La tesi doctoral, presentada com a compendi de publicacions, inclou 6 articles on es presenten diferents aspectes de l'estudi de les tècniques de compostatge i co-compostatge i és el primer pas en la posada en marxa d'una nova linia de recerca en aquest camp a l'Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient (EUPMA).Amb l'objectiu d'estudiar la viabilitat de les tècniques de compostatge i co-compostatge aplicades com eines de tractament i estabilització de residus orgànics, s'ha dissenyat, construït i validat un sistema de compostatge a escala laboratori i una planta pilot en els laboratoris de l'EUPMA. S'ha desenvolupat i implementat una metodologia, basada en el disseny d'experiments, per a l'estudi sistemàtic del procés, aplicable a l'estudi de la compostabilitat i co-compostabilitat de diferents residus i especialment útil per determinar la barreja òptima inicial en els estudis de co-compostabilitat. Aquesta metodologia també ha permés obtenir la descripció del procés en funció de diferents paràmetres físics estudiats. En aquest sentit és especialment rellevant la relació descrita entre la mida de partícula de l'agent estructurant i la relació volumètrica d'estructurant a afegir al residu orgànic i la provada interrelació entre aquests dos paràmetres.El treball experimental realitzat s'ha centrat principalment en l'estudi del compostatge de fangs d'estació depuradora (urbana i industrial) i també inclou estudis amb altres residus orgànics: residus de la indústria vinícola, paperera i alimentària. S'ha determinat amb èxit la viabilitat del co-compostatge de dos residus generats a la indústria vinícola, fang i rapa, amb l'obtenció d'un producte final estable i de qualitat aplicable a les vinyes. Així, es presenta aquest procés com una eina de gestió sostenible d'aquests residus orgànics, tancant el cicle de la matèria orgànica dins la mateixa empresa. L'estudi inclou una experiència a escala industrial com a pas final en la validació del procés. S'ha realitzat un estudi complet on es determina la compostabilitat i co-compostabilitat de diferents fangs generats a la indústria paperera, biològics i físico-químics. Finalment, destacar un ampli estudi sobre la biodegradabilitat de greixos en el procés de compostatge que ha permès determinar l'efecte en el procés de la presència de residus amb elevat contingut en greixos. En aquest darrer estudi s'han utilitzat tècniques bioquímiques i assajos enzimàtics per una millor descripció del procés. Paral·lelament als estudis de compostabilitat de residus s'han utilitzat i analitzat diferents paràmetres com eines de seguiment de l'activitat biològica del procés, concloent que l'Índex Respiromètric Dinàmic és el paràmetre més adient per aquesta finalitat i implementant la utilització d'aquest paràmetre en els laboratoris de l'EUPMA. / The PhD Thesis presented is conformed by 6 publications where different aspects of composting and co-composting studies are presented. This is the first PhD Thesis of a new research line developed in the Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient (EUPMA, Mollet del Vallès, Barcelona, Spain).With the aim of study the viability of the composting and co-composting techniques for the treatment and stabilization of organic wastes, a laboratory scale composting system and a composting pilot plant were design, built and validated in the Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient installations.A methodology based on experimental design was developed and implemented for the systematic study of the process. This methodology can be applied to the study of the compostability and co-compostability of different organic wastes and it is useful in the determination of the optimal mixture in co-compostability studies. This methodology also allowed to obtain a description of the process in terms of different physical parameters studied. In this sense is of special relevance the findings about the relationship between bulking agent particle size and bulking agent volumetric ratio added to organic waste.The experimental work focused on the composting of sludges from waste water treatment plants and also included studies with other organic wastes from wine, paper and alimentary industries.Co-composting of wastes generated in the wine industry, sludge and stalk, was successfully studied and a stable and high quality final product was obtained, suitable for its application on vineyard crops. Co-composting those two wastes was presented as a sustainable waste management alternative in the wine industry, closing the organic matter cycle in the company where wastes are generated. The study included experimental trials at industrial scale as the final step for validation of the process.A complete study was carried out with different biological and physico-chemical sludges produced in the paper industry, and their compostability and the co-compostability of different mixtures were determined. Co-composting of sewage sludge and animal fat mixtures was studied in order to determine the possibility of using this technology to recycle fat-enriched wastes. A study of fats biodegradability in the composting process was carried out which allowed to determine the effect of the presence of wastes with a high fat content on the development of the composting process. In this work, biochemical and enzyme techniques were used for a better description of the process.In the development of those studies, different parameters were used and analyzed to study their suitability to monitor the biological activity of the composting process. Among the indexes tested Dynamic Respirometric Index provided the most reliable values of microbial activity in a compost environment.

Las lipasas son enzima con numerosas aplicaciones en biocatálisis debido a su reacción natural, hidrólisis de enlaces éster, como a su utilización en reacciones de transesterificación y síntesis orgánica. Se destaca como productor de lipasas la levadura Candida rugosa. Existen lipasas comerciales de este microorganismo, pero tienen el inconveniente de ser una mezcla de isoenzimas que hace inviable el proceso de purificación. La alternativa es la producción heteróloga de la lipasa 2 en otro microorganismo. No obstante, esta vía topa con la peculiaridad de que C. rugosa no sigue el código genético universal para el amino ácido serina. Con objeto de obtener el gen sintético, se diseñó y optimizó la secuencia nucleotídica de rLip2 para su expresión en Pichia pastoris, su inserción en el vector de expresión pPICZα bajo el control transcripcional del promotor de la alcohol oxidasa, su transformación en P. pastoris y la selección de clones productores de rLip2 activa. Comprobada la obtención de clones productores de rLip2 funcional, se determinó el pH óptimo de producción mediante estrategias de operación en discontinuo, paso previo a la optimización de la operación en discontinuo alimentado. Al trabajar con fermentaciones en discontinuo alimentado no se detectó presencia de actividad lipásica. Análisis por Western blot revelaron que estábamos en presencia se de agregados de rLip2, que no tenían actividad lipásica. La hipótesis que se planteó para justificar la formación de los agregados de rLip2 fue la elevada salinidad del medio de cultivo. Mediante la disminución de la fuerza iónica del medio mediante ultra y diafiltración se recupero la actividad enzimática, detectando el monómero de rLip2. La producción del producto heterólogo fue 10 veces superior a del microorganismo natural. Se realizó una caracterización bioquímica y funcional determinándose el óptimo de temperatura y pH, su especificidad frente a p-nitrofenoles y triglicéridos. El estudio de estabilidad demostró que la enzima recombinante en solución era menos estable que la nativa. No obstante, al inmovilizar la rLip2 se consiguió obtener una isoenzima más estable con el valor añadido de poder ser reutilizada. Finalmente, se realizaron aplicaciones biocatáliticas de rLip2 en reacciones de síntesis enantioméricas para la resolución de mezclas rácemicas de compuestos de interés farmacéutico. Si bien para la resolución racémica del trans-2-fenil-1-ciclohexanol, la rLip2 no