praticamente todos os meios, porém, nenhuma das equações cinéticas estudadas foi suficiente para ajustar os três conjuntos de dados simultaneamente. Por este motivo, para a produção de CGTase por Bacillus firmus CEPA 37, nas condições estudadas, é necessário se manipular as equações cinéticas existente ou se desenvolver novas equações cinéticas que permitam representar adequadamente este processo fermentativo Abstract: This work had as objective evaluates the applicability of the classical kinetic models in the production of the enzyme Ciclomaltodextrin-Glucanotransferase (CGTase) produced in a batch process by Bacillus firmus STRAIN 37. The purpose of studying the application of the kinetic models in the production of the enzyme CGTase is to use the mathematical modeling as a tool for optimization of the process of production of the referred enzyme and also allow the simulation of new production situations without involving expenses of and time spent at laboratory. The data used in this work were extracted of the dissertations of master?s degree of Marques (2004) and of the work of scientific initiation of Calderaro (2007), that evaluate several experimental conditions of cultivation of Bacillus firmus (STRAIN 37) in the production of CGTase. The work consisted in evaluating the application of kinetic models through an algorithm of resolution of differential equations written in the software MATLAB® that was elaborated to solve a system of three differential equations, being the one that represents the tax of cellular growth, dX/dt, the one that represents the tax of expressed product formation in enzymatic activity, dP/dt (or dA/dt) and the one that represents the tax of substrate consumption, dS/dt. Inside of this differential equations the approached kinetic models were substituted, being used models of Monod (1949), the Aiba et al (1968) and the Andrews (1968). They were then developed four systems of differential equations, the first that it involved the representation of the cellular growth for Monod (1949), of the enzymatic activity for Aiba et al (1968) and of the substrate consumption as the relationship between the cellular growth and the observed enzymatic activity. The second system of differential equations involved the representation of the cellular growth also for Monod (1949), the representation of the enzymatic activity for Andrews (1968) and the substrate consumption as the relationship between the cellular growth and the observed enzymatic activity. In the system three, so much for the cellular growth as for the enzymatic activity it was considered that their behaviors respected the kinetic equation of Aiba et al (1968) and the substrate consumption stayed the relationship between the cellular growth and of the enzymatic activity. In the system four, the cellular growth and enzymatic activity they were considered as respecting the kinetic equation of Andrews (1968) to the substrate consumption stayed the relationship between the cellular growth and the enzymatic activity. Were they also analyzed the behaviors of the curves of specific rate of cellular growth (µX), substrate consumption (µS) and enzymatic activity (µA) in function of the time, with the objective of verify some relationship among the three curves of specific rate and try to classify the production of CGTase by Bacillus firmus STRAIN 37 how production of associated enzyme or not to the cellular growth. Was it observed for some culture means a relationship among the specific rates of substrate consumption (µS) and of enzymatic activity (µA), done characterize by the amylolytic activity of the enzyme CGTase, but could not one affirm that the production of the enzyme is associated to the growth of the Bacillus firmus STRAIN 37 in the studied conditions. Was another accomplished observation the relationship of Luedeking and Piret (1959) among the specific rate of product formation (µA) and the specific rate of cellular growth (µX), through the elaboration of the graphs for each medium, in what the specific rate of enzymatic activity (µA) did it composes the axis "y" and the specific rate of cellular growth (µX) did it composes the axis "x". For the concentrations of starch used in the culture mediums studied (larger of the than 10g/L), was not a lineal relationship observed between the specific rate of enzymatic activity (µA) and of cellular growth (µX), not being possible to apply the relationship of Luedeking and Piret (1959) in the study of the kinetic models. For most studied mediums, the model Aiba et al (1949) didn?t present any result, being difficult the resolution of the system of equations in the studied conditions, already the combination Monod-Aiba presented similar results, graphically, that the combination Monod-Andrews, and the model of Andrews (1968) presented good results for practically all of the mediums, none of the studied kinetic equations was enough to adjust the three groups of given simultaneously. For this reason, for the production of CGTase for Bacillus firmus STRAIN 37, in the studied conditions, it’s necessary to manipulates the existent kinetic equations or to develop new kinetic equations to allow to represent this fermentative process appropriately

A produção de ésteres etílicos pela transesterificação enzimática dos óleos de canola e nabo forrageiro utilizando as lípases de Burkholderia cepacia e Thermomyces lanuginosus foi estudada empregando a metodologia de superfícies de resposta, obtidas por meio de um planejamento fatorial 23, com quatro repetições no ponto central. A temperatura (40, 50 e 60ºC), a razão molar álcool:óleo (6:1, 9:1 e 12:1) e a quantidade de enzima em relação ao óleo (5; 7,5; 10%) foram as variáveis avaliadas e as resposta foram a atividade de consumo de triacilglicerol, a atividade de produção de éster, a conversão de triacilglicerol e o rendimento de éster. O monitoramento do andamento da reação de transesterificação foi analisado e quantificado por cromatografia em fase líquida de alta eficiência utilizando gradiente de separação aquoso/orgânico não aquoso de fase reversa. Os resultados mostraram que o óleo de canola quando comparado com o óleo de nabo forrageiro, propiciou conversões mais rápidas dos triacilglicerídeos e maiores rendimentos de éster, como também maiores valores de atividades de produção de éster e de consumo de triacilglicerol para as duas lípases utilizadas. A lípase de Burkholderia cepacia apresentou resistência à temperatura e a altas razões molares álcool:óleo, porém, sem alta seletividade à produção de éster. O maior rendimento observado foi de 47,08% utilizando o óleo de canola e 39,98% o de óleo de nabo forrageiro. Já a lípase de Thermomyces lanuginosus apresentou altos rendimentos de éster - 85,78% e 71,38%, para o óleo de canola e nabo forrageiro, respectivamente, além de rápida conversão dos triacilglicerídeos. No entanto sofreu forte inativação quando a temperatura foi superior a 50ºC. As superfícies de respostas obtidas do planejamento experimental foram capazes de prever no mínimo 88% da variância total do sistema.

