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En el presente trabajo de tesis se estudió el aprovechamiento de glicerol mediante la reacción de eterificación, utilizando sólidos ácidos como catalizadores heterogéneos. En los últimos años, el incremento de la demanda de energía y la necesidad de sustituir los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables ha impulsado la producción del biodiésel. Este biocarburante se obtiene mediante transesterificación generando una mezcla de ésteres metílicos y glicerol como principal subproducto. Argentina se ha convertido en uno de los mayores productores de biodiésel a nivel mundial, con lo cual, cuenta con una importante sobreoferta de glicerol en el mercado interno. La alta disponibilidad de este compuesto y la combinación de sus propiedades físicas y químicas lo convierten en un bloque de construcción interesante para desarrollar productos de mayor valor agregado y de esta manera contribuir a la sustentabilidad de la producción del biodiésel. Este trabajo de tesis se ordena en ocho capítulos y dos anexos. Se inicia el Capítulo I realizando un recorrido desde las principales razones que impulsan el desarrollo de energías renovables, hasta la producción del biodiésel en particular, con los comportamientos que tiene su producción y comercialización a nivel mundial y local. Esto permite entender mejor la creciente oferta del glicerol y la importancia de trabajar en el desarrollo de nuevas formas de aprovechamiento. En el Capítulo II se aborda al glicerol desde un enfoque químico, para comprender sus características y potencialidades en las reacciones de valorización, se puntualiza en la eterificación, haciendo una revisión bibliográfica de esta reacción con diferentes catalizadores ácidos, principalmente heterogéneos, y luego la posibilidad de utilizar carbón como soporte catalítico. En el Capítulo III se detallan los procedimientos experimentales empleados en la preparación y caracterización fisicoquímica de los catalizadores, se enumeran los reactivos y equipos empleados, y el desarrollo experimental seguido en cada ensayo catalítico. Los siguientes capítulos se refieren a la presentación y discusión de resultados de caracterización de materiales ácidos en conjunto con su actividad y/o selectividad catalítica. En el Capítulo IV se presentan los resultados alcanzados en la determinación de las condiciones operativas óptimas para estudiar la reacción de valorización de glicerol. Las conclusiones obtenidas en este apartado permitieron realizar los análisis de los diferentes materiales carbonosos funcionalizados con grupos ácidos (Capítulo V) para determinar que método de síntesis resultara el más adecuado para conseguir un material con adecuadas características y desempeño en la eterificación de glicerol. Este material sirvió de referencia para estudiar en el Capítulo VI la actividad de un carbón ácido obtenido mediante co-síntesis. En este mismo capítulo se proyecta la aplicación de este catalizador en la eterificación de glicerol crudo con alcohol bencílico, proveniente de una planta productora de biodiésel (Biobin S.A.). Posteriormente, en el Capítulo VII se presentan los resultados que se obtuvieron con otros sistemas ácidos y en la reacción de eterificación de glicerol con otros alcoholes. Finalmente, el Capítulo VIII resume las conclusiones parciales obtenidas en cada etapa de este trabajo de investigación y resalta el material catalítico que permitió arribar con éxito al principal objetivo de esta tesis. También se presentan las perspectivas a fututo para continuar la investigación en el tema. En los anexos se mencionan los fundamentos teóricos de las técnicas de caracterizaciones fisicoquímicas y los métodos analíticos utilizados en la identificación de los productos y seguimiento del avance de reacción.

En el presente trabajo se desarrollaron y caracterizaron columnas capilares monolíticas para separaciones quirales mediante cromatografía de líquidos. Para ello, se sintetizaron soportes monolíticos, tanto de naturaleza inorgánica como orgánica, y luego se incorporó una fase estacionaria basada en un selector quiral derivado de celulosa. Estas columnas capilares se emplearon en el desarrollo de métodos rápidos y robustos para la determinación enantiomérica cualitativa de mezclas racémicas de compuestos de interés farmacéutico y ambiental. El objetivo de emplear columnas a escala miniaturizada (capilares) es disminuir sensiblemente tanto la cantidad de material empleado en la fase estaionaria, los solventes utilizados como fase móvil y la cantidad de muestra, para cumplir con los requerimientos de la química verde o sustentable, a la vez que se mantiene o aumenta la sensibilidad analítica como consecuencia de la menor dispersión de los picos cromatográficos.

