Catálogo de publicaciones

La presente tesis doctoral aborda problemas de estimación y control de variables en procesos biotecnológicos. Se aportan soluciones novedosas a dos cuestiones relevantes para el control de estos procesos: i) el diseño de observadores (sensores virtuales) de variables no medibles a partir de las mediciones disponibles, y ii) el diseño de lazos de regulación del crecimiento en cultivos de microorganismos que utilizan múltiples sustratos. Con el objetivo de disponer de estimaciones de variables importantes del proceso que no son accesibles en línea, se diseñan observadores que utilizan información de la dinámica de las variables medidas. En primer lugar se proponen observadores por modo deslizante para procesos en los que sólo es medible la concentración de producto. En este caso se estiman, con dinámica de error reducida, la tasa de crecimiento y la concentración de biomasa, dos variables que son muy importantes para el monitoreo de los cultivos. Luego se presenta un observador por modo deslizante de segundo orden capaz de estimar múltiples tasas de formación y consumo de sustancias a partir de medir la concentración de estas sustancias. En este caso se obtiene convergencia en tiempo finito. Esto permite considerar las estimaciones obtenidas para la implementación de lazos de realimentación, donde la ventaja es que no se agrega dinámica adicional del observador. La segunda parte de la tesis trata problemas de regulación en el contexto de procesos alimentados con múltiples sustratos. Se diseña un algoritmo supervisor basado en modo deslizante cuyo objetivo es evitar que un sustrato necesario para el crecimiento alcance concentraciones que comprometan la operación deseada del proceso. En particular se considera un proceso aeróbico con regulación de la tasa de crecimiento, donde el oxígeno disuelto es un sustrato necesario para el crecimiento microbiano y cuya disminución puede llevar a respuestas indeseadas, tanto en el lazo de control de alimentación como en el comportamiento del microorganismo. Finalmente, se realiza el diseño de leyes de flujo proporcionales a la biomasa para cultivos semi-continuos alimentados con dos sustratos, donde el objetivo de control es la regulación de la tasa de crecimiento total. La incorporación del error de regulación en la tasa de crecimiento permite mejorar el desempeño del proceso. Se realiza además la extensión de las leyes de alimentación a modelos que incorporan el efecto de inhibición competitiva entre los sustratos. Estos modelos tienen particular relevancia, entre otras aplicaciones, en los procesos de biorremediación de sustancias tóxicas.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2019.

Bread is a product of massive consumption which is usually added to the basic ingredients (flour, water, yeast and salt) oxidants, emulsifiers, preservatives, among others, to improve the quality of the product. Fermentation is important in the characteristics of the bread, it is carried out by biological yeast they are already of industrial production (pure stump of Saccharomyces cereviceae) or of handmade production(sourdough). In this paper we studied the effect of ascorbic acid and azodicarbonamide and of the sourdough in the bread mass. The type selected was the baking of French bread. The design and analysis of results were performed using the program Statgraphics plus 7.1, taking as independent variables: the mother dough, ascorbic acid and azodicarbonamide and answers: work input, specific volume, crumb structure, flavor and overall score. At 5 days of refreshment of the sourdough, this presents pH = 3.9 ± 0.10 and acidity = 11 ± 1.29 milliequivalents/100 grams sample. The ratio lactic acid / acetic acid is 3:1. The best results are obtained for specific volume mass to work with mother and ascorbic acid. In the total score was observed that the mother dough, replacing 5%, has significant effect with p <0.05. We can conclude that a high acidity modifies the rheological properties of the mass, which significantly influence the product quality.