fue tan efectiva como la isoenzima nativa, para la resolución del ibuprofeno, se obtuvieron mejores resultados en términos de conversión, exceso y factor enantiomérico que con la nativa. / Lipases are enzymes with a wide range of applications in biocatalysis due to its natural reaction, hydrolysis of ester bounds, as well as to their use in transesterification and synthesis reactions. The yeast Candida rugosa is a well known lipase producer; there are several C. rugosa lipase preparations commercially available, but they have the inconvenience of being a mixture of several lipase isoenzymes with similar physicochemical properties, i.e. hampering the efficiency of their separation process. Thus, the recombinant production of C. rugosa lipases, particularly of the lipase 2 isoenzyme (Lip2), in another host microorganism is an attractive alternative. However, this strategy is hampered by the fact that C. rugosa may use a non-universal codon for Serine. We designed and synthesised a codon-optimised lip2 gene for its expression in Pichia pastoris. The synthetic gene was inserted into the pPICZα expression vector under the transcriptional control of the alcohol oxidase promoter, and cloned into P. pastoris. Transformants were selected in small scale cultivations for active rLip2 expression. In the following step, we determined the optimum pH for lipase production in preliminary bioreactor batch cultivations. However, when the producing strain was tested in fed-batch bioreactor cultivations, no lipolytic activity was detected in culture supernatants. Nevertheless, Western Blot analyses revealed that rLip2 was being produced as aggregates, with no apparent lipolytic activity. This observation suggested that the formation of rLip2 aggregates was related to the high ionic strength of the culture medium. Thus, cleared culture supernatants were subjected to ultra/diafiltration. By reducing the ionic strength of the cleared supernatant, the enzymatic activity could be recovered, also detecting the monomeric rLip2 form. Notably, the recovered lipase activity was 10-fold higher to that recovered from a cultivation process at the same scale with the native enzyme producer. The recombinant enzyme was biochemically and functionally characterized. In particular, we determined its optimum temperature and pH for activity, as well as its specificity towards p-nitrophenols and tryglycerides. Also, the stability study revealed that the recombinant enzyme is less stable than the native enzyme preparation. Nevertheless, when the rLip2 was immobilized on a solid support, stability was substantially improved, having the possibility of reuse as an additional advantage. Finally, the potential of rLip2 as a biocatalyst was tested in two different reactions of enantiomeric synthesis, for the resolution of racemic mixtures of compounds of pharmaceutical interest. Although rLip2 resulted to be less efficient than the native lipase preparation for the racemic resolution of trans-2-phenyl-1-ciclohexanol, the recombinant enzyme showed an improved performance (in terms of conversion, enantiomeric excess and enantiomeric factor) in relation to the native enzyme preparation for the resolution of ibuprofen.

En la actualidad existe un creciente interés en el desarrollo de procesos industriales biocatalíticos eficientes desde el punto de vista económico y medioambiental. Uno de los procesos más prometedores para la industria es la biocatálisis de la formación de enlaces C-C para la producción de compuestos de estereoquímica definida, de aplicación en diversos campos y, en especial, en la industria farmacéutica.El presente trabajo de Tesis Doctoral es una aportación al desarrollo de un bioproceso catalítico empleando ramnulosa-1-fosfato aldolasa recombinante como biocatalizador para la producción estereoselectiva de un compuesto precursor de inhibidores de glicosidasas de acción terapéutica mediante adición aldólica de dihidroxiacetona fosfato y (S)-Cbz-alaninal.En primer lugar, se ha procedido a la obtención de un modelo cinético de la reacción catalizada por la enzima soluble en un medio acuoso con dimetilformamida como cosolvente para permitir la disolución simultánea de ambos reactivos. Este modelo cinético incluye la reacción secundaria de degradación enzimática de dihidroxiacetona fosfato que tiene lugar paralelamente a la reacción de síntesis.En segundo lugar, y con el fin de aumentar la estabilidad de la enzima y mejorar la operación en biorreactor, se estudió la inmovilización de la enzima en dos tipos de soportes: soportes de afinidad metálica y nanopartículas de oro. El primer soporte permite realizar la purificación e inmovilización en un solo paso de la enzima, con el consiguiente ahorro de etapas y aumento del rendimiento global del proceso. El segundo tipo de soporte permite reducir las limitaciones difusionales que aparecen con frecuencia en los soportes porosos convencionales y obtener elevadas cargas enzimáticas específicas. Los biocatalizadores inmovilizados por ambas técnicas se emplearon en la catálisis de la adición aldólica de interés en un medio acuoso con dimetilformamida como cosolvente, evaluando su estabilidad en el medio.Por último, se estudiaron otras estrategias de reacción para mejorar la solubilidad simultánea de los reactivos de la reacción. Por un lado se analizó el empleo de novedosos medios de reacción, los líquidos iónicos, como alternativa al empleo de cosolventes orgánicos en la biocatálisis de interés. Por otro lado, se evaluó la aplicación de un biorreactor de membrana empleando un medio bifásico acuoso/orgánico en el mismo sistema biocatalítico. / Nowadays, there is a growing interest in the development of efficient industrial bioprocesses from an economic and environmental point of view. One of the most promising processes for the industry is the biocatalytic C-C bond formation that yields compounds with defined stereochemistry for diverse applications, especially in the pharmaceutical industry.This PhD Thesis is a contribution to the development of a catalytic bioprocess for the production of precursors of compounds with therapeutic potential as inhibitors of glycosidases for a wide range of diseases. The biocatalytic reaction employed was the aldol addition between dihydroxyacetone phosphate and (S)-Cbz-alaninal using recombinant rhamnulose-1-phosphate aldolase as biocatalyst.First, a kinetic model for the aldol addition catalyzed by soluble enzyme was obtained. The reaction was carried out in an aqueous medium with dimethylformamide as a cosolvent in order to achieve a suitable solubility of both reactants. This kinetic model includes the secondary reaction of enzymatic degradation of dihydroxyacetone phosphate that takes place simultaneous to the synthetic reaction.Secondly, enzyme immobilization was studied with the aim of increasing enzyme stability and improving bioreactor operation. Two types of supports were used: metal-chelated supports (IMAC) and gold nanoparticles. The use of metal-chelated supports allows simultaneous purification and immobilization in only one-step, reducing the number of steps of the process and increasing the global yield. Gold nanoparticles as supports for enzyme immobilization allow obtaining high enzymatic loads due to its high surface-to-volume ratio. Moreover, the diffusional limitations that frequently appear while working with conventional porous supports can be also reduced. Immobilized biocatalysts were produced by both immobilization techniques and they were applied in the biocatalysis of the selected aldol addition in an aqueous medium with dimethylformamide as a cosolvent. The stability of these biocatalysts in the reaction conditions was determined as well.Finally, other reaction strategies were employed in order to improve the simultaneous solubility of dihydroxyacetone phosphate and (S)-Cbz-alaninal. Ionic liquids, considered as promising reaction solvents, were assessed as an alternative to organic cosolvents in the selected biocatalysis. On the other hand, a membrane bioreactor with an aqueous/organic biphasic medium with high solubility of both substrates was studied with the same biocatalytic system.

