Fotooxidaciones sensitizadas de compuestos orgánicos en solución y en medios micelares

El estudio pretende aunar objetivos relacionados con el avance del conocimiento científico con resultados de una transferencia inmediata. El área de interés está dada por las fotooxidaciones sensitizadas de diferentes compuestos de variada aplicación. Se estudian los aspectos cinéticos y mecanísticos del proceso oxidativo, mediado por oxígeno singlete molecular generado fotofísicamente por irradiación con luz visible sobre colorantes adecuados. Se trata en todos los casos de modelar las condiciones de polaridad de solvente, temperatura y concentración de los sustratos fotooxidables, de manera análoga al medioambiente natural en que se encuentran. Dichos sustratos pueden agruparse en cuatro familias: Grupo I a) Contaminantes ambientales derivados y precursores industriales de pesticidas. b) Hidrocarburos, derivados de petróleo, contaminantes de aguas marinas. Grupo II a) Aminoácidos, polipéptidos y proteínas. b) Antibióticos. Grupo III a) Aceites comestibles vegetales y de uso cosmético. Tema 4. Antioxidantes. Grupo IV a) Fotoprotectores para uso en alimentos. b) Fotoprotectores antioxidantes en polímeros sintéticos. Los resultados tienden a predecir, según los casos, las condiciones ideales para la degradación de un pesticida en la naturaleza o para la preservación ante la irradiación de un determinado material conteniendo un dado fotoprotector, para citar simplemente dos ejemplos representativos.

Procesos fotoinducidos de transferencia de electrones

Se trata de estudiar la cinética de reacciones fotoquímicas de transferencia de electrones entre moléculas orgánicas en solución. Se medirá la cinética de formación y desaparición de estados electrónicos excitados y especies reactivas (iones radicales) mediante las técnicas de fluorescencia resuelta en el tiempo y de láser flash fotólisis. Se pondrá énfasis en el estudio de los efectos específicos del solvente sobre la reactividad de los estados excitados y sobre la eficiencia cuántica del proceso de separación de cargas. Objetivos generales y específicos: Se trata de obtener información sobre las constantes cinéticas de los distintos pasos del mecanismo de los procesos de transferencia de electrones desde y hacia estados excitados y formular los modelos teóricos que permitan explicar el efecto del medio (solvente, sales, etc.) sobre estos parámetros. El proyecto consta de cuatro etapas: Tema 1: Efectos de estructura molecular y solvente sobre la cinética de reacciones de transferencia de electrones entre estados electrónicos excitados de compuestos orgánicos (hidrocarburos aromáticos policíclicos, aminas aromáticas, etc.) y nitroaromáticos, clorobencenos y quinonas como aceptores y aminas como donores. Tema 2: Efectos de estructura molecular y del medio sobre la eficiencia cuántica del proceso de separación de cargas. Tema 3: Fotoquímica de colorantes, con especial énfasis en las reacciones de transferencia de electrones desde colorantes excitados a aminas alifáticas. Tema 4: Implementación de la técnica de espectroscopía optoacústica resuelta en el tiempo y su aplicación a reacciones de transferencia de electrones.