The purpose of this study was the molecular characterization of nine varieties of sugarcane grown in the northern region of Paraná, and used by one of the units producing sugar and ethanol, analyzing microsatellite loci. The analysis of polymorphism in microsatellite loci of these varieties should provide information on the variability present within each cultivar and genetic similarity and divergence between them. Forty primers were tested of which 17 were used for analysis of nine varieties of sugarcane, because they presented better definition. Among the 17 primers used only primers were monomorphic UGSM59 UGSM148 and being useful for the study of genetic uniformity of varieties. With the primers UGSM35, SEGMS240, SEGMS1069,SMC226CG, ESTB130, SMC1237FL, SMC165A, UGSM117, ESTB41, ESTB145, SMC1047HA, SMC2017FL, ESTC66, mSSCIR56 and ESTB50, were found a total of 70 alleles ranging from 2 to 6 alleles, a average of 4.12 alleles per locus. The analysis of polymorphism at 15 SSR loci of Saccharum spp showed that the loci Smc226CG, Smc1237FL, Smc1047HA, mSscir56 and EstB60 showed higher values for the estimates of observed heterozygosity, and in situ Smc1047HA found the largest number of alleles. The varieties RB72454, RB92579 and RB867515 showed the highest values of heterozygosity was observed. The calculated genetic diversity showed greater genetic identity among the varieties RB92579 and RB72454 with 86.31% similarity and the lowest similarity was found between the varieties and RB845210 RB835054. The SSR loci in varieties of sugarcane are promising markers for assessing the actual genetic diversity at the molecular level of varieties that have uniform agronomic characteristics, contradicting the assumption that there is genetic uniformity in commercial varieties of sugarcane. O objetivo do presente trabalho foi a caracterização molecular de nove variedades de cana-de-açúcar cultivadas na região norte do Paraná, e utilizadas por uma das unidades produtoras de etanol e açúcar, analisando locos microssatélites. A análise do polimorfismo em locos microssatélites dessas variedades deve informar sobre a variabilidade presente dentro de cada cultivar e a divergência e similaridade genética entre as mesmas. Foram testados 40 primers dos quais 17 foram utilizados para análise das 9 variedades de cana-de-açúcar, por apresentarem melhor definição. Dos 17 primers utilizados apenas os primers UGSM148 e UGSM59 foram monomórficos sendo úteis para o estudo de uniformidade genética das variedades. Com os primers UGSM35, SEGMS240, SEGMS1069, SMC226CG, ESTB130, SMC1237FL, SMC165A, UGSM117, ESTB41, ESTB145, SMC1047HA, SMC2017FL, ESTC66, mSSCIR56, e ESTB50, foi encontrado um total de 70 alelos variando de 2 a 6 alelos, sendo uma média de 4,12 alelos por locos. A análise do polimorfismo nos 15 locos SSR de Saccharum spp mostrou que os locos Smc226CG, Smc1237FL, Smc1047HA, mSscir56, e EstB60 apresentaram os valores maiores para as estimativas de heterozigosidade observada, e no loco Smc1047HA foi encontrado o maior número de alelos. As variedades RB72454, RB92579 e RB867515 apresentaram os valores mais altos de heterozigosidade média observado. A diversidade genética calculada mostrou maior identidade genética entre as variedades RB92579 e RB72454 com 86,31% de similaridade e a menor similaridade encontrada foi entre as variedades RB845210 e RB835054. Os locos SSR em variedades de cana-de-açúcar são marcadores promissores para avaliar a real diversidade genética em nível molecular de variedades que apresentam características morfoagronômicas uniformes, contrariando o postulado de que existe uniformidade genética em variedades comerciais de cana-de-açúcar. 44 f

Palm oil ranks first in world production of edible oils. Its unique composition of about 50% in saturated fatty acids gives good consistency at room temperature, however, for presenting this large amount of saturated fatty acids, this oil has received a negative perception from the consumers. In this context there is interest in the production of a palm oil rich in diacylglycerol molecules, which exhibit characteristics such as flavor and appearance similar to those of triacylglycerol. Studies indicate that consumption of diacylglycerol can avoid problems that are related to the high consumption of triglycerides, such as obesity and cardiovascular diseases. This study aims to evaluate the kinetics of enzymatic hydrolysis of palm oil and the thermodynamics of phase equilibrium between the hydrolysis products with water and ethanol, which enables simulation of processes which aim to achieve a palm oil that is rich in diacylglycerol. The partial hydrolysis of palm oil was carried out in a solvent-free medium at 55 °C, 400 rpm, with the immobilized enzyme Lipozyme RM IM. The variables evaluated in the system were: enzyme concentration, initial water concentration and reaction time. A palm oil with 35.91 wt% in DAG was obtained for the best conditions predicted by the kinetic model: 2.87 wt% enzyme/substrate, 2.10 wt% water/oil and 72 hours of reaction. The study of the liquid-liquid equilibrium of palm oil (obtained in the hydrolysis step) with ethanol and water was used to estimate UNIQUAC parameters, which were used in the simulation of a liquid-liquid extraction process for the purification of DAG. The phases split at each extraction stage were calculated by minimizing the Gibbs free energy of the system. The simulations of liquid-liquid extraction indicated the possibility of obtaining a palm oil with 87.64 wt% in DAG and 0.53 wt% of acidity. O óleo de palma ocupa o primeiro lugar na produção mundial de óleos comestíveis. Sua composição diferenciada de cerca de 50% em ácidos graxos saturados lhe confere boa consistência a temperatura ambiente, entretanto, por apresentar esta grande quantidade de ácidos graxos saturados, este óleo tem recebido uma percepção negativa dos consumidores. Neste contexto, surge o interesse da produção de um óleo de palma rico em moléculas de diacilglicerol, as quais apresentam características como sabor e aparência próximos aos das moléculas de triacilglicerol. Estudos indicam que o consumo de diacilglicerol pode evitar problemas relacionados ao elevado consumo de triacilglicerol, como obesidade e doenças cardiovasculares. Este trabalho tem como objetivo avaliar a cinética da hidrólise enzimática do óleo de palma e a termodinâmica de equilíbrio de fases entre os produtos da hidrólise utilizando-se um meio com água e etanol, o que permite a simulação de processos que têm como finalidade a obtenção de um óleo de palma rico em diacilglicerol. A hidrólise parcial do óleo de palma foi realizada em meio livre de solvente, a 55°C, 400 RPM, com a enzima imobilizada Lipozyme RM IM. As variáveis avaliadas do sistema foram: concentração de enzima, concentração inicial de água e tempo de reação. Um óleo de palma com 35,91 m% em DAG (quantificado por RMN de 13C) foi obtido experimentalmente para as melhores condições preditas pelo modelo cinético: 2,87 m% enzima/substrato, 2,10 m% água/óleo e 72 horas de reação. O estudo de equilíbrio líquido-líquido do óleo de palma (obtido na etapa de hidrólise) com etanol e água foi utilizado para a estimativa de parâmetros UNIQUAC, os quais foram usados na simulação de um processo de extração líquido-líquido para purificação do DAG. A separação de fases em cada estágio da extração foi calculada por meio da minimização da energia livre de Gibbs do sistema. As simulações de extração líquido-líquido indicaram a possibilidade de obtenção de um óleo de palma com 87,64 m% em DAG e 0,53 m% de acidez. xxiv, 117 f

