METODOLOGÍAS ANALÍTICAS BASADAS EN ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO Y CALIBRACIÓN MULTIVARIANTE. APLICACIÓN A LA INDUSTRIA PETROQUÍMICAResumAquesta tesi doctoral presenta el desenvolupament i l'aplicació de metodologies analítiques basades en la combinació de mesures espectroscòpiques d'infraroig amb mètodes quimiomètrics d'anàlisi multivariant. Les aplicacions desenvolupades s'han centrat en la determinació quantitativa de propietats físiques i químiques d'interès per a la indústria petroquímica. Al si d'aquesta tesi, s'ha tractat l'anàlisi de la nafta de petroli, així com de diferents tipus de polímers i copolímers de polipropilè (PP). El interès que tenen aquests tipus de mètodes analítics a l'àmbit industrial és la reducció del temps d'anàlisi, així com la facilitat per acoblar-los a l'anàlisi en línia, fet que es tradueix en una importat millora de l'eficàcia i qualitat en la producció. Per aquests dos tipus de mostres (nafta i polipropilè), s'han desenvolupat models de calibració multivariants per mínims quadrats parcials (PLS), fent servir tant mesures de l'espectroscòpia d'infraroig mig com de l'infraroig proper. Per a la nafta s'han desenvolupat models de calibrat per a la determinación desglossada, per famílies i per nombre de carbonis, dels diferents hidrocarburs presents a la mostra. Al polipropilè s'han desenvolupat models per a la determinació del contingut en etilè, que s'addiciona a la mostra en forma de polímer gomòs per a millorar les seves qualitats mecàniques, per a la determinació de l'índex de fluïdesa i per a la viscositat. També s'han abordat altres aspectes de caire pràctic relacionats amb els models multivariants com són el control de la estabilitat (gràfics de Shewhart, T2 i Q) i la seva transferència (SBC, PDS) a noves situacions experimentals. L'interès d'aquests aspectes està justificat pel considerable esforç i temps que requereix un procés de recalibració complet. Un altre aspecte de la calibració multivariant estudiat en aquesta tesi ha estat la detecció de mesures discrepants. Les eines de detecció (T2 i Q) aplicades a l'anàlisi de noves mostres, permeten detectar errors i fenòmens inesperats, d'especial interès a l'àmbit industrial.Un últim aspecte dels models multivariants que s'ha considerat en aquesta tesi ha estat la selecció de variables prèvia al desenvolupament del model. La selecció de longituds d'ona en base a criteris espectroscòpics (2ª derivada i PCA) ha permès l'ús de models de calibració més simples, amb errors de predicció comparables als dels models models que fan servir tot l'espectre. El desenvolupament de les diferents aplicacions ha permès senyalar tot un seguit d'aspectes de l'anàlisi multivariant, als que s'ha de posar especial atenció quan s'utilitza aquesta tècnica en l'àmbit industrial, com per exemple: l'existència d'una relació entre la propietat d'interès i l'espectre NIR, l'amplitud de l'interval de concentracions, els factors que afecten l'error de predicció o la capacitat de controlar la validesa en el temps del model, i que s'han exposat en la memòria presentada. ANALYTICAL METHODOLOGIES BASED ON INFRARED SPECTROSCOPY AND MULTIVARIATE CALIBRATION. APPLICATION TO PETROCHEMICAL INDUSTRY.Abstract This PhD dissertation illustrates the development and application of analytical methodologies which combines spectroscopic methods such as mid or near-infrared spectroscopy with multivariate calibration.The applications developed focuses on the quantitative determination of chemical and physical properties of petrochemical samples. The analysed samples have been naphtha from petrol and different polypropylene polymers and copolymers. These methods have the advantage that they are faster and more suitable for on-line analysis.In naphtha and polypropylene samples, partial least squares (PLS) multivariate calibration models have been developed. The developed models use mid or near infrared spectroscopy. In naphtha, models to predict the detailed compositional percentage parameters of each hydrocarbon family: linear and branched paraffins, naphthenes and aromatic compounds provided by gas chromatography. In polypropylene models have been developed to determine ethylene in samples, melt flow index (MFI) and viscosity. Other practical features of the multivariate models have been studied: the validity over time of the calibration model (i.e. Shewhart Chart, T2 and Q) and its standardisation (i.e. SBC, PDS). These features are important because to develop a multivariate calibration model is a long process and having to go back and start from scratch when the model