En la presente tesis doctoral se investigó la síntesis y caracterización de catalizadores monolíticos y su aplicación en tres importantes reacciones multifásicas: desoxigenación e hidrogenación de aceites vegetales y la oxidación de compuestos orgánicos no biodegradables en medio acuoso. El uso de catalizadores estructurados permite la intensificación de los procesos, mejorando el contacto reactivo-catalizador en una reacción multifásica y facilitando la posterior separación del sólido de los productos líquidos, reduciendo así los costos globales del proceso. El sustrato Al2O3/Al, utilizado en todos los catalizadores de esta tesis, fue obtenido por anodizado de placas de aluminio. Se investigaron diversos tratamientos con el objetivo de modificar las propiedades texturales de la alúmina anódica, lográndose generar la fase -Al2O3 firmemente adherida al aluminio. También se estudió la solubilidad del sustrato en medio acuoso a diferentes pH, encontrándose una buena resistencia a la disolución entre pH 2 a 10. La reacción de desoxigenación de aceites vegetales consiste en la remoción del oxígeno contenido en los ácidos grasos del aceite, a fin de obtener una mezcla de alcanos lineales que constituyen el green diésel, el cual puede ser utilizado directamente en los motores diésel convencionales. Para esta reacción se sintetizaron los catalizadores Pd/Al2O3/Al y Mo2C/Al2O3/Al. Cuando el catalizador Mo2C/Al2O3/Al fue testeado en la reacción de hidrodesoxigenación de ácido oleico, presentó una elevada selectividad hacia la saturación de los enlaces C=C y casi nula actividad en las reacciones de desoxigenación. En el caso del catalizador Pd/Al2O3/Al, se favorecieron las reacciones de hidrogenación, desoxigenación y craqueo catalítico del ácido graso, presentando un rendimiento a productos líquidos entre 72 y 88% en el intervalo de temperatura investigado. Los catalizadores monolíticos mantuvieron su elevada actividad catalítica inicial durante 6 h. La industria textil es considerada como una de las actividades más contaminantes, generando una gran cantidad de efluentes con colorantes, los cuales necesitan ser tratados para poder ser vertidos debidamente. Se sintetizaron catalizadores monolíticos Nb2O5/Al2O3/Al por impregnación húmeda de oxalato de niobio, lográndose generar una capa de niobia firmemente adherida al soporte y estable en medio acuoso. El catalizador presentó una elevada actividad en la degradación de azul de metileno en presencia de peróxido de hidrógeno a temperatura ambiente, alcanzando niveles de degradación del colorante mayores al 95% en 150 min. El catalizador Nb2O5/Al2O3/Al mantuvo su elevada actividad catalítica luego de 10 usos consecutivos, inclusive para un efluente textil modelo. La hidrogenación de aceites vegetales es un proceso de gran interés, por el cual se mejora la consistencia y resistencia oxidativa del aceite permitiendo su uso en una gran diversidad de aplicaciones. Para esta reacción se sintetizaron los catalizadores Pt/-Al2O3 (polvo) y Pt/Al2O3/Al (monolítico). Ambos catalizadores presentaron una elevada actividad y selectividad catalítica, manteniendo su actividad inicial en usos consecutivos. Se realizó el modelado matemático del reactor, para ambos catalizadores en sus respectivas configuraciones: reactor slurry y con agitador monolítico. Se consideraron las reacciones de hidrogenación e isomerización y los fenómenos de transferencia de masa involucrados en el proceso. Se reprodujo en forma satisfactoria los resultados experimentales obtenidos para ambos catalizadores. A partir de los resultados experimentales y el modelo matemático del reactor, se desarrolló un análisis técnico-económico para la implementación a escala industrial del catalizador Pt/Al2O3/Al en el proceso de hidrogenación de aceite vegetal. Se encontró que el proyecto es factible, siendo el costo del aceite de girasol refinado el parámetro más relevante en la rentabilidad del proyecto. Por otro lado, cuando se analizó la posible implementación del catalizador Nb2O5/Al2O3/Al en el tratamiento de efluentes textiles, los resultados preliminares obtenidos avalaron su factibilidad económica. / This Ph.D. Thesis deals with the synthesis and characterization of monolithic catalysts and their application in three important multiphase reactions, namely, deoxygenation and hydrogenation of vegetable oils and oxidation of non-biodegradable organic compounds present in aqueous medium. The use of structured catalysts allows the intensification of the processes, improving the reagent-catalyst contact in a multiphasic reaction and simplifying the subsequent separation of the solid catalyst from the liquid products, thus reducing the overall costs of the process. The Al2O3/Al substrate, common to all catalysts within this thesis work, was obtained by anodizing aluminum plates. Different treatments were investigated aiming the modification of the textural properties of the anodic alumina, which finally led to a procedure enabling the generation of a -Al2O3 phase firmly bonded to the