La tradicional reacción de hidrogenación es un proceso catalítico heterogéneo, cuya baja velocidad de reacción es debida a la resistencia a la transferencia de masa y la baja solubilidad del hidrógeno (H2) en el substrato. Mediante el agregado de un solvente en estado supercrítico, capaz de solubilizar tanto al substrato como al gas, es posible llevar a cabo la hidrogenación en fase homogénea. De esta manera, se eliminan las restricciones de solubilidad y de transferencia de masa, logrando una mejor selectividad del proceso y mayo-res velocidades de reacción. Es necesario conocer del compor-tamiento del equilibrio entre fases de la mezcla, para determi-nar el beneficio del uso del estado supercrítico e interpretar su efecto. La región supercrítica de mezclas multicomponen-tes, presenta un comportamiento complejo altamente sensible a la composición y a las condiciones de presión y temperatura del proceso. Es el objetivo principal de esta tesis aportar infor-mación experimental que ayude al entendimiento del equilibrio entre fases que puede ocurrir en procesos de hidrogenación supercrítica. En el Capítulo I se presentan los conceptos bási-cos sobre fluidos supercríticos, sus características, propieda-des físicas y comportamientos particulares. Se desarrolla una revisión del equilibrio entre fases para sistemas binarios y ternarios; herramientas necesarias para el desarrollo de esta tesis. El Capítulo II, consiste en una breve descripción, consi-derando pasado, presente y futuro, de las aplicaciones de los fluidos supercríticos; son desarrollados los aspectos de mayor importancia de las reacciones llevadas a cabo en medio super-crítico, haciendo hincapié en la hidrogenación catalítica hete-rogénea de compuestos de elevado peso molecular. Equilibrio entre Fases en Procesos de Hidrogenación en Medios Super-críticos. En el Capítulo III, los posibles métodos experimen-tales utilizados para la medición del equilibrio de fases a alta presión, para sistemas que contengan un fluido supercrítico o cuasi-crítico son descriptos de manera general. Se detallan, el equipamiento utilizado, la metodología y los procedimientos experimentales empleados en el desarrollo de esta tesis, para obtener los datos de equilibrio requeridos para el análisis del comportamiento de fases, utilizando propano como solvente supercrítico. Para el análisis del comportamiento de fases de sistemas sometidos a hidrogenación supercrítica, dos diferen-tes procesos de importancia en la industria fueron abordados: la hidrogenación de aceites vegetales y la hidrogenólisis de metil ésteres de ácidos grasos. La hidrogenación de aceites vegetales abarca el Capítulo IV de esta tesis. Se explica de-talladamente cuál es la problemática que presentan los procesos de hidrogenación tradicionales de compuestos de elevado peso molecular, se proporcionan y analizan los datos experimentales obtenidos del equilibrio entre fases de los componentes involucrados en la reacción; información que ayuda a identificar el comportamiento de este sistema y esta-blecer lineamientos generales aplicables a diferentes proce-sos. La hidrogenólisis de metil ésteres de ácidos grasos pre-senta la misma problemática y es estudiada en el Capítulo V. En este capítulo de tesis se determina y estudia el equilibrio entre fases para sistemas representativos de los componen-tes involucrados en dicho proceso. Equilibrios multifásicos y el fenómeno de condensación retrógrada para sistemas terna-rios, fueron determinados. Esta información permite evaluar de la utilización de solventes supercríticos como alternativa tecnológica. / The traditional reaction of hydrogenation is a heterogeneous catalytic process, in which the mass transfer resistance and the low solubility of hydrogen (H2) in the substrate, determine very low reaction rates. With the addition of a supercritical solvent, miscible with both, the substrate and the gas, it is possible to carry out the reaction in a homogenous phase. In this way, solubility and mass transfer restrictions are elimina-ted and the selectivity and reaction rate of the process can be drastically improved. The knowledge of the phase behavior of the mixture is necessary to take advantages of the benefit in using supercritical fluids and also to get e better unders-tanding of the process. The supercritical region of multicompo-nent mixtures shows a complex behavior, highly sensitive to the composition of the mixture and to the pressure and temperature of the process. It is the aim of this project to provide experimental information that covers the various sceneries expected in supercritical hydrogenation processes. In Chapter I the basic concepts related with supercritical fluids, its characteristics, physical properties and particular behavior are summarized. A review of the phase behavior of binary and ternary mixtures is done; those are necessary tools for the development of this thesis. Chapter II, contain a brief description, about past, present and future of the appli-cations of the supercritical fluids; the relevance of carrying out reactions in supercritical media is discussed, emphasizing the heterogeneous catalysis hydrogenation of heavy compo-nents. In Chapter III, the experimental methods for the measurement of phase equilibria at high pressure, for systems that contain supercritical or near-critical fluids are generally described. Phase Equilibrium forHydrogenation Processes in Supercritical Media. The equipment used in this thesis to obtain experimental equilibrium data for the analysis of phase behavior of supercritical hydrogenation systems using propane as a supercritical solvent is detailed, as well as the methodolo-gy and experimental procedures. For the analysis of the phase behavior of supercritical hydrogenation systems, two commer-cial processes were considered: hydrogenation of vegetable oils and hydrogenolysis of fatty acids methyl esters. Hydroge-nation of vegetable oils is analyzed in Chapter IV of this the-sis. The problems of the traditional hydrogenation process for heavy components, is explained in detail, the experimental data measured are presented and analyzed; this information helps to identify the behavior of this system and to made general considerations applicable to different processes. The hydrogenolysis of fatty acids methyl esters has similar featu-res and the study of this system is presented in Chapter V, in which the phase behavior of the representative components of the system is determined and discussed. Regions of multi-phase behavior and retrograde phenomena are observed for ternary mixtures and not expected from the binary data. This information contributes to the evaluation of supercritical hydrogenation as a technological alternative.

