Tesis (Maestra en Ciencias, Especialidad en Biotecnología) -- Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. / Título tomado de la pantalla de presentación [como fue visto el 30 de agosto de 2006] Incluye referencias bibliográficas. También disponible en formato impreso.

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Se sintetizaron varios materiales de óxido de titanio. Los mismos fueron caracterizados mediante las técnicas de adsorción de nitrógeno, microscopía electrónica de transmi-sión (TEM) y barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR). Los diversos materiales fueron ensayados con colorantes modelo para estudiar su capacidad de adsorción y fotode-gradación con el objetivo de combatir la polución causada por efluentes provenientes de la industria textil. El primer material estudiado fue TiO2 dopado con quitosano a fin de proveerle sitios positivos, con la intención de que adsorba -tanto colorantes catiónicos como aniónicos. El TiO2 se sintetizó por el método sol-gel utilizando como plantilla bromuro de hexadecil trimetil amonio (CTAB). La porosidad del material resultante aumentó con el incremento en el contenido de quitosano. La adsorción del colorante catiónico azul de metileno (MB) no es significativamente disminuida por la presencia del quitosano; mientras que en el caso del colorante aniónico benzopurpurina (BP) es notablemente aumentada. El análisis indica que la adsorción es en forma de monocapa sobre una superficie inhomogénea. La cinética de adsorción sigue el modelo de Avrami con n (orden de reacción) fraccionario indicando un mecanismo involucrando diferentes procesos. La cinética de adsorción de BP sobre TiO2 tratado con quitosano es afectada por el cambio de temperatura mostrando una disminución en los parámetros de Avrami, mientras que en el caso de MB sobre el mismo material los mismos no son afectados. El análisis de los datos indica que la cinética de adsorción tiene una fuerte influencia de la difusión interna (en los poros), que es diferente a tiempos cortos que a los largos. Es decir, hay dos procesos diferentes, pero la difusión no es el único proceso involucrado. También se estudió la fotodegradación de los colorantes. La remoción de MB aumenta con el contenido de quitosano en el TiO2, alcanzando un 95 % en el mejor de los casos. Sin embargo la remoción del colorante aniónico (BP) es afectada por la degra-dación del quitosano depositado sobre TiO2 por la exposición a la luz ultravioleta. Se estudió también el efecto del dopado con plata sobre la estructura y la capacidad adsorbente y de fotodegradación del material de TiO2. El material sintetizado presenta estructura laminar. La inclusión de Ag aumenta el área BET y la separación de las plaquetas, debido al mayor tamaño del ión Ag+ comparado con el de Ti4+. Consecuen-temente, la plata puede situarse en las superficies expuestas. Tanto el área BET como la separación de las plaquetas aumen-tan con el contenido de plata. La superficie de los materiales dopados es heterogénea, como era de esperar. La inclusión de plata aumentó notablemente la conductividad superficial del material. La energía de activación (Ea) del proceso no fue afectada en forma significativa desde el punto de vista esta-dístico, aunque sugiere una mayor dificultad de movimiento de los iones Ag+ con respecto a los Ti4+-más pequeños aunque más cargados. La capacidad de adsorción de MB ajustó igualmente bien con las isotermas de Freundlich y de Langmuir. La adsorción sobre el material con menor contenido de Ag es física, mientras que en los materiales sin tratar y con mayor contenido de Ag hay un cambio con la temperatura de adsorción química a física, con un máximo a aproximada-mente 35 C. La adsorción es mayor en materiales dopados que sin dopar. La cinética de adsorción sigue una ecuación de pseudo segundo orden, aunque a tiempos muy largos hay un cambio de mecanismo a cinética gobernada por difusión intraporos, una vez saturados los sitios más accesibles. La eficiencia fotodegradativa aumentó con el incremento en el contenido de Ag. La cinética de degradación fue ajustada por una ecuación de pseudo segundo orden, y los valores de kdeg (constante de velocidad de degradación) también crecen con el incremento en el contenido de metal. También se investigó TiO2 obtenido a partir de una microemulsión inversa. Al aumen-tar la relación (R) agua a surfactante el material sintetizado pasa de una mezcla de anatasa y rutilo (R= 10) a rutilo puro (R= 30) con un aumento de rutilo en la composición con R= 20. Todos los materiales obtenidos fueron mesoporosos laminares. El material con R= 20 mostró la mayor área específica y la mayor capacidad de adsorción de MB, y aparentemente la composición cristalina no tuvo influencia. Para R= 10 y R= 20, la adsorción es mejor representada por la isoterma de Freundlich, reflejando la heterogeneidad cristalina del material, mientras que para R= 30, la isoterma de Lang-muir, asociada con superficies homogéneas ajusta mejor. La cinética de adsorción de MB tiene mecanismos diferentes para t < 200 h que para tiempos mayores (donde es contro-lada por difusión interna). El período difusivo aparece a menor tiempo a medida que aumenta la porosidad (de R= 10 a R= 30). El material con mayor actividad fotodegradativa del colorante MB bajo luz UV fue el de R= 10 y el de actividad mas baja fue el de R= 30. En consecuencia, si bien la adsorción del MB no fue significativamente dependiente