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O design de produto pela sua natureza, deve manter-se atento aos problemas do mundo. Um dos temas que tem ganho maior destaque na última década é o desperdício industrial, pelas questões ambientais. Seria urgente repensar como o design poderia intervir neste contexto, procurando uma forma de aliar a pertinência de criação de produtos por meio da utilização de desperdícios. Este projeto surgiu da vontade de criar um novo material, utilizando subprodutos da indústria alimentar. Foram investigados diferentes resíduos destacando-se as borras de café, um material orgânico, excedente da indústria alimentar, do canal HORECA, disponível em abundância. Dos testes realizados verificou-se a possibilidade de adicionar esta matéria-orgânica a pastas cerâmicas, criando um material com características peculiares, nomeadamente a leveza e a porosidade. Estas mesmas particularidades geraram a ideia de explorar objetos que relacionem o material com a água. O desenvolvimento deste projeto compreendeu duas fases. Primeiro, procedeu-se a um conjunto de ensaios laboratoriais com variados materiais cerâmicos e diferentes quantidades de matéria orgânica, visando obter uma pasta mais eficaz, considerando as variáveis peso, resistência, absorção, plasticidade e sustentabilidade. Realizaram-se testes de processos de produção, manuais e industriais, como a modelagem manual, através de técnicas tradicionais, prensagem hidráulica e fabrico aditivo. Numa segunda fase, foram desenhados e produzidos protótipos que potencializassem os benefícios do material, abrangendo novos produtos e funcionalidades. Este projeto deixa como legado a importância da valorização de subprodutos visando uma nova forma de reconhecer as suas potencialidades, e, ao mesmo tempo, permitindo novas aplicações do material.

Orientadores: Tânia Forster-Carneiro, Mauro Donizeti Berni Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A tecnologia mais promissora para tratamento de resíduos orgânicos e lignocelulosicos é a digestão anaeróbia. O processo de digestão anaeróbia consiste em uma série de reações metabólicas, tais como a hidrólise, acidogênise, acetogênese e metanogênise que promovem a biodegradação da matéria orgânica, oferecendo como produto final um adubo orgânico ao mesmo tempo que produz biogás na ausência de oxigênio. A utilização dos biocombustíveis e bio-produtos produzidos a partir de biomassa vegetal poderá mitigar o aquecimento global, diminuindo a emissão de CO2 e reaproveitamento do hidrogênio e metano para a geração de energia. O objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial de produção de metano de três resíduos gerados na indústria de beneficiamento de café; pó de café verde, borra semidesengordurada e pergaminho, através da tecnologia de codigestão anaeróbia com vinhaça, utilizando inóculo mesofílico. Para isso foram avaliadas as características físico-químicas dos resíduos e como parâmetros de controle do processo de digestão foram avaliados a capacidade de degradação de sólidos (ST e SVT), consumo de carga orgânica (DQO), degradação de carga orgânica na forma de carbono (COT), capacidade tamponante do sistema (pH e alcalinidade), proporção volumétrica dos gases hidrogênio e metano e composição do biogás. Os resultados do reator de codigestão de pó de café verde e vinhaça mostraram efeito tamponante do processo estável durante todo o experimento, com redução de 21% na concentração de sólidos voláteis totais (SVT) e biogás com até 46,0% de hidrogênio ou 50,0% de metano na sua composição. O reator de codigestão de borra semidesengordurada e vinhaça apresentou redução de 19,4% na concentração de SVT, no entanto devido à alta produção de ácido butírico proporcionou um biogás com teores de hidrogênio de 40% em proporção volumétrica. Finalmente o reator de codigestão com pergaminho e vinhaça, obteve o melhor desempenho entre os três resíduos estudados. Observa-se neste reator um processo estável tanto em termos de alcalinidade, pH e ácidos graxos voláteis quanto níveis de amônia, redução de 31% de SVT e biogás com 43% de hidrogênio na fase inicial e metano (faixa de 40 a 90%) na etapa de estabilização e metanogênica Abstract: The most promissing technology for trating organic and lignocelulosic wastes is anaerobic digestion. The anerobic digestion process consists of a series of metabolic reaction, such as hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis that promote the biodegradation of organic matter, offering as an end product organic fertilizer while producing biogas in the absence of oxygen. The use of biofuels and bio-products produced from plant biomass can mitigate global warming, reducing CO2 emissions and reusing hydrogen and methane for energy generation. The objective of this work was to evaluate the biochemical potential of methane from three residues generated in the coffee processing industry; green coffee powder, semi-defatted draff, and parchment, using anaerobic co-digestion technology with vinasse, using mesophilic inoculum. For this purpose, the physical and chemical characteristics of the residues were evaluated and as parameters for the control of the digestion process were evaluated the degradability os solids (ST and SVT), organic load (COD), degradation of organic load in the form of carbon (TOC), buffering capacity of the system (pH and alkalinity), volumetric ratio of hydrogen and methane gases, and biogas composition. The results of the co-digestion reactor of green coffee powder and vinasse showed stable buffering effect throughout the experiment, with a reduction of 21% in total volatile solids (SVT) and biogas with up to 46% hydrogen or 50% methane in its composition. The co-digestion reactor of semi-defatted draff and vinasse showed a reduction of 19.4% in SVT concentration, however due to the high production of butyric acid it provided a biogas with 40% hydrogen contents in volumetric ratio. Finally, the co-digestion reactor with parchment and vinhasse, obtained the best performance among the three residues studied. In this reactor a stable process in terms of alkalinity, with 43% hydrogen in the initial phase and methane (range of 40 to 90%) are observed in this reactor in the stabilization and methanogenic stage Mestrado Engenharia de Alimentos Mestra em Engenharia de Alimentos CAPES FAPESP 2013/50921-5

