La piña (Ananas comosus (L.) Merril) es uno de los principales frutales a nivel mundial, por ello es cultivada a fin de satisfacer las necesidades alimentarias de la población. Además constituye un importante sustento para las economías locales. Por tanto, el presente trabajo fue realizado con la finalidad de mejorar y establecer un protocolo de propagación in vitro de piña (Ananas comosus (L.) Merril Var. MD2). Para la introducción de yemas se realizó 5 tratamientos de desinfección siendo más eficaz la concentración de lejía al 25 % por 15 min para la primera desinfección y 10 % por 10 min para la segunda desinfección. Para las etapas de introducción, multiplicación y el Sistema Automatizado de Inmersión Temporal (Biorreactores) se empleó el medio de cultivo que contiene sales y vitaminas Murashigue Skoog suplementado con Myo-inositol (100 mg. L -1), sacarosa (20 g L -1) como medio testigo y comparado en base a tratamientos hormonales de BAP-ANA y Kinetina-ANA-IBA. Se seleccionó la combinación de concentraciones BAP (2,1 mg L -1) - ANA (0,3 mgL-1), por presentar un índice de multiplicación mayor. En el Sistema Automatizado de Inmersión Temporal (Biorreactores) se aplicó frecuencias de inmersión de 3 min cada 3 horas por un periodo de seis a ocho meses, creciendo a una temperatura de 25 – 30 0C, con un fotoperiodo de 11 o 12 horas diarias bajo luz blanca fluorescente que junto con el medio seleccionado dio lugar a una tasa de multiplicación de 11.

Ingeniero Civil Químico. Ingeniero Civil en Biotecnología / Cuando se habla de ciencia e ingeniería, los métodos y herramientas utilizados son bastante distintos entre ellos. Bajo esta diferencia aparece la biología sintética, disciplina que busca diseñar y modificar organismos vivos para producir nuevas funciones y/o mejorar las ya existentes. Para ello hace uso de herramientas básicas de la ingeniería, tales como los conceptos de modularidad, estandarización, abstracción, modelamiento y diseño. Para poder estandarizar las unidades básicas de esta disciplina, los biobricks, se pueden utilizar pruebas en matraces, pero no es usual hacerlo en biorreactores. La concepción, diseño implementación y operación de uno de estos equipos constituye el objetivo principal de este proyecto. Como parte de los resultados del mismo, se estimó que el mejor modo de operar para lograr estas mediciones se compone de una cascada de CSTRs, la que fue implementada en escala de laboratorio. Para las pruebas de medición se construyeron cinco plásmidos, de los cuales cuatro fueron elaborados con técnicas usadas en biología sintética. De estos últimos, se obtuvo dos vectores con alta producción basal en LB, otro que no sintetizó la proteína esperada y sólo el último presentó un comportamiento apropiado, vale decir, producción basal baja y un aumento significativo en presencia de inductor. Para analizar el comportamiento del reactor en operación, se realizó una experiencia de distribución de tiempos de residencia. Los resultados indicaron que la diferencia entre el biorreactor, compuesto por 7 minirreactores CSTR en serie, y el modelo matemático, fue aproximadamente un 1%. En las pruebas de operación del biorreactor con bacterias, se obtuvo que la cepa con el promotor que responde a arabinosa posee un crecimiento más alto que la cepa con promotor sensible a aTc. En cambio, en términos de producción de proteína, el promotor sensible a aTc posee una inducción más fuerte. Específicamente, usando un flujo de 0,794 [mL/min], este promotor mostró una mayor productividad de proteína por biomasa, lo que lo caracteriza como un promotor fuerte.