de la composición crista-lina, si lo fue la remoción fotodegradativa del mismo. Esto concuerda con el hecho conocido de que la anatasa es la fase del TiO2 fotocatalíticamente más activa. En cambio, la fotodegradación no mostró dependencia con el área especí-fica de los materiales. El aumento en la concentración del catalizador primero aumenta la actividad fotodegradativa y luego la reduce, lo que puede deberse a una combinación de aglomeración de las partículas de TiO2 reduciendo la accesi-bilidad de los sitios activos, y un aumento de la turbidez, reduciendo la cantidad de radiación UV que alcanza los sitios activos. Se realizó también un estudio computacional de la adsorción de naranja de acridina y acriflavina sobre anatasa y rutilo y se lo comparó con los resultados obtenidos experi-mentalmente. La simulación computacional en general da resultados concordantes con las determinaciones experi-mentales. La correlación entre Eads y DHads no puede ser perfecta porque Eads se calculó en el vacío, y DHads en solución. Para NA la tendencia general de ambas energías es la misma, mientras que no lo es para AF. Esto puede deberse a diferente hidratación de los grupos polares de ambos colorantes. Además, se estudió la posible degradación de los colorantes de acridina sobre anatasa y rutilo en presencia de luz ultravioleta. Se demostró que la anatasa presenta una capacidad de remoción de los colorantes mayor que el rutilo. También se realizaron los espectros infrarrojos de los materiales de TiO2 antes y después de finalizado el período fotodegradativo. Se dedujo que los posibles subproductos de degradación podrían ser NH4 +, NH3, CO2 y H2O. Por último se realizó una comparación entre la capacidad fotodegra-dativa de azul de metileno sobre algunos de los materiales sintetizados en el transcurso de este trabajo. Se demostró que los mejores resultados se obtuvieron con los materiales dopados con Ag, donde la capacidad de materiales compues-tos con varias fases cristalinas fue la más cercana a la de anatasa pura, que se conoce como la más activa de las formas cristalinas del TiO2. / Several titania materials were synthesized. They were characterized by the techniques of nitrogen adsorption, scanning (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier infrared transformed spectroscopy (FT-IR). These materials were tested with model dyes in order to study their adsorption and photodegradation capacity with the aim of fighting the pollution caused by effluents from textil industries. The first material studied was TiO2 doped with chitosan in order to provide positive sites so that it adsorb dyes -both cationic and anionic. The TiO2 was syntethized by means of the sol-gel method using hexadecyl trimethyl ammoniun bromide (CTAB) as template. The porosity of the resulting material augmented with the increase in chitosan content. Adsorption of cationic methylene blue (MB) dye does not significantly decreases in the presence of chitosan; while in the case of anionic benzopurpurin (BP) dye it increases notably. The analysis indicates that adsorption is in the form of monolayer on an inhomogeneous surface. The adsorption kinetics follows an Avrami model with fractionary n (reaction order) showing a mechanism which involves different processes. The adsorption kinetics of BP on TiO2 treated with chitosan is affected by temperature change which in turn shows a decrease in Avrami parameters; while they are not affected in the case of MB on the same material. The analysis of data indicates that adsorption kinetics has a strong influence over internal diffusion (in the pores), which in short periods of time is distinct from longer ones. In other words, there are two different processes but diffusion is not the only one involved. Photodegradation of dyes was also studied. The remotion of MB augments with the increase in the content of chitosan on TiO2, reaching a 95 % in the best of cases. However, the remotion of anionic dye BP is affected by the degradation of chitosan on TiO2 through exposition to ultraviolet light. The effect of TiO2 doped with Ag on structure, adsorption capacity and photodegradation was also studied. The material sinthesized exhibits lamellar structure. The inclusion of Ag augments both the BET area and platelets separation, because of the bigger size of Ag+ ion compared to the Ti4+ one. Consequently, silver can be found in the exposed surfaces. Both the BET area and platelets separation increase with the increment in Ag contents. The surface of doped materials is heterogeneus, as it is to be expected. The inclusion of silver notably increased the material superficial conductivity. The activation energy (Ea) of the process was not affected in a significantly way from the statistic point of view, although it suggests a bigger difficulty of movement of Ag+ ions with respect to Ti4+ ones- smaller but more charged. The adsorption capacity of Methylene blue fitted similarly well with Freundlich and Lagmuir isotherms. Adsorption on material with lower Ag contents is physical, whereas in untreated and higher Ag contents material there is a change with tempe-rature from chemical adsorption to physical, with a maximum of approximately 35 C. Adsorption in doped materials is higher than in undoped ones. Adsorption kinetics follows a pseudo second order equation, although there is a change in the mechanism at longer periods to a kinetic controlled by intrapores diffusion, once