Grado en Ingeniería Química

[ES] El presente proyecto se centra en el desarrollo de Wood Plastic Composites con una matriz polimérica de alto rendimiento medioambiental junto con residuos de la industria cafetera, buscando así la revalorización de los mismos. Las muestras se han formado mediante distintos porcentajes de residuo de café (de 0 a 30%). A su vez, para garantizar una mejora en la unión entre la matriz polimérica y el propio residuo, se ha añadido un compatibilizante en función con el porcentaje de café añadido a las mezclas. Además, se han realizado una serie de ensayos de caracterización a cada uno de los biocompuestos para comprobar la viabilidad de los mismos. Una vez finalizados todos los ensayos, se ha procedido al estudio de los resultados, los cuales han servido para obtener las conclusiones determinadas., [EN] This project focuses on the development of Wood Plastic Composites with a high environmental performance polymeric matrix with residues from the coffee industry, looking for their revaluation. The samples have been created by different percentages of coffee residue (from 0 to 30%). In turn, to guarantee an improvement in the bond between the polymeric matrix and the residue itself, a compatibilizer has been added based on the percentage of coffee in the mixtures. In addition, several characterization tests have been carried out on each of the biocomposites to verify their viability. Once all the trials had been completed, the results were studied, in order to obtain the determined conclusions., [CA] El present projecte es centra en el desenvolupament de biomaterials amb una matriu polimèrica d'alt rendiment mediambiental, amb l’adició de residus de la indústria cafetera, buscant així la revaloració d'aquests. Les mostres s'han format mitjançant diferents percentatges de residu de café (de 0 a 30%). Al seu torn, per a garantir una millora en la unió entre la matriu polimèrica i el residu, s'ha afegit un compatibilitzante en funció amb el percentatge de café afegit a les mescles. A més, s'han realitzat una sèrie d'assajos de caracterització a cadascun dels biocompostes per a comprovar la viabilitat d'aquests. Una vegada finalitzats tots els assajos, s'ha procedit a l'estudi dels resultats obtinguts, els quals han servit per a obtindre les conclusions determinades.

Mestrado em Engenharia do Ambiente / Instituto Superior de Agronomia. Universidade de Lisboa A indústria do café é responsável pela produção diária de grandes quantidades de resíduos. Estes têm potencial para serem reaproveitados noutras indústrias/atividades, numa perspetiva de economia circular. O Grupo Nabeiro, uma grande empresa portuguesa, tem, entre outros, o objetivo de reaproveitamento de resíduos produzidos nas suas instalações para a produção de um composto que possa ser aplicado na vinha biológica da Adega Mayor, reduzindo assim os custos associados a fertilizantes orgânicos que, neste momento, são utilizados. Procedeu-se ao estudo das características físicas e químicas de todos os resíduos produzidos pela empresa, bem como das quantidades e alturas do ano em que estes são originados, com a finalidade de se avaliar a potencialidade de obter algumas misturas de resíduos aptas para compostagem. Como fatores limitantes, foram considerados a razão C/N e teor de humidade, procurando obter misturas com valores de, pelo menos, 20 e 60, respetivamente. Os resultados deste estudo mostram que ao longo do ano é possível fazer cinco misturas diferentes, com base na sazonalidade em que os resíduos são produzidos. O resíduo que será necessário em maior quantidade é o estrume de bovino, devido à sua elevada razão C/N. Assim, a viabilidade do processo de compostagem nesta empresa está dependente da quantidade produzida deste resíduo. Após definidos os detalhes do processo a adotar, apresenta-se uma proposta de disposição das zonas necessárias para armazenamento dos materiais, para as pilhas de compostagem e para maturação do composto. Conclui-se que a aplicação do processo de compostagem pelo Grupo Nabeiro é possível, mas está dependente das quantidades de resíduos produzidas mensalmente. Realça-se, também, a importância de um futuro estudo com análise de amostras reais dos resíduos e avaliação do seu comportamento durante a compostagem das misturas que são propostas no presente estudo N/A

[Resumen]: La enorme demanda de café a nivel global y su propia naturaleza generan una gran cantidad de residuos. A día de hoy, numerosos estudios de los más variados ámbitos tratan de encontrar una forma de aprovechar estos restos. En este trabajo se han estudiado los posibles efectos de las borras de café sobre plantas cultivadas, ya sea a modo de fitosanitario, bioestimulante o fertilizante. Para ello, se ha estudiado su efecto sobre la germinación de pimiento (Capsicum annuum L.) e infección causada por Botrytis cinerea Pers.: Fr. en pimiento, así como su efecto sobre el crecimiento y desarrollo de pimiento, lechuga (Lactuca sativa L.) y tomate (Solanum lycopersicum L.). Los resultados muestran una reducción de la germinación y del crecimiento, así como una reducción de los síntomas causados por el patógeno empleado. [Resumo]: A enorme demanda de café a nivel global e a súa propia natureza xeran unha gran cantidade de residuos. A día de hoxe, numerosos estudos dos máis variados ámbitos tratan de atopar unha forma de aproveitar estos restos. Neste traballo estudáronse os posibles efectos das borras de café sobre plantas cultivadas, xa sexa a modo de fitosanitario, bioestimulante ou fertilizante. Para esto, estudouse o seu efecto sobre a xerminación do pemento (Capsicum annuum L.) e infección causada por Botrytis cinerea Pers.: Fr. en pemento, así como o seu efecto sobre o crecemento e o desenvolvemento do pemento, da leituga (Lactuca sativa L.) e do tomate (Solanum lycopersicum L.). Os resultados mostran unha reducción da xerminación e o crecemento, así coma unha reducción dos síntomas causados polo patóxeno empregado. [Abstract]: The high global demand for coffee and its own nature generate high amounts of waste. Nowadays, many studies from very diverse areas try to find a way to use these residues. In this study the possible effects of the spent coffee grounds on crop plants have been studied, either as phytosanitary, biostimulant or fertilizer. In order to check this, the effects on pepper (Capsicum annuum L.) germination and infection caused by Botrytis cinerea Pers.: Fr. in pepper have been studied, as well as the effect on growth and development of pepper, lettuce (Lactuca sativa L.) and tomato (Solanum lycopersicum L.). Results show a high reduction of germination and growth, as well as a reduction of the symptoms caused by the pathogen mentioned above. Traballo fin de grao (UDC.CIE). Bioloxía. Curso 2020/2021