Orientador: Prof.ª Dr.ª Gisella Maria Zanin Coorientador: Prof.ª Dr.ª Heizir Ferreira de Castro ; Prof. Dr. Paulo Waldir Tardioli Dissertação (mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2010 RESUMO: Neste trabalho foram sintetizados ésteres etílicos de óleo de babaçu, pinhão manso, palma, andiroba e sebo bovino, através da transesterificação enzimática. Inicialmente foram determinadas as propriedades físico-químicas das matérias-primas; como os índices de acidez, peróxidos, iodo e suas composições de ácidos graxos. Para as reações de transesterificação, três lipases diferentes foram utilizadas: lipase de Candida antartica (Novozym 435) imobilizada em resina acrílica macroporosa, lipase de Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL IM) imobilizada em sílica porosa granulada e a lipase de Burkholderia cepacia (Lipase PS) imobilizada em terra diatomácia. As reações foram conduzidas em reatores fechados contendo 20g de substrato, que consistia de óleo ou gordura animal, e etanol anidro sem a presença de solventes, em uma razão molar óleo-etanol de 1:9 para os óleos vegetais e 1:6 para o sebo bovino. A mistura foi incubada com as lipases de diferentes fontes sob carregamento de 10% de enzima em relação à massa do meio reacional (%m/m). Os experimentos foram realizados a 50ºC, sob agitação magnética, por um período máximo de 48h. Foram retiradas amostras para quantificar os ésteres etílicos formados por cromatografia gasosa. A viscosidade cinemática do biodiesel obtido também foi determinada. Os maiores rendimentos foram obtidos para os óleos de babaçu e pinhão manso, com as enzimas Novozym 435 (94,90 e 98,85%) e Lipase PS (96,92 e 100%). Apesar de apenas o biodiesel produzido a partir do óleo de babaçu ter alcançado em 48h viscosidade na faixa de 3,0 a 6,0cSt, como determina a Agência Nacional de Petróleo para uso de biocombustíveis no país, o processo enzimático foi capaz de produzir biodiesel com boa qualidade ABSTRACT: In this work we synthesized ethyl esters of babassu oil, Jatropha, palm, andiroba and tallow by enzymatic transesterification. Initially the physicochemical properties of the raw materials were determined, such as, as acidity, peroxide and iodine indices and fatty acid composition. Three different lipases were used for doing the transesterification reactions: lipase from Candida antartica (Novozym 435) immobilized on macroporous acrylic resin, lipase from Thermomyces lanuginosus (Lipozyme TL IM) immobilized on porous silica and granulated lipase from Burkholderia cepacia (Lipase PS) immobilized in diatomite. The reactions were conducted in a closed reactor containing 20 g of substrate, which consisted of oil or animal fat and anhydrous ethanol, without the presence of solvents in an oil-ethanol molar ratio of 1:9 for vegetable oils and 1:6 for tallow. The mixture was incubated with lipases from different sources under a loading of 10% w/w of enzyme and reaction mass of the medium. The experiments were performed at 50°C under magnetic stirring, for a maximum period of 48 hours. Samples were collected to quantify ethyl esters formed by gas chromatography. The kinematic viscosity of biodiesel produced was also measured. The highest yields were obtained by babassu oil and Jatropha, with enzymes Novozym 435 (94,90 and 98,85%) and Lipase PS (96,92 and 100%). Although only biodiesel made from babassu oil had reached in 48h viscosity in the range 3,0 to 6,0 cSt, as determined by the National Petroleum Agency for x the use of biofuels in the country, the enzymatic process was able to produce biodiesel with good quality

Catalysts were synthesized and selected for the ethanol steam reforming and oxidative reforming reactions. The work was divided into two stages: the first was made to select the best active phase, which was used, in the second stage, in the selection of the best support. The best active phase/support combination should maximize hydrogen production and minimize the occurrence of parallel reactions, which lead to unwanted products. The catalysts were prepared by excess solvent impregnation of precursor salts on the support, followed by drying, pressing, calcination, grounding and sieving, resulting in particles with average diameter between 0.4 mm and 0.8 mm. The catalysts synthesized in the first stage were Me-Cu bimetallic catalysts (Me = Ni, Pt, and Pd) supported in g-Al2O3 and a-Al2O3 phases. In the second stage, the main focus was on the influence of different supports (ZnO, Nb2O5, and CexZr1-xO2) on the catalytic process of the ethanol reforming. The amounts of precursor salts were determined in order to obtain, after calcination, catalysts with nominal mass fractions of metals Ni, Cu, Pt, and Pd equal to 10%, 1%, 2%, and 3%, respectively. The metal precursors used were Ni(NO3)2.6H2O, Cu(NO3)2.3H2O, H2PtCl6.6H2O, and PdCl2. The catalysts were characterized by TPR, XRD, BET surface area, atomic absorption, TPD-NH3, isopropanol decomposition reaction, and DRS in the UV-vis range. The supports were submitted to thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. The catalysts containing nickel had the metal surface area, metal dispersion, and metal particle size determined by TPD-H2. The catalytic tests of ethanol steam reforming were performed at atmospheric pressure and temperature of 400 oC with 2.5 g of catalyst. The analysis of the first stage results pointed to the Ni-Cu active phase as the most suitable for hydrogen production. Moreover, the production of gas was higher using a feed molar ratio of liquid reagents H2O/C2H5OH equal to 10 and space velocity fixed in 70 dm3/h.gcat (after vaporization). On the second stage, different supports were analyzed with the same active fase, 10% Ni-1% Cu, selected in the first stage. Ni- Cu/Ce0,6Zr0,4O2 was found to be the most active and selective catalyst for hydrogen production from ethanol steam reforming reaction. The other products were minimized by the reduction of unwanted reactions. Moreover, the catalyst was very stable for hydrogen production over the 8 h of reaction. As for the other catalysts, the yield of unwanted products was higher. Hydrogen production occurred preferentially by reactions such as ethanol dehydrogenation to acetaldehyde and ethanol decomposition. The results also showed the strong influence of catalyst acidity on the distribution of products. The presence of ethylene and diethyl ether was attributed to acid sites on the catalytic surface. The activity of the catalysts was also evaluated in the ethanol oxidative reforming, with O2/C2H5OH equal to 0.8. The incorporation of oxygen clearly reduced the efficiency of the Ni-Cu/Ce0,6Zr0,4O2 catalyst. The decrease in performance was marked by a strong catalyst deactivation, a reduction in hydrogen production, and a strong elevation in the amount of products from the oxidation reaction. In general, the addition of oxygen to the reagent mixture caused a reduction in hydrogen production when compared to the ethanol steam reforming, independent of the catalyst. Catalisadores foram sintetizados e selecionados para as reações de reforma com vapor d'gua e reforma oxidativa do etanol. O trabalho foi dividido em duas etapas: na primeira foi realizada a seleção da melhor fase ativa, enquanto na fase posterior, esta foi utilizada na seleção