La búsqueda constante de nuevos procesos alternativos aplicables a la industria química y nutracéutica ha llevado a la tecnología supercrítica a ocupar un lugar de privilegio. Las propiedades inherentes de los fluidos supercríticos les confie-ren la característica de solventes limpios. Consumidores cada vez más exigentes en los niveles residuales de solventes -resultantes del procesado tradicional de alimentos y productos farmacéuticossumado a las estrictas regulaciones medioam-bientales, son las razones fundamentales que impulsan el inte-rés por esta nueva tecnología. En esta Tesis se analiza la factibilidad operativa y económica para llevar a cabo procesos supercríticos aplicados a la extracción de productos naturales. La Tesis fue dividida en dos partes, la primera agrupando aquellos capítulos referidos al Modelado Termodinámico de pro-ductos naturales y derivados y sus mezclas con fluidos super-críticos (Capítulos 1 a 4) y la segunda parte conteniendo los capítulos de análisis, simulación, y diseño óptimo de procesos de extracción, refinado y fraccionamiento a alta presión. En el Capítulo 1 se discute acerca de las propiedades y aplicaciones generales de los fluidos supercríticos con especial atención en aquellas relacionadas al procesamiento de productos naturales. En el Capítulo 2, el equilibrio de fases a alta presión es anali-zado sobre la base de diagramas de fase de mezclas binarias y ternarias, y su extensión a mezclas multicomponentes. Se realiza un estudio detallado de las regiones que presentan equilibrio monofásico, di y trifásico, para mezclas de alcanos, aromáticos, triglicéridos y aceites con etano, propano y CO2, en el rango completo de presiones, temperaturas y composi-ciones. En el Capítulo 3, la importancia del modelado del equi-librio supercrítico entre fases es analizada a partir de una revi-sión de las ecuaciones de estado más recientes, con vistas a determinar el modelo termodinámico más adecuado para el modelado del equilibrio a alta presión de sistemas multicompo-nentes, altamente no ideales. En el Capítulo 4, la ecuación de estado a contribución grupal, GC-EOS, es extendida para cu-brir los sistemas de interés para esta Tesis. Se evalúan distin-tas metodologías de caracterización de las complejas mezclas que conforman los aceites y se obtienen los parámetros gru-pales necesarios para reproducir el comportamiento de equili-brio de una extensa lista de sistemas binarios. Correlaciones y predicciones del modelo GC-EOS son validadas contra datos experimentales y comparadas a aquellas obtenidas con otras ecuaciones de estado. Los Capítulos 5, 6 y 7 abarcan el pro-cesamiento de distintos productos naturales utilizando fluidos supercríticos como solventes. En todos ellos, el objetivo es determinar condiciones operativas óptimas que permitan llevar a cabo un proceso particular al menor costo, cumpliendo con las exigencias de pureza y recuperación de productos impues-tas por el mercado y aplicando una tecnología alternativa limpia. Cada uno de tales capítulos contiene básicamente tres secciones: modelado termodinámico de los sistemas involucra-dos -utilizando los resultados obtenidos en el Capítulo 4-,simu-lación del proceso en condiciones reportadas en la literatura de experimentos a escala piloto y optimización de condiciones con diferentes funciones objetivo. En el Capítulo 5, se estudia un proceso de purificación de aceites vegetales utilizando pro-pano y dióxido de carbono supercríticos como posibles sol-ventes. En el Capítulo 6 se analiza el fraccionamiento supercrí-tico de etil ésteres de aceites de pescado y los esquemas óptimos de recuperación de ésteres de ácidos grasos poliin-saturados w-3, de alto valor agregado. En el Capítulo 7, el refinado de aceites esenciales cítricos es resuelto empleando dióxido de carbono supercrítico, sobre la base de modelos termodinámicos confiables y rigurosas subrutinas de optimiza-ción. El diseño óptimo de un proceso de desterpenación de aceite de limón ha sido analizado para un volumen de procesa-miento a escala industrial, a efectos de determinar la factibi-lidad económica de este procesoalternativo. / Supercritical technologies have played a key role in the search of new process alternatives for the chemical and nutraceutical industry. The supercritical fluids are considered environmentally sound solvents on the basis of theirs intrinsic properties. The public is more and more demanding with regard to the residual levels of solvents in the traditional processing of foods and pharmaceutical pro-ducts.In addition the implementation of very strict envi-ronmental regulations, has promoted the interest in super-critical technology applications. In this Thesis the econo-mic and technical feasibility of supercritical pro-cesses applied to the extraction of natural products is discussed. The work was divided in two parts, the first part compri-ses the problem of thermodynamic modeling of natural pro-ducts, derivatives and their mixtures with supercritical fluids (Chapters 1 to 4). In the second part, the problems of analysis, synthesis, simulation, optimization and de-sign applied to problems of extraction, refining and frac-tionation are considered. Chapter 1 is devoted to the ge-neral properties and applications of supercritical fluids, in connection with natural products. In Chapter 2 the high pressure phase equilibria is discussed on the basis of pha-se diagramas of binary and ternary mixtures and their extension to multicomponent mixtures. A detailed discussion of the different regions for single and multi-phase equilibria,for mixtures of alkanes, aromatic compounds, triglycerides and vegetable oils with ethane, propane and CO2 over a wide range of pressures, temperatu-res and compositions is presented. In Chapter 3 the thermodynamic modeling of phase equili-bria under super-critical conditions using recent equations of state is discussed with the purpose of selecting the more adequate modeling framework for high pressure phase equilibria of highly non ideal systems. In Chapter 4, the group contri-bution equation of state (GC-EOS) is extended to cover the systems of interest of the present Thesis. Different appro-aches are evaluated for the characteriza-tion of the natu-ral oils complex mixtures. Binary group interaction parame-ters are obtained to correlate the phase equilibrium beha-viour of a large set of binary mixtures. The correlation and prediction capability of the GC-EOS are validated against experimental data and compared with predictions obtained using otherequations of state. The Chapters 5, 6 and 7 describe the processing of different natural pro-ducts using supercritical fluid solvents. In all cases,the goal is to obtain optimum operating conditions to carry out the process with a minimum cost and satisfying the pro-ducts recovery and purity desired. Each chapter is divided in three parts: thermodynamic modeling of the systems of interest, on the basis of the results of Chapter 4, simu-lation of the process for conditions reported in pilot plant studies and optimization under different objective functions. In Chapter 5, the process of purification of vegetable oils using supercritical propane and carbon dioxide as solvents is developed and optimized. In Chapter 6 the supercritical fractionation of fish oil ethyl esters is studied and optimal schemes for the recovery and puri-fication of valuable polyunsaturated w-3 fatty acid esters are proposed. In Chapter 7, the refining of citric related essential oils is achieved by countercurrent extraction with supercritical carbon dioxide, on the basis of rigorous thermodynamic and process modeling, coupled with optimiza-tion algorithms. The optimum design for a lemon oil deter-penation process has been studied for a industrial scale plant size, with the purpose of assessing the process eco-nomic feasibility.

