Memoria para optar al título de Ingeniero en Alimentos

Ingeniero Civil Químico / Toda actividad productiva requiere de energía para llevarse a cabo, lo que ha provocado una intensa búsqueda de fuentes de energía de bajo costo, pero a la vez que sean de carácter renovable. En el caso chileno, los biocombustibles se perfilan como una de las alternativas más limpias, seguras y eficientes. Otro de los problemas presentes en las sociedades actuales es la gestión de los residuos urbanos e industriales, asunto que poco a poco genera mayor preocupación en la población, y a la vez, crea conciencia sobre el potencial que presentan los productos en desuso. Es precisamente el objetivo de este trabajo vincular los problemas mencionados, a través de la producción catalítica heterogénea de biodiesel, utilizando como materia prima los aceites vegetales desechados. Particularmente, empleando el catalizador de 15%Na/TiO2 para realizar estudios experimentales y económicos. La fase experimental consiste en llevar a cabo la reacción de transesterificación con aceites de distinto origen vegetal y grado de degradación, determinando el efecto que tienen sobre el desempeño del catalizador, y consecuentemente, en la producción de biodiesel. A partir de los datos experimentales obtenidos en un reactor batch se determinan los parámetros cinéticos del sistema, mediante los cuales se diseña un reactor continuo heterogéneo que opera en condiciones similares. Para comparar los sistemas homogéneo y heterogéneo de producción de biodiesel se emplean algunos indicadores económicos, como lo son la inversión de capital y los costos de operación de la planta, entre los cuales el criterio definitorio corresponde al beneficio neto de producir un kilogramo de biocombustible. La principal conclusión que se desprende de este trabajo es la factibilidad técnica y económica de utilizar aceites vegetales usados en la producción catalítica de biodiesel, siendo más atractivo el proceso heterogéneo que el homogéneo. Dentro de las propuestas de extensión de este trabajo se deben recalcar dos; una enfocada en la fase experimental y la otra en la evaluación del proyecto. Para el estudio en laboratorio se sugiere operar el reactor de forma continua, y para el estudio de prefactibilidad, se recomienda incorporar indicadores de rentabilidad más robustos, como el VAN y TIR.

Para realizar un diseño preliminar de los equipos necesarios para la obtención del aceite de semilla de maracuyá se realizaron diversas pruebas de laboratorio, primero para determinar el contenido de humedad y el contenido de aceite; segundo para determinar las condiciones a las de se llevaría a cabo el proceso de refinación, decoloración y desodorización, dentro de los límites de materia prima y de equipo del que se disponía. Las pruebas se realizaron en el INSTITUTO NACIONAL DE NUTRICION; parte de la información cualitativa y cuantitativa del maracuyá, fue obtenida del informe “ACIDOS GRASOS EN EL MARACUYA”, publicado en 1,990. Las condiciones de operación a nivel industrial se obtuvieron de las refinerías de Perú – Pacífico y Alpamayo. Para un diseño preliminar y por la similitud de la composición de los aceites vegetales se considera que sus propiedades son similares. Los datos de viscosidad se asumieron considerando que el aceite manipulado en el proceso era aceite de algodón y se encuentran en la fig. 14 de la referencia 13. Los datos de la conductividad térmica se asumieron de la tabla 4 de la referencia 13, considerando que se manipulaba aceite de oliva. Las capacidades caloríficas se determinaron mediante la ecuación de la pág. 339 de la referencia 23 sabiendo por las pruebas realizadas que el aceite de semilla de maracuyá es no secante.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / La oportunidad abordada en este proyecto es la elaboración de un aceite multiuso de origen natural, amigable con el medio ambiente, para aplicaciones en la protección de superficies metálicas. El mercado de los aceite multiusos en Nicaragua es actualmente dominado por WD-40 y 3-En-Uno, con un 50% y un 30% de participación de mercado, respectivamente. Ambos son elaborados en base a derivados del petróleo y son importados, siendo representados en el país por SINSA. El tamaño del mercado es de MMUS$ 1 anual. Para establecer el grado de aceptación que tendría el producto se realizaron encuestas a ferreteros, quienes constituirán el principal canal de distribución, y a público general, evidenciándose un alto grado de interés (93% y 90%, respectivamente). La marca con la cual se ingresará al mercado es AM+5, nombre electo por