the more accesible sites have been saturated. Photodegradative efficiency augmented with the increase on Ag contents. Degradation kinetics was fitted by a pseudo second order equation, and the kdeg values (constant of degradation kinetics) also augments along with the increment in metal content. TiO2 obtained from a reverse microemulsion was also studied. When the relation (R) water to surfactant augment the sinthesized material passed through a mixture of anatase and rutile (R= 10) to pure rutile (R= 30) with an increase in rutile in the composition with R= 20. All the obtained materials were lamellar mesopores. The material with R= 20 showed the biggest specific area and the highest adsorption capacity of MB, and apparently the crystalline composition had no influence. For R= 10 and R= 20 the adsorption is better represented by Freundlich isotherm, reflecting the heterogeneity of materials, while for R= 30 the Langmuir isotherm asociated with homogeneus surface fits better. Adsorption kinetics of MB has for t < 200 h mecha-nisms different from those for longer periods (where is controlled by internal diffusion). The difusional period appeared at shorter times as the porosity augments (from R= 10 to R= 30). The material with high photodegradative activity of MB under UV light was R= 10 and the lowest activity was R= 30. In consequence, although MB adsorption was not significantly dependent on crystalline composition, its photodegradation remotion was. This is in agreement with the fact that anatase is the most active photocatalitic phase of TiO2. However, the photodegradation did not show depen-dence on the specific area of materials. The augmentation in the concentration of catalysts, first increases the photodegra-dative activity and then reduces it, which can be due to a combination of both aglomeration of TiO2 particles reducing the accesibility of active sites and an increase of turbidity, which reduces the quantity of UV radiation reaching the active sites. A computational study of both acridine orange and acriflavine adsorption on anatase and rutile was also performed; and it was compared with the experimental results obtained. In general, the computational simulation gives results concordant with experimental determinations. The correlation betwen Eads y DHads cant be perfect because Eads was calculated on vacuun, and DHads in solution. For NA, the general tendency of both energies is the same, while for AF is not. This could be due to a different hidratation of the polar groups of both dyes. Moreover, the possible degradation of acridine dyes on anatase and rutile under ultraviolet light was studied. It was demonstrated that anatase showed a better remotion capacity of dyes than rutile. The infrarred spectrums of TiO2 materials before and after the photodegradation period was finished were also made. It was inferred that the possible degradation subpro-ducts could be NH4 +, NH3, CO2 and H2O. Finally, a comparison between the photodegradative capacity of methylene blue on several materials synthesied in the development of this work was studied. It was shown that the best results were obtained with Ag doped materials, where the composed material capacity of several crystalline phases was closest to pure anatase, known as the most active of TiO2 crystalline forms.

Desde el comienzo de la humanidad, el hombre ha utilizado colorantes. Hasta mediados del siglo XIX, todos los colorantes empleados eran de origen natural, tanto orgánicos como inorgánicos. La fabricación de colorantes sintéticos se inició en 1856. Ya a comienzos del siglo XX, los colorantes sinté-ticos suplantaron casi por completo a los colorantes naturales. Sobre la base de la estructura química o del cromóforo, se pueden discernir 20-30 grupos diferentes de colorantes. Los colorantes azo (monoazo, disazo, triazo, poliazo), antraqui-nona, ftalocianina y triarilmetano son los grupos cuantitativa-mente más importantes. La principal vía por la que los colorantes se incorporan al ambiente es a través de las aguas residuales. Muchos colorantes son visibles en agua a concen-traciones tan bajas como 1 mg/L. Los efluentes textiles típica-mente presentan un contenido de colorante en el intervalo 10-200 mg/L y son altamente coloreados. La liberación de estos colorantes supone un peligro ecotóxico. Es así que la descar-ga de aguas residuales coloreadas provenientes de diversos sectores industriales es actualmente un grave problema de la gestión ambiental. Se pueden emplear varios pre-tratamientos físicos, químicos y biológicos, previos al tratamiento principal y a las técnicas de post-tratamiento para eliminar el color de las aguas residuales que contienen colorantes. El objetivo de esta Tesis fue estudiar la eliminación de tres colorantes comerciales: alizarina (colorante antraquinona), azul negro de eriocromo R (colorante azo), y fluoresceína (colorante aril-metano). Los mismos fueron elegidos porque pertenecen a las tres clases de colorantes que representan el mayor porcen-taje de color en un efluente textil real. En primer lugar se detallan las propiedades y la caracterización de los óxidos de hierro utilizados como adsorbentes: goetita, Co-goetita y magnetita, así como también de los tres colorantes seleccio-nados. Luego, se presentan los resultados obtenidos en el estudio de adsorción de los tres colorantes utilizando a los tres óxidos de hierro. Se muestra el estudio de las isotermas de adsorción, el