Malgrat representar només el 2,7% de la superfície del planeta, les ciutats del món són responsables del 75% del consum d'energia, i el 80% de les emissions de gasos d'efecte hivernacle. Encara que el focus d'atenció per mitigar el canvi climàtic s'ha centrat en els combustibles alternatius, vehicles, i la generació d'electricitat; la millora del disseny urbà, representa una oportunitat important que sovint no es valora prou. Aquesta tesi estén l'anàlisi de l'Ecologia Industrial a l'avaluació ambiental de les obres civils en l'entorn urbà, incloent parcs de serveis en zones urbanes. Pel que fa al sector serveis, el capítol II avalua, des de la perspectiva de l'Ecologia Industrial, l'eficiència energètica dels serveis dins del Parc urbà de Montjuïc i determina el seu impacte ambiental global. A més, aquest estudi determina quins són els serveis més intensius energèticament i analitza la seva eficiència per visitant o unitat de superfície.El consum d'electricitat representa gairebé el 70% de l'energia total consumida pels serveis en el Parc de Montjuïc, i la superfície forestal necessària per absorbir les emissions de CO2 equivalent produïdes pel cicle de vida de l'energia consumida representa 12,2 vegades la superfície del Parc. El capítol III analitza l'optimització ambiental de les voreres a les zones urbanes. Encara que una àmplia gamma de materials i solucions constructives estan disponibles per a la pavimentació de les voreres, aquest estudi es centra en tres solucions constructives de formigó molt comunes. Cada solució constructiva té característiques diferents que afecten la seva funcionalitat en: trànsit, característiques de la superfície, i manteniment.Pel que fa a principals aportacions, aquest estudi fa una descripció general i proveeix l'inventari dels sistemes de vorera estudiats. Segons l'Anàlisi de Cicle de Vida (ACV), el sistema de panot és el que presenta valors més elevats d'impacte ambiental, tanmateix és el tipus de paviment de vorera més utilitzat en l'àrea d'estudi, degut principalment a les preocupacions estètiques i els imperatius del manteniment dels serveis urbans subterranis.Restringir l'ús dels paviments de formigó per a vianants amb una major capacitat estructural a aquelles seccions de carrer que en realitat els exigeixen podria reduir els impactes ambientals fins un 73,8% a les àrees exclusives per vianants.Els capítols IV i V utilitzen la metodologia de l'ACV per analitzar el tipus i origen dels impactes ambientals relacionats amb les xarxes de distribució de gas natural i calor.Per a la xarxa de gas natural, els resultats mostren que l'impacte per habitatge en les categories ambientals estudiades és d'entre 1,9 i 4,8 vegades més gran en un barri de baixa densitat, en funció de la categoria d'impacte. A més, a les zones d'alta densitat el principal impacte s'origina a partir de components i materials relacionats amb els edificis i habitatges, mentre que en zones de baixa densitat el principal impacte s'origina a la xarxa de barri. Tenint en compte aquest últim resultat, s'avalua la conveniència de substituir la xarxa de barri per un sistema discontinu basat en tancs de propà. El resultat indica que quan es necessita una canonada de barri de més d'1 km per arribar a un usuari, és ambientalment preferible per a totes les categories d'impacte utilitzar el sistema de tancs de propà.Per a la xarxa de distribució de calor, els resultats mostren que les fonts d'impacte no ubiquen especialment a la xarxa principal (menys del 7,1% de contribució a totes les categories d'impacte), que és el subsistema que ha centrat l'atenció en la literatura; sinó que aquest es troba a les plantes de generació energètica i als components dels habitatges. Aquests dos subsistemes contribueixen conjuntament entre un 40% i un 92% a l'impacte ambiental en funció de les categories d'impacte. Pel que fa als components, només un nombre reduït són responsables de la majoria dels impactes ambientals. Com a conclusió general, l'enfocament de l'Ecologia Industrial aplicat als sistemes urbans, estudiant el metabolisme de les ciutats, barris, sectors econòmics o les infraestructures, proveeix de dades sobre el metabolisme dels sistemes urbans, assenyala els punts febles des d'una perspectiva ambiental i assenyala les oportunitats de millora dels nostres sistemes urbans. Per tant, l'Ecologia Industrial es converteix en el primer pas per orientar els processos de disseny ecològic a escala de barri o d'infraestructura. / A pesar de representar sólo el 2,7% de la superficie del planeta, las ciudades del mundo son responsables del 75% del consumo de energía, y el 80% de las emisiones de gases de efecto invernadero.Aunque el foco de atención para mitigar el cambio climático se ha centrado en los combustibles alternativos, vehículos, y la generación de electricidad; la mejora del diseño urbano, representa una oportunidad importante que a menudo no se valora suficientemente. Esta tesis extiende el análisis de la Ecología Industrial en la evaluación ambiental de las obras civiles en el entorno urbano, incluyendo parques de servicios en zonas urbanas. En cuanto al sector servicios, el capítulo II evalúa, desde la perspectiva de la Ecología Industrial, la eficiencia energética de los servicios dentro del Parque urbano de Montjuïc y determina su impacto ambiental global. Además, este estudio determina cuáles son los servicios más intensivos energéticamente y analiza su eficiencia por visitante o unidad de superficie. El consumo de electricidad representa casi el 70% de la energía total consumida por los servicios en el Parque de Montjuïc, y la superficie forestal necesaria para absorber las emisiones de CO2 equivalente producidas por el ciclo de vida de la energía consumida representa 12,2 veces la superficie del Parque. El capítulo III analiza la optimización ambiental de las aceras en las zonas urbanas. Aunque una amplia gama de materiales y soluciones constructivas están disponibles para la pavimentación de las aceras, este estudio se centra en tres soluciones constructivas de hormigón muy comunes. Cada solución constructiva tiene características diferentes que afectan a su funcionalidad en: tráfico, características de la superficie, y mantenimiento. En cuanto a principales aportaciones, este estudio hace una descripción general y provee el inventario de los sistemas de acera estudiados. Según el Análisis de Ciclo de Vida (ACV), el sistema de pavimento hidráulico es el que presenta valores más elevados de impacto ambiental, sin embargo es el tipo de pavimento de acera más utilizado en el área de estudio, debido principalmente a las preocupaciones estéticas y los