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Tesis (Doctor en Astronomía)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2016.

El estudio de los sistemas planetarios es uno de los temas fundamentales de las ciencias astronómicas. El interés en nuestro Sistema Solar surgió en tiempos remotos. Hace casi dos décadas, Mayor y Queloz (1995) detectaron el primer planeta extrasolar en órbita alrededor de una estrella de tipo solar. Este notable descubrimiento ha hecho surgir desde entonces un enorme interés en el estudio de sistemas planetarios en general. Esta Tesis es una continuación natural de un proyecto de investigación que empezo hace más de diez años en el Grupo de Ciencias Planetarias del cual formo parte. En al año 2005, Benvenuto y Brunini desarrollaron un código para el cálculo de la formación de un planeta gigante basado en los códigos estandar de formación estelar. A partir de este nuevo código, la Dra. Andrea Fortier desarrolló su Tesis de Doctorado, profundizando sobre los fenómenos físicos que dan lugar a la formación de un planeta gigante y mejorando el código. Esta Tesis continúa esta línea de investigación enfocándose principalmente en la formación de los planetas gigantes del Sistema Solar. El objetivo de la misma es intentar contribuir a la comprensión de los procesos que dan lugar a la formación de sistemas planetarios como un todo. Se trabajó en la construcción de modelos de crecimiento planetario en el contexto de un disco protoplanetario realista que evoluciona en el tiempo. Específicamente, se estudió la interacción que surge entre dos (o más) embriones que crecen simultáneamente en un mismo disco protoplanetario. En relación a la formación de los planetas gigantes, actualmente se consideran dos modelos antagónicos para explicar la existencia de estos objetos, el modelo de inestabilidad gravitatoria y el modelo de inestabilidad nucleada o modelo de acreción del núcleo. El modelo de inestabilidad gravitatoria propone la formación de los planetas gigantes como consecuencia de inestabilidades hidrodinámicas en el disco protoplanetario. Estas inestabilidades producirían el colapso gravitatorio de una porción de la componente gaseosa del disco protoplanetario dando lugar a la formación de objetos con masas subestelares del orden de las de los planetas gigantes (la masa de Júpiter es un milésimo de la masa del Sol) en una escala de tiempo muy corta, de algunos miles de años. Esta corta escala de tiempo en la que se produce la formación planetaria es considerada la principal virtud de la teoría de inestabilidad gravitatoria. Por otro lado, el modelo de inestabilidad nucleada, actualmente el más aceptado por la comunidad científica, propone que el planeta comienza a formarse a través de la acreción de planetesimales (bloques fundamentales en el proceso de formación planetaria, con tamaños que van desde el metro a centenas de kilómetros). Inicialmente, el planeta tiene una masa pequeña, del orden de la masa de la Luna (aproximadamente un centésimo de la masa de la Tierra). El planeta aumenta su masa a expensas de los planetesimales, y al estar inmerso en un disco con una componente gaseosa, poco a poco comienza a ligar el gas circundante generando una envoltura gaseosa, la cual inicialmentre tiene una masa varios órdenes de magnitud menor que la del núcleo (llamaremos núcleo a la componente sólida, o de alta densidad, del planeta). Cuando el núcleo alcanza una masa del orden de diez veces la masa de la Tierra, se produce la inestabilidad nucleada. Las capas de la envoltura gaseosa ya no pueden ser sostenidas en equilbrio hidrostático, y se produce el colapso de la envoltura sobre el núcleo. De esta manera, el planeta acreta la mayor parte del gas que lo compone alcanzando su masa final en una escala de tiempo muy corta (de unos miles de años). La duración total del proceso es de algunos millones de años, la cual se suele citar como más larga que la escala de tiempo en que se ha observado que subsisten las nebulosas protoplanetarias (Mamajek, 2009). Esto constituye una evidente paradoja que tradicionalmente se ha planteado como la principal dificultad del modelo de inestabilidad nucleada. Sin embargo, una de las principales razones por las que se prefiere a este modelo frente al de inestabilidad gravitatoria está relacionada con la masa de los núcleos que predice. Los estudios, tanto teóricos como observacionales (estudio del pasaje de satélites artificiales en las proximidades de los planetas de nuestro Sistema Solar, estudio de la dinámica de los satélites naturales de los planetas gigantes del Sistema Solar) predicen que Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen núcleos con masas del orden de una decena de veces la terrestre (Podolak et al., 2000; Saumon y Guillot, 2004; Guillot, 2005), tal como predice la teoría de inestabilidad nucleada. En referencia a la evolución del disco protoplanetario, éste sufre una evolución de gran complejidad, la cual es necesario modelar en forma detallada ya que afecta la capacidad de crecimiento de los planetas