Tesis (Ingeniería Química)

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Biolixiviación de residuos piríticos de la flotación de sulfuros polimetálicos
(2024-05-16) Romero García, Aurora; Iglesias González, María Nieves; Mazuelos Rojas, Alfonso; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Los bioprocesos en el campo de la minería presentan innumerables ventajas respecto a los métodos metalúrgicos convencionales. Actualmente, se aplican principalmente en el pretratamiento de minerales y concentrados de oro, así como en la producción de cobre a partir de sulfuros secundarios presentes en minerales de baja ley. La aplicación en otros ámbitos potenciales como el tratamiento de concentrados de sulfuros polimetálicos o la valorización de residuos mineros, requiere de un mayor nivel de esfuerzo en la adquisición del conocimiento necesario para la implementación de esta biotecnología. Hasta el momento, la generación del conocimiento en este campo se ha centrado en aspectos microbiológicos, habiéndose dedicado a la tecnología y el diseño de reactores no más del 2% de la producción científica. Sin embargo, las crecientes presiones de índole ambiental, legislativa y socioeconómica en el sector minero están impulsando un mayor reconocimiento de la necesidad de implementar tecnologías como la biolixiviación. Para abordar el conocimiento necesario para el diseño de reactores, es esencial comprender la química fundamental de las reacciones involucradas y las variables que afectan la cinética del proceso. Factores como la composición del medio de cultivo, la concentración de sólidos biolixiviables, la disponibilidad de oxígeno, el pH, el tamaño de partículas y el potencial de óxido–reducción influyen en la cinética y define lo límites de contorno para la optimización y para el diseño de reactores. Factores como la composición del medio de cultivo, la concentración de sólidos biolixiviables, la disponibilidad de oxígeno, el pH, el tamaño de partículas y el potencial de óxido–reducción influyen en la cinética y define los límites de contorno para la optimización y el diseño de reactores. Esta investigación incluye una exhaustiva revisión bibliográfica, la caracterización detallada de los materiales sólidos a tratar, ensayos de biolixiviación en matraces Erlenmeyer y en reactores de tipo tanque agitado de diferentes volúmenes, así como el estudio de las variables mencionadas anteriormente. Además, se han desarrollado metodologías novedosas para estimar separadamente las velocidades de los procesos de generación y consumo de Fe2+, los cuales tienen lugar simultáneamente en el proceso de biolixiviación, para llegar finalmente a postular un nuevo modelo para este proceso. También se proponen estequiometrías adecuadas para las distintas fases del proceso de biolixiviación y se comparan modelos comunes de las reacciones sólido-líquido, discutiendo su relación con la fenomenología de la biolixiviación. En esta tesis, la biolixiviación se presenta como una tecnología que no solo facilita la eliminación de materiales potencialmente contaminantes, como los residuos piríticos, sino que también aprovecha de manera integral los recursos presentes en ellos. Este enfoque no solo mejora la viabilidad económica del proceso al maximizar el valor de los recursos recuperados, sino que también promueve una gestión más responsable y sostenible de los recursos naturales.
Aprovechamiento integral de la macroalga invasora Rugulopteryx okamurae: obtención de compuestos bioactivos, bioenergía en forma de biogás y biofertilizantes
(2024-05-09) Lama Calvente, David de la; Borja Padilla, Rafael; Raposo Bejines, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
En el año 2015 apareció de forma masiva en las costas de Ceuta el alga parda Rugulopteryx okamurae (Dictyotales, Ochrophyta). Lo que provocó que en el año 2020 fuera considerada como una especie invasora por la Unión Europea. Desde entonces, el alga R. okamurae se ha expandido rápidamente a lo largo del Mediterráneo causando un impacto ambiental sin precedentes. Paralelamente, la búsqueda de tecnologías más sostenibles capaces de competir con los productos derivados de los combustibles fósiles aboga por el uso de biomasas de origen natural por su potencial para la producción energética y para la obtención de compuesto de alto valor. Entre estas biomasas, las macroalgas han destacado como biomasas de tercera generación. Desde la perspectiva de la economía circular, la digestión anaerobia (DA) es considerada un proceso altamente eficaz. La comunidad microbiana involucrada en el proceso convierte el sustrato en biogás (rico en metano) y en un efluente rico en nutrientes. Sin embargo, las macroalgas presentan algunos inconvenientes que no permiten una digestión eficiente: baja relación C/N y presencia de compuestos difícilmente degradables o inhibitorios. Esta Tesis propone y evalúa el aprovechamiento integral de la especie invasora R. okamurae. Inicialmente, se aplicaron pretratamientos térmicos y mecánicos, buscando la rotura de la pared celular del alga y la descomposición de compuestos difícilmente degradables, como