Esta investigación tuvo como objetivo, evaluar el proceso de adsorción del CN- contenido en solución acuosa sintética, usando carbón activo obtenido de residuo de café; estudiando su eficiencia y los modelos de equilibrio y cinético. Análisis de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX) y determinación del número de yodo se realizaron para caracterizar al carbón activo. Se aplicó un diseño central compuesto (DCC) con tres factores adaptados a tres niveles cada uno y 6 puntos centrales para estudiar el efecto del pH (A), el tiempo de contacto (B) y la dosificación de adsorbente (C); según el análisis de varianza, todos los factores principales y la interacción AA fueron significativas en la eficiencia de adsorción de cianuro sobre el carbón activo, cuyo valor máximo alcanzado fue de 54,68% y de 67,65% para el nivel predictivo. De acuerdo al coeficiente de determinación (R2), el modelo isotérmico de Freundlich (0,954) y las tres ecuaciones cinéticas de pseudo segundo orden (0,991, 0,993, 0,993) se ajustaron al proceso experimental. De los resultados obtenidos, el carbón activo preparado de residuo de café puede ser utilizado como potencial adsorbente de CN-, contenido en soluciones acuosas de bajas concentraciones.

Orientador: Tania Forster Carneiro, Juliana Martin do Prado Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Neste trabalho, os resíduos da indústria do café (pó e torta desengordurada de grão verde de café) foram submetidos à hidrólise em água subcrítica com o objetivo de produzir açúcares fermentáveis. Os ensaios foram realizados em um equipamento de escala laboratório contendo um reator de hidrólise de 110 mL, aquecimento com resistências elétricas, trocadores de calor, sensores e controladores de temperatura. As variáveis do processo estudadas foram 150, 175, 200 e 250 °C de temperatura, 22,5 MPa e 30 MPa de pressão e vazão de água de 10 mL/min durante 32 minutos. Nos experimentos com pó de café, os resultados mostraram um maior rendimento de açúcares redutores de 6,31 g AR/100 g pó de café, e rendimentos de açúcares redutores totais de 8,62 g ART/100 g pó, para a condição a 150 °C mantendo a pressão de 22,5 MPa. Os resultados sugerem que a concentração de AR e ART diminuem com o aumento da temperatura, possivelmente isto esteja ocorrendo na formação produtos de degradação a partir dos açúcares formados. De forma semelhante, os ensaios realizados com pó de café a pressão de 30 MPa mostraram decréscimo de AR e ART à medida em que a temperatura aumentou de 150 a 200 ºC. Neste caso excepcionalmente, para os resultados a 250 ºC, observou-se leve aumento de açúcares produzidos, sugerindo que parte da celulose poderia estar sofrendo degradação nesta faixa de temperatura e pressão. Para os experimentos com torta desengordurada, a temperatura de 175 °C apresentou maiores concentrações de AR e ART e resultados semelhantes foram observados nos experimentos com torta de café sob pressão de 30 MPa, com rendimentos de AR e ART de 8,36 e 17,23 g ART/ 100 g torta, respectivamente. As análises por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) confirmaram a presença de arabinose, celobiose, glicose e xilose em ambos os resíduos de café, com maiores quantidades de glicose e celobiose. Foi detectada a presença de arabinose e xilose somente na torta de grão de café verde. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura com fonte de emissão de campo (FESEM) mostraram para as amostras de torta in natura, uma superfície bastante lisa e brilhante, indicando resíduos bastante engordurados, no entanto, observou-se partículas depositadas sobre a superfície do material, a 175°C e 22,5 MPa, que correspondem as condições com maior rendimento de AR e ART Abstract: In this work, the coffee industry wastes (dust and coffee cake) underwent hydrolysis with subcritical water to produce fermentable sugars. Assays were performed in laboratory scale, in an equipment containing a 110 mL hydrolysis reactor, heated with electric heaters, heat exchangers, sensors and temperature controllers. The variables studied in the process were 150, 175, 200 and 250 ° C temperatures, 22.5 MPa and 30 MPa pressures and water flow rate of 10 mL / min for 32 minutes. In the experiments with coffee powder, the results showed the highest yield of reducing sugars 6.31 AR / 100 g powder income and total reducing sugars of 8,62 g ART / 100g powder to 150 ° C, while maintaining a constant pressure of 22.5 MPa. The results suggest that the concentration of AR and ART decreases with increasing temperature, which is possibly due to the formation of sugar degradation products. Similarly, the assays carried out using coffee powder at a 30 MPa pressure, showed a decrease of AR and ART, as the temperature increased from 150 to 200 ° C. In this case, exceptionally a slight increase of sugar is observed at 250 ° C, suggesting that part of cellulose could be degrading at this temperature range and pressure. For the experiments with defatted coffee cake, the temperature of 175 ° C showed the highest concentrations of AR and ART and similar results were observed in experiments with coffee cake to the pressure of 30 MPa with AR income and ART 8.36 and 17 23, ART g / 100 g pie, respectively. The analysis by high-performance liquid chromatography (HPLC) confirmed the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose in both coffee residues, with greater quantities of glucose and cellobiose. The presence of arabinose and xylose was detected only in the green coffee bean cake. The images obtained by field emission scanning electron microscopy (FESEM), showed that the cake in natura samples were very smooth and shiny, indicating that the waste is quite greasy waste, however, it was observed that particles deposited on the surface of material to 175 °C and 22.5 MPa, which corresponding conditions with higher yield of AR and ART Mestrado Engenharia de Alimentos Mestre em Engenharia de Alimentos

