ING Tesis doctorado

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Characterization of texture and flavor compounds of selected Chilean seaweed
(2023) Figueroa Hurtado, Valentina Natalia; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las aplicaciones culinarias tradicionales, los beneficios nutricionales y las condiciones de cultivo excepcionales (sin necesidad de tierra cultivable o agua dulce) hacen de las algas marinas una alternativa atractiva y una fuente de alimento sostenible para el futuro. Aunque el consumo de algas exhibe muchos beneficios, existen problemas con respecto a su aceptación debido a sus sabores y texturas desagradables para los nuevos consumidores. Las algas marinas son una fuente de sabores y texturas únicas que han sido muy valoradas en los países asiáticos desde la antigüedad. Un sabor importante impartido por las algas marinas es el umami, que se aprovecha en varios platos y productos alimenticios. Además, las texturas cartilaginosas y crujientes de las algas marinas hacen de este alimento un ingrediente atractivo e imprescindible en las cocinas asiáticas. Por el contrario, en los países occidentales, las algas marinas son una nueva fuente de alimento bajo exploración. Actualmente, la mayoría de los estudios sobre algas marinas se centran en la caracterización nutricional y sus compuestos bioactivos, pero la información sobre sus características organolépticas es limitada, a pesar de que los investigadores y chefs están comenzando a agregar cada vez más algas a nuevos productos y platos. Además, la producción de algas se ha triplicado en las últimas dos décadas, pasando de 10,6 millones de toneladas en 2000 a 32,4 millones de toneladas en 2018. Estos valores indican un aumento en la producción y uso de algas como alimento. Actualmente en el mercado existe una creciente demanda de alimentos sanos, sostenibles y sabrosos que hacen de las algas marinas un alimento prometedor y novedoso que cumple con estos requisitos. Este trabajo de doctorado persigue tres objetivos: i) evaluar críticamente el papel actual de las algas marinas como fuentes saludables de sabores y texturas únicas, y sus novedosas aplicaciones; ii) caracterizar las propiedades químicas, físicas y organolépticas de tres especies de algas chilenas: el alga parda Durvillaea antarctica (cochayuyo), el alga roja Pyropia spp. (luche) y el alga verde Ulva lactuca (lechuga de mar) cuando se someten a cocción, y; iii) caracterizar los cambios en los compuestos volátiles y determinar el contenido de antioxidantes en las mismas tres algas cuando se someten a cocción. El Capítulo 1 analiza las aplicaciones culinarias tradicionales, los beneficios nutricionales, las condiciones de crecimiento, el sabor y la textura de las algas marinas y cómo pueden ser una alternativa atractiva y una fuente de alimentos sostenible para el futuro. Además, analiza cómo los consumidores podrían comenzar a incorporar algas marinas en sus dietas si se presentan en formas atractivas y sabrosas, por ejemplo, como un ingrediente fresco, fermentados, como suplementos para la salud o como condimentos sabrosos y salados, entre otros. debido a que los consumidores tienden a subestimar aquellos alimentos tradicionales (pan, pasta, queso, etc.) a los que se les añaden algas en polvo o extractos. Por lo tanto, se concluye de esta revisión que los estudios de aplicación no solo deben enfatizar las propiedades nutricionales y de salud de las algas, sino también (o simultáneamente) llevar a cabo análisis sensoriales rigurosos. En los capítulos 2 y 3 se discuten los resultados obtenidos de la investigación desarrollada en el laboratorio. Se caracterizaron e identificaron los cambios en tres especies de algas chilenas (Durvillaea antarctica, Pyropia spp. y Ulva Lactuca) con relación a sus sabores y textura. Para el análisis del sabor se utilizó un panel de expertos de nueve miembros. El panel sensorial desarrolló un vocabulario de 25 descriptores para describir la apariencia, el aroma, el sabor, la textura y el regusto de las tres algas. Posteriormente, el vocabulario se utilizó en un análisis de clasificación descriptiva (RDA) para evaluar las propiedades sensoriales y correlacionarlas con datos fisicoquímicos como el contenido de compuestos umami (nucleótidos y aminoácidos), color, aroma y textura utilizando el Análisis General de Procrustes (GPA) y análisis de regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR). Además, se determinó el cambio en el contenido de polifenoles totales (TPC) y la capacidad antioxidante (p. ej., valores de DPPH y ORAC) en las tres algas marinas. Los atributos sensoriales de las tres algas fueron muy diferentes entre sí, pero