ceases to be valid can present a problem. For this reason, it would be desirable to have the chance to standardise the model.Multivariate control techniques (i.e. T2 and Q) to detect outliers have been employed in the determination of ethylene in impact polypropylene samples by near-infrared (NIR) spectroscopy and multivariate calibration partial least-squares (PLS). We also applied an algorithm (BESI) which identifies those spectral variables responsible for the outlier behavior and that can indicate the source of this behavior. Wavelength selection can improve the performance of the calibration model by excluding the spectral regions that have no useful information and only introduce noise to the model. Wavelength selection using classical spectral analysis (2nd derivative) and chemometrics (PCA) methods have been used. The errors in prediction found are very similar to those found with the full PLS models.This PhD dissertation also discusses some of the considerations that would help evaluate the possibilities of applying multivariate calibration in combination with NIR in properties of industrial interest. Examples of these considerations are whether there is a relation between the NIR spectrum and the property of interest, what the calibration constraints are or how a sample-specific error of prediction can be quantified. Various strategies for maintaining a multivariate model after it has been installed are also presented and discussed.METODOLOGÍAS ANALÍTICAS BASADAS EN ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO Y CALIBRACIÓN MULTIVARIANTE. APLICACIÓN A LA INDUSTRIA PETROQUÍMICAResumenEsta tesis doctoral presenta el desarrollo y aplicación de metodologías analíticas basadas en la combinación de medidas espectroscópicas de infrarrojo con métodos quimiométricos de análisis multivariante. Las aplicaciones desarrolladas se enfocan a la determinación cuantitativa de propiedades físicas y químicas de interés en la industria petroquímica. En esta tesis se ha abordado el análisis de naftas y de diferentes tipos de polímeros y copolímeros de polipropileno (PP). El principal interés de este tipo de métodos analíticos en el ámbito empresarial es la reducción del tiempo de análisis, así como la facilidad de acoplarlos al análisis en línea, lo que se traduce en una importante mejora de la eficacia y calidad de la producción.Para estos dos tipos de muestras (nafta y polipropileno) se han desarrollado modelos de calibración multivariantes de mínimos cuadrados parciales (PLS), utilizando medidas tanto de la espectroscopia de infrarrojo medio como del infrarrojo cercano. Para la nafta se han desarrollado modelos de calibrado para la determinación desglosada, por familia y número de carbono, de los diferentes hidrocarburos presentes en la muestra. En el polipropileno se han desarrollado modelos para la determinación del contenido en etileno, que se añade a la muestra en forma de polímero gomoso para mejorar sus cualidades mecánicas, para la determinación del índice de fluidez y para la viscosidad. También se han abordado otros aspectos prácticos relacionados con los modelos multivariantes como son el control de la estabilidad (gráficos de Shewhart, T2 y Q) y su transferencia (SBC, PDS) a nuevas situaciones experimentales. El interés de estos aspectos está justificado debido al esfuerzo y tiempo que requeriría un proceso de recalibrado completo. Otro aspecto de la calibración multivariante estudiado en esta tesis ha sido la detección de medidas discrepantes. Las herramientas de detección (T2 y Q), aplicadas al análisis de nuevas muestras, permiten detectar errores y fenómenos inesperados, lo que es de especial interés en el ámbito industrial.Un último aspecto de los modelos multivariantes que se ha considerado en esta tesis ha sido la selección de variables previa al desarrollo del modelo. La selección de longitudes de onda en base a criterios espectroscópicos (2ª derivada y PCA) ha permitido el uso de modelos de calibración más simples, con errores de predicción comparables a los modelos que utilizan el espectro completo.El desarrollo de esta tesis también ha permitido señalar toda una serie de aspectos del análisis multivariante, en los que se ha de poner especial énfasis cuando se utiliza esta técnica en el ámbito industrial, como podría ser la existencia de una relación entre la propiedad de interés y el espectro NIR de la muestra, la amplitud del intervalo de concentraciones, los factores que afectan al error en predicción o la capacidad de controlar la validez en el tiempo del modelo, y que se han expuesto en la memoria presentada.