En los últimos años en el territorio peruano, la importación de productos agropecuarios con valor agregado ha ido incrementando y de la misma forma la exportación de materia prima vegetal y esto genera que los productos importados resulten más caros que los productos exportados. Esto se debe a que en el Perú no se ha difundido tecnologías que permitan dar un valor agregado a los productos agrícolas. Una de las tecnologías que ha demostrado tener un buen rendimiento en la obtención de productos con valor agregado, es la llamada Extracción por fluido Supercrítico (SFE). La presente tesis es un aporte para el desarrollo de tecnología en extracción por fluido supercrítico, para esto se ha echo el diseño de la automatización de una planta piloto de extracción por fluido supercrítico utilizando CO2 como solvente. El CO2 es el elemento que debe llegar al estado supercrítico del cual se aprovechan las propiedades de disolvente y alta penetrabilidad, se ha trazado el circuito termodinámico en forma circular para conseguir reutilizar el CO2, el punto de operación del fluido en estado supercrítico se ha definido en 145 bares y 40 C. Con el ciclo termodinámico de nido se diseñó la parte eléctrica e de instrumentación considerando el diseño mecánico de los trabajos realizados en la Universidad Guelph de Canadá y la Pontificia Universidad Católica del Perú. La planta piloto está diseñada para operar de forma automática por medio del controlador industrial PLC-1200 de Siemens. el proceso inicia en el tanque que almacena CO2 líquido el cuál sirve de fuente para la bomba de presurización, luego a su salida existe un intercambiador de calor que incrementa la temperatura del CO2 para alcanzar el estado supercrítico, con esto se realiza extracción del extracto de la materia prima, luego atraviesa el tanque de separación donde se obtiene el extracto libre del solvente y finalmente se recupera el CO2 gaseoso mediante un condensador que lo lleva al estado líquido. Finalmente se ha diseñado una interfaz hombre maquina para que el personal especializado pueda definir los diferentes puntos de operación de forma segura, el diseño contempla la seguridad funcional del programa y del entorno. / Tesis

La industria alimentaria, en respuesta a la demanda por parte de los consumidores de alimentos naturales, frescos y libres de conservantes químicos, ha desarrollado tecnologías de conservación no térmicas. El CO2 supercrítico (SC-CO2 ), representa una tecnología no térmica de inactivación prometedora, ya que está encaminada a producir el mínimo impacto sobre las propiedades nutricionales y organolépticas de los alimentos. Sin embargo, en algunos casos se requieren condiciones de presión o temperatura elevadas, así como tratamientos excesivamente largos para garantizar la seguridad y estabilidad de los alimentos. En este sentido, con el objetivo de obtener la letalidad requerida empleando procesos más cortos o de menor intensidad, en el presente trabajo se ha desarrollado una combinación del SC-CO2 con ultrasonidos de potencia (HPU) y de SC-CO2 con altas presiones hidrostáticas (HHP), para ser empleadas en procesos de inactivación microbiana y enzimática. El objetivo principal de la presente Tesis fue evaluar tecnologías no térmicas de conservación basadas en la combinación de SC-CO2 y HPU, y en la combinación de SC-CO2 y HHP. Respecto a la combinación de SC-CO2 con HPU, se estudio la influencia del estado de crecimiento de las células, de las condiciones del proceso, de la naturaleza del medio y del uso o no de HPU, sobre las cinéticas de inactivación de microorganismos (Escherichia coli (E. coli) y Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae)) y enzimas (pectin-metil-esterasa (PME)). Se emplearon modelos matematicos y técnicas de microscopia para describir las cinéticas y los mecanismos de inactivación, respectivamente. En cuanto a la combinación de SC-CO2 y HHP, se evaluó el efecto de la adición de diferentes niveles de CO2 en el envase sobre la eficacia del tratamiento con HHP para inactivar PME, peroxidasa (POD) y polifenol oxidasa (PPO) en feijoa pure. Se estudió la influencia del estado de crecimiento de las células de E. coli y S. cerevisiae inoculadas en medio de cultivo, LB e YPD Broth, respectivamente, sobre sus cinéticas de inactivación con SC-CO2 (350 bar, 35 ºC). Cultivos individuales de E. coli y S. cerevisiae se incubaron hasta que las células alcanzaron cuatro estados de crecimiento diferentes, desde la fase temprana exponencial hasta la fase estacionaria, para posteriormente ser tratadas con SC-CO2 a 350 bar y 35 ºC. Se comparó el proceso combinado de SC-CO2+HPU con el tratamiento de SC-CO2 para evaluar el efecto de los HPU sobre las cinéticas de inactivación con SC-CO2 de E. coli y S. cerevisiae en la fase temprana estacionaria, inoculados ambos microorganismos en medios de cultivo, y se determinó el efecto de diferentes temperaturas (31-41 ºC, 225 bar) y presiones (100-350 bar, 36 ºC). Con el objetivo de conocer los mecanismos de inactivación asociados a esta tecnología combinada (SC-CO2+HPU) se realizó un estudio morfológico. Se estudiaron las diferencias entre células de E. coli y S. cerevisiae no tratadas, tratadas con SC-CO2 (350 bar, 36 ºC, 5 min) y con SC-CO2+HPU (350 bar, 36 ºC, 5 min, 40 W) usando microscopía óptica (LM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Se seleccionó el zumo de manzana y de naranja para estudiar la inactivación de ambos microorganismos con SC-CO2+HPU en matrices reales; además, se estudió la inactivación de la enzima pectin-metil-esterasa (PME) del zumo de naranja. Las experiencias se llevaron a cabo a diferentes temperaturas (31-41 ºC, 225 bar) y presiones (100-350 bar, 36 ºC). Las condiciones de temperatura y presión seleccionadas superan el punto crítico del CO2 y son menores que las condiones letales para ambos microorganismos. Tanto E. coli como S. cerevisiae se han seleccionado para el presente trabajo porque son componentes habituales de la flora responsable del deterioro de alimentos y son comúnmente empleados como indicadores de contaminación en alimentos. Se investigó la combinación de los SC-CO2 con HHP para determinar el efecto de diferentes niveles de CO2 (solo HHP (HHP); carbonatación y HHP (HHPcarb); carbonatación + adición de 8.5 