imperativos del mantenimiento de los servicios urbanos subterráneos. Restringir el uso de los pavimentos de hormigón para peatones con una mayor capacidad estructural a aquellas secciones de calle que en realidad los exigen podría reducir los impactos ambientales hasta un 73,8% en las áreas exclusivas para peatones. Los capítulos IV y V utilizan la metodología del ACV para analizar el tipo y origen de los impactos ambientales relacionados con las redes de distribución de gas natural y calor. Para la red de gas natural, los resultados muestran que el impacto por vivienda en las categorías ambientales estudiadas es de entre 1,9 y 4,8 veces mayor en un barrio de baja densidad, en función de la categoría de impacto. Además, en las zonas de alta densidad el principal impacto se origina a partir de componentes y materiales relacionados con los edificios y viviendas, mientras que en zonas de baja densidad el principal impacto se origina en la red de barrio. Teniendo en cuenta este último resultado, se evalúa la conveniencia de sustituir la red de barrio por un sistema discontinuo basado en tanques de propano. El resultado indica que cuando se necesita una tubería de barrio de más de 1 km para llegar a un usuario, es ambientalmente preferible para todas las categorías de impacto utilizar el sistema de tanques de propano.Para la red de distribución de calor, los resultados muestran que las fuentes de impacto no se ubican especialmente en la red principal (menos del 7,1% de contribución en todas las categorías de impacto), que es el subsistema que ha centrado la atención en la literatura, sino que éste se encuentra en las plantas de generación energética y los componentes de las viviendas. Estos dos subsistemas contribuyen conjuntamente entre un 40% y un 92% al impacto ambiental en función de las categorías de impacto. En cuanto a los componentes, sólo un número reducido son responsables de la mayoría de los impactos ambientales. Como conclusión general, el enfoque de la Ecología Industrial aplicado a los sistemas urbanos, estudiando el metabolismo de las ciudades, barrios, sectores económicos o las infraestructuras, provee de datos sobre el metabolismo de los sistemas urbanos, señala los puntos débiles desde una perspectiva ambiental y señala las oportunidades de mejora de nuestros sistemas urbanos. Por tanto, la Ecología Industrial se convierte en el primer paso para orientar los procesos de diseño ecológico a escala de barrio o de infraestructura. / Despite representing only 2.7% of the world's surface area, the world's cities are responsible for 75% of the world's energy consumption, and 80% of greenhouse gas emissions.Although much attention on mitigating climate change has focused on alternative fuels, vehicles, and electricity generation, better urban design represents an important yet undervalued opportunity. This thesis extends the analysis of Industrial Ecology to the environmental assessment of civil works in the urban environment, including service estates in urban areas.Concerning the service sector, chapter II evaluates, from an Industrial Ecology perspective, the energy performance of the services inside the Montjuïc urban park and determines their global environmental impact. Additionally, this study determines which are the most energy demanding services and the efficiency of their energy use per visitor and per surface area unit.Electricity consumption represents nearly 70% of the total energy consumed by the services at Montjuïc Park. The forest surface area required to absorb the CO2-equivalent emissions produced by the life cycle of the energy consumed at Montjuïc Park represents 12.2 times the Park's surface area. Chapter III analyzes the environmental optimization of concrete sidewalks in urban areas. Although a wide range of materials and constructive solutions are available for sidewalk paving, this study focuses on three very common concrete-based systems with different functionalities in terms of traffic, surface characteristics, and maintenance.In terms of main findings, this study provides a comprehensive description and inventory of the sidewalk systems under study. According to the Life Cycle Assessment (LCA), the slab system has the highest environmental impacts; this happens to be the most widely used sidewalk type in the area studied, mainly due to aesthetic concerns and the imperatives of maintaining underground urban services. Regardless of the thickness of the concrete base, the slab system has the highest impact in all categories compared with the other two sidewalk types. Restricting the use of concrete sidewalks with high structural capacity to street sections that actually require them could reduce environmental impacts by up to 73.8% in pedestrian-only areas.Chapters IV and V use the LCA methodology to analyze the type and origin of environmental impacts related to natural gas and district heating distribution networks.For the natural gas network the results show that the impact per dwelling in the environmental categories studied is between 1.9 and 4.8 times higher in a low density neighborhood, depending on the impact category. Besides, in high density areas the main impact originates from components and materials related to the buildings and dwellings, whereas in low density areas the main impact originates on the neighborhood network. Given this last result, the advisability of substituting the neighborhood network by a discontinuous system based on propane tanks has been evaluated, obtaining as a result that when a single neighborhood pipe, longer than 1 km, is required to reach one user, it is environmentally preferable for all the studied environmental categories to use the propane tank system.For the district heating network, the results show that the sources of impact are not particularly located in the main grid (less than 7.1% contribution in all impact categories), which is the focus of attention in the literature, but in the power plants and dwelling components. These two subsystems together contribute from 40% to 92% to the overall impact depending on the impact categories. Concerning the components, only a reduced number are responsible for the majority of the environmental impact.As a very general conclusion, the Industrial Ecology approach applied to urban systems, studying the metabolism of the cities, neighborhoods, economic sectors or infrastructures, provides clarifying data about the metabolism of urban systems; identifies the environmental flaws and improvement opportunities of our urban systems and becomes the first step for guiding ecodesign processes on an infrastructural or neighborhood scale.

