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Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2017

Hoy en día, las algas son consideradas como el tipo de biomasa con mayor probabilidad de proporcionar cantidades suficientes de combustibles sin afectar el suministro de alimentos.Se han desarrollado varias tecnologías con el objetivo de obtener biocombustibles a partir de algas. En el presente trabajo, se investiga la pirólisis rápida de tres tipos diferentes de algas: Pithophora sp. (Ph), Arthrospira platensis - Spirulina (Sp) y Botryococcus braunii (Bb), con un enfoque en la calidad y el rendimiento del producto líquido como un posible biocombustible.La caracterización de las algas mostró un contenido elevado de lípidos para Bb, niveles más altos de proteínas para Sp y cantidades similares de proteínas y carbohidratos para Ph. Un reactor de lecho fijo conectado a un sistema de vacío y flujo de nitrógeno, se utilizó en los experimentos de pirólisis a 300, 400, 500 y 600 °C. A 500 °C, Bb produjo la cantidad máxima de bio-líquido (60% de rendimiento), mientras que Sp y Ph proporcionaron la mayor cantidad a 600 °C, 40% y 23% de rendimiento, respectivamente.El análisis mediante Cromatografía Gaseosa acoplada a Espectrometría de Masas de los líquidos derivados de Ph, consistió principalmente en productos oxigenados y nitrogenados, destacándose 2,2-dimetil-1,3-dioxolan-4-metanol, también conocido en inglés como solketal; y el bio-líquido de Sp presentó principalmente compuestos nitrogenados, siendo 2,2,6,6-tetrametil-4-piperidona (TMP) el producto de mayor relevancia. Bb mostró un alto contenido de compuestos de cadena larga, principalmente alcoholes, ácidos carboxílicos e hidrocarburos insaturados. Este resultado indicaría que los bio-líquidos de Bb pueden usarse como materia prima para la producción de combustible. Se optimizaron las condiciones de pirólisis de Bb, siendo posible trabajar con mayores cantidades de biomasa y menores tiempos de reacción. Se evaluó también la aplicación de catalizadores en la pirólisis rápida de Bb, sin obtener resultados alentadores. Se analizó la capacidad de producción de biolíquido a partir de Bb por extracciones con solventes mediante calentamiento convencional y asistido por microondas, y se encontró que la pirólisis rápida ofreció mejores ventajas como metodología de producción de bio-líquidos.En la segunda parte de la Tesis Doctoral, se evaluaron las posibles aplicaciones tanto de los bio-carbones como de los bio-líquidos obtenidos en la pirólisis rápida. En relación a la fracción líquida, se evaluaron la capacidad antifúngica y antioxidante del bio-líquido obtenido a partir de la pirólisis de Sp, encontrándose valores de actividad inferiores en comparación a bio-líquidos derivados de otros tipos de biomasa.Acerca de las aplicaciones de los materiales sólidos de origen pirolítico, se evaluó la fitotoxicidad de extractos de agua de bio-carbones provenientes de la pirólisis de Sp sobre semillas de Lactuca sativa. Se encontró que los bio-carbones de Sp poseen una elevada fitotoxicidad, inhibiendo el crecimiento de L. sativa incluso a bajas concentraciones del extracto. Esto indicaría que estos bio-carbones no podrían ser utilizados como potenciales enmiendas de suelo.Por otro lado, se evaluó la capacidad de bio-carbones de Sp para adsorber moléculas de interés. Para los experimentos realizados con ácido láctico (AL), se obtuvieron valores de adsorción de tres órdenes de magnitud superiores a los reportados para otros materialescarbonosos y para resinas de intercambio. En cuanto a Albúmina Sérica Bovina (BSA), se evaluó el bio-carbón de Sp sin tratar y previamente tratado con KOH para aumentar su porosidad. Para ambos casos, se obtuvieron valores de adsorción mayores que los informados en bibliografía para materiales carbonosos obtenidos por tratamiento térmico de biomasa.Por último, se evaluó la purificación de AL proveniente de un caldo de fermentación bacteriana utilizando bio-carbones provenientes de la pirólisis de Sp. Se evaluaron bio-carbones sin ningún tratamiento, con tratamiento térmico a 350 y 400 °C y tratado con KOH. Se encontró que los bio-carbones tratados con KOH y tratados térmicamente a 350 °C, permitieron recuperar excelentes porcentajes de AL, con excelentes valores de eliminación de proteínas.