Se estudió el proceso de secado spray como alternativa de menor costo para obtener bacterias probióticas deshidratadas. Se estudió el efecto del proceso sobre la viabilidad y funcionalidad de las mismas. Los resultados demostraron que es posible lograr y conservar bacterias probióticas deshidratadas en diferentes matrices alimentarias.

El presente trabajo de tesis está enfocado al desarrollo de alimentos más saludables, con un alto contenido de antioxidantes. Las galletitas dulces son uno de los alimentos más consumidos en Argentina. Estos productos son altamente calóricos, y suelen presentar altos niveles de azúcar, grasas saturadas y grasas trans. Sin embargo, es posible modificar su formulación y sus condiciones de procesamiento de modo tal de obtener un producto final de mejor calidad nutricional, buena aceptabilidad y con un alto contenido de antioxidantes. Considerando esto, el objetivo general de este trabajo fue desarrollar una galletita rellena más saludable que los productos equivalentes que existen en el mercado, y con un alto contenido de antioxidantes. Para esto el trabajo se enfocó en tres secciones: en el uso de aceites vegetales en las tapas de galletitas y el desarrollo de antioxidantes durante su proceso de cocción; en el uso de miel en reemplazo parcial de la fase grasa y el azúcar refinado en los rellenos, y finalmente en la incorporación de saborizantes a la formulación de galletitas, evaluando la aceptabilidad y el tiempo de vida útil del producto final. Se encontró que el aceite de girasol alto oleico mejoraba el perfil de ácidos grasos en las tapas de galletitas generando un producto más saludable y estable a la oxidación durante el tiempo de conservación. Se pudo concluir también que el tratamiento térmico aplicado a las galletitas durante el horneado influye fuertemente en el contenido de antioxidantes del producto, asociado a la presencia de compuestos de Maillard. Un tratamiento térmico de alta temperatura por corto tiempo (150 °C por 30 min) genera un mayor contenido de compuestos antioxidantes que un tratamiento prolongado a baja temperatura (100 °C por 80 min). Durante la digestión, parte de los compuestos de Maillard son liberados por las enzimas digestivas y luego pueden ser absorbidos. Por otro lado, la fracción no liberada por las enzimas digestivas llega al intestino grueso donde puede ser metabolizada por las bacterias colónicas, incrementando el poder antioxidante in situ. En concordancia con estos resultados, los ensayos in vivo realizados sobre ratas Wistar mostraron que el consumo de una dieta con alto contenido de compuestos de Maillard incrementa el poder antioxidante en suero a la vez que disminuye su nivel de oxidación lipídica, incrementa la relación de bacterias lácticas sobre bacterias totales, tiene un efecto antihipertensivo (probablemente relacionado a su capacidad antioxidante), y no disminuiría la absorción aparente de minerales. Para incrementar el contenido de antioxidantes en rellenos de galletitas se evaluaron mieles de distintas regiones de la Argentina (Provincia Paranaense, Provincia del Espinal distrito Talar, Provincia Pampeana distrito Oriental y región Andina Patagónica). Las mieles de la región Andino Patagónica resultaron ser las más adecuadas para la preparación de rellenos:presentaban una baja humedad, un alto contenido de antioxidantes y los mayores niveles de compuestos volátiles. A partir de modelos matemáticos fue posible optimizar la formulación de rellenos de galletitas, obteniendo un producto con características de textura similares a la de los rellenos comerciales pero reemplazando parcialmente la manteca de cacao y el azúcar refinado por miel. El relleno final obtenido resultó estable durante seis meses, y su capacidad antioxidante se mantuvo prácticamente sin cambios. La incorporación de saborizantes como la canela y el chocolate incrementa el poder antioxidante de las masas y de las galletitas, a pesar de que parte de los compuestos con capacidad antioxidante son termolábiles y se pierden durante la cocción. La canela presentó la mayor capacidad antioxidante en el producto horneado y por esto fue incorporada en la formulación de las tapas de galletitas. Las galletitas rellenas obtenidas presentaron una excelente aceptabilidad sensorial y una alta intención de compra y de consumo. Además, tenían un menor contenido de lípidos y grasas saturadas que productos similares encontrados actualmente en el mercado. Estos ensayos demuestran que es posible obtener productos de mejor calidad nutricional con una buena aceptabilidad y con una alta capacidad antioxidante mediante el control de las condiciones de cocción y el uso ingredientes naturales.

