Planta de producción sintética de anhídrido maleico

El objeto fundamental del presente Proyecto Fin de Carrera del título de Ingeniero Químico de la Universidad de Granada es la elaboración y redacción del estudio de viabilidad y proyecto técnico de una planta de producción sintética de anhídrido maleico, con especial atención al diseño de las instalaciones y unidades de proceso necesarias. Para el diseño de la planta de producción se ha tenido en cuenta la normativa y la legislación vigente, tanto a nivel sectorial como urbanístico

La temperatura de transición vítrea en el secado por atomización: efecto de la composición del producto

Un alimento nunca se considera aislado pues siempre hay algo que lo rodea, como el aire o un líquido de cobertura. La relación alimento-entorno es lo que hace precisamente que consideremos a un alimento como un sistema mismo que no permanece fijo sino que va cambiando con el tiempo, pues el alimento evoluciona con el ambiente que tiene alrededor. Como el componente mayoritario de los alimentos es el agua, habrá una transferencia de este compuesto del alimento al entorno o viceversa, pudiendo afectar a la seguridad del mismo, la estabilidad, la calidad y las propiedades físicas. El agua de los alimentos es la principal responsable de la mayoría de las reacciones que ocurren durante el almacenamiento de los mismos (reacciones químicas y bioquímicas, oxidación de lípidos, degradación enzimática, reacción de Maillard, proliferación microbiana,…) y que deteriora tanto sus propiedades organolépticas como su valor nutritivo y, en definitiva, la calidad del producto. Por ello, desde la antigüedad se ha utilizado la deshidratación como método para eliminar este agua y, de esta forma, poder aumentar el periodo de conservación de los alimentos. Durante las últimas décadas, el proceso de Secado por Atomización o Spray Drying ha sido objeto de intensas investigaciones, que han dado como resultado modernos equipos que cumplen con los requerimientos de producir un polvo con las características deseadas por los consumidores, echo que ha convertido a esta técnica en uno de los métodos más utilizados industrialmente para la deshidratación de los alimentos. Durante el secado por atomización, la disolución o suspensión a secar se pulveriza (atomiza) en pequeñas gotas en el seno de una masa de aire caliente. El contacto gota-aire produce la vaporización del agua y los sólidos se obtienen en forma de partículas secas (polvo). Se trata de una operación bastante compleja y, además, debe tenerse en cuenta que no todos los productos se secan con la misma facilidad. Algunos tienden a formar aglomerados y/o adherirse sobre la superficie de los equipos de forma indeseada, lo cual es función de lo que se conoce como comportamiento pegajoso que presentan los productos amorfos. Este comportamiento pegajoso de los productos amorfos que comentábamos anteriormente puede relacionarse directamente con una propiedad física del mismo denominada temperatura de transición vítrea, Tg. La transición vítrea de los alimentos es el fenómeno observado cuando un sólido en estado vítreo, altamente viscoso, es calentado hasta que se comporta como un líquido subenfriado o sobresaturado (gomoso), cuya viscosidad disminuirá drásticamente a medida que se incrementa la temperatura, en el caso de alimentos de bajo peso molecular. La temperatura a la que se produce este cambio de estado vítreo-gomoso se le denomina temperatura de transición vítrea, Tg. Cuanto menor sea la Tg de un producto, menor será su comportamiento pegajoso. Según la información publicada en la bibliografía científica, la composición de un producto influye de manera muy importante en la temperatura de transición vítrea o en el comportamiento pegajoso del mismo. De forma general, aquellos productos que posean una mayor cantidad de carbohidratos (fundamentalmente azúcares simples como los monosacáridos y los disacáridos) y de grasas (especialmente