comportamiento de la adsorción en función del pH, las propiedades ácido-base de los sitios superficiales libres y unidos al colorante, y los modelados incluyendo reacciones de complejación superficial aplicando un modelo apropiado de doble capa eléctrica. Los tres óxidos de hierro en la secuencia goetita > Co-goetita > magnetita han demos-trado ser eficientes para la remoción de los tres colorantes estudiados en medio acuoso. Los valores de las constantes de acidez superficial de los óxidos estudiados al igual que los valores de las constantes de desprotonación de los colorantes afectarán en forma conjunta el comportamiento de la adsor-ción con el pH. Puesto que en esta Tesis se utilizó al quitosa-no como soporte para la eliminación de colorantes por catá-lisis enzimática heterogénea, se determinó la capacidad adsorbente del quitosano y se compararon los resultados de adsorción con aquellos obtenidos empleando los adsorbentes goetita y magnetita. A partir de las experiencias cinéticas se pudo concluir que la adsorción de todos los colorantes sobre quitosano es rápida y comparable a la de los óxidos de hierro. El quitosano es un adsorbente excelente (mejor que los óxidos de hierro) para alizarina y azul negro de eriocromo R. En el caso de la fluoresceína, la goetita a pH 5 y 9 fue más eficiente como adsorbente que el quitosano. Se emplearon métodos de mecánica molecular para estudiar las interaccio-nes estéricas entre los colorantes y las superficies de los óxidos. Además, se obtuvieron los correspondientes espectros por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), y en el caso de la fluoresceína también se utilizó espectroscopia Raman. El modelado con MM2 nos permitió considerar estructuras diferentes que pueden explicar las tendencias encontradas en la adsorción de estos tres coloran-tes sobre los óxidos de hierro estudiados en esta Tesis. Los modelados teóricos y moleculares empleados en esta Tesis concuerdan con nuestros datos de adsorción y con los espectros FTIR obtenidos a diferentes valores de pH. Se presenta un análisis comparativo de las capacidades de la enzima peroxidasa de rábano picante (HRP) y su biomimético hematin, ambos en forma libre, en reacciones específicas para la eliminación de los tres colorantes seleccionados. Las activi-dades de la HRP y del hematin son claramente diferentes. No sólo la eficiencia en la eliminación final de los colorantes es diferente, también existen claras diferencias en las vías de reacción. El hematin demostró ser un biomimético potencial, útil y eficaz de HRP. Finalmente, se muestra el estudio de la inmovilización tanto de HRP como de hematin sobre diferen-tes soportes para ser utilizados en la remoción de los tres colorantes. Se evalúa la actividad catalítica a través de experiencias que surgen de la aplicación de un diseño experi-mental utilizando el programa Statgraphics Centurion XVI, y se establece la estabilidad de los sistemas estudiados mediante ensayos de reuso. Se pudo demostrar que la adsorción simple no resulta un método efectivo para inmovi-lizar HRP al quitosano, mientras que sí se logra inmovilizar a esta enzima en el quitosano a través de la activación con glutaraldehído. Solamente se realizó un diseño factorial para el azul negro de eriocromo R. Las experiencias de reuso mostra-ron que los catalizadores soportados son más estables que los solubles. / Since the beginning of humanity, man has used dyes. Until the midnineteenth century, all dyes were natural, organic and inorganic. The manufacture of synthetic dyes began in 1856. By the early twentieth century, synthetic dyes almost comple-tely supplanted the natural dyes. On the basis of the chemi-cal structure or chromophore, one can discern 20-30 different groups of dyes. Azo dyes (monoazo, disazo, triazo, polyazo), anthraquinone, phthalocyanine and triarylmethane are quanti-tatively the most important groups. The main route by which dyes enter the environment is through wastewater. Many dyes are visible in water at concentrations as low as 1 mg/L. Textile effluents typically have dye content in the range 10-200 mg/L and are highly coloured. The release of these dyes supposed an ecotoxic danger. Thus the discharge of coloured wastewater from various industrial sectors is now a serious problem of environmental management. It can be used various physical, chemical and biological pre-treatments, prior to primary treatment and post-treatment techniques to remove colour from wastewater containing dyes. The goal of this Thesis was to study the elimination of three commercial dyes: alizarin (anthraquinone dye), eriochrome blue black R (azo dye) and fluorescein (aryl-methane dye). They were chosen because they belong to the three kinds of dyes repre-senting the highest percentage of colour in a real textile effluent. First details the properties and characterization of the iron oxides used as adsorbents: goethite, Co-goethite and magnetite, as well as the three selected dyes. Next, we pre-sent the results of the adsorption study of three dyes using the three iron oxides. Shown the study of the adsorption isotherms, the adsorption behaviour as a function of pH, acid-base properties of free surface sites and linked to the dye, and models including surface complexation reactions using an appropriate double layer model. The three iron oxides in the sequence goethite > Co-goethite > magnetite have proved be efficient for the removal of the three dyes studied