La búsqueda de fuentes de energía alternativas a los combustibles fósiles, ha motivado el interés por la investigación en nuevos métodos para la obtención de energía. Como es el caso de la producción de biodiesel a partir de aceites usados mediante la reacción de transesterificación. Bajo este criterio, la presente investigación se centra en el desarrollo de estrategias de control avanzado de la temperatura del reactor de transesterificación, con la finalidad de mejorar la eficiencia de conversión de los aceites en ésteres metílicos. Adicionalmente, se busca que la estrategia de control propuesta permita cumplir con las restricciones impuestas en la variable controlada (temperatura del reactor) y pueda trabajar alrededor del límite de operación (temperatura de ebullición del metanol). Para la obtención del modelo de la planta que permita analizar la dinámica del sistema y demostrar su complejidad, se usó la técnica de modelamiento matemático, a partir de las ecuaciones de balance de masa y energía. Para el control de la planta objeto de estudio, se propone el uso de un controlador de matriz dinámica cuadrática (QDMC) con restricciones suaves en la variable controlada y restricciones duras en la variable de control y las tasas de cambio de la misma. Este esquema permite evitar la no feasibilidad del algoritmo de programación cuadrática (QP) usado para resolver el problema de optimización del QDMC. Como parte final de la presente investigación y con la finalidad de demostrar la mejora mediante el uso de estrategias de control avanzado para la presente planta, se realizó la comparativa del controlador diseñado con un controlador PID convencional. / Tesis

Ingeniera Civil Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / La minería en Chile es una actividad clave para el desarrollo del país y actualmente se enfrenta a problemáticas relacionadas a la presencia de elementos contaminantes en sus efluentes que son altamente tóxicos como el arsénico. Las normativas medioambientales existentes, el riesgo para las especies pertenecientes al ecosistema, incluyendo la salud humana, y la penalización en mercados internacionales por la presencia de arsénico en concentrados de cobre exportados, han derivado en la necesidad de desarrollar tecnologías para la recuperación de metales que sean amigables con el medioambiente y económicamente rentables. EcoMetales es una filial de Codelco cuyo objetivo es dar solución a estos problemas y para ello cuenta con su Planta de Abatimiento de Arsénico y Antimonio en la cual utilizan peróxido de hidrógeno para oxidar el arsénico presente en los efluentes de la división Chuquicamata de Codelco. Este elemento oxidado posteriormente precipita en forma de escorodita y es almacenado en depósitos de la empresa. Sin embargo, este proceso posee un alto costo y el peróxido de hidrógeno corresponde al 50% de los gastos asociados a insumos. Además, el nuevo escenario normativo que entra en vigor en 2018 sumado al aumento en las impurezas debido al envejecimiento de los yacimientos pronostican un alza en los costos. Debido a esto EcoMetales ha encargado al ICDB y al CeBiB desarrollar un proyecto para reemplazar el uso de peróxido por microorganismos que oxiden el arsénico. En el marco de este proyecto se encuentra el trabajo desarrollado en esta memoria que consiste en el estudio, dimensionamiento y diseño del biorreactor en el cual se llevará a cabo la oxidación biológica de arsénico junto con la determinación del punto de incorporación y la estimación del CAPEX. La metodología de trabajo consiste en una etapa de investigación bibliográfica, seguida por el diseño y dimensionamiento del sistema para finalmente estimar el CAPEX y realizar un análisis de sensibilidad. Los resultados principales indican que el microorganismo a utilizar es Acidithiobacillus ferroxidans y que se necesitarán dos biorreactores cuyos volúmenes son 51 [m3] y 304 [m3] para reducir el contenido de As+3 de 4 [g⁄L] a 0,002 [g⁄L]. El costo de inversión se estima de US$713.000 y el análisis arroja que el proyecto es altamente sensible a la cinética de crecimiento del microorganismo, mientras que se ve levemente afectado por las variaciones en el contenido de arsénico y presenta una mayor influencia a los cambios en la concentración de hierro. Finalmente, se concluye que el proyecto sería técnica y económicamente factible según el costo de inversión calculado y las dimensiones obtenidas, pero es necesario realizar la estimación de los costos de operación y el balance del flujo de caja para tener mayor seguridad de este resultado.