si se encuentran en forma libre), suelen presentar menores valores de Tg, mientras que los productos que contienen una mayor cantidad de proteínas poseen valores de Tg más elevados. Aunque, sin lugar a dudas, el factor que presenta una mayor influencia sobre el valor de la Tg es la humedad, de tal forma que cuanto mayor sea el contenido de ésta que posee el producto, menor será el valor de la Tg del mismo. La contribución de cada componente al comportamiento pegajoso de la mezcla está relacionada con su higroscopicidad, su termoplasticidad y con la reducción de la viscosidad del concentrado a secar. La determinación de la temperatura de transición vítrea, Tg, de un determinado producto puede realizarse bien de forma experimental o bien de forma teórica. La determinación de forma experimental puede llevarse a cabo mediante diferentes técnicas: la dilatometría, el análisis térmico mecanodinámico (DMTA), el análisis mecanotérmico (TMA), el análisis térmico diferencial (DTA), la calorimetría de barrido diferencial (DSC), el análisis por espectroscopía dieléctrica (DEA) y el análisis mecanodinámico (DMA), entre otras. Todas ellas utilizan como principio de la medida el cambio en una propiedad específica que ocurre durante la transición, ya sea un cambio en el volumen, en la entalpía, en la capacidad calorífica o en las propiedades mecánicas y dieléctricas. Para la predicción o la estimación de forma teórica de la temperatura de transición vítrea de una mezcla también existen distintas relaciones empíricas. De todas ellas, quizás las dos más conocidas y utilizadas sean la ecuación de Gordon y Taylor (1952) y la ecuación de Couchman y Karasz (1978). Ambas expresiones permiten el cálculo de la temperatura de transición vítrea de mezclas amorfas conocidas algunas propiedades de sus componentes puros. Continuamos nuestro trabajo analizando la importancia del comportamiento pegajoso y, por tanto, de la temperatura de transición vítrea, Tg, en la operación de secado y en la manipulación de algunos productos alimentarios secos, puesto que esta propiedad es la responsable de los problemas técnicos, económicos y de seguridad alimentaria que frecuentemente se presentan en este tipo de industria que utiliza el secado por atomización para deshidratar sus productos. Llegados a este punto y para intentar paliar, en la medida de lo posible, todos estos problemas, se plantearon algunas posibles soluciones o alternativas de operación útiles. La primera medida que se ofreció fue la de modificar la receta de las distintas fórmulas alimentarias añadiendo, por ejemplo, compuestos con un elevado valor de la Tg. La segunda alternativa que se propuso fue la de plantear algunas modificaciones en el diseño de la operación añadiendo equipos de post-secado como un lecho fluidizado vibrante de flujo puntual (“Plug-Flow”) o un lecho fluido estático de retromezclado (“Back-Mix”) que permitan trabajar a temperaturas y humedades de partícula menores, sin poner en compromiso la humedad mínima a la que legalmente se debe de llegar o el propio rendimiento del proceso. En tercer y último lugar, se planteó la estrategia de optimizar mediante la recirculación de los finos a la torre el proceso de aglomeración de las partículas, indispensable para obtener un producto con unas características adecuadas pero crítico por los problemas que puede causar si se produce de forma descontrolada. Finalmente, mediante un tratamiento estadístico, se propuso un modelo empírico que nos permitía estimar o predecir el valor de la temperatura de transición vítrea de un determinado producto antes de su propia fabricación, a partir de los datos de su composición y de su humedad media de salida. Conociendo previamente esta temperatura, se pueden fijar las condiciones de operación adecuadas de tal forma que se eviten o minimicen esos problemas de pegado de los que ya se ha hablado y que tantas pérdidas y quebraderos de cabeza origina a la industria alimentaria