in aqueous media. The values of the surface acidity constants of the oxides studied as well as the values of the constants of desprotonation of the dyes jointly affect the behaviour of the adsorption with pH. Since in this Thesis chitosan was used as a support for the removal of dyes in heterogeneous enzymatic catalysis, we determined the adsorbent capacity of chitosan and compared the results of adsorption with those obtained using the adsorbents goethite and magnetite. From kinetic experiments it was concluded that the adsorption of all dyes on chitosan is rapid and comparable to that of iron oxides. Chitosan is an excellent adsorbent (rather than iron oxides) for alizarin and eriochrome blue black R. In the case of fluorescein, the goethite at pH 5 and 9 was more efficient as an adsorbent that chitosan. We used molecular mechanics methods to study the steric interactions between the dyes and the surfaces of the oxides. In addition, were obtained the corresponding spectra by Fourier Transform infrared spectros-copy (FTIR), and in the case of fluorescein Raman spectros-copy was also used. The MM2 modelling allowed us to consi-der different structures that can explain the trends found in the adsorption of these three dyes on the iron oxides studied in this Thesis. The theoretical and molecular modelling used in this Thesis is consistent with our adsorption data and FTIR spectra obtained at different pH values. We present a compa-rative analysis of the capabilities of the enzyme horseradish peroxidase (HRP) and its biomimetic hematin, both in free form in specific reactions for the elimination of the three selected dyes. The activities of HRP and hematin are clearly different. Not only the final removal efficiency of the dyes is different, also there are clear differences in reaction pathways. The hematin proved to be a potential HRP biomimetic, useful and effective. Finally, we show the study of both HRP and hematin immobilization on different supports for use in the removal of the three dyes. Catalytic activity is evaluated through experiences that arise from the implementation of an experimental design using the Statgraphics Centurion XVI program, and establishing the stability of the systems studied by tests of reuse. We show that simple adsorption is not an effective method for immobilizing HRP to chitosan, whereas it is achieved to immobilize the enzyme on the chitosan via glutaraldehyde activation. Only a factorial design for eriochrome blue black R was performed. The reuse experien-ces showed that supported catalysts are more stable than soluble ones.

Ingeniero Civil Químico / En el próximo siglo la falta de agua se hará presente en todo el mundo, provocado principalmente por un incremento en el consumo por parte de la agricultura, la industria y la producción de energía; causando un efecto dominó que incrementará los efluentes no tratados y acrecentando el riesgo de polución de las reservas de agua, lo que generará una mayor escasez de este recurso. Debido a lo anterior, se hace necesario elaborar nuevos materiales multifuncionales que puedan tratar el agua, evitando que la contaminación por microorganismos, orgánicos, iones de metales pesados, entre otros siga, aumentando. Un componente utilizado en estos nuevos materiales es el óxido de grafeno (GO), debido a sus buenos resultados en esta área. El objetivo de este trabajo es preparar y caracterizar papel de GO y papel de GO con quitosano (CS) y estudiar sus estructuras, capacidades de adsorción de un contaminante soluble (azul de metileno, MB) y efecto antimicrobiano contra dos bacterias (E. coli y S. aureus). Para ello, se sintetiza GO mediante una modificación del método de Hummers y se preparan los papeles. La caracterización se realiza por los métodos de XRD, FTIR, espectroscopia Raman, SEM y EDS. Finalmente, se comparan las propiedades de adsorción y antimicrobianas. Como resultado se logró preparar un papel de GO y uno híbrido, y a través de las caracterizaciones se observó que: tienen una estructura laminada ordenada y que el CS permea el acoplamiento de hojas de GO, uniéndose por medio de enlaces de hidrógeno, principalmente. Estas láminas poseen una capacidad máxima de adsorción del pigmento (q_m) de 370,4 y 103,1 [mg/g], respectivamente. Por otro lado, la reducción de colonias de E. coli a causa del contacto de estas con el papel de GO y el híbrido fue de 22±5 y 30±2 [%], respecto al control. Por otro parte, para S. aureus los valores fueron 56±2 y 53±5 [%]. Para las dos bacterias existieron diferencias significativas de los papeles respecto al control (sin material antimicrobiano), pero no entre ellos. Se concluye que se pudieron desarrollar dos métodos simples para preparar papeles de GO y de GO/CS, los que pueden adsorber colorantes y tiene propiedades antimicrobianas. Sobre la primera función, el papel híbrido posee una capacidad de adsorción máxima menor de MB porque tiene menos GO por [mg] de material y por la protonación de grupos anima del CS, que repelen al colorante. Por otro lado, en el ensayo de microbiología se utilizaron láminas cuadradas de 1 [cm^2], con las que el papel híbrido tuvo un [%] mayor o similar de reducción de colonias que el papel de GO, a pesar de que estos últimos tuviesen una masa ~40 [%] mayor que la de los de GO/CS. Como proyección, se podría utilizar grafito de láminas más grandes para comprobar si este facilita la preparación de láminas de papel de mayor tamaño.

