presentación

“EXTRACCIÓN DE PIGMENTOS PARA EL
MERCADO ALIMENTICIO COSMÉTICO Y
BIOMEDICINA”
USO DE BIOPROCESOS VERDES.
Dr. Diego Villagra
Proyecto : 11IDL2-10673 I+D Aplicada
“Extracción del Pigmento Azul Ficocianina desde Arthrospira sp.,
para el mercado alimenticio, cosmético y/o biomedicina”.
Valorización
de
subproductos
Biorefinería
Planta Prepiloto
Biomasa
•Spirulina sp.
• Chlorella sp.
• Scenedesmus sp.
• Selenastrum sp.
•
•
•
Problema:
La creciente preocupación por el daño a la salud que puede
provocar el uso de colorantes químicos sintéticos,
Interés real de las industrias de alimentos, farmacéuticas y de
cosméticos por encontrar fuentes alternativas naturales para la
producción de este tipo de compuestos de enorme importancia
comercial, que se presente en el mercado como un producto
económico y que sea obtenido con tecnologías amigables con el
medio ambiente.
•
Análisis del estado del arte
•En la industria de alimentos en general se esta integrando paulatinamente el
uso de colorantes y pigmentos de origen orgánico, por dar ejemplos
mencionamos que el color rojo se extrae de la cochinilla, el color amarillo tiene
una alternativa natural en la curcumina, y el color azul es extraído de pétalos de
flores o berries usándolos preferentemente en alimentos para bebes y alimentos
funcionales.
•En chile la empresa Atacama Bionatural produce extractos de astaxantina
(pigmento rojo) desde Haematococcus Pluvialis y en la cuarta región se extrae
pigmento carmín a partir de lo cuerpos deshidratados de la hembra de cochinilla
(Dactylopius coccus costa).
•La ficoeritrina es el pigmento rojo de mayor absorbancia de luz.
•Ficocianina pigmento azul ampliamente usado como test fluorescente y como
reactivo analítico. Pigmento proteico e hidrosoluble.
Valorización
Pigmentos
• Ficocianina
• Ficoeritrina
• Aloficocianina
-- Biorefinería
La molécula Ficocianina
1. La ficocianina es un ficobiliproteína
(pigmentos fotosintéticos unidos a las
membranas fotosintéticas de las algas
verde-azules)
2. ficobiliproteínas son solubles en agua
y por lo tanto no pueden existir dentro
de la membrana, pero las
agrupaciones que forman agregados
llamados ficobilisomas que se
adhieren a la membrana
3. Todas las ficobiliproteínas están
hechos de dos subunidades (alfa y
beta) que tienen una proteína de
columna vertebral a la que 1-2
cromóforos de tetrapirrol lineales son
unido covalentemente
modelo computacional
de molecula
de alloficocianina
Ficocianina, atributos y usos:
Anti-inflamatorio
Neuroprotector y terapéutico contra el ictus cerebral
Hepato-protector, renal-protector, timo protección, etc
Anti-cancerígeno
Actividad antibacteriana
Pigmento natural para las industrias de alimentos y
cosméticos
Un pigmento fluorescente para uso médico
• Ou Y, Zheng S, Lin L, Jiang Q, Yang X. Chem Biol Interact. 2010 Apr 29;185(2):94-100.
•Rodríguez-Sánchez R, Ortiz-Butrón R, Blas-Valdivia V, Hernández-García A, Cano-Europa E. Food Chem. 2012 Dec 15;135(4):2359-65.
•Gupta M, Dwivedi UN, Khandelwal S. Toxicol Lett. 2011 Jul 4;204(1):2-11.
•Gupta NK, Gupta KP. Environ Toxicol Pharmacol. 2012 Nov;34(3):941-8.
•Dronamraju V. L. Sarada, Chinnadurai Sreenath Kumar, Ramasamy RengasamyWorld Journal of Microbiology and Biotechnology April 2011,
Volume 27, Issue 4, pp 779-783
•Kronick MN, Grossman PD. Clin Chem. 1983 Sep;29(9):1582-6.
Solución
•
La
producción
de
pigmentos
naturales
utilizando
microorganismos ha abierto una fuente alternativa en
comparación con los métodos tradicionales para la obtención de
estos productos.
•
Producción de ficobiliproteinas por cianobacterias y alga entre
otras, representa un fenómeno muy interesante, en particular la
producción de ficocianina y ficoeritrina entre otros.
•
Spirulina sp presenta un alto contenido de proteína que oscila
entre el 40 y 60 % de su materia seca una parte importante de ésta
la componen los pigmentos proteicos perteneciente a las
ficobiliproteinas 10-20% (Ficocianina).
•
Investigaciones recientes dejan de manifiesto que bajo ciertas
condiciones de nutrientes, intensidad luminosa y temperatura
estas algas pueden producir altos contenidos de estos pigmentos
que presentan un gran interés económico.
Objetivos y Metas
•
Desarrollar un proceso más eficiente que garanticen altos
rendimientos para la extracción de ficobiliproteina, que por su
alto valor comercial resulta ser un producto muy atractivo para
el creciente mercado nutraceútico.
•
Generar conocimiento necesario para el diseño estructurado y
genérico de procesos de biosíntesis y bioseparación,
reducción de los tiempos de implementación comercial de los
procesos prototipo de laboratorio y escala piloto
•C.C. MORAES, J.F. DE MEDEIROS BURKERT and S.J. KALIL, Journal of Food Biochemistry 34 (2010) 133–148.