inmersos en el mismo. Además, el mismo disco es el sistema físico a través del cual se produce la interación planeta – planeta. Aquí no nos referimos simplemente a la interacción gravitatoria sino a la modificación de las poblaciones de planetesimales como consecuencia de la presencia de varias masas planetarias. Dichas masas fuerzan la migración de planetesimales modificando su densidad superficial. Ésta, a su vez, es la que alimenta a los planetas restantes. Por lo tanto un planeta afecta la disponibilidad de materia de la que podrían alimentarse los planetas restantes de un sistema en formación. Cabe destacar que los trabajos de Fortier et al. (2007, 2009) son los primeros en los que se considera el régimen de acreción de planetesimales conocido como de crecimiento oligárquico (Ida y Makino, 1993; Kokubo e Ida, 1998, 2000, 2002). Las simulaciones numéricas más detalladas muestran que el régimen de acreción según el cual los planetas sufren la mayor parte de su crecimiento es el crecimiento oligárquico. Según este régimen, el planeta, luego de alcanzar una masa algo menor a la lunar, es capaz de perturbar su entorno de forma tal que su crecimiento se autolimita. De esta forma el proceso de formación planetaria se vuelve más lento que el predicho por el crecimiento rápido conocido como crecimiento en fuga tal como el considerado por Pollack et al. (1996) u otros autores (Hubicky et al., 2005; Alibert et al., 2005; Dodson-Robinson et al., 2009; Mordacini et al., 2009). Sin embargo, en todos estos trabajos se considera la formación aislada de cada planeta, en donde los posibles efectos que un embrión planetario en formación podría ejercer sobre otros, que crecen simultáneamente en el mismo disco protoplanetario, son despreciados. Esta configuración, la más sencilla posible, es poco realista y resulta insuficiente para comprender de manera más global la formación de los planetas gigantes del Sistema Solar. En esta Tesis desarrollamos un código, en base a los trabajos de Fortier et al. (2007, 2009), en donde se calcula por primera vez –para este tipo de modelos– la formación simultánea de un numéro arbitrario de planetas gigantes inmersos en un disco protoplanetario en evolución. Aplicamos el nuevo modelo para calcular cómo la formación aislada de Júpiter y Saturno se modifica cuando se considera que ambos planetas se forman simultáneamente (Guilera et al., 2010). En este trabajo mostramos que la formación aislada de un planeta gigante puede sufrir cambios significativos cuando la formación del mismo se produce simultáneamente en presencia de otros embriones. En lo que respecta al Sistema Solar, el Modelo de Niza (una triología de trabajos que lleva su nombre debido a que sus autores lo desarrollaron en el Observatorio de la ciudad de Niza, Francia: Tsiganis et al., 2005; Gomes et al., 2005; Morbidelli et al., 2005) cambió el paradigma acerca de su formación. La configuración inicial de este modelo representa la configuración inicial del Sistema Solar exterior cuando la nebulosa primordial fue disipada, y propone que los planetas gigantes estaban en una configuración orbital mucho más compacta que la actual. Particularmente, el modelo propone que los planetas gigantes del Sistema Solar, una vez disipada la nebulosa primordial, se encontraban en órbitas circulares y coplanares, entre ~5.5 UA y ~14 UA (Unidad Astronómica: representa la distancia media entre la Tierra y el Sol, ~150 millones de km). Otro aspecto importante en el Modelo de Niza es la existencia de un disco residual de planetesimales detras de las órbitas de los planetas gigantes. Este disco de planetesimales interactuaría gravitatoriamente con los planetas gigantes y causaría la migración de los mismos a sus posiciones actuales. El éxito del Modelo de Niza radica en que el mismo puede explicar cuantitatívamente muchos aspectos actuales del Sistema Solar: las órbitas, excentricidades e inclinaciones de los planetas gigantes del Sistema Solar (Tsiganis et al., 2005); la existencia de los Troyanos de Júpiter (Morbidelli et al., 2005); el origen del Gran Bombardeo Tardío del Sistema Solar (Gomes et al., 2005) y la formación de la Región Transneptuniana (Levison et al., 2008). Sin embargo, todos estos estudios mencionados consideran que los planetas gigantes del Sistema Solar ya estaban formados, y no plantean discusión alguna acerca de la formación de los mismos. El primero en investigar este problema fue Desch (2007). Utilizando la configuración inicial propuesta por el Modelo de Niza, Desch recalculó la nebulosa solar mínima y considerando una población de planetesimales de 100 m de radio y el régimen de crecimiento oligárquico para los embriones, estimó de manera simple el tiempo de formación de los núcleos de los planetas gigantes. Desch encontró que los mismos podrían formarse en una escala de tiempo compatible con la vida media observada de los discos protoplanetarios. Continuando esta idea, Benvenuto et al. (2009) calcularon de manera detallada la formación aislada de los cuatro planetas gigantes del Sistema