Objetivos El presente trabajo pretende utilizar métodos de cromatografía de gases rápida (FGC) y cromatografía de gases enantioselectiva (EsGC) con detección por espectrometría de masas (MSD) para el la determinación cualitativa y cuantitativa de los componentes de aceites esenciales extraídos de plantas aromáticas cultivadas en Murcia, así como determinar cuantitativamente la distribución enantiomérica de sus principales componentes, e ilustrar su aplicabilidad caracterizando aceites esenciales de muestras de plantas de la familia Lamiaceae. También pretende evaluar sus posibles capacidades antioxidante global por varios métodos e inhibidora de enzimas hialuronidasa y lipoxigenasa. Metodología Cada muestra de planta seca estudiada se destiló por arrastre con vapor. Las especies ensayadas fueron Lavandula angustifolia (lavanda), Lavandula latifolia (espliego), Lavandula stoechas (cantueso), Lavandula x intermedia (lavandín), Thymus zygis (tomillo rojo), Thymus hyemalis (tomillo de invierno), Origanum vulgare (orégano italiano) y Thymbra capitata (orégano español). Cada aceite esencial se analizó por cromatografía de gases en columna apolar con detección por espectrometría de masas para determinar sus componentes. Determinando las concentraciones relativas, basada en área de pico del cromatograma, y absoluta, basada en las respuestas de los compuestos calibrados con patrones comerciales. Se realizó una cromatografía enantioselectiva para determinar la distribución relativa de los principales enantiómeros presentes en los aceites esenciales. Los resultados se contrastaron con las normas ISO existentes y con los informes de la bibliografía científica internacional. También se evaluaron las muestras mediante ensayos de capacidad antioxidante por diversos métodos, y de capacidad inhibidora sobre las enzimas lipoxigenasa e hialuronidasa, relacionadas con procesos inflamatorios, oxidantes y de envejecimiento de la piel. Resultados Los compuestos mayoritarios determinados fueron fenchona y alcanfor en cantueso; linalol y acetato de linalilo en lavandín y lavanda; alcanfor, 1,8-cineol y linalol en espliego; timol, γ-terpineno y p-cimeno en tomillo rojo con alto timol; γ-terpineno, terpinen-4-ol y linalol en tomillo rojo con alto linalol; 1,8-cineol en tomillo de invierno y p-cimeno, γ-terpineno y carvacrol en los oréganos español e italiano. Los enantiómeros mayoritarios han sido determinados como (+)-alcanfor y (+)-fenchona en cantueso; (+)-alcanfor, (-)-linalol y (-)-acetato de linalilo en lavandín, lavanda y espliego; (-)-linalol, (+)-limoneno y (-)-borneol en los tomillos rojo y de invierno y (-)-linalol, (+)-limoneno y (+)-terpinen-4-ol en los oréganos español e italiano. Observamos que el tomillo rojo presenta alta capacidad antioxidante en los ensayos ABTS, DPPH, RdP, TBARS y óxido nítrico, mientras que el género Lavandula muestra mayor capacidad de quelatacion y de neutralizar ciertos radicales oxigenados como los presentes en los métodos ORAC e hidroxilo. Los oréganos presentan un comportamiento cercano al del tomillo rojo ya que su componente principal, el carvacrol es isómero del timol. Pese a la similitud estructural de estos dos isómeros, el timol presenta mejores características antioxidantes. Los aceites de tomillos rojos, predominantemente, son los que mejor resultado han mostrado en la inhibición de las enzimas hialuronidasa y lipoxigenasa, principalmente debido al timol que contienen. Conclusiones • Se ha optimizado y aplicado satisfactoriamente un método de cromatografía de gases rápida con detección de espectrometría de masas (FGC-MSD), para el análisis de aceites esenciales de distintas plantas aromáticas. • Se han identificado y determinado cuantitativamente las concentraciones y las distribuciones enantioméricas de los principales ingredientes de los aceites esenciales estudiados, contrastando sus cantidades relativas con las establecidas en las correspondientes normas ISO. • La evaluación de las capacidades antioxidante global e inhibidoras de lipoxigenasa y hialuronidasa indican que las muestras son especialmente efectivas en los distintos métodos ensayados animando a un mayor uso de los aceites esenciales estudiados como potenciales antioxidantes para distintas aplicaciones, así como potenciales tratamientos de enfermedades de base inflamatoria y cosméticos anti-envejecimiento para preservar de la degradación del ácido hialurónico. / Objectives The present work aims to develop and use fast gas chromatography (FGC) and enantioselective gas chromatography (EsGC) coupled to mass spectrometry detection (MSD) methods to determine qualitatively and quantitatively the composition of essential oils