En la búsqueda de productos alimenticios novedosos, que proporcionen valor agregado a la cadena de producción y que sean nutritivos y saludables, se planteó como objetivo del trabajo desarrollar un producto deshidratado tipo snack dulce con pulpa de fruta de rosa mosqueta, rico en ácido ascórbico (vitamina C). Esta Tesis Doctoral reúne el trabajo realizado, abarcando las etapas de formulación, procesamiento y almacenamiento del producto. El Capítulo I comprende el estudio de la composición y características fisicoquímicas más relevantes de la pulpa de rosa mosqueta, destacando su potencial como materia prima para la obtención de geles de pectina con alto contenido de ácido ascórbico. El Capítulo II se refiere a la etapa de desarrollo y optimización de las formulaciones, incluyendo la descripción de los ingredientes seleccionados para combinar con la pulpa de rosa mosqueta, los ensayos sensoriales y la caracterización de las dos formulaciones obtenidas. La diferencia fundamental entre ambas es la composición mayoritaria de sus sólidos solubles, sacarosa en un caso y polidextrosa en el otro, lo cual posibilita la obtención de un producto tipo snack dulce y su variante dietética. En el Capítulo III se aborda el estudio de las interacciones agua-soluto en las formulaciones. El tema se desarrolla desde un punto de vista aplicado, por su utilidad en las etapas de proceso y almacenamiento, aunque sustentado en principios teóricos, ajustando modelos matemáticos y analizando los efectos de la composición y la temperatura sobre las isotermas y las curvas de transición vítrea. Ya en la etapa de procesamiento, el Capítulo IV describe las tecnologías de convección, vacío y microondas y los equipos de secado utilizados en este trabajo, considerando el modo en que pueden influir sobre las características del producto. Combinando las tecnologías mencionadas, se diseñaron ocho procesos de secado que se describen y comparan en el Capítulo V, evaluando los tiempos totales de proceso y las historias térmicas de los productos. Además se estudió la calidad organoléptica y nutricional de los geles deshidratados en relación a la formulación y al proceso aplicado. Finalmente se seleccionó el proceso de secado al vacío porque permitió, en un tiempo aceptable, obtener productos con la mayor retención de ácido ascórbico. En el Capítulo VI se profundizó en el estudio del proceso seleccionado. Se deshidrataron al vacío ambas formulaciones, aplicando distintas temperaturas de bandeja en el rango de 40 a 70 °C, y se modelaron y compararon las cinéticas de secado, las historias térmicas y las cinéticas de degradación de ácido ascórbico. Se observó una compensación de los efectos tiempo – temperatura, de modo que la mayor temperatura resultó en productos de mejor calidad en un tiempo de proceso menor. Para concluir el estudio, se realizó un ensayo de almacenamiento de los geles deshidratados obtenidos por secado al vacío a 70 °C, a partir de las dos formulaciones mencionadas. Se comparó el comportamiento de ambas matrices durante un período prolongado, observando la evolución de varios parámetros indicadores de estabilidad física y de calidad organoléptica y nutricional. Los resultados muestran que el producto snack podría ser incorporado a la cadena de distribución de alimentos deshidratados, dado que mantiene parámetros de inocuidad y calidad suficientes durante un período prolongado.