la celulosa cristalina. El mayor rendimiento en metano fue obtenido tras la aplicación del pretratamiento térmico de 120 oC durante 45 min y tras el pretratamiento mecánico asistido con zeolita, sin observarse diferencias significativas entre ambos (240 - 250 NLCH4 kg-1 VS). Posteriormente, se evaluó el impacto del ciclo de vida de esta especie en el sistema de DA, pretratando la biomasa según los resultados anteriores. El mayor rendimiento en metano se obtuvo a partir del alga de arribazón fresco pretratada mecánicamente con zeolita (219 (15) NLCH4 kg-1 VS), lo que señala al uso de zeolita como una alternativa económica frente a otros tratamientos. Debido a la baja ratio C/N de la macroalga, se planteó la co-DA con un co-sustrato rico en C, como el alperujo (el mayor residuo derivado del proceso de producción de aceite de oliva por el sistema de dos fases). El rendimiento en metano más alto se obtuvo para la mezcla 1 R.o. – 3 OMSW (C/N = 24.7) (450 (70) NLCH4 kg-1 VS), mejorando la producción de metano de la macroalga y del alperujo por separado. En un siguiente estudio, se optimizó el proceso de extracción de azúcares reductores y compuestos fenólicos con capacidad antioxidante mediante la metodología de superficie-respuesta. El punto óptimo se encontró para la biomasa secada a 100 oC y molida durante 60 s en ausencia de zeolita. Además, se estudió la producción de metano del residuo extractado producido. El rendimiento en metano más alto fue obtenido para las muestras doblemente extractadas (140 – 150 NLCH4 kg-1 VS) sin diferencias significativas entre el tipo de biomasa (natural y de arribazón) o el orden de los dos disolventes usados (etanol y agua). Para cerrar el ciclo del modelo circular aquí propuesto, el digestato derivado del proceso de DA se evaluó como fertilizante en el crecimiento de la especia mediterránea Avena strigosa. Dos digestatos anaerobios, derivados de la biomasa pretratada térmica y mecánicamente, fueron utilizados en el ensayo. Así se comprobó que ambos digestatos podrían ser usados efectivamente como fertilizantes en el cultivo de avena, obteniendo una eficiencia de producción similar (pretratamiento mecánico) o mayor (pretratamiento térmico) al de un fertilizante inorgánico.
Sustainable Development of Metal Oxide Nanoparticles for Advanced Applications in Bioplastic Matrices
(2024-05-10) Abdullah, Johar Amin Ahmed; Guerrero Conejo, Antonio Francisco; Romero García, Alberto; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Nanomaterials play a pivotal role across diverse fields like medicine, electronics, energy storage, and environmental remediation, finding applications in targeted drug delivery, enhanced electronic device performance, efficient energy storage systems, and pollution remediation. This research centers on the synthesis, characterization, and application of iron and zinc oxide nanoparticles originating from Phoenix dactylifera L. extract, known for its phytochemical richness and its effectiveness as reducing and capping agents. Optimization studies cover Phoenix leaves' drying temperature and extraction medium solvent, revealing favorable conditions of low temperature and water solvent that significantly enhance polyphenol yield. Systematic exploration of processing parameters, including effects of pH, washing solvent, calcination temperature, and time, sheds light on their influence on nanoparticle properties like size, crystallinity, morphology, shape, magnetic response, antioxidant, and antibacterial activity. Composition parameters, investigating salt type and concentration for both precursor and reducing agent, yield insights into ideal conditions for synthesizing high-performance nanoparticles. The resulting nanoparticles showcase optimized properties, including a size of 2 nm, 64 emu/g magnetization saturation, and an antioxidant activity of 8 μg/mL. Notably, iron oxide nanoparticles calcined at low temperatures exhibit higher antioxidant activity due to the surface degradation of phytochemicals at elevated temperatures and times. Subsequent examinations reveal the nanoparticles' potential applications in therapeutic interventions and antimicrobial formulations, particularly in biological activities like antioxidant and antibacterial assessments. The study extends to incorporating these nanoparticles into bioplastic films and membranes, addressing the growing demand for sustainable materials in nanopackaging for food preservation and medical applications. Casting and electrospinning methods are employed, offering uniformity and enhanced surface area and porosity, respectively, to impart specific properties to resulting materials. The comprehensive results, detailed in publications, emphasize the promising potential of these nanoparticles and highlight enhanced film and membrane properties in terms of hydrophobicity, mechanics, optics, biology, and morphology. This versatility suggests practical applications in diverse fields, including food preservation and medical applications, with potential extensions to medicine, electronics, energy storage, and environmental remediation.