extracted from aromatic plants cultivated in Murcia. Also, this work aims to determine the enantiomeric distribution of the main components of the essential oils and exemplify its usability with several samples of the Lamiaceae family. Finally, the possible antioxidant and inhibitory activities on hyaluronidase and lipoxygenase of these samples will be tested by several different methods. Methodology Each sample of dry plant was steam distilled. The assayed species were Lavandula angustifolia (lavender), Lavandula latifolia (spike lavender), Lavandula stoechas (topped lavender), Lavandula x intermedia (lavandin), Thymus zygis (red thyme), Thymus hyemalis (winter thyme), Origanum vulgare (Italian oregano) and Thymbra capitata (Spanish oregano). Each essential oil was analyzed to determine its components by means of gas chromatography in a non-polar column coupled to mass spectrometry. Both relative concentrations, based on peak area of the chromatogram, and absolute concentrations, based on responses of calibrated commercial standards, were determined. An enantioselective gas chromatography was performed to determine the relative distribution of the main enantiomers of the essential oils. The results were compared to the ISO normative for each species and to the worldwide reports found in the literature. Furthermore, antioxidant capacities and inhibitory activities on lipoxygenase and hyaluronidase were evaluated by different methods for each sample. The mentioned enzymes are highly related to inflammatory, oxidant and skin-ageing processes. Results The main components found were fenchone and camphor in topped lavender; linalool and linalyl acetate in lavandin and lavender; camphor, 1,8-cineole and linalool in spike lavender; thymol, γ-terpinene and p-cymene in red thyme with high thymol; γ-terpinene, terpinen-4-ol and linalool in red thyme with high linalool; 1,8-cineole in winter thyme and p-cymene, γ-terpinene and carvacrol in Spanish and Italian oregano. The main enantiomers found are: (+)-camphor and (+)-fenchone in topped lavender; (+)-camphor, (-)-linalool and (-)-linalyl acetate in lavandin, lavender and spike lavender; (-)-linalool, (+)-limonene and (-)-borneol in red and winter thyme and (-)-linalool, (+)-limonene and (+)-terpinen-4-ol in Spanish and Italian oregano. It has been observed that red thyme shows very high antioxidant capacity in ABTS, DPPH, RdP, TBARS and nitric oxide assay, while Lavandula genus shows better chelating power and better capacity to scavenge some oxygenated radicals, like the ones present in ORAC and hydroxyl assays. Both oregano species show a similar behaviour to red thyme, due to its main component, carvacrol, which is a thymol isomer. Despite the structural similarity of both isomers, thymol shows better antioxidant power. Red thyme essential oils have shown the best inhibitory results in both enzymes hyaluronidase and lipoxygenase, mainly due to their high content of thymol. Conclusions • A method using fast gas chromatography coupled to mass spectrometry (FGC-MSD) has been developed and optimized to analyze essential oils from different aromatic plants. • The identity, quantitative concentrations and enantiomeric distributions of the essential oil main ingredients have been determined and their relative concentrations have been compared to worldwide literature reports and international commercial ISO standards. • Antioxidant capacity and lipoxygenase and hyaluronidase inhibitory activities have been positively evaluated, thus, encouraging the use of the studied essential oils as potential antioxidants and unveiling potential applications in new therapies for inflammatory diseases, or in anti-aging cosmetic treatments to preserve hyaluronic acid from degradation.

La tesis tiene como objetivo investigar métodos de bajo coste para la deposición de películas delgadas con a aplicaciones fotovoltaicas. Particular atención se ha prestado a la aplicabilidad de los materiales obtenidos. La primera parte (en Español) investiga la deposición de películas de dióxido de titanio y la preparación de células de colorante sensibilizadas con electrolitos sólidos. Se han obtenido capas nanocristalinas de anatasa con excelentes propiedades bactericida. La segunda parte investiga métodos de bajo coste para la deposición de capas de calcopiritas CuInS2, CuIn,GaS2 Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(S,Se)2, Cu2ZnSnS4 y capas búfer sin contenido de cadmio. La mayoría de los métodos empleados han sido novedosos y publicados por primera vez. La eficiencia más alta de conversión fotoellectrica se ha obtenido en la segunda parte con el calcopirita Cu(In,Ga)Se2, llegando al 7.5%.