los potenciales clientes en la investigación de mercado realizada. La maquinaria considerada para la producción es en su mayoría automática, lo que contribuirá a reducir costos y requerirá de obreros altamente capacitados. El aprovisionamiento de los insumos, incluyendo la cáscara de la nuez de marañón, aditivos químicos y envases, se realizará a través de proveedores certificados, lo que facilitará la obtención de un producto final de calidad. La empresa se ubicará en la carretera a Masaya, una localización estratégica debido a la cercanía a sus proveedores y potenciales clientes. La comercialización comenzará a través de intermediarios en Managua, la capital del país. Se introducirá el producto de forma masiva en ferreterías con el propósito de darlo a conocer, lograr una cartera de clientes y obtener una posición negociadora. A partir del segundo año se distribuirá el producto por medio de las ferreterías SINSA y Richardson, las que en conjunto dominan el 60% del mercado, y por medio de supermercados Wal-Mart, líder en Nicaragua con un 40% de participación. El aceite multiusos se envasará en dos presentaciones, una de 8 onzas y otra de 1 galón, en envases innovadores siguiendo resultados obtenidos en la investigación de mercado. Los precios serán de US$ 1,35 y US$ 22,50 la unidad a distribuidor, respectivamente; a los consumidores finales, de US$ 1,44 y US$ 24,07. La evaluación económica permite establecer que el proyecto es rentable. Considerando una tasa de descuento del 16% y un horizonte de evaluación de 5 años se obtiene un valor presente neto (VPN) cercano a MU$910 y una TIR DE 101%. El tiempo de payback es 1 año y 2 meses. El proyecto es sensible a una disminución en las ventas o una disminución del volumen de ventas a partir del 30%, en que el VPN se hace negativo.

La mayor parte de los aceites vegetales empleados para freír alimentos se convierten luego en aceites de desecho (aceites usados). Este producto residual no tratado es descargado generalmente sobre ríos, canales o el mar provocando su contaminación. El tratamiento de los aceites de desecho usando microorganismos lipolíticos capaces de bioconvertir estos aceites en productos de interés como Biodiesel es reciente y poco estudiada. Por ello, en el presente trabajo se aislaron hongos lipolíticos a partir de 6 muestras de aceites vegetales de desecho proveniente de frituras. Se emplearon dos métodos: uno de ellos corresponde a la metodología estandarizada por el American Public Health Association (APHA), pero modificada para los objetivos de la presente investigación y que se denominó: Método APHA modificado; y el otro empleando el medio mínimo de sales Czapek Dox (3% substrato de lípidos) que se denominó: Método Czapek. La capacidad de producir lipasas de las cepas aisladas fue comprobada “in vitro” al sembrarse en Agar Czapek (pH 6.3) con 3% de substrato de lípidos como única fuente de carbono: Prueba de Lipólisis (P.L.). Se aisló en total 123 cepas, de los cuales 105 fueron hongos lipolíticos: 55 obtenidos con Método APHA modificado y 50 con Método Czapek. De éstos, sólo el 9.52% (10 cepas) logró la degradación completa del substrato de lípidos en Agar Czapek (3%). Perteneciendo 8 al género Penicillium, 1 a Aspergillus y 1 a Geotrichum. El resto tuvo halos de degradación menores a 1 mm y diámetros de las colonias menores a 0.5 cm. En el Método APHA modificado el uso del éter de petróleo como diluyente alternativo influenció para aislar menor número de cepas con respecto al uso del buffer fosfato. Sin embargo, con el éter se aisló dos de los tres géneros de hongos con mayor capacidad de lipólisis (Penicillium y Geotrichum). En cambio, no hubo diferencias significativas al emplearse éter como diluyente adicional en el Método Czapek, aislándose sólo el género Penicillium dentro del grupo de los más lipolíticos reportados en la presente investigación. Palabras Claves: hongos lipolíticos, lipasa, aceites de desecho, Método APHA modificado, Método Czapek, éter de petróleo. / --- Most vegetable oils used for frying foods then become waste oils (used edible oils).This waste product untreated is discharged usually on rivers, canals or the sea causing contamination. The treatment of waste oils with lipolytic microorganisms capable of the bioconversion these oils in products of interest such Biodiesel, is recent and little studied. Therefore, in this work were isolated lipolytic fungi from 6 samples of waste vegetable oil from frying. Two methods were used: one of them corresponds to the methodology standardized by the American Public Health Association (APHA), but modified for the purposes of this research and was called: modified APHA Method, and the other one using the minimum salt Czapek Dox (3% lipid substrate) that is called: Czapek Method. The ability to produce lipases was tested “in vitro” when cultivated on Czapek Agar (pH 6.3) with 3% lipid substrate as sole carbon source: Test of Lipolysis (PL). 