Fotoquímica y fotofísica: Procesos de fotooxidación

Este proyecto comprende diferentes áreas o tópicos del saber los cuales se enumerarán divididos en los siguientes subtemas: A) Fotoquímica de compuestos carbonílicos perhalogenaso, fotooxidación en fase gaseosa; B) Fotoquímica y fotofísica láser de compuestos de coordinación; C) Reacciones de moléculas excitadas con especies de interés biológico. Subtema A: En nuestro laboratorio se ha estudiado la fotólisis de compuestos perhalogenados en fase gaseosa tales como CF3COF (fluoruro de perfluoroacetilo), CF3COCl (cloruro de perfluoroacetilo). Particularmente, se han determinado rendimientos cuánticos de descomposición, como así también se han propuesto probables mecanismos de reacción para cada una de ellas. Como próximo objetivo pretendemos continuar tales estudios y para esto se procederá al estudio de la fotooxidación de halogenuros de perfluoroacilo con el fin de aportar datos concretos sobre el mecanismo de tales reacciones. Subtema B: Este proyecto se orienta al estudio de procesos fotoquímicos y fotofísicos en fase condensada de compuestos de coordinación de metales de transición. Estos compuestos presentan un amplio campo de estudio desde dos puntos de vista: 1) desde el práctico, se orienta al desarrollo de posibles esquemas para la conversión y almacenamiento de la energía solar y 2) desde el teórico, nos permite chequear la validez de las teorías de transferencia de electrones de esfera externa sobre un amplio rango de cambios de energías libres como para obtener parámetros cinéticos confiables. En tal sentido se continuará con el estudio del efecto del medio: solvente, temperatura, pH, fuerza iónica, etc., sobre las reacciones de quenching del estado excitado de las especies Cr(phen)33+, Cr (bpy)+ 33+ y sus homólogos sustituidos por distintos fenoles desactivantes. También se estudiará a partir de compuestos minerales de interés regional tales como los derivados del U(VI) (U3O8 2+, (UO2)2 (OH)22+, etc.) cuyo mecanismo de desactivación permanece incierto. Subtema C: Las moléculas electrónicamente excitadas cumplen un importante rol en los sistemas biológicos al estar involucradas en mecanismos de transferencia electrónica y procesos oxidativos. En nuestro laboratorio, se han realizado estudios de procesos de fotooxidación de indoles por oxígeno singlete en medios no acuosos y nuestro objetivo es continuar el estudio de estos procesos en complejos entre ciclodextrinas y derivados indólicos y fenólicos y posteriormente se estudiará el efecto del medio: solvente, temperatura, pH, etc. y las reacciones de fotooxidación de los derivados indólicos y fenólicos en presencia de ciclodextrinas. Paralelamente, se continuará estudiando la interacción del oxígeno singlete con derivados indólicos utilizando los métodos MINDO/3, MNDO, AMI y PM3. Los objetivos del proyecto apuntan a consolidar grupos de investigación en área de la investigación básica con la finalidad de generar recursos humanos, nuevos conocimientos y su posible transferencia a otras áreas del conocimiento.

REACCIONES ENZIMATICAS PARA LA OBTENCION DE ACEITES VEGETALES. DISEÑO DE UN EXTRUSOR REACTIVO.

IDENTIFICACION DEL PROBLEMA DE ESTUDIO: La extracción de aceite de soja, de contenido igual o menor al 20% en peso de materia seca, se realiza con solvente. El aceite se encuentra dentro de las células en organellas, por lo tanto las células de la semilla deben ser destruídas para que el aceite se encuentre disponible a la solubilización en el solvente. HIPOTESIS: En trabajos anteriores se ha demostrado que es posible aplicar una hidrólisis multienzimática sobre laminado de soja para aumentar el rendimiento de la extracción de aceite con hexano (Grasso, F. y col, 2002). Si esta operación es adecuada, el proceso puede aumentar la producción de aceite sin aumentar la capacidad de la planta. Utilizando un procedimiento de "extrusión reactiva", el reactor puede funcionar en forma continua con interacción completa de la solución enzimática y el laminado de soja, sin restricciones difusivas. En la convocatoria anterior del PID se desarrolló el plan de trabajo para llegar a la construcción del reactor. En esta convocatoria se plantea continuar con los estudios necesarios PLANTEO DE OBJETIVOS: Modelado y diseño de un Extrusor Reactivo Multienzimático de Tornillo Simple, adaptado a la línea de proceso convencional para la extracción de aceite de soja por solvente, para lograr aumento en el rendimiento de extracción sin modificar la capacidad instalada. MATERIALES Láminas de soja (Aceitera Bunge S. A.). Enzimas: alfa-amilasa, proteasa, celulasa, hemicelulasa, glucoamilasa y pectinasa (Enzyme Development Corporation - NY). Reómetro (Physica MCR 301-Anton Paar). Dispositivo para modelizado. Reactor. METODOS: Construcción de dispositivo para la simulación de la reacción multienzimática dentro del extrusor. Obtención de datos reológicos del material tratado. Modelado del comportamiento y comparación con las muestras sin enzimas. RESULTADOS ESPERADOS: Construcción del dispositivo para el pretratamiento multienzimático de laminado de soja para la extracción de aceite a escala de laboratorio y planteo del escalado industrial. IMPORTANCIA DEL PROYECTO: El aceite y harina de soja han evolucionado favorablemente, adquiriendo mayor importancia la obtención de aceite debido al impulso por la producción de biocombustible y la exportación a países como China, donde grandes empresas han firmado contratos por cantidades de 120mil Tn de aceite. Este tipo de reactor, permite la posibilidad de realizar una modificación química que pueda adaptarse a la línea de proceso ya existente. Se logra además mejorar aspectos operativos como la reducción en la cantidad de solvente utilizado, teniendo en cuenta los intentos actuales por prescindir del uso de estas sustancias, ahorro de energía y mejor calidad del producto final.