Solar. Adoptando la configuración inicial propuesta por el Modelo de Niza, el nuevo modelo de nebulosa solar calculado por Desch y considerando una distribución de tamaños para los planetesimales, encontraron que los planetas gigantes del Sistema Solar pueden formarse en escalas de tiempo compatibles con la vida media observada de los discos protoplanetarios. Además, encontraron que las masas de los núcleos de los cuatros planetas están en perfecto acuerdo con las estimaciones teóricas y observacionales predichas para dichos cuerpos. No obstante, tanto Desch como Benvenuto et al. no tuvieron en cuenta un fenómeno muy importante: la migración de los planetesimales debido a la fricción gaseosa generada por el gas nebular. Thommes et al. (2003), Chambers (2006) y Brunini y Benvenuto (2008) mostraron que este fenómeno tiene una fuerte influencia en las escalas de tiempo de acreción, especialmente para los planetesimales pequeños (menores a 1 km de radio). Este fenómeno también es introducido por primera vez –para este tipo de modelos– en nuestro código, con el cual, continuando el trabajo de Benvenuto et al. (2009), calculamos por primera vez la formación simultánea de los planetas gigantes del Sistema Solar (Guilera et al., 2011). En este trabajo encontramos que el modelo de nebulosa solar propuesto por Desch no favorece la formación simultánea de los planetas gigantes del Sistemas Solar. Sin embargo, modelos de discos con perfiles de densidades superficiales más suaves (como los propuestos por los modelos de discos de acreción) si lo hacen. Aun más, para estos discos, encontramos que si la mayor parte de la masa del sistema está distribuida en planetesimales con radios menores o iguales a 1 km, la formación de los cuatro planetas gigantes puede darse en escalas de tiempo similares (siempre compatibles con la escala de tiempo de vida media observada para los discos protoplanetarios, condición necesaria que debe satisfacer todo modelo de formación de planetas gigantes). En este trabajo, mostramos que la evolución de la población de planetesimales juega un papel importante en el proceso de acreción y formación planetaria. En este estudio, dicha población evoluciona solo por la acreción de los embriones inmersos en el disco y por la migración debida al gas nebular. Sin embargo, la evolución de la población de planetesimales es un fenómeno complejo, y otros procesos pueden tener implicancias significativas, como por ejemplo la evolución colisional, la dispersión o la apertura de brechas en el disco de planetesimales (procesos complejos de incorporar en los modelos como en los que esta Tesis se basa). En lo que respecta a la evolución colisional de la población de planetesimales, a medida que los embriones crecen, debido a las excitaciones gravitatorias que producen, incrementan las velocidades relativas de los planetesimales. Este aumento en las velocidades relativas de los planetesimales causa la fragmentación de los mismos debido a las colisiones mutuas. Después de sucesivas colisiones destructivas los planetesimales van reduciendo sus tamaños. Inaba et al. (2003) y Kobayashi et al. (2010, 2011) encontraron que grandes cantidades de masa pueden perderse por la migración, debido a la fricción gaseosa del gas nebular, de los fragmentos pequeños productos de las colisiones entre planetesimales. Por otro lado, a medida que los embriones crecen, éstos comienzan a ligar el gas circundante. Inicialmente, estas envolturas son poco masivas pero relativamente bastante extendidas, y producen una fricción sobre los planetesimales, aumentando notablemente la sección eficaz de captura de los planetas. Los planetesimales más chicos de la distribución son quienes más sufren ambos efectos. Resulta entonces importante estudiar en forma detallada si la fragmentación de planetesimales y la generación de fragmentos pequeños favorece o inhibe la formación de un planeta gigante. La última etapa de esta Tesis estuvo basada en la generación de un modelo de fragmentación para incorporar en nuestro modelo global de formación planetaria. De esta manera, la población de planetesimales del disco protoplanetario evoluciona ahora por acreción de los embriones, migración orbital y fragmentación. Nuestros estudios (Guilera et al., 2014) muestran que el proceso de fragmentación de planetesimales inhibe fuertemente la formación de los planetas gigantes en un amplio rango de masas para los discos y para un amplio rango de tamaños para los planetesimales. Sin embargo, si la mayor parte de la masa que se pierde en las colisiones entre planetesimales se distribuye en los fragmentos más grandes producto de las mismas, el proceso de formación planetaria se ve favorecido siempre y cuando se considere una distrinbución inicial de planetesimales grandes (con radios del orden de 100 km). Finalmente, encontramos que en este caso, para planetesimales con tamaños menores o iguales a 10 km de radio, es imprescindible considerar un modelo más general en donde además de la fragmentación se tenga en cuenta la coagulación entre planetesimales.