similares entre los tratamientos (crudos y cocidos). Pyropia spp., tanto cocinada como hidratada, tuvo el mayor contenido de glutamato (310 y 324 mg 100 g-1 d.w., respectivamente), y el panel sensorial la percibió como la que tenía el sabor más umami. La D. antarctica cocinada se percibió como más dulce y cartilaginosa y dura según sus propiedades mecánicas. Por otro lado, U. lactuca fue descrita como amarga. Se identificaron 46, 49 y 47 compuestos volátiles en D. antarctica, Pyropia spp. y U. lactuca, respectivamente. El análisis Procrustes generalizado y el análisis PLSR revelaron que D. antarctica y Pyropia spp. exhibió aromas a caramelo y marinos, mientras que U. lactuca tenía notas herbales y terrosas/mohosas. Los valores de TPC y capacidad antioxidante para estos disminuyeron con la cocción. Las demandas de los consumidores por alimentos saludables y sabrosos, por sistemas de producción de alimentos sostenibles y por una mayor utilización de productos de origen vegetal hacen de las algas marinas una fuente alternativa atractiva de alimento para alimentar a la creciente población mundial. Lamentablemente, la mayoría de los estudios se centran en caracterizar las algas según sus propiedades nutricionales y pocos en sus características organolépticas. Este estudio pretende revertir esta situación y comenzar a ver las algas como un alimento de gran potencial que tiene propiedades organolépticas interesantes más allá de sus propiedades beneficiosas para la salud humana que podrían ser aprovechadas en diferentes productos a base de algas. Caracterizar las algas marinas según sus características sensoriales podría ser útil para los investigadores y el desarrollo de productos que deseen explorar las algas marinas como un ingrediente novedoso. Además, el vocabulario principal puede ayudar a los científicos y chefs alimentarios a tener un vocabulario único al desarrollar productos y platos de algas para el mercado de consumo.
Competencia de mecanismos bióticos y abióticos en el transporte de arsénico en el río Loa : efectos de macrófitas en los flujos y acumulación de arsénico
(2014) Bugueño Bugueño, Manuel Patricio; Pastén González, Pablo Arturo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Este trabajo analizó y comparó los sedimentos fluviales de dos sitios vecinos en la sección baja de la cuenca del río Loa en la árida zona norte de Chile, la cual presenta un enriquecimiento de As debido a causas naturales y antropogénicas. El estudio seleccionó estos sitios debido a que permite contrastar el efecto de la presencia o ausencia de vegetación y contenido de materia orgánica (MO) en sedimentos sobre el destino del As en ambientes fluviales. Los dos sitios corresponden al tranque Sloman (920 msnm), el cual no posee plantas acuáticas y posee un bajo contenido de MO (2,4%) en los sedimentos, y el Oasis de Quillagua (806 msnm) ubicado a 23 km aguas abajo del primero, el cual posee abundantes plantas acuáticas y sedimentos con alto contenido de MO (6,2%). El estudio mostró un enriquecimiento preferencial de As en los sedimentos del sitio de Quillagua y con un patrón de co-depositación significativamente diferente comparado al sitio de Sloman. La concentración de As en sedimentos fue menor en Sloman (262 mg/kg de peso seco) en comparación con Quillagua (1528 mg/kg de peso seco), siendo en promedio, seis veces más concentrado. El análisis de clúster y correlación mostró un patrón de asociación de As con metales distintos entre ambos sitios.Mientras en Sloman se encontró una asociación significativa de As con Ca (r = 0,63) y Sr (r = 0,54), el análisis en Quillagua mostró una fuerte asociación del As con Mn (r = 0,91) y la MO (r = 0,85). El análisis de extracciones secuenciales reveló una mayor cantidad de As fácilmente intercambiable en los sedimentos superficiales de Sloman (12% del total, 45 mg/kg de peso seco) en comparación con Quillagua (3% del total, 40 mg/kg de peso seco). Estos resultados indican que la vegetación y la MO controlan significativamente la inmovilización y acumulación de As en la sección baja de la cuenca del río Loa. La asociación diferencial de As en estos sitios implicaría distintos comportamientos en la movilidad del As. El As asociado a sitios con vegetación como Quillagua sería menos móvil durante la estaciones con eventos de crecidas en comparación al sitio del tranque de Sloman que posee sedimentos finos y de fácil re-suspensión. Esto indicaría un rol de barrera química y física de las plantas que regula el flujo del As aguas abajo. Palabras Claves: Contaminación de ríos, Metales traza, Transporte fluvial, Materia orgánica, Plantas, Fitoestabilización, Sedimentos, Quillagua, Tranque Sloman.