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Tesis para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo y al Grado de Magíster en Manejo de Suelos y Aguas / El objetivo del presente estudio fue diseñar un bioreactor con recarga continua, comparando velocidades de flujo y tiempos de retención hidráulicos de dos diseños de bioreactores (I y II). El sitio experimental se encuentra ubicado en la Comuna de Pichidegua, Región del Libertador Bernardo O’Higgins, en un canal de desagüe (Lat. 34° 25' 46'' S, Long. 71° 21' 54'' W). Durante el estudio se monitorearon variables de velocidad de flujo (Vf), Caudal (Q), porosidad (ρ), volumen de flujo activo (Vfa) y tiempos de retención hidráulicos (TRH). El diseño de los bioreactores consideró las velocidades de flujo y el nivel de depositación de sedimentos. El bioreactor I constaba con dos tubos de PVC de entrada y salida de mismo diámetro, mientras que el bioreactor II tenía diámetros inferiores en la salida, de forma que el caudal que pasara a través de este fuese menor que en el bioreactor I. Dado que el bioreactor II presentó TRH mayores que el bioreactor I (en un 65%) fue seleccionado para realizar un estudio de remoción de cargas de nitrógeno posteriormente a este trabajo. / The main aim of this study was to design a bioreactor with continuous recharge, contrasting (comparing) flow velocity and hydraulic retention time of two bioreactor designs. The experimental area was located in the commune of Pichidegua, Region of Libertador Bernardo O’Higgins, in an outflow channel (34° 25' 46'' SL, 71° 21' 54'' WL). During the study period, flow velocity (Vf), discharge (Q), porosity (p), active flow volumen (vfa) and finally hydraulic retention time (TRH) variables were monitored. The bioreactors design consider the flow velocity and sediment deposition level. The bioreactor I had two input and output PVC tubes of the same diameter, whereas the bioreactor II had a smaller output diameter and the flow passing through this was lower than the bioreactor I. Since the bioreactor II showed higher TRH than the bioreactor I (65%), it was selected for carry out a nitrogen loads removal study later to this work.

Plantea el uso de las fibras naturales andinas cabuya (Furcraea andina) y paja de trigo (Triticum vulgari) como soporte bacteriano de biorreactores anaerobios UASB, para procesos de desnitrificación de aguas residuales de piscícolas de truchas arcoíris en la zona alto andina de la localidad Juan de Velasco en Ecuador. Evalúa tanto la capacidad de desnitrificar las aguas residuales de acuicultura como la de remover metales pesados, mediante el uso combinado de biofilms soportados por fibras naturales, en condiciones controladas y acondicionamiento previo del medio bacteriano. Diseña nueve biofiltros a escala piloto para la remoción de contaminantes de las aguas residuales de piscícolas de truchas arcoíris. Determina si la incubación de la microbiota con pseudomonas acelera la adaptación de la población bacteriana en las fibras naturales en seis biofiltros. Determina la tasa de desnitrificación de los efluentes de las piscícolas de los biofiltros, las diferentes alturas de la columna de los biofiltros orgánicos en un proceso anaerobio, la altura del biofiltro necesario para la descontaminación de los efluentes de las piscícolas y si el biofiltro con la fibra cabuya–pseudomonas aisladas contribuye en la remoción de metales pesados que provienen de la ceniza de la zona volcánica del sector estudiado. Evalúa la degradación de las fibras naturales como medios filtrantes mediante el análisis de los cambios en las propiedades físicas y químicas, la calidad sanitaria del efluente de los biofiltros anaerobios, con cargas hidráulicas constante, para determinar si cumplen con los criterios que marca la normatividad ambiental ecuatoriana. / Tesis

El objetivo de la presente memoria de tesis es la modelación y estudio de problemas de tratamiento de recursos acuíferos mediante la utilización de biorreactores. En la Introducción de esta memoria se hace una revisión del problema de las aguas residuales, los métodos y fases del tratamiento de descontaminación, y se enfatiza la etapa de tratamiento secundario, cuya finalidad es la reducción de la materia orgánica presente en las aguas. Se introduce al biorreactor como herramienta para el tratamiento de la materia orgánica mediante el uso de microorganismos, los cuales se alimentan de ella. Se realiza una revisión de los modelos existentes para biorreactores, tanto en el caso determinista como en el estocástico, remarcándose la existencia de resultados de extinción de la biomasa y exclusión competitiva en el caso de dos especies. La presente tesis se divide en dos partes. En la Parte I se estudia un modelo estocástico de tratamiento de aguas mediante un biorreactor secuencial por lotes. Para ello, en el Capítulo 2 se desarrolla un modelo estocástico de biorreactores; esto se hace mediante un límite de aproximaciones de la dinámica del biorreactor