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 : C 40 H 52 O 4 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 carotenóides é satisfeita principalmente pela síntese química.
Rotas de Produção A Astaxantina pode ser produzida através de: Síntese Química Produção Biotecnológica Extração de Crustáceos
Crustáceos Biotecnológica Síntese química Levedura Microalga Extração Produção intracelular Extração Reações Químicas complexas Astaxantina
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
Vantagens: Seletividade do biocatalisador Rotas de Produção ROTA BIOTECNOLÓGICA 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. Possui a vantagem de fermentar vários mono e dissacarídeos.
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 Coleta de Dados Cenário de Globalização e Competitividade Processamento Dados Informação Análise Comunicação Inteligência Decisão Aplicação Execução Conhecimento Resultados Gestão do Conhecimento 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 32 32 30 29 19 21 20 16 9 11 12 11 12 14 8 10 10 11 10 0 0 0 1 3 4 0 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007
Patentes Análise Macro Tipo de depositante 96 empresas 42 25 222 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 13 84 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 4 1 35 31 Leveduras Algas Bactérias Actinomicetos
Patentes Análise Micro Produção Biotecnológica Phaffia rhodozyma 4 Condição de cultivo 7 18 Modificação genética 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 8 Condição de cultivo 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 e a pigmentação de peixes, crustáceos e salmonídeos. 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.