Acid and basic pretreatment of bagasse cane sugar and enzymatic saccharification

O uso de subprodutos agroindustriais como a biomassa são usados para gerar o etanol de segunda geração. Essa estratégia é uma opção para aumentar a produção deste combustível em 30 % sem aumentar a área plantada de cana. Dessa forma, essa estratégia pode contribuir para diminuir o uso do petróleo e seus derivados, contribuindo significativamente para a redução dos impactos ambientais. Para que a produção de etanol celulósico seja economicamente viável é necessário que estas fontes lignocelulósicas sejam fracionadas de forma a disponibilizar a maior quantidade de carboidratos possível para o processo de fermentação alcoólica. No primeiro capítulo é apresentado uma revisão sobre os diferentes métodos de pré- tratamentos existentes que vem sendo utilizados abordando suas vantagens e desvantagens nos processos de produção de etanol. No segundo capítulo foi investigado o pré-tratamento de bagaço de cana de açúcar com ácido sulfúrico diluído e hidróxido de sódio e sacarificação enzimática. Buscou-se maximizar o rendimento de glicose na hidrólise enzimática de ambos os tratamentos. Foram examinadas várias condições de pré-tratamento com ácido sulffidrico aplicando o planejamento fatorial fracionado 2³: concentração de H2SO4 de 0,5-2% (g/L), tempo de reação de 10-50 minutos, a relação sólido-líquido de 0,5-1,5 (g/L) e temperatura constante de 121°C. A análise variância (ANOVA) mostrou que a associação dos fatores utilizados nos pré-tratamentos, não teve efeito significativo (p <0,05). O pré-tratamento que apresentou melhores rendimentos em glicose foi nas seguintes condições: 1,25% de ácido sulfúrico no tempo de 30 minutos de experimento e com relação sólido-líquido de 1,0. A temperatura foi mantida constante (121°C) em todas as condições testadas. Esta condição pré-tratamento utilizada reduziu 65,7 % o teor de hemicelulose e aumentou em 16,3 % o teor de celulose devido a solubilização da hemicelulose. As concentração de produtos gerados na degradação do açúcar, tais como o ácido acético (2,91 + ou - 0.03), furfural (0,12 + ou - 0,00), 0 hidroximetilfurfural (0,03 + ou - 0,00) (g/L), foram baixos em relação a outros trabalhos na literatura, sugerindo o bom potencial do hidrolisado para fermentação. Esses resultados indicam que a solubilização de hemiceluloses (65,7 %) favoreceu alto rendimento de glicose na hidrólise enzimática (36,1 g/L) quando comparada ao material in natura (5 g/L). Espectro de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) foi usado para determinar os principais constituintes presentes nas fibras do bagaço antes e após o pré- tratamento ácido somente. A principal diferença apresentada entre os espectros de infravermelho do bagaço de cana in natura e o pré-tratado foi encontrada em 585 e 3500 cm-¹ que referem à deformação assimétrica de grupos (C-OH) de celulose e possível estiramento de grupos (0-H) de polissacarídeos. A degradação térmica do bagaço de cana apresentados na termogravimetria apresentou dois passos de perda de massa atribuídos a liberação de umidade e decomposição do material lignocelulósico. A principal diferença apresentada entre as análises térmicas do bagaço de cana in natura e o pré-tratado no presente trabalho foi encontrada em temperaturas em torno de 200 a 400 °C que referem a degradação térmica principalmente de hemicelulose seguida de celulose. Após as etapas de pré-tratamento, os materiais lignocelulésicos apresentaram uma estrutura morfológica modificada, com as células vegetais livres de células de parénquima, conforme verificado pelas análises de Microscopia eletrônica de varredura (MEV). O pré-tratamento ácido gerou mudanças na conformação estrutural que desorganizou o bagaço e, posteriormente, facilitou o acesso das enzimas no processo de hidrólise enzimática. Foram examinadas várias condições de pré-tratamento com hidróxido de sódio após o tratamento ácido aplicando o planejamento fatorial fracionado 2³: concentração de NaOH de 1-2% (g/L), tempo de reação de 30-90 minutos, a relação sólido-líquido de O,5-1,5 (g/L) e temperatura constante de 121°C. 0 pré-tratamento básico que apresentou melhores rendimentos em glicose foi nas seguintes condições: 1% de hidróxido de sódio no tempo de 30 minutos de reação 6 com relação sólido-líquido de 1,5. A temperatura foi mantida constante (121°C) em todas as condições testadas. O coeficiente da variável S/L foi significativo e negativo, indicando que ao aumentar