Coffee bean (Coffea arabica) processing generates high amount of residues that are sources of environmental pollution. Therefore, an appropriate solution is needed. The objective of this study was to determine the potential of coffee pulp to produce briquettes and pellets. The study included pulp drying (using air, solar and hot air methods); the production of briquettes and pellets; the evaluation of their energy, physical and mechanical properties; and the evaluation of pellet quality using X-ray densitometry. The results showed that the pulp presented an initial moisture content of 90%, resulting in drying times of 699, 308 and 55 hours for air, solar and hot air drying, respectively, and the calorific values of the pellets and briquettes were 12,501 kJ kg-1 and 11,591 kJ kg-1, respectively. The ash content was 8.68% for the briquettes and 6.74% for the pellets. The density of the briquettes was 1,110 kg m-3, compared with 1,300 kg m-3 for the pellets. The apparent densities were 1,000 kg m-3 and 600 kg m-3 for the briquettes and pellets, respectively, and the water absorptions by the briquettes were 7.90% and 8.10% by the pellets. The maximum horizontal compression effort was 26.86 kg cm-2, measured in the pellets, compared with 4.52 kg cm-2 in the briquettes. The maximum horizontal load was 93.24 kg, measured in the briquettes, compared with 33.50 kg in the pellets. The value of the pellet durability test was 75.54%. X-ray densitometry showed that the pellet was uniform and a few cracks were observed on the pellet surface.

Coffee bean (Coffea arabica) processing generates high amount of residues that are sources of environmental pollution. Therefore, an appropriate solution is needed. The objective of this study was to determine the potential of coffee pulp to produce briquettes and pellets. The study included pulp drying (using air, solar and hot air methods); the production of briquettes and pellets; the evaluation of their energy, physical and mechanical properties; and the evaluation of pellet quality using X-ray densitometry. The results showed that the pulp presented an initial moisture content of 90%, resulting in drying times of 699, 308 and 55 hours for air, solar and hot air drying, respectively, and the calorific values of the pellets and briquettes were 12,501 kJ kg-1 and 11,591 kJ kg-1, respectively. The ash content was 8.68% for the briquettes and 6.74% for the pellets. The density of the briquettes was 1,110 kg m-3, compared with 1,300 kg m-3 for the pellets. The apparent densities were 1,000 kg m-3 and 600 kg m-3 for the briquettes and pellets, respectively, and the water absorptions by the briquettes were 7.90% and 8.10% by the pellets. The maximum horizontal compression effort was 26.86 kg cm-2, measured in the pellets, compared with 4.52 kg cm-2 in the briquettes. The maximum horizontal load was 93.24 kg, measured in the briquettes, compared with 33.50 kg in the pellets. The value of the pellet durability test was 75.54%. X-ray densitometry showed that the pellet was uniform and a few cracks were observed on the pellet surface. No processamento dos grãos de café (Coffea arabica) ocorre o problema de geração de grandes quantidades de resíduos não utilizados pela indústria, tornando-se uma fonte de poluição ambiental. Portanto, é necessária a busca de soluções para atender a este problema de geração de resíduos. O objetivo do trabalho foi determinar a possibilidade de utilização da polpa dos grãos de café processados para a fabricação de briquetes e pellets. A pesquisa compreendeu a secagem da polpa dos grãos de café (pelo meio do ar, solar e ar aquecido); a manufatura de briquetes e de pellets; a avaliação das suas propriedades como fonte de energia e propriedades físicas e mecânicas e a determinação da sua qualidade pela metodologia de densitometria de raios X. Os resultados mostraram que a umidade inicial da polpa de café foi de 90% e o tempo de secagem foi de 699, 308 e 55 horas no ar, secagem solar e por ar quente, respectivamente. O poder calórico foi de 12 501 kJ kg-1 e de 11 591 kJ kg-1 de pellets e de briquetes, respectivamente; o teor de cinzas foi de 8,68% e de 6,74% para os briquetes e os pellets, respectivamente. Em relação às propriedades físicas, a densidade dos briquetes foi de 1.110 kg m-3 e dos pellets de 1.300 kg m-3 a densidade aparente dos briquetes foi 1.000 kg m-3 e de 600 kg m-3 dos pellets e a absorção de água de 7,90% dos briquetes e 8,10% e dos pellets. Finalmente, o esforço de compressão horizontal máxima foi de 4,52 kg cm-2 para os briquetes e de 26,86 kg cm-2 para os pellets, a carga máxima horizontal foi 93,24 kg e de 33,50 kg para os briquetes e os pellets e de 75,54% para o teste de durabilidade dos pellets. A avaliação da qualidade dos pellets por densitometria de raios X mostrou que a sua homogeneidade, observando-se algumas fissuras ou fendas em sua superfície.