aluminum substrate. The solubility of the substrate in aqueous medium at different pH was studied as well, finding appropriate resistance to dissolution in the pH range 2-10. The reaction of deoxygenation of vegetable oils consists on the removal of the oxygen contained in the fatty acids of the oil to achieve a mixture of linear alkanes that constitute the green diesel, which can be used directly in conventional diesel engines. The catalysts Pd/Al2O3/Al and Mo2C/Al2O3/Al were synthesized to conduct the deoxygenation reaction. The Mo2C/Al2O3/Al catalyst was tested in the hydrodeoxygenation reaction of oleic acid, showing high selectivity towards the saturation of the C = C bonds and negligible activity for the deoxygenation reactions. Regarding the Pd/Al2O3/Al catalyst, the hydrogenation, deoxygenation and catalytic cracking reactions of the fatty acid were favored, presenting a yield to liquid products between 72 and 88% in the temperature range under study. It´s worth mentioning that the monolithic samples maintained a high initial activity for 6 h. The textile industry is usually considered as one of the most polluting activities, generating a large amount of effluents with dyes, which require treatment before final disposal. Monolithic Nb2O5/Al2O3/Al catalysts were synthesized by wet impregnation of niobium oxalate, managing to generate a niobia layer firmly adhered to the support and stable in aqueous medium. The catalyst showed a high activity in the degradation of methylene blue in the presence of hydrogen peroxide at room temperature, reaching levels of dye degradation exceeding 95% after 150 min. The Nb2O5/Al2O3/Al catalyst also proved successful regarding reuse, maintaining a high catalytic activity after 10 consecutive experiences, including among them a model effluent of the textile industry. The hydrogenation of vegetable oils is a widespread industrial process, by which both the consistency and the oxidative resistance of the oil are improved, allowing its use in a wide variety of applications. This Thesis reports results concerning the synthesis, characterization and reaction evaluation of Pt/-Al2O3 (powder) and Pt/Al2O3/Al (monolithic) catalysts aiming the hydrogenation of sunflower oil. Both catalysts presented a high activity and catalytic selectivity, maintaining their initial activity in consecutive uses. Mathematical models to represent the semi-batch reactor behavior were developed for both catalysts configurations, namely, a slurry reactor and a reactor with monolithic stirrer. Hydrogenation and isomerization reactions as well as the mass transfer phenomena involved were considered. The experimental observations for both catalytic systems were successfully reproduced. Based on the experimental results and the mathematical model of the reactor, a technical-economic analysis was developed aiming the industrial-scale implementation of the Pt/Al2O3/Al monolithic catalyst in the hydrogenation process of vegetable oils. The project was found to be feasible, arising the cost of the refined sunflower oil as the most relevant parameter in the profitability of the project. On the other hand, regarding a possible implementation of the Nb2O5/Al2O3/Al monolithic catalyst towards the treatment of textile effluents, the achieved preliminary results support its economic feasibility. / TEXTO PARCIAL en período de teletrabajo

El color es considerado uno de los aspectos más importantes en la evaluación de la calidad de los productos alimentarios y su evaluación es de crucial importancia en una de las bebidas más consumidas como es el jugo de naranja, donde es importante evaluar el color y su aceptabilidad ante procesos que involucran su conservación y procesamiento. En este trabajo evaluamos el color del jugo de diferentes variedades de naranjas denominadas: Tangelo, Valencia y Huando, todas ellas se consumen en diferentes mercados de Lima-Perú. El color puede evaluarse por apariencia visual o análisis instrumental, en nuestro caso; hemos utilizado diferentes tipos de espectrómetros para medir el color. Se han obtenido varios parámetros como los espectros de transmitancia y reflectancia en el rango visible de la luz y las variables colorimétricas CIE L*a*b* y CIE L*c*h. En resumen, los resultados muestran que el valor numérico del color del jugo de naranja está asociado a la selección del instrumento, es decir: la geometría óptica, tipo de iluminación y preparación de la muestra. Los hallazgos más consistentes en relación con la escala visual fueron obtenidos con el espectrofotómetro Konica Minolta modelo CM-5. Además, Se encontró que es posible diferenciar los jugos frescos de los jugos industrializados mediante la determinación de las correspondientes diferencias de color (ΔE) en la escala CIELAB alrededor del umbral de 3 unidades. También, este estudio ha mostrado que los espectrómetros convencionales en configuración óptica 0/0 (0° de ángulo de iluminación / 0° de ángulo de observación) diseñado para obtener medidas del factor de transmitancia de una muestra