xv, 114 p.: il.; 30 cm. / Actualmente, el Perú es el mayor productor y exportador de carmín de cochinilla, cuya participación global es de 85% y con un gran potencial de crecimiento, dada la tendencia de los países desarrollados de consumir productos naturales. El carmín de cochinilla como colorante natural es utilizado en diferentes industrias: la alimentaria, cosmética, farmacéutica e incluso en bebidas alcohólicas. Es preferido frente a los sintéticos, por no ser tóxico y por formar parte de la mayor demanda mundial de los productos orgánicos. Hecho que constituye una importante ventaja competitiva en base a una diferenciación del producto. En cuanto al crecimiento de las exportaciones en kilogramos, la industria del carmín de cochinilla todavía es mínima. Ha logrado un 2% en el 2014 y 3% en el 2015, porcentajes reducidos debido al desconocimiento de las propiedades naturales del carmín y también a la alta demanda de los colorantes sintéticos en las diferentes industrias que compiten con precios bajos. Generar cambios, implica inversión en mayor tecnología, tecnificación y elevación de los rendimientos en el campo. En este sentido, el planeamiento estratégico que se propone para la industria del carmín de cochinilla se ha desarrollado de acuerdo a la secuencia propuesta por D´Alessio (2015), con el objetivo de generar una visión para la industria, analizar el entorno e identificar las oportunidades y amenazas, así como el intorno para identificar las fortalezas y debilidades a fin de poder desarrollar estrategias que nos permitan alcanzar los objetivos de largo plazo y así lograr nuestra visión. Para alcanzar nuestra visión en el 2026 requerimos cinco objetivos de largo plazo: aumentar nuestra participación y posicionamiento en el mercado mundial, incrementar las áreas de cultivo de cochinilla, mejorar el rendimiento de dichas áreas en base a mayor tecnificación, elevar la productividad de la cochinilla para la obtención del carmín y por último desarrollar una industria social y ambientalmente responsable. Para lograr estos objetivos se han propuesto que mediante los filtros de las diferentes matrices del enfoque de Planeamiento Estratégico (D´Alessio, 2015), se determinen seis estrategias que están alineadas con los objetivos y son económicamente viables, a la vez que son éticas y respetuosas del medio ambiente / At present Peru is the largest producer and exporter of cochineal carmine with an 85% global participation, and great potential for growth given the tendency of developed countries in consuming natural products. The cochineal carmine as a natural dye is used in different industries like the food industry, the pharmaceutical cosmetics industry and even in alcoholic beverages. The growth of exports in kilograms, the cochineal carmine industry is reduced achieving a 2% in 2014 and 3% in 2015, this is due to the lack of knowledge of the natural properties of the carmine and the large participation pf synthetic dyes in the different industries which compete with low prices. The strategic planning proposed for the cochineal carmine industry is developed according to the sequence proposed by D´Alessio (2015), whose objective was to generate a vision for the industry, analyzing the environment and identifying the opportunities and threats, as well as the environment to identify the strengths and weaknesses in such a way to develop strategies that will allow us to reach our long term objectives and thus achieving our vision. To reach our vision in 2026 we require five long term objectives: increase our participation in the global market, increase the cultivation area of the cochineal, improve the production of these areas, improve the yield of the cochineal to obtain the carmine and last, but not less important, develop a social responsible industry. To reach these objectives we have proposed various strategies which through the filters and the different matrices we have retained six strategies that are aligned with the objectives and are economically viable and at the same time are ethical and are environmentally friendly / Tesis

En este trabajo se analizan las características de emisión de los láseres de colorantes, en particular de aquellos que operan en forma pulsada. Inicialmente discutiremos las características dinámicas del medio activo relacionadas con los distintos procesos involucrados en la operación del láser. Si bien los fundamentos generales de su funcionamiento son conocidos desde hace años, las dificultades de lograr sintonía encauzando la radiación en anchos de banda estrechos sin perder eficiencia (relación entre la energía emitida y la absorbida) aún subsisten y diversos sistemas y métodos se plantean día a día para optimizar la solución del problema. Los láseres gaseosos pulsados poseen características de emisión cuyos efectos sobre los de colorantes son semejantes. En este caso, ilustraremos el problema estudiando el comportamiento de una solución de Rodamina 6G excitada mediante un láser de Xe iónico pulsado. La emisión continua obtenida al excitar el mismo medio con un láser de Ar iónico, posibilita la comparación de ambos modos de operación mostrando la drástica variación espectral de ambos. Posteriormente, es descripta la utilización de un método que permite gobernar el espectro de emisión en láseres de colorantes pulsados. Mediante un sencillo modelo fenomenológico que toma en cuenta la interacción flujo-molécula, se discutirán luego las principales características observadas ya sea con o sin sintonía. Finalmente, se analizan los resultados obtenidos así como las ventajas y desventajas del método utilizado y sus posibles aplicaciones.

