Desarrollo de sistemas nano/micro-particulados con aplicación en la fotodegradación selectiva de contaminantes orgánicos en solución. Development of nano / micro-particles systems with application to selective photodegradation of organic pollutants in solution.

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA DE ESTUDIO. Las sustancias orgánicas solubles en agua no biodegradables tales como ciertos herbicidas, colorantes industriales y metabolitos de fármacos de uso masivo son una de las principales fuentes de contaminación en aguas subterráneas de zonas agrícolas y en efluentes industriales y domésticos. Las reacciones fotocatalizadas por irradiación UV-visible y sensitizadores orgánicos e inorgánicos son uno de los métodos más económicos y convenientes para la descomposición de contaminantes en subproductos inocuos y/o biodegradables. En muchas aplicaciones es deseable un alto grado de especificidad, efectividad y velocidad de degradación de un dado agente contaminante que se encuentra presente en una mezcla compleja de sustancias orgánicas en solución. En particular son altamente deseables sistemas nano/micro -particulados que formen suspensiones acuosas estables debido a que estas permiten una fácil aplicación y una eficaz acción descontaminante en grandes volúmenes de fluidos. HIPÓTESIS Y PLANTEO DE LOS OBJETIVOS. El objetivo general de este proyecto es desarrollar sistemas nano/micro particulados formados por polímeros de impresión molecular (PIMs) y foto-sensibilizadores (FS). Un PIMs es un polímero especialmente sintetizado para que sea capaz de reconocer específicamente un analito (molécula plantilla) determinado. La actividad de unión específica de los PIMs en conjunto con la capacidad fotocatalizadora de los sensibilizadores pueden ser usadas para lograr la fotodescomposición específica de moléculas “plantilla” (en este caso un dado contaminante) en soluciones conteniendo mezclas complejas de sustancias orgánicas. MATERIALES Y MÉTODOS A UTILIZAR. Se utilizaran técnicas de polimerización en mini-emulsión para sintetizar los sistemas nano/micro PIM-FS para buscar la degradación de ciertos compuestos de interés. Para caracterizar eficiencias, mecanismos y especificidad de foto-degradación en dichos sistemas se utilizan diversas técnicas espectroscópicas (estacionarias y resueltas en el tiempo) y de cromatografía (HPLC y GC). Así mismo, para medir directamente distribuciones de afinidades de unión y eficiencia de foto-degradación se utilizaran técnicas de fluorescencia de molécula/partícula individual. Estas determinaciones permitirán obtener resultados importantes al momento de analizar los factores que afectan la eficiencia de foto-degradación (nano/micro escala), tales como cantidad y ubicación de foto- sensibilizadores en las matrices poliméricas y eficiencia de unión de la plantilla y los productos de degradación al PIM. RESULTADOS ESPERADOS. Los estudios propuestos apuntan a un mejor entendimiento de procesos foto-iniciados en entornos nano/micro-particulados para aplicar dichos conocimientos al diseño de sistemas optimizados para la foto-destrucción selectiva de contaminantes acuosos de relevancia social; tales como herbicidas, residuos industriales, metabolitos de fármacos de uso masivo, etc. IMPORTANCIA DEL PROYECTO. Los sistemas nano/micro-particulados PIM-FS que se propone desarrollar en este proyecto se presentan como candidatos ideales para tratamientos específicos de efluentes industriales y domésticos en los cuales se desea lograr la degradación selectiva de compuestos orgánicos. Los conocimientos adquiridos serán indispensables para construir una plataforma versátil de sistemas foto-catalíticos específicos para la degradación de diversos contaminantes orgánicos de interés social. En lo referente a la formación de recursos humanos, el proyecto propuesto contribuirá en forma directa a la formación de 3 estudiantes de postgrado y 2 estudiantes de grado. En las capacidades institucionales se contribuirá al acondicionamiento del Laboratorio para Microscopía Óptica Avanzada (LMOA) en el Dpto. de Química de la UNRC y al montaje de un sistema de microscopio de fluorescencia que permitirá la aplicación de técnicas avanzadas de espectroscopia de fluorescencia de molecula individual. Water-soluble organic molecules such as certain non-biodegradable herbicides, industrial dyes and metabolites of widespread use drugs are a major source of pollution in groundwater from agricultural areas and in industrial and domestic effluents. Photo-catalytic reactions by UV-visible irradiation and organic sensitizers are one of the most economical and convenient methods for the decomposition of pollutants into harmless byproducts. In many applications it is highly desirable a high degree of specificity, effectiveness and speed of degradation of specific pollutants present in a complex mixture. In particular nano/micro-particles systems that form stable aqueous suspensions are highly desirable because they allow for easy application and effective decontamination of large volumes of fluids. Herein we propose the development of nano/micro particles composed by molecularly imprinted polymers (MIP) and photo-sensitizers (PS). The specific binding of MIP and the photo-catalytic ability of the sensitizers are used to achieve the photo-decomposition of specific "template" molecules in complex mixtures. Mini-emulsion polymerization techniques will be used to synthesize nano/micro MIP-FS systems. Spectroscopy (steady-state and time resolved) and chromatography (GC and HPLC) will be used to characterize efficiency, mechanisms and specificity of photo-degradation in these systems. In addition single molecule/particle fluorescence spectroscopy techniques will be used to directly measure distributions of binding affinities and photo-degradation efficiency in individual particles. The proposed studies point to a more detailed understanding of the factors affecting the photo-degradation efficiency in nano/micro-particles and to apply that knowledge in the design of optimized systems for photo-selective destruction of socially relevant aqueous pollutants.