líquida, son una alternativa viable para obtener valores colorimétricos para muestras líquidas transparentes, Sin embargo, se debe tener especial cuidado con muestras translúcidas, ya que debido a su naturaleza dispersiva, se pueden obtener colores con poca luminosidad y croma. / Color is considered one of the most important aspects in the evaluation of the quality of food products and its evaluation is of crucial importance in one of the most consumed beverages such as orange juice, where it is important to evaluate the color and its acceptability. before processes that involve its conservation and processing. In this work we evaluate the color of the juice of different varieties of oranges called: Tangelo, Valencia and Huando, all of them are consumed in different markets in Lima-Peru. Color can be evaluated by visual appearance or instrumental analysis, in our case; we have used different types of spectrometers to measure color. Several parameters have been obtained, such as transmittance and reflectance spectra in the visible range of light and the CIE L * a * b * and CIE L * c * h colorimetric variables. In summary, the results show that the numerical value of the orange juice color is associated with the selection of the instrument, that is, optical geometry, type of illumination and sample preparation. The most consistent findings in relation to the visual scale were obtained with the Konica Minolta model CM-5 spectrophotometer. It was found that it is possible to differentiate fresh juices from industrialized juices by determining the corresponding color differences (ΔE) on the CIELAB scale around the threshold of 3 units. Also, this study has shown that conventional spectrometers in 0/0 optical configuration (0 ° of illumination angle / 0 ° of observation angle) designed to obtain measurements of the transmittance factor of a liquid sample, are a viable alternative to obtain Colorimetric values for transparent liquid samples, however, special care must be taken with translucent samples, since due to their dispersive nature, colors with low luminosity and chroma can be obtained.

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

La industria textil anualmente genera 280 000 toneladas de efluentes contaminados con colorantes azoico, que son tóxicos, cancerígenos y mutagénicos; por ende, requiere soluciones eficientes de descontaminación. Se diseña y caracteriza un consorcio microbiano con excelente capacidad de degradación de azul directo, que podría ser usado para la descontaminación de efluentes. Se colectaron en total 12 muestras: 6 de aguas residuales y 6 de fango acumulado en el punto de confluencia del efluente, ambas colectadas de una fábrica textil ubicada en la región de Lima. Se seleccionaron 2 cultivos debido a su mejor respuesta a la decoloración in vitro en medio Zhou y Zimmerman (ZZ). Se aislaron 5 cepas bacterianas, y con ello se construyeron 27 consorcios. Se seleccionó el consorcio CP23, pues resultó tener mejor rendimiento promedio. Se extrajo el DNA genómico de las 2 cepas bacterianas que conformaban el consorcio CP23, y se secuenciaron mediante tecnología de Illumina MiSeq®. Las cepas fueron identificadas como Enterococcus gallinarum PL23 y Stenotrophomonas maltophilia LS23. Se evaluaron las cinéticas de crecimiento de las cepas puras y cuando conformaban el consorcio CP23 en medio ZZ suplementado con 100 ppm de Azul Directo a través del recuento en cámara PetroffHausser. Se obtuvo una mayor velocidad de crecimiento (μ) de parte del consorcio, siendo esta de 2.6 +/- 0.05 x 10-2 min-1, y un menor tiempo de duplicación, el cual fue de 26.5 +/- 0.5 min. Se optimizaron los parámetros más importantes de biodegradación in vitro cuantificados mediante espectrofotometría UV-Vis, estos fueron 0,5% de glucosa, 1% de extracto de levadura, pH 8, 37ºC, 2 x 106 UFC x ml-1 de inóculo inicial y 100 ppm de colorante, obteniéndose un rendimiento promedio de 91.53% a las 6 horas. Además, se evaluaron cinéticas de decoloración del consorcio CP23 con otros colorantes azo: amarillo drimaren, rojo drimaren, azul marino remazol, azul remazol, amarillo oro remazol, azul turquesa remazol y rojo remazol, con rendimientos de más del 95% en su mayoría. Los resultados representan el primer estudio en el país sobre el diseño y caracterización de consorcios microbianos con capacidad de degradación de colorantes azo, aislados de efluentes textiles en Perú con potencial uso en biorremediación de aguas residuales. / Tesis

