EXTRACCIÓN DE PIGMENTOS PARA EL MERCADO ALIMENTICIO COSMÉTICO Y BIOMEDICINA

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Sergio Pereyra Muñoz
hace 8 años
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1 EXTRACCIÓN DE PIGMENTOS PARA EL MERCADO ALIMENTICIO COSMÉTICO Y BIOMEDICINA USO DE BIOPROCESOS VERDES. Dr. Diego Villagra Proyecto : 11IDL I+D Aplicada Extracción del Pigmento Azul Ficocianina desde Arthrospira sp., para el mercado alimenticio, cosmético y/o biomedicina.

Diego Villagra Proyecto : 11IDL2-10673 I+D Aplicada Extracción del

6 Valorización de subproductos Biorefinería

7 Planta Prepiloto Biomasa Spirulina sp. Chlorella sp. Scenedesmus sp. Selenastrum sp.

9 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.

alternativas naturales para la producción de este tipo de compuestos de enorme importancia comercial, que se

10 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.

13 Valorización -- Biorefinería Pigmentos Ficocianina Ficoeritrina Aloficocianina

14 La molécula Ficocianina 1. La ficocianina es un ficobiliproteína (pigmentos fotosintéticos unidos a las membranas fotosintéticas de las algas verde-azules) modelo computacional de molecula de alloficocianina 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

computacional de molecula de alloficocianina 2.

15 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 Apr 29;185(2): Rodríguez-Sánchez R, Ortiz-Butrón R, Blas-Valdivia V, Hernández-García A, Cano-Europa E. Food Chem Dec 15;135(4): Gupta M, Dwivedi UN, Khandelwal S. Toxicol Lett Jul 4;204(1):2-11. Gupta NK, Gupta KP. Environ Toxicol Pharmacol Nov;34(3): Dronamraju V. L. Sarada, Chinnadurai Sreenath Kumar, Ramasamy RengasamyWorld Journal of Microbiology and Biotechnology April 2011, Volume 27, Issue 4, pp Kronick MN, Grossman PD. Clin Chem Sep;29(9):

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.

16 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.

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

17 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) Rachen Duangsee, Natapas Phoopat and Suwayd Ningsanond, As. J. Food Ag-Ind. 2009, 2(04),

Generar conocimiento necesario para el diseño estructurado y genérico de procesos de biosíntesis y bioseparación, reducción de los tiempos de implementación

18 Diagrama Simplificado del Proceso I+D Cultivo de Arthrospira y Recuperación de Ficocianina Laboratorio Microalgal Laboratorio Bioseparación Planta Prepiloto/ Piloto 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 Proceso prototipo Sistema de 2 Fases Acuosas Recuperación de C- Ficocianina

Fotobiorreactor cerrado y semi cerrado Estudio físico-químico y automatización Cosecha y Secado Filtración Cámara de

19 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

20 Etapa de ruptura celular i: Ciclos de Congelación Descongelación ii: Molienda Bortex iii: Ultrasonido iv: Disruptor Celular v: Microondas

21 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)

22 La matriz experimental es generada por los 4 métodos de ruptura x 5 soluciones extractantes y las 3 fuentes de Biomasa (matriz de 4x5x3)

23 Precipitación Concentracion

25 Recuperación de C-Ficocianina en Fase acuosa

26 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: A. Chavez-Santoscoy et al. Chem. Eng. Technol. 2010, 33, No. 1,

28 Cromatograma resultante de la inyección de muestra patrón

29 Purificación vía Ultrafiltración Escalamiento

30 Liofilizado

31 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

32 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.

33 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

37 Dpt. Chemical Engineering University of Almería

40 Valorización -- Bio-refinería Gracias

41 Valorización de subproductos Biorefinería

42 Valorización -- Biorefinería Carotenoides: Lutheina Caroteno Axtasantina

43 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

44 Biorefinería

45 Total de citas Cyanophyceae Trebouxiophyceae Bacillariophyceae Chlorophyceae Cryptophyceae Alimentación Citas por aplicación

46 Total de citas Trebouxiophyceae Chlorophyceae Cyanophyceae Bacillariophyceae Cryptophyceae Dinophyceae Cosmética Citas por aplicación

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