Camila de Morais Lima, Suzana Borschiver e Maria - IPD

Universidade Federal do Rio de Janeiro
Escola de Química
Programa de Pós Graduação em Processos Químicos e Bioquímicos
Mapeamento Tecnológico de Astaxantina
Autores: Camila de Morais Lima, Suzana Borschiver e
Maria Antonieta Gimenes
Novembro / 2008
Objetivo
Realizar uma análise tecnológica da astaxantina tendo
em vista a sua importância crescente na piscicultura e
na indústria farmacêutica. Para tanto foi realizado um
mapeamento tecnológico em base de dados de
patentes (Spacenet).
Astaxantina
•É um pigmento carotenóide
•Foi isolada de lagostas em 1938
•Nomenclatura: 3,3'-dihidroxi-β,β'-caroteno-4,4'diona
•Possui fórmula molecular : C40H52O4
•Peso molecular: 596,9 g/gmol
O
OH
HO
O
Astaxantina
Importância Econômica
•O mercado mundial de carotenóides foi estimado em $786
milhões em 1999 e em $887 milhões em 2004.
•A astaxantina é responsável por 28% da venda de carotenóides.
•O preço da astaxantina é de aproximadamente $2500/Kg
•A
demanda
comercial
de
principalmente pela síntese química.
carotenóides
é
satisfeita
Rotas de Produção
A Astaxantina pode ser produzida através de:
• Síntese Química
•Produção Biotecnológica
•Extração de Crustáceos
Crustáceos
Biotecnológica
Levedura
Extração
Síntese química
Microalga
Produção intracelular
Extração
Astaxantina
Reações
Químicas
complexas
Rotas de Produção
SÍNTESE QUÍMICA
Vantagens: altos rendimentos e produtividades
Desvantagens:
•Reações complexas
•Requer o desenvolvimento de novas rotas para a
produção de outros carotenóides
•Produção de estereoisômeros
Rotas de Produção
ROTA BIOTECNOLÓGICA
Vantagens:
•Seletividade do biocatalisador
•Processos menos intensivos em energia
•Tecnologias limpas
•Não há necessidade de rompimento celular para a utilização
em ração animal
Desvantagens:
•Tempo de processo longo quando comparado a rota química
•Produção de astaxantina em baixa concentração
Rotas de Produção
•Produção Biotecnológica
Haematococcus pluvialis
A microalga Haematococcus pluvialis é a fonte natural
mais rica em astaxantina (4% em base seca), e é encontrada por
todo o mundo em pequenos corpus lacustres de água fresca.
As primeiras observações dessa microalga aconteceram na
Europa no ano de 1797 por Girad-Chantrans.
Rotas de Produção
•Produção Biotecnológica
Phaffia rhodozyma
A
levedura
Phaffia
rhodozyma
ou
Xanthophyllomyces
dendrorhous foi isolada na década de 60 por Herman Phaff, desde
então, tem sido estudada para a produção de astaxantina, já que
produz esse pigmento como seu principal carotenóide.
A astaxantina é produzida como metabólito secundário em
Phaffia rhodozyma, e certas condições nutricionais afetam sua
biossíntese.
dissacarídeos.
Possui a vantagem de fermentar vários mono e
Rotas de Produção
•Produção por Extração de Crustáceos
Os crustáceos e os resíduos de crustáceos podem ser
utilizados para a extração de astaxantina. A astaxantina
proveniente dos crustáceos, ou seja, aquela encontrada em
camarão (Penaeus japanicus, Copépodes C. Finmarchicus),
lagosta (Pleuroncodes planipes), krill (Euphasia superba), lagostim
(Procambarus clarkii) tem sido usada em dietas na forma fresca e
desidratada como uma fonte de pigmentos, produzindo a
pigmentação da carne em diferentes graus de intensidade.
Usos da Astaxantina
•Piscicultura – como fonte de pigmento no cultivo de
salmonídeos em cativeiro.
•Antioxidante – no tratamento e prevenção de
doenças, através da habilidade desse pigmento de
combater os radicais livres.
Mapeamento
Tecnológico através de
bases de dados de
patentes
A cadeia de valor do conhecimento
Cenário de
Globalização e
Competitividade
Dados
Processamento
Informação
Análise
Comunicação
Coleta de Dados
Inteligência
Aplicação
Decisão
Execução
Conhecimento
Gestão do Conhecimento
Resultados
Aplicação do Conhecimento
Fonte: Powell, T.W. apresentado na aula de pós graduação Profa Suzana Borschiver
Patentes
Foi utilizada a base de dados Espacenet nas buscas dos
documentos de patentes. Esta base de dados possui mais de 50
milhões de documentos.