Cette thèse se propose d’étudier de manière approfondie les matières colorantes et les techniques de coloration appliquées aux textiles de la culture Nasca. Cette civilisation préhispanique, sans écriture, s’est développée sur la côte sud du Pérou pendant environ neuf siècles (200 ans av. J.-C. ; 700 ans apr. J.-C.). Parmi sa culture matérielle, les textiles sont abondants et nombre d’entre eux sont de grande finesse avec des décors polychromes. La polychromie avait probablement une signification dans la cosmogonie Nasca et le textile est particulièrement chargé de sens dans la culture andine. Pourtant, les matériaux de la couleur demeurent un sujet encore méconnu dans le domaine textile. Il semblait donc intéressant d’identifier au moyen de méthodes physico-chimiques les matières colorantes utilisées par les artistes textiles Nasca. Pour ce faire, une enquête de terrain a été menée en amont pour récolter et identifier les sources colorantes susceptibles d’avoir été employées. Puis un corpus textile a été constitué avec des textiles inédits, issus de fouilles récentes menées sur les sites de Los Molinos, Estaqueria et Cahuachi, l’ancien centre politico-cérémoniel des Nasca. Quelques tissus d’autres cultures (Topará, Mochica et Nasca drivé) ont aussi été analysés pour établir des comparaisons.Les résultats fournissent de précieuses informations qui caractérisent la production tinctoriale et picturale des textiles Nasca. Au-delà de cet aspect technique, ces données sont utiles pour aborder sous un autre angle des problématiques archéologiques plus complexes notamment lorsque l’attribution culturelle des textiles est inconnue ou discutée, comme ceux de la péninsule de Paracas. / This thesis’ aim is to propose an in-depth study of the dye-sources and dyeing and colouring techniques used for textiles in the Nasca civilization. This Pre-Columbian, pre-literate civilization flourished on the southern coast of Peru during some nine centuries (200 BC to 700 AD). In its material culture, textiles are very numerous and many of them are of outstanding quality, with a rich polychromatic ornamentation. Polychromy probably was of great significance among the Nasca and textiles seem to always have been of particular importance in Andean culture. Nevertheless, the material sources of the colours on these dyed and painted textiles have remained a comparatively poorly explored research field. It therefore appeared as a promising, innovative quest to try and identify the colouring matters used by Nasca textile artists, using state-of-the art physico-chemical analytical methods. To this effect, botanical and anthropological field missions were first conducted in order to identify and collect colouring sources that might have been employed by the Nasca dyers and textile painters. A corpus of archaeological textiles was assembled, selecting textiles discovered in the course of recent archaeological excavations on the sites of Los Molinos, Estaqueria and Cahuachi, the latter being the antique political and ceremonial centre of the Nasca civilization. A number of textiles from other cultures (Topará, Mochica and Nasca-derived) were also analyzed to allow comparisons.Our results bring precious new information on the production of dyes and paints on Nasca textiles. Allowing even further prospects than these important technical discoveries, they bring new light into complex archaeological issues, such as the cultural attribution of archaeological textiles whose provenance is unknown or disputed, which is the case for some textiles from the Paracas peninsula.

El desarrollo de las industrias agropecuarias y conexas debería ser una política prioritaria del gobierno central del Perú. Fundamentalmente porque el país siempre se ha caracterizado por ser un país exportador de materias primas y de productos sin mayor valor agregado. En este sentido, el presente proyecto propone plantear los requisitos y procedimientos necesarios para la implementación de una planta procesadora de cochinilla para la obtención del colorante natural carmín. El estudio consta de cinco capítulos, a través de los cuales se desarrollan los aspectos generales y conceptos relacionados con la industria de colorantes naturales; se definen los atributos del producto y del proceso productivo general; se desarrollan las tecnologías disponibles; se analizan los recursos necesarios para producir diferentes capacidades establecidas y; se desarrolla el análisis económico y financiero del proyecto. A partir de los niveles exportados de carmín de cochinilla se estimaron niveles de producción anuales; determinando una producción de 45 toneladas en el primer año, 65 toneladas en el segundo y tercer año y 85 toneladas en los dos últimos años. Con dichas cantidades de producción se diseñó la planta, considerando la localización, la distribución de planta, la cantidad de insumos de acuerdo al proceso productivo, el personal requerido, la maquinaria y equipos requeridos. Asimismo, considerando una jornada laboral de 8 horas netas de producción diaria, se estimaron las siguientes capacidades de carmín de cochinilla: 170 Kg/día para el primer año, 246 Kg/día para el segundo y tercer año; 322 Kg/día para el cuarto y quinto año. El monto requerido de capital de inversión es de S/. 3 879 546,00 mientras que los valores de rendimiento económico y financiero concluyen que la implementación de una planta de carmín de cochinilla es rentable. Como sustento, el valor VPN económico es S/. 1 321 868,00, el TIR económico es 33%, el valor VPN financiero es S/. 1 298 408,00 y el valor del TIR financiero es 38%.

