“EXTRACCIÓN DE PIGMENTOS PARA EL MERCADO ALIMENTICIO COSMÉTICO Y

BIOMEDICINA”

USO DE BIOPROCESOS VERDES.

Proyecto : 11IDL2-10673 I+D Aplicada

Dr. Diego Villagra

“Extracción del Pigmento Azul Ficocianina desde Arthrospira sp., para el mercado alimenticio, cosmético y/o biomedicina”.

Valorización de

subproductos

Biorefinería

Planta Prepiloto

•Spirulina sp. • Chlorella sp. • Scenedesmus sp. • Selenastrum sp.

Biomasa

• 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 laproducción de este tipo de compuestos de enorme importanciacomercial, que se presente en el mercado como un productoeconómico y que sea obtenido con tecnologías amigables con elmedio ambiente.

• Análisis del estado del arte•En la industria de alimentos en general se esta integrando paulatinamente eluso de colorantes y pigmentos de origen orgánico, por dar ejemplosmencionamos que el color rojo se extrae de la cochinilla, el color amarillo tieneuna alternativa natural en la curcumina, y el color azul es extraído de pétalos deflores o berries usándolos preferentemente en alimentos para bebes y alimentosfuncionales.

•En chile la empresa Atacama Bionatural produce extractos de astaxantina(pigmento rojo) desde Haematococcus Pluvialis y en la cuarta región se extraepigmento 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 comoreactivo analítico. Pigmento proteico e hidrosoluble.

Pigmentos• Ficocianina• Ficoeritrina• Aloficocianina

Valorización -- 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 computacionalde 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.

• La producción de pigmentos naturales utilizandomicroorganismos ha abierto una fuente alternativa encomparación con los métodos tradicionales para la obtención deestos productos.

• Producción de ficobiliproteinas por cianobacterias y alga entreotras, representa un fenómeno muy interesante, en particular laproducción de ficocianina y ficoeritrina entre otros.

• Spirulina sp presenta un alto contenido de proteína que oscilaentre el 40 y 60 % de su materia seca una parte importante de éstala componen los pigmentos proteicos perteneciente a lasficobiliproteinas 10-20% (Ficocianina).

• Investigaciones recientes dejan de manifiesto que bajo ciertascondiciones de nutrientes, intensidad luminosa y temperaturaestas algas pueden producir altos contenidos de estos pigmentosque presentan un gran interés económico.

Solución

• 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

Objetivos y Metas

•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

LaboratorioMicroalgal

Laboratorio Bioseparación

Planta Prepiloto/ Piloto•Biomasa inducida Ficocianina

18-20%•Diseño e implementación

Fotobiorreactor cerrado y semicerrado

•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

AcuosasRecuperación de C-

Ficocianina

Diagrama Simplificado del Proceso I+D Cultivo de Arthrospira y Recuperación de Ficocianina

BMF: Biomasa QEB Fresca, biomasa obtenida en nuestro laboratorioBMS: Biomasa QEB Seca: biomasa obtenida en nuestro laboratorioBMC: Biomasa Seca Comercial: biomasa de empresa asociada

i: Ciclos de Congelación Descongelación

ii: Molienda Bortex

iii: Ultrasonido

iv: Disruptor Celular

v: Microondas

Etapa de ruptura celular

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)

Extractantes: Soluciones Acuosas

pH: 4 a 10

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

1.2

0.9

1.0

0.8 0.9

evaluación a través de matrices experimentales el coeficientede partición en el sistema binario peg/sal, utilizando para ellosoluciones de PEG a distintas concentraciones (35 %p/p, 40%p/p, 45%p7p y 50 % p/p) de soluciones acuosas de peg dediferentes 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 procesosproductivos como: farmacológico (creación y mejoramiento de fármacos),investigación en Centros especializados y Universidades, diagnósticos deinmunología (fluorescencia para detecciones microscópicas), alimentos(ingrediente especial en industrias que consumen pigmentos naturales),cosméticos (ingrediente de fluorescencia). Para determinar el tamaño delmercado se tomó información de acuerdo al reporte fiscal de marzo de 2006,de la empresa Cyanotech (Hawaii-USA), la mayor productora deficobiliproteinas.

• 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 endonde existe interés en el cultivo de microalgas. En el país, existen cultivosde microalgas en la Pampa del Tamarugal, dado las condiciones deluminosidad y la existencia de agua de buena calidad, ventajas comparativasen relación a otras Regiones del país; también es posible el cultivo demicroalgas en al XV Región del país

Dpt. Chemical EngineeringUniversity of Almería

Valorización -- Bio-refinería

• Gracias

Valorización de

subproductos

Biorefinería

Carotenoides: • Lutheina• Caroteno• Axtasantina

Valorización -- Biorefinería

Fine chemicalsMetabolitos 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

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30

Tota

l de

cita

s

Citas por aplicación

Bacillariophyceae

Trebouxiophyceae

Chlorophyceae

Cyanophyceae

Cryptophyceae

Alimentación

020406080

100120140160

0 20 40 60 80

Tota

l de

cita

s

Citas por aplicación

Bacillariophyceae

Dinophyceae

Cryptophyceae

Cosmética

CyanophyceaeChlorophyceae

Trebouxiophyceae