ml de CO2 / g puré en el espacio de cabeza del paquete y HHP (HHPcarb+CO2 )) sobre la eficacia del tratamiento con HHP para inactivar PME, peroxidasa (POD) y polifenol oxidasa (PPO) en puré de feijoa contenido en una bolsa de plástico, a diferentes presiones (300, 450 y 600 MPa, durante 5 min). Los resultados mostraron que la resistencia de ambos microorganismos a los tratamientos de inactivación con SC-CO2 aumentó progresivamente conforme la fase de crecimiento avanzó, lo cual podría deberse a la activación de sistemas de protección naturales que desarrollan los microorganismos conforme se acercan a la fase estacionaria de crecimiento. Las cinéticas de inactivación de E. coli y S. cerevisiae se ajustaron al modelo de Weibull (R2 = 0.93; RMSE = 0.59) y al modelo de Gompertz (R2 = 0.96; RMSE = 0.53), respectivamente, que fueron adaptados para considerar la fase de crecimiento como uno de los parámetros de dichos modelos. Empleando SC-CO2 , la velocidad de inactivación de ambos microorganismos aumentó progresivamente con la presión y la temperatura. El tiempo necesario para alcanzar una inactivación completa de E. coli (8 ciclos-log) se redujo de 60 a 25 min al aumentar la presión de 100 a 350 bar (36 ºC), y de 75 a 40 min al aumentar la temperatura de 31 a 41 ºC (225 bar). La inactivación completa de S. cerevisiae (7 ciclos-log) se alcanzó únicamente tras 140 min de proceso a 350 bar y 36 ºC. En general, presiones y temperaturas más elevadas mejoran la solubilización del SC-CO2 en el medio e incrementan la fluidez de la membrana celular, respectivamente, facilitando el contacto y la penetración del CO2 , lo que favorece el descenso del pH intracelular y la extracción de componentes vitales para la célula. Sin embargo, al aplicar HPU en los tratamientos de SC-CO2 en medios de cultivo, se observó una drástica inactivación microbiana, alcanzándose una reducción total (107 -108 ciclos-log) tras solo 1-2 min de tratamiento. Aplicando SC-CO2+HPU no se observó un efecto significativo en el nivel de inactivación al aumentar la presión o la temperatura debido a que los HPU generan una vigorosa agitación que acelera los mecanismos de inactivación asociados a los SC-CO2 y enmascara el efecto de estas variables del proceso. Además, la cavitación generada por los HPU podría dañar la pared celular de los microorganismos, acelerando su inactivación. El estudio de la existencia de un posible efecto sinérgico entre ambas tecnologías reveló que la combinación de SC-CO2 y HPU tuvo un mayor efecto en la inactivación que la adición de los efectos individuales de ambas. Para E. coli, se alcanzó una reducción de 0.3, 0.9 y 8 ciclos-log tras 5 min de tratamiento con SC-CO2 , HPU y SC-CO2+HPU, respectivamente; para S. cerevisiae se alcanzó una reducción de 6.83 ciclos-log tras 2 min de tratamiento con SC-CO2+HPU, mientras que tras el mismo periodo de tiempo con sólo SC-CO2 o HPU no se observó ninguna reducción en el número de microorganismos. En todos los tratamientos llevados a cabo, la levadura S. cerevisiae mostró mayor resistencia a los tratamientos con SC-CO2 que la bacteria E. coli, lo cual podría estar relacionado con el mayor espesor de la pared celular de S. cerevisiae comparado con el de E. coli, 124.8 nm frente a 17.7 nm, respectivamente. Sin embargo, al combinar el SC-CO2 y los HPU, la agitación vigorosa y la cavitación del medio enmascaró las diferentes resistencias mostradas por ambos microorganismos en los tratamientos con SC-CO2 . Las imágenes de LM y TEM mostraron que tras 5 min de tratamiento con SC-CO2 se produjo una distribución irregular del contenido citoplasmático y aparecieron pequeñas modificaciones en la envoltura celular, no siendo ninguno de estos cambios letales para las células de E. coli ni de S. cerevisiae. Además, las mayores diferencias entre ambos microorganismos se identificaron en el efecto sobre la envoltura celular: en S. cerevisiae se observaron ligeras modificaciones aunque no se apreció rotura de la pared celular, mientras que la pared de las células de E. coli aparecieron con un alto grado de disolución, pérdida de cohesividad, protuberancias y algunas áreas desintegradas. Sin embargo, 5 min de tratamiento con SC-CO2+HPU fueron suficientes para alcanzar una inactivación completa de ambos microorganismos. Las imágenes de LM y TEM revelaron mayor proporción de regiones vacías dentro de las células tratadas con SC-CO2+HPU, lo que indicó una clara reducción del contenido citoplasmático. La envoltura de las células de E. coli se desintegró totalmente, mientras que las paredes de las células de S. cerevisiae perdieron parcialmente su estructura laminada y se pudieron observar algunas paredes rotas. Por tanto, los mecanismos de inactivación asociados a los SC-CO2+HPU podrían estar relacionados con el fenómeno de cavitación generado por los HPU, el cual daña bruscamente la envoltura celular incrementando tanto la ruptura de la membrana celular como la desintegración del contenido intracelular. Los daños generados por el tratamiento de SC-CO2+HPU fueron tan severos que evitaron una posible recuperación de las células durante un almacenamiento posterior al tratamiento (6 semanas a 4 ºC). En promedio, la inactivación de ambos microorganismos con SC-CO2+HPU en zumo de manzana (5.3 min) fue más lenta que en zumo de naranja (4.6 min); y en ambos zumos más lenta que en medios de cultivo (1.5 min). Esto podría estar relacionado con el contenido de azúcar del medio y la solubilización del CO2 en el mismo. El azúcar se liga al agua del medio, por tanto, la cantidad de agua disponible donde el CO2 puede disolverse es menor en zumo de manzana (15.6 ºBrix) que en zumo de naranja (11.6 ºBrix); y menor en ambos zumos que en LB (2 ºBrix) o YPD (5 ºBrix) Broth. Además, empleando SC-CO2+HPU, la velocidad de inactivación de ambos microorganismos inoculados en zumos aumentó con la presión y la temperatura. Esto podría estar relacionado con la composición de los zumos, los cuales no se saturan rápidamente de CO2 en los tratamientos con SC-CO2+HPU como sí ocurre en las experiencias llevadas a cabo sobre medios de cultivo, de manera que un incremento de presión o temperatura puede facilitar la solubilización del CO2 . Contrariamente a los resultados obtenidos con SC-CO2+HPU sobre medios de cultivo, donde