Lograr dosis terapéuticas con drogas de elevada toxicidad y/o importantes efectos secundarios, sigue siendo un desafío para la tecnología farmacéutica. Los métodos de liberación controlada y sostenida de moléculas constituyen una nueva estrategia de desarrollo en la industria farmacéutica que permite reducir dosis, frecuencias de administración y toxicidad de fármacos con el consecuente impacto social y económico. A tal fin, el objetivo del presente trabajo de tesis es desarrollar vehículos más eficientes para el transporte y liberación de moléculas, que si bien pueden ser de interés biológico y de utilidad en el tratamiento de patologías agudas y crónicas, su toxicidad limita el uso terapéutico. Se postula desarrollar partículas que mejoren la administración de drogas anticancerosas encapsuladas con una alta eficacia y baja incidencia en sus efectos secundarios. Se propone el empleo de biopolímeros naturales para su utilización como matrices transportadoras y el desarrollo de tecnología de producción de micropartículas nanoestructuradas a escala de laboratorio, con la finalidad de una potencial aplicación en el ámbito farmacéutico. En forma preliminar, se trabajará con una molécula modelo, rojo congo como análogo de fármacos, con la finalidad de explorar, determinar y optimizar condiciones experimentales de síntesis de biogeles y sus propiedades. En una segunda etapa se realizarán estudios con un fármaco seleccionado, Doxorubicina, anticancerígeno perteneciente a la familia de las antraciclinas con elevada toxicidad, y de amplio uso en tratamientos oncológicos, para desarrollo de nuevos sistemas de administración de fármacos. Se trabajará sobre diferentes matrices biológicas naturales, empleando polímeros de origen vegetal: alginatos (producidos por algas), pectinas y gomas; y a su vez se empleará un polímero de origen microbiano (EPS y Emulsano) cuya producción y purificación será incluida en el presente proyecto. Se explorará el desarrollo de microesferas generadas a partir de diferentes estrategias con biopolímeros simples, mezclas biopoliméricas, recubrimientos biopoliméricos, y/o sistemas híbridos (inorgánicos-biopoliméricos), mediante el empleo de diferentes polímeros tanto de origen vegetal como sintetizados en nuestro laboratorio, con diferentes estrategias metodológicas: técnicas de gelación iónica, síntesis química por copricipitación coloidal y fluidos supercríticos. Se caracterizarán y evaluarán sistemas seleccionados, empleándose técnicas de microscopía, espectroscopía vibracional (FTIR y RAMAN) y de dispersión de luz (light scattering, AFM, etc), análisis reológicos y modelamiento cinético. Se analizarán las capacidades de almacenamiento y condiciones de entrecruzamiento, estabilidades en medios simulados al fluido gástrico e intestinal y las cinéticas de liberación, así como toxicidad en sistemas in vitro.

En la actualidad, existe una tendencia creciente de utilizar polímeros naturales por las características de ser renovables, biocompatibles, biodegradables y en muchos casos económicamente viables en aplicaciones varias. En particular los almidones provenientes de diferentes fuentes han sido empleados para elaborar recubrimientos para alimentos. Sin embargo requieren de la adición de plastificantes para reducir la rigidez y tendencia al agrietado. Una práctica común es la incorporación de glicerol, alcohol polivinílico (PVA) o combinaciones de ellos. La plastificación por glicerol es temporaria y puede migrar hacia el alimento. El PVA, por su parte, es un polímero de amplio uso en la industria por ser no-tóxico, soluble en agua, biocompatible y biodegradable, con resistencia química y alta flexibilidad, así como buenas propiedades de barrera para el oxígeno y los aromas. Sin embargo, la plastificación empleando PVA como único plastificante requiere de la incorporación de cantidades importantes, que supera en algunos casos el 50 % p/p. La incorporación de agentes específicos a la formulación de un recubrimiento o envase modifica la funcionalidad transformándolo en película activa o en envase activo, ampliando su condición de “extender la vida útil del producto” a “mejorar la seguridad y propiedades sensoriales del producto manteniendo su calidad”. Por otra parte, la compleja composición de los quesos y las condiciones ambientales durante el procesamiento y almacenamiento, promueven el desarrollo de mohos y bacterias en la superficie, reduciendo considerablemente la alidad de los mismos, y conformando un riesgo para la salud por la potencial generación de toxinas que pueden migrar a la masa del queso. En este trabajo de investigación se propuso el reemplazo de parte del PVA por un poliuretano de muy baja temperatura de transición vítrea, de tal manera que pudiera actuar como plastificante en pequeñas cantidades o proporciones, logrando películas conteniendo como mínimo 70 % p/p de almidón. Posteriormente las formulaciones fueron adicionadas con antioxidantes y antimicrobianos y se evaluaron las propiedades físico-químicas, mecánicas y de superficie de las películas comparadas con películas sin aditivar. En particular se evaluó la actividad antimicrobiana en placa frente a cultivos específicos aislados de la superficie de quesos en salas de maduración y se realizaron ensayos del desempeño en sistemas reales. Las películas conteniendo poliuretano presentaron una mejora en sus propiedades mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua, y cuando se les adicionó natamicina como agente antifúngico resultaron eficientes para proteger la superficie de quesos frente a la contaminación externa durante la etapa de maduración.

