Sinergías en la investigación en STEM

La Universidad, como centro de educación Superior, tiene objetivo la formación específica en cada rama del conocimiento, así como la generación y transferencia de conocimientos. Para estar en la vanguardia del conocimiento, la investigación es uno de los pilares fundamentales; la creación de nuevos conocimientos es el soporte científico y técnico necesario para la innovación y el avance. En este contexto, la Escuela Politécnica Superior (EPS) de la Universidad de Sevilla trata de promocionar la investigación a través de diversas actividades como son las Jornadas de Investigación, Desarrollo e Innovación, que en el curso 2021/22 han alcanzado su octava edición. En este evento, se presentan los avances en investigación en diversas ramas de la Ciencia y la Ingeniería, con participación de estudiantes de todos los niveles, así como del personal docente e investigador no solo de este centro, sino que contribuyen participantes de más de 8 países. El carácter multidisciplinar conlleva a establecer sinergias entre grupos de investigación de diferentes disciplinas, compaginando el conocimiento científico desde la investigación básica con la aplicada, además de aprovechar las diferentes instalaciones de investigación. La ciencia fundamental ayuda a comprender los fundamentos fenomenológicos, mientras que la ciencia aplicada se centra en los productos y desarrollos tecnológicos, destacando la necesidad de realizar una transferencia de conocimiento a la sociedad y los sectores industriales. Este libro recoge alguno de los trabajos presentados en las diversas ramas de conocimiento (Materiales y Ciencias para la Ingeniería, Proyectos de Química Industrial y Ambiental, Sistemas Inteligentes y Desarrollo de Productos, y Sistemas Industriales computarizados, robóticos y neuromórficos)

Valorización de subproductos y residuos de la industria del cangrejo rojo en base a su contenido proteico

Falta palabras claveCada año la industria agroalimentaria produce una gran cantidad de subproductos y residuos, que se comercializan como subproductos de bajo valor añadido. Un ejemplo de esta práctica está localizado en las marismas del Guadalquivir, y está asociado al cangrejo rojo (Procambarus Clarkii). Este crustáceo se introdujo en España con fines comerciales en la mitad del siglo XX, sin embargo las condiciones medioambientales favorables, unido a la falta de depredadores hizo que experimentara un rápido crecimiento y expansión. La valorización de estos subproductos puede suponer una mejora sustancial del tejido industrial de la zona, para ello se propone la valorización de los mismos en base a su contenido proteico. Este tipo de crustáceos constituyen una excepcional fuente de proteínas, debido no sólo a que es rica en aminoácidos esenciales, sino también a que a los ácido grasos insaturados ω-3 que están presentes. Además contiene antioxidantes tan valorados como la astaxantina o la vitamina E. Este estudio está focalizado en el desarrollo de diferentes aplicaciones del cangrejo rojo, usando para ello un aislado proteico no desnaturalizado, con el objetivo de lograr productos de alto valor añadido. Las aplicaciones consideradas han sido emulsiones, geles y bioplásticos. En primer lugar, una aplicación con gran interés es la producción de emulsiones estables (aceite en agua) del tipo mayonesa, que contengan una proteína diferente a la yema de huevo, que es la que se emplea típicamente. Estas alternativas reducirían el problema del colesterol, evitaría problemas alérgicos y la contaminación con salmonela. Otra aplicación de estas proteínas sería la habilidad que tienen éstas para desnaturalizarse y formar agregados, consiguiendo productos tipo “gel”. Este tipo de sistemas podrían obtenerse mediante un calentamiento controlado, pudiendo diseñar una gran variedad de productos alimentarios a partir de las proteínas sarcoplasmáticas y miofibrilares presentes. Además, las proteínas miofibrilares, especialmente la actina y la miosina son capaces de constituir dominios que tienden a formar redes viscoelásticas . Finalmente, otra alternativa que está recibiendo especial importancia hoy día está relacionada con la sustitución del petróleo como fuente de energía y de materias primas. Con el desarrollo de materiales sostenibles, que reemplace los polímeros derivados del petróleo (difícilmente reciclables) podría conseguirse la eliminación de la dependencia del petróleo y de los residuos que sus productos genera. Estos bioplásticos podrían usarse para alimentos, medicinas, liberación controlada de sustancias o materiales absorbentes. Esta amplia variedad de aplicaciones sugieren un potencial inigualable en el que su uso futuro depende de una intensa actividad investigadora.Premio Extraordinario de Doctorado U