a relação sólido/líquido observa-se um maior rendimento em glicose na sacarificação enzimática. A ANOVA indicou que não houve ajuste do modelo, portanto a superfície de resposta não é confiável.Agro-industrial by-products such as biomass are used to generate the second generation ethanol. This strategy is an option to increase the production of this fuel by 30%, without increasing the area planted with sugarcane. Thus, this strategy can help to raduce the use of oil and oil products, contributing significantly for the reduction of environmental impacts. For the cellulose ethanol production to be economically viable it is necessary that the lignocellulosic sources are fractionated, in order to provide the largest possible amount of carbohydrate particles available for the fermentation process. In the first chapter is presented an overview of the different existing pre-treatment methods that have been used, emphasizing on its advantages and disadvantages for the ethanol production process. In the second chapter, it was investigated the pre-treatment of sugarcane bagasse, with dilute sulfuric acid, sodium hydroxide and enzymatic saccharification. We sought to maximize the yield of glucose in the enzymatic hydrolysis of both treatments. We examined various conditions of pretreatment with sulfuric acid, by applying the fractional factorial design 2³: H2so4 concentration of 0,5- 2% (g/L); Reaction time 10-50 minutes, the solid-liquid ratio of 0,5 to 1,5 (g/L) and a constant temperature of 121°C. The analysis variance (ANOVA) showed that the combination of the factors used in the pre-treatments had no significant effect (p <0.05). The pretreatment show that the best yields of glucose was as follows: 1,25% sulfuric acid in 30 minutes time experiment and solid-liquid ratio of 1,0. The temperature was kept constant (121°C) under all conditions tested. This pre-treatment conditions used reduced 65.7% and a hemicellulose content of 16.3% increased the cellulose content due to solubilization of the hemicellulose. The concentrations of products generated by the degradation of the sugar, such as acetic acid (2,91 3: 0,03), furfural (0,12 + ou - 0,00), the hydroxymethylfurfural (0,03 + ou - 0,00) (g/L) were low compared to other studies in the literature, suggesting the potential for good hydrolyzate fermentation. These results indicate that solubilization of hemicelluloses (65,7%) resulted on high yield of glucose in the enzyme hydrolysis (36,1 g/L) compared to the material in nature (5 g/L). Infrared Fourier Transform spectrum (FTIR) was used to determine the major components present in pulp fibers before and afier the acid pretreatment alone. The main difi‘erence presented in the infrared spectra of sugarcane bagasse and the pretreated found at 585 and 3500 cm-¹ that refer to the asymmetric deformation groups (C-OH) cellulose and the stretch groups (OH) polysaccharide. The thermal degradation of sugarcane bagasse presented in thermogravimetry showed two mass loss steps attributed to the release of moisture and decomposition of the lignocellulosic material. The main difference appears between the thermal analysis of sugarcane bagasse and pre-treated in this work was found in temperatures around 200- 400 °C that refer mainly to thermal degradation of cellulose followed by hemicellulose. After the pre-treatment steps, the modified lignocellulosic material showed a morphological structure, with free plant parenchyma cells, as verified by analysis of electron microscopy scanning. The acid pretreatment has caused changes in structural conformation that disrupted the residue and subsequently facilitated access of the enzymes in an enzymatic process. Various conditions of pretreatment with sodium hydroxide, after applying the acid treatment, were examined on a fractional factorial design 23.; 1,-2% concentration of NaOH (g/L), 30-90 min reaction time compared to solid- Liquid 0,5-1,5 (g/L) and a constant temperature of 121°C. The basic pretreatment show that the best yields of glucose was as follows: 1% sodium hydroxide in time 30 minutes reaction and solid-liquid ratio of 1,5. The temperature was kept constant (121°C) under all conditions tested. The ratio S/L variable was significant and negative, indicating that the solid-liquid ratio increase observe a higher glucose yield in the saccharification enzyme. The ANOVA indicated that there was no model fit, so the response surface is unreliable.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai

Biological parameters of the predator Podisus nigrispinus (Heteroptera: Pentatomidae) exposed to the pyrethroid Deltamethrin on the nynphal stage

A deltametrina pode ser seletiva a inimigos naturais, como para o predador Podisus nigrispinus (Dallas) (Heteroptera: Pentatomidae) que é importante no controle de pragas em sistemas agrícolas e florestais. O objetivo foi avaliar o efeito do inseticida seletivo deltametrina aplicado manualmente em folhas de eucalipto, em concentrações que correspondem a 50%, 100% e 200% da dose recomendada para o controle de lagartas desfolhadoras de eucalipto no desenvolvimento, reprodução e morfologia do corpo gorduroso, aparelho digestório e reprodutivos e intestino médio desse predador em laboratório. A duração do quarto estádio, o peso de machos, períodos de pós-oviposição e incubação dos ovos foram estimulados pelas diferentes concentrações do inseticida deltametrina, evidenciando o fenômeno de hormese. A histologia do corpo gorduroso, intestino médio e órgãos reprodutores dos insetos submetidos às diferentes concentrações do inseticida não apresentaram variações. A associação dos métodos químicos e biológicos pode ter maior durabilidade se a seletividade dos inseticidas for reconhecida e explorada.The deltamethrin can be selective to natural enemies, and for the predator Podisus nigrispinus (Dallas) (Heteroptera: Pentatomidae) is important in controlling pests in agricultural systems and forestry. The objective was to evaluate the effect of selective insecticide deltamethrin applied manually to leaves of eucalyptus in concentrations corresponding to 50%, 100% and 200% of the recommended dose for control of defoliating caterpillars of eucalypt in development, reproduction and morphology of fat body, digestive system and reproductive and midgut of the predator in the laboratory. The duration of the fourth stage, weight of males, post-oviposition and hatching of eggs were stimulated by different concentrations of the insecticide deltamethrin, highlighting the phenomenon of hormesis. Histology of the fat body, midgut and reproductive organs of insects subjected to different concentrations of the insecticide did not show variations. The combination of chemical and biological methods may be more durable if the selectivity of insecticides is recognized and exploited.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Desenvolvimento e reprodução de Dirphia moderata (Lepidoptera: Satutniidae) em Eucalyptus cloeziana e Psidium guajava em laboratório

Neste trabalho, estudaram-se o desenvolvimento e a reprodução de Dirphia moderata Bouvier, 1919 (Lepidoptera: Saturniidae) alimentada com Eucalyptus cloeziana F. Muell ou Psidium guajava L. Os períodos de pré-oviposição, oviposição e incubação e a viabilidade e número de ovos por fêmea foram de 6,71 ± 0,18 dia; 4,00 ± 0,66 dia; 18,14 ± 0,18 dia; 17,54 ± 3,78%; 121,71 ± 18,96% para esse inseto com E. cloeziana e de 3,86 ± 0,26 dia; 5,86 ± 0,40 dia; 17,71 ± 0,21 dia; 23,12 ± 10,81%; 112,00 ± 8,79% com P. guajava, respectivamente. A duração e viabilidade larval (%) foram de 53,00 ± 0,09 e 80,00 ± 0,99 e de 55,83 ± 0,29 e de 77,5 ± 6,60 para lagartas de D. moderata criadas nos primeiro e segundo hospedeiros, respectivamente. A duração e viabilidade das fases de pré-pupa e pupa foram de 4,84 ± 0,07 dia e 96,88 ± 3,13% e de 37,64 ± 1,20 dia e 84,37 ± 6,53% com E. cloeziana e de 3,82 ± 0,06 dia e 100% e de 49,93 ± 2,04 dias e 75,00 ± 7,79% com P. guajava, respectivamente. A razão sexual de D. moderata foi de 0,48 e 0,46 e a longevidade, de 6,78 e 8,84 dias para machos e de 10,23 e 10,07 dias para fêmeas desse inseto com E. cloeziana e P. guajava, respectivamente. D. moderata apresentou melhor desenvolvimento e reprodução em E. cloeziana, mas P. guajava pode, também, ser utilizado para a criação desse inseto em laboratório

Desenvolvimento e reprodução de Dirphia moderata (Lepidoptera: Satutniidae) em Eucalyptus cloeziana e Psidium guajava em laboratório

