Centro UTN QUIMOBI (Química Orgánica Biológica)

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    Cultivos de microalgas en mezclas de efluentes
    (Departamento de Ingeniería Química. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires, 2023-10-30) Cuello, María Carolina; Pila, Andrea Natalia; Schmidt, Roberto Martín; de Escalada Plá, Marina Francisca; Chamorro, Ester Ramona
    Hasta que no sea posible reducir el costo de producción de biomasa microalgal, la biorrefinería de microalgas, para obtención de biocombustibles o de otras biomoléculas, no es escalable comercialmente. Los compuestos utilizados para formular los medios sintéticos de crecimiento (fertilizantes) representan el 20% del costo de producción de la biomasa y el 50% de la energía fósil (no renovable) necesaria para el cultivo. En el informe final del “Programa de Especies Acuáticas” (Departamento de Energía de Estados Unidos), creado para investigar, desarrollar y escalar cultivos microalgales para producir biocombustibles, se enfatiza, entre otras conclusiones, que para lograr viabilidad económica de dichos cultivos era preciso desarrollar estrategias que usen aguas residuales o recicladas, particularmente para algas de agua dulce. Durante el desarrollo de tres proyectos consecutivos en el Centro de Investigación QUIMOBI, se trabajó con diversos efluentes como medio para el desarrollo de cultivos microalgales, a saber, efluente de tambo, lixiviado de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos, efluente cloacal de municipio pequeño, suero de quesería, aguas de arroyos contaminados, efluentes de cervecerías artesanales. En todos los casos se logró crecimiento microalgal y obtención de metabolitos en la biomasa, sin embargo, en cada caso la composición del efluente (contenido de nitrógeno, fósforo, demanda química de oxígeno) y/o sus características fisicoquímicas (opacidad, muy bajo pH, alto contenido de sólidos totales) eran un obstáculo para el crecimiento óptimo de las células microalgales utilizadas (Chlorella sp., Scenedesmus sp.) y era necesario compensar nutrientes, o diluir el efluente, o corregir el pH para lograr el crecimiento óptimo. En dos de los últimos proyectos, realizamos el cultivo en mezclas de efluentes. En un caso, una mezcla de purín vacuno y suero ácido de quesería. En otro caso, dos efluentes “vecinos”, el lixiviado de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos y el efluente de un tambo. Los crecimientos en las mezclas, una vez optimizadas, fueron más exitosos que en los efluentes por separado, y no fue necesario compensar nutrientes mediante agregado de medio sintético o dilución con agua dulce. Los efluentes con alto contenido de fósforo y bajo contenido de nitrógeno (como el cloacal) sirven para inducir estrés en las células y propiciar la producción de lípidos. Los efluentes claros (como el suero) compensan la opacidad de los más oscuros (como el purín) permitiendo el desarrollo de las células fotosintéticas. Altas concentraciones de nitrógeno amoniacal (purín) o muy bajo pH (suero ácido de queso), que impedirían el crecimiento microalgal si no se corrigen, son parámetros que se pueden compensar al mezclar los efluentes.
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    Obtención de ácido levulínico a partir de cascarilla de arroz
    (Facultad de Ciencias de la Alimentación - Universidad Nacional de Entre Ríos (UNER), 2024-08-24) Ruiz, Carlos Raúl; Sequeira, Alfredo Fabián; Dagnino, Eliana Paola
    En el contexto de la industria agrícola, más precisamente la producción arroz en el noreste argentino, la valorización de la cascarilla de arroz mediante un proceso de biorrefinería emerge como una estrategia clave en la transición hacia una economía circular. Este proceso implica el tratamiento previo de la cascarilla para obtener sus componentes estructurales por separado como las hemicelulosas, la lignina, material inorgánico y la celulosa. A este último, en condiciones ácidas se lleva a cabo la hidrólisis con producción glucosa, reacción que continúa con la deshidratación de ésta obteniéndose 5-hidroximetilfurfural y, por último, la rehidratación que resulta en la obtención de Ácido Levulínico y un subproducto como el ácido fórmico. A través de un diseño de experimento se realizaron una serie de ensayos donde se varió la materia prima, el ácido utilizado y la presencia o ausencia de catalizadores. Esta reacción se llevó a cabo en un reactor de acero al carbono AISI 316 calentando la mezcla de cascarilla pretratada rica en celulosa y la solución de ácido a 180°C durante 2 horas, obteniéndose en el punto óptimo un licor que contiene en mayor medida ácido levulínico y ácido fórmico, y en pequeñas proporciones furfural y 5-hidroximetilfurfural.