Biomateriales: desarrollo de andamios para ingeniería de tejidos

El presente trabajo se centra en el desarrollo de andamios basados en colágeno (C) y/o quitosano (CH) mediante variaciones del método de fabricación basado en la creación de hidrogeles y posterior secado por liofilización. Con objeto de evaluar la composición y el método de fabricación de los andamios, se evalúan sus propiedades mecánicas mediante barridos de deformación y de frecuencia, así como su estructura y disposición de las fibras mediante porosimetría y microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados obtenidos demuestran que las propiedades de los andamios experimentan una fuerte dependencia tanto con la proporción de las materias primas (C y CH), así como con el método de fabricación. De hecho, se encuentra que se produce una sinergia relevante cuando se emplean sistemas con la misma proporción de colágeno y quitosano en su composición.The present work focuses on the development of scaffolds based on collagen (C) and / or chitosan (CH) by variations of the manufacturing method by creation of hydrogels and subsequent freeze-drying. To evaluate the composition and method of manufacture of the scaffolding, its mechanical properties are evaluated by deformation and frequency sweeps, as well as its structure and arrangement of the fibers by means of porosimetry and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained show that the properties of the scaffolds experience a strong dependence both with the proportion of the raw materials (C and CH), as well as with the manufacturing method. In fact, it is found that a relevant synergy occurs when systems with the same proportion of collagen and chitosan in their composition are used.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (España)/ / FEDER (UE) CTQ2015-71164PUniversidad de Sevilla Beca predoctoral del V Plan Propio (VPPI-US

Desarrollo de materiales poliméricos porosos mediante electrohilado

Si el diámetro de las fibras que forman una matriz de polímero se reduce desde una escala micrométrica a nanométrica, se produce una serie de características extraordinarias. Entre estas características se encuentran un gran aumento en el área superficial (del orden de 1000 veces mayor), una mayor flexibilidad de la funcionalidad de la superficie y una mejor resistencia mecánica (por ejemplo, rigidez, resistencia a la tracción). Estas propiedades hacen que las matrices de polímeros nanofibrilares sean excelentes candidatos en muchas aplicaciones de gran importancia, que incluyen aplicaciones químicas, alimentarias, farmacéuticas, electrónicas o biomédicas. Hay varios parámetros que están íntimamente relacionados con las propiedades y características de las fibras obtenidas mediante electrospinning, por lo que su control durante la ejecución del proceso es indispensable. Juegan un papel importante en la formación y estructura de las fibras. En el siguiente trabajo, procedemos a estudiar tres variables del proceso de electrohilado; en primer lugar, se estudiará el efecto de la concentración del disolvente; en segundo lugar, se estudiará cómo las nanofibras obtenidas afectan a un cambio en el valor de la diferencia de potencial aplicada; y, finalmente, se estudiará el efecto producido por la humedad en el ambiente.If the diameter of the fibers that form a polymer matrix is reduced from a micrometric to nanometric scale, a series of extraordinary features take place. Among these features are a huge increase in surface area (in the order of 1000 times higher), a greater flexibility of the surface functionality and a better mechanical resistance (e.g. rigidity, tensile strength). These properties make nanofibrillary polymer matrices excellent candidates in many applications of great importance, including chemical, food, pharmaceutical, electronic or biomedical applications. There are several parameters that are intimately related to the properties and characteristics of the fibers obtained by means of electrospinning, so their control during the execution of the process is indispensable. They play an important role in the formation and structure of fibers. In the following work we proceed to study three variables of the electrospinning process; firstly, the effect of the concentration of the solvent will be studied; secondly, it will be studied how the nanofibers obtained affect a change in the value of the applied potential difference; and, finally, the effect produced by humidity in the environment will be studied.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/00000962Ministerio de Economía y Competitividad (España) CTQ2015-71164-