Vegeu mpresum1de1.pdf

Els residus biodegradables reben una atenció especial en el marc legislatiu europeu actual (Revised Framework Directive 2008/98/CE) i en la seva transposició a Espanya a traves del Plan Nacional Integrado de Residuos 20082015 (PNIR), degut al significatiu impacte ambiental derivat quan aquestos residus no són tractats correctament i al seu potencial ús com recursos renovables mitjançant l’obtenció de compost i biogàs. Pel correcte tractament d’aquestos residus és imprescindible el desenvolupament d’instal·lacions i plantes de tractament eficaces i eficients. La correcta avaluació de l’efectivitat i eficiència d’aquestes instal·lacions requereix una mesura fidedigna del contingut de matèria orgànica biodegradable dels residus i per tant de la seva estabilitat. Aquesta mesura permetria: i) establir una classificació dels residus i productes en base a la seva biodegradabilitat i estabilitat; ii) la correcta avaluació de les plantes de tractament en funcionament; iii)el disseny de noves i optimitzades instal·lacions, i iv) la determinació del potencial impacte ambiental dels productes finals. La informació obtinguda mitjançant l’anàlisi de paràmetres purament físics o químics dels residus no es capaç de reflectir la naturalesa biològica dels residus. És molt extensa la bibliografia que descriu, proposa i avalua l’ús d’índexs biològics, aerobis i anaerobis, per caracteritzar els residus orgànics. De la mateixa manera, aquestos índexs, han estat proposats en diferents normatives de paises europeus com paràmetres d’estabilitat. En aquesta Tesis s’han desenvolupat noves metodologies per a la determinació d’índexs biològics aerobis i anaerobis, optimitzant les metodologies ja referenciades, eliminant les seves limitacions i ampliant la seva utilitat: índexs respiromètrics aerobis, expressats com velocitat de consum d’oxigen i consum acumulat durant un temps determinat i índexs anaerobis, expressats com producció acumulada de biogàs i metà durant un temps determinat o total. Aquestes metodologies s’han avaluat i verificat mitjançant les següents aplicacions: 1) Optimització del procés de compostatge de fangs procedents d’EDARs urbanes, determinant la relació d’estructurant‐fang mínima necessària per obtenir un producte final higienitzat i estabilitzat a escala industrial. 2) Completa avaluació d’una planta de tractament mecànic‐biològic (MBT) amb capacitat per tractar 240.000 tones/any de residus municipals, monitoratge del procés i determinació de les eficàcies d’eliminació de matèria orgànica en cada etapa. 3) Estudi específic del pretractament mecànic d’una MBT i la seva influencia en l’eliminació de matèria orgànica biodegradable. 4) Determinació de potencials totals de producció de biogàs mitjançant l’anàlisi d’índexs biològics anaerobis de curta durada. 5) Determinació de les correlacions entre indexs aerobis i anaerobis. Determinació de les correlacions entre els diferents indexs aerobis i discusió sobre la diferent informació que poden proporcionar. 6) Caracterització completa de residus basant‐se en la diferent informació proporcionada pels indexs respiromètrics aerobis. 7) Redacció d’un protocol estandarditzat per a la determinació de la biodegradabilitat de residus orgànics de diferent origen i tipologia per l’Agencia de Residus de Catalunya, basant‐se en la determinació d’índexs biològics aerobis. Els resultats obtinguts en tots aquestos treballs i estudis confirmen la idoneïtat de l’ús dels índexs biològics com mesura real del contingut de matèria orgànica biodegradable dels residus i per tant de la seva estabilitat. A més es poden considerar com un paràmetre clau pel disseny i control de plantes de tractament de residus. / Los residuos biodegradables reciben una atención especial en el marco legislativo europeo actual (Revised Framework Directive 2008/98/CE) y en su transposición en España a través del Plan Nacional Integrado de Residuos 20082015 (PNIR), debido al significativo impacto ambiental derivado cuando no son tratados correctamente y a su potencial uso como recursos renovables mediante la obtención de compost y biogás. Para ello, es imprescindible el desarrollo de instalaciones y plantas de tratamiento eficaces y eficientes. La correcta evaluación de la efectividad y eficiencia de estas instalaciones requiere una medida fidedigna del contenido de materia orgánica biodegradable de los residuos y por consiguiente de su estabilidad. Esta medida permitiría: i) establecer una clasificación de residuos y productos en base a su biodegradabilidad y a su estabilidad; ii) la correcta evaluación de las plantas en funcionamiento; iii) el diseño de nuevas y optimizadas instalaciones; y iv) la determinación del potencial de impacto ambiental de los productos finales. La información obtenida mediante el análisis de parámetros puramente físicos o químicos de los residuos no es capaz de reflejar la naturaleza biológica de los residuos. Es muy amplia la bibliografía que describe, propone y evalúa el uso de índices biológicos, aerobios y anaerobios, para caracterizar los residuos orgánicos. Asimismo, éstos índices han sido propuestos en diferentes normativas de países europeos. En esta Tesis se han desarrollado nuevas metodologías para la determinación de índices biológicos aerobios y anaerobios, optimizando las metodologías ya referenciadas, eliminando sus limitaciones y ampliando su utilidad: índices respirómetricos aerobios, expresados como velocidad de consumo de oxígeno y su consumo acumulado durante un tiempo determinado e índices anaerobios expresados como producción acumulada de biogás y metano durante un tiempo determinado o total. Estas metodologías se han evaluado y verificado mediante las siguientes aplicaciones: 1) Optimización del proceso de compostaje de lodos procedentes de EDARs urbanas, determinando la relación de estructurante‐lodo mínima necesaria para obtener un producto final higienizado y estabilizado a escala industrial. 2) Completa evaluación de una planta de tratamiento mecánico‐biológico (MBT) con capacidad para tratar 240.000 toneladas/año de residuos municipales, monitorización del proceso y determinación de las eficacias de eliminación de materia orgánica en cada etapa. 3) Estudio específico del pretratamiento mecánico de una MBT y su influencia en la eliminación de materia orgánica biodegradable. 4) Determinación de potenciales totales de producción de biogás mediante el análisis de índices biológicos anaerobios de corta duración. 5) Determinación de correlaciones entre índices aerobios y anaerobios. Determinación de correlaciones entre diferentes índices aerobios y discusión sobre la diferente información que proporcionan. 6) Caracterización completa de residuos basándose en la diferente información proporcionada por los índices respirométricos aerobios. 7) Redacción de un protocolo estandarizado para la determinación de la biodegradabilidad de residuos orgánicos de diferente origen y tipología para la Agència de Residus de Catalunya basándose en la determinación de índices biológicos aerobios. Los resultados obtenidos en todos estos trabajos confirman la idoneidad del uso de índices biológicos como medida real del contenido de materia orgánica biodegradable de los residuos y por lo tanto de su estabilidad. Además pueden considerarse como un parámetro clave para el diseño y control en plantas de tratamiento de residuos. / Biodegradable waste receives especial attention in the European Legislation (Revised Framework Directive 2008/98/CE) and this has been also reflected in Spanish Legislation in the Plan Nacional Integrado de Residuos 20082015 (PNIR), due to the high importance that this municipal solid waste fraction has on the waste treatment environmental impact when it is not treated correctly and the possibility of recycling the biodegradable waste, to finally obtain compost or/and biogas that means green energy. For this purpose is necessary to develop suitable facilities for all waste treatments and assure the correct and efficient operation of such treatment and management facilities or plants. The correct determination of process efficiency in these facilities requires a reliable measure of the biodegradable organic matter content of the wastes and their stability. This measure would allow: i) to establish a waste classification based on the biodegradability and stability; ii) the correct evaluation of plant and facilities performance; iii) the design of new and optimum facilities and waste treatments; and iv) to determinate the environmental impact of the final products of these facilities. The information given by the analysis carried out just considering physical and chemical parameters is not able to reflect the correct biological nature of the wastes. It is really considerable the bibliographic references regarding the description, use and evaluation of biological indices, both aerobic and anaerobic, to characterize organic wastes. Additionally, these indices have already been proposed in some European countries’ Legislations. In this Thesis, new methodologies have been developed to determine aerobic and anaerobic biological indices, trying to optimize the already published methodologies by detecting their weaknesses, proposing improvements and increasing their utility. The indices obtained using these methodologies are: aerobic respirometric indices, expressed as the oxygen consumption rate and cumulative oxygen consumption during a given time and anaerobic indices, expressed as cumulative biogas and methane production during a given time or total biogas or methane production. These methodologies have been assessed, evaluated and verified in different facilities, different treatments and in several works with different aims: 1) Optimization of the composting process of dewatered wastewater sludge, determining the minimum ratio of pruning waste used as bulking agent to obtain a hygienized and stabilized product in full scale facilities. 2) Complete assessment of a mechanical‐biological treatment (MBT) plant treating 240.000 tones each year of municipal solid wastes. Process monitoring an determination of process efficiency regarding organic matter biodegradation. 3) Specific study of the mechanical pretreatment in a MBT plant and how it affects to the biodegradable organic matter removal. 4) Determination of the biogas production potential using anaerobic biological indices, measured in a short experimental time. 5) To obtain correlations between aerobic and anaerobic indices. Additionally, to correlate aerobic indices among them and analyzing the different information that they provide. 6) Using the information provided by aerobic respiration indices to completely characterized organic wastes. 7) Establishment of a standardized protocol to determine the biodegradability of organic wastes, from different origin and nature using aerobic biological indices to Agència de Residus de Catalunya. The results obtained in all works and studies confirm the suitability of biological indices to be measure the biodegradable organic matter content and stability of solid wastes. Additionally, these indices can be considered as key parameters to design and control waste treatment facilities and processes.