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    Obtención de bioplásticos a partir de cáscara de arroz
    (Facultad de Ciencias de la Alimentación - Universidad Nacional de Entre Ríos (UNER), 2024-08-22) Schmidt, Roberto Martín; Pila, Andrea Natalia; Dagnino, Eliana Paola; Bolado Rodríguez, Silvia
    Una de las alternativas más prometedoras para sustituir al plástico convencional es la utilización de biopolímeros producidos por microorganismos. Dentro de esas alternativas, los polihidroxialcanoatos (PHAs) son uno de los materiales que mayor relevancia están tomando los últimos años. Son biopolímeros producidos y acumulados por microorganismos a partir de aceites, azúcares y otros productos valiosos para la industria alimenticia, pero también a partir de ciertos residuos.El objetivo de este trabajo fue evaluar el uso de hidrolizado de CA como sustrato para la producción de PHAs, estudiando el efecto de algunas variables. El microrganismo seleccionado fue Paracoccus denitrificans, una bacteria productora de PHA en condiciones de exceso de carbono y falta de nitrógeno. La CA se hidrolizó con el objetivo de maximizar la liberación de azúcares simples como glucosa y xilosa y minimizar la producción de furfural, un inhibidor del crecimiento bacteriano.
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    Lignina y alginato de sodio como componentes de pared en microcápsulas conteniendo aceite esencial de pomelo
    (Facultad de Ciencias de la Alimentación - Universidad Nacional de Entre Ríos (UNER), 2024-08-22) Cáceres, Liliana Mariel; Dagnino, Eliana Paola
    Los aceites esenciales poseen cualidades que los convierten en valiosos aditivos en la industria alimentaria, aportando una amplia gama de sabores y aromas a diversos productos comestibles, farmacéuticos y cosméticos. No obstante, debido a su alta volatilidad y susceptibilidad a la degradación química cuando están expuestos al aire, luz, humedad y altas temperaturas, su manejo y almacenamiento representan un desafío considerable. Para contrarrestar esta degradación se emplea la técnica de encapsulación, que consiste en la inclusión de los aceites esenciales en una matriz polimérica, limitando su interacción con el exterior. El propósito de esta investigación fue la obtención de microcápsulas conteniendo 2% p/p de aceite esencial de pomelo, incorporado en matrices compuestas por alginato de calcio y lignina extraída de la biomasa de cascarilla de arroz de arroceras de la región.
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    Co-cultivo de Chlorella pyrenoidosa y Scenedesmus dimorphus con la bacteria Azospirillum brasilense en efluentes agroindustriales
    (2023-09-04) Cuello, María Carolina; Pila, Andrea Natalia; Schmidt, Roberto Martín; De Escalada Plá, Marina Francisca; Gori, Juan
    La bacteria Azospirillum brasilense ha sido estu- diada co-inmovilizada con Chlorella sp. y ha sido propuesta como promotora del crecimiento algal. La finalidad de este estudio fue utilizar un medio de cultivo compuesto por Purín Vacuno y Suero de Queso y evaluar el efecto de la asociación de A. brasilense con cada una de las microalgas Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa en la producción de biomasa, metabolitos y depuración del medio. Los microorganismos fueron cultivados libres en fotorreactores de 1L con agitación, en 50v/v Purín Vacuno/Suero de Queso, sin esterilizar ni diluir, con fotoperíodo 12:12 horas luz/oscuri- dad, durante 7 días. Los cultivos de S. dimorphus con y sin la bacteria alcanzaron la fase estacionaria al cuarto día. Al sexto día, sólo el cultivo de C. pyrenoidosa y A. brasilense en consorcio seguía creciendo. En la composición bioquímica se des- taca que la cantidad de lípidos en la biomasa de S. dimorphus cultivada en consorcio con la bacteria (167 mg/L) es superior a cuando es cultivada sola (126 mg/L). Lo opuesto sucede entre los cultivos de C. pyrenoidosa (127 mg/L y 161 mg/L para C. pyrenoidosa + A. brasilense y C. pyrenoidosa sola, respectivamente). El resultado obtenido no indica que exista promoción significativa del crecimiento de S. dimorphus por parte de A. brasilense, sin em- bargo, y coincidiendo con la bibliografía, Chlorella sp. sí muestra un mayor crecimiento y reducción de nutrientes cuando es cultivada en consorcio con A. brasilense.