Evaluation of microbial electrochemical technologies as a sustainable treatment strategy for nitrogen removal in polluted coastal marine systems
(2020) Fuente Traverso, María José de la; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Iglesia Cabezas, Rodrigo Alonso de la; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los ecosistemas marinos costeros del mundo han sido utilizados durante muchos años como receptores de residuos industriales con altas concentraciones de nitrógeno, generando la eutrofización de estos ecosistemas. En este contexto las tecnologías electroquímicas microbianas (MET) han comenzado a ganar atención por su costo y eficiencia en la remoción de nitrógeno y materia orgánica,, utilizando la capacidad metabólica de microorganismos. Sin embargo, todavía tienen limitaciones, como la estrategia de enriquecimiento para comunidades microbianas específicas en los electrodos en condiciones naturales. En esta línea, la aplicación de un sobrepotencial a un electrodo se ha convertido en una técnica de enriquecimiento microbiano sostenible y eficaz. Considerando estos antecedentes, esta tesis estuvo enfocada en dos temas principales. Primero, consolidar la utilización de sobrepotenciales como técnica de enriquecimiento microbiano desde agua de mar natural y lograr enriquecer microorganismos desnitrificantes de manera específica, y (2) desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno desde agua de mar natural, utilizando la técnica de enriquecimiento microbiano por sobrepotenciales. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que la aplicación de sobrepotenciales a un electrodo es una técnica efectiva de enriquecimiento de metabolismos microbianos desde un inoculo de agua de mar natural. Específicamente, se demostró que aplicando al electrodo de trabajo -260 mV (vs Ag / AgCl), es posible enriquecer significativamente el establecimiento de microorganismos desnitrificantes. Tomando estos resultados, se logró desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno y materia orgánica de manera significativa. En este caso, y diferente a reactores similares reportados en la literatura, el enriquecimiento microbiano en los electrodos se llevó a cabo mediante la aplicación de sobrepotenciales en agua de mar natural, sin la necesidad de uso de medio de cultivo. Específicamente, en el ánodo se observó un enriquecimiento significativo de microorganismos amonio-oxidantes y nitrito-oxidantes, mientras que en el cátodo, se observó un enriquecimiento de microorganismos desnitrificantes y planctomycetes. Finalmente, se logró determinar que el uso de sobrepotenciales podría acelerar el proceso de puesta en marcha de las tecnológicas electroquímicas microbiana y, por ende, ayudar a acelerar su implementación en ambientes reales.