Optimization of polymeric nanofiltration performance for olive-oil-washing wastewater phenols recovery and reclamation

The core of the present work was to model and optimize an environmentally friendly nanofiltration (NF) treatment process for two-phase olive-oil-washing wastewater (OOWW) valorization throughout the concentration and recovery of its phenolic fraction and the obtention of a purified permeate stream. For this objective, a factorial design was used for the optimization of the process. Results were interpreted by means of the response surface methodology. A statistical multifactorial analysis was performed in order to quantify all the potential complex conjugated effects of the input parameters in the NF process. The process was subsequently modelled by means of a second-grade quadratic fitting model equation. Finally, the parametric quality standards that permit to reuse the purified stream for irrigation, recycling or even discharge in-site reuse purposes were checked. To the author's knowledge, no previous work on the optimization and statistical modelling of membrane processes for OOWW purification and valorization can be found up to the present. The optimized parameters for the proposed OOWW purification process – operating pressure of 26.5 bar, tangential velocity 32.7 m s−1, system temperature 35 °C and pH of 3.7 – ensured high and stable membrane flux (106.2 L h−1 m−2). The obtained optimized data are very relevant for the feasible scale-up of the proposed process in the mills, since the NF membrane (TFC polyamide/polysulfone, MWCO 300 Da) was highly efficient at ambient temperature conditions and raw effluent pH. The optimized conditions provided a permeate stream that could be reused for irrigation purposes and a retantate stream concentrated in volume up to 6.5 times, with a total phenolic content of minimum 1315.7 mg/L.Spanish Ministry of Economy and Competitiveness is acknowledged for having funded the project CTM2014-61105-JIN ‘Design and development of an integral process for revalorization and treatment of the effluents from olive oil industry’, as well as the University of Granada

Optimization and modeling of two-phase olive-oil washing wastewater integral treatment and phenolic compounds recovery by novel weak-base ion exchange resins

In light of the Circular Economy concept, recently emerged as a need for sustainable production, olive oil industry should be concerned to transform the whole process into environmentally friendly, which necessarily implies the treatment of the wastewater by-produced in olive mills. In this work, concentration and recovery of high-added value phenolic compounds from two-phase olive-oil washing wastewater (OOWW) and parallel effluent treatment by a ‘green process’ based on novel weak-base ion exchange (IE) resins was addressed. The key operating input factors of the resin process for the treatment and valorization of OOWW were studied, optimized and further modelled. A Box-Behnken design was implemented and the obtained data were analyzed by ANOVA and interpreted by RSM methodology. The process was ulteriorly modelled by a second-grade quadratic fitting equation comprising the significant operating variables. The optimization of the IE process performance (20.3 °C, pH0 6.7 and 114 g/L Mresin) ensured up to 92.5% recovery of total phenols concentration. Moreover, the purified stream presented good quality (56.6–83.7 mg L−1 total phenols), following standard recommendations by the FAO. The obtained information would be of key importance for the scale-up of the proposed IE operation. Both the treatment and revalorization of OOWW would help implement a definite sustainable production process of olive-oil.Spanish Ministry of Economy and Competitiveness is acknowledged for having funded the project CTM2014-61105-JIN ‘Design and development of an integral process for revalorization and treatment of the effluents from olive oil industry’, as well as the University of Granada

In Vitro Digestion Assays Using Dynamic Models for Essential Minerals in Brazilian Goat Cheeses

Goat cheeses have important nutritional properties, with an emphasis on proteins, lipids (high digestibility), and essential minerals. This study analyzes the bioavailability of Ca, Mg, and Zn in Brazilian cheeses using an in vitro dynamic digestion method. Two self-produced fresh cheeses, cow and goat Minas frescal cheese, and two commercial matured goat cheeses, Blue and Pyramid, were analyzed. Brazilian goat cheeses are potential sources of essential minerals (Ca, Mg, and Zn). Variations of 103–598 mg/100 g for Ca, 13.62–41.64 mg/100 g for Mg, and 9.79–13.23 mg/100 g for Zn were observed in the studied samples. The pH concentration, enzyme performance, and protein and lipid content of Brazilian cheeses affected the solubility of essential minerals in the intestinal fraction. The percentages of minerals found in the permeate stream, equivalent to absorption of Ca and Zn, were lower in Minas frescal goat cheese than Minas frescal cow cheese, whereas that of Mg was higher. Pyramid and Minas frescal goat cheeses had the higher values of Mg and Zn bioavailability, respectively. This study supports, for the first time, the usefulness of the dynamic simulation of the human gastrointestinal tract for the study of mineral bioavailability in cheeses.The authors would like to thank the São Paulo Research Foundation (FAPESP) for the scholarship grant of PhD student José Teixeira, and for the research internship abroad (regular scholarship n° 2018/08864–8 and BEPE—n° 2019/13600–2). Juliana Azevedo Lima Pallone would like to thank the financial support of Brazil (FAPESP 2018/09759–3). The Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel (CAPES) (Financial Code 001)