El suro és un material natural, renovable i típicament Mediterrani, ja que la majoria de l’extracció de suro i, per tant, dels boscos d’alzina surera, se situa en aquesta àrea, i molt especialment a la península Ibèrica. El suro s’utilitza per a fabricar nombrosos productes, però a Catalunya destaca molt especialment la indústria de taps per a vins i caves, que són productes d’alt valor afegit. A escala mundial el 10 % dels taps de vi i el 60 % dels taps de cava són produïts a Catalunya. La manca de dades ambientals del sector surer, juntament amb l’aparició de competidors amb nous productes fets amb materials no renovables com els taps sintètics o d’alumini, han estat algunes de les principals justificacions perquè el sector hagi decidit avançar cap a la sostenibilitat. L'anàlisi de cicle de vida (ACV) és una eina utilitzada per a avaluar els impactes ambientals de productes i sistemes al llarg de la seva vida. Aquesta eina ambiental, que s’ha utilitzat àmpliament en altres sectors industrials, s’empra per primer cop en el sector surer a Catalunya en la present tesi, l’objectiu de la qual ha estat l’avaluació ambiental del sector surer mitjançant l’anàlisi del sector, tant globalment com també per subsistemes. S’han determinat els punts febles dels diferents subsistemes del sector, de manera que es proposen mesures de producció més netes com a estratègies clau per a disminuir els impactes ambientals associats a cadascun dels productes de suro. A més, l’anàlisi del sector integrat permet establir estratègies globals de millora del sector des d’una perspectiva de l’ecologia industrial que permetran que el sector continuï avançant cap a la sostenibilitat. Els resultats indiquen que el suro és un material amb un impacte ambiental baix que, a més de generar nombrosos productes, contribueix a fixar diòxid de carboni. Concretament, per cada tona de suro transformat en productes es fixen 14.3 t de CO2, i per tant es pot afirmar que el sector del suro contribueix en la lluita contra el canvi climàtic. Aquesta tesi ha estat el primer pas del sector cap a la sostenibilitat i s’hauria de continuar treballant en aquesta línia, així com en altres investigacions que seran claus en el futur. Alguns dels aspectes que convé investigar són els potencials nous productes de suro, amb un valor afegit més alt, l’estudi pilot de les operacions més impactants per a les quals hi poden haver diferents alternatives tecnològiques i l’aprofundiment en el coneixement sobre la fixació de CO2 associada a l’alzina surera. / El corcho es un material natural, renovable y típicamente Mediterráneo, ya que la mayoría de la extracción de corcho y, por lo tanto, de los bosques de alcornoque, se sitúa en esta área, y muy especialmente en la península Ibérica. El corcho se utiliza para fabricar numerosos productos, pero en Cataluña destaca muy especialmente la industria de tapones para vinos y cavas, que son productos de alto valor añadido. A escala mundial, el 10% de los tapones de vino y el 60% de los tapones de cava son producidos en Cataluña. La falta de datos ambientales del sector corchero, junto con la aparición de competidores con nuevos productos fabricados con materiales no renovables, como los tapones sintéticos o de aluminio, han sido algunas de las principales justificaciones para que el sector haya decidido avanzar hacia la sostenibilidad. El análisis de ciclo de vida (ACV) es una herramienta utilizada para evaluar los impactos ambientales de productos y sistemas a lo largo de su vida. Esta herramienta ambiental, que se ha utilizado sobradamente en otros sectores industriales, se utiliza por primera vez en el sector corchero en Cataluña en la presente tesis, el objetivo de la cual ha sido la evaluación ambiental del sector del corcho mediante el análisis del sector, tanto globalmente como también por subsistemas. Se han determinado los puntos débiles de los diferentes subsistemas del sector, de modo que se proponen medidas de producción más limpias como estrategias clave para disminuir los impactos ambientales asociados a cada uno de los productos de corcho. Además, el análisis del sector integrado permite establecer estrategias globales de mejora del sector desde una perspectiva de la ecología industrial que permitirán que el sector continúe avanzando hacia la sostenibilidad. Los resultados indican que el corcho es un material con un impacto ambiental bajo que, además de generar numerosos productos, contribuye a fijar dióxido de carbono. Concretamente, por cada tonelada de corcho transformado en productos se fijan 14.3 t de CO2, por lo que se puede afirmar que el sector del corcho contribuye en la lucha contra el cambio climático. Esta tesis ha sido el primer paso del sector hacia la sostenibilidad y se tendría que continuar trabajando en esta línea, así como en otras investigaciones que serán claves en el futuro. Algunos de los aspectos que conviene investigar son los potenciales nuevos productos hechos de corcho, con un valor añadido más alto, el estudio piloto de las operaciones más impactantes para las que puede haber diferentes alternativas tecnológicas y la profundización en el conocimiento sobre la fijación de CO2 asociada al alcornoque. / Cork is a natural, renewable material, and is typically Mediterranean in the sense that this area, in particular the Iberian Peninsula, is home to the majority of cork oak forests and, therefore, most cork extraction activity. Cork is used to make many products, but in Catalonia the industry of making closures for wine and cava bottles, which are products of high added value, is especially important. Worldwide, 10% of wine stoppers and 60% of cava stoppers are made in Catalonia. The lack of environmental data for the cork sector, together with competition from new products made with non-renewable materials, like synthetic or aluminium stoppers, are among the main reasons why the sector has decided to move in the direction of sustainability. Life Cycle Analysis (LCA) is a tool used to assess the environmental impacts of products and systems throughout their life. This tool, used widely in other industrial sectors, is applied for the first time to the Catalan cork sector in this thesis, by analysing the sector both globally and by subsystems. The weaknesses of the sector’s various subsystems have been detected, and proposals made regarding measures to favour cleaner production methods and key strategies to reduce the environmental impacts of cork products. Furthermore, the integrated analysis of the sector can lead to establishing global strategies for improvement based on industrial ecology, which will allow the sector to continue its advance towards sustainability. The results indicate that cork is a low-impact material that, as well as generating many products, contributes towards fixing Carbon dioxide. For every tonne of cork transformed into products 14.3 t of CO2 are fixed, so it can be said that the cork sector plays its part in the fight against climate change. This thesis is the first step towards sustainability taken by the sector, and it would be good to continue working along these lines, and also on other research that will be crucial in the future. Some of the areas that need investigation are: new potential cork products, with a greater added value, a pilot study of higher-impact operations, for which there could be various technological alternatives, and CO2 fixation associated with cork oaks.