no se observaron diferencias entre E. coli y S. cerevisiae, en zumos E. coli mostró mayor resistencia que S. cerevisiae. En promedio, para alcanzar una completa inactivación de E. coli y S. cerevisiae se necesitó un tiempo de tratamiento de 6.6 y 3.3 min, respectivamente. En zumos, la vigorosa solubilización del CO2 generada por los HPU podría estar dificultada por un mayor contenido de azúcar, por tanto los mecanismos de inactivación podrían estar gobernados principalmente por el fenómeno de cavitación y el tamaño de los microorganismos. El tamaño de las células de S. cerevisiae es mucho mayor que el de las de E. coli, por tanto, la probabilidad de que las burbujas de cavitación afecten a la estructura celular será mayor para S. cerevisiae que para E. coli. Por otro lado, la inactivación de la enzima PME mediante SC-CO2+HPU aumentó con la presión y la temperatura, aunque su inactivación completa no se alcanzó en ninguna de las condiciones estudiadas. La inactivación de enzimas tratadas mediante SC-CO2 se debe a la bajada de pH, al efecto inhibitorio del CO2 sobre la actividad enzimática y a los cambios estructurales generados por el SC-CO2 . La enzima PME mostró mayor resistencia a los tratamientos con SC-CO2+HPU que los microorganismos E. coli o S. cerevisiae en zumo de naranja (se alcanzó una reducción del 18.9 %, 62.4 % y 88.1 %, a 36 ºC y 225 bar tras 2 min de tratamiento, respectivamente), lo que puede atribuirse a la diferente naturaleza y tamaño de los microorganismos y las enzimas. El modelo de Peleg Tipo A (R 2 = 0.936; RMSE = 0.561) y el modelo de Weibull (R2 = 0.923; RMSE = 0.561) se adaptaron para describir las cinéticas de inactivación de E. coli y S. cerevisiae con SC-CO2+HPU en zumo de manzana, respectivamente, incluyendo la presión y la temperatura como parámetros de dichos modelos. El modelo Bifásico (R 2 = 0.960; RMSE = 0.391), el modelo de Peleg Tipo B (R 2 = 0.894; RMSE = 0.687) y el modelo fraccional (R2 = 0.931; RMSE = 0.085), se adaptaron para describir las cinéticas de inactivación de E. coli, S. cerevisiae y PME con SC-CO2+HPU en zumo de naranja, respectivamente, incluyendo como parámetros de dichos modelos la presión y la temperatura. Los resultados revelaron que la actividad residual de las enzimas PME, POD y PPO descendió conforme aumentó la presión, ya que la presión genera un desorden estructural que puede cambiar la estructura tri-dimensional de las enzimas. Las muestras tratadas con HHPcarb+CO2 mostraron un mayor grado de inactivación de las tres enzimas, comparado con las muestras tratadas con HHPcarb o HHP, en cualquier condición de presión seleccionada. Esto podría deberse a una mayor cantidad de CO2 disuelto, que provocaría una mayor caída de pH y la consecuente desnaturalización de las enzimas. Además, el CO2 disuelto en el puré durante el tratamiento de HHP, podría generar un repentino y significativo burbujeo durante la despresurización, que podría contribuir a generar mayores cambios estructurales responsables de la inactivación enzimática. Finalmente, se puede concluir que la combinación de SC-CO2 con HPU o HHP mejoró los mecanismos de inactivación de microorganismos y enzimas. La aplicación de HPU agiliza los tratamientos con SC-CO2 , acelerando la solubilización del CO2 en el medio, que es el primer paso en los tratamientos con SC-CO2 ; y generando el fenómeno de cavitación que daña las paredes celulares, facilitando tanto la penetración del SC-CO2 a las células como la extracción de componentes intracelulares, lo que acelera la muerte de las células microbianas. Además, la combinación de SC-CO2 con HHP aceleró la inactivación de enzimas en comparación con HHP. Empleando estas tecnologías combinadas, se pueden utilizar tiempos de proceso razonables para la industria alimentaria, así como condiciones de tratamiento suaves, lo que resultaría en una reducción del coste del proceso y en una minimización del impacto sobre las propiedades nutricionales y organolépticas de los productos tratados. Se recomienda llevar a cabo mas investigaciones para conocer detalladamente los mecanismos de inactivación de microorganismos y enzimas con SC-CO2+HPU y SC-CO2+HHP. Tambien sería interesante conocer el efecto de estas tecnologías no térmicas combinadas sobre las propiedades físico-químicas de los alimentos tratados y sobre la aceptación de los mismos por parte del consumidor. / Ortuño Cases, C. (2014). Aplicación de ultrasonidos de potencia para la mejora de procesos de inactivación con fluidos supercríticos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39344

[EN] The main objective of this Doctoral Thesis was to study the influence of the HPU on microbial inactivation processes by different FSC-CO2 treatment systems in meat samples. For this purpose, chicken breast, turkey ham and cured ham cylinders were used and superficially inoculated (106 UFC/g product) with E. coli DH1. FSC-CO2 and FSC-CO2+HPU inactivation treatments were performed on meat samples, under different pressure (150-450 bar), temperature (36-51 °C) and treatment time (5-40 min) conditions with samples immersed or not in a saline dilution (DI, 0.9 % NaCl w/v). Mathematical models were applied to describe the behavior of inactivation kinetics obtained. Afterwards, the pressure, temperature and treatment time conditions that on average allowed a reduction in E. coli population, of at least 3 log-cycles, were selected for each sample type, and used to assess the changes in the physico-chemical and microbiological properties of samples after the different treatments and during refrigerated storage (30 days at 4 °C). Using only FSC-CO2, temperature was a key factor to significantly accelerate E. coli inactivation speed in meat samples, while pressure showed only a significant (p<0.05) effect on turkey ham. FSC-CO2 and HPU simultaneous application significantly increased E. coli inactivation speed; by using chicken breast, a reduction of 1.2 log-cycles was reached after 20 min of FSC-CO2 treatment, compared to 1.9 and 3 log-cycles obtained using FSC-CO2+HPU and FSC-CO2+HPU+DI, respectively. The inactivation level obtained in turkey ham samples was significantly (p<0.05) higher, obtaining a reduction of 5.7, 6.6 and 6.9 log-cycles after 20 min of FSC-CO2, FSC-CO2+HPU and FSC-CO2+HPU+DI