Novel emulsions–based technological approaches for the protection of omega–3 polyunsaturated fatty acids against oxidation processes – A comprehensive review

Over recent decades, the therapeutic properties and health beneficial effects of omega-3 polyunsaturated fatty acids (omega-3 PUFAs) have been identified. These also contain a number of double bonds which make them highly reactive and, as a consequence, they are susceptible to oxidation. This is one of the main limitations when incorporating them into food matrices. This review article presents the state-of-the-art on the preparation of simple or multiple omega-3 PUFA-based lipid emulsions and other novel systems that have been developed, such as self-assembling systems or solid lipid nanoparticles. Furthermore, the main factors that impact lipid oxidation rate are comprehensively reviewed, highlighting the importance of proteins for increasing the physical stability of food emulsions. Currently, there are several works focused on simple emulsions enriched with omega-3 PUFAs that seek the definition of strategies to allow the control of lipid oxidation. Multiple emulsions and other novel systems are beginning to be considered as a possible alternative to conventional emulsions. This knowledge can be used to facilitate selection of the most appropriate system for the food industry.The Ministry of Education, Culture and Sport (MECD) is deeply grateful for supporting the grant FPU17/03005 of Mr. Vellido-Perez

Microplastics as Vectors of Chromium and Lead during Dynamic Simulation of the Human Gastrointestinal Tract

The human body is exposed to the ingestion of microplastics that are often contaminated with other substances, which can be released into our body. In this work, a dynamic in-vitro simulator of the gastrointestinal tract based on a membrane reactor has been used for the first time to study the release, bioaccessibility, and bioavailability of chromium (Cr) and lead (Pb) from polyethylene and polypropylene microplastics previously contaminated in the laboratory. The results showed that 23.11% of the initial Cr and 23.17% of the initial Pb present in microplastics were able to cross the tubular membrane, simulating the intestinal absorption phase. The pH evolution during the gastric phase and the duodenal phase, the interaction mechanisms with physiological fluids, and the properties of the polymers, such as specific surface, porosity, and/or surface degradation, affected the kinetics of release from the microplastics and the behavior of both heavy metals. Cr was released very early in the gastric phase, but also began simultaneously to precipitate quite fast, while Pb was released slower and in less quantity than Cr, and did not precipitate until the beginning of the duodenal phase. This study shows, for the first time, how useful the dynamic gastrointestinal simulator is to study the behavior of microplastics and some problematic heavy metals along the human gastrointestinal tract, and can serve as a reference for future studies focused on the effects of these substances in the human body

Optimization of Oleogel Formulation for Curcumin Vehiculization and Lipid Oxidation Stability by Multi-Response Surface Methodology

Curcumin is a natural polyphenolic compound with multiple properties such as anticancer, anti-inflammatory, antioxidant, antiviral, and cytoprotective action. It is expected that curcumin has the therapeutic potential to prevent diverse lifestyle-related diseases. However, curcumin is not readily soluble in water and presents low stability under light, heat and physiological pH conditions which, in addition, implies an extremely low level of bioavailability. On the other hand, oleogels are semisolid systems composed of a liquid phase that is physically entrapped by a structurant network, ultimately leading to the formation of a gel. The continuous phase consists of a hydrophobic liquid (e.g., an oil) where a self-assembled network (composed by the structurant) is responsible for the physical entrapment of the liquid. The structural conformation is always dependent on the type of structurant used, which will dictate the desired final application of the oleogels. In this work, the formulation of an oleogel specially designed to stabilize and transport curcumin and to protect the lipid phase –mainly composed of a fish oil concentrate– against oxidation processes has been optimized. To this end, a Box-Behnken Design was carried out to study the influence of the curcumin amount, the structurant concentration and the manufacturing temperature on the oxidation degree of the oleogelified lipid matrix and on the chemical stability of the curcumin transported by this system. The results were interpreted by using the multi-response surface methodology, obtaining the optimal oleogel formulation to minimize the lipid oxidation and maximize the content of vehiculized curcumin. The results show that the optimal oleogel formulation –for samples stored at 23 ºC– was achieved for the following values of the variables studied: [Curc.] = 0.150 wt.%, [Struc.] = 4.461 wt.% and T = 64.63 ºC. In contrast, for samples stored at 40 ºC, the optimal formulation obtained changed slightly: [Curc.] = 0.150 wt.%, [Struc.] = 7.000 wt.% and T = 62.82 ºC. Finally, results suggest that oleogels are interesting structured lipid systems to transport and protect bioactive compounds.This work was supported by the Research Group TEP025 “Technologies for Chemical and Biochemical Processes” from the Chemical Engineering Department of the University of Granada. The Ministry of Education, Culture and Sport (MECD) is deeply grateful for supporting the grant FPU17/03005 of Mr. Vellido-Perez