La enfermedad celíaca (EC) es una enteropatía crónica mediada por mecanismos inmunológicos, que se desencadena en individuos genéticamente susceptibles por la ingestión de un grupo de proteínas (llamadas prolaminas) presentes en trigo, cebada, centeno y avena (aunque se debate sobre la toxicidad de esta última). La activación del sistema inmune genera alteraciones histológicas típicas (atrofia vellositaria, hiperplasia de criptas) y funcionales en la mucosa intestinal, produciendo un síndrome de malabsorción con sintomatología gastrointestinal sólo en la mitad de los casos. En la cronicidad se pueden observar alteraciones hematológicas, endócrinas, óseas, dermatológicas y neurológicas, entre otras. La eliminación de las proteínas nocivas de la dieta (Dieta Libre de Gluten, DLG) revierte las alteraciones en la mucosa intestinal y evita las complicaciones a largo plazo, siendo el único tratamiento efectivo hasta el presente.

En el presente trabajo de tesis doctoral, se analiza la anatomía de los denominados ungulados nativos de América del Sur y Antártida, particularmente de la morfología postcraneal de los ungulados del Paleógeno, con énfasis en la fauna de Paso del Sapo, provincia del Chubut, Argentina. Esta fauna está compuesta por fósiles provenientes de dos localidades del Eoceno temprano de Patagonia, La Barda y Laguna Fría. Los ungulados nativos conforman un diverso conjunto de mamíferos euterios del Cenozoico de América del Sur y el Eoceno de Antártida. Comprenden a los Notoungulata, Litopterna, Astrapotheria, Pyrotheria y Xenungulata, agrupados tradicionalmente como Meridiungulata, y al menos dos grupos endémicos de ungulados arcaicos, los Kollpaniinae y los Didolodontidae. El origen y las relaciones filogenéticas de estos ungulados todavía constituyen temas de debate. Existe un uso casi exclusivo de caracteres dentales y craneanos en las descripciones y análisis de ungulados nativos basales, en detrimento de aquellos postcraneanos. Esto implica un desconocimiento de caracteres potencialmente importantes para la comprensión de estos ungulados. Entre los Eutheria, diversos grupos se encuentran sustentados por sinapomorfías de su postcráneo (e.g. Cetartiodactyla). Entre los ungulados nativos basales del lapso Paleoceno-Eoceno, los restos de esqueletos más o menos completos son escasos y poco representativos. Sin embargo, en las colecciones existe un gran número de restos postcraneales aislados sin estudiar, que pueden poseer información significativa para incorporar a estudios paleoecológicos y filogenéticos de estos ungulados. Se han realizado previamente varios estudios de asociaciones de restos aislados del Paleoceno y Eoceno a especies definidas a partir de elementos dentarios. En todos los casos, las asociaciones están basadas en métodos no reproducibles, ya sea por falta de fundamentación o por falta de datos claves sobre el método utilizado. En aquellos trabajos que utilizaron modelos matemáticos, no se presentó un marco probabilístico a la hora de determinar si las asociaciones entre elementos postcraneanos y medidas dentales son aceptables. Durante el trabajo de esta tesis se generaron nuevos modelos de asociación mediante el estudio osteométrico de mamíferos actuales y fósiles, y se analizaron mediante pruebas estadísticas, aportando un margen de error a los modelos. Los modelos fueron aplicados a restos aislados de las localidades del Eoceno temprano de Paso del Sapo, provincia del Chubut. Estos restos fueron previamente agrupados en morfotipos, con el objetivo de confeccionar una parataxonomía que permitiera la comparación de los materiales aislados. Se dedicó un capítulo de los resultados a cada tipo de elemento del esqueleto apendicular estudiado (capítulos III.2 a III.14). En cada capítulo se describieron los morfotipos y se detallaron los errores presentados por estos al ser asociados a otros elementos ya fueran dentales o del postcráneo para cada modelo estadístico utilizado. En el capítulo III.15, la asociación de morfotipos y la comparación de estos con esqueletos más completos permitió la identificación de probables restos de los notoungulados Isotemnus y Notostylops, así también como de otros notoungulados de la familia Oldfieldthomasiidae, y del litopterna? Asmithwoodwardia. La asociación