do melhor suporte, cujo conjunto fosse responsável por maximizar a produção do hidrogênio, ao mesmo tempo em que minimizasse a ocorrência de reações paralelas, que levam a produtos indesejados. Os catalisadores foram preparados pelo método da impregnação, com excesso de solvente, dos sais precursores sobre o suporte, seguida pela secagem, prensagem e empastilhamento, calcinação, trituração e peneiramento, resultando em partículas de catalisadores com diâmetro médio entre 0,4 mm e 0,8 mm. Os catalisadores sintetizados na primeira etapa foram catalisadores bimetálicos Me-Cu (Me = Ni, Pt e Pd) suportados nas fases g-Al2O3 e a- Al2O3. Na segunda etapa, o foco principal foi a influência de diferentes suportes (ZnO, Nb2O5 e CexZr1-xO2) no processo catalítico da reação de reforma do etanol. A massa dos sais utilizada foi determinada de modo a se obter, após a calcinação, catalisadores com frações mássicas nominais dos metais Ni, Cu, Pt e Pd iguais a 10%, 1%, 2% e 3%, respectivamente. Os precursores metálicos utilizados foram o Ni(NO3)2.6H2O, Cu(NO3)2.3H2O, H2PtCl6.6H2O e o PdCl2. Os catalisadores foram caracterizados por RTP, DRX, área superficial BET, absorção atômica, DTP-NH3, reação de decomposição do isopropanol, DRS no UV-vis. Os suportes foram submetidos a análises termogravimétricas e calorimetria exploratória diferencial. Catalisadores contendo níquel tiveram a área superficial do metal bem como sua dispersão e tamanho de partícula determinadas por DTP-H2. Os testes catalíticos de reforma do etanol com vapor d'água foram realizados à pressão atmosférica e temperatura de 400 oC com 2,5 g de catalisador. A análise dos resultados da primeira etapa apontou a fase ativa composta pelo Ni como a mais adequada para a produção do hidrogênio. Além disso, a produção do gás é mais elevada mediante a utilização de uma alimentação com razão molar dos reagentes líquidos H2O/C2H5OH igual a 10 e velocidade espacial fixada em 70 dm3/h.gcat (após vaporização). Na segunda etapa foram analisados diferentes suportes mantendo como fase ativa 10% Ni-1% Cu, selecionada na primeira etapa. Os resultados apontaram o catalisador Ni-Cu/Ce0,6Zr0,4O2 como o mais ativo e seletivo para produção do hidrogênio a partir da reação de reforma de etanol com vapor d'água. A quantidade dos demais produtos foi minimizada devido à redução da ocorrência de reações indesejadas. Além disso, o catalisador se mostrou bastante estável ao longo das 8 h analisadas para a produção do H2. Nos demais catalisadores, o rendimento para os produtos indesejados foi superior. A produção do hidrogênio se deu preferencialmente por reações como a desidrogenação do etanol para acetaldeído e a decomposição do etanol. Os resultados também mostraram a forte influência da acidez catalítica na distribuição dos produtos. A presença do etileno e do éter dietílico foi atribuída a sítios ácidos dispostos na superfície catalítica. A atividade dos catalisadores também foi avaliada na reforma oxidativa do etanol, com razão O2/C2H5OH igual a 0,8. A incorporação do oxigênio claramente reduziu a eficiência do catalisador Ni-Cu/Ce0,6Zr0,4O2. A queda no desempenho foi marcada por uma acentuada desativação catalítica, redução na produção do hidrogênio e elevação acentuada na quantidade dos produtos oriundos da reação de oxidação. Em geral, a adição do oxigênio à mistura reagente provocou uma redução na produção do hidrogênio, quando comparada à reação de reforma de etanol com vapor d'água, independente do catalisador. xvi, 188 f

Orientador: Prof.ª Dr.ª Gisella Maria Zanin Coorientador: Prof.ª Dr.ª Rita de Cássia Bergamasco Dissertação (mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2009 O objetivo deste trabalho foi o estudo da formação do complexo de inclusão da fragrância linalol em ciclodextrinas. O linalol é uma substância empregada como fixador de perfumes, que possui alta volatilidade e é fracamente solúvel em água. As ciclodextrinas utilizadas neste trabalho foram as naturais, a-, ß-, e y-ciclodextrina, e uma ciclodextrina modificada, a hidroxipropil- ß -ciclodextrina. Após o estudo da viabilidade teórica da capacidade das ciclodextrinas em formar complexos de inclusão com o linalol, observou-se que apenas a a-CD não apresentava a capacidade de incluir o linalol em sua cavidade. As constantes de estabilidade, determinadas pelo diagrama de solubilidade de fases, foram 281,96 M-1; 423,61 M-1 e 286,97 M-1, para os sistemas linalol/?-CD, linalol/?-CD e linalol/HPß-CD, respectivamente. Os diagramas de solubilidade de fases também mostraram que a solubilidade do substrato aumentou linearmente com o incremento da concentração de CD, sugerindo a formação de complexo de 1:1 (linalol:CD), para todos os sistemas estudados. O cálculo da eficiência de formação do complexo de inclusão mostrou que para a ß-CD uma em cada quatro moléculas de ß-CD em solução forma complexo solúvel em água com linalol. A HPß-CD apresentou maior probabilidade de inclusão que a ß-CD (1 em cada 3 moléculas). A ?-CD foi a que apresentou maior probabilidade de formação de complexo de inclusão com a fragrância (57%), ou seja, 1 em cada 2 ou 3 moléculas formam complexo. Os complexos de inclusão foram preparados pelo método de co-precipitação, nas proporções molares de 1:1 e 1:2 (linalol:CD), e caracterizados por Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Prótons (RMN-H1), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Termogravimetria (TGA) e Termogravimetria Derivativa (DTG). Estas técnicas confirmaram a formação do complexo de inclusão entre linalol e CDs. A análise de decomposição térmica permitiu presumir que o processo de decomposição da ß-CD, da ?-CD, da HPß-CD e de seus respectivos complexos são reações simples de primeira ordem. Concluiu-se também que, comparando os complexos de inclusão realizados com a ß-CD, a energia de ativação do suposto complexo de razão molar de preparação de 1:1 é maior que a energia de ativação do complexo de razão molar de preparação de 1:2; já para os complexos de inclusão realizados com a HPß-CD o resultado indicou o inverso. Apesar da ?-CD apresentar melhor eficiência de complexação com o linalol, comparando-se com as outras CDs, o complexo de inclusão preparado com ß-CD apresentou melhores resultados na caracterização dos produtos por FT-IR, DSC, TGA e DTG; além disso, do ponto de vista econômico, a ß-CD apresenta vantagem sobre as demais, pois é a ciclodextrina com menor valor comercial, isto é menor preço em relação às demais The objective of this work was to study the complexation of linalool fragrance in cyclodextrins. The used fragrance was linalool, a substance applied as a fixer perfumes, that has high volatility and is weakly dissolvable in water. The natural cyclodextrins used in this work was a-, ß- and ?-cyclodextrin, and the modified cyclodextrin hydroxypropyl-ß-cyclodextrin. After study the theorist viability of the cyclodextrins’ capacity to form inclusion complexes with linalool, was observed that only the a-CD doesn’t have capacity to include linalool in its cavity. The stability constants, that was determined using the phase-solubility diagram, were 281,96 M-1; 423,61 M-1 e 286,97 M-1, to the systems linalool/?-CD, linalool/?-CD and linalool/HP ß -CD, respectively. The phase-solubility diagrams also showed that the substract’s solubility presents a linear increase with the CD concentration’s increase, suggesting formation of a 1:1 complex (linalool:CD), to all the systems. The complexation efficiency showed that to the ß-CD one in each four molecules of ß-CD in solution form dissolvable complex in water with linalool. The HPß-CD showed bigger probability of complexation than ß-CD (1 in each 3 molecules). The ?