In vitro and ex vivo study of the emamectin benzoate absorption in the intestine of Atlantinc salmon (Salmo Salar)
(2022) Molina Regalado, Leidy Victoria; Franco, Wendy; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El Salmón Atlántico representó el 80,7% de la salmonicultura en Chile en 2021, generando más de 2.500 millones de dólares en ventas. Sin embargo, la alta densidad de los cultivos ha proliferado el piojo de mar Caligus rogercresseyi, que infesta al salmón y causa Caligidosis. El benzoato de emamectina (EB) se ha utilizado para controlar la enfermedad; sin embargo, ha generado resistencia en el parásito debido a sus dosis subletales provocadas por su baja solubilidad acuosa e inestabilidad en pH ácidos, lo que implica baja absorción y un tratamiento incompleto. La microencapsulación puede proteger el fármaco y permitir su liberación en un sitio específico. Además, forma dispersiones sólidas amorfas en las que aumentan el área superficial y los sitios activos entre el fármaco y el polímero, mejorando la disolución del fármaco. La microencapsulación, mediante secado por aspersión (SD) o gelificación iónica (IG), es crucial para proteger y mejorar la disolución de fármacos poco solubles en agua. Este estudio plantea la hipótesis de que se pueden aplicar técnicas de optimización multicriterio para diseñar micropartículas de EB con varias propiedades mejoradas. Las propiedades consideradas fueron digestión intestinal (ID), digestión gástrica (GD), rendimiento (Y), eficiencia de encapsulación (EE) y capacidad de carga (LG). La metodología para obtener micropartículas EB óptimas con secado por aspersión Soluplus® y gelificación iónica de alginato (ALG) consistió en: i) la aplicación y comparación de dos métodos de optimización multicriterio que priorizaban la digestión, el enfoque de función de deseabilidad (DFA) y la optimización multiobjetivo (MOO ) que buscan el frente de Pareto, ii) evaluación de disolución/permeación de EB en el medio intestinal de salmón usando membranas sintéticas y biológicas (intestino proximal), iii) caracterización física y química (estado físico de EB dentro de micropartículas, interacciones EB/polímero , forma, carga superficial, distribución de tamaños y estabilidad de las micropartículas con sales del medio intestinal) de las micropartículas de EB con la mayor disolución/permeación. Los principales resultados de esta investigación son: i) Cada método de optimización produjo diferentes soluciones óptimas. En SD, la solución óptima DFA arrojó LC, GD y ID más altos que MOO, en un 7,5 %, 9,3 % y 2,1 %, respectivamente. Por el contrario, la solución óptima de MOO obtuvo Y y EE más altos que DFA en un 6,2 % y un 10,1 %, respectivamente. En IG, el método DFA arrojó una solución con mejores respuestas que MOO en LC (3.7%), GD (7.4%) y ID (3.2%), mientras que la solución MOO fue mejor en Y (14.2%) y EE (19.3 %). ii) Las micropartículas de IG mostraron una disolución/permeación de 0,45 mg/mL (80,2 %), una permeación aparente de 6,2 mg/mL en RS–L (solución Ringer-membrana lipofílica), una captación de 7,3 % en RS (solución Ringer), y una solubilidad aparente del 53,1% en medio EM (emulsión). Estas micropartículas reducen la dosis terapéutica a 3,0-2 mg/mL y 1,1-2 mg/mL para EB en EM y RS, respectivamente. La encapsulación de EB por gelificación iónica es una opción prometedora para aumentar la absorción de EB. iii) EB microencapsulada por gelificación iónica modificó su estado físico. Los nuevos enlaces entre EB y ALG mejoraron su afinidad hidrofílica y lipofílica. Se detectó el intercambio iónico entre Ca2+ y los iones de algunas sales del intestino. El estado físico, la forma, la interacción y el intercambio de Ca2+ aumentaron la disolución de EB. Nuestros resultados indican que las micropartículas de EB alginato son una mejor opción para dosificar EB al salmón Atlántico que EB libre o las micropartículas de EB Soluplus®. La metodología aplicada en esta tesis es útil para diseñar micropartículas de fármacos poco solubles que muestran varias propiedades mejoradas.
Modelo bioeconómico aplicado a la industria acuícola de Mytilus chilensis, en fase de engorda
(2013) Marambio Carvajal, José Eduardo; Maturana Valderrama, Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El presente estudio tiene por propósito desarrollar un modelo bioeconómico para el Mytilus chilensis que permita apoyar la decisión de cuando cosechar en sistema de cultivos long line doble continuo. Para tal efecto se inicia el estudio con la proposición del modelo de crecimiento de la biomasa. El modelo propone que la biomasa está determinada por el peso medio y de la densidad por metro lineal. El peso se determina a través de una función diferencial basado en el modelo de crecimiento biológico de von Bertalanffy modificado por las fluctuaciones de disponibilidad de alimento, donde la disponibilidad de alimento se expresa en función del índice de rendimiento productivo (IRP, \03B8). El modelo de densidad se determina a través de una función diferencial basado en la hipótesis de competencia por el espacio disponible entre los mismos Mytilus chilensis y una segunda especie de mytilus correspondiente a Aulacomya atra (cholga). Los resultados de son del 0.98, 0.93 y 0.94 para la talla, densidad lineal y biomasa respectivamente, lo que indica que el modelo propuesto puede ser utilizado para estimar la biomasa en el tiempo.