Durante esta Tesis Doctoral nos dedicamos a estudiar la formación y evolución de sistemas planetarios, tanto durante su etapa gaseosa de formación, que involucra los primeros millonesde años de vida de un sistema planetario, como durante la etapa post-gas, en la cual dominan las interacciones gravitatorias entre los planetas formados al final de la primera etapa. Focalizamos en la formación de planetas de tipo terrestre en las zonas internas deldisco, particularmente en la zona de habitabilidad, que se forman en sistemas planetarios sin gigantes gaseosos y posteriormente en sistemas planetarios análogos al Sistema Solar, prestando particular atención a los procesos de acreción de agua durante toda la evolución.En primer lugar estudiamos la diversidad de sistemas planetarios sin gigantes gaseosos en discos de baja masa mediante el desarrollo de simulaciones de N-cuerpos, que analizan la evolución de la etapa post-gas, partiendo de condiciones iniciales arbitrarias. Luego, reiteramos el estudio considerando primero la evolución de dichos sistemas durante la etapa gaseosa por medio de un código semianalítico de formación, y utilizando luego los resultados como condiciones iniciales más realistas para el desarrollo de las simulaciones de N-cuerpos.Globalmente encontramos que existe una gran diversidad de sistemas planetarios formados en estos escenarios, algunos de los cuales son más propensos a la formación de planetas ricosen agua en la zona habitable. Además, determinamos que los resultados obtenidos utilizando condiciones iniciales más realistas, si bien son cualitativamente similares a los obtenidos con condiciones iniciales arbitrarias, presentan diferencias importantes en las historias de acreción de los planetas de la zona habitable, por ende en las masas y cantidades de agua finales que presentan.En segundo lugar estudiamos la formación de sistemas planetarios análogos al Sistema Solar. Para vincular la etapa gaseosa y la etapa post-gas de la forma más realista posible, mejoramos y actualizamos el código semianalítico de formación planetaria antes mencionado incorporándole el tratamiento de fenómenos relevantes. Estudiamos la evolución de una gran diversidad de sistemas planetarios mediante un primer estudio de síntesis poblacional que nos permitió determinar cuáles son los parámetros y escenarios que dan lugar a la formación de sistemas análogos al Sistema Solar. Luego, estudiamos la evolución post-gas de dichos sistemas mediante el uso de simulaciones de N-cuerpos, y utilizando las distribuciones de embriones y planetesimales al final de la etapa gaseosa como condiciones iniciales. Los resultados de la síntesis poblacional nos indican que los escenarios más favorables para la formación de sistemas como el nuestro son aquellos que presentan nulas o bajas tasas demigración, y que se formaron a partir de planetesimales pequeños. Las simulaciones de la etapa post-gas nos indican que la formación de planetas potencialmente habitables (PPHs)sería un proceso común en estos sistemas. Sin embargo, la eficiencia en la formación está directamente relacionada con el tamaño de los planetesimales. Cuanto menor es el tamaño delos planetesimales mayor es la eficiencia en la formación de PPHs. Además, los fenómenos de migración tipo I y tipo II en estos sistemas favorecerían la formación de PPHs si los sistemasse forman a partir de planetesimales pequeños. También determinamos que los planetas más comunes en la zona habitable serían Súper-Tierras ricas en agua. Finalmente, estos estudiosnos permiten fortalecer nuestro conocimiento sobre la formación y evolución de sistemas planetarios y sobre la potencial habitabilidad de los planetas tipo terrestres que forman.

Durante esta Tesis Doctoral nos dedicamos a estudiar la formación y evolución de sistemas planetarios, tanto durante su etapa gaseosa de formación, que involucra los primeros millones de años de vida de un sistema planetario, como durante la etapa post-gas, en la cual dominan las interacciones gravitatorias entre los planetas formados al final de la primera etapa. Focalizamos en la formación de planetas de tipo terrestre en las zonas internas del disco, particularmente en la zona de habitabilidad, que se forman en sistemas planetarios sin gigantes gaseosos y posteriormente en sistemas planetarios análogos al Sistema Solar, prestando particular atención a los procesos de acreción de agua durante toda la evolución. En primer lugar estudiamos la diversidad de sistemas planetarios sin gigantes gaseosos en discos de baja masa mediante el desarrollo de simulaciones de N-cuerpos, que analizan la evolución de la etapa post-gas, partiendo de condiciones iniciales arbitrarias. Luego, reiteramos el estudio considerando primero la evolución de dichos sistemas durante la etapa gaseosa por medio de un código semianalítico de formación, y utilizando luego los resultados como condiciones iniciales más realistas para el desarrollo de las simulaciones de N-cuerpos. Globalmente encontramos que existe una gran diversidad de sistemas planetarios formados en estos escenarios, algunos de los cuales son más propensos a la formación de planetas ricos en agua en la zona habitable. Además, determinamos que los resultados obtenidos utilizando condiciones iniciales más realistas, si bien son cualitativamente similares a los obtenidos con condiciones iniciales arbitrarias, presentan diferencias importantes en las historias de acreción de los planetas de la zona habitable, por ende en las masas y cantidades de agua finales que presentan. En segundo lugar estudiamos la formación de sistemas planetarios análogos al Sistema Solar. Para vincular la etapa gaseosa y la etapa post-gas de la forma más realista posible, mejoramos y actualizamos el código semianalítico de formación planetaria antes mencionado incorporándole el tratamiento de fenómenos relevantes. Estudiamos la evolución de una gran diversidad de sistemas planetarios mediante un primer estudio de síntesis poblacional que nos permitió determinar cuáles son los parámetros y escenarios que dan lugar a la formación de sistemas análogos al Sistema Solar. Luego, estudiamos la evolución post-gas de dichos sistemas mediante el uso de simulaciones de N-cuerpos, y utilizando las distribuciones de embriones y planetesimales al final de la etapa gaseosa como condiciones iniciales. Los resultados de la síntesis poblacional nos indican que los escenarios más favorables para la formación de sistemas como el nuestro son aquellos que presentan nulas o bajas tasas de migración, y que se formaron a partir de planetesimales pequeños. Las simulaciones de la etapa post-gas nos indican que la formación de planetas potencialmente habitables (PPHs) sería un proceso común en estos sistemas. Sin embargo, la eficiencia en la formación está directamente relacionada con el tamaño de los planetesimales. Cuanto menor es el tamaño de los planetesimales mayor es la eficiencia en la formación de PPHs. Además, los fenómenos de migración tipo I y tipo II en estos sistemas favorecerían la formación de PPHs si los sistemas se forman a partir de planetesimales pequeños. También determinamos que los planetas más comunes en la zona habitable serían Súper-Tierras ricas en agua. Finalmente, estos estudios nos permiten fortalecer nuestro conocimiento sobre la formación y evolución de sistemas planetarios y sobre la potencial habitabilidad de los planetas tipo terrestres que forman.