-CD showed the biggest probability to form inclusion complexes with the fragrance (57%), that is, 1 in each 2 or 3 molecules form complexes. viii The inclusion complexes were prepared by co-precipitation method, in molar rates 1:1 and 1:2 (linalool:CD), and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Nuclear Magnetic Resonance (RMN-H1), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Derivative Thermogravimetric Analisis (DTA). These thecniques confirmed the inclusion complex formation between linalool and cyclodextrins. The thermal decomposition analysis permitted to presume that the process of decomposition of the ß-CD, ?-CD, HPß-CD and their respective complexes are simple first-order reactions. It was concluded also that, comparing the inclusion complexes prepared with ß-CD, the activation energy of the supposed complex in molar rate of 1:1 is bigger than the activation energy of the complex in molar rate of 1:2; the results for the inclusion complexes prepared with HPß-CD showed the inverse. Even though the ?-CD showed better complexation efficiency with linalool, compared with the others CDs, the inclusion complex prepared with ß-CD showed better results in the characterization of the products by FT-IR, DSC, TGA e DTG; besides, from the economic point of view, ß-CD has the advantage of the others, because it is the cyclodextrin with smaller price in the market

The aim of this work was to investigate the reduction of metals chelates of diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) from totally chlorine-free (TCF) bleachin geffluent by ultrafiltration-complexation process using polyethylenimine (PEI) and polyvinyl alcohol (PVA). This study was accomplished in two stages: preliminary tests and complemental ones. Preliminary experiments were carried out on batch stirred tank. The parameters, membrane type, the polymeric ligants addition and concentration, contact time (between the polymeric and the effluent), and pH were evaluated. The performance of the membranes and of the polymeric ligants were analyzed in terms of metals removal and COD (Chemical Oxygen Demand) percentage. These experiments were performed as a function of: polymeric ligants poly(ethylenimine) (PEI) and poly(vinyl alchool) (PVA) addition and concentration the contact time (effluent with polymeric ligants) and aqueous pH. The performance of the ipolymeric ligands was evaluated by determining metals removal and Chemical Oxygen Demand (COD). The preliminary tests results have showed that the best removals were reached with the M5 membrane and polymeric PVA. It should be pointed out that polymeric PEI was not applied in this stage. The contact time influenced in a significant way the metals removal, mainly with relationship to the Fe. 54% and 83% of Fe removals were reached for 24 hours and 5 days contact time, respectively, under following conditions (polymeric PEI, pH=4 and M5 membrane). On the other hand, removals of 49% and 68% were reached for 24 hours and 5 days contact time, respectively, using PVA, pH=3 and M5 membrane. The pH has significantly influenced metals removal, and using PEI and M5 membrane, pH range of 4-5, removals of 83% Fe, 46% Mg and 45% Ca were reached. For PVA and in the pH range of 4-6, the removals were of 68%, 39%, 51% for Fe, Mg and Ca, respectively. The polymeric ligants concentration has also significantly influenced the COD and metals removal. Removals of 59% Fe, 48% Mg, 54% Ca and 56% COD were reached using 12 mmol PVA concentration and pH=5. Removal values of 62% Fe, 39% Mg, 45% Ca and 51% COD were obtained working with 12 mmol PEI concentration and pH=4.6. After the preliminary tests parameters determination, complemental tests as a second stage were performed. The complemental tests were accomplished in a tangential flow module. The parameters, temperature, pressure and tangential speed were studied. The influence of these parameters on the metals removal as flux permeate was evaluated in details. The obtained results have showed that pressure and temperature have influenced metals removal in both systems (effluent + PEI and effluent + PVA). However, the tangential speed variation didn't present significant influence on metals removal.In general, the process complexation/ultrafiltration was efficient for metals removal from TCF (Totally Chlorine Free) bleaching effluent. The complexation/ultrafiltration process has increased the effluent final quality, compared to the ultrafiltration simple one.With regard to the permeated flow, the best results were reached working with pressure of 3 bar, speed 0,8 m/s and temperature 50oC for both systems (effluent + PEI and effluent + PVA). Neste trabalho foi investigada a aplicação de um processo de complexação/ultratiltração na remoção de metais complexados por DTPA (Ácido Di-etileno Pentacético) a partir do efluente da 2ª etapa do branqueamento TCF (total chiorine Free). Este estudo foi realizado em duas etapas: testes preliminares e complementares. Os experimentos preliminares foram realizados em batelada num módulo de ultrafiltração com fluxo perpendicular. Foram avaliados os parâmetros, tipo de membrana, adição e concentração do polímero complexante, tempo de contato (entre o polímero e o efluente), e pH A performance das membranas e dos polímeros complexantes foi analisada em termos de porcentagem de remoção de metais e DQO (Demanda Química de Oxigênio). Os resultados dos testes preliminares mostraram que as melhores remoções foram alcançados com a membrana M5 e o polímero PVA. Apenas deve ser salientado que o polímero PEI não estava disponível nesta etapa. O tempo de contato influenciou de forma significativa a remoção de metais, principalmente com relação ao Fe. Remoções da ordem de 54% de Fe foram alcançadas para tempos de contato 24 horas, e de 83% para tempos de contato 5 dias, (polímero PEI, pH=4 e membrana M5). Remoções de 49% e 68% foram alcançadas para tempos de contato 24 horas e 5 dias, respectivamente, utilizando-se o PVA, pH=3 e membrana M5. O pH influenciou de maneira significativa na remoção de todos os metais, no qual foram alcançadas remoções de 83% Fe, 46% Mg e 45% Ca na faixa de pH entre 4=5 para o PEI e membrana M5. Para o PVA, trabalhando-se na faixa de pH entre 4-6, as remoções foram de 68%, 39%, 51% para Fe, Mg e Ca. A concentração dos polímeros complexantes influenciou significativamente a remoção de metais e DQO. Remoções de 59% Fe, 48% Mg, 54% Ca e 56% DOO foram alcançados utilizando-se PVA em concentração de 12 imol, pH=5. Para o PEI, valores de remoção de 62% Fe, 39% Mg, 45% Ca e 51% DQO foram obtidos trabalhando-se com PEI em concentração de 12 iimol e pH=5. Após a determinação dos parâmetros avaliados nos testes preliminares foi iniciada a segunda etapa experimental referente aos testes complementares. Os testes complementares foram realizados num módulo de fluxo tangencial, e foram estudados os parâmetros, temperatura, pressão e velocidade tangencial. A influência destes parâmetros foi avaliada tanto em relação à remoção de metais como fluxo permeado. Os resultados obtidos mostraram que a pressão e a temperatura influenciaram de a remoção de metais em ambos sistemas (efluente + PEI e efluente + PVA). Já a vanação da velocidade tangencial não apresentou influência significativa na remoção de metais. r Com respeito ao fluxo permeado, os melhores resultados foram alcançados quando trabalhou-se com pressão de 3 bar, velocidade 0,8 m/s e temperatura 50°C para ambos sistemas (efluente + PEI e efluente + PVA). xvi, 131 f