Salt reduction in foods : effect of crystal microstructure on the dissolution kinetics
(2016) Quilaqueo Gutiérrez, Marcela Cristina; Aguilera, José Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Un alto consumo de sodio, a través de la sal (NaCl) agregada a los alimentos ha sido relacionado con el riesgo de desarrollar diversas enfermedades incluyendo hipertensión y enfermedades cardiovasculares. La principal fuente de sodio en la dieta es la que viene en los alimentos procesados, por lo que diversas estrategias para la reducción de sal en alimentos han sido desarrolladas por la industria. Entre estas estrategias, la optimización de la liberación de los iones de sal en la boca ha sido poco estudiada. El objetivo de la presente tesis fue determinar la influencia de la microestructura de los cristales de sal en su índice de disolución en agua y saliva artificial y su correlación con la percepción de salinidad. Esta tesis está dividida en tres partes. En la primera parte se compara la disolución de cinco sales comerciales en agua desionizada y dos formulaciones de saliva artificial, a cuatro temperaturas y en ausencia de agitación. La disolución de la sal fue cuantificada in vitro mediante el análisis de imágenes obtenidas por video-microscopía a diferentes tiempos. Los índices de disolución fueron mayores en agua que en saliva artificial y, a mayores temperaturas. La video-microscopía fue un instrumento que reveló que algunos cristales se fragmentaron durante su disolución, mientras otros permanecieron como una unidad que disminuyó su tamaño hasta su completa solubilización. El aumento del área superficial dio lugar a que los cristales de forma piramidal tuviesen los mayores índices de disolución.Por consiguiente, cambios significativos pueden ser logrados en la disolución de la sal dependiendo de la estructura del cristal y su patrón de disolución. En la segunda parte, el objetivo fue estudiar la disolución de cristales de sal con diferentes morfologías en saliva artificial y correlacionar los resultados con la percepción de salinidad sobre el tiempo. La morfología de cinco sales comerciales fue analizada a través de microscopía electrónica de barrido y microtomografía computarizada. Los parámetros de forma de los cristales fueron determinados utilizando imágenes de microscopía óptica. La disolución de los cristales en saliva artificial fue evaluada a través de video-microscopía y la percepción de la salinidad fue evaluada a través de la prueba sensorial de tiempo-intensidad a un contenido de sodio estandarizado. La morfología de la sal fue correlacionada con el índice de disolución y ciertos parámetros de tiempo-intensidad (tiempo a intensidad máxima, intensidad máxima y, ángulo de aumento). Cristales no cúbicos y aglomerados, tales como los de las sales Kosher y Maldon, fueron disueltos más rápido (índice de disolución hasta 3,8 veces mayor) y tuvieron la salinidad máxima (hasta 17% más) a menores tiempos (hasta un 40% menos). La morfología de los cristales puede ser una variable a considerar en la reducción de sodio manteniendo la intensidad de salado.En la parte final se desarrolló una nueva metodología para obtener sal como microcristales. La cristalización de la sal por evaporación rápida del agua de gotas de solución salina dentro de una fase de aceite caliente fue evaluada. Los efectos de la temperatura del aceite (150; 165 y 180°C), del volumen de la gota (17 y 42 μL) y de la concentración de la salmuera (15 y 26% w/v) fueron estudiados. Partículas altamente cristalinas con tamaños medios entre 9 y 23 μm y con alrededor del 2% de aceite remanente fueron obtenidas. El tamaño del cristal disminuyó con el aumento de la temperatura, de la concentración de la solución y del volumen de las gotas. La tasa de disolución de los microcristales fue más del doble que la de los cristales originales. En conclusión, estructuras aglomeradas, planas o piramidales y microcristales tienen una alta área superficial permitiendo una rápida disolución en la saliva y así una alta percepción de salinidad. Este tipo de cristales de sal pueden ser preferencialmente aplicados en alimentos que utilizan sal en su superficie, tales como snacks, ensaladas, etc.

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