La comprensión del efecto de la composición y formas de procesamiento sobre el comportamiento micro y macroscópico de los alimentos es de gran importancia para el desarrollo de nuevos productos. Esto se puede conseguir a través del conocimiento de la estructura del alimento, de las interacciones entre sus componentes y de las fuerzas que determinan la consistencia y la estabilidad física de los productos. En particular, los alimentos lácteos pertenecen a un importante sector de la industria alimenticia, además de abarcar gran parte de los productos dietéticos del mercado. En nuestra región, el estudio de los componentes de la leche bovina, entre ellos las proteínas, es de suma importancia por hallarnos en una cuenca lechera. Las caseínas (CN) que constituyen el 80 % de las proteínas en la leche bovina, y sus derivados, los caseinatos (CAS), son utilizados como aditivos en diversos alimentos debido a su potencialidad de gelificar, formar espumas y emulsiones y también estabilizarlas. La gelificación o gelación de las CN puede realizarse por coagulación enzimática, acidificación o modificación de la fuerza iónica del medio. Las diferentes maneras de promover la gelación afectan la velocidad del proceso de agregación y, por tanto, las propiedades físicas del gel formado, como la textura y la capacidad de retención de agua del producto. La cinética de agregación de las proteínas y, por lo tanto, la textura final del producto, puede verse afectada por la modificación de las condiciones de procesamiento (tratamiento térmico, cizallamiento, pH), así como por la presencia de otros componentes como pequeños cosolutos o polisacáridos. Tales factores también afectan el grado de compatibilidad de las proteínas con los otros componentes del sistema. En particular, el uso de polisacáridos en alimentos es una práctica común en la industria, debido a sus propiedades funcionales como espesantes y gelificantes, pudiendo proporcionar características reológicas y de textura únicas. En una mezcla proteína/polisacárido, las situaciones más comunes son la separación de fases segregativa y asociativa que pueden llevar a la organización de los sistemas biopoliméricos en nano o micropartículas, a la formación de emulsiones agua-agua que son utilizadas en la industria alimenticia como substitutos de la grasa y a la producción de geles con características reológicas particulares. La construcción de nano y micropartículas abre una amplio espectro de aplicaciones, no sólo en la industria alimenticia, sino también en la farmacéutica y cosmética, por la posibilidad de incluir principios activos en los productos elaborados. Las proteínas de la dieta aportan los aminoácidos necesarios para el desarrollo y mantenimiento de células y tejidos de nuestro organismo. Como consecuencia de la digestión proteica, además de aminoácidos libres, se liberan péptidos. En estos últimos años existe un creciente interés por determinados fragmentos específicos de las proteínas que, además de su alto valor nutricional, posean actividad biológica que regule diferentes procesos fisiológicos. La literatura evidencia que estos péptidos bioactivos pueden atravesar el epitelio intestinal y llegar a tejidos periféricos vía circulación sistémica, pudiendo ejercer funciones específicas a nivel local, tracto gastrointestinal, y a nivel sistémico. Los péptidos bioactivos podrían alterar el metabolismo celular y actuar como vasorreguladores, factores de crecimiento, inductores hormonales y neurotransmisores. En este sentido, la hidrólisis de proteínas lácteas ofrece grandes posibilidades. Durante la misma, las proteínas son clivadas en péptidos de diferentes tamaños y aminoácidos libres, a través de hidrólisis química o enzimática. La última, bajo condiciones suaves de pH y temperatura, puede llevar al desarrollo de componentes nutricionales bioactivos y con propiedades funcionales optimizadas. La hidrólisis tiene como objetivos mejorar la estabilidad térmica, reducir alergenicidad, producir péptidos bioactivos, modelar cantidad y tamaño de los péptidos para dietas especiales, alterar propiedades funcionales de gelificación, emulsificación y formación de espumas. Enzimas proteolíticas producidas por Bacillus pueden ser utilizadas para hidrolizar proteínas en sistemas alimentarios. Estas proteasas son neutras y generan menos amargor en hidrolizados de proteínas alimentarias que las proteasas ácidas, por lo tanto, son de interés para la industria de alimentos. Además, su baja termotolerancia resulta ventajosa para el control de su reactividad durante la producción de hidrolizados. El objetivo de este trabajo de Tesis fue estudiar la formación de geles de caseinato de sodio (NaCAS) por acidificación inducida por la adición de glucono-d-lactona (GDL) y evaluar las modificaciones que dichos geles sufren en presencia de pequeños cosolutos (sacarosa, lactosa, glicerol, ión calcio), polisacáridos (carboximetilcelulosa, goma guar y goma xantana) o hidrolizados proteicos (obtenidos por acción de las proteasas neutras P45 y P7) a través de ensayos funcionales y estructurales, variando la composición del sistema y las condiciones de proceso. Las muestras obtenidas en los distintos tratamientos son heterogéneas (monómeros, agregados