Arsenic contamination causes serious problems in human health and drinking water is a major source of exposure. This research presents a tentative solution to the problem of arsenic contamination of water wells in the area of Tumbaco that were closed for the high cost its treatment, and others are used for irrigation water in soccer fields, like is in “Club Deportivo El Nacional”. The study the effect of pH and amount of wasted roast and ground coffee, previously activated, in the adsorption of Arsenic (V) from aqueous solution is described. The optimal values using 100 ml of water 43,21 μg As (V) / L, of pH and dosage of coffee were 4.697 and 1.4067 g respectively at 25°C for a 2 hours period of contact time. Residues of coffee were used to remove Arsenic (V) from well water (“Club Deportivo El Nacional”) showing a removal efficiency of 65.26% and an adsorption capacity of 2 μg Arsenic (V) / g wasted coffee. La contaminación por arsénico causa serios problemas en la salud humana y el agua de bebida es una importante fuente de exposición. Este trabajo de investigación presenta una solución tentativa al problema de contaminación de agua con arsénico en los pozos del sector de Tumbaco que, por el alto costo que demanda su tratamiento, fueron cerrados y otros usados como agua de riego para canchas de fútbol, como es el caso del agua de pozo del “Club Deportivo El Nacional”. Se describe el estudio del efecto del pH y la dosis de residuos de café tostado y molido, previamente activado, en la adsorción de arsénico (V) en solución acuosa. Los valores óptimos para tratar 100 ml de agua con 43,21 μg As (V) / L, fueron pH 4,697 y dosificación de residuos de café 1,4067 g a 25ºC y tiempo de contacto de 2 horas. Los residuos de café presentaron una eficiencia de remoción del 65,26 % y una capacidad de adsorción de 2 μg de arsénico (V) / g de residuos de café, al tratarel agua de pozo del “Club Deportivo El Nacional”.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial Actualmente as organizações estão muito preocupadas com o impacte ambiental dos seus produtos. Uma das formas de reduzir este impacte é valorizar os resíduos produzidos. No entanto, as actividades de valorização proporcionam um aumento de fluxo de resíduos, desde o consumidor até ao produtor, cuja gestão é feita através da Logística Inversa. Nesta dissertação é efectuada a modelação de uma rede de logística inversa, no que diz respeito à recolha e transporte de resíduos de café (borra de café e cápsulas de café usadas), na empresa Manuel Rui Azinhais Nabeiro, Lda. que é responsável pela comercialização e distribuição de café, em granel e em cápsulas, em Portugal. Assim, para a recolha e transporte de borra de café no segmento HoReCa, são analisados três cenários propostos: i) utilizando os recursos da logística directa, ii) utilizando novos recursos (frota dedicada) e iii) conjugando os dois cenários anteriores. São analisados, também, cenários para a recolha e transporte de cápsulas de café usadas em clientes dos segmentos de mercado Retalhista e Institucional. Por fim, é realizada uma análise económica e qualitativa dos cenários propostos.

La contaminación con las aguas mieles del café debe ser entendido como un “conflicto de contenido ambiental”. En este sentido, resulta necesario contextualizarlo, pues la teorización de lo que son conflictos ambientales ha suscitado cierto debate dentro de la academia, sobre todo después de la difusión exitosa de la teoría del “ecologismo popular”, propuesta por Joan Martínez-Alier y Ramachandra Guha. En vista de lo anterior, se abordará la temática de la polución con las mieles de café aludiendo a los discursos que articularon la población civil como parte demandante y los beneficiadores del la fruta como parte demandada. Asimismo, se versará sobre las respuestas estatales y privadas ante la contaminación de las fuentes de suministro hídrico.