El cultiu de cèl·lules animals és una tecnologia que disposa d'un gran potencial econòmic i social, cada cop més elevat degut a la pròpia importància de les aplicacions en les que es troben relacionats aquests productes, que es troba enfocat al descobriment, desenvolupament i ús de nous productes biotecnològics. Degut a la major complexitat del cultiu de cèl·lules animals i a les limitacions que presenten envers els cultius de cèl·lules procariotes per a l'obtenció d'elevades concentracions cel·lulars, és necessari dotar el cultiu de cèl·lules animals de tecnologies que permetin optimitzar‐ne la seva expansió cel·lular i poder evitar l'actual suboptimització de la majoria dels processos de cultius de cèl·lules animals, que s'han basat en estratègies de cultiu simples (discontinu) i que limiten fortament les concentracions finals obtingudes. Un dels paràmetres clau en un cultiu de cèl·lules és la concentració cel·lular, essent la màxima concentració cel·lular un dels objectius primordials dels cultius cel·lulars a la fi de poder obtenir la màxima productivitat. No és estrany, doncs, que aquest paràmetre es consideri el més important a monitorar en línia per a aquest tipus de processos. Tot i que la majoria de productes biotecnològics son produïts mitjançant cultius de cèl·lules animals que creixen en suspensió, cada cop existeix un ventall de productes més extens produït exclusivament per cèl·lules adherents, com per exemple quan una línia cel·lular adherent no s'ha pogut adaptar amb èxit cap a un cultiu en suspensió, quan el producte són les pròpies cèl·lules adherents, quan es tracta d'un producte viral o proteic que necessita dels tipus concrets de cèl·lules animals adherents o per a les tecnologies emergents de les cèl·lules mare i l'enginyeria tissular, on la majoria dels llinatges cel·lulars resultants són adherents. La problemàtica però, recau en que moltes de les tecnologies que es troben desenvolupades actualment es varen focalitzar cap als cultius de cèl·lules animals en suspensió, mentre que els cultius de cèl·lules animals adherents es deixaven a banda. El fet que aquestes cèl·lules es trobin adherides formant una monocapa a la superfície del sistema de cultiu i no es trobin en suspensió, implica que les actuals metodologies i sensors comercials utilitzats pel seguiment de la concentració cel·lular en cultius de cèl·lules no adherents i que gaudeixen d'una bona sensibilitat, no siguin aplicables. A més a més, les mesures actuals que s'utilitzen pel monitoratge de cultius de cèl·lules adherents impliquen la utilització de mètodes destructius i fora de línia, obligant a la utilització de diversos cultius en paral·lel per a poder obtenir més d'un valor de concentració cel·lular al llarg d'un creixement cel·lular, amb la variabilitat que això significa. Així doncs, en aquest treball s'ha abordat aquesta problemàtica, amb l'objectiu de desenvolupar i implementar unes tecnologies que permetin el seguiment, en línia, de la concentració cel·lular, ja sigui de forma directa o bé de forma indirecta, mitjançant la seva estimació a partir de la mesura de l'activitat cel·lular, i que pugui abraçar l'ampli ventall de línies cel·lulars existents que creixen en adherència i que disposen de característiques cel·lulars diferents (consums de nutrients, concentracions cel·lulars, necessitats en el medi de cultiu...). / The cultivation of animal cells is a technology that has great economic and social increasingly potentials, due to the very important applications in which these products are related, which are focused on the discovery, development and use of new biotechnology products. Due to the greater complexity of the cultivation of animal cells and its limitations to obtain high cell concentrations when compared to prokaryotic cells, we must develop new technologies which permits the optimization of animal cell cultures in order to prevent the current suboptimitzation of most animal cell cultures processes, which are usually based on simple cultivation strategies (batch) that limit strongly the final obtained cell concentrations. One of the key parameters in cell culture is cell density being, the maximum cell density, one of the main objectives of cell cultures in order to obtain maximum productivity. It's for this reason that it is considered the most important parameter to monitor online. Although most biotechnology products are produced by animal cells that grow in suspension cultures, the products produced exclusively for adherent cells are in constant increase, for example when an adherent cell line can't be successfully adapted to suspension cultures, when the product are the same adherent cells, when a required viral or protein product are only produced by specific types of adherent animal cells or for the emerging stem cell and tissue engineering technologies, where most of its related cell lines are adherent. The problem however, lies in that many of the current technologies have been developed for suspension animal cells, while adherent animal cell lines were left aside. The fact that these adherent cells are attached to the surface forming a monolayer culture system and are not suspended in the medium, means that the current methodologies and commercial sensors with good sensibilities used to monitor cell concentration in suspension cell cultures, can't be used for adherent cells. In addition, the current measurements used to monitor adherent cell cultures involve the use of destructive offline methods, forcing the use of various cultures in parallel in order to obtain different measurements over a whole cell growth, with the variability that it means. Thus, this work has been addressed to solve this problem with the objective to develop and implement some technologies that permits to online monitor of cell using direct methods and indirect methods through their estimation from the measurement of cellular activity, technologies which must permit to monitor cell concentration to the wide range of existing adherent cell lines with different cellular characteristics (nutrient uptake, final cell concentrations, needs in culture medium, etc.).