Extraction of base and precious metals and other valuable elements from mining tailings by hydrometallurgical processes
(2024-04-04) Lorenzo Tallafigo, Juan; Carranza Mora, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
The generation of a great volume of harmful wastes causes many environmental issues, such as AMD (Acid Mine Drainage) generation or metals release, concerning mining and metallurgical activity. Also, several valuable metals are lost in these tailings. However, the reprocessing of these wastes presents several troubles due to the content of pyrite that hinders the process feasibility, nonetheless, the recovery of iron and sulphur from pyrite could increase the incomes of tailings reprocessing. In this work, the bioleaching of mining wastes followed by two precipitation steps and a mineral carbonation step was proposed to recover metals, Fe and S, whilst the main environmental issues are mitigated. Non-ferrous metals were dissolved through bioleaching and brine leaching. Also, bioleaching enabled the dissolution of FeS2 and S0, obtaining an acidic ferric ion liquor with a low metal concentration. After this step, Fe and S were removed through the addition of limestone at pH 3.5 while non-ferrous metals were precipitated later by lime addition at pH 9.5. Cu-Zn-Co hydroxides were used to generate rich liquor by an acidic dissolution enabling the use of conventional purification techniques with a low treatment volume. Mineral carbonation of the Fe/S precipitate was used for the recovery of S as a concentrated sulphate ion solution, while the resulting solid containing Fe(OH)3 and CaCO3 was recirculated to the Fe/S precipitation step as the alkali compound, generating a solid with a higher Fe content after each recirculation step. Some impurities, such as As, P, S, and Cu, were also accumulated during the iron precipitate recirculation. Cu and P were satisfactorily removed through a bioleaching step at low ORP and the modification of basal salts composition, respectively. However, the removal of As and S required further steps, sulphur was easily removed by thermal treatment (pelletising of fine particles). Instead, arsenic must be washed from precipitates by an alkaline washing or precipitated by the promotion of jarosite formation during bioleaching. After these steps, the iron-bearing compound accomplished the impurities limit to be used in the steel-making process. According to a preliminary feasibility assessment, the reprocessing of these tailings required the FeS2 flotation to reach a positive IRR (Internal Rate or Return) and NPV (Net Present Value). The removal of arsenic by alkaline washing or jarosite formation changed substantially the economic results, achieving a greater IRR when the alkaline washing step was selected (10.2 vs. 6.9%).
Formulación y procesado de emulgeles de aceite de aguacate estabilizados con extracto de algas
(2024-01-19) Tello Rivas, Patricia; Santos García, Jenifer; Trujillo-Cayado, Luis Alfonso
El objetivo principal de la tesis ha sido el desarrollo y la caracterización de emulsiones y emulgeles de grado alimentario usando como estabilizante un extracto de alga. Además, este proyecto promueve el aprovechamiento y revalorización de componentes que hasta ahora han sido considerados de poco interés a nivel industrial. Por otro lado, estas emulsiones serán formuladas con un aceite de alto nivel nutricional como el aceite de aguacate. Este proyecto tiene como propósito el desarrollo de emulsiones y emulgeles de grado alimentario basadas en productos ecológicos y provenientes de fuentes biológicas renovables; además de estar especialmente diseñadas para celiacos, veganos y vegetarianos, y con ello contribuir a cubrir las necesidades de estos nichos de mercado. En una primera etapa, se desarrollan las emulsiones primarias conteniendo solo ficocianina (extracto de spirulina azul) como agente estabilizante y usando una técnica de homogenización basada en sistemas rótor-estátor. Posteriormente se comparan con aquellas obtenidas por sistemas de ata presión como la microfluidización o los ultrasonidos. Se incorporará varios agentes gelificante a la fase continua, orgánicos e inorgánicos, como la pectina, geles de sílice, arcillas y gomas de origen microbiológico. Finalmente, se encapsulan diferentes ingredientes activos para el potencial desarrollo de alimentos funcionales. Las técnicas usadas para la caracterización de las diferentes emulsiones y emulgeles incluyen la reología, barridos de retrodispersión de luz, difracción láser y diferentes técnicas de microscopía, incluyendo crio-SEM y TEM.
Chitosan-based hydrogels for tissue engineering: processing, crosslinking and biological assessment
(2023-12-15) Sánchez-Cid Bueno, Pablo; Pérez-Puyana, Víctor Manuel; Romero García, Alberto; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Ante la necesidad de tratamientos más avanzados para tejidos y órganos dañados, el desarrollo de sustitutos biológicos aparece como una posible solución. La ingeniería de tejidos es un campo multidisciplinario que combina métodos y principios de ingeniería y ciencias de la vida para el desarrollo de biomateriales, capaces de actuar como sustitutos biológicos para mantener, restaurar o mejorar la función de los tejidos objetivo. Sin embargo, para este fin se requieren andamios con una serie de requisitos como la capacidad de soportar esfuerzos mecánicos una vez implantados en el cuerpo, absorber fluidos biológicos y dar lugar a un adecuado crecimiento y proliferación celular para conseguir una regeneración eficaz del tejido lesionado. Dentro de las posibilidades, los hidrogeles son materiales que se ajustan muy bien a estos requisitos y son, por tanto, muy estudiados en este campo de investigación, especialmente por su alta capacidad de absorción de líquidos, incomparable con otros materiales. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de hidrogeles basados en el quitosano, un biopolímero abundante, asequible y, por tanto, muy conocido, con propiedades que lo convierten en un candidato muy interesante para su potencial aplicación en hidrogeles para ingeniería de tejidos. Además del desarrollo de hidrogeles, esta tesis estudió diferentes métodos para mejorar las propiedades de los hidrogeles basados en quitosano, incluyendo la combinación con otros polímeros conocidos como el colágeno o el uso de agentes de entrecruzamiento tanto en hidrogeles de quitosano como en los híbridos con colágeno. Además, se ha planteado el desarrollo de una estructura más avanzada para hidrogeles con mejores propiedades, partiendo de la combinación de las dos estrategias previamente planteadas. Los resultados obtenidos son bastante prometedores en cuanto a la potencial aplicación en ingeniería de tejidos de los hidrogeles estudiados.