por procesos de nacimiento y muerte. En el Capítulo 3 se estudia la existencia y unicidad de soluciones de la ecuación diferencial estocástica controlada que define la dinámica del biorreactor, cuyos coeficientes no cumplen las condiciones de tipo Lipschitz habitualmente requeridas para este tipo de resultados. En el Capítulo 4 se plantea el problema de descontaminación de aguas a tiempo mínimo mediante el uso de biorreactores secuenciales por lotes, con el modelo obtenido en el Capítulo 2, y se muestra que bajo cualquier estrategia admisible, la probabilidad de extinción de la biomasa es positiva, lo que hace que el tiempo esperado de tratamiento sea infinito. Con esto se prueba que el problema así formulado no tiene solución factible. En particular, esto muestra que la estrategia de llenado más rápido no es óptima para el problema estudiado, no obstante lo era para el problema determinista. Se plantean entonces otros problemas de control estocástico relevantes para el biorreactor secuencial por lotes, que pueden ser abordados en el contexto del modelo desarrollado. En la Parte 2 se estudia un problema de biorremediación de recursos acuíferos naturales mediante el uso de quimiostatos. En el Capítulo 5, se estudia el problema de descontaminación de recursos de gran volumen mediante un quimiostato de volumen mucho menor. Esto hace que haya zonas con difícil acceso al aparato descontaminante, por lo que se produce un gradiente de concentraciones en el recurso y no se puede aplicar la hipótesis de homogeneidad de sustrato. Esto se modela mediante la separación del recurso en dos zonas, llamadas zona activa, la que tiene fácil acceso a la descontaminación, y zona muerta, la que se descontamina por difusión con la zona activa. Se busca encontrar estrategias de descontaminación a tiempo mínimo controlando la velocidad de bombeo del quimiostato, y comparar dichas estrategias con la del caso homogéneo. Finalmente, se presentan las conclusiones, los problemas abiertos, y posibles direcciones de trabajo futuro.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Biotecnología / Este trabajo de título es motivado por la búsqueda de nuevos anticancerígenos y antibióticos provenientes de microorganismos de ambientes naturales y extremos, como los provenientes del Desierto de Atacama. Por lo cual, se busca optimizar el crecimiento celular de cepas de Streptomyces del Salar de Tara, maximizando su biomasa final y minimizando su tiempo de crecimiento. Además, realizar una reflexión ética sobre los alcances del trabajo realizado y su relación con la ética profesional. En la metodología a emplear, en primer lugar, se buscó corroborar el comportamiento alcalífilo de estas cepas y probar una fuente de carbono alternativa al almidón. Luego, se realizaron pruebas para encontrar el pH y T° óptimos, para después determinar la cinética del microrganismo en estas condiciones. Posteriormente, se escaló el cultivo a un biorreactor de un 1 L, realizando en 1° lugar una fermentación controlando la T° y agitación, para luego realizar un segundo cultivo manteniendo constante el pH del medio. Además, se realizó una discusión ética mediante un marco conceptual, abordando las características de la actividad tecnocientífica desde el autor Javier Echeverría y el principio de responsabilidad de Hans Jonas, como el Principio Precautorio de la UNESCO, la Declaración de Singapur y un análisis de los fines de la actividad profesional. Los resultados del trabajo permiten corroborar que las cepas del Salar de Tara presentan un crecimiento alcalífilo, como también, que el almidón es una mejor fuente de carbono frente a la glucosa. Para los estudios posteriores se trabajó con la cepa más prometedora, desde un punto de vista terapéutico, la ST2-7A. Se encontró el pH y la T° óptima, siendo 10 y 33°C, respectivamente. Al escalar a un biorreactor de 1 L se redujo la fase exponencial de 12 a 3 horas, un aumento de 10 veces de la tasa máxima de crecimiento y un incremento de un 99% de la biomasa al llegar al estado estacionario, frente a las mismas condiciones en un volumen menor. Al controlar el pH se inhibió el crecimiento celular, teniendo una biomasa final un 45% menor frente al caso anterior. Además, se reflexiona sobre los alcances del trabajo realizado, reconociendo a la biotecnología como una actividad tecnocientífica, planteando la problemática de encontrar nuevos compuestos con fines terapéuticos provenientes un ambiente natural. Realizando así un análisis desde el principio de responsabilidad y su extensión a uno axiológico, como la necesidad de incorporar en los fines de la actividad profesional, de científicos e ingenieros, el principio de responsabilidad en un marco axiológico de la acción tecnocientífica. De esta forma, se propone seguir investigando el mejor pH para el cultivo y seguir añadiendo variables al control de este, como sería encontrar la agitación y la presión de oxígeno óptimas, además de estudiar las fases posteriores del proceso de crecimiento.