Diseño, desarrollo y optimización de diferentes sistemas de liberación modificada para la protección y vehiculización de ácidos grasos poliinsaturados omega-3 y curcumina

Esta Tesis Doctoral ha sido posible gracias a los dos contratos predoctorales concedidos –Programa “Contratos Predoctorales 2016” del Plan Propio de Investigación de la Universidad de Granada y Programa Nacional de Formación de Profesorado Universitario (FPU) del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (Ref.: FPU17/03005)–; a la financiación concedida mediante el Programa “Proyectos de Investigación Precompetitivos para Jóvenes Investigadores 2018. Modalidad B – Estudiantes de Doctorado” del Plan Propio de Investigación de la Universidad de Granada, a través del proyecto “Diseño y desarrollo de estructuras oleogelificadas estables para la vehiculización y protección de la curcumina” (PPJIB2018-24) y a la financiación con cargo a fondos del Grupo de Investigación TEP-025 “Tecnología de Procesos Químicos y Bioquímicos” del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Granada.La presente Tesis Doctoral es una contribución al conocimiento de los sistemas de liberación basados en oleogeles y en emulsiones como potenciales opciones tecnológicas para la encapsulación, protección, vehiculización y liberación de altas dosis de PUFAs ω-3 y curcumina por vía oral. Para ello, sobre cada sistema de liberación considerado (oleogel, emulsión simple W/Og, emulsión simple Og/W y emulsión múltiple W1/Og/W2), primero se seleccionaron las variables más importantes a considerar en un diseño de experimentos y sus rangos correspondientes. A partir de estas variables independientes, se aplicó un diseño que permitiese evaluar simultáneamente el efecto de todas ellas y de sus posibles interacciones sobre las variables respuesta de interés (tamaño de partícula –si procede–, oxidación lipídica primaria y secundaria, y capacidad de retención de curcumina). Además, cada diseño contó con una muestra adicional (control) que permitía evaluar el impacto del proceso de oleogelificación del aceite o de emulsificación del oleogel sobre las variables respuesta. A continuación, para ajustar cada respuesta se establecieron modelos de segundo orden con interacciones que representaron adecuadamente los datos experimentales. Seguidamente, se identificaron todas las variables estadísticamente significativas y se analizaron sus efectos sobre la variable respuesta. Para terminar, se examinó de manera individual cada una de las respuestas de interés ajustadas para identificar el conjunto de variables de operación que conduce a su óptimo individual (máximo o mínimo). Puesto que, como era de esperar, los conjuntos de condiciones experimentales óptimas no fueron iguales en todas las respuestas, se llevó a cabo un análisis de optimización simultánea utilizando la metodología de superficie multi-respuesta para obtener los mejores resultados en términos globales. Finalmente, sobre una de las fórmulas óptimas se realizaron estudios reológicos, de estabilidad de la emulsión –si procede– y la curcumina incorporada con el tiempo frente a distintas condiciones ambientales que podrían afectarle (como el pH, la fuerza iónica, la luz o la temperatura), y de bioaccesibilidad y biodisponibilidad en condiciones fisiológicas humanas.This Doctoral Thesis is a contribution to the knowledge of delivery systems based on oleogels and emulsions as potential technological options for the encapsulation, protection, transport, and release of high doses of ω-3 PUFAs and curcumin by the oral way. For this purpose, for each delivery system considered (oleogel, W/Og simple emulsion, Og/W simple emulsion, and W1/Og/W2 multiple emulsion), the most important variables to have into account in an experimental design were first chosen with their corresponding ranges. From these independent variables, a design was applied to simultaneously evaluate the effect of all of them and their possible interactions on the response variables of interest (particle size –if applicable–, primary and secondary lipid oxidation, and curcumin retention capacity). In addition, each design had an additional sample (control) that made it possible to evaluate the impact of the oil oleogelification or oleogel emulsification process on the response variables. Subsequently, in order to adjust each response, second-order models with interactions that adequately represented the experimental data were established. Following this, all statistically significant variables were identified and their effects on the response variable were analyzed. Finally, each of the adjusted responses of interest was individually examined to identify the set of operating variables that leads to their individual optimum (maximum or minimum). As expected, the sets of optimal experimental conditions were not equal in all responses, a simultaneous optimization analysis was carried out using the multi-response surface methodology to obtain the best results in global terms. Finally, focusing on one of the optimal formulations, rheological studies were carried out, analysing also the stability of the emulsion –if applicable– and exploring how different environmental conditions (pH, ionic strength, light, or temperature) could influence the curcumin incorporated over time. Besides, on the optimal formulations, the bioaccessibility and bioavailability studies under human physiological conditions were carried out.Tesis Univ. Granada.Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (FPU17/03005)Plan Propio de Investigación de la Universidad de Granada (PPJIB2018-24)Grupo de Investigación TEP-025 (Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Granada