This thesis presents results related to the design, modeling and control of a low temperature ethanol reformer as a source of hydrogen designed to feed a fuel cell (PEMFC). As fuel, ethanol has been selected as one of the renewable energy sources currently under study due to its interest for scientific and economic fields. The reformer has been separated into three stages in order to guarantee the maximum production of H2 and the minimum production of CO. SnO2 and Co(Fe)Na+/ZnO catalytic monoliths have been used, where in the first stage ethanol is dehydrogenated over SnO2 and, in the second stage, the reforming of acetaldehyde over Co(Fe)Na+/ZnO takes place under the presence of hydrogen, generated in stage 1. Then we add a third stage with a Fe2O3-Cr2O3 commercial catalyst to complete the WGS reaction. In addition to ensure a reducing environment in the reforming step, this configuration also allows optimizing the conditions of each stage of the reaction. Constant pressure has been imposed as a condition of the reformer design, but the variation of temperatures in each stage has been considered. In this thesis dynamic models have been developed for the reformer of ethanol with vapour at low temperatures described previously, the stationary and dynamic response has been analysed and controllers have been designed to meet the requirements of the system. Up until now there have only been a few works that address the design and implementation of controllers for fuel reformers, and none of these have used ethanol fuel. Some are in the area of automatic control and have been applied to tubular reformers but consider other type of fuel, not ethanol, for its alimentation In this thesis the mathematical model used to represent the state of the monolithic reformer has been presented, considered and implemented. Through a study of the stationary state one can validate the different hypothesis of assumed design and through an analysis of the parametric sensitivity the operational conditions for the reform process are discussed. This way the mathematic model of the reactor can be used to explore other alternatives for the operation of the reformer putting an emphasis on the influence of temperature in the second stage as this is a variable. Afterwards a study is made of the control of the models based on the balance of mass and linearised energy. In order to realise the control study the mathematic tools RGA, MRI and CN have been used. Through this analysis the control structures have been selected which will be most suitable for design controllers which can guarantee the requirements for the fuel cell.

El aluminio y sus aleaciones son las matrices metálicas más utilizadas para la fabricación de materiales compuestos, debido a su baja densidad, capacidad de endurecimiento por precipitación, buena resistencia a la corrosión y elevadas conductividades térmica y eléctrica. Las propiedades de los materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas cerámicas (AMCp) dependen de su microestructura, composición, proceso de conformación, tamaño y distribución de las partículas de refuerzo y grado de adhesión entre la matriz y las partículas. En este trabajo se revisan los antecedentes y el estado del arte de estos materiales, y se realiza un estudio con el fin de determinar la interdependencia entre microestructura, proceso de fabricación y propiedades. Se han obtenido componentes mediante distintos procesos metalúrgicos: un material de forja, producido con la aleación 2124, y otro de fundición, con la aleación 359, ambos reforzados con partículas de SiC. La caracterización microestructural de los distintos materiales estudiados permite determinar el efecto del proceso y del refuerzo en la porosidad y en la microestructura. El proceso de pulvimetalúrgia y forja proporciona un material con menos defectos y con una distribución más homogénea del refuerzo que el proceso de moldeo. La optimización de los tratamientos térmicos en los materiales con matriz 2124 permite determinar el efecto del refuerzo en la cinética de precipitación. Las propiedades mecánicas se determinan mediante ensayos de tracción y de dureza. Estos ensayos ponen de manifiesto que la adición de partículas de refuerzo a las aleaciones de aluminio incrementa la resistencia a la tracción y el módulo elástico, y disminuye la ductilidad. Este efecto se incrementa con una distribución homogénea del refuerzo. El comportamiento en servicio se evalúa mediante ensayos tribológicos, ensayos de fatiga y estudios de corrosión. Los resultados ponen de manifiesto que la incorporación de partículas de SiC a las aleaciones de aluminio mejora la resistencia al desgaste e incrementa el coeficiente de fricción de estos materiales. También se mejora la resistencia a la fatiga, observándose una mayor resistencia a la nucleación de grietas, pero una mayor velocidad de crecimiento de las mismas. La influencia del refuerzo en la corrosión se debe a la precipitación localizada de compuestos intermetálicos y a la generación de tensiones en las interfases matriz/refuerzo. / Aluminium and its alloys are the metallic matrixes most used in order to the manufacture of composites, due to its low density, capability of precipitation hardening, good corrosion resistance and high thermal and electrical conductivities. The properties of the aluminium matrix composites reinforced with ceramic particles (AMCp) depend on its microstructure; composition; manufacturing process; reinforcement particles size and distribution; and grade of adhesion between the matrix and particles. The background and the status of the art of these materials come under review in this work, and a study with the aim of determining the interdependence among microstructure, process of manufacture and properties comes true. The components by means of different metallurgic processes have been obtained: A forged material, manufactured with the alloy 2124, and another one of casting, with the alloy 359, both reinforced with SiC particles. Characterization microstructure allows micro structural of different studied materials determining the effect of the process of the reinforcement in the porosity and microstructure. The process of powder metallurgy and forging provides a material with fewer defects and with a more homogenous distribution of the reinforcement than the casting process. The optimization of heat treatments in materials with 2124 matrix allows determining the effect of the reinforcement in the kinetics of precipitation. The mechanical properties have been obtained by means of tensile and hardness tests. These essays reveal that the addition of reinforcement particles to the aluminium alloys increases the tensile strength and the elastic module, and decrease the ductility. This effect rises with a homogenous distribution of the reinforcement. The in service behaviour is evaluated by means of tribological test; fatigue test and corrosion studies. The results bring forth how the incorporation of particles of SiC of aluminium improvement to the alloys wears resistance and it increases the friction coefficient of these materials. The fatigue properties show a greater resistance to the cracks nucleation, but a bigger rate of growth of the same. The influence of the reinforcement in corrosion is due to the precipitation localized of intermetallic compounds and the stresses generation in interphases between matrix and reinforcement.