Neste trabalho, estudaram-se o desenvolvimento e a reprodução de Dirphia moderata Bouvier, 1919 (Lepidoptera: Saturniidae) alimentada com Eucalyptus cloeziana F. Muell ou Psidium guajava L. Os períodos de pré-oviposição, oviposição e incubação e a viabilidade e número de ovos por fêmea foram de 6,71 ± 0,18 dia; 4,00 ± 0,66 dia; 18,14 ± 0,18 dia; 17,54 ± 3,78%; 121,71 ± 18,96% para esse inseto com E. cloeziana e de 3,86 ± 0,26 dia; 5,86 ± 0,40 dia; 17,71 ± 0,21 dia; 23,12 ± 10,81%; 112,00 ± 8,79% com P. guajava, respectivamente. A duração e viabilidade larval (%) foram de 53,00 ± 0,09 e 80,00 ± 0,99 e de 55,83 ± 0,29 e de 77,5 ± 6,60 para lagartas de D. moderata criadas nos primeiro e segundo hospedeiros, respectivamente. A duração e viabilidade das fases de pré-pupa e pupa foram de 4,84 ± 0,07 dia e 96,88 ± 3,13% e de 37,64 ± 1,20 dia e 84,37 ± 6,53% com E. cloeziana e de 3,82 ± 0,06 dia e 100% e de 49,93 ± 2,04 dias e 75,00 ± 7,79% com P. guajava, respectivamente. A razão sexual de D. moderata foi de 0,48 e 0,46 e a longevidade, de 6,78 e 8,84 dias para machos e de 10,23 e 10,07 dias para fêmeas desse inseto com E. cloeziana e P. guajava, respectivamente. D. moderata apresentou melhor desenvolvimento e reprodução em E. cloeziana, mas P. guajava pode, também, ser utilizado para a criação desse inseto em laboratório.This work studied the development and reproduction of Dirphia moderata Bouvier, 1919 (Lepidoptera: Saturniidae) fed on Eucalyptus cloeziana F. Muell or Psidium guajava L. The periods of pre-oviposition, oviposition and egg incubation as well as viability and number of eggs per female were 6.71 ± 0.18 days; 4.00 ± 0.66 days; 18.14 ± 0.18 days; 17.54 ± 3.78%; 121.71 ± 18.96 for this insect on E. cloeziana and 3.86 ± 0.26 days; 5.86 ± 0.40 days; 17.71 ± 0.21 days; 23.12 ± 10.81%; 112.00 ± 8.79 on P. guajava, respectively. Larva stage duration and viability (%) were 53.00 ± 0.09 and 80.00 ± 0.99 and 55.83 ± 0.29 and 77.5 ± 6.60 for caterpillars of D. moderata reared with the first and second hosts, respectively. Duration and viability of the pre-pupa and pupa stages were 4.84 ± 0.07 days and 96.88 ± 3.13% and 37.64 ± 1.20 days and 84.37 ± 6.53% on E. cloeziana and 3.82 ± 0.06 days and 100.00% and 49.93 ± 2.04 days and 75.00 ± 7.79% on P. guajava, respectively. Sex rate of D. moderata was 0.48 and 0.46 and longevity was 6.78 and 8.84 days for males and 10.23 and 10.07 days for females when this insect fed on E. cloeziana and P. guajava, respectively. Dirphia moderata presented better development and reproduction with E. cloeziana but P. guajava can also be used to rear this insect in the laboratory

Development and survival of nymphs of Podisus nigrispinus (Heteroptera: Pentatomidae) fed with caterpillars of Chlosyne lacinia saundersii (Lepidoptera: Nymphalidae)

The development and survival of Podisus nigrispinus (Dallas) (Heteroptera: Pentatomidae) nymphs fed on larvae of Chlosyne lacinia saundersii Doubleday &amp; Hewitson (Lepidoptera: Nymphalidae) was studied at 25 ± 1ºC, 68 ± 10% relative humidity and 12 h photo phase. P. nigrispinus developed until the adult stage when fed on C. lacinia saundersii caterpillars. However, the survival rate of P. nigrispinus during early instars allowed this predator to complement its diet with other preys and to maintain its populations in areas with the sunflower culture

Aspectos biológicos de Halysidota pearsoni (Lepidoptera: Arctiidae) com folhas de amoreira