Mezclas de alginato y proteína de soja para el desarrollo de matrices porosas con potencial aplicación en ingeniería tisular

Los biopolímeros, como polisacáridos y proteínas, son materiales extraordinariamente atractivos para la obtención de matrices porosas con potencial aplicación en ingeniería tisular; debido, a la mejor solubilidad en agua, biocompatibilidad, biodegradabilidad y capacidad de funcionalización que presentan estos biomateriales frente a los polímeros sintéticos. El alginato es un polisacárido de bajo coste, capaz de formar geles estables en presencia de iones divalentes como el Ca2+. Sin embargo, también es conocida su pérdida de resistencia mecánica a lo largo del tiempo, lo que ocasiona su desintegración, suponiendo una importante limitación en aplicaciones biomédicas. El objetivo de este estudio ha sido superar este inconveniente mediante el mezclado de alginato con proteína de soja, obteniendo bioplásticos por inyección usando glicerina como plastificante, así como estudiar su posible aplicación como matrices en ingeniería tisular. En el estudio se modificaron las concentraciones de alginato y proteína de soja para observar la variación que esto suponía para las propiedades de los bioplásticos mediante ensayos reológicos de tracción, absorción de agua y pérdida de material soluble.Además, se estudió la influencia de las concentraciones de las disoluciones de CaCl2, utilizadas para promover la retención del alginato en las matrices, las cuales fueron evaluadas mediante ensayos reológicos de compresión.Biopolymers as polisacharydes and proteins are extremely atractive materials to the obtainment of porous matrixes with a potential application in tissue engineering, because of their better solubility in water, biocompatibility, biodegradability and their capacity of functionalization which those materials present versus the synthetic polymers. Alginate is a low cost polysaccharide. It can form stable gels in the presence of divalent ions as Ca2+. However, it is known that its mechanic resistance decreases along time, being that an important limitation to use alginate in biomedicine applications. The principal aim of this study has been overcome this disadvantage mixing alginate with a soy protein isolate, obtaining injected bioplastics using glycerol as plasticizer, study their potential use in tissue engineering. The concentration of alginate and soy protein were modified in blends to observe variations in the properties of bioplastics by means of rheological tests of traction, water uptake and soluble material lost essays. In addition, the influence of different concentrations of CaCl2 in aqueous solution, used to promote the retention of alginate in the matrixes, evaluates then by rheological essays in compression tests.Ministerio de Economía y Competitividad (España) FEDER CTQ2015-71164-

Estudio de la etapa de mezclado en el desarrollo de los bioplásticos a base de proteína de guisante

El desarrollo de bioplásticos podría ayudar a combatir el problema medioambiental derivado del uso masivo de plásticos procedentes del petróleo, contribuyendo a la producción de materiales de mayor degradabilidad. Todos los bioplásticos objeto de estudio del presente trabajo poseen una relación proteína/plastificante igual a 60/40. Los bioplásticos se obtuvieron en un proceso que consta de una primera etapa de mezclado, resultando una masa homogénea que fue sometida posteriormente a una segunda etapa de moldeo por inyección. El adecuado control de estas etapas es una parte fundamental en el proceso de elaboración de bioplásticos, por lo que el objetivo principal de este trabajo ha sido explorar la influencia de la velocidad de mezclado sobre las masas y los bioplásticos resultantes. Para ello, se realizó una caracterización de los mismos mediante el estudio de su capacidad de absorción de agua, ensayos mecánicos de tracción, y ensayos reológicos en modo dinámico. Entre los resultados obtenidos, puede destacarse que a bajas velocidades de mezclado resultan masas heterogéneas con variabilidad en sus propiedades.The development of bioplastics could avoid the environmental problem derived from the huge use of petroleum-based plastics and contribute to the production of more degradable materials. In this study, bioplastics have a protein/plasticizer ratio of 60/40 from pea protein and glycerol, respectively. They were manufactured in two stages. Firstly, a mixing stage, in which the resulting dough was use in the second stage, an injection molding. The control of these stages is a fundamental part in the process. The main objective of this work is to explore the influence of the speed of mixing on the dough and bioplastics. The characterization of bioplastics was performed by means of water absorption capacity and rheological dynamic tests. Among the results, it can be highlighted that a heterogeneous dough with variability in their properties appears at low mixing speeds.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/00000962Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (España) / FEDER, UE CTQ2015-71164