El suelo puede verse sensiblemente afectado por una gran cantidad de actividades, entre las que se encuentra el trasiego y almacenamiento de hidrocarburos derivados del petróleo, como pueden ser la gasolina, el diésel o los aceites pesados. La evaluación de estos productos se puede realizar empleando un parámetro global de los hidrocarburos semivolátiles denominado hidrocarburos totales del petróleo (TPH); o mediante el estudio de sustancias individuales características, como las fracciones de TPH, los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH) o hidrocarburos aromáticos ligeros (BTEX). La presente Tesis Doctoral propone una metodología para la caracterización y la evaluación de riesgos a la salud humana y el medioambiente cuando un determinado emplazamiento se ve expuesto a la contaminación por hidrocarburos del petróleo, empleando diversas herramientas matemáticas para el cálculo de riesgos. / Soil may be affected by a huge amount of activities, including the storage and supply of petroleum hydrocarbons such as gasoline, diesel or heavy oils. The assessment of these products may be performed through the global parameter total petroleum hydrocarbons (TPH); or by means characteristic individual substances, like TPH fractions, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) or light aromatic hydrocarbons (BTEX). The current doctoral Thesis proposes a methodology for the human risk characterization and assessment when a site is affected by petroleum hydrocarbons, applying several mathematical tools to determine risks.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, 2015

Tese de doutoramento. 1982. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

En aquest treball es presenten el resultats obtinguts en l'estudi de la producció de lipases per Candida rugosa amb l'objectiu de definir estratègies d'operació que millorin la productivitat. A més s'han desenvolupat metodologies de treball que poden ser aplicables a un ampli ventall de processos biotecnològics.La selecció del medi de cultiu i mode d'operació adients han permès millorar en 25 vegades el rendiment lipasa/substrat original. Aquesta millora ha estat possible gràcies a la definició o selecció d'estratègies d'operació utilitzant tècniques tals com el monitoratge, estimació i modelització del procés amb tècniques avançades.S'han dut a terme estudis per investigar els possibles millors inductors de la producció de lipases per Candida rugosa. D'aquesta manera, s'han provat àcids grassos de diferent longitud de cadena i s'ha pogut concloure que, des del punt de vista d'una aplicació industrial, l'àcid oleic és el millor substrat testat.S'ha investigat l'efecte de la font de nitrogen sobre el creixement i la producció de lipases. Malgrat que per a cultiu en discontinu tan sols s'observen petites diferències, en el cas de cultiu en continu la utilització d'una font de nitrogen alternativa a la de treballs previs ha estat crítica, la qual cosa ha permès solucionar els problemes operatius observats amb anterioritat.S'ha desenvolupat un model matemàtic, de caràcter dinàmic, que aglutina i organitza tota la informació del sistema. Aquest model és útil per a la simulació del procés, el seu control i eventualment el seu canvi d'escala, així com per la definició d'estratègies d'operació més adients.D'altra banda, s'han posat a punt les eines necessàries i l'entorn per a un sistema intel·ligent capaç de realitzar, en un procés de fermentació i en temps real, el processament de dades, actuació en tots els elements del procés, estimació de paràmetres i variables no mesurables directament, l'ús de coneixement heurístic del procés i aplicació d'estratègies de control avançat. Tot això permet la millora de las productivitats i rendiments en la producció de lipases, pas previ a una possible implementació del procés a nivell industrial. / En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en el estudio de la producción de lipasa por Candida rugosa con el objetivo de definir