Detección fiable de vertidos de las industrias de la aceituna por cromatografía líquida de alta resolución
(2011-02-25) Morón Romero, María del Carmen; Lebrato Martínez, Julián; Pozo-Morales, Laura; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Desarrollo de matrices proteicas de soja con la incorporación de micronutrientes para su uso en horticultura
(2022-10-27) Jiménez-Rosado, Mercedes; Guerrero Conejo, Antonio Francisco; Romero García, Alberto; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
El incremento de la producción hortícola, provocado por la nueva tendencia hacia una alimentación más sana, ha generado la necesidad de crear sistemas de horticultura intensiva. Estos sistemas subsisten gracias al uso de fertilizantes, ya que el suelo no es capaz de regenerar sus nutrientes tan rápidamente como requiere este tipo de horticultura. Sin embargo, el método de fertilización convencional es ineficaz y genera problemas de contaminación por exceso de nutrientes. Por este motivo, actualmente se están probando nuevas tecnologías, siendo los sistemas de liberación controlada los que generan un mayor interés. En este sentido, el objetivo principal de la presente tesis doctoral es el desarrollo de un sistema de liberación controlada (matriz) biodegradable y sostenible para suministrar micronutrientes a cultivos hortícolas. Para ello, se revalorizó un subproducto de soja rico en proteínas como materia prima para el desarrollo de la matriz. Además, se estudiaron las diferentes etapas de fabricación con la finalidad de conseguir el sistema más óptimo, en cuanto a sus propiedades funcionales, para suministrar los nutrientes al cultivo. Este trabajo ha abierto una nueva posibilidad de crear fertilizantes más eficientes, mejorando los beneficios de la fertilización convencional. Así, se espera que estas matrices revolucionen el mercado, haciendo que el método de fertilizar cambie en los próximos años hacia una fertilización más sostenible.
Economía circular de la industria agroalimentaria
(2022-06-09) Sánchez Borrego, Francisco José; Álvarez-Mateos, María Paloma; García-Martín, Juan Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Los residuos de la industria agroalimentaria, como son los residuos de naranjo y del aceite de oliva, tienen una gran repercusión debido a su gran producción anual a nivel global. En los países del mediterráneo (Italia, Grecia, España…), la producción de dichas industrias es mayor que en el resto del mundo. Esto hace especialmente importante el estudio de nuevas formas de aprovechamiento de dichos residuos, con el fin de contribuir al “zero waste” mediante la economía circular. Dentro de los residuos anteriormente descritos, algunos como los huesos de aceituna, ramas y hojas, pueden ser usados como combustibles directamente. No obstante, existen otros tratamientos termoquímicos como torrefacción, gasificación, pirólisis, etc., que aportan una nueva visión del aprovechamiento de dichos residuos lignocelulósicos para la producción y obtención de productos de alto valor añadido. En la presente Tesis Doctoral se ha optado por la pirólisis de los huesos de aceituna, las podas de naranjas y los residuos generados en la extracción del zumo de naranjas dulces. La pirólisis en la última década ha sido una técnica muy empleada para la reutilización de residuos lignocelulósicos y obtención de productos de alto valor como son un sólido poroso (biocarbón o biochar), un líquido viscoso (bio-oil o bioaceite) y un gas (syngas o gas de síntesis). La pirólisis está tomando mucha importancia por los usos que tienen estos productos. Por un lado, el bio-oil junto al syngas tienen gran valor para la obtención de biocombustibles. El biocarbón es un material que tiene una alta superficie específica, lo que le confiere un gran uso como bioadsorbente y biocatalizador. En el desarrollo de esta Tesis Doctoral, todos los biocarbones obtenidos a partir de las distintas materias primas fueron caracterizados por microscopía infrarroja, así como su superficie específica (método BET). Una vez caracterizados todos los biocarbones, fueron utilizados con distintos fines. En primer lugar, una parte de ellos fue utilizada para la adsorción de sustancias contaminantes (en este caso azufre) de aceite usado, con el fin de adecuarlo a las condiciones exigidas de venta para producción de biodiésel. En segundo lugar, otros biocarbones se utilizaron para la obtención de biocatalizadores ácidos para la reacción de esterificación de ácidos grasos libres con metanol, para la producción de ésteres metílicos (biodiésel). Por otro lado, el bio-oil obtenido fue analizado, con el objetivo de identificar los compuestos con mayor valor añadido, aportando un gran valor al bio-oil. Se encontraron algunos muy interesantes, tales como la levoglucosanona y el catecol, que tienen un gran interés en la industria orgánica.
Assessment of microfluidization for the preparation and characterization of submicron emulsions of essential oils
(2021-05-05) Martín Piñero, María José; Muñoz García, José; Alfaro Rodríguez, María del Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
This Ph.D. Thesis is a contribution to gain a deeper insight into the formulation and processing of submicron essential oil emulsions, using a novel bio-based surfactant derived from wheat biomass. Thyme and rosemary oil emulsions were prepared by microchannel homogenization, based on the microfluidization technique. They were characterized by assessing their physical stability, rheological and microstructural properties.
