Prediction of phase equilibrium in polyphenolic systems using PC-SAFT
| dc.catalogador | pva | |
| dc.contributor.advisor | Canales Muñoz, Roberto | |
| dc.contributor.advisor | Pérez C., José Ricardo | |
| dc.contributor.author | Bastías Barra, Arturo Iván | |
| dc.contributor.other | Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-10T16:31:46Z | |
| dc.date.available | 2025-06-10T16:31:46Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025 | |
| dc.description.abstract | Los polifenoles, una familia diversa de metabolitos secundarios presentes en matrices vegetales, son altamente valorados por sus beneficios para la salud. Sin embargo, su extracción y purificación presentan desafíos significativos, ya que son escasos en su forma pura y generalmente requieren el uso de solventes tóxicos e inflamables que dejan residuos no deseados en el producto final. El diseño sostenible de los procesos de extracción requiere no solo solventes amigables con el medio ambiente, sino también conocer la solubilidad de los polifenoles. Debido al alto costo de los polifenoles y la dificultad para obtenerlos, los datos experimentales sobre su solubilidad son limitados o inexistentes, lo que hace necesario contar con modelos predictivos robustos para describir un comportamiento en diversos solventes. Este trabajo se centra en predecir el equilibrio sólido-líquido (SLE) de los dímeros de procianidinas, compuestos polifenólicos derivados de los monómeros (-)-epicatequina y (+)-catequina, en solventes como agua, solventes eutécticos profundos (DES, por sus siglas en inglés) y sus mezclas. El estudio utiliza la ecuación de estado PC-SAFT (Perturbed Chain Statistical Associating Fluid Theory), calibrada con datos experimentales de SLE para (-)-epicatequina y (+)-catequina. A pesar del objetivo inicial de estudiar ambos monómeros y sus derivados, el análisis se limitó a las procianidinas compuestas exclusivamente por (-)-epicatequina. Esta limitación surgió debido a las incertidumbres estructurales de la (+)-catequina al estar en contacto con agua, como lo confirmó el análisis PXRD y las correlaciones entre su solubilidad y la razón entre masa de soluto y solvente. El estudio se dividió en tres etapas principales. En primer lugar, se intentó desarrollar herramientas computacionales en Python para implementar las ecuaciones de PC-SAFT y permitir la estimación de parámetros a partir de datos experimentales. Estas herramientas, construidas con NumPy, SciPy y Pyomo, no incluyeron el término asociativo de PC-SAFT, necesario para modelar polifenoles, debido a su complejidad. Por lo tanto, se usaron herramientas computacionales externas junto con rutinas escritas en este trabajo que permiten modelar SLE y calcular solubilidades y coeficientes osmóticos. La plataforma computacional incluye rutinas de optimización de parámetros que utilizan los algoritmos Nelder-Mead y de evolución diferencial para ajustar los datos experimentales. La segunda etapa involucró la medición experimental y modelación termodinámica de la solubilidad de la (-)-epicatequina en cinco sistemas acuosos, incluidos agua y DES, a 293.15, 303.15 y 313.15 K bajo presión atmosférica. La solubilidad se midió mediante métodos espectrofotométricos y gravimétricos, y el análisis PXRD confirmó la estabilidad de la estructura cristalina durante la experimentación. Los resultados mostraron que la solubilidad de la (-)-epicatequina varió significativamente entre los solventes, pero se mantuvo relativamente constante con la temperatura. Las mayores solubilidades se observaron en sistemas DES que contenían cloruro de colina y 25 % en peso de agua, con DES1+agua alcanzando una solubilidad más de 40 veces mayor que en agua. Estos hallazgos resaltan la importancia del contenido de agua en las formulaciones DES, equilibrando los aumentos de solubilidad y los problemas de viscosidad. Para la modelación, los parámetros PC-SAFT de (-)-epicatequina se ajustaron a datos experimentales de densidad y solubilidad, permitiendo predecir su comportamiento en diversos solventes. Los parámetros de interacción binaria se ajustaron para cada solvente, y el rendimiento del modelo se evaluó utilizando la métrica AARD, logrando desviaciones inferiores al 10% en la mayoría de los sistemas. Las predicciones reforzaron la idoneidad del 25 % en peso de agua como contenido óptimo para los DES, donde el aumento de la solubilidad debido a la adición de loruro de colina alcanza su punto máximo mientras se mantiene una viscosidad razonable. En la etapa final, se predijo la solubilidad de las procianidinas utilizando el enfoque wJPM, que estima parámetros oligoméricos a partir de parámetros monoméricos. Se predijo que las procianidinas compuestas por (-)-epicatequina tienen una mayor solubilidad que su monómero debido a sitios de asociación adicionales. Las procianidinas de tipo A exhibieron mayor solubilidad que las de tipo B, debido a la asimetría de sus esquemas de asociación. Aunque en el caso de la procianidina B2 en agua hay discrepancia con un experimento, las predicciones de PC-SAFT son lógicas y cualitativamente correctas. Este estudio avanza en la comprensión de la solubilidad de los polifenoles en sistemas complejos de solventes, apoyando la transición hacia solventes ecológicos para procesos de extracción sostenibles. Demuestra la utilidad de PC-SAFT como herramienta predictiva para modelar solubilidades y su potencial para guiar el diseño de procesos para productos naturales de alto valor. Al vincular parámetros oligoméricos con los monoméricos, este trabajo ofrece un marco para extender las predicciones de solubilidad a sistemas moleculares más complejos, contribuyendo al desarrollo de tecnologías verdes y eficientes. | |
| dc.description.funder | ANID | |
| dc.description.funder | FONDECYT | |
| dc.fechaingreso.objetodigital | 2025-06-10 | |
| dc.format.extent | xv, 118 páginas | |
| dc.fuente.origen | SRIA | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.uc.cl/handle/11534/104628 | |
| dc.information.autoruc | Escuela de Ingeniería; Canales Muñoz, Roberto; 0000-0002-2535-6527; 1039369 | |
| dc.information.autoruc | Escuela de Ingeniería; Pérez C., José Ricardo; 0000-0002-1278-7782; 100130 | |
| dc.information.autoruc | Escuela de Ingeniería; Bastías Barra, Arturo Iván; S/I; 232779 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.nota.acceso | contenido completo | |
| dc.rights | acceso abierto | |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.subject.ods | 03 Good health and well-being | |
| dc.subject.ods | 06 Clean water and sanitation | |
| dc.subject.odspa | 03 Salud y bienestar | |
| dc.subject.odspa | 06 Agua limpia y saneamiento | |
| dc.title | Prediction of phase equilibrium in polyphenolic systems using PC-SAFT | |
| dc.type | tesis doctoral | |
| sipa.codpersvinculados | 1039369 | |
| sipa.codpersvinculados | 100130 | |
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