homogéneos y heterogéneos de distintos tamaños) y las mismas se caracterizaron de acuerdo a los pesos moleculares de las especies presentes mediante electroforesis en geles de poliacrilamida en medio desnaturalizante (SDS-PAGE), en medio no reductor y reductor, y en condiciones nativas (sin SDS ni reducción) y en algunos casos, en presencia de urea (urea-PAGE). El estudio conformacional de las muestras obtenidas con los distintos tratamientos se llevó a cabo a través del análisis de los espectros de emisión de la fluorescencia intrínseca del aminoácido triptófano (Trp), que indicarían posible pérdida de estructura nativa y/o cambios en la polaridad del entorno proteico. Además, se determinó la hidrofobicidad superficial de la proteína por fijación del ligando hidrofóbico fluorescente 1-anilino-8-naftalén sulfonato (ANS) y la variación de la misma en presencia de diferentes cosolutos, polisacáridos y/o hidrolizados. En el caso de las mezclas NaCAS/polisacáridos se estudió la compatibilidad termodinámica. La curva binodial para cada sistema estudiado se obtuvo por un ajuste matemático exponencial decreciente. Además se realizaron curvas de solubilidad y estabilidad térmica de las mezclas. Los agregados y/o geles (según la concentración de NaCAS) fueron obtenidos por acidificación lenta del NaCAS hasta pH próximo a su punto isoeléctrico adicionando GDL. La cinética de la agregación inicial de las partículas se evaluó por medidas turbidimétricas, interpretando los resultados según deducciones desarrolladas por nuestro grupo de trabajo. Los posibles cambios de tamaño y/o grado de compactación fueron estudiados basándose en la dependencia de la turbidez con la longitud de onda en el rango de 450-650nm, rango en donde no hay absorción de los grupos cromóforos de la proteína. A partir de estos resultados se pudieron analizar las variaciones en la velocidad inicial del proceso de agregación y del grado de compactación de los agregados formados a la luz de la teoría de los fractales. Utilizando viscosímetros capilares y/o rotatorio se determinó la viscosidad de los distintos medios con el objetivo de analizar su efecto sobre la velocidad de difusión de las partículas durante la agregación. Se realizaron ensayos reológicos para estudiar las propiedades mecánicas de los geles ácidos obtenidos. Estos ensayos fueron realizados bajo cizallamiento para determinar las propiedades viscoelásticas de los sistemas, a bajas deformaciones y para evaluar los sistemas durante la formación de los geles y en el equilibrio. Para ello se utilizó un reómetro de tensión controlada y se estudió la cinética de la gelación, evaluando las variaciones de los módulos elástico (G’) y viscoso (G’’) con el tiempo. La microestructura de los geles ácidos obtenidos bajo las diferentes condiciones de procesamiento se estudió a partir de ensayos de microscopía óptica convencional y el posterior análisis de las imágenes digitales obtenidas. Para cada sistema se estimó el tamaño de poro promedio obtenido. El tamaño medio de las partículas y la distribución de tamaños se determinó en muestras representativas a fin de corroborar las determinaciones realizadas por microscopía y espectrofotometría, utilizando equipos de difracción láser adecuados para nano y micropartículas. Se aplicaron diseños de experimentos (completos y/o fraccionados) que permitieron evaluar la significancia de los distintos factores independientes estudiados (concentración proteica, concentración de polisacáridos, temperatura, cantidad de GDL adicionada) sobre las variables dependientes o respuestas analizadas (tiempo y pH al cual comienza la agregación y/o gelación, dimensión fractal de los agregados formados y grado máximo de elasticidad alcanzado por los geles). Se obtuvieron gráficos de contorno, de superficie y ecuaciones modelo que permitieron evaluar y predecir el comportamiento de los sistemas bajo las diferentes condiciones ensayadas. Las enzimas proteolíticas P45 y P7 fueron producidas a partir de los cultivos bacterianos de Bacillus sp. P45 y Bacillus sp. P7, aislados de peces de la cuenca Amazónica. A todas las fracciones de enzimas obtenidas se les midió su actividad proteolítica por el método de la azocaseína. Las proteasas fueron caracterizadas fisicoquímicamente por ensayos espectrofotométricos y espectrofluorométricos. Se obtuvieron los hidrolizados proteicos, se determinó el grado de hidrólisis alcanzado en cada caso y se analizaron los pesos moleculares de los péptidos resultantes por PAGE. Se evaluó la bioactividad in vitro de los péptidos obtenidos a diferentes tiempos de hidrólisis. Se estudió la actividad antimicrobiana frente a diferentes microorganismos patógenos, la actividad antioxidante (mediante los métodos TBARS, ABTS y DPPH), el poder reductor y la capacidad quelante de hierro. El estado conformacional de los hidrolizados se evaluó mediante ensayos de espectrofluorimetría. Por otro lado, se estudió la capacidad de agregación de cada hidrolizado ante la adición de GDL y el efecto que produjo la incorporación de los mismos sobre la cinética de agregación, las características reológicas de geles de NaCAS y la microestructura de los mismos. Según los resultados obtenidos, el proceso de agregación/gelación del NaCAS