Aprovechamiento y revalorización de un residuo proteico del maíz como estabilizante de productos alimentarios
(2022-03-24) Santos García, Jenifer; Alfaro Rodríguez, María del Carmen; Trujillo-Cayado, Luis Alfonso; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
El objetivo principal de esta tesis fue el desarrollo y la caracterización de emulsiones de grado alimentario usando como estabilizante un residuo proteico de la industria del etanol y del maíz, la zeína. Aunque originalmente, esta proteína fue considerada un residuo, hoy en día se considera que posee un gran potencial para la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y su uso en productos alimentarios. Sin embargo, su uso como único estabilizante en emulsiones muestra estabilidades muy limitadas. Por ello, se ha empezado a usar su uso combinado con polisacáridos. En esta tesis, se han desarrollado sistemas basados en emulsiones formulados con diferentes complejos zeína-polisacaridos : zeína-goma xantana, zeína-goma guar y zeína-goma diutan. De este modo, se ha conseguido aumentar la estabilidad de estos sistemas alimentarios reduciendo sus mecanismos de desestabilización. Por otro lado, estas emulsiones serán formuladas con aceites ricos en ácidos grasos ω-3, como el aceite de girasol alto oleico. De este modo, estos sistemas están especialmente diseñados para celiacos, veganos, vegetarianos y mujeres embarazadas que necesitan altas dosis de estos ácidos grados y con ello se contribuye a cubrir las necesidades de estos nichos de mercado. Esta tesis consta de cuatro capítulos. El primero es una introducción teórica donde se desarrollan conceptos tan importantes como emulsiones, procesado de emulsiones y mecanismos de desestabilización de emulsiones. Además, se presentan los compuestos usados en este proyecto y sus principales características. El segundo capítulo se centra en el desarrollo de emulsiones Pickering usando un método de emulsificación simple como es un homogeneizador rotor-estator. Primero, se estudian las emulsiones basadas solo en zeína donde se optimiza la formulación usando la metodología de las superficies de respuesta. Después, se evalúa la incorporación de la goma Xantana de alto rendimiento como estabilizante y espesante. Este estudio muestra que la incorporación de dicha goma además de conseguir unas emulsiones con propiedades viscoelásticas ya que forma un recubrimiento en las gotas (comprobado por FESEM), mejora en gran medida su estabilidad física reduciendo el fenómeno de cremado que presentaba la emulsión formulada solo con zeína. En el tercer capítulo, se optimizan los parámetros de procesado usando un ultrasonido de alta intensidad para obtener emulsiones con zeína y aceite de girasol alto oleico. Después, se evalúa la formación de un complejo zeína-goma guar y zeína-goma diutan estudiando las propiedades reológicas, estabilidad física y microestructura de estas emulsiones. Un incremento en la potencia del ultrasonido, el tiempo de procesado y ciclos provocó una disminución del tamaño de gota en ausencia de recoalescencia. Además, la emulsión optimizada fue el punto de partida para formar los dos coacervatos: zeina con goma guar, y zeína con goma diutan a diferentes concentraciones. Los complejos de zeína y goma guar no formaron un gel reológico, como consecuencia, estas emulsiones sufrieron proceso de desestabilización con el tiempo de almacenamiento. Por el contrario, las emulsiones formuladas con goma diutan presentaron una red 3D, observada por FESEM y demostrada por las medidas reológicas. Este capítulo resalta la importancia de la elección del polisácarido usado en las emulsiones alimentarias formuladas con zeína. En el último capítulo, el objetivo fue evaluar el proceso de homogenización basado en el uso del microfluidizer. Se estudió la influencia de la presión de homogenización y del número de pasadas en el tamaño de gota usando la metodología de las superficies de respuesta. Posteriormente, se investigó la concentración de la goma diutan en estas emulsiones preparadas con microfluidizer ya que anteriormente fue la goma que mejores resultados mostró. Teniendo en cuenta el análisis de las superficies de respuesta, la emulsión procesada a 20000 psi y cuatro ciclos mostró el diámetro de Sauter mas pequeño (emulsión optimizada). Además, la emulsión con 0.4% p/p de goma diutan presentó propiedades reológicas de gel y una alta estabilidad física. Por lo tanto, se consiguió una emulsión estable con el tiempo con tamaño de gota submicrónico con la formación del complejo zeína- goma diutan. Finalmente, se presentan las conclusiones más importantes de esta tesis.