Patentes
Análise dos Documentos de Patentes
A. Macro
•
Ano (1985 – 2007)
•
Tipo de depositante
B. Micro
•
Usos
•
Produção
Patentes
Análise Macro
Ano – análise evolutiva do número de depósitos de
patentes durante o período analisado.
50
42
40
29
30
20
10
0
21
19
16
12
11 12 10 10
9 11
8
11
32 32
14
3 4
0 0 0 1
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
Patentes
Análise Macro
Tipo de depositante
96 empresas
25
42
222
Empresa
Universidade/Centro de Pesquisa
Pessoa Física
Patentes
Empresas depositantes
Empresa
Nº de patentes
Yamaha Motor CO LTD
16
BASF AG
13
Suntory LTD
11
Yissum Res Dev CO
10
Igene Biotechnology Inc
9
Hoffman La Roche
9
DSM IP Assets BV
9
Neurosearch AS
8
Gist Brocades NV
8
Prodemex S A DE C V
8
Fuji Chem Ind CO LTD
6
Haitai Confectionary CO LTD
5
Phillips Petroleum CO
5
Astacarotene AB
5
Hankook Pharm CO INC
5
34%
Patentes
Análise Micro
Usos e Produção
57
134
Produção
Usos
Patentes
Análise Micro
Principais Usos
1
21
35
Maior parte
proveniente de
rota
biotecnológica
Terapêutico
Ração animal
Intermediário na síntese de ciclohexano
Usos em ração animal
•Estabilização da cor de salmonídeos criados em
cativeiro
•Alimentação de cães e gatos como nutracêutico
Usos Terapêuticos
•Produção de medicamentos para tratamento de doenças
autoimunes, viral crônica e infecções bacterianas como
esclerose Múltipla, artrite reumatóide, doença de Crohn, diabetes
mellitus, tuberculose, rejeição de transplante e infecção do vírus
HIV
•Tratamento de estresse
•Agente para tratamento capilar
•Produção de microcápsulas
•Uso como antioxidante para tratamentos terapêuticos de
diversas doenças
•Suplemento alimentar
•Prevenção dos efeitos dos radicais livres
Patentes
Análise Micro
Processos e Produção
84
13
37
Rota Biotecnológica
Rota Química
Extração
Patentes
Análise Micro
Produção por Rota Química
•
Intermediários
•
Condições da reação da Síntese de Wittig
•
Produção de ésteres
•
Produção de compostos estáveis de astaxantina
•
Uso de um agente de halogenação para a síntese de
astaxantina a partir de zeaxantina
•
Processo de baixo custo
•
Melhoramento da produção
Patentes
Análise Micro
Produção Biotecnológica
1
4
35
31
Leveduras
Algas
Bactérias
Actinomicetos
Patentes
Análise Micro
Produção Biotecnológica – Phaffia rhodozyma
4
Condição de cultivo
Modificação genética
7
18
Método de Extração
Condições de cultivo de leveduras
•Composição de meio
•Diminuição de custos de produção
•Seleção de cepas
•Condições operacionais do processo
Modificações genéticas de leveduras
•Uso de recombinantes
•Seqüenciamento genético
Extração de astaxantina de leveduras
•Tipo de solvente
•Técnicas de rompimento celular
•Extração enzimática
Patentes
Análise Micro
Produção Biotecnológica – Haematococcus pluvialis
2
Condição de cultivo
8
Métodos de Extração
23
Modificação genética
Condições de cultivo de microalgas
•Composição de meio
•Luminosidade
•Estresse induzido
•Condições operacionais do processo
Modificações genéticas de microalgas
•Uso de recombinantes
Extração de astaxantina de microalgas
•Tipo de solvente
•Técnicas de rompimento celular
Patentes
Análise Micro
Produção por Extração
5
Crustáceos
Plantas
10
Extração de Crustáceos
•Estudo de solventes
•Resíduos de camarão fermentados e tratados com
enzimas
•Extração alcalina
Extração de Plantas
•Extração das pétalas da flor Adonis
Conclusões
•Tendência para a produção biotecnológica, que revela uma
tendência de implantação em escala industrial para essa
produção, sendo os microrganismos mais promissores a
microalga Haematococcus pluvialis e a levedura Phaffia
rhodozyma.
•Principais usos da astaxantina: o uso terapêutico
pigmentação de peixes, crustáceos e salmonídeos.
e
a
•O Japão é o país que mais recebe pedidos de depósitos sobre
esse pigmento.
•A maioria dos depósitos de patentes foi feita por empresas,
sendo a empresa Yamaha Motor responsável pelo maior número
de depósitos.