123 strains were isolated, of these 105 were lipolitic fungi: 55 got with the modified APHA Method and 50 with Czapek Method. Of these, only 9.52% (10 strains) were able to complete degradation of the lipid substrate Czapek Agar (3%). 8 belonging to the genus Penicillium, 1 to Aspergillus and 1 to Geotrichum. The remaining showed degradation halo low to 1 mm and diameter of colonies less than 0.5 cm. In the modified APHA Method using petroleum ether as diluent alternative influenced to isolate smaller number strains than with the use of phosphate buffer. However, with the ether was isolated from two of the three genera of fungi with greater capacity for lipolysis (Penicillium and Geotrichum). There weren’t significant differences when used ether as an additional diluent in Czapek Method, only the genus Penicillium isolated within the group of the most lipolytic reported in this investigation. Key words: lipolytic fungi, lipase, waste oil, modified APHA Method, Czapek Method, petroleum ether / Tesis

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Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al grado de Doctor en Ciencias Farmacéuticas / Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta diciembre de 2016, en el Portal de Tesis Electrónicas / Conicyt Mecesup

Memoria para optar al título de Químico / Los Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) son un grupo de compuestos orgánicos constituidos por 2 o más anillos aromáticos simples unidos, que no contienen heteroátomos ni otros sustituyentes. Generan diversos daños a la salud debido a su carácter cancerígeno y mutagénico. Considerando su carácter lipofílico los HAPs pueden acumularse en grasas y en los tejidos vegetales con una alta persistencia. Por esto los podemos ingerir indirectamente al incluir en nuestra dieta alimentos ricos en grasas o aceites como es el caso de los aceites vegetales. Las técnicas más ampliamente utilizadas para determinar las concentraciones de los HAPs en aceites han sido la cromatografía líquida de alta eficiencia asociada a detección por fluorescencia o espectrometría de masas. Sin embargo, al utilizar HPLC los tiempos de análisis y de preparación de muestra ocupan un tiempo considerable. Es un método relativamente costoso tanto en equipamiento de la técnica y en análisis. Una alternativa a estos métodos son aquellos basados en espectroscopía de fluorescencia, principalmente por su menor costo y rapidez. La relevancia de estos métodos ha sido limitada por su falta de selectividad, especialmente cuando compuestos similares deben ser analizados en matrices complejas. Una forma de alcanzar una mayor selectividad analítica es asociar la espectroscopía de fluorescencia con diferentes métodos quimiométricos de análisis de datos, constituyendo un método de calibración multivariado. En trabajos recientes, realizados en el laboratorio donde se desarrolló la presente tesis, se ha propuesto una extracción líquido-líquido asistida por microondas (MAE) asociada a extracción en fase sólida con sílica (SPE) como etapa de preparación de los aceites, previa a la cuantificación por espectroscopía de fluorescencia y calibración multivariada. En el presente estudio se utilizó la espectroscopía de fluorescencia asociada a calibración multivariada de segundo orden (U-PLS/RBL) para determinar un grupo de siete HAPs (Figuras 1-7: benzo[a]antraceno (BaA), benzo[b]fluoranteno (BbF), benzo[k]fluoranteno (BkF), benzo[a]pireno (BaP), indeno [1,2,3–c,d]-pyreno (IP), dibenzo[a,h]antraceno (DBahA) y benzo[g,h,i]perileno (BghiP). Se realizó una etapa de calibrado con mezclas de los estándares de los siete compuestos de interés preparados en solventes seleccionados, encontrando el intervalo espectral óptimo y el número óptimo de factores para cada HAPs. Se validó con un conjunto preparado en solvente, los valores obtenidos para el error relativo de predicción (REP) (entre 4,8% y 25,2% para BaP y BghiP) y la raíz de error cuadrado medio de predicción (RMSEP) (entre 0,03 ng mL-1 para BkF y 0,88 ng mL-1 para BghiP) se consideraron bajos por lo que las predicciones fueron satisfactorias. La capacidad predictiva del modelo de calibración U-PLS/RBL fue evaluada utilizando muestras de aceite fortificadas con los siete