Effect of operating parameters on the physical and chemical stability of an oil gelled-in-water emulsified curcumin delivery system

This study was supported by the TEP025 'Technologies for Chemical and Biochemical Processes' Research Group from the Chemical Engineering Department of the University of Granada. We thank Professor Angel Delgado, from the Applied Physics Department, who made the Mastersizer 2000 available whenever we needed it. The research was funded by the Spanish Ministry of Education, Culture and Sport, via grant FPU17/03005 given to Mr Vellido-Perez, and the University of Granada through the program `Precompetitive Research Projects for Young Researchers 2018-Modality B' with the project entitled 'Design and development of stable oleogelified structures for vehiculization and protection of curcumin' (PPJIB2018-24).BACKGROUND Curcumin is a natural antioxidant with important beneficial properties for health, although its low bioavailability and sensitivity to many environmental agents limits its use in the food industry. Furthermore, some studies mention a potential synergistic effect with omega-3 polyunsaturated fatty acids, comprising other bioactive compounds extremely unstable and susceptible to oxidation. A relatively novel strategy to avoid oxidation processes is to transform liquid oils into three-dimensional structures by adding a gelling agent and forming a self-assembled network that can later be vectorized by incorporating it into other systems. The present study aimed to design and optimize an oil gelled-in-water curcumin-loaded emulsion to maximize curcumin stability and minimize lipid oxidation in terms of some critical operating parameters, such as dispersed phase, emulsifier and stabilizer concentrations, and homogenization rate. RESULTS The operating conditions that had a significant effect on the formulation were the dispersed phase weight fraction affecting droplet size and total lipid oxidation, homogenization conditions affecting droplet size and primary lipid oxidation, and emulsifier concentration affecting droplet size (significance level = 95%). The optimal formulation for maximizing curcumin load and minimizing lipid oxidation in the oleogelified matrix was 140.4 g kg(-1) dispersed phase, 50.0 g kg(-1) emulsifier, 4.9 g kg(-1) stabilizer and homogenization speed 1016 x g. CONCLUSION The results obtained in the present study provide a valuable tool for the rational design and development of oil gelled-in-water emulsions that stabilize and transport bioactive compounds such as curcumin.'Technologies for Chemical and Biochemical Processes' Research Group from the Chemical Engineering Department of the University of Granada TEP025Spanish Ministry of Education, Culture and Sport FPU17/03005University of Granad