Factores incidentes en los cambios espacio temporales de un canal fluvial en su planicie de inundación: el caso del río Portoviejo (Manabí-Ecuador)
(2021-12-09) Briones Ordóñez, Olga Varinia; Méndez Mata, Williams José; Lebrato Martínez, Julián; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
La morfología de los ríos constantemente presenta cambios dinámicos que generan desplazamientos a lo largo de su recorrido. Esta situación se ve acentuada en el caso del río Portoviejo que ha experimentado una serie de procesos que condicionan sus patrones de meandros, y llanuras de inundación, producto de la interrelación entre factores naturales propios de la morfodinámica fluvial de su cuenca, y factores antrópicos prolongados y crecientes en su planicie aluvial. La evaluación de los cambios y procesos que atraviesan los meandros, como migraciones y abandonos por corte, permite comprender las tendencias evolutivas, en este caso, del canal principal del río Portoviejo, como una respuesta del sistema frente a las presiones que ejercen los factores antrópicos sobre los procesos fluviales. Es objetivo principal de esta investigación, analizar los factores incidentes en los cambios espacio temporales de un canal fluvial del río Portoviejo, en su planicie de inundación y como parte de la metodología desarrollada se contempla un análisis estadístico descriptivo para los meandros correspondientes a cada uno de los segmentos identificados y en atención a cada parámetro morfométrico (longitud del cuello del meandro (L), amplitud del meandro (A), ancho del cauce del río (W), radio de curvatura del meandro (R), longitud del meandro (S) y sinuosidad (C)) que caracteriza la geometría de los meandros. Con el fin de caracterizar los factores que controlan la morfología de los patrones de ameandrados del canal, se interpretan los cambios y tendencias espaciales de los meandros con la construcción de curvas evolutivas de los meandros de cada segmento en atención a cada parámetro morfométrico y el análisis comparativo entre segmentos de estudio para cada uno de los años considerados en el período de estudio y por cada parámetro morfométrico; que va de la mano con un análisis Biplot Dinámico (estático y dinámico), lo que permite evaluar cómo los cambios del canal se han visto afectados entre meandros de un mismo segmento, y una movilidad espacio-temporal distinta entre ellos; y entre los segmentos de meandros, para esto es necesario integrar una amplia gama de indicadores dinámicos que complementan los parámetros como son los factores que condicionan la génesis y evolución de cada patrón: migración, eventos de inundación, producción de sedimentos, intervención de obras civiles, entre otros. Los resultados del Hj-Biplot estático permiten observar que los parámetros R, L y S están correlacionados entre sí, lo que no sucede con W y C, cuyas correlaciones son negativas. El análisis dinámico, permite comprender las interacciones entre la complejidad del canal y las variaciones de los meandros según esos parámetros a lo largo del período estudiado, observándose que para algunos casos existen variaciones importantes y, para otros, no son significativas.
Cyclization of reactive carbonyls in foods upon processing: an origin for the formation of pyridine-derived flavours and heterocyclic aromatic amines
(2021-09-16) Lavado Tena, Cristina; Hidalgo García, Francisco Javier; Zamora Corchero, Rosario; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
El procesado de alimentos genera tanto efectos positivos como negativos en los mismos. Estos efectos son consecuencia de las distintas reacciones producidas. Entre ellas, la formación de aminas heterocíclicas aromáticas (HAAs) tiene un gran interés debido a la toxicidad de estos compuestos. La 2-amino-1-metil-6-fenilimidazo[4,5-b]piridina (PhIP) es una HAA mayoritaria que se produce como consecuencia de la reacción de ciertos compuestos carbonílicos formados durante el procesado de alimentos con creatinina. Análogamente, otras HAAs con estructura de aminoimidazoazareno podrían formarse de forma similar por una cierta tendencia, desconocida hasta ahora, de los compuestos carbonílicos de producir derivados cíclicos en presencia de amino compuestos. El objetivo general de esta tesis es clarificar la contribución de los compuestos carbonílicos a la formación de derivados heterocíclicos en alimentos, particularmente flavors con estructura de piridina y aminas heterocíclicas aromáticas (HAAs) con estructura de aminoimidazoazareno. En este trabajo de investigación se han identificado los compuestos carbonílicos que contribuyen a la formación de piridinas y de HAAs en alimentos, se han determinado las rutas por las que los distintos compuestos son producidos, y se han analizado los procedimientos adecuados para el control de la formación de estos compuestos. En particular, se han abordado seis objetivos específicos, los tres primeros dedicados a entender cómo se producen las piridinas en los alimentos, y los otros tres dedicados a la formación de HAAs. Dentro del primer objetivo se ha investigado el papel que juega la ciclación de diversos compuestos carbonílicos procedentes de oxidación lipídica en la formación de alquilpiridinas, concluyendo que estos compuestos se forman por ciclación de aldehídos de cadena corta en presencia de amoniaco. Así, las 2-alquilpiridinas se forman en mezclas de acetaldehído/crotonaldehído y 2,4-alcadienales con amoniaco; acroleína y 2,4-alcadienales son los responsables de la formación de 3-alquilpiridinas; y la ciclación de 2-alquenales es el origen de las 2,5-dialquilpiridinas. Por el contrario, las 2,6-dialquilpiridinas se forman por ciclación de cetonas insaturadas. Para estas ciclaciones es necesaria la presencia de amoniaco, que puede ser formado in situ. Estos estudios han permitido proponer mecanismos de formación de todos estos compuestos, mecanismos que han sido confirmados mediante estudios de marcaje