compuestos desde el inicio del proceso obteniendo altos valores de REP y RMSEP. Con el objetivo de incrementar la selectividad y así mejorar la capacidad predictiva disminuyendo los parámetros anteriores, tanto las matrices de excitación emisión (EEMs) del grupo de validación preparado en matriz así como los del conjunto de calibrado fueron derivados y usados para predecir las concentraciones de los HAPs. Otra de las medidas tomadas para mejorar la capacidad predictiva fue que al tratamiento de muestra (MAE-SPE) se le incorporó la precipitación de aceite co-extraído por disminución de temperatura logrando bajar la carga de algunos de los interferentes, que perjudican el análisis y así obtener mejores resultados en la predicción. Se preparó un nuevo grupo de muestras en duplicado fortificadas desde el comienzo del proceso, tratadas con MAE-precipitación de aceite co-extraído- SPE y analizadas mediante HPLC-FLD como método de referencia. Las recuperaciones promedio determinadas mediante HPLC-FLD estuvieron entre un 55 y 79%, no encontrándose diferencias significativas con los valores determinados mediante U-PLS/RBL para BbF, BkF, BaP, BghiP, DBahA e IP. Además, se estableció que los HAPs son estables al menos por dos meses en los extractos finales obtenidos luego del proceso de extracción; puesto que presentaron concentraciones semejantes entre ambos grupos duplicados, aun cuando uno de ellos se analizó después del tiempo señalado.El método propuesto fue aplicado a 15 aceites de oliva virgen comerciales, en uno solo de ellos se detectaron concentraciones por sobre el límite de detección (LOD) para BaA 1,62 ng g-1 y BghiP 1,88 ng g-1 dando un total de 3,5 ng g-1 de HAPs. A pesar de esto, ambos HAPs se encuentran bajo los límites máximos permitidos por la legislación Europea. Por último para investigar si al ser calentado el aceite de oliva en presencia de materia orgánica durante 24 horas, surgen modificaciones del perfil de concentraciones de dos HAPs modelo (BaA e IP), se aplicó el método MAE precipitación de aceite co-extraído SPE. El estudio mostró posibles fenómenos de sorción de los compuestos por la materia orgánica que varían en el tiempo / The Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are a group of organic compound composed of 2 or more simple aromatic rings joined together, which contain neither heteroatoms nor others sustituents. They generate several health problems due to their carcinogenic and mutagenic nature. Considering their lipophilic nature, the PAHs can gather together in fat and vegetal tissues with a high persistence. For this reason we can ingest them indirectly when including fatty food or oils as in the case of vegetal oils. The techniques thoroughly used in order to determine the PAHs concentrations in oils have been the high efficiency liquid chromatography associated to detection by fluorescence or mass spectrometry. Nevertheless, HPLC analysis and the previous sample preparation take a considerable time. Moreover, is a relatively expensive method not only in the technique equipment, but also in the analysis. As alternative to these methods are those based on fluorescence spectroscopy, mainly because of its low cost and rapidity. The relevance of these methods has been limited by its lack of selectivity, specially when similar compounds must be analyzed in complex matrix. One way of achieving a bigger analytical selectivity is associating the fluorescence spectroscopy with different chemometrics methods of data analysis, constituting a multivaried calibration method. In recent research, carried out in the laboratory where this thesis was developed, it has been proposed a liquid-liquid microwave-assisted extraction (MAE) associated to silica-based solid phase extraction (SPE) as preparation phase of oils, prior to the quantification by fluerescence spectroscopy and multivaried calibration. In the present study it was used the fluorescence spectroscopy associated to a second order multivaried calibration (U-PLS/RBL) so as to determine a group of seven PAHs (Figures 1-7: benzo[a]anthracene (BaA), benzo[b]fluoranthene (BbF), benzo[k]fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), indeno [1,2,3–c,d]- pyrene (IP), dibenzo[a,h]anthracene (DBahA) and benzo[g,h,i]pyrelene (BghiP). It was carried out a calibrated phase with mixture of the seven compounds of interest prepared in solvent, finding the optimal spectrum interval and the optimal number of factors for each PAHs. It was validated with a set prepared in solvent, the values obtained for the relative-error prediction (REP) (between 4,8% and 