Se ha estudiado algunas propiedades cinéticas de las piruvato quinasas de dos tejidos metabólicamente diferentes; uno gluconeogénico, el hígado y otro glucolítico, el músculo. Por consiguiente, se pueden considerar dos aspectos en esta investigación: a) Isoenzima L de hígado: esta forma de piruvato quinasa fue purificada entre 400 a 600 veces. Estudiando la cinética de activación por K+ y NH4+ se encontró que la enzima exhibe efecto cooperativo homotrópico con respecto a estos activadores. Tanto el PEP como el FDP (el efector alostérico positivo) ejercen un marcado efecto heterotrópico positivo sobre la cooperatividad homotrópica del K+. Estos efectos son prácticamente independientes del buffer utilizado como así también de la fuerza iónica del medio. El pH ejerce una influencia compleja sobre la forma de la curva de saturación del K+; el efecto cooperativo homotrópico de este activador es máximo a pH 7.5 declinando marcadamente a valores de pH superiores (8.35) o inferiores (6.0). En experimentos diseñados para estudiar el comportamiento del K+ como ligando heterotrópico se comprobó que este activador, a diferencia del FDP, sólo ejerce una pequeña influencia sobre la cooperatividad del sustrato (PEP) y la del inhibidor alostérico (ATP). La cinética de activación por Mg++ también fue sigmoide a una concentración baja de PEP; en presencia de FDP o de niveles altos de PEP la curva de saturación del catión divalente se transforma en hiperbólica. El K+ y el Mg++ estabilizan la enzima contra la inactivación producida por tripsina y por pronasa mientras que en presencia de FDP la enzima es inactivada más rapidamente por ambas proteasas. Los sustratos no ejercen un efecto significativo. Los resultados obtenidos indican que la cinética de activación por K+ es de naturaleza alostérica. Estos estudios sugieren que el comportamiento cinético de la isoenzima L no se ajusta al modelo propuesto por Monod, Wyman y Changeux (J. Mol. Biol. 12, 88 (1965)). b) Isoenzima M de músculo: esta enzima es inhibida en forma específica por la fenilalanina. Este efecto es revertido por alanina, serina y cisteína. La inhibición es de tipo mixto con respecto al PEP y no competitiva con respecto al ADP; los gráficos de actividad en función de la concentración de ambos sustratos son hiperbólicos, aún en presencia de altas concentraciones del inhibidor. Cuando se estudió la variación de la actividad enzimática en función de la concentración de fenilalanina se obtuvieron curvas sigmoides. A niveles altos de PEP o en presencia de los aminoácidos reactivantes aumenta significativamente el valor de I0.5 pero no se modifica la cooperatividad del inhibidor. El grado de inhibición y el efecto cooperativo de la fenilalanina son marcadamente modificados cuando se varía el pH del medio de incubación. El comportamiento cinético de la fenilalanina fue comparado con el del 2-PGA, un inhibidor isostérico. La inhibición ejercida por este último metabolito se caracteriza por lo siguiente: es de tipo puramente competitivo con respecto al PEP, es independiente del pH de la mezcla de incubación y no es revertida por alanina. Además, la curva de inhibición por 2-PGA es hiperbólica. El efecto cooperativo homotrópico de la fenilalanina fue marcadamente disminuido en las siguientes condiciones experimentales: cuando la enzima fue disociada y renaturalizada; cuando el experimento se realizó a pH 7.25 ó al mantenerse la enzima diluída a 4°C durante dos semanas. Los resultados obtenidos indican que la inhibición ejercida por la fenilalanina es de naturaleza alostérica. El comportamiento cinético de la isoenzima M de músculo no se ajusta al modelo de Monod y col.; se propone un esquema que permite explicar cualitativamente las propiedades cinéticas de la enzima.