The objective of this work was the production of immobilized lipase derivatives on chitosan (cheap support), aiming their application on hydrolytic and synthetic reactions. The derivatives were obtained by physical adsorption and covalent binding using hexane as dispersion medium. Two types of chitosan (analytical and pharmaceutical grade) were used for immobilizing lipase from microbial source (Candida rugosa) and animal cell (porcine pancreas). The best results with respect to the recovery of total activity afier immobilization (protein retention of 80% and immobilization efficiency of 15%) were obtained for microbial lipase and pharmaceutical grade chitosan. This set was selected for further immobilization studies, including fiilly characterization of the immobilized derivative under aqueous and non-aqueous media. Under aqueous medium, a comparative study between free and immobilized lipase was provided in terms of p11, temperature, thermal stability and operational stability. Slightly lower value for optimum p11 (6.0) was found for the immobilized form in comparison with that attained for the free lipase (7.0). The optimal reaction temperature shifted from 37°C for the free lipase to 50°C for the chitosan lipase. The patterns of heat stability indicated that the immobilization process tends to stabilize the enzyme. The half life of the free lipase at 55°C was equal to 0.41 h (K1= 1.7 h1), whereas for the immobilized lipase was found to be 0.86 h (kd = 0.81 h-1). The operation stability of the immobilized lipase was tested by repeated assays (olive oil hydrolysis for 10 mm! 3 7°C) and a half-life of 5 hours was observed. Under organic medium, the potential application of the immobilized derivative was verified by testing its performance on the esterification reaction using several aliphatic alcohols and fatty acids. The system butanol (ButOH)I butyric acid (Abut) was selected for a detailed study employing statistical experimental design. A full 2 factorial design at two levels was used to determine the influence of three factors: temperature (37 and 50°C), amount of lipase (0.25 and 0.5g) and molar ratio between Abut: ButOH (1 and 2) on the variable response (yield of ester). Three runs were carried out at the center point level for experiment error estimation. The results were analyzed by Analysis of Variance (ANOVA) and the most significant main effect on the formation of butyl butyrate was the initial lipase amount. For the experiment range studied, there was no evidence on the interaction of the lipase amount with the other two factors. The immobilized lipase was used repeatedly (seven times) in batch esterification reactions of butanol with butyric acid and the activity loss in long-term was about 28%, however there was a significant decrease on the esterification yields (83%). This suggested that no desorption of the enzyme from the support occurred. It is therefore likely that reactants and product bind to the solid enzyme phase resulting in drastic changes in the enzyme synthetic activity for the next cycle. In this sense, techniques allowing the removal of these potential inhibitors from the enzyme solid phase, are expected to improve the operational stability of this immobilized derivative. Objetivou-se, neste trabalho, a produção de amostras de lipase imobilizada em quitosana (suporte de baixo custo), visando aplicação em reações de hidrólise e síntese. A lipase imobilizada foi obtida por adsorção fisica ou ligação covalente usando hexano como meio de dipersão. Dois tipos de quitosana (grau analítico e farmacêutico) foram usados para imobilizar a lipase de fonte microbiana (Candida rugosa) e de células animais (pâncreas de porco). Os melhores resultados com relação à retenção de proteína (8 0%) e eficiência de imobilização (15%) foram obtidos para a lipase microbiana imobilizada em quitosana de grau farmacêutico. Este par foi selecionado para estudos de imobilização adicionais, incluindo a caracterização do derivado imobilizado em meio aquoso e não-aquoso. Em meio aquoso, um estudo comparativo entre lipase livre e imobilizada foi efetuado em termos de pH, temperatura, estabilidade térmica e estabilidade operacional. Mediante o procedimento de imobilização, ocorreram modificações para pH mais ácido (6,0) e para maior valor de temperatura ótima (45°C) quando comparado com os valores originais da lipase na sua forma livre (pH ótimo 7,0 e temperatura de 37°C). Os perfis das curvas de estabilidade térmica sugerem que o procedimento de imobilização tende a aumentar a estabilidade térmica da enzima lipase. O tempo de meia-vida da lipase livre a 55°C foi da ordem de 0,41 h (Kd = 1.7 h-1enquanto para a lipase imobilizada foi encontrado um valor 0,86 h (kd = 0,81 h). A estabilidade operacional da lipase imobilizada em meio não-aquoso, verificada em bateladas cíclicas de hidrólise do azeite de oliva (3 7°C/10 minutos), revelou um tempo de meia-vida de 5 horas a 37°C. Na caracterização em meio orgânico, a potencialidade da lipase imobilizada foi inicialmente verificada pela quantificação do seu desempenho na esterificação direta de diversos álcoois alifáticos e ácidos graxos, sendo selecionado para um estudo mais detalhado o sistema butanol (ButOH)/ ácido butírico (Abut), empregando a metodologia de planejamento estatístico. Um planejamento fatorial completo 2 em dois níveis foi usado para determinar a influência dos fatores: temperatura (37 e 50°C), massa de lipase (0,25 e 0,5 gramas) e razão molar entre Abut: ButOH (1 e 2) na variável resposta (rendimento de éster). Para cálculo do erro experimental, foram realizados três experimentos no nível médio. Os resultados foram analisados pela técnica da Análise de Variância (ANOVA), sendo verificado como fator mais significativo na formação de butirato de butila a massa de enzima. Dentro da região experimental avaliada, não houve evidência de interação da massa de lipase com os outros dois fatores. A lipase imobilizada foi usada sucessivamente (24 h/ 3 7°C) em reações de esterificação do butanol com ácido butírico e ao final do sétimo reciclo foi constatada uma redução significativa no rendimento do éster (83%) apesar de uma perda da atividade hidrolítica de apenas 28%. Isto sugere que não ocorre desligamento da enzima do suporte mas uma alteração das condições de hidratação da preparação imobilizada, afetando diretamente a atividade sintética no novo ciclo. Nesse sentido, técnicas que permitam a remoção de reagentes não consumidos e produto formado da fase sólida da enzima podem melhorar a estabilidade operacional da lipase imobilizada. Por meio da técnica adotada foi constatado que, além da simplicidade do próprio método, a conformação da enzima e do seu sítio ativo foram preservados por não haver o envolvimento de nenhuma espécie reativa, o que propiciou a obtenção de um sistema imobilizado com atividade média de 50 U!mg de suporte seco, cujas propriedades catalíticas foram consideradas adequadas tanto para conduzir reações de hidrólise (hidrólise de azeite de oliva) como de esterificação (síntese do butirato de butila ou ésteres similares). xviii, 127 f. : il., tabs. (algumas color.)