En el presente estudio se realizará un análisis de pre factibilidad de una empresa dedicada a la producción y comercialización de colorante natural a base de semillas de la planta Achiote (Bixina) dirigido al mercado japonés. En el Capítulo 1 se realizará el análisis estratégico de la propuesta, donde se concluye que tanto a nivel político, económico, social, cultural y tecnológico la situación es propicia para la implementación del proyecto debido a los acuerdos comerciales entre Perú y Japón, la buena situación económica de ambos países, el apoyo del gobierno peruano al sector agrícola y a las nuevas tecnologías. En base a estos datos, se realizará el plan estratégico del negocio donde se determinará que es preciso resaltar las propiedades nutritivas y curativas del Achiote. La estrategia general será de ofrecer al mercado japonés un producto natural de calidad a un precio competitivo. En el Capítulo 2 se realizará el estudio de la oferta y la demanda de colorantes naturales, con el fin de hallar la demanda del proyecto. Se determinó una participación del 0.1% de este mercado para los primeros 2 años. Luego, durante los siguiente 3 años, se aumentará a 0.15%. Finalmente, para los 4 últimos años se captará el 0.2% del mercado. Adicionalmente, se analizará al consumidor japonés para conocer su perfil, tendencias y preferencias. También, se hará un análisis de la cadena de distribución del producto. Finalmente se concluye que se tendrían 3 líneas de productos: sacos de 10 kg para el sector industrial; y frascos de 90 g y sachets de 30 g para el consumidor final. En el Capítulo 3 se hará el estudio técnico para determinar la locación ideal para la instalación de la planta, tamaño, distribución, capacidad, cantidad de maquinaria y operarios. Finalmente se calculará la cantidad de materia prima e insumos que se requerirá. En el Capítulo 4 se desarrollará el estudio legal del proyecto para determinar los trámites necesarios para la constitución de la empresa y los requisitos para exportar a Japón. En el Capítulo 5 se realizará el análisis organizacional de la empresa, en la que se definirá los principales puestos y funciones de los trabajadores. En el Capítulo 6 se determinarán las inversiones, financiamiento, presupuestos y estados financieros. Luego, se calculará la rentabilidad y viabilidad del proyecto. Se obtuvo que tanto el VANE como el VANF son mayores a 0, el TIRE supera al WACC, el TIRF supera al COK y la relación B/C es mayor a 1. Por lo tanto, se concluye que el proyecto es rentable. Adicionalmente, se obtuvo que el periodo de recuperación de capital es de 6 años. Finalmente, en el Capítulo 7 se presentarán las conclusiones y recomendaciones con respecto al proyecto tomando en cuenta las observaciones más relevantes y las posibles propuestas de mejora,

Há interesse mundial no desenvolvimento de pesquisas envolvendo produção e extração de colorantes naturais, devido a sérios problemas de segurança industrial associados ao uso de colorantes sintéticos. Este trabalho objetivou produzir colorantes naturais de Penicillium purpurogenum DPUA 1275 por cultivo submerso (em frascos agitados e em biorreator) e estudar a extração dos colorantes vermelhos. Para a produção, os estudos iniciais mostraram que 5 discos de micélio, sacarose e extrato de levedura como fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, e 336 horas de cultivo eram condições adequadas para a produção dos colorantes. Visando à otimização da produção, realizaram-se planejamentos fatoriais, com as variáveis independentes: tempo de cultivo; velocidade de agitação; pH; temperatura; concentração de sacarose e de extrato de levedura. As variáveis-respostas foram produção de colorantes amarelos, laranjas e vermelhos. Dos resultados obtidos, as variáveis mais significativas ao processo foram concentrações de extrato de levedura e de sacarose. A produção dos colorantes vermelhos foi otimizada, alcançando a produção de 2,97 UA490nm, nas condições 48,90 e 11,80 g/L de sacarose e extrato de levedura, respectivamente, 30°C, pH 4,5 150 rpm e 336 horas de cultivo. Nos experimentos em biorreator, o melhor resultado foi obtido na frequência de agitação de 500 rpm e na mudança do pH do meio para 8,0, após 96 horas de bioprocesso. Ademais, avaliou-se a estabilidade dos colorantes vermelhos presentes no meio fermentado em diferentes condições (pH, temperatura, sais, polímeros e tensoativos). Referente a pH e temperatura, os colorantes vermelhos mostraram-se mais estáveis nas condições