O objetivo deste trabalho foi estudar aspectos biológicos de Halysidota pearsoni Watson, 1980 (Lepidoptera: Arctiidae). Lagartas de H. pearsoni foram criadas com folhas de Morus alba L. em potes plásticos até a fase de pupa. Dez casais desse lepidóptero foram individualizados em gaiolas para obtenção de ovos à temperatura de 25 &plusmn; 2 &deg;C, umidade relativa de 60 &plusmn; 10% e fotofase de 12 horas. Halysidota pearsoni teve período de oviposição de 3,5 &plusmn; 0,17 com 141,00 &plusmn; 9,18 ovos por fêmea, período de incubação de 7,5 &plusmn; 0,17 dias e viabilidade de ovos de 53,34 &plusmn; 5,24%. A fase larval de H. pearsoni teve seis estádios, com duração total de 28 dias, viabilidade de 91,78 &plusmn; 3,24%. A duração e a viabilidade dos períodos pré-pupal e pupal de H. pearsoni foram, respectivamente, de 7,0 &plusmn; 00 e 19,39 &plusmn; 0,74 dias e de 70,15 &plusmn; 5,63 e 93,62 &plusmn; 3,60%. O peso médio de suas pupas foi de 464,17 &plusmn; 7,70 mg e a razão sexual e de 0,45. A longevidade (dias) de machos e fêmeas de H. pearsoni, com folhas de M. alba, foi de 7,40 &plusmn; 0,34 e 9,50 &plusmn; 0,45, respectivamente

Biological aspects of Dirphia moderata (Lepidoptera: Saturniidae) on Eucalyptus cloeziana and Psidium guajava

An egg mass of Dirphia moderata Bouvier was collected around a branch of Eucalyptus cloeziana to register the occurrence and to study the biological aspects of this species fed with leaves of E. cloeziana or P. guajava at 25 ± 2º C, relative humidity of 60 ± 10% and photo phase of 12 h. The duration and viability of the larva stage of D. moderata was 56.01 days and 80.00% and 55.79 days and 72.5% for its caterpillars fed with the first and second host plants, respectively. The duration (days) and viability (%) of the pupae stage of this insect were 37.64 and 87.00 fed with E. cloeziana and 49.93 and 87.75 with P. guajava, respectively. The average longevity (days) was 6.79 and 8.85 for males and 10.48 and 10.09 for females with E. cloeziana and P. guajava, respectively. Each female of D. moderata laid 121.71 and 112.00 eggs with an incubation period (days) of 18.14 and 17.79 and viability (%) of 75.0 and 70.0 with the first and the second hosts, respectively.<br>Postura de Dirphia moderata Bouvier, 1919 (Lepidoptera: Saturniidae) foi coletada ao redor de um ramo de Eucalyptus cloeziana na área experimental do Laboratório de Entomologia Florestal da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, Minas Gerais. O objetivo foi registrar a ocorrência e estudar aspectos biológicos de D. moderata alimentada com folhas de E. cloeziana ou Psidium guajava na temperatura de 25 ± 2º C, umidade relativa de 60 ± 10% e fotofase de 12 horas. A duração e a viabilidade larval foram de 56,01 dias e 80,00% e de 55,79 dias e 72,50% para lagartas de D. moderata alimentadas com E. cloeziana ou Psidium guajava, respectivamente. A duração (dias) e a viabilidade (%) do estágio de pupa foram de 37,64 e 87,00 para este inseto com E. cloeziana e de 49,93 e 87,75 com P. guajava, respectivamente. A longevidade média (dias) foi de 6,79 e 8,85 para machos e de 10,48 e 10,09 para fêmeas desse inseto com E. cloeziana e P. guajava, respectivamente. Cada fêmea de D. moderata depositou 121,71 e 112,00 ovos com período de incubação (dias) de 18,14 e 17,79 e viabilidade (%) de 75,0 e 70,0 com essas plantas hospedeiras, respectivamente

Potential of Tyrophagus putrescentiae (Schrank) (Astigmata: Acaridae) for the Biological Control of Lasioderma serricorne (F.) (Coleoptera: Anobiidae)

This work investigated the potential of Tyrophagus putrescentiae (Schrank) (Astigmata: Acaridae) to control Lasioderma serricorne (F.) (Coleoptera: Anobiidae) in the laboratory. L. serricorne is the most destructive insect pest ever found on stored tobacco. The experimental delineation had 33 arenas being each experimental unit with 11 arenas of experiments with eggs, larva of L. serricorne with the density of T. putrescentiae maintained constant, where from 11 of these arenas, eight were for the analysis of predation and three to evaluate the natural mortality of the insect. The highest predation rate was found during the larval stage with, approximately, 54, 68 and 78% mortality of L. serricorne from the fourth until the sixty day of predation. These results indicated that it was possible to use the predatory mite T. putrescentiae in pest management programs of L. serricorne in the storage units of tobacco