Caracterización de Compuestos Bioactivos Microencapsulados en Biopolímeros para su Aplicación en la Preservación de Alimentos y en la Formulación de Productos Nutracéuticos.

La exposición a la luz, al aire, a elevadas temperaturas y el almacenamiento prolongado produce alteraciones nutricionales y organolépticas en alimentos. Las modificaciones nutricionales pueden ser causadas por especies reactivas de oxígeno (ROS), las cuales producen oxidación de proteínas, lípidos, vitaminas, etc. Mientras que las alteraciones organolépticas involucran pérdidas del flavor por la generación de compuesto volátil off-flavor, debido principalmente al desarrollo de microorganismos y a oxidaciones. Compuestos bioactivos (CB) tales como carotenoides (Car) y flavonoides (Fl) cumplen relevantes funciones biológicas, entre las que se pueden destacar la capacidad antioxidante, antimicrobiana y antitumoral, entre otras. El propósito de este proyecto es el estudio de propiedades biológicas en particular capacidad antioxidante y antimicrobiana de CB como Car y Fl microencapsulados en biopolímeros para determinar el efecto de los mismos sobre las alteraciones nutricionales y organolépticas en alimentos durante el almacenamiento. Los CB serán microencapsulados por secado por aspersión spray drying, atrapamiento en liposomas o múltiple emulsificación evaporación de solvente, utilizando goma arábica, lecitina o quitosano como materiales de pared. Se estudiará la capacidad de los compuestos bioactivos y de los materiales de pared para desactivar ROS por espectroscopia de absorción UV-Vis. Se determinará la actividad antimicrobiana de los mismos frente a microorganismos especialmente psicrotrofos, por difusión en discos sobre placa de agar previamente inoculadas, por curvas de crecimiento y por ensayos de viabilidad. Posteriormente se analizarán las alteraciones nutricionales y organolépticas en muestras de leche en condiciones de iluminación y temperatura que simulen las de almacenamiento. Para tal fin, se evaluará la estabilidad de proteínas y vitaminas, por electroforesis capilar, la formación de compuestos volátiles se determinará por cromatografía de gases y el desarrollo de microorganismos por recuento estándar en placa. Finalmente se evaluará el efecto de la adición de carotenoides y flavonoides microencapsulados sobre la degradación de proteínas y vitaminas, la formación de off-flavor y el desarrollo de microorganismos durante el almacenamiento de leche. Con este proyecto se pretende determinar tanto la capacidad antioxidante como antimicrobiana de carotenoides y flavonoides puros y microencapsulados, así como de los biopolímeros usado para la microencapsulación y su potencial aplicación como conservantes en leche en la formulación de productos nutracéuticos.

Determinación química del aceite esencial de Schinus areira L. (Aguaribay) y su actividad antioxidante.