isotópico. Dentro del segundo objetivo se ha estudiado la formación de 3-hidroxipiridinas a partir de compuestos carbonílicos derivados la oxidación lipídica. Para ello se han identificado los precursores y se han determinado los mecanismos de formación. Los principales precursores de las 3-hidroxipiridinas son los 4,5-epoxi-2-alquenales y los 2,4-alcadienales. Las 3-hidroxipiridinas se producen a temperaturas mayores de 100 ºC, a valores de pH ligeramente básicos, y con una energía de activación de aproximadamente 50 kJ/mol.Para confirmar el papel que juegan los procesos de oxidación lipídica, se ha demostrado que estas piridinas se forman, por ejemplo, cuando aceites oxidados de linaza o pescado se calientan en presencia de glutamina como agente productor de amoniaco. Dentro del tercer objetivo se estudió en papel de la reacción de Maillard como alternativa a la formación de 3-hidroxipiridinas en alimentos, en particular se analizó el papel que el 5-hidroximetilfurfural (HMF), y otros 2-oxofuranos, podría tener en la formación de 3-hidroxipiridinas. Se observó que la 3-hidroxipiridina derivada del HMF, la 2-hidroximetil-5-hidroxipiridina, se formaba mayoritariamente a pH neutro y con una energía de activación de 74 kJ/mol. Análogamente, 3-hidroxipiridina y 3-hidroxi-2-metilpiridina se formaron a partir de furfural y 2-acetilfurano, respectivamente. Se observó que la conversión de HMF en 2-hidroximetil-5-hidroxipiridina ocurría con un rendimiento mayor que la de los otros 2-oxofuranos estudiados, lo que es consecuencia de la presencia de sustituyentes en los carbonos 2 y 5 del anillo de furano en el HMF. Estos resultados se confirmaron en miel y miel de caña, como modelos de alimentos en los que la reacción de Maillard se produce habitualmente. La reacción consiste en la expansión del anillo de furano que es abierto en presencia de amoniaco y cierra posteriormente para producir la piridina. Para la formación de piridinas, es necesaria la presencia de amoniaco, aunque este compuesto no tiene que estar presente inicialmente en la reacción. Numerosos compuestos son degradados térmicamente para producir amoniaco y todos ellos produjeron piridinas, incluyendo cloruro de amonio, glutamina, creatinina y urea. Curiosamente, los rendimientos siempre fueron mucho menores cuando el compuesto productor de amoniaco ensayado fue creatinina. La razón es que, además de producir amoniaco, la creatinina es capaz de reaccionar con los compuestos carbonílicos como paso inicial a la formación de HAAs. La formación de estos últimos compuestos fue estudiada en los otros tres objetivos específicos de esta tesis. Para el desarrollo de estos objetivos se estudiaron los precursores, las condiciones que promovían la reacción y los mecanismos de reacción conducentes a la formación de MeIQ, IQ y MeIQx. De todos los compuestos carbonílicos empleados, el único que produjo MeIQ fue el crotonaldehído, lo que sugiere que éste es el compuesto carbonílico directamente responsable de la formación de MeIQ. Estos estudios nos han permitido proponer que la formación de MeIQ ocurre por reacción de crotonaldehído, glutamina y creatinina. En el caso del IQ, sólo se produce cuando acroleína y crotonaldehído están presentes simultáneamente como compuestos carbonílicos. Cuando ambos compuestos son calentados en presencia de creatinina y glutamina, se obtiene una mezcla de MeIQ e IQ. Por último, el compuesto carbonílico responsable de la formación de MeIQx es la acroleína. La formación del MeIQ se inicia con la formación de un aducto entre el crotonaldehído y la creatinina, el cual reacciona con amoniaco para producir la correspondiente imina. Una vez se ha producido la imina, ésta se convierte en una enamina mediate una tautomería imino-enamina y dicha enamina vuelve a reaccionar con una segunda molécula de crotonaldehído formando una nueva imina. Este último aducto, que ya tiene el mismo número de átomos que el MeIQ, se transforma en MeIQ para ganar estabilidad.La formación de IQ ocurre de forma similar. Se inicia con la formación de un aducto entre acroleína y creatinina. Una vez formado el aducto, se produce la reacción de éste con amoniaco (que proviene de la descomposición de la glutamina y/o de la creatinina) dando lugar a una imina intermedia (que está en equilibrio con la correspondiente enamina), la cual reacciona con crotonaldehído, obteniéndose así el aducto que producirá el IQ tras una estabilización de este último aducto. Debido a la presencia en el medio de crotonaldehído, la formación del IQ compite con la formación de MeIQ, y ambos compuestos siempre se producen simultáneamente. La formación de MeIQx se inicia de forma análoga con la formación de un aducto entre acroleína y creatinina. Una vez formado el aducto, se produce la reacción de éste con amoniaco dando lugar a una imina intermedia que está en equilibrio con una enamina. El siguiente paso es la reacción de esta enamina con metilglioxal (producido a partir de acroleína) para formar una nueva imina que reaccionará con una nueva molécula de amoniaco para producir en primer lugar la imina y debido a un equilibrio imina-enamina, se formará la correspondiente amina. Esta amina sólo le falta un átomo de carbono para completar la estructura del MeIQ. Análogamente a lo que ocurre con el PhIP, este carbono proviene de una molécula de formaldehído. Todos estos estudios demuestran el papel clave de los compuestos carbonílicos en la formación de piridinas y HAAs en alimentos. Asimismo, sugieren estrategias para el control de los compuestos que afectan negativamente a la calidad y seguridad de los alimentos. Estas estrategias incluyen el controlar la formación de los compuestos carbonílicos implicados, el empleo de condiciones de reacción que eviten la transformación de los compuestos carbonílicos en los compuestos no deseados, y la captura de estos compuestos carbonílicos por agentes captadores de los mismos, como los compuestos fenólicos.