Caracterización, procesamiento e industrialización del grano de quinoa, cultivado en la provincia de Córdoba - Argentina. Characterization, processing and industrialization of quinoa seed harvested in the province of Córdoba - Argentina

La quinoa (Chenopodium quinoa Willd), es un pseudocereal originario de la región Andina. Fue utilizada como alimento básico por los pueblos nativos. La quinoa, la papa y el maíz constituyeron el trinomio base de la alimentación indígena de este continente. La colonización española fue desplazando su cultivo a favor del trigo europeo y otros cereales, quedando reducida a las zonas altas de la región andina. La Quínoa ha adquirido una considerable atención en los últimos tiempos, principalmente por la calidad de sus proteínas y la ausencia de gluten en ella. Su empleo está ampliamente difundido en los países andinos, especialmente Bolivia y Perú, con un notable crecimiento de la superficie sembrada. En nuestro país la explotación de este cultivo se ubica principalmente en las provincias norteñas de Salta y Jujuy. En estos últimos años se ha reivindicado su cultivo y los granos privados de saponinas son considerados como un excelente alimento, reconocido por la OMS, la FAO y la NASA. Además de la calidad de sus lípidos y vitaminas, y al elevado contenido en almidón, la quinoa posee una proteína de excelente calidad nutricional y libre de gluten, lo que hace a este grano especialmente indicado para la alimentación de personas que sufren de la enfermedad celíaca o del síndrome de intestino irritado. El presente proyecto está orientado al aprovechamiento integral del grano de quinoa. Es nuestra intensión aquí, demostrar que dicho grano, cultivado en la provincia de Córdoba, permitirá elaborar productos alimenticios asi como también derivados de su industrialización. Para este objetivo se cuenta con las instalaciones de la Planta Piloto del Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICTA), de la UNC, así como de intrumental moderno y acorde, como HPLC, GC, Espectrofotómetro UV-Vis, rotavapores de laboratorio e industrial, cámara fría, balanzas analíticas y de precisión, muflas, estufas, molinos y tamices, así como también, contamos con profesionales, algunos de ellos realizando su tesis doctoral en este tema. En cuanto a los objetivos que se persiguen, se espera obtener productos tales como sopas, papillas, productos para panadería y galletería y salsas. En el plano industrial, se pretende elaborar concentrados proteicos, almidón y saponinas. Como se dijo más arriba, a nivel internacional la quinoa ha comenzado a extender sus fronteras, y es así que hoy el principal productor mundial de este grano, Bolivia, destina un porcentaje importante de su producción a la exportación. La creciente demanda mundial de quinoa a hecho que se constituya en un cultivo estratégico y de alto valor, con precios internacionales que rondan los U$S 1200 la tonelada. Si a esto unimos que la planta presenta una gran resistencia a la sequía, que se adapta bien a terrenos salitrosos, arenosos y pobres, podemos comprender la importancia que adquiere para nuestra provincia, toda vez que en la misma existen zonas geográficas potencialmente aptas para su cultivo. Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) is a pseudocereal originating in the Andean region. It was used as a staple food by native peoples. Quinoa, potatoes and corn were the tree most important indigenous staple food to this part of South America. Spanish colonization was marginalized cultivation in favor of European wheat and other grains, displacing it to the highlands of the Andean region. Quinoa has recently gained considerable attention, mainly by its protein quality and lack of gluten. Its use is widespread in the Andean countries, especially Bolivia and Peru, with a notable increase in plantings. In our country, the exploitation of this crop is located mainly in the northern provinces of Salta and Jujuy. In recent years its cultivation has been promoted, and the grains once free of saponins are considered an excellent food, recognized by WHO, FAO and NASA. In addition to its lipid and vitamins, and high starch contain, quinoa protein has an excellent nutritional value and it is free of gluten, making it particularly suitable for this grain to feed people with celiac disease or irritable bowel syndrome. This project aims at an integral development of quinoa grain. It is our intention here to demonstrate that this grain grown in the province of Córdoba, can produce food products resulting from local industrialization. This team has access to the facilities of the Pilot Plant of the Institute of Science and Food Technology (ICTA) of the UNC, and the modern equipments in it, as HPLC, GC, UV-Vis spectrophotometer, laboratory and industrial rotary evaporators, cold storage, analytical and precision balances, flasks, ovens, grinders and screens. Also, we have an important professional staff, some of them doing their thesis on this subject. With regard to the objectives pursued, we expect to obtain products such as soups, baby food, bakery products and biscuits and sauces. At the industrial level, it aims at producing protein concentrates, starch and saponins.