estrategias de operación que mejoren la productividad. Se trataba, además, de desarrollar metodologías de trabajo que fueran aplicables a una amplia gama de procesos típicos de la biotecnología.En el presente trabajo la selección del medio de cultivo y modo de operación adecuado han permitido mejorar en 25 veces el rendimiento lipasa/substrato original. Esta mejora ha sido posible a partir de la definición o selección de estrategias de operación utilizando técnicas como la monitorización, estimación y modelización del proceso con técnicas avanzadas.Se han hecho estudios sobre los mejores inductores posibles de la producción de lipasas por Candida rugosa. Se han probado ácidos grasos de diferente longitud de cadena, concluyendo que desde el punto de vista de aplicación industrial, el ácido oleico es el mejor substrato investigado.Se ha investigado el efecto de la fuente de nitrógeno sobre el crecimiento y la producción de lipasas ha sido investigado. Si bien en cultivo en discontinuo tan sólo se han observado pequeñas diferencias, en cultivo en continuo ha sido decisiva la utilización de una fuente de nitrógeno alternativa a la de trabajos previos, lo que ha permitido solucionar los problemas operativos anteriormente observados.Se ha desarrollado un modelo matemático, de carácter dinámico, que aglutina y organiza toda la información del sistema. Este modelo es útil para la simulación del proceso, su control y, eventualmente, el cambio de escala, así como en la definición de las estrategias de operación más adecuadas.Por otro lado, se han puesto a punto las herramientas necesarias y el entorno para un sistema inteligente capaz de realizar, en un proceso de fermentación y en tiempo real, el procesamiento de datos, actuar en todos los elementos del proceso, estimar parámetros para variables no medibles directamente, el uso de conocimiento heurístico del proceso y aplicar estrategias de control avanzado. Ello permite la mejora de la productividad en la producción de lipasas, paso previo para una posible implementación a nivel industrial. / In this work, the results obtained in lipase production by Candida rugosa are presented. In order to increase the productivity of the process, different operational strategies were defined and tested. The general purpose has been to develop methodologies able to be implemented in a wide range of typical biotechnological processes.The selection of culture medium and a suitable operational mode has allowed to obtain 25 times fold higher the original enzyme yield. This improvement has been possible using engineering approaches such as the selection and definition of operational strategies by using advanced techniques as monitoring, estimation and process modelling. In order to know the best inducers of lipase production by Candida rugosa different short chain fatty acids have been tested. From the point of view of industrial application, oleic acid has been considered as the best substrate tested.The effect of nitrogen sources on the growth and lipase production has been investigated. In batch culture, only slight differences have been observed. However, the use of an alternative nitrogen source in continuous culture has been critical in order to solve the operational stability problems appeared.A mathematical model with dynamic characteristics that compiles, organizes and structures all the information of the system has been developed. This model is useful for simulation, control and even scale-up of the process, including the definition of the most suitable operational strategies.Moreover, it has been developed the shell and necessary tools for an intelligent system capable to perform real-time fermentation data processing, actuate all the elements of the process, estimate parameters for non-measurable variables, use heuristic knowledge of the process and apply advanced control strategies. It allowed the improvement of the lipase productivity as a previous step in order to establish industrial implementation.