Orientador : Maria Isabel Felisberti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T13:04:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saron_Clodoaldo_D.pdf: 15327470 bytes, checksum: 2521543164405b92f904023202e8c63c (MD5) Previous issue date: 2005 / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Quimica

Doctor en Nutrición y Alimentos / Programa Conjunto: Facultad de Ciencias Agronómicas, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas, Facultad de Medicina, Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias e Instituto de Nutrición y Tecnología de Alimentos. / Las fuentes naturales de pigmentos rojos son escasas y comúnmente se utiliza la betanina que se obtiene de la betarraga (Beta vulgaris). La tuna púrpura (Opuntia ficus-indica) es una fuente de betalaínas, las cuales podrían utilizarse potencialmente como colorantes en la industria de alimentos. Tradicionalmente, las betalaínas se obtienen por extracción con solventes y son inestables frente a factores ambientales (luz, oxígeno, temperatura y agua) por lo cual pueden degradarse perdiendo su capacidad colorante y antioxidante. En este contexto, la utilización de la tecnología de membranas y la encapsulación se presentan como herramientas para la obtención y protección de estos pigmentos, respectivamente. De acuerdo a estos antecedentes, el objetivo de esta tesis fue estabilizar las betalaínas del extracto obtenido por tecnología de membranas y la pulpa de tuna, utilizando microencapsulación. Para la obtención del extracto de tuna púrpura se aplicó microfiltración (MF) y ultrafiltración (UF), evaluando membrana cerámica y polimérica. La MF permitió clarificar la pulpa de tuna obteniéndose mejores resultados con membrana tipo cerámica. El extracto UF correspondió a una solución clarificada (sin mucílago), con un contenido de betalaínas similar al de la pulpa, pero con un menor contenido de azúcares. Se encapsuló extracto UF y pulpa de tuna púrpura (P) mediante secado por atomización utilizando Capsul (C) y K4484 (K) como agentes encapsulantes de acuerdo a un diseño experimental Composito central más punto axial para cada sistema de micropartículas estudiado (P-C, P-K, UF-C y UF-K). La temperatura del aire de entrada al secador y la relación (P ó UF)/agente encapsulante tuvieron un efecto significativo sobre la eficiencia de encapsulación (EE), la recuperación (R) de betacianinas y betaxantinas y el rendimiento del proceso. La condición óptima de la temperatura de secado estuvo determinada por el tipo de agente encapsulante y la relación (P ó UF)/(C ò K) por el tipo de extracto y agente encapsulante. En los sistemas con pulpa (P-C, P-K) se incorporó menor cantidad de polímero, sugiriendo la participación del mucílago como agente encapsulante. Todos los sistemas de micropartículas obtenidos bajo condiciones óptimas mostraron EE de betacianinas y betaxantinas sobre 98% debido a una fuerte interacción betalaínas-polímero por interacciones electrostáticas y/o formación de puentes de hidrógeno. Las recuperaciones de betacianinas y betaxantinas alcanzaron valores entre 68,5 – 77,8 % y 79,2 - 100%, respectivamente y sobre 62% de rendimiento. Se estudió la cinética de degradación de betacianinas y betaxantinas desde micropartículas obtenidas bajo condiciones óptimas, durante el almacenamiento a 30, 45 y 60°C. La degradación de betalaínas siguió una cinética de pseudo-primer orden a todas las temperaturas y sistemas estudiados. Las constantes de velocidad de degradación de betacianinas y betaxantinas fueron significativamente mayores en el sistema P-C respecto a P-K, UF-C y UF-K. No se observaron diferencias significativas en la energía, entalpía (ΔH≠) y entropía (ΔS≠) de activación entre las micropartículas de los sistemas estudiadas. Se obtuvo una relación lineal en el gráfico (ΔH≠) versus (ΔS≠) (R2=0.995), este efecto de compensación señala que todos los sistemas de micropartículas siguieron un mismo mecanismo de degradación de betalaínas, siendo la hidrólisis el principal. Se formuló una mezcla seca para bebida refrescante con los sistemas de micropartículas obtenidas bajo condiciones óptimas y se evaluó su estabilidad durante el almacenamiento a 30°C. Las micropartículas obtenidas en este estudio podrían ser aplicadas como colorantes con actividad antioxidante en la industria de alimentos para el diseño de productos instantáneos como jugos, sopas entre otros, debido a su alta estabilidad y solubilidad en agua / Natural sources of red pigments are scarce, and betanin obtained from beetroot (Beta vulgaris) is commonly used in the food industry. Purple cactus pear (Opuntia ficus-indica) is a source of betalains, which could be used as colorant for foods. Usually, the betalains are obtained by solvent extraction and are unstable to environmental