treatments, respectively. FSC-CO2+HPU lethal effect was higher when the meat samples were soaked into DI. This resulted from the cavitation phenomenon produced by the HPU, which eases the contact of CO2 with microorganisms found in meat sample and in the DI, as well as the alteration of their membrane due to a mechanical effect. In cured ham samples, the inactivation level (3.5 log-cycles) obtained by FSC-CO2+HPU+DI is similar to that obtained in non-soaked samples, but using less severe treatment conditions (250 bar, 46 °C, 10 min). Generalized mathematical models properly (R2>0.94) described E. coli inactivation kinetics obtained under different FSC-CO2 treatments. Color variation (&#916;E) obtained in chicken samples after treatments was attributed to muscle protein denaturation. Textural values (Fmax) showed that hardness of chicken breast and cured ham samples significantly decreased after FSC-CO2+HPU+DI treatment. Microstructural results in both samples justified textural changes observed. Moisture in chicken breast and cured ham decreased after FSC-CO2 treatment and increased in turkey ham using FSC-CO2+HPU+DI. Fat % decreased only in chicken breast and cured ham samples. Changes in color, texture and moisture parameters were minimal during storage. The recovery of microbiota after the treatment varied from 10 to 30 days for chicken breast and cured ham, respectively, showing the effect of matrix nature on microbial growth under refrigeration. The combination of HPU and FSC-CO2 showed to be an effective tool to inactivate microorganisms in meat matrices, by accelerating inactivation mechanisms associated to FSC-CO2. / [ES] El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral, fue estudiar la influencia de los HPU en procesos de inactivación microbiana mediante distintos sistemas de tratamiento con FSC-CO2 sobre matrices cárnicas. Para ello, se emplearon cilindros de pechuga de pollo, jamón de pavo y jamón curado que se inocularon superficialmente (106 UFC/g producto) con E. coli DH1. Se llevaron a cabo tratamientos de inactivación sobre las muestras cárnicas usando FSC-CO2 y FSC-CO2+HPU, bajo diferentes condiciones de presión (150-450 bar), temperatura (36-51 °C) y tiempo de tratamiento (5-40 min) con las muestras sumergidas o sin sumergir en una solución salina (DI, 0.9 % NaCl w/v). Se usaron modelos matemáticos para describir el comportamiento de las cinéticas de inactivación obtenidas. Posteriormente, se seleccionaron las condiciones de presión, temperatura y tiempo de tratamiento, que en promedio, permitieron obtener una reducción en la población de E. coli de al menos 3 ciclos-log, para cada tipo de muestra y fueron empleadas para evaluar los cambios en las propiedades físico-químicas y microbiológicas de las muestras tras los diferentes tratamientos y durante su almacenamiento en refrigeración (30 días a 4 °C). Usando sólo FSC-CO2, la temperatura fue un factor clave para acelerar significativamente la velocidad de inactivación de E. coli en las muestras cárnicas, mientras que la presión, sólo mostró un efectivo significativo empleando jamón de pavo. La aplicación simultánea de FSC-CO2 y HPU, incrementó significativamente la velocidad de inactivación de E. coli; empleando pechuga de pollo, se alcanzó una reducción de 1.2 ciclos-log tras 20 min de tratamiento mediante FSC-CO2, comparado con 1.9 y 3 ciclos-log obtenidos mediante FSC-CO2+HPU y FSC-CO2+HPU+DI, respectivamente. El nivel de inactivación obtenido en muestras de jamón de pavo, fue significativamente (p<0.05) mayor, obteniendo una reducción de 5.7, 6.6 y 6.9 ciclos-log tras 20 min de tratamiento mediante FSC-CO2, FSC-CO2+HPU y FSC-CO2+HPU+DI, respectivamente. El efecto letal del FSC-CO2+HPU fue mayor cuando las muestras de carne fueron sumergidas en la DI. Esto se debió al fenómeno de cavitación generado por los HPU, el cual facilita el contacto del CO2 con los microorganismos presentes en la muestra cárnica y en la DI y la alteración de su membrana por efecto mecánico. En muestras de jamón curado, se alcanzó un nivel de inactivación (3.5 ciclos-log) mediante FSC-CO2+HPU+DI, similar al obtenido en muestras sin sumergir, pero bajo condiciones de tratamiento menos severas (250 bar, 46 °C, 10 min). Los modelos matemáticos generalizados describieron adecuadamente (R2>0.94) las cinéticas de inactivación de E. coli obtenidas tras los distintos tratamientos mediante FSC-CO2. La variación de color (&#916;E) obtenida en las muestras de pollo tras su tratamiento, fue atribuida a la desnaturalización de las proteínas musculares. Los valores de textura (F.max) revelaron que la dureza de las muestras de pechuga de pollo y jamón curado disminuyó significativamente tras el tratamiento con FSC-CO2+HPU+DI. Los resultados de microestructura en ambas muestras, justificó los cambios texturales observados. La humedad en las muestras de pechuga de pollo y jamón curado disminuyó tras el tratamiento mediante FSC-CO2 y aumentó en jamón de pavo empleando FSC-CO2+HPU+DI. El % grasa se redujo sólo en muestras de pechuga de pollo y jamón curado. Los cambios en los parámetros de color, textura y humedad fueron mínimos durante el almacenamiento. El periodo de recuperación de la microbiota tras el tratamiento varió entre 10 y 30 días para pechuga de pollo y jamón curado, respectivamente, demostrando el efecto de la naturaleza de la matriz sobre el crecimiento microbiano en refrigeración. La combinación de HPU y FSC-CO2, mostró ser una herramienta eficaz para inactivar microorganismos en matrices cárnicas, acelerando los mecanismos de inactivaci / [CA] L'objectiu principal de la present Tesi Doctoral, va ser estudiar la influència dels HPU en processos d'inactivació microbiana per mitjà de distints sistemes de tractament amb FSC-CO2 sobre matrius càrnies. Es van emprar cilindres de pit de pollastre, pernil de titot i pernil curat que es van inocular superficialment (106 UFC/g producte) amb E. coli DH1. Es van dur a terme tractaments d'inactivació sobre les mostres càrnies usant FSC-CO2 i FSC-CO2+HPU, a diferents condicions de pressió (150-450 bar), temperatura (36-51 °C) i temps de tractament (5-40 min) amb les mostres submergides o sense submergir en una solució salina (DI, 0.9 % NaCl w/v). Es van usar models matemàtics per a descriure el