Esta tesis de maestría consistió en el estudio estructural y composicional de los materiales lignocelulósicos zoca de café y aserrín de Pinus Pátula, generados como residuos en actividades agroindustriales en el departamento de Caldas, con el objeto de identificar la conformación estructural de los principales constituyentes y su composición lignocelulósica y establecer, a partir de esta información, un procedimiento de pretratamiento efectivo para la utilización del material con mayor contenido de celulosa como materia prima para su aprovechamiento en la transformación a alcohol carburante mediante el proceso de sacarificación, fermentación y extracción simultanea (SFES) en una única unidad reaccionante. Sin embargo, durante el desarrollo de la tesis y como resultado de los análisis de la composición de los materiales nombrados se decidió incluir en el estudio la borra de café para tener en cuenta el efecto de una mayor diferencia en las relaciones de celulosa a hemicelulosa y a lignina de los materiales lignocelulósicos, ya que la zoca y el aserrín presentaron resultados en composición muy semejantes. El análisis estructural de los materiales, se llevaron a cabo en un difractómetro de rayos X (Rigaku MiniFlex II), usando radiación de Cu Kα (λ= 1.5406 Å) a 30kV y 15 mA. Los perfiles de rayos X fueron obtenidos para un rango del ángulo 2θ entre 3.0 y 70º con un tamaño de paso de 0.02º y una velocidad de escaneo de 5º/min. El pretratamiento consistió en la evaluación del grado de deslignificación del material con hidróxido al 2% en dos niveles diferentes de severidad, a 130°C durante 2 horas (severidad 1) y 25°C durante 24 h (severidad 2). La remoción de lignina del material fue validada a través de análisis estructural y caracterización química del residuo obtenido después del pretratamiento. El material con menor contenido residual de lignina fue la zoca de café, la cual fue empleada posteriormente como material celulósico para la conversión a etanol en el proceso SFES. Adicionalmente, la conversión de zoca de café a glucosa mediante una etapa de pretratamiento con ácido sulfúrico diluido y otra de hidrólisis ácida diluida fue evaluada mediante simulación empleando el software comercial ASPEN PLUS versión 11.1 (Aspen Technology, Inc., USA). Para esta simulación se utilizó el modelo Non-Random Two-Liquids para el cálculo de propiedades de corriente en la fase líquida y el modelo ideal para la fase vapor. Los componentes que no se encontraban en la base de datos del software fueron ingresados con sus respectivas propiedades fisicoquímicas. Las reacciones ocurridas en el pretratamiento y en la hidrólisis fueron incluidas con modelos cinéticos obtenidos de la literatura y que presentan la forma de la expresión de Arrhenius. Además de las reacciones de hidrólisis se consideró la formación de los productos de degradación de las hexosas y pentosas (hidroximetil furfural y furfural, respectivamente). La configuración experimental SFES se evaluó a 37°C durante 48 h en un reactor extractor de tres etapas con un volumen de operación de 5 L, empleando como sustrato celulósico 212 g de zoca de café previamente deslignificada, enzima Celluclast 1.5L en dosificación de 25 IFPU/g de celulosa, 10% (w/w) de inoculo de S. cerevisiae en extracto de malta, 1000 ml de solvente de extracción ndodecanol y búfer de citrato de sodio pH 4.5 como fase acuosa. Las variables de seguimiento correspondieron a la concentración de azucares reductores, la cual se cuantificó mediante la técnica del acido dinitrosalicílico (DNS, de sus siglas en inglés), la concentración de etanol en la fase solvente cuantificada a partir de una curva de referencia que relacionó el índice de refracción (IR) a 37°C y la concentración de etanol en el solvente. Los resultados del estudio estructural de los materiales mostraron una marcada asociación estructural entre la lignina y la celulosa. Por su parte, la caracterización química mostró una composición, expresada como porcentajes peso/peso de material en base seca, para la zoca de café de 32.32% de celulosa, 13.80% de hemicelulosa, 1.69% de componentes extractivos, 46.7% de lignina total, 4.61% de proteína y 0.92% de cenizas. El material Pinus Pátula presentó 24.80% de celulosa, 10.62% de hemicelulosa, 0.87% de extractivos, 62.62% de lignina, 0.47% de proteína y 0.62% de cenizas. En cuanto a la borra de café la composición fue de % de celulosa, % de hemicelulosa, % de componentes extractivos, % de lignina total, % de proteína y % de cenizas. Los resultados mostraron que la zoca de café presentó el mayor contenido de celulosa entre los materiales estudiados. La deslignificación de la zoca con el grado de severidad 1 removió el 95% de la lignina original, mientras que el grado 2 de severidad removió el 89% de la lignina del material. Los resultados de la simulación permitieron concluir que un sistema de reacción y separación simultáneo como lo es el SFES puede eliminar la interferencia de los productos de degradación formados durante el pretratamiento y la hidrólisis ácida, ya que la glucosa producida en la sacarificación enzimática es convertida directamente a etanol y se evita la formación de productos de degradación no deseados que son tóxicos, adicionalmente retirar el etanol producido en una fase orgánica biocompatible puede reducir los efectos inhibitorios del etanol sobre el microorganismo fermentativo. La evaluación experimental del proceso SFES de zoca de café previamente deslignificada mostró un comportamiento de estabilidad operacional en las condiciones previamente establecidas Abstract: In this study two regional lignocellulosic by-products referred to as coffee cut-stems and Pinus sawdust (variety Pátula) were both structural and chemically analyzed with the aim of identifying their cellulosic contents as potential feedstock for ethanol production. Additionally, an effective pretreatment procedure for the material with higher cellulosecontent was established to be used to further ethanol production by a simultaneous saccharification, fermentation and extractive process (SSFE) in a single vessel. However, an additional coffee by-product was included as reference material with known lignocellulosic composition information to validate the experimental information gathered. The structural analysis were carried out using a X-ray diffract meter (Rigaku Miniflex II), and the patterns were obtained in 2θ between 3.0 and 70°. The pretreatment procedure employed 2% sodium hydroxide as delignification agent, and it was employed at two severity levels defined as follow: 130°C for 2 h (severity I), and 25°C for 24 h (severity II). Lignin remotion of the selected material was validated by structural analysis and chemical characterization. The lower-cellulose content material was found to be the coffee-cut stems, which was further used as raw material for ethanol production by SSFE. Alternatively, the two-step dilute-acid pretreatment was simulated for this material using Aspen Plus software to determine hemicellulose and cellulose depolymerization to xylose and glucose production, respectively. Furthermore, co-products formation from xylose and glucose degradation (furfural and HMF) was considered. The experimental SSFE configuration was carried out at 37°C for 48 h in a five-stage reactor of 5 L of total volume. Reactor feed was fo rmed by previously delignified coffee-cut stems (212 g), 25 IFPU/g as enzyme dosage, 10% (w/w) of yeast inoculum and 1000 ml of n-dodecanol as extraction solvent. The structural analysis of the materials showed a strong structural lignin-cellulose association. on the other hand, the chemical composition (expressed in percentage weigh/weigh) found for coffeecut stems was 32.32% of cellulose, 13.80% of hemicellulose, 1.69% of extractives, 46.7% of total lignin, 4.61% of total protein and 0.92% of ash. Pinus Patula presented a composition as follow: cellulose of 24.80%, 10.62% of hemicellulose, 0.87% of extractives, 62.62% of total lignin, 0.47% of total protein, and 0.62% of ash. For its part, the spent coffee ground was composed by 35.16% of total lignin, 33.62% of cellulose, and 30.38% of fats quantified as extractives. The results also showed that coffee-cut stems were the material with the highest cellulose content. The pretreatment study at two severity levels evidenced that severity I delignified nearly 95% of the original lignin content in the coffee-cut stems treated, and the severity II delignified 89% of the lignin content in the same material. The simulation results let to conclude the degradation coproducts formation interference could be eliminated when a SSFE configuation is operated due to the glucose released during hydrolysis is fastly converted to ethanol, avoiding mostly the inhibitory effects commonly observed in step-by-step to ethanol production procedures. Furthermore, the solvent employed n-dodecanol showed a good biocompatibilty with the other bioagents working in the SSFE configuration and served as effective ethanol removing for this system, leading to conclude that the potential use of this extracting solvent most probably would reduce the energetic requirements to separate ethanol from the solvent Maestría