alcalinas e a 70 °C. Tanto os sais (NaCl e Na2SO4) quanto os polímeros (PEG 1.000, 6.000 e 10.000 g/mol e NaPA 8.000 g/mol a 5 e 15%) e os tensoativos (Tween 20, CTAB e SDS) não causaram perda da cor nas condições avaliadas. Estudos de solubilidade e de coeficiente de partição octanol-água mostraram que os colorantes vermelhos apresentam solubilidade superior em solventes polares e característica mais hidrofílica. Nos estudos de extração, as técnicas avaliadas foram Sistemas Poliméricos de Duas Fases Aquosas (SPDFA) formados pelo sistema PEG/NaPA e Colloidal Gas Aphrons (CGA). Pela primeira técnica, os colorantes vermelhos migraram preferencialmente para a fase PEG. Os polímeros PEG 6.000 g/mol, na presença de NaCl 0,1 e 0,5 M, e PEG 10.000 g/mol, com Na2SO4 0,5M, se destacaram dentre as condições analisadas com coeficiente de partição (K) próximo a 13, em ambos os casos, e seletividade de proteínas (SeP) próximas a 3. Para a técnica de CGA, o CTAB proporcionou os melhores resultados, seguido do Tween 20. Porém, o valor de K foi inferior ao obtido com SPDFA, com um máximo de 5 (CTAB 2 mM/pH 9,0). Os resultados obtidos demonstram um novo produtor de colorantes naturais, as quais têm potencial de aplicação em diversos segmentos industriais. Ademais, os resultados obtidos mostraram a eficiência das técnicas utilizadas para extração dos colorantes vermelhos, com destaque para SPDFA, que apresentou maiores valores de K. / There is worldwide interest in developing research projects involving the production and extraction of natural colorants due to serious safety problems associated with industrial use of synthetic ones. The aim of this work was to investigate the production of natural colorants from Penicillium purpurogenum DPUA 1275 by submerged culture (rotatory shaker and bioreactor) besides studying the red colorants extraction. To the production step, initial studies showed that 5 agar mycelial discs, sucrose and yeast extract as carbon and nitrogen sources, respectively, and 336 hours of bioprocess promoted the best results. To optimize the colorants production a serie of factorial designs were performed. The independent variables studied were: fermentation time, agitation speed, pH, temperature, sucrose and yeast extract concentration under the responses production of yellow, orange and red colorants. From these results, the most significant variables for the process were sucrose and yeast extract concentration. The red colorants production was optimized achieving 2.97 UA490nm, in the following conditions: 48.90 and 11.80 g/L of sucrose and yeast extract, respectively, 30 °C, 4.5 pH, 150 rev min-1 and 336 hours of culture. In the experiments performed in bioreactor, the condition that promoted the best results was 500 rpm and pH adjusted for 8.0 after 96 hours of bioprocess. Furthermore, we evaluated the red colorants stability at different conditions (pH, temperature, salts, polymers and surfactants). Concerning to pH and temperature, the red colorants were more stable under basic conditions and 70 °C; not only the salts (NaCl and Na2SO4) but also the polymers (PEG 1000, 6000 and 10000 g/mol and NaPA 8000 g/mol) and the surfactants (Tween 20, CTAB and SDS) not promoted loss of color upon the conditions evaluated. Studies of red colorants solubility and octanol water coefficient showed that these compounds exhibit a higher solubility in polar solvents and present hydrophilic characteristics. Subsequently, the extraction of red colorant was evaluated through two extraction methods: Polymeric Systems Aqueous Two Phase (ATPS) composed by PEG and NaPA and Colloidal Gas Aphrons (CGA). For the first technique, the red colorant preferentially migrated to the PEG phase. The best results were obtained with PEG 6000 g/mol in the presence of 0.1 to 0.5 M NaCl and with PEG 10000 g/mol with 0.5 M Na2SO4. To both cases the partition coefficient (K) was close to 13 and the Selectivity in terms of proteins (SeP) was close to 3. For the CGA technique, CTAB gave the best results followed by Tween 20. However, the K values were lower than the ones obtained with ATPS with a maximum of 5 in the following condition: CTAB 2 mM/pH 9.0. For the SeP, the values obtained for both techniques were close. The results above show a new producer of natural colorants which have potential application in various industries. Moreover, the results show the efficiency of the techniques used to extract the red colorants, especially to ATPS that presented higher K values.