comportament de les cinètiques d'inactivació obtingudes. Posteriorment, es van seleccionar les condicions de pressió, temperatura i temps de tractament, que com a mitjana, van permetre obtindre una reducció en la població de E. coli de al menys 3 cicles-log, per a cada tipus de mostra i van ser empleades per a avaluar els canvis en les propietats fisicoquímiques i microbiològiques de les mostres després dels diferents tractaments i durant el seu emmagatzemament en refrigeració (30 dies a 4 °C). Usant només FSC-CO2, la temperatura va ser un factor clau per a accelerar significativament la velocitat d'inactivació de E. coli en les mostres càrnies, mentres que la pressió, només va mostrar un efecte significatiu emprant pernil de titot. L'aplicació simultània de FSC-CO2 i HPU, va incrementar significativament la velocitat d'inactivació de E. coli; emprant pit de pollastre, es va aconseguir una reducció de 1.2 cicles-log després de 20 min de tractament per mitjà de FSC-CO2, comparat amb 1.9 i 3 cicles-log obtinguts per mitjà de FSC-CO2+HPU i FSC-CO2+HPU+DI, respectivament. El nivell d'inactivació obtingut en mostres de pernil de titot, va ser significativament (p<0.05) major, obtenint una reducció de 5.7, 6.6 i 6.9 ciclos-log després de 20 min de tractament per mitjà de FSC-CO2, FSC-CO2+HPU i FSC-CO2+HPU+DI, respectivament. L'efecte letal del FSC-CO2+HPU va ser major quan les mostres de carn van ser submergides en la DI. Açò es va deure al fenomen de cavitació generat pels HPU, el qual facilita el contacte del CO2 amb els microorganismes presents en la mostra càrnia i en la DI i l'alteració de la seua membrana per efecte mecànic. En mostres de pernil curat, es va aconseguir un nivell d'inactivació (3.5 ciclos-log) per mitjà de FSC-CO2+HPU+DI, semblant a l'obtingut en mostres sense submergir, però baix condicions de tractament menys severes (250 bar, 46 °C, 10 min). Els models matemàtics generalitzats van descriure adequadament (R2>0.94) les cinètiques d'inactivació de E. coli obtingudes després dels distints tractaments per mitjà de FSC-CO2. La variació de color (&#916;E) obtinguda en les mostres de pollastre després del seu tractament, va ser atribuïda a la desnaturalització de les proteïnes musculars. Els valors de textura (Fmax) van revelar que la duresa de les mostres de pit de pollastre i pernil curat va disminuir significativament després del tractament amb FSC-CO2+HPU+DI. Els resultats de microestructura en ambdós mostres, justifica els canvis texturals observats. La humitat en les mostres de pit de pollastre i pernil curat va disminuir després del tractament per mitjà de FSC-CO2 i va augmentar en pernil de titot emprant FSC-CO2+HPU+DI. El % greix es va reduir només en mostres de pit de pollastre i pernil curat. Els canvis en els paràmetres de color, textura i humitat van ser mínims durant l'emmagatzemament. El període de recuperació de la microbiota després del tractament va variar entre 10 i 30 dies per a pit de pollastre i pernil curat, respectivament, demostrant l'efecte de la naturalesa de la matriu sobre el creixement microbià en refrigeració. La combinació de HPU i FSC-CO2, va mostrar ser una ferramenta eficaç per a inactivar microorganismes en matrius càrnies, / Castillo Zamudio, RI. (2015). Inactivación microbiana en matrices cárnicas mediante fluidos supercríticos asistidos por ultrasonidos de potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53454

Neste trabalho estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas do CO2 supercrítico, iniciando com a avaliação de campos de força balizados por aplicações anteriores de simulação quântica do tipo Dinâmica Molecular de Born-Oppenheimer (BOMD). A aplicação principal é a descrição do espectro de absorção da paranitroanilina (pNA) em CO2 supercrítico. O CO2 supercrítico pode ser considerado como uma ``alternativa verde para os solventes orgânicos convencionais e a busca por solventes mais seguros, juntamente com a crescente consciência sobre a questão ambiental, tem levado a uma ``química verde com o intuito de se buscar soluções sustentáveis. A princípio estudamos três campos de força tradicionais para o CO2, aplicados na região supercrítica. Estes campos de força podem ser validados por meio de simulação de primeiros principios. Iniciamos considerando a condição supercrítica para o CO2 como T = 315 K, = 0.81 g/cm³ e o campo de força clássico de Zhang e Duan. Depois fizemos uma análise consistindo de uma alteração de cargas e também da geometria do CO2, que seria um caso não linear no qual foi considerado um ângulo (O-C-O) = 176° . O estudo do solvatocromismo da pNA em CO2 supercrítico foi feito considerando todas estas situações descritas para o campo de força, avaliando os resultados experimentais e teóricos já existentes. A simulação gera estruturas usando Monte Carlo e são usadas em cálculos de Mecânica Quântica do tipo DFT (CAM-B3LYP). Por fim, para verificar a importância da geometria do sistema, ou seja, a propriedade estrutural, consideramos uma outra geometria para a pNA, diferente da geometria que utilizamos a princípio nas simulações com o CO2 supercrítico. Essa ``geometria modificada\" da pNA foi obtida de uma simulação existente de Born-Oppenheimer e a utilizamos numa simulação Monte Carlo com o caso não linear para o CO2 supercrítico. Os resultados de todas essas simulações nos indicaram que a alteração das cargas e por consequência a alteração da polarização do solvente, não possui muita importância na mudança do espectro de absorção da pNA. Ao se considerar o CO2 não linear, obtivemos resultados um pouco melhor, mas não muito, comparados com a previsão teórica. Mas os resultados mais significativos são os obtidos para a situação em que utilizamos a geometria modificada da pNA. Uma parte do deslocamento do máximo da banda de absorção no espectro da pNA vem com a contribuição eletrostática da interação soluto-solvente e a outra parte vem da mudança estrutural. / In this work we study the structural and electronic properties of CO2 supercritical starting with the evaluation of force fields based on previous ab initio Born-Oppenheimer molecular dynamics (BOMD). The main application is the description of the absorption spectrum of paranitroanilina (pNA) in supercritical CO2. The supercritical CO2 is considered