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Coffee-growing is an agricultural activity which generates a large volume of both liquid and solid waste, creating huge costs to its treatment. The residue of the fruit of the coffee, because it is rich in macro and micro nutrients such as sugars, proteins, Ca, Mg, P, N and K, becomes a way to induct the growth and cultivation of fungi. The fungus of the genus Monascus has been used in Oriental cooking as coloring, for seasoning and flavoring food, etc. Products fermented by Monascus have been used in human and animal nutrition to reduce serum lipids levels by inhibiting HMG-CoA redutase, the cholesterol synthesis key enzyme. This way, these products are able to prevent and decrease dyslipidemies, such atherosclerosis. In the present study, we determinate the centesimal composition of coffee residues unfermented and fermented by Monascus ruber. The effects of adding these residues to diets of hyperlipidemic knockout Apo E mices were evaluated on occurrence of atheroma plaques. The strain's conservation was held in PDA amid. A solution composed by 0.1% MgSO4, 0.1% KH2PO4 and 1% of NH4Cl was used to enrich the environment containing the dry residue and to elevate it s moisture content up to 50%. To this environment was added suspension of spores. The fermented and unfermented residue bromatological analysis bromatological were performed using the methods recommended by the Adolfo Lutz Institute (Brazil, 2005). The dry residue showed 10.2% moisture, 8.5% ash, 1.4% lipids, 11.7% protein and 67.9% of total carbohydrates. 9.9% of humidity to the fermented residue were obtained, 10.2% of ashes, 1.2% of fat, 17% of protein and 61.8% of total carbohydrates. The consumption of the coffee residue (fermented and unfermented) by Apo E animals, fed with atherogenic diet supplemented with different concentrations of residue, showed no changes in the evolution of weight and weight gain. The serum lipids also showed no difference between the treatment groups; only at the fraction VLDL-C e TG of animals fed with 2% of the waste without ferment (G2) the decrease was significant. The mice that were fed with fermented residue to 2% (G4) and 10%(G5) showed an increase of respectively 66.6% and 33.3% in the deposit of liver fat, showing that the fermentation contributed to this increase. In the evaluation of the atherosclerotics lesions it was verified that fermentation of the residue is directly related to its concentration, showing that, in low concentration (2%), the fermentation is beneficial. Also, the residue with no fermentation in bigger concentrations (10%) presented positive effect. A cafeicultura é uma atividade agrícola que produz um grande volume de resíduos líquidos e sólidos, gerando custos com o tratamento e destinação dos mesmos. O resíduo do fruto do cafeeiro, por ser rico em macro e micro nutrientes como açúcares, proteínas, Ca, Mg, P, N e K, torna-se um meio indutor para o crescimento e cultivo de fungos. Os fungos do gênero Monascus têm sido utilizados na culinária oriental como corante, condimento e para dar sabor aos alimentos. Os produtos da fermentação por Monascus têm sido utilizados na alimentação de animais e de humanos para reduzir os níveis séricos de lipídios pela inibição da HMG-CoA redutase, a enzima chave na biossíntese do colesterol. Dessa maneira, esses produtos auxiliam na prevenção de patologias específicas (dislipidemias), como a aterosclerose. O presente trabalho teve como objetivo determinar a composição centesimal dos resíduos do café fermentado com Monascus ruber e não fermentado, bem como avaliar o efeito da adição desses resíduos à dieta de camundongos knockout Apo E hiperlipidêmicos como fator atenuante à formação de placas de ateroma. A conservação da cepa foi realizada em meio PDA. Utilizou-se solução contendo 0,1% de MgSO4, 0,1% de KH2PO4 e 1% de NH4Cl para o enriquecimento do meio contendo o resíduo seco e elevação de seu teor de umidade para 50%. A esse meio foi adicionada suspensão de esporos. Análises bromatológicas dos resíduos fermentado e não fermentado foram realizadas segundo os métodos recomendados pelo Instituto Adolfo Lutz. O resíduo seco apresentou 10,2% de umidade, 8,5% de cinzas, 1,4% de lipídios, 11,7% de proteínas e 67,9% de carboidratos totais. Para o resíduo fermentado foram obtidos 9,9% de umidade, 10,2% de cinzas, 1,2% de lipídios, 17% de proteínas e 61,8% de carboidratos totais. O consumo do resíduo de café, fermentado e sem a fermentação, por animais Apo E alimentados com dieta aterogênica suplementada com diferentes concentrações dos resíduos, não alterou o consumo alimentar, o ganho de peso e o índice hepático quando comparados ao grupo controle (G1). O resíduo de café sem fermentar 2% (G2) diminuiu significativamente em 42% o nível de triacilgliceróis e em 41% a fração VLDL-c quando comparados ao grupo que recebeu somente dieta aterogênica (G1). Os camundongos que foram alimentados com o resíduo fermentado a 2% (G4) e a 10% (G5) apresentaram um aumento de respectivamente, 66,6% e 33,3% no depósito de gordura hepático, enquanto o resíduo sem fermentar não alterou os hepatócitos. Os animais que receberam o resíduo fermentado 2% (G4) apresentaram o melhor efeito na diminuição da área da lesão aórtica. Já os animais que consumiram o resíduo fermentado 10% (G5) não apresentou efeito sob as lesões. Em contrapartida, o grupo que recebeu resíduo sem fermentar 10% (G3) aumentou significativamente as lesões aórticas quando comparadas ao grupo controle (G1).