Drying is an important process for grains conservation during their storage. In order to be done it in a suitable way it is necessary to know its mechanisms. These mechanisms are studied by laboratories experiments and follow a real drying situation and then simulating this mechanisms in computer. The computer studies, which is the scope of this work, simulate the physics of the phenomena by mathematical equations and the process is numerically simulated by the Boundary Elements Method. For this, it was done both mass and energy balance in a spherical body and it was obtained the equations of mass and heat diffusion. In the resulted equations, the expressions involving mass gradient in the thermical diffusion equations and humidity vaporization expression in the boundary condition, become coupled the model in a way that is different from others in literature. The choice of spherical shape is because the mathematical facilities and by the fact of several grains present spherical shape profile. Boundary Element Method is used in order to take numerical and computational advantages from the mathematical model. Furthermore, an uncoupled model was also solved, in order to compare results from two models. The suggested modeling was applied to one soybean grain, considering it as a spherical, porous and isotropic body with 3.5 mm radius. The integral equations obtained by applying the boundary element method to the problem with and without moisture coupling was solved by the collocation method, using quadratic discretization in domain, and linear interpolation in time. The moisture results, obtained numerically, have good agreement to analytical and available literature results. The temperature's results obtained by the model with mass coupled were similar to literature results and they differ from the results obtained by the uncoupled mass term model. It concludes that the coupled model is suitable when one wish a precise evaluation from the phenomenon. Outcomes also show that the boundary element method is an important technique for analyzing cereal grain drying behavior by diffusion equation due its precision, stability and computers processing facilities. A secagem é um importante processo para conservação de grãos de cereais durante sua armazenagem. Para ser realizada de maneira adequada, é necessário conhecer seus mecanismos. No estudo destes mecanismos, é fundamental a utilização de experimentos de laboratório acompanhando uma situação real de secagem,e, de posse destes dados de laboratório, é que o mecanismo pode ser simulado computacionalmente. O estudo computacional, que é o objetivo deste trabalho, modela o fenômeno físico matematicamente e o processo é simulado numericamente. Neste trabalho, para modelagem matemática do problema de secagem, foi realizado um balanço de massa e energia em um corpo esférico chegando-se às equações da difusão de calor e massa. Nas equações obtidas, o termo - envolvendo gradiente mássico na equação da difusão térmica e o termo de vaporização de umidade na condição de contorno, tornam o problema acoplado, o que difere dos trabalhos existentes na literatura. A escolha do perfil esférico justifica-se por algumas espécies de grãos apresentarem forma aproximadamente esférica e pelas facilidades matemáticas. É utilizado o método de Elementos de Contorno para resolução do modelo, aproveitando a estrutura algébrica e computacional do modelo matemático. Além do modelo acoplado, foi resolvido um modelo desacoplado, com objetivo de comparar os resultados dos dois modelos. A modelagem foi aplicada a um grão de soja, considerado como um corpo esférico, poroso e isotrópico, com 3.5 mm de raio. As equações integrais resultantes da aplicação do método de Elementos de Contorno ao problema com e sem acoplamento de umidade, foram resolvidas pelo método de Colocação, utilizando-se 11 pontos de discretização no domínio, com elementos quadráticos e interpolando linearmente, também usando elementos quadráticos no tempo. Os resultados de umidade obtidos numericamente são comparáveis aos obtidos analiticamente e aos disponíveis na literatura. Os resultados de temperatura obtidos numericamente a partir do modelo com acoplamento de massa são comparáveis aos da literatura e se afastam dos resultados obtidas pelo modelo sem o termo de acoplamento de massa. Conclui-se então que o modelo com termo de acoplamento é adequado quando se deseja uma avaliação precisa do fenômeno. Esses resultados mostram também que o método de Elementos de Contorno se constitui numa técnica importante para analisar esses tipos de modelos por sua precisão, estabilidade e facilidade de programação computacional. viii, 145 f

Active carbon is a very important industrial material due to its characteristics of adsorption, presenting several applications. Taking that into account the activation of batches of 80 g of the coconut shell carbon with steam water in a fluidized bed reactor was studied. The reactor was operated in an opened mode with the flue gases coming through a screen perforated at its top. To carry out the present work, it was built an equipment in scale of row seats composed both of a steam water preheater with e1tric resistances and a 310 stainless steel fluidized bed with a 3.7 cm intemal diameter and 74 cm high. The part above the perforated distributor plate, in which the particle fluidization occurs is 37cm high. In this reactor, the heating is completed with an electric resistance, which promotes the activation of carbonized carbon. The activation temperatures were 800 and 900°C and the residence time was 15 to 90 minutes. Mass flow of steam was measured through calibrated orifice. The coconut shell previously carbonized was provided by BRASILAC Chemical Industries Ltd. and after granulometric characterization it resulted in particles of 2.21 mm average diameter, which are appropriate for discontinuous production of granular activated carbon. The main characteristics of the activated carbons produced in the fluidized bed reactor were compared with the ones obtained industrially in slip bed at BRASILAC. Among the industrial parameters for the quality of activated carbon, the iodine index adsorption is used the most and so is the surface area determined by nitrogen adsorption in BET. These parameters showed that the activated carbons produced in fluidized bed present a better quality concerning these indices. O carvão ativo é um material de grande importância industrial devido às suas características de adsorção, apresentando inúmeras aplicações. Nesse sentido estudou-se a ativação de bateladas de 80g do carvão de casca de coco com vapor de água em um reator de leito fluidizado, funcionando de modo aberto com os gases resultantes da reação saindo através de uma tela perfurada pelo seu topo. Para este trabalho foi construído um equipamento em escala de bancada composto de um pré-aquecedor do vapor de água com resistências elétricas, e o leito fluidizado em aço inoxidável 310 com 3,7 cm de diâmetro interno e 74 cm de altura, sendo de 37 cm a região acima do distribuidor de placa perfurada, na qual ocorre a fluidização das partículas. Neste reator se completa o aquecimento através de resistência elétrica, promovendo aí a ativação do carvão já pirolisado. As temperaturas de ativação foram de 800 e 900 °C e tempos de residência de 15 a 90 minutos. A vazão mássica de vapor foi medida através de orificio calibrado. A casca de coco previamente carbonizada foi fornecida pela BRASILAC Indústrias Químicas Ltda. e após caracterização apresentava-se com diâmetro médio de partícula de 2,21 mm, apropriado para a produção descontínua de carvão ativo granulado. As principais características dos carvões ativos produzidos no reator de leito fluidizado foram comparadas com as dos obtidos industrialmente em leito deslizante na BRASILAC. Entre os parâmetros industriais da qualidade do carvão ativo destaca-se o índice de adsorção de iodo, bem como a área superficial determinada por adsorção de nitrogênio em BET. Estes parâmetros demostraram que os carvões ativos produzidos em leito fluidizado apresentam melhor qualidade Em relação a estes índices. Os resultados experimentais demonstram que a ativação do carvão da casca de coco em reator de leito fluidizado conduz a um produto de melhor qualidade em um tempo três vezes menor. A 900 °C com um tempo de residência de uma hora obteve-se um carvão com área superficial determinada em BET de 1.550 m2/g e índice de iodo de 1.329 mgI2/g carvão, contra 1.340 ml2/g e 1.274 mgI2/g CARVÃO em leito deslizante. Estes resultados conststam a eficiência do método utilizado bem como o bom desempenho do equipamento. Portanto, pode-se afirmar que a tecnologia de leito fluidizado é viável para a produção de carvão ativo e, tem grande potencial para aumentar a qualidade, a uniformidade e com isso, a rentabilidade da empresa. 148 f