25,2% for BaP y BghiP) and the root of the mean squared error of prediction (RMSEP) (between 0,03 ng mL-1 for BkF and 0,88 ng mL-1 for BghiP) were low so the predictions were satisfactory. The predictive capacity of the calibration model U-PLS/RBL was evaluated using fortified oil samples with the seven compounds from the beginning of the process obtaining high values of REP and RMSEP. With the purpose of increasing the selectivity and, in that way, also improving the predictive capacity reducing the previous parameters, not only the Emission Excitation Matrix (EEMs) of the validation group prepared in matrix, but also those from the calibration set were derived and used in order to predict the HAPs concentrations. Another measure taken in order to improve the predictive capacity was incorporating to the sample treatment (MAE-SPE) the precipitation of co-extracted oil throught temperature reduction lowering the charge of some of the interferents. It was prepared a new duplicated sample group fortified from the beginning of the process, treated with MAE- low temperature precipitation-SPE and analyzed through HPLC-FLD as reference method. The average recoveries determined by HPLC-FLD fluctuated between 55 and 79%, finding no significant differences with the determined values through U-PLS/RBL for BbF, BkF, BaP, BghiP, DBahA and IP. Furthermore, it was established that HAPs are steady at least for two months in the final extracts obtained after the extraction process; due to the fact that they presented similar concentrations between both duplicated groups, even though one of them was analized after the indicated period of time. The proposed method was applied to 15 commercial virgin olive oils, only in one of them were detected concentrations over the limit of detection (LOD) for BaA 1,62 ng g-1 and BghiP 1,88 ng g-1 revealing a total of 3,5 ng g-1 of HAPs. In despite of this, both HAPs are under the maximum limits allowed by the European legislation. Lastly, the method was applied to evaluate possible change of the profile of two selected PAHs (BaP and IP) in olive oil heated up in presence of organic matter for 24 hours. The study showed possible sorption phenomena of the compounds on the organic matter depending on time / FONDECYT

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El estudio estuvo orientado a la extracción de aceite esencial del fruto del Schinus molle L. de la Región Tacna, así como a la caracterización físico-química e identificación de los componentes principales de dicho aceite; probándose también su actividad antimicótica ante Penicillium italicum. Los puntos de recolección de materia prima fueron el CPM de Los Palos en la Provincia de Tacna, y el distrito de Tarata en la Provincia de Tarata. Se determinó el contenido de humedad (18,158%), cenizas (3,785%) y proteínas (5,28%) para los frutos de Los Palos; y el contenido de humedad (21,875%), cenizas (3,353%) y proteínas (5,56%) para los de Tarata, además de el tamaño y estructura de los mismos. Se secó la materia prima a condiciones de 11,1-27,9ºC; 66-84% HR; 948,4-954,1 mb y bajo sombra. Se tomaron muestras de 100 g que fueron trituradas gruesamente y sometidas a arrastre de vapor de agua, cada corrida de extracción duró una hora, obteniéndose aceites esenciales con rendimiento promedio de 6,575% (v/p) para las muestras de Los Palos, y 7,705% (v/p) para las de Tarata. El tratamiento estadístico demostró que el lugar de origen de la materia prima no tiene influencia significativa sobre el rendimiento del aceite esencial de molle, ni sobre sus propiedades sensoriales. Las características físico-químicas del aceite esencial del lote Nº 01 (Los Palos) fueron: índice de refracción (1,478), densidad (0,846 g/cm3), densidad relativa (0,847), punto de congelación(-35ºC), índice de acidez (6,023 mg KOH/g) e índice de éster (17,008); y para el aceite esencial del lote Nº 02 (Tarata) fueron: índice de refracción (1,477), densidad (0,831 g/cm3), densidad relativa (0,832), punto de congelación (-35ºC), índice de acidez (12,718 mg KOH/g) e índice de éster (23,148). Ambos aceites se analizaron por cromatografía de gases con detector FID, identificándose los monoterpenos: limoneno, α-pineno, β-pineno, β-mirceno, y α-felandreno. Las propiedades sensoriales de los aceites fueron: color transparente y ligeramente amarillo, olor herbáceo, penetrante y ligeramente mentolado, y sabor de tipo herbáceo, persistente y ligeramente amargo. Las pruebas de actividad antimicótica indicaron que los aceites esenciales de ambos lotes inhiben el desarrollo del hongo Penicillium italicum.