•Rachen Duangsee, Natapas Phoopat and Suwayd Ningsanond, As. J. Food Ag-Ind. 2009, 2(04), 819-826
Diagrama Simplificado del Proceso I+D Cultivo de
Arthrospira y Recuperación de Ficocianina
Planta Prepiloto/ Piloto
Laboratorio
Microalgal
Laboratorio
Bioseparación
Proceso prototipo
Sistema de 2 Fases
Acuosas
Recuperación de CFicocianina
•Biomasa inducida
Ficocianina
18-20%
•Diseño e implementación
Fotobiorreactor cerrado y semi
cerrado
•Estudio físico-químico y
automatización
Cosecha y Secado
•
•
•
•
Filtración
Cámara de Vacío
Biomasa 80-90% humedad
Polvo homogenizado 5% de
humedad
BMF: Biomasa QEB Fresca, biomasa obtenida en nuestro laboratorio
BMS: Biomasa QEB Seca: biomasa obtenida en nuestro laboratorio
BMC: Biomasa Seca Comercial: biomasa de empresa asociada
Etapa de ruptura celular
i: Ciclos de Congelación Descongelación
ii: Molienda Bortex
iii: Ultrasonido
iv: Disruptor Celular
v: Microondas
Extractantes: Soluciones Acuosas
pH: 4 a 10
i) PBS: Solución Buffer Fosfato
ii) CBS: Solución Buffer Carbonato
iii) ABS: Solución Buffer Acetato
iv) BRBS: Solución Buffer Briston-Robinson
(buffer ajustable a 2 pHs)
La matriz experimental es generada por los 4 métodos de ruptura
x 5 soluciones extractantes y las 3 fuentes de Biomasa
(matriz de 4x5x3)
• Precipitación
• Concentracion
Recuperación de C-Ficocianina en Fase acuosa
0.9
1.0
0.8 0.9
1.2
evaluación a través de matrices experimentales el coeficiente
de partición en el sistema binario peg/sal, utilizando para ello
soluciones de PEG a distintas concentraciones (35 %p/p, 40
%p/p, 45%p7p y 50 % p/p) de soluciones acuosas de peg de
diferentes pesos moleculares (1100, 1350,1400 y 2000 g/mol)
• O Aguilar, M Rito-Palomares, J Sci Food Agric 2010; 90: 1385–1392.
•A. Chavez-Santoscoy et al. Chem. Eng. Technol. 2010, 33, No. 1, 177–182
Cromatograma resultante de la inyección de muestra patrón
• Purificación
vía Ultrafiltración
• Escalamiento
Liofilizado
Mercado Actual
•
•
Se encuentra entre las XV y III
región, donde existen varias
empresas dedicadas al cultivo de
micro algas, entre ellas: Atacama
Biomaterial Producer S.A., que
produce Antoxantina a partir del
haematoccocus pluvialis; Solarium
Technology; que produce
Spirulina; Panades S.A., que
produce Astaxantina a partir de
haematoccous pluvialis; Empresa
Grimaldi, que produce Spirulina.
Todas se encuentran ubicadas en
la Pampa del Tamarugal.
Aeonbiogrop
•
Mercado Potencial
•
El
mercado
objetivo
son
aquellas
empresas
que
requieren
FICOBILIPROTEINAS como insumo o ingrediente para sus procesos
productivos como: farmacológico (creación y mejoramiento de fármacos),
investigación en Centros especializados y Universidades, diagnósticos de
inmunología (fluorescencia para detecciones microscópicas), alimentos
(ingrediente especial en industrias que consumen pigmentos naturales),
cosméticos (ingrediente de fluorescencia). Para determinar el tamaño del
mercado se tomó información de acuerdo al reporte fiscal de marzo de 2006,
de la empresa Cyanotech (Hawaii-USA), la mayor productora de
ficobiliproteinas.
•
Mercado Objetivo del Proyecto.
•
Los usuarios de la tecnología serán empresas de cultivo de las microalgas,
del ámbito nacional e internacional, especialmente en Perú y Ecuador en
donde existe interés en el cultivo de microalgas. En el país, existen cultivos
de microalgas en la Pampa del Tamarugal, dado las condiciones de
luminosidad y la existencia de agua de buena calidad, ventajas comparativas
en relación a otras Regiones del país; también es posible el cultivo de
microalgas en al XV Región del país
Dpt. Chemical Engineering
University of Almería
Valorización
-- Bio-refinería
• Gracias
Valorización
de
subproductos
Biorefinería
Valorización
Carotenoides:
• Lutheina
• Caroteno
• Axtasantina
-- Biorefinería
Fine chemicals
Metabolitos de alto valor
• Polisacáridos
• Carotenoides (carotenos y
xantofilas)
• Clorofilas
• Ficobiliproteínas
• PUFAs (ARA; EPA; DHA)
• Antioxidantes
• Anti-tumorales / anti-víricos
• Antibióticos (inéditos /
halogenados)
• Compuestos radioactivos
• Inhibidores Sistema Nervioso
Central
Biorefinería
Cyanophyceae
Trebouxiophyceae
Total de citas
120
100
80
Bacillariophyceae Chlorophyceae
60
Cryptophyceae
40
20
Alimentación
0
0
5 10 15 20 25
Citas por aplicación
30
Total de citas
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Trebouxiophyceae
Chlorophyceae Cyanophyceae
Bacillariophyceae
Cryptophyceae
Dinophyceae
Cosmética
0
20
40
60
Citas por aplicación
80