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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
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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).
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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
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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.
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Rotas de Produção
A Astaxantina pode ser produzida através de:
• Síntese Química
•Produção Biotecnológica
•Extração de Crustáceos
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Crustáceos Biotecnológica Síntese química
Levedura Microalga
Reações Químicas
complexas
ExtraçãoProdução intracelular
Extração
Astaxantina
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mapeamento
Tecnológico através de
bases de dados de
patentes
bases de dados de
patentes
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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
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Patentes
Foi utilizada a base de dados Espacenet nas buscas dosdocumentos de patentes. Esta base de dados possui mais de 50milhões de documentos.
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Patentes
Análise dos Documentos de Patentes
A. Macro
• Ano (1985 – 2007)
• Tipo de depositante• Tipo de depositante
B. Micro
• Usos
• Produção
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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
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Patentes
Análise MacroTipo de depositante
25
96 empresas
222
42
Empresa Universidade/Centro de Pesquisa Pessoa Física
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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%
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Patentes
Análise MicroUsos e Produção
57
134
Produção Usos
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Patentes
Análise MicroPrincipais Usos
21
1
Maior parte proveniente de rota biotecnológica
35
21
Terapêutico
Ração animal
Intermediário na síntese de ciclohexano
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Usos em ração animal
•Estabilização da cor de salmonídeos criados emcativeirocativeiro
•Alimentação de cães e gatos como nutracêutico
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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
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Patentes
Análise MicroProcessos e Produção
8413
37
Rota Biotecnológica Rota Química Extração
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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
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Patentes
Análise MicroProdução Biotecnológica
1
4
31
35
Leveduras Algas Bactérias Actinomicetos
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Patentes
Análise MicroProdução Biotecnológica – Phaffia rhodozyma
4
18
7
Condição de cultivo
Modificação genética
Método de Extração
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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
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Modificações genéticas de leveduras
•Uso de recombinantes
•Seqüenciamento genético•Seqüenciamento genético
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Extração de astaxantina de leveduras
•Tipo de solvente
•Técnicas de rompimento celular
•Extração enzimática
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Patentes
Análise MicroProdução Biotecnológica – Haematococcus pluvialis
2
8
23
2
Condição de cultivo
Métodos de Extração
Modificação genética
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Condições de cultivo de microalgas
•Composição de meio
•Luminosidade•Luminosidade
•Estresse induzido
•Condições operacionais do processo
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Modificações genéticas de microalgas
•Uso de recombinantes
Extração de astaxantina de microalgasExtração de astaxantina de microalgas
•Tipo de solvente
•Técnicas de rompimento celular
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Patentes
Análise MicroProdução por Extração
5
10
Crustáceos
Plantas
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Extração de Crustáceos
•Estudo de solventes
•Resíduos de camarão fermentados e tratados comenzimas
•Extração alcalina
Extração de Plantas
•Extração das pétalas da flor Adonis
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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.