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    Obtención de micropartículas mesoporosas de SiO2 a partir de residuos de la industria arrocera
    (2023-10-19) Tourn, Silvana; Mamana, Nadia; Barolín, Sebastián; Roldán, María Virginia; Pellegri, Nora
    La producción nacional de arroz deja como residuo hasta 600.000 t anuales de cáscara de arroz. Este residuo de alto contenido en SiO2 puede aprovecharse como materia prima para la obtención de partículas de esta composición que podrían ser empleadas en las industrias químicas, electrónicas y de la construcción. La obtención de partículas de sílice puede llevarse a cabo de manera sencilla y económica a partir de un proceso de descomposición térmica controlada. Los parámetros del proceso están íntimamente relacionados con las características de la materia prima utilizada, por lo cual deben ser ajustados específicamente en cada caso. Adicionalmente para el diseño del proceso de obtención deben considerarse las características esperadas para la sílice (estructura cristalina, tamaño, porosidad, etc.) según su aplicación. Objetivo: A partir de estas consideraciones, en este trabajo se propone el estudio de la obtención de partículas de SiO2 a partir de cáscara de arroz generada como residuo de la industria arrocera de la región del NEA (Chaco-Corrientes). Para la obtención de partículas SiO2 se usó como materia prima cáscara de arroz con distintos tratamientos previos: 1) Cáscara de arroz lavada con HCl 0,1 M, 2) Char de cáscara de arroz y 3) Char de cáscara de arroz lavado con HCl 0,1 M. El char es el producto sólido que se obtiene de la pirólisis convencional de la cáscara de arroz. Todos estos productos se trataron térmicamente a 600°C y posteriormente se homogeneizó el tamaño de partículas mediante porfirizado en mortero de ágata. Se suspendieron los polvos en agua destilada y se agregó solución 1M de HCl hasta pH 1 con agitación mecánica continua. Luego de 2 h de agitación se separó el polvo del líquido sobrenadante, se lavó con agua destilada hasta pH neutro y se secó en estufa a 30 ºC. Los materiales obtenidos se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de energías dispersivas (EDS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Resultados: Todos los polvos obtenidos resultaron ser de color blanco. A partir de estudios por SEM, para todas las muestras, se observaron partículas de SiO2 de tamaños menores a 50 µm y resultaron con bajo nivel de contaminantes inorgánicos según ensayos de EDS. Las imágenes de TEM mostraron que las partículas son porosas, con diversas morfologías y no poseen estructura cristalina ordenada.
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    Producción de “building blocks” a partir de residuos lignocelulósicos, enmarcado en la biorrefinería de los mismos
    (2022-09-09) Ruiz, Carlos Raúl; Sequeira, Alfredo Fabián; Dagnino, Eliana Paola
    El ácido levulínico (LA) es considerado como uno de los compuestos orgánicos con mayor potencial en la biorrefinería de residuos lignocelulósicos. La composición de la cascarilla de arroz hace que la obtención de LA a través de la biorrefinería sea muy prometedora. Este trabajo tuvo como objetivo definir los rangos de estudio de las variables que afectan a la obtención de LA por tratamiento ácido e identificar el ácido levulínico en el producto de reacción, para posteriormente definir un diseño de experimentos de optimización. Para ello, se realizaron pruebas con cascarilla sin tratar, y con cascarillas pretratadas, modificando la temperatura, el tiempo de reacción, la concentración de ácido sulfúrico y la carga de sólidos. Se identificó y cuantificó la concentración de ácido levulínico por medio de HPLC y, con los datos obtenidos se determinaron los rangos de estudios para cada variable para su posterior optimización. A partir de estos datos preliminares se concluye que es factible la obtención de ácido levulínico a partir de cascarilla de arroz tratada y original por medio de tratamientos ácidos. Se obtuvieron licores con concentraciones de LA superiores a 20 mg/L, con los cuales, haciendo los ajustes correspondientes a los parámetros estudiados se podría esperar mejoras en el rendimiento.