propuesta para Notostylops contribuye a ampliar el conocimiento de la anatomía de este género, así como a respaldar las asociaciones de astrágalos propuestas previamente para este taxón. En los capítulos IV.1.1, IV.1.2 y IV.1.3, se discutió críticamente los alcances de estos modelos estadísticos así como las asociaciones anteriormente propuestas por otros autores, y la importancia del estudio del postcráneo en la compresión de las relaciones filogenéticas y ecológicas de los ungulados basales. En el capítulo IV.1.3, se cuestionó además el criterio utilizado por estudios previos de abundancia relativa, al observarse que en el caso particular de la localidad de La Barda los dientes y el postcráneo no se recuperaron en cantidades proporcionales para los distintos grupos. En los capítulos IV.2.A y IV.2.B, se analizó el postcráneo que fuera asociado por otros autores a Didolodontidae, Sparnotheriodontidae y Protolipternidae. Las asociaciones propuestas para Asmithwoodwardia, los morfotipos de Litopterna indeterminados, y el estudio de la anatomía de los notoungulados y astrapoterios llevan a cuestionar asociaciones previas realizadas a didolodóntidos y sparnoteriodóntidos, los cuales probablemente tuvieran un postcráneo litopternoide. Finalmente en el capítulo IV.2.C, se discutió el estado actual del conocimiento del postcráneo en los distintos órdenes de ungulados nativos sudamericanos y su importancia para establecer relaciones filogenéticas y ecológicas. Se realizaron inferencias sobre el postcráneo de los más tempranos Notoungulata, Litopterna y Astrapotheria, y de los escasos restos de las especies basales de los órdenes Pyrotheria y Xenungulata. En síntesis, el estudio de restos postcraneales aislados es una herramienta valiosa para el conocimiento de los ecosistemas paleontológicos, aportando datos novedosos sobre la anatomía, ecología, y relaciones de los taxones fósiles. Una parataxonomía dedicada al análisis de los elementos aislados permitirá evitar la pérdida de información clave que puede brindar el postcráneo a la hora de describir e interpretar las faunas fósiles, y abrirá la posibilidad de realizar nuevos estudios. Los resultados de este trabajo de tesis permitirán obtener un mayor conocimiento de la anatomía apendicular de los ungulados nativos basales, una mejor caracterización de la fauna de Paso del Sapo, y el surgimiento de nuevas preguntas e hipótesis acerca de la evolución de los ungulados nativos.

Las nanopartículas de silicio del tamaño de 1 a 5 nm nanómetros presentan fotoluminiscencia intensa debido a un mecanismo de confinamiento cuántico. Su funcionalización resulta en una menor sensibilidad de la luminiscencia a las interacciones físicas superficiales, hecho que se ha atribuido al aumento de la barrera de energía para la recombinación no radiativa de los transportadores de carga. Debido a su fotoestabilidad, pequeño tamaño, la intensa luminiscencia, el amplio espectro de excitación, la baja toxicidad, sumado a la relativa facilidad de funcionalización de su superficie con diversidad de ligandos que le otorgan afinidad con blancos biológicos específicos, las convierte en candidatos prometedores como marcadores biológicos luminiscentes y herramientas diagnósticas tempranas, como por ejemplo en cáncer. Por otro lado, la capacidad de diversos nanomateriales de generar especies reactivas del oxígeno (ROS) por excitación UV-visible y con irradiación ionizante, les confiere potencial como agentes terapéuticos en terapias fotodinámicas (PDT) y en radioterapia. El oxígeno singulete es el agente citotóxico producido en PDT y su eficiencia de producción depende fuertemente de la eficacia del fotosensibilizador, intensidad y longitud de onda de la luz, y concentración de oxígeno molecular. La PDT ha sido aplicable a tumores de piel y esófago, puesto que los cromóforos que componen los tejidos (ácidos grasos, melanina, deoxihemoglobina, etc.) absorben a las longitudes de onda en que es necesario excitar a los fotosensibilizadores. El empleo de la radiación ionizante permite llegar a sitios más profundos. Sin embargo, la producción de oxígeno singulete en este caso requiere de sensibilizadores con características especiales puesto que los mecanismos fotofísicos y fotoquímicos involucrados son muy diferentes.