Universidade Federal do Rio de JaneiroEscola 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 umna 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•Peso molecular: 596,9 g/gmol

O

HO

O

OH

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•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

Reações Químicas

complexas

ExtraçãoProdução intracelular

Extração

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

Rotas de Produção

ROTA BIOTECNOLÓGICA

�Vantagens:•Seletividade do biocatalisador

•Processos menos intensivos em energia

•Tecnologias limpas•Tecnologias limpas

•Não há necessidade de rompimento celular para a utilizaçãoem 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 naturalA 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 emproveniente 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 desalmonídeos em cativeiro.

•Antioxidante – no tratamento e prevenção dedoenças, através da habilidade desse pigmento decombater os radicais livres.

Mapeamento

Tecnológico através de

bases de dados de

patentes

bases de dados de

patentes

A cadeia de valor do conhecimento

InteligênciaDados

Coleta de Dados

Aplicação

Co

mun

ica

çã

o

Cenário de Globalização e Competitividade

Processamento

Decisão

Resultados

Informação

Conhecimento

Análise

Aplicação

ExecuçãoC

om

unic

aç

ão

Gestão do Conhecimento Aplicação do ConhecimentoFonte: Powell, T.W. apresentado na aula de pós graduação Profa Suzana Borschiver

Processamento

Patentes

Foi utilizada a base de dados Espacenet nas buscas dosdocumentos de patentes. Esta base de dados possui mais de 50milhões de documentos.

Patentes

Análise dos Documentos de Patentes

A. Macro

• Ano (1985 – 2007)

• Tipo de depositante• Tipo de depositante

B. Micro

• Usos

• Produção

Patentes

Análise Macro

Ano – análise evolutiva do número de depósitos depatentes durante o período analisado.

42

50

0 0 0 13 4

911 12

811 12

10 10

16

11

19

14

21

42

2932 32

0

10

20

30

40

1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007

Patentes

Análise MacroTipo de depositante

25

96 empresas

222

42

Empresa Universidade/Centro de Pesquisa Pessoa Física

PatentesEmpresas depositantes

Empresa Nº de patentes

Yamaha Motor CO LTD 16

BASF AG 13

Suntory LTD 11

Yissum Res Dev CO 10

Igene Biotechnology Inc 9Igene 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 MicroUsos e Produção

57

134

Produção Usos

Patentes

Análise MicroPrincipais Usos

21

1

Maior parte proveniente de rota biotecnológica

35

21

Terapêutico

Ração animal

Intermediário na síntese de ciclohexano

Usos em ração animal

•Estabilização da cor de salmonídeos criados emcativeirocativeiro

•Alimentação de cães e gatos como nutracêutico

Usos Terapêuticos

•Produção de medicamentos para tratamento de doençasautoimunes, viral crônica e infecções bacterianas comoesclerose Múltipla, artrite reumatóide, doença de Crohn, diabetesmellitus, tuberculose, rejeição de transplante e infecção do vírusHIV

•Tratamento de estresse•Tratamento de estresse

•Agente para tratamento capilar

•Produção de microcápsulas

•Uso como antioxidante para tratamentos terapêuticos dediversas doenças

•Suplemento alimentar

•Prevenção dos efeitos dos radicais livres

Patentes

Análise MicroProcessos e Produção

8413

37

Rota Biotecnológica Rota Química Extração

Patentes

Análise Micro

Produção por Rota Química

• Intermediários

• Condições da reação da Síntese de Wittig• 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 deastaxantina a partir de zeaxantina

• Processo de baixo custo

• Melhoramento da produção

Patentes

Análise MicroProdução Biotecnológica

1

4

31

35

Leveduras Algas Bactérias Actinomicetos

Patentes

Análise MicroProdução Biotecnológica – Phaffia rhodozyma

4

18

7

Condição de cultivo

Modificação genética

Método de Extração

Condições de cultivo de leveduras

•Composição de meio

•Diminuição de custos de produção•Diminuição de custos de produção

•Seleção de cepas

•Condições operacionais do processo

Modificações genéticas de leveduras

•Uso de recombinantes

•Seqüenciamento genético•Seqüenciamento genético

Extração de astaxantina de leveduras

•Tipo de solvente

•Técnicas de rompimento celular

•Extração enzimática

Patentes

Análise MicroProdução Biotecnológica – Haematococcus pluvialis

2

8

23

2

Condição de cultivo

Métodos de Extração

Modificação genética

Condições de cultivo de microalgas

•Composição de meio

•Luminosidade•Luminosidade

•Estresse induzido

•Condições operacionais do processo

Modificações genéticas de microalgas

•Uso de recombinantes

Extração de astaxantina de microalgasExtração de astaxantina de microalgas

•Tipo de solvente

•Técnicas de rompimento celular

Patentes

Análise MicroProdução por Extração

5

10

Crustáceos

Plantas

Extração de Crustáceos

•Estudo de solventes

•Resíduos de camarão fermentados e tratados comenzimas

•Extração alcalina

Extração de Plantas

•Extração das pétalas da flor Adonis

Conclusões•Tendência para a produção biotecnológica, que revela umatendência de implantação em escala industrial para essaprodução, sendo os microrganismos mais promissores amicroalga Haematococcus pluvialis e a levedura Phaffiarhodozyma.

•Principais usos da astaxantina: o uso terapêutico e apigmentação de peixes, crustáceos e salmonídeos.pigmentação de peixes, crustáceos e salmonídeos.

•O Japão é o país que mais recebe pedidos de depósitos sobreesse pigmento.

•A maioria dos depósitos de patentes foi feita por empresas,sendo a empresa Yamaha Motor responsável pelo maior númerode depósitos.