En la actualidad, el propósito de ahorrar energía y encontrar nuevas fuentes de energía renovables se ha convertido en un tema candente. Las fuentes de energía ambiental son la mejor solución para obtener energía gratis en prácticamente cualquier lugar. Fuentes de energía mecánica y, en particular, las vibraciones son una magnifica opción para recuperar una cantidad pequeña, pero interminable, de energía del ambiente para alimentar circuitos electrónicos de bajo consumo. Los dispositivos de recolección de energía nano- y microelectromecánicos (N/MEMS) pretenden ser el vínculo entre esos dos diferentes dominios. Un recolector de energía (energy scavenger) puede producir suficiente electricidad para alimentar un nodo autónomo de una red de sensores inalámbricos (WSN), sin la necesidad de una batería dedicada. Esta tesis se centra en el estudio, diseño, fabricación y caracterización de diferentes tipos de sistemas de recolección de energía a micro-escala. Los métodos de transducción investigados para convertir la energía mecánica en electricidad han sido el electrostático y el piezoeléctrico. El primero de ellos fue utilizado para integrar, en un mismo chip, un recolector de energía en una tecnología CMOS comercial. Después, se utilizaron dos diferentes tecnologías MEMS para la fabricación de un sistema electrostático y otro piezoeléctrico. Estos sistemas se han aprovechado de un concepto novedoso, definido por primera vez en esta tesis, llamado "Energy Harvester in Package". Este se basa en el uso del propio chip como masa inercial del resonador utilizado para recuperar la energía mecánica. La ventaja de este concepto es el aumento significativo de la densidad de potencia extraída en comparación con los diseños convencionales. Como resultado de estos procesos de fabricación, varios prototipos de diferentes sistemas de recolección de energía fueron fabricados y caracterizados, mostrando prometedoras expectativas. En la última parte de esta tesis, se realiza una extrapolación hacia dispositivos de recolección de energía a escala nanométrica. Esta se centra en el uso de nanohilos piezoeléctricos de ZnO para generar electricidad como consecuencia de movimientos. Esta innovadora área de investigación ha sido explorada y varios prototipos fueron fabricados para probar la combinación de elementos microscópicos resonantes y nanohilos piezoeléctricos de ZnO. / Nowadays, the aim of saving energy and finding new renewable sources has become a hot topic. Ambient energy sources are the best solution to obtain free energy in virtually any location. Mechanical energy sources and, in particular, vibrations are a wonderful option to recover a tiny but endless amount of energy from the environment to power lowconsumption electronics circuits. N/MEMS energy harvesting devices are aimed to be the link between these two different domains. An energy scavenger can generate enough electricity to power an autonomous node of a wireless sensor network (WSN) without the need of a dedicated battery. This thesis is focused on the study, design, fabrication and characterization of different approaches of vibration-driven energy harvesting systems at micro-scale. The transduction methods investigated to convert the mechanical energy into electricity have been the electrostatic and piezoelectric. The first one was used to monolithically integrate an energy scavenger into a commercial CMOS technology. Then, two different MEMS technologies for fabricating an electrostatic and a piezoelectric energy harvesting system were utilized. These systems took advantage of a novel concept, first defined in this thesis, called “Energy Harvesting in Package” that relies on the use of the whole die as inertial mass of the resonator utilized to recover the mechanical energy. The advantage of this concept is the significant increase of the extracted power density in comparison to the conventional approach. As a result of these fabrication processes, several prototypes of the converter part of different energy harvesting systems were developed and characterized showing promising expectations. In the last part of this thesis, a shift toward nano-scale energy scavenging devices is done. It is focused on the use of piezoelectric ZnO nanowires to generate electricity from motion. This cutting-edge field has been explored and several prototypes were fabricated to prove the combination of microscopic resonant elements with ZnO nanowires.

En el presente trabajo se han determinado las propiedades de la lipasa recombinante de Rhizopus oryzae contenida en un extracto proteico obtenido mediante el cultivo de Pichia pastoris (rROL). Posteriormente, se ha estudiado la inmovilización de la lipasa recombinante en soportes de diferente naturaleza, como son el polvo de polipropileno (EP100) y el Eupergit®. Con el objetivo de realizar una comparación, se realizaron los mismos estudios de caracterización e inmovilización con la lipasa nativa contenida en un extracto proteico obtenido del cultivo de Rhizopus oryzae (nROL). Los análisis de caracterización revelaron dos isoformas de la lipasa recombinante con idéntico N-terminal y con masas muy similares. Por otra parte, el extracto nativo mostró tres isoformas de nROL. En cuanto a los estudios de especificidad frente a triacilglicéridos, se determinó un comportamiento igual de nROL y rROL, mientras que con los análisis frente a ésteres de p-nitrofenol se dedujo la presencia de la esterasa en el extracto nativo. En los estudios de inmovilización, tanto nROL como rROL fueron hiperactivadas a ciertas relaciones de actividad ofrecidas por miligramo de soporte. Además, la estabilidad en función de la temperatura y el pH reveló que nROL es más estable que rROL tanto inmovilizada como en solución. Se estudió la síntesis de un aromatizante utilizándose tres derivados inmovilizados: rROL-EP100, rROL-Eupergit®CM y rROL-Sepabeads. Se analizó el efecto de diversas variables sobre la velocidad inicial de reacción y conversión final. El derivado que mostró unos mejores resultados fue el obtenido a partir del EP100 aunque rROL-Sepabeads fue el derivado inmovilizado más estable. Mediante la metodología de la superficie de respuesta, pudo analizarse el efecto de la concentración de ácido butírico y la relación molar butírico:etanol sobre la velocidad inicial de síntesis, la conversión y la producción. Los resultados de velocidad inicial y conversión mostraron un claro efecto inhibidor e inactivación a elevadas concentraciones de butírico. De igual modo un exceso de etanol también resultaba inhibidor. Las condiciones óptimas se determinaron en base a un modelo para maximizar la producción de butirato de etilo. Finalmente, rROL mostró capacidad catalítica en otras reacciones de interés industrial como son, la síntesis de la cortexolona-21-acetato, lípidos estructurados de baja carga calórica además de triacilglicéridos sustitutivos de las grasas presentes en leches maternas. / Extracts of mature Rhizopus oryzae lipase overexpressed in Pichia pastoris (rROL) and commercial ones from the native microorganism (nROL) have been characterized. Specific activity of rROL extract was more than 40 fold higher than nROL. The presences of multiple bands of lipases around 34 kDa were both extracts. The influence of ionic strength on optimum temperature and pH was also determined from both extracts, significant differences were observed. Finally, the specificity against triacylglycerol esters and p-nitrophenols esters was also analyzed. Similar behaviour was obtained in front of triacylglycerol esters; however rROL shown an opposite behaviour compared to nROL in front of p-nitrophenol esters with preferences for long chain derivatives because of the presence of an esterase in the commercial product. Two different kinds of support, the polypropylene powder EP100 and Eupergit®C, were tested to immobilize the enzymes. The study of the stability of soluble and immobilized enzymes was performed by means of the Box-Hunter experiment design. The stability of a soluble extracts as well as immobilized derivatives was analyzed and the studies showed higher stability or nROL. In order to apply rROL a flavour synthesis, it was immobilized in three different kinds of support (EP100, Eupergit®CM and Octadecyl-Sepabeads) with the aim of using it in the production of ethyl butyrate. The effect of different parameters on initial reaction rate and yield has been studied for each biocatalyst. The results showed the EP100 derivative as the best choice in terms of initial rate and yield but Sepabeads derivative was the most stable. Moreover, by means of a response surface methodology, the effect of butyric acid concentration and molar ratio butyric acid:ethanol on yield, initial synthesis rate and production was studied. An inhibitory effect as well as inactivation of the enzyme was detected at high concentration of butyric acid. The ethanol also showed an inhibitory effect. The optimum conditions were selected in order to maximise the production. Finally, rROL was used to synthesize cortexolone-21-acetate as well as different kinds of structured lipids, obtaining good results