El dióxido de titanio (TiO2) es un material ampliamente conocido por su excelente estabilidad química, por sus propiedades mecánicas, la alta hidrofilicidad y por sus propiedades fotocatalíticas bajo irradiación UV. La excelente resistencia a la corrosión del titanio metálico se debe a la estabilidad generada por la capa protectora de dióxido de titanio que se desarrolla naturalmente sobre su superficie. El depósito de un film TiO2 sobre diversos sustratos permite aumentar la dureza y la resistencia al desgaste de sus superficies, además si el film crece en fase rutilo mejora su biocompatibilidad y hemocompatibilidad tornando estos recubrimientos de interés para el desarrollo de biomateriales. En este trabajo se propuso la obtención de recubrimientos de TiO2 en fase rutilo con un proceso de crecimiento a baja temperatura (<450 °C) sobre superficies de acero AISI 316L. El acero AISI 316L es un material tecnológicamente importante ampliamente utilizado en diversos sectores de la industria, entre ellos en la industria médica donde se emplea para la fabricación de prótesis. Es un acero austenítico que contiene cromo, níquel y un pequeño porcentaje de molibdeno lo cual le provee una excelente resistencia a la corrosión, además tiene un costo económico mucho menor al del titanio. La obtención de los recubrimientos de TiO2 en fase rutilo a relativamente baja temperatura, además de evitar defectos superficiales del recubrimiento, permite extender su aplicación a sustratos que no soportan los aproximadamente 800ºC requeridos para la transformación a la fase rutilo mediante tratamientos térmicos. En esta tesis, se estudió y optimizó la obtención de recubrimientos de TiO2 con alta proporción de fase rutilo utilizando la técnica de arco catódico. Se realizó el análisis de la influencia de los diferentes parámetros del proceso que afectan el crecimiento y la estructura cristalina de los recubrimientos de TiO2. Se llevó a cabo un estudio sistemático en función de la temperatura del sustrato, del voltaje de polarización y en función del espesor de una capa intermedia de titanio introducida entre el recubrimiento de TiO2 y el sustrato. Una desventaja de los arcos es que junto con el plasma emiten micropartículas de hasta -10 µm de tamaño que introducen defectos en los films degradando su calidad. Para disminuir la presencia de micropartículas en los recubrimientos se incorporó un filtro magnético. Los resultados de la caracterización estructural en función de la temperatura mostraron que es posible obtener la fase rutilo en mayor proporción que la fase anatasa con calentamiento in situ a temperaturas inferiores a 500°C empleando polarización con tensiones DC de - 100V. La polarización del sustrato produce que los iones provenientes del plasma impacten en la superficie con mayor energía, favoreciendo el crecimiento del rutilo a menor temperatura. La introducción de una capa intermedia de titanio entre el sustrato y el recubrimiento de TiO2 aumentó la proporción de rutilo/anatasa, convirtiendo el rutilo en la fase principal de la película de TiO2. La máxima cantidad de rutilo se alcanzó para la capa intermedia Ti más fina (-100 nm) y con una temperatura de 400 °C. El crecimiento de la fase se vió favorecido en estas condiciones debido a que la estructura con la cual crecen los films de Ti más delgados presenta gran similitud en la posición de los átomos de titanio con respecto al rutilo. Este hecho fue atribuido a que los films delgados de Ti poseen mayor contaminación de oxigeno que induce la expansión de la celda de titanio. La incorporación del filtro de micropartículas mejoró la cristalinidad y uniformidad de los films. La caracterización tribológica y mecánica se realizó para recubrimientos obtenidos sobre sustratos con la rugosidad superficial de la placa comercial (sin pulir) y otras pulidas a espejo. Los recubrimientos en las muestras sin pulir fueron los que presentaron mejor adherencia, mayor resistencia al desgaste y mayor dureza. No se observaron diferencias en la respuesta entre las muestras recubiertas sin o con filtro de micropartículas. El estudio de la resistencia a la corrosión de los recubrimientos en un medio acuoso que simula el fluido biológico mostró que las muestras más resistentes son las depositadas usando el filtro magnético. La disminución de defectos en la superficie redujo la probabilidad de picado disminuyendo la susceptibilidad a la corrosión. Los resultados demuestran que se ha logrado optimizar el proceso de deposición por arco catódico para obtener recubrimientos de dióxido de titanio con predominio de fase rutilo a baja temperatura. Las buena respuesta mecánica, tribológica y a la corrosión de estos recubrimientos sobre las muestras de acero 316L los posicionan como candidatos para su aplicación en biomateriales.

La transición vitrea que se manifiesta macroscópicamente por cambios fisicos(ablandamiento del material) ocurre a una temperatura (Tg) que representa un punto critico para la movilidad de los componentes amorfos a nivel molecular. El objetivo de este trabajo de Tesis fue estudiar el efecto de la transición vitrea sobre la estabilidad enzimática y quimica en alimentos y biomateriales a muybajas humedades. El análisis se llevó a cabo estudiando reacciones susceptibles de estar afectadas por efectos de movilidad/difusión de los reactivos: resistencia térmica enzimática (enzima invertasa (β-fructofuranosidasa)) y pardeamiento no enzimático. Las conclusiones fueron las siguientes: 1. La temperatura de transición vitrea no puede ser utilizada como un umbral absoluto para predecir la inactivación térmica de la enzima invertasa, ni para definir la estabilidad con respecto a las reacciones de pardeamiento no enzimático en sistemas modelo y alimentos deshidratados. 2. Las matriz de trehalosa es superior a las matrices poliméricas en la protección de la enzima invertasa. 3. A altas temperaturas, la temperatura de almacenamiento per se es un factor más importante que T-Tg con respecto a la estabilización de la enzima invertasa y al desarrollo de pardeamiento no enzimático. 4. La estabilidad química de los azúcares frente a la hidrólisis, aun en condiciones de baja humedad, es un factor importante a tener en cuenta en la selección de matrices protectoras de biomateriales. 5. En sistemas de baja humedad los resultados obtenidos sugieren que el azúcar rafinosa podria considerarse como una alternativa de la trehalosa como matriz protectora de biomateriales.