El present treball estudia el desenvolupament d'un procés per a l'obtenció d'una vacuna recombinant per a la protecció de les aus de les explotacions agropecuàries de la malaltia de Gumboro o IBD (Infectal Bursal Disease). El treball planteja estudiar diferents sistemes alternatius, fonamentalment dissenyats al voltant de diferents sistemes biològics, per tal de poder-ne fer, al final del mateix, una comparació en termes de valoració econòmica i en termes de viabilitat tecnològica, donat que aquests dos tipus d'estudis són els elements essencials a l'hora d'establir un bioprocés.El primer sistema analitzat consisteix en l'obtenció del virus IBD a partir de la infecció de cèl·lules Vero. Es tracta d'un sistema de producció d'una vacuna convencional, i que normalment requereix d'una posterior atenuació dels virus obtinguts per a la seva preparació. Aquesta aproximació està relativament estandarditzada, ja que s'aplica per a la producció de diferents tipus de vacunes, i de cara a aquest treball esdevé el sistema de referència. En els capítols següents, s'analitzen tres alternatives al procés anterior per a la producció de vacunes recombinants,en que l'agent vacunal ja no consisteix en el propi virus, sinó en una proteïna de l'embolcall del mateix virus, VP2, que ha estat identificada com a responsable de provocar una resposta immunològica adequada en els animals. S'analitza doncs, la possibilitat d'obtenir VP2 recombinant, fet que permetria desenvolupar vacunes més segures tant en la manipulació del procés com del producte en sí, i en la seva aplicació. El Capítol 5 es dedica a l'expressió de VP2 mitjançant un baculovirus recombinant mitjançant la infecció de cultius de cèl·lules d'insecte (Sf9).En el Capítol 6, s'estudia l'expressió de VP2 en cèl·lules bacterianes (Escherichia coli) i en llevats (Pichia pastoris). Tot i els esforços que s'han dut a terme en aquests sistemes només han permès expressar VP2 en E.coli mitjançant una proteïna de fusió, però sense aconseguir obtenir clons estables. Així doncs, per tal de poder valorar el potencial que podria oferir aquestes opcions, i fins i tot ajudar a valorar la necessitat de treballar-hi en més profunditat, el treball analitza i desenvolupa el sistema d'expressió basat en E.coli i P.pastoris emprant una altra proteïna recombinant com a model, ?-galactosidasa. Els sistemes de cultiu per a l'obtenció de ?-galactosidasa s'analitzen en els Capítol 7 (P.pastoris) i el Capítol 8 (E.coli). Encara que no s'hagi pogut expressar la proteïna inicialment desitjada, les dades obtingudes en aquests capítols permeten obtenir informació rellevant sobre aquests tipus de cultius, permetent realitzar l'estudi d'alternatives de bioprocés plantejat com a objectiu principal del treball.Finalment, el Capítol 9 planteja una síntesi de tot el treball, comparant les quatre alternatives de producció. La comparació és duu a terme mitjançant el plantejament d'un bioprocés a escala industrial per cada cas, dimensionant-lo en funció d'un escenari de producció comú i emprant les dades experimentals obtingudes en els respectius capítols pels diferents sistemes, i per acabar, la seva conseqüent valoració en termes econòmics. La vàlua d'aquesta anàlisi és permetre identificar la potencialitat de cadascun dels quatre bioprocessos, aportant elements molt interessants de cara a possibles preses de decisió sobre la seva possibilitat d'implementació. / In the present work, the development of a production process for a recombinant vaccine against IBD (Infectal Bursal Disease), a disease that affects industrial hens and chickens, has been studied. Based on different biological systems we investigated alternative systems in order to compare them in terms of economical valuation and technical viability, two important criteria that have to be considered when establishing a bioprocess in industrial scale. The first approach undertaken was the propagation of the IBD virus by infection of Vero cells, a conventional method for vaccine production that usually requires a subsequent attenuation of the virus obtained. Since this kind of system is a relatively standardised one and already applied to the production of many different types of viruses in industrial scale, it was chosen as a reference system. The following chapters deal with the analysis of three alternative processes of recombinant vaccine production compared to the reference system. In these alternative systems the viral agent is not the virus itself, but one of its capsid proteins, VP2, that has been identified to evoke an adequate immunological response in animals. For this reason obtaining a recombinant VP2 protein would permit the development of vaccines with enhanced safety regarding process manipulation, the protein itself and its application. Chapter 5 describes the production of VP2 in the baculovirus and insect cell (Sf9) expression system.In Chapter 6, the expression of VP2 in both bacteria (E. coli) and yeast (P. pastoris) was studied. In spite of efforts to produce VP2 in both systems, it was only shown to be produced in E.coli with the help of a fusion protein. However, this was without obtaining stable clones. In order to analyse the production potential of using these expression systems, a new strategy was developed utilising ?-galactosidase as a model protein instead. The cultivation systems for the expression of ?-galactosidase are described in Chapter 7 (P. pastoris) and Chapter 8 (E.coli). Although expression of the primary desired protein was not possible, , the data obtained gave relevant information regarding this kind of production bioprocesses and may facilitate in establishing a comparative analysis of these alternative expression systems.Finally, Chapter 9 gives an overview of the study by comparing the four production strategies previously described. The comparative study was based on a large scale industrial bioprocess design. To define the industrial facility dimension, 10% of the annual demand of this vaccine in Europe was assumed in the implemention of our experimental data. The economical analysis of the feasibility ought to permit to describe the hotspots and the advantages of each alternative production system, and to overcome bottlenecks in further studies.