Há interesse mundial no desenvolvimento de pesquisas envolvendo produção e extração de colorantes naturais, devido a sérios problemas de segurança industrial associados ao uso de colorantes sintéticos. Este trabalho objetivou produzir colorantes naturais de Penicillium purpurogenum DPUA 1275 por cultivo submerso (em frascos agitados e em biorreator) e estudar a extração dos colorantes vermelhos. Para a produção, os estudos iniciais mostraram que 5 discos de micélio, sacarose e extrato de levedura como fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, e 336 horas de cultivo eram condições adequadas para a produção dos colorantes. Visando à otimização da produção, realizaram-se planejamentos fatoriais, com as variáveis independentes: tempo de cultivo; velocidade de agitação; pH; temperatura; concentração de sacarose e de extrato de levedura. As variáveis-respostas foram produção de colorantes amarelos, laranjas e vermelhos. Dos resultados obtidos, as variáveis mais significativas ao processo foram concentrações de extrato de levedura e de sacarose. A produção dos colorantes vermelhos foi otimizada, alcançando a produção de 2,97 UA490nm, nas condições 48,90 e 11,80 g/L de sacarose e extrato de levedura, respectivamente, 30°C, pH 4,5 150 rpm e 336 horas de cultivo. Nos experimentos em biorreator, o melhor resultado foi obtido na frequência de agitação de 500 rpm e na mudança do pH do meio para 8,0, após 96 horas de bioprocesso. Ademais, avaliou-se a estabilidade dos colorantes vermelhos presentes no meio fermentado em diferentes condições (pH, temperatura, sais, polímeros e tensoativos). Referente a pH e temperatura, os colorantes vermelhos mostraram-se mais estáveis nas condições alcalinas e a 70 °C. Tanto os sais (NaCl e Na2SO4) quanto os polímeros (PEG 1.000, 6.000 e 10.000 g/mol e NaPA 8.000 g/mol a 5 e 15%) e os tensoativos (Tween 20, CTAB e SDS) não causaram perda da cor nas condições avaliadas. Estudos de solubilidade e de coeficiente de partição octanol-água mostraram que os colorantes vermelhos apresentam solubilidade superior em solventes polares e característica mais hidrofílica. Nos estudos de extração, as técnicas avaliadas foram Sistemas Poliméricos de Duas Fases Aquosas (SPDFA) formados pelo sistema PEG/NaPA e Colloidal Gas Aphrons (CGA). Pela primeira técnica, os colorantes vermelhos migraram preferencialmente para a fase PEG. Os polímeros PEG 6.000 g/mol, na presença de NaCl 0,1 e 0,5 M, e PEG 10.000 g/mol, com Na2SO4 0,5M, se destacaram dentre as condições analisadas com coeficiente de partição (K) próximo a 13, em ambos os casos, e seletividade de proteínas (SeP) próximas a 3. Para a técnica de CGA, o CTAB proporcionou os melhores resultados, seguido do Tween 20. Porém, o valor de K foi inferior ao obtido com SPDFA, com um máximo de 5 (CTAB 2 mM/pH 9,0). Os resultados obtidos demonstram um novo produtor de colorantes naturais, as quais têm potencial de aplicação em diversos segmentos industriais. Ademais, os resultados obtidos mostraram a eficiência das técnicas utilizadas para extração dos colorantes vermelhos, com destaque para SPDFA, que apresentou maiores valores de K. / There is worldwide interest in developing research projects involving the production and extraction of natural colorants due to serious safety problems associated with industrial use of synthetic ones. The aim of this work was to investigate the production of natural colorants from Penicillium purpurogenum DPUA 1275 by submerged culture (rotatory shaker and bioreactor) besides studying the red colorants extraction. To the production step, initial studies showed that 5 agar mycelial discs, sucrose and yeast extract as carbon and nitrogen sources, respectively, and 336 hours of bioprocess promoted the best results. To optimize the colorants production a serie of factorial designs were performed. The independent variables studied were: fermentation time, agitation speed, pH, temperature, sucrose and yeast extract concentration under the responses production of yellow, orange and red colorants. From these results, the most significant variables for the process were sucrose and yeast extract concentration. The red colorants production was optimized achieving 2.97 UA490nm, in the following conditions: 48.90 and 11.80 g/L of sucrose and yeast extract, respectively, 30 °C, 4.5 pH, 150 rev min-1 and 336 hours of culture. In the experiments performed in bioreactor, the condition that promoted the best results was 500 rpm and pH adjusted for 8.0 after 96 hours of bioprocess. Furthermore, we evaluated the red colorants stability at different conditions (pH, temperature, salts, polymers and surfactants). Concerning to pH and temperature, the red colorants were more stable under basic conditions and 70 °C; not only the salts (NaCl and Na2SO4) but also the polymers (PEG 1000, 6000 and 10000 g/mol and NaPA 8000 g/mol) and the surfactants (Tween 20, CTAB and SDS) not promoted loss of color upon the conditions evaluated. Studies of red colorants solubility and octanol water coefficient showed that these compounds exhibit a higher solubility in polar solvents and present hydrophilic characteristics. Subsequently, the extraction of red colorant was evaluated through two extraction methods: Polymeric Systems Aqueous Two Phase (ATPS) composed by PEG and NaPA and Colloidal Gas Aphrons (CGA). For the first technique, the red colorant preferentially migrated to the PEG phase. The best results were obtained with PEG 6000 g/mol in the presence of 0.1 to 0.5 M NaCl and with PEG 10000 g/mol with 0.5 M Na2SO4. To both cases the partition coefficient (K) was close to 13 and the Selectivity in terms of proteins (SeP) was close to 3. For the CGA technique, CTAB gave the best results followed by Tween 20. However, the K values were lower than the ones obtained with ATPS with a maximum of 5 in the following condition: CTAB 2 mM/pH 9.0. For the SeP, the values obtained for both techniques were close. The results above show a new producer of natural colorants which have potential application in various industries. Moreover, the results show the efficiency of the techniques used to extract the red colorants, especially to ATPS that presented higher K values.