presentó dos etapas bien definidas. En la primera, más lenta y, por lo tanto, la que determina la velocidad total del proceso, se detectó una disminución del tamaño medio de las partículas, debido a la existencia de un proceso de disociación de las partículas de NaCAS. En la segunda etapa, ocurre la agregación espontánea de las partículas coloidales que han perdido su estabilidad electrostática por el descenso del pH, etapa donde se reveló el aumento brusco del tamaño particular hasta que el agregado llega a su crecimiento y grado de compactación máximo caracterizado por la dimensión fractal. Se comprobó que los sitios que participan en las interacciones interparticulares se encontrarían cercanos a los grupos cromóforos del NaCAS. Este proceso resultó dependiente de la concentración proteica, la cantidad de GDL adicionada y la temperatura de trabajo, de modo tal que una variación de cualquiera de estos parámetros, llevó a una modificación principalmente de la primera etapa y, por ende de la estructura de los agregados finales. Se observó que la elasticidad de los geles formados durante la gelación proteica dependió tanto de la concentración proteica como de la cantidad de GDL adicionada. Además, los geles formados a menor velocidad de gelación (menor cantidad de GDL adicionada), muestran una mayor estructuración, presentando un aspecto más compacto y poros de menor tamaño. Esto se debe a que, si el proceso se realiza lentamente, la malla de gel puede reestructurarse por ruptura de algunas interacciones y formación de otras nuevas, obteniéndose una malla más apretada y, por lo tanto, con poros cada vez más pequeños. Por lo tanto, el grado de compactación y el tamaño de los poros del gel dependieron de la velocidad de gelación, la cual está relacionada en forma directa con la cantidad de GDL adicionada. La adición de sacarosa, lactosa y glicerol aumentaron la viscosidad del medio y afectaron la hidrofobicidad superficial del NaCAS dependiendo de la naturaleza y concentración de los mismos. Esta variación estaría vinculada con la exclusión preferencial de cada cosoluto de la superficie proteica. Además los cosolutos afectaron la cinética de agregación del NaCAS como también la elasticidad de los geles ácidos formados. En presencia de sacarosa los geles presentaron una malla más fina y homogénea, con un tamaño de poros promedio menor, lo que implicaría un aumento de la interconectividad de la red de gel que incrementa la rigidez o elasticidad del mismo. Por su parte, la lactosa presentó un efecto opuesto, comportamiento que estaría vinculado, por un lado con la naturaleza química del disacárido que generaría un impedimento estérico para las interacciones CN-CN, y por otro con el aumento de la viscosidad del medio, dificultando la difusión de las partículas unas a otras y, por lo tanto, disminuyendo la probabilidad de interaccionar entre ellas. La presencia del ión calcio produjo un significativo cambio en el estado inicial de las partículas de NaCAS, vinculado a la fijación del mismo a los residuos fosfoseril y/o carboxilatos de la proteína. La estabilidad electrostática de las partículas coloidales disminuyó como consecuencia de una reducción en la carga neta, favoreciendo las fuerzas intermoleculares durante el proceso de gelación. El grado de compactación de los agregados y la elasticidad de los geles formados dependieron de la concentración de calcio empleada. Esta diferencia en la elasticidad final de los geles ácidos formados en presencia de distintas concentraciones de calcio puede ser atribuida a cambios conformacionales de las partículas coloidales y a modificaciones cinéticas durante el proceso de gelación. La adición de polisacáridos al NaCAS generó cambios en la solubilidad de los sistemas, en la conformación proteica y en las propiedades funcionales dependiendo del tipo y concentración del polisacárido. La carboximetilcelulosa (CMC) provocó un efecto estabilizante sobre el NaCAS en solución, debido a la adsorción de la misma en la superficie proteica, incrementando así la carga neta negativa. La cinética de agregación del NaCAS en presencia de CMC también se vio afectada. Se observó un aumento del tiempo en que se forman los agregados y una disminución del pH al cual comienza la agregación a medida que aumenta la proporción de CMC en la mezcla. Esto afectó la dimensión fractal de los agregados formados, disminuyendo el grado de compactación de los mismos a medida que aumentó la cantidad de polisacárido adicionada. Por otra parte, las características reológicas de los geles dependieron de la composición relativa de las mezclas NaCAS:CMC; se pueden obtener geles de diferente textura variando la relación proteína:polisacárido, debido a que se parte de un estado inicial diferente con formación de micropartículas inducido por la presencia del polisacárido. Además, los geles de mezclas NaCAS:CMC se formaron a muy bajos valores de pH lo cual podría aprovecharse para su utilización como vehículo de principios activos que se deseen incorporar por vía digestiva. La adición de goma guar (GG) a soluciones acuosas de NaCAS produjo un cambio conformacional con exposición al medio de los fluoróforos intrínsecos proteicos. Las mezclas NaCAS:GG no mostraron cambios