INTRODUCCIÓN: Durante su evolución, las plantas han desarrollado un sistema químico de defensa con el fin de combatir el estrés del medio ambiente utilizando sus metabolitos secundarios. De todos los productos químicos secundarios sintetizados por las plantas, los terpenos han contribuido significativamente al desarrollo de nuevos compuestos y son producidos por una gran variedad de plantas, algunos animales (insectos y organismos marinos) y microorganismos. Son abundantes en frutas, cereales, verduras y flores, en musgos, algas y líquenes y son un componente importante de las resinas de las plantas, constituyendo uno de los grupos más amplios de fitonutrientes. Los terpenos son los principales componentes de los aceites esenciales de las plantas aromáticas y tienen gran actividad biológica y actúan como antioxidantes protegiendo los lípidos del ataque de radicales libres de especies del oxígeno, como oxígeno singlete, y radicales hidroxilo, peróxido y superóxido. OBJETIVO GENERAL. Determinar la composición química del aceite esencial de S. areira y la actividad anti-oxidante de la fracción rica en terpenos hidrocarburos y sus componentes mayoritarios, en un modelo experimental de pulmón de ratón. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: a) Obtener el aceite esencial a partir de hojas de S. areira; b) Identificar y cuantificar los terpenos presentes en el aceite esencial de S. areira; c) Separar la fracción mayoritaria del aceite esencial (AE) (terpenos hidrocarburos); d)Detectar a nivel pulmonar los posibles efectos anti-oxidante de la administración intraperitoneal (i.p.) de la fracción de hidrocarburos obtenidas del aceite esencial de S. areira y de sus componentes mayoritarios, en un modelo inflamatorio. MATERIALES Y METODOS: 1) Obtención de las muestras de S. areira: Serán recolectada en la localidad de Mendiolaza, Córdoba. Un ejemplar de la misma será depositado en el Museo Botánico de la Fac. Cs. Ex. Fís. y Nat., UNC.2) Obtención del AE: El material vegetal será obtenido por destilación por arrastre por vapor de agua en un equipo tipo Clevenger modificado. 3) Fraccionamiento AE: Se separará la fracción mayoritaria del aceite que corresponde a la de los terpenos hidrocarburos con el fin de determinar su actividad biológica. Dicha separación se llevará a cabo por cromatografía en placa delgada (CCD) utilizando n-hexano o cloroformo como sistema de solvente para la fase móvil. También se determinará la actividad de los compuestos mayoritarios, los cuales serán obtenidos de muestras comerciales (ICN Pharmaceuticals) y para el caso de los que no estén disponibles en el comercio, serán aislados por técnicas cromatográficas. 4) Identificación y cuantificación de los terpenos del AE:Para la cuantificación de los terpenos, se realizará un análisis por cromatografía gas-liquido-espectrometría de masas (GC-MS) empleando un equipo Perkin Elmer Q600 equipado con detector de ionización de llama, con una columna capilar Elite-wax (Crossband-PEG) (60m x 0. 25 mm ID x 0. 25 µm df). La interpretación de los espectros de masas se realizará utilizando una biblioteca Adamns, NIST y por comparación con espectros similares tomados de bibliografía. 5) Inducción de inflamación con LPS y tratamiento con una fracción del AE de S. areira: Se procederá a la instilación nasal de LPS (1,67µg/Kg de peso corporal) y a las 2hs, la administración intraperitoneal de la fracción hidrocarbonada de AE (300 mg/Kg) y se determinará a las 3hs: TNF-α; infiltrado celular y dienos conjugados en muestras obtenidas en lavado bronqueo-alveolar en pulmón de ratón. 6) Genotoxidad: Se utilizará Allium cepa L. para evaluar aberraciones cromosómicas. Estadística : Se analizarán los datos con ANAVA: no paramétrico con Kruskal Wallis y Dunn a posterior (InfoStat, 2010). De los resultados se espera obtener un perfil químico de los terpenos hidrocarbonados de S. areira y evaluar su posible acción antioxidante.