El fang biològic es produeix en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes i industrials. El tractament i la gestió dels fangs és un dels problemes més importants en el camp del tractament de les aigües residuals. Aquesta situació es preveu que es veurà agreujada en el futur, per un increment del volum de fang produït associat a l'exigència de nivells més alts de depuració i per l'augment dels nombre d'estacions depuradores en funcionament. D'altre banda, les limitacions que presenten les opcions tradicionals de gestió dels fangs, fa necessari buscar solucions innovadores i efectives per a solucionar el problema que suposa la gestió d'aquests fangs biològics. Els fangs biològics són de naturalesa carbonosa i amb un alt contingut de matèria orgànica. Aquestes característiques, permeten la conversió del fang en un sòlid adsorbent de tipus carbonós. Aquesta conversió ofereix el doble benefici de reduir el volum de fang que ha de ser gestionat i alhora produir un adsorbent amb un cost inferior a la dels adsorbents convencionals (carbons actius comercials).Fins el moment, els tractaments alta temperatura han demostrat la seva efectivitat per du a terme el procés de transformació dels excedents de fang biològic en un sòlid adsorbent carbonós (carbó actiu). Com a alternativa a aquests processos a alta temperatura, es proposa un nou procés d'obtenció d'un sòlid adsorbent carbonós a partir dels excedents de fangs biològics, mitjançant un tractament a baixa temperatura, combinant el tractament per microones amb l'addició d'un reactiu químic (H2SO4).La present tesi analitza el tractament dels excedents de fangs biològics utilitzant un tractament mitjançant microones i l'addició d'àcid sulfúric (H2SO4), al mateix temps analitza la possibilitat d'utilitzar els sòlids adsorbents obtinguts per a millorar la qualitat de les aigües residuals.Paràmetres d'operació com poden ser la quantitat d'àcid sulfúric addicionada al fang, el nivell de potència del forn microones i el temps de tractament, es modificaran per tal de determinar la influència que poden tenir sobre la qualitat del sòlid adsorbent. Un cop determinada la qualitat dels diferent sòlids adsorbents s'avalua la seva capacitat per a l'eliminació de colorant i metalls en fase líquida. Els resultats obtinguts es comparen amb els obtinguts per un carbó actiu derivat de fangs i un carbó actiu comercial. / The sewage sludge is produced by urban and industrial wastewater treatment plants. The treatment and disposal of sewage sludge is an expensive and environmentally sensitive problem growing world-wide. In recent years, sewage sludge is being generated in ever increasing amounts and meanwhile environmentally quality standards are becoming more stringent. Furthermore, with some traditional disposal routes coming under pressure and others being phased out, it is necessary to seek cost-effective and innovate solutions to the problem incurred by sewage sludge disposal. Sewage sludge is carbonaceous in nature and rich in organic materials. Hence it has the potential to be converted into a useful carbonaceous adsorbent material. This conversion could offer the combined benefits of reducing the volume of sewage sludge and producing a valuable adsorbent with lower cost than commercial activated carbons. At the moment, the high temperature treatments have been show the feasibility of the conversion of sewage sludge in an activated carbon. As alternative to these high temperature treatments, a novel way of carbonaceous adsorbent preparation was attempted combining microwaves heating and the addition of chemical compounds. The possibility of obtaining a carbonaceous adsorbent material from surplus biological sludge has been investigated. This present work analyze the treatment of the sewage sludge using microwave heating and the addition of a chemical reagent (H2SO4), and the applications of the sludge based microwave treated adsorbent to improving the quality of the wastewater.Operational parameters such as the amount of H2SO4 added, the level power of microwave oven and the processing time were modified to ascertain their influence on the quality of carbonaceous adsorbent obtained. Once determined the quality of the different carbonaceous adsorbent obtained, these adsorbents were employed for dye and metal removal in liquid phase. The results obtained were compared with the adsorption capacity of a sludge based activated carbon and a commercial activated carbon.