a ``green alternative\" to conventional organic solvents and the search for safer solvents, along with the increasing awareness of environmental issues has led to the interest in ``green chemistry\", seeking sustainable solutions. At first we studied three traditional force fields for CO2, applied in the supercritical region. These force fields can be validated by first principles simulation. We considered the supercritical condition for CO2 as T=315K, =0.81g/cm³ and the classical force field of Zhang and Duan. We also did an analysis consisting of a change of the atomic point charges and the geometry of CO2, including a non-linear case in which an angle (O-C-O)=176° was considered. The study of the solvatochromism of pNA in supercritical CO2 was made considering all these situations, evaluating the theoretical outcome and the experimental results. The simulation generates structures using Monte Carlo and are used in quantum mechanics calculations of DFT (CAM-B3LYP). To verify the importance of geometry in the system, that is, the structural property, we considered another geometry for the pNA geometry different from that we used initially in the simulations with supercritical CO2. This ``modified geometry\" of pNA was obtained from a previous Born-Oppenheimer simulation and was used in a Monte Carlo simulation with the non-linear case for supercritical CO2. The results of all these simulations indicated that the alterations of charge and thus the change in the polarization of the solvent, has no great importance in the change of the absorption spectrum of the pNA. When considering the nonlinear CO2, we obtained slightly better results. But the most significant results are obtained for the situation in which we use the modified geometry of pNA. Part of the shift in the absorption spectrum of the pNA comes with the electrostatic contribution of solute-solvent interaction and the other part comes from the structural change.

Não consta resumo na publicação / Abstracts not available.

En el presente trabajo se ha realizado el diseño mecánico de una planta piloto de extracción por fluido supercrítico que utiliza dióxido de carbono (CO2) en estado supercrítico como solvente. La planta piloto está diseñada para poder procesar 5 litros de biomateria por cada corrida y trabajar con una presión de hasta 300 bar y una temperatura de 100C con un flujo de CO2 de 1 kg/min, los parámetros de estado han sido determinados a partir de un análisis de la biomateria disponible en el Perú con potencial para beneficiarse de la extracción por fluido supercrítico, en el cual destaca el Sacha Inchi, con alto contenido de Omega-3 como componente minoritario, como el material de referencia debido a que sus parámetros de extracción son los más altos del grupo encontrado (Pext = 300 bar y Text = 60 C), de modo que la planta sea capaz de procesar productos cuyos parámetros de extracción se encuentren por debajo del rango mencionado. El uso de CO2 supercrítico como solvente está justificado debido a la relativa facilidad para alcanzar su condición de fluido supercrítico (Pcrit = 73:8 bar y Tcrit = 31 C) respecto de otros fluidos cuyas presiones y temperaturas críticas son mucho más altas lo cual impacta directamente en el costo de la planta y en el caso de la temperatura posiblemente en la integridad de los extractos obtenidos. Por otra parte, el CO2 es un gas relativamente barato y no genera residuos dañinos ni para el producto deseado ni para el medio ambiente. El presente trabajo está enfocado en el diseño y la selección de los componentes principales de la planta piloto, a partir de lo cual se ha realizado la cotización de la planta obteniendo un costo de US$ 60812.27 incluido IGV. Cabe indicar que el apartado del control y automatización de la planta se ha planteado únicamente a nivel de ingeniería básica por lo cual su desarollo está previsto como trabajo a futuro. / Tesis

Não consta resumo na publicação / Abstracts not available.

O CO2 supercrítico (CO2-sc) é um bom solvente para substâncias apolares e pouco polares de baixa massa molecular. A fim de tornar este meio um melhor solvente para uma gama maior de substâncias, desenvolvemos 8 novos tensoativos, sendo seis derivados de açúcares (N-metil-D-glucamina, 2-D-Glucosamina e Sorbitano) e três derivados de óleos vegetais (linhaça e palma). Os tensoativos possuem como grupos CO2-fílicos, o acetato (peracetilados) ou o t-butil-glicidil-éter, e como grupo CO2-fóbico o dodecanoato, que pode proporcionar um ambiente \"apolar\" em eventuais agregados formados em CO2-sc. A solubilidade e o comportamento de fase destes novos tensoativos em CO2-sc foram investigados, mostrando-se bastante solúveis e apresentando pontos de névoa comparáveis a outros tensoativos fluorados (mais agressivos, do ponto de vista ambiental). A polaridade que estes tensoativos agregam ao meio foi verificada através de análises de solvatocromismo, utilizando o corante de Reichardt (Betaína-30) e fluorescência de pireno, as quais mostraram resultados bastante promissores, obtendo-se polaridades baixas e médias (similares a álcoois de cadeia média ou solventes clorados). / Supercritical CO2 (sc-CO2) is a good solvent for non-polar or almost non-polar substances with low molecular mass. In order to turn this medium into a better solvent for a wider range of substances, we developed 8 new surfactants, six of them sugar derivatives (N-methyl-D-glucamine, 2-D-Glucosamine and Sorbitan), and three of them vegetable oil derivatives (palm and linseed). The surfactants have either acetate (peracetylated) or t-butyl-glycidyl ether as CO2-philic groups, and as CO2-phobic group, dodecanoate, that can provide an \"apolar\" environment in aggregates that might be formed in sc-CO2. The solubility and phase behavior of these new surfactants in sc-CO2 were investigated, and they showed to be very soluble presenting low cloud pressures comparable to fluorinated surfactants (that are more aggressive from an environmental perspective). The polarity that these new surfactants brought to the medium was verified through the solvatochromic analysis, using the Reichardt\'s dye (Betaine-30) and pyrene fluorescence, which showed promising results, with polarities similar to medium chain alcohols or chlorinated solvents