Influencia de la naturaleza química y de la concentración de disoluciones acuosas de alquilsufatos sódicos, de N-(Dodecanoamidopropil) Betaína y de mezclas de Dodecilsulfato Sódico y N-(Dodecanoamidopropil) Betaína y de mezclas de Dodecilsulfato Sódico N-, sobre su capacidad para humectar superficies de un acero inoxidable
(1983-08-05) Comelles Folch, Francisco; Martínez Moreno, J.M.; García Domínguez, J.J.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
La humectabilidad del acero inoxidable cr sub 18 ni sub 8 fe por soluciones acuosas de tensioactivos se pone de manifiesto mediante los ángulos de contacto y los coeficientes de esparcimiento calculados a partir de los ciclos de histéresis de mojado obtenidos al sumergir y retirar sucesivamente de la solución de tensioactivo una placa rectangular del acero inoxidable suspendida en un tensiómetro cuando se registra en continuo la fuerza que la fase liquida ejerce sobre dicha placa. Mediante estos parámetros se pone de manifiesto la influencia que la longitud dela cadena hidrocarbonada en el caso de los tensioactivos tipo alquilsulfato de sodio y la relación molar en el caso de soluciones mixtas de dodecilsulfato sódico y n (dodecanoamidopropil) betaína ejercen sobre la humectabilidad del acero inoxidable.
Influencia del pH inicial sobre la depuración aerobia de vertidos lácteos en discontinuo, a 30ºC: evolución de amonio, nitritos, nitratos y fosfatos
(2000-04-16) Guillén Jiménez, Emilia; Romero Guzmán, Fernando; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
En el tratamiento Aerobio de aguas residuales de industrias lácteas se reduce la carga orgánica considerablemente, se mineraliza el nitrógeno y se libera fosfato. Las condiciones de trabajo empleadas fueron cargas orgáncias entre 1000 y 3000 mg/l , cada una de las cuales feron estudiadas en el intervalo de ph 5,5-12,0 y a temperatura de 30ºC. El tratamiento biológico empleado fue de lodos activos. El seguimeinto de la experiencias fue diario a través de los parámetros: ph DQO mg/l, NH mg n/l, NO2 mg N/L, NO3 mg n/l y PO3 mg/p/l. De los resultados se concluye que esta agua residuales son facilmente biodgradables siguiendo un proceso secuencial, La evolución de los nutrientes amonio y fosfatos se siguen por la relación mg N/mgP, la cual indica que a partir de la primera semana de estudio se empiezan a degradar los compuestos más complejos de la leche. Las casínas. A paritr de los 20 días de estuñdio, la realci¿on N/P cae a cero indicando que el amonio está desapareciendo. El estudio de NO2 y NO3 indica que se está produciendo nitrificación. Según la bibliogfrafía, el intervalo de PH óptimo para la nitrificación es 7,5-8,5. Sin embargo, en este trabajo se produce este proceso en el intervalo de ph 5,5-11,0.
Optimización de la conservación de la semilla de girasol. Procesos de extracción y refinación de su aceite
(1996-10-07) Otero Mateos, Inmaculada; Pereda Marín, Juan; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Nuevas aportaciones para el conocimiento de los componentes alcohólicos de los insaponificables de oliva y orujo. Aplicaciones al establecimiento de criterios de diferenciación
(1982-09-01) Cota Galán, Juan; Martínez Moreno, Juan M.; Gracián Tous, Jaime; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Se ha puesto a punto un nuevo método de obtención de insaponificable basado en la extracción sólido líquido que mejora notablemente los métodos anteriormente usados. Automatización ausencia de artefactos extracción total menor tiempo y menor consumo de disolvente son sus características diferenciales. A partir de este método se estudian cualitativa y cuantitativamente las fracciones del ensaponificable con componente alcohólico pues características: alcoholes grasos alcoholes terponicos y esteroles a la búsqueda de criterios diferenciadores. El alcohol docosanol se perfila como principal criterio diferenciador.
Los tamices moleculares en la química de las grasas
(1972-10) López Ruiz, José; Martínez Moreno, Juan M.; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Técnica
Refinación física de aceites vegetales: desodorización neutralizante en columnas de película con nitrógeno como gas de arrastre
(1999-11-25) Estévez Alles, Gabriel; Pereda Marín, Juan; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química
Esta tesis doctoral basa su estudio en la aplicación de un sistema de desodorización en continuo de columnas de película descendente con uso de nitrógeno como gas de arrastre. Su interés se basa en su empleo como alternativa a los actuales procesos industriales de desodorización de aceites vegetales, reduciendo considerablemente el tiempo de operación y la temperatura, con el ahorro energético y preservación de la calidad inicial del aceite que ello conlleva. Otro factor novedoso, es la utilización de nitrógeno, en lugar de vapor de agua, como gas de arrastre por su menor poder contaminante y capacidad de revalorización de los subproductos.
Esparcimiento de acilgliceroles sobre la interfase aire-medio acuoso en el equilibrio
(1994-06-01) Martín Martínez, Rosa María; Rodríguez Patino, Juan M.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química

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