Esta investigación plantea el aprovechamiento biotecnológico de la borra de café, generada masivamente como subproducto de desecho en las industrias de café soluble, en la obtención de etanol a partir del componente celulósico de la borra deslignificada enzimáticamente y contribuye con metodologías innovativas en la solución de la contaminación ambiental que ocasiona este residuo y su recuperación actual por el carácter contaminante de los procedimientos disponibles. Inicialmente se caracterizó químicamente la borra de café, encontrando como principales componentes lignina en 35,17%, celulosa en 33,46% y extractivos en 30,38%. La recuperación y el aprovechamiento del contenido celulósico se realizó por deslignificación enzimática y por sacarificación - fermentación simultánea del material deslignificado. Las enzimas ligninolíticas se obtuvieron en extractos de fluidos extracelulares parcialmente purificados, de los organismos con mayor potencial de degradación microbial de contaminantes ambientales recalcitrantes, el hongo P. chrysosporium BKM-F1767 y la bacteria S. viridosporus T7A en condiciones In vitro de inducción y crecimiento regular. Los extractos del hongo y la bacteria se cuantificaron tanto gravimétrica como bioquímicamente, obteniendo respectivamente 95 mg y 0,1226 U/mg proteína de actividad enzimática, 750 mg y 232,70 U/mg de proteína, para los respectivos organismos. En la deslignificación se evaluaron tres relaciones de concentrado bacteriano (1,94 mg/g , 0,90 mg/g y 0,65 mg/g) y las remociones de lignina fueron de 9,78%, 21,87% y 20,34% respectivamente; siendo revalidadas con la cuantificación de lignina hidrosoluble recuperada de los tratamientos. Cantidades iguales de borra sin deslignificar (control de deslignificación) y con el mayor grado de remoción de lignina, se sometieron a sacarificación y fermentación simultánea con el complejo celulolítico Econase y la levadura termotolerante S. cerevisiae D5A, mediante la dosificación del complejo en términos de su actividad celulolítica total (10 IFPU/g y 20 IFPU/g) y en porcentaje (2% y 5%). La obtención de etanol estuvo asociada únicamente con la deslignificación de la borra, produciendose las máximas concentraciones volumétricas el día 4 con 27,84%, 21,89% y 25,81% con las dosificaciones de 10 IFPU/g de celulosa, 2% y 5%, respectivamente; concluyendose que la borra puede ser aprovechada biotecnologicamente, mediante deslignificación enzimática bacteriana y sin la generación de efluentes contaminantes en la obtención de etanol por hidrólisis celulolítica y fermentación etanologénica simultánea Abstract: This study deals with the biotechnological use of spent coffee grounds (SCG), produced at the industrial coffee brewing stage in the instant coffee making industry, for ethanol production by a sequential biological delignification pretreatment and further simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process. A primary chemical characterization of SCG was carried out to establish major lignocellulosic components; the highest compositions were 35.17% wt for total lignin (quantified as soluble and insoluble lignin) and cellulose 33.46% wt. Other components found in SCG were extractives (30.38% wt) and ash in minor proportion. The cellulosic content was targeted specifically at enzyme saccharification by releasing it from lignin by using ligninremoving enzymes previously obtained from the fungus P. chrysosporium BKM-F1767 and the bacterium S. viridosporus T7A. Ligninolytic enzymes from the fungus and the bacterium were produced by induction with veratryl alcohol and by regular growth, respectively. Isoenzymes from P. chrysosporium showed the highest ligninolytic activity (232.70 U/mg protein) with respect to S. viridosporus (0.1226 U/mg protein). Delignification was carried out using enzyme ratios of 1.94 mg/g, 0.90 mg/g and 0.65 mg/g of SCG previously conditioned, obtaining effective lignin removals of 9.78%, 21.87% and 20.34% of the total lignin content in the treated material, respectively. In each case, delignification grade was validated by quantification of acidprecipitable polymeric lignin produced after enzyme treatment. SCG with the lowest residual lignin content was used as raw material for SSF process, employing simultaneously the cellulolytic complex Econase at dosages of 10 IFPU/g and 20 IFPU/g cellulose, 2% and 5% wt in the reaction mixture with a typical size inoculum of the thermotolerant yeast S. cerevisiae strain D5A from National Renewable Energy Laboratory. The SSF treatments were run during 120 h at 37C and pH 4.5 which were operation conditions synergistically suitable for both cellulolytic enzymes and fermentative microorganism. The highest ethanol yield of 27.84% (by volume) was obtained using 10 IFPU/g at 96 h and the lowest one (21.8%) was reached by a complex dosage of 2%. However, no ethanol production was found for SCG treated by SSF with no previous delignification step leading to conclude that enzyme delignification improve substantially the spent coffee digestibility for further enzyme saccharification, and SCG is a promising raw material for ethanol production by unified SSF configuration Pregrado

"Hydrolytic enzyme production (cellulases, laminarinases and xylanases) was studied in cultures of Lentinula edodes on sterilized coffee pulp. Samples of substrate colonized by mycelia were taken after 7, 14, 21, 28 and 35 days of incubation at 25 ◦ C (W1 to W5) and during the fruiting period at different stages: formation of primordia (PF), first harvest (H) and one week after the first harvest (PH). The enzymatic activity was lower during the early mycelial growth and showed higher levels during the formation and development of fruiting bodies. Dur- ing the reproductive stage of the fungus, the samples were subjected to a soaking treatment; however, it was not possible to relate this soaking treatment to the increase in enzyme produc- tion. The levels of enzymatic activity suggest that secretion of the studied enzymes does not influence the adaptability of the strains to the substrate."