factors (light, oxygen, temperature and water) losing its colorant and antioxidant capacity. In this context, membrane and encapsulation technologies appear as tools for obtaining and protecting, respectively, these pigments. Therefore, the aim of this thesis was to stabilize a cactus pear betalains extract obtained by membrane technology, and cactus pear pulp, using microencapsulation techniques. Microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF), was used to obtain the purple cactus pear extract, assessing ceramic and polymeric membrane. The MF allowed clarifying the cactus pear pulp, obtaining better results with the ceramic membrane. UF extract corresponded to a clarified solution (without mucilage) with similar betalains content than cactus pear pulp, but with lower sugar content. UF extract and purple cactus pear pulp were encapsulated by spray drying using Capsul (C) and K4484 (K) as encapsulating agents, according to an experimental design (Central Composite Design (CCD) plus axial point) for each microparticles system studied (P-C, P-K, UF-C and UF-K). The inlet air temperature and the (P or UF)/encapsulating agent ratio showed significant effect on the encapsulation efficiency (EE), the betaxanthins and betacyanins recovery (R) and yield. The optimum condition of the drying temperature was dependent on the encapsulating agent, and the (P or UF)/(C or K) ratio by the extract type and encapsulating agent. Systems with pulp (PC and PK) allowed greater amount of extract incorporation, suggesting the mucilage contribution as encapsulating agent. The betalains (betacyanins and betaxanthins) encapsulation efficiency (EE) reached values about 98% for all the systems studied, without significant differences among the microparticle systems, revealing a high interaction betalain-polymer due to electrostatic interactions and/or hydrogen bond. The recovery (R) of betacyanins and betaxanthins was between 68.5 to 77.8 % and 79.2 to 100%, respectively, and over 62% yield. The betaxanthins and betacyanins degradation kinetics of microparticles obtained under optimum conditions during storage at 30, 45 and 60 °C was studied. Betalains followed pseudo-first order degradation kinetics in all temperatures and systems studied. The degradation rate constants of betaxanthinss and betacyanins were significantly higher in P-C system compared with P-K, UF-C and UF-K. No significant difference in the activation energy, enthalpy (ΔH≠) and entropy (ΔS≠) between the microparticles systems studied was observed. A linear relationship was obtained in the graph gráfico (ΔH≠) versus (ΔS≠) (R2=0.995), this compensation effect showed that there is a similar betalains degradation mechanism in all microparticles systems, being hydrolysis the main pathway. A dry mix for soft drinks was formulated with microparticles obtained under optimum conditions of each system studied, and the storage stability was evaluated at 30 °C. The microparticles obtained in this study could be applied as a colorant with antioxidant activity in the food industry for the formulation of instant products such as juices or soups, among others, due to its high stability and solubility in water / FONDECYTT

Realiza el estudio de catalizadores basados en nanopartículas de TiO2 para la degradación fotocatalítica del colorante cibacrón navy H-2G. Las muestras de nanopartículas utilizadas fueron TiO2 comercial Degussa P25 y TiO2 industrial Avanzare. Utiliza como soportes láminas de vidrio, PET y PVC. Las láminas se lavaron con agua y detergente, se enjuagaron con agua destilada y se introdujeron a un recipiente plano que contenía una solución de HCl a un pH 2 por 8 horas. Finalmente se lavaron con agua destilada, se secaron y pesaron. Se preparó una dispersión de TiO2 al 2% y se sonicó durante 30 minutos para alcanzar la homogeneidad. Se colocó las láminas preparadas en un recipiente plano, se adicionó rociando la suspensión de TiO2, se dejó reposar y secar a temperatura ambiente. Las láminas de vidrio se secaron a 110 °C y las láminas de PET y PVC a 50 °C en ambos casos durante 1 hora, luego se enfriaron en un desecador y se pesaron. Este procedimiento se repitió 3 veces para tener una mayor cantidad de TiO2 impregnado. Se realizaron pruebas de reuso de las láminas obteniéndose resultados óptimos para tres ensayos consecutivos. Para caracterizar a los catalizadores se utilizan las técnicas: DRX, SEM, TEM y DLS. La medición de la actividad fotocatalítica de los catalizadores soportados se realizó con las láminas soportadas, obteniendo como resultado en todos los casos la decoloración total. Se calcula el porcentaje de degradación del colorante con un equipo medidor de COT obteniéndose con el TiO2 Avanzare 77.8 % de degradación, con el TiO2 Degussa P25 52,8 % de degradación. / Tesis