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    Levulinic acid obtention from lignocellulosic waste of agroforestry-industrial of different origins
    (2023-08-04) Ruiz, Carlos Raúl; Sequeira, Alfredo Fabián; Dagnino, Eliana Paola
    Worldwide, since last decade levulinic acid (LA) was one of the most sought-after chemical precursors. Lignocellulosic waste of agroforestry-industrial origin like rice hulk, sawdust, and cotton stubble are pointed as raw material for this work, at the same time those lignocellulosic wastes are abundant in Argentina´s northeastern. Report about the evaluation of LA obtention reaction using different raw materials obtained in different treatment steps and maintaining the same operation conditions is the main objective of this work. This objective aims to demonstrate the technical feasibility to obtain LA from a lignocellulosic waste biorefinery scheme. The reaction was running in a cylindrical steel reactor (AISI 316) provided with a manometer and a security valve to ensure the maximum pressure work. The reactor was heated indirectly in a heat-resistant silicone bath. The raw material used were rice hulk (pretreated to extract hemicellulose, lignin, and inorganic compounds), Prosopis nigra sawdust (pretreated to extract lignin and others), and cotton stubble (two fractions one rich in the ground cotton husk and other rich in cotton fiber).
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    Ficorremediacion de purín vacuno y suero de quesería como alternativa simple de tratamiento de efluentes para pequeños productores queseros
    (2021-05-12) Cuello, María Carolina; Pila, Andrea Natalia; Chamorro, Ester R.
    El tratamiento de efluentes agroindustriales a base de microalgas puede potencialmente lograr más eficiencia con menores costos de gestión que los procesos convencionales en las industrias lácteas pequeñas y medianas, donde no se encuentran implementados tratamientos de aguas residuales. El presente estudio analizó el desempeño en mesocosmos de Scenedesmus dimorphus y Chlorella pyrenoidosa en mezclas de Purín Vacuno (PV) y el Suero Ácido de Queso (SAQ). Los resultados reportados aquí indican no solamente que es posible tratarlos con microalgas sino que la combinación de ambos efluentes permite superar los principales obstáculos reportados para el tratamiento de cada uno de estos dos efluentes por separado. El mejor resultado lo obtuvo Scenedesmus dimorphus en una mezcla del 50% de cada uno de los efluentes mencionados, eliminando el 90% de P-PO4, el 96% de N-NO3 y el 70% de N-NH4, dominando el cultivo en todo momento.
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    Tratamiento de efluentes urbanos con microalgas autóctonas en General San Martin-Chaco
    (2021-08-06) Pila, Andrea Natalia; Cuello, María Carolina; Chamorro, Ester Ramona
    El aumento de la población mundial registrado durante las últimas décadas conlleva asociado un aumento en la generación de residuos como consecuencia de la actividad humana, como las aguas residuales urbanas. Las emisiones de efluentes con alto contenido en materia orgánica, nitrógeno, fósforo y otros componentes pueden resultar en el proceso de eutrofización. Existen tratamientos costosos e ineficaces que presentan inconvenientes y podrían contaminar el medio ambiente. La biorremediación de estos efluentes con microalgas fotosintéticas es una tendencia creciente en todo el mundo, siendo particularmente atractiva para estos casos, debido a las capacidades de estos organismos unicelulares, foto-autotróficos, para asimilar nitrógeno y fósforo, reducir la demanda de oxígeno químico y bioquímico y realizar una desinfección indirecta de microorganismos patógenos. El objetivo de este trabajo es estudiar la capacidad de biorremediación de microalgas en efluentes urbanos de General San Martín (Chaco-Argentina) mediante el monitoreo de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos. El efluente se recogió de la cámara de desbordamiento en la entrada de la planta de purificación en el sistema de saneamiento municipal. Se cultivó una especie nativa de microalgas, identificada como Chlorella sp., presente en el efluente crudo. Se realizaron análisis microbiológicos y fisicoquímicos del efluente antes y después del tratamiento de microalgas. Se determinaron coliformes totales y fecales, aerobios mesófilos, mohos y levaduras, contenido de nitrógeno y fósforo, DBO, DQO entre otros. Los resultados muestran que después del tratamiento con microalgas la carga microbiana disminuyó significativamente, al igual que mejoran los parámetros fisicoquímicos. Eso indicaría que Chlorella sp.se puede utilizar para la biorremediación de aguas residuales.