In this work a laboratory scale three-phase fluidized bed equipment was built. The hidrodynamic and mass transfer of concurrent gas-liquid upwards flow, has been characterized. The fluid phase were air and tap water, and solids where made of PVC, either cylíndrical, cubic and irregular shaped particles, with density varying between 1.3 e 1.4 g/cm3. The study of hidrodynamic included bed expansion, the individual phase holdup, the pressure drop and minimum fluidization velocity under gas flow rate varying from 0 to 38.5 cm3/s and liquid velocity up to 7 cm/s. Mass transfer studies in fluidized bed was center in volume mass transfer coefficient. The gas holdup was measured according to EFREMOV E VAKRUSHEV (1970) method is and the volume mass transfer coefficient was measured by a method envolving a slow chemical reaction under transient condition. Experimental data has shown that bed exansion was different for the three types of particles used. The gas holdup increases with gas flowrate and diminishes with greater liquid flowrate, while the different shaped particles used had neglible effect. The pressure drop is greater for cylindrical particles, smaller for irregular particles and cubics particles behave intermediately. Minimum fluidization velocity was not significantly affected by bed height, it decreases with higher gas flow rate, was similar for cylindrical and cubic shaped particles and greater for irregular shaped particles. The volume mass transfer coefficient (KLA) is highly depended of gas-liquid distributer design. In spite of this, within the range of conditions used, KLA increases with both gas liquid flowrates. For the same flow condition the three-phase fluidized bed has a higher mass transfer than the equivalent bubble column, showing that the effect of the particles is to break the bubble and increse the volume mass transfer coefficient. Para este trabalho foi construído um equipamento ainda em escala de laboratório para caracterização hidrodinâmica e a transferência de massa de um leito fluidizado trifásico concorrente com fase contínua líquida. Os fluidos utilizados foram a água e o ar comprimido. A fase sólida constituiu-se de partículas de PVC com densidade entre 1,3 e 1,4 de forma cilíndrica, cúbica e irregular. Na hidrodinâmica foram estudadas a expansão do leito, o holdup individual das fases, a queda de pressão e a velocidade mínima de fluidização com vazão de gás entre O e 38,5 cm3/s e velocidade do líquido até 7 cmls. Estudos de transferência de massa foram efetuados com o leito fluidizado através de medidas do coeficiente de transferência de massa volumétrico. O holdup da fase gasosa foi medido pelo método de EFREMOV E VAKRUSHEV( 1970) e o coeficiente de transferência de massa volumétrico foi medido pelo método que envolve reação química lenta em estado transiente. Resultados demonstraram que: as expansões do leito fluidizado foram diferentes para as três partículas utilizadas. O holdup da fase gasosa aumentou com a vazão do gás e diminuiu com a vazão/velocidade do líquido e não se distinguiu o efeito da forma das partículas. A queda de pressão foi maior para as partículas cilíndricas seguindo as cúbicas e a menor queda de pressão foi para as partículas irregulares. Foi notado que a velocidade mínima de fluidização diminuiu com a presença do gás, não havendo diferença significativa entre as velocidades mínimas de fluidização para alturas estáticas diferentes. As velocidades mínimas de fluidização para as partículas cilíndricas e cúbicas foram muito próximas, já as partículas irregulares tiveram uma maior velocidade mínima de fluidização. Embora o coeficiente de transferência de massa volumétrico seja dependente do distribuidor gás-líquido pôde-se verificar que o coeficiente de transferência de massa volumétrico aumentou com a vazão do gás e com a velocidade do líquido nas condições de operação utilizadas. A presença de partículas na maioria da condições de operação fizeram com que valores de coeficiente de transferência de massa volumétrico no leito fossem levemente maiores que os do coeficiente de transferência de massa volumétrico em coluna de borbulhamento (sem partículas). Indicando estes resultados que as partículas possuíram um leve efeito de quebrar as bolhas. 185 f

In this work a computational program was developed for the synthesis of flexible heat exchanger networks. The program uses the concepts of Pinch Analysis to design project the network to only one operating period (named Base Case) and uses the a flexibility analysis to achieve the final design for all the other periods. In the heat exchanger network synthesis, initially are defined for the Base Case, the objectives with respect the minimum global cost, the optimum DTmin, the minimum exchange area, the minimum number of units and the hot and cold utilities. The network is synthesized by using the Pinch Design Method. After this, the network is evolved, identifying and breaking loops. After the evolution, it is made the flexibility analysis. This analysis has as objective to adapt the Base Case to the others periods with a fewer global cost, getting the trade-off between the capital and the energy cost to the final network, for all the periods of operation. Some examples of the literature were used to test and compare the results, showing the developed technique consistence and its applicability. Neste trabalho foi desenvolvido um programa computacional para a síntese de redes de trocadores de calor flexíveis. O programa desenvolvido utiliza os conceitos da Análise Pinch para projetar a rede para apenas um período de operação (denominado Caso Base), sendo feita uma análise da flexibilidade para obter o projeto final envolvendo todos os demais períodos. Na síntese da rede para o Caso Base são definidos inicialmente os seus objetivos com relação ao custo global mínimo, ATmin ótimo, área mínima de troca térmica, número mínimo de trocadores de calor e a demanda de utilidades quentes e frias. Em seguida a rede é sintetizada utilizando-se o Método do Ponto de Estrangulamento Energético. Depois de sintetizada a rede é evoluída, identificando e quebrando os possíveis laços de troca térmica. Após a evolução da rede, faz-se a análise da flexibilidade. Esta análise tem como objetivo adaptar o caso base para os demais períodos com o menor custo global (equipamentos e energia), ou seja, obter o trade-off entre custo de equipamentos e custo de energia para a rede final, que inclui todos os períodos de operação. Alguns exemplos de casos citados na literatura foram testados e os resultados obtidos confrontados, mostrando a consistência e aplicabilidade da técnica desenvolvida. ix, 88 f