significativos en la estabilidad térmica pero se observó incompatibilidad termodinámica a concentraciones de NaCAS mayores a 3% y/o de GG mayores a 0,2%. El tamaño medio inicial de las partículas de las diferentes mezclas fue mayor a medida que aumentó la proporción de GG, lo que indicaría una formación inicial de micropartículas. Se comprobó que el tiempo al que comienza la agregación dependió de la cantidad de GDL adicionada y de la temperatura, siendo el efecto de la primera variable mucho más significativo. El valor de pH que hay que alcanzar para desestabilizar al NaCAS varió según la temperatura y la concentración de GG; vinculándose esta última dependencia al grado de compatibilidad termodinámica entre el polisacárido y la proteína. El grado de compactación de los agregados, estimado a través de la dimensión fractal, resultó independiente de todos los factores evaluados. A partir de los ensayos reológicos se comprobó que la elasticidad final de los geles obtenidos dependió de todas las variables ensayadas. La microestructura de los geles resultó afectada por la temperatura y por la cantidad de GDL adicionada. Este resultado tiene estrecha relación con la velocidad de formación de la malla de gel. Por lo expuesto, la GG podría utilizarse para la obtención de micropartículas de NaCAS como posible vehículo de principios activos, con diferentes texturas de acuerdo a la concentración relativa de los biopolímeros y a las condiciones del proceso. La adición de goma xantana (GX) a las soluciones de NaCAS, originó incompatibilidad termodinámica en todo el rango de concentraciones de la proteína y el polisacárido. La GX es un polisacárido aniónico y el NaCAS tiene, al pH isoiónico carga neta negativa, por lo tanto, la repulsión electrostática generada por cargas de igual signo conduciría a la separación de fases. También se observó desestabilización térmica de las mezclas NaCAS:GX, la cual se incrementó con el aumento de proporción de GX. Estos resultados indican que el aumento de temperatura induciría la separación de fases en presencia de GX. Por otra parte, la presencia del polisacárido produjo cambios conformacionales del NaCAS vinculados a una modificación del entorno de los fluoróforos intrínsecos proteicos hacia un medio más polar a medida que aumenta la proporción de GX. Se comprobó que la cinética de agregación ácida del NaCAS en presencia de GX dependió de la cantidad de GDL adicionada y de la temperatura, siendo ambos factores igualmente significativos, aunque resultó independiente de la concentración de GX empleada. La dimensión fractal de los agregados formados dependió levemente tanto de la temperatura como de la concentración del polisacárido. Sin embargo, al evaluar las propiedades reológicas y la microestructura de los geles obtenidos en presencia y ausencia de GX, se observó que un aumento de la concentración del polisacárido conduce a geles más elásticos y compactos. El grado de hidrólisis proteica con la enzima P45 aumentó hasta las dos horas de incubación, alcanzándose péptidos con pesos moleculares menores a 6,5 kD. La hidrofobicidad superficial de los mismos disminuyó a medida que aumentó el tiempo de hidrólisis. La actividad antioxidante de estos péptidos se evaluó por los métodos DPPH y TBARS. Se observó que sólo el hidrolizado obtenido luego de una hora de incubación (t1) y el control (t0) presentaron bioactividad. Además, solo el hidrolizado t1 presentó actividad antimicrobiana contra Salmonella enteritidis. Cuando se evaluó la capacidad de agregación de los hidrolizados frente a la acidificación, se observó que sólo los hidrolizados t1 mantuvieron la capacidad para agregar luego de adicionada la GDL. Esto coincidió con la brusca disminución de la hidrofobicidad superficial, lo que demuestra la participación de las interacciones hidrofóbicas durante el proceso de agregación. Los geles finales obtenidos fueron menos compactos y estructurados. Por otro lado, la incorporación de los hidrolizados bioactivos a soluciones de NaCAS modificó la cinética de agregación ácida pero no alteró significativamente el grado de compactación de los agregados formados; los geles obtenidos a partir de la mezcla NaCAS:hidrolizado t1 presentaron una elasticidad y microestructura similar a las de los geles de NaCAS. La hidrólisis enzimática del NaCAS con la enzima P7 produjo péptidos de pesos moleculares menores a 6,0 kD que presentaron diversas bioactividades (antimicrobiana, antioxidante, quelante y poder reductor), cuya magnitud dependió del tiempo de hidrólisis. Estos hidrolizados perdieron la capacidad de gelificar por adición de GDL, y su incorporación a soluciones concentradas de NaCAS no modificó la cinética de gelación pero si la elasticidad de los geles formados, sin variación significativa del tamaño promedio de sus poros. Estos resultados son prometedores con respecto a la incorporación de péptidos bioactivos como aditivos en la elaboración de diferentes productos lácteos, donde la agregación y gelación ácida constituya la base para su producción. Sin embargo, se debe tener en cuenta su efecto sobre las propiedades reológicas y de textura de los geles formados, ya que las mismas pueden modificar las características organolépticas del producto final.