Effect of pH and nanoclay content on the morphology and physicochemicalproperties of soy protein/montmorillonite nanocomposite obtained byextrusion

The present work attempts to clarify the influence of montmorillonite nanoclay content and pH on the me-chanical properties of extruded soy protein nanocomposites. The mechanical behaviour is dominated by theformation of positive synergies between protein and nanoclay above a nanoclay concentration threshold.Moreover, the presence of nanoclay can improve water uptake. The pH also exerts a strong influence on me-chanical and water absorption properties, although montmorillonite tend to reduce this effect.Eventually, this study put forward the feasibility of using a combination of soy protein and montmorillonite toobtain potentially attractive biodegradable nanocomposite materials, processed by means of a simple and easilyscalable twin-screw extruder.Junta de Andalucía (project TEP-6134)Ministerio de Economía y Competitividad (CTQ2015-71164-P

Influence of the plasticizer on rice bran-based eco-friendly bioplastics obtained by injection moulding

The manufacture of eco-friendly bioplastic materials from renewable resources to replace petroleum-based plastics has attracted increasing attention. For many years, proteins, lipids and polysaccharides have been proposed as natural biopolymers sources to obtain biodegradable plastic materials. As by-product from the rice industry, rice bran, is an available and non-expensive resource of both proteins and starches, food groups that, properly processed, can be employed in the development of bioplastics. Plasticizers are essential for the manufacture of bioplastics and, when carbohydrate/protein mixtures are used, an adequate selection of plasticizers must be addressed. By these means, a material suitable for thermo-mechanical processing methods is obtained if starches are subjected to shear forces under high temperatures and water excess (gelatinisation). Moreover, additional polyol-based plasticizers, such as glycerol and sorbitol, allow obtaining reinforced products with improved elasticity when protein-based bioplastics are processed. The aim of the present study was to analyse the plasticizing effect of water combined with different proportions of glycerol or sorbitol, as well as their influence on the final bioplastic properties. Results indicate that higher water ratios produce stiffer bioplastics with improved viscoelastic moduli, maximum stress and Young´s modulus, while increasing the glycerol and sorbitol content leads to higher elasticities and water uptake capacities in general. Moreover, sorbitol seems to provide more suitable bioplastics with better tensile (up to 500% in Young´s modulus) and functional properties compared to glycerol.Ministerio de Ciencia e Innovación y FEDER RTI2018-097100-B-C2

Rice Bran-Based Bioplastics: Effects of Biopolymer Fractions on Their Mechanical, Functional and Microstructural Properties

Rice bran is an underutilized by-product of rice production, containing proteins, lipids and carbohydrates (mainly starches). Proteins and starches have been previously used to produce rice bran-based bioplastics, providing a high-added-value by-product, while contributing to the development of biobased, biodegradable bioplastics. However, rice bran contains oil (18–22%), which can have a detrimental effect on bioplastic properties. Its extraction could be convenient, since rice bran oil is becoming increasingly attractive due to its variety of applications in the food, pharmacy and cosmetic industries. In this way, the aim of this work was to analyze the effect of the different components of rice bran on the final properties of the bioplastics. Rice bran refining was carried out by extracting the oil and fiber fractions, and the effects of these two procedures on the final properties were addressed with mechanical, functional and microstructural measures. Results revealed that defatted rice bran produced bioplastics with higher viscoelastic moduli and better tensile behavior while decreasing the water uptake capacity and the soluble matter loss of the samples. However, no significant improvements were observed for systems produced from fiber-free rice bran. The microstructures observed in the SEM micrographs matched the obtained results, supporting the conclusions drawn