producción de antioxidantes y precursores de vainillina a partir de la

PRODUCCIÓN DE ANTIOXIDANTES Y PRECURSORES DE VAINILLINA A
PARTIR DE LA PULPA DEL CAFÉ
Resumen ejecutivo
El objetivo general de este proyecto fue: estudiar la transformación enzimática
(natural) de los compuestos fenólicos de la pulpa de café en antioxidantes y
precursores de la vainillina. El proyecto constó de cinco etapas.
En la primera etapa se extrajo y se caracterizaron los compuestos fenólicos
libres de la pulpa de café, particularmente los ácidos hidroxicinámicos, y se
estableció el protocolo de extracción, se logró extraer el 45 % del ácido
clorogénico ligado a la pared celular, compuesto de alto valor agregado que es
clave para la evaluación económica de la propuesta. Este es el primer reporte
técnico en la literatura especializada que señala los contenidos de ácidos
hidroxicinámicos en la pulpa de café.
En la segunda etapa se realizaron los trabajos relacionados con la aplicación
de la pulpa de café libre de compuestos fenólicos en aplicaciones
agropecuarias. Se estableció el protocolo para preparar los productos
fermentados de pulpa de café en un reactor a escala semi-piloto (cap 38 kg); la
metodología de operación del reactor fue objeto de una publicación
internacional en revista indexada (Nava et al., 2006). Por otra parte, se cuenta
con la metodología para hacer las pruebas nutricionales con tilapia.
La tercera etapa del proyecto está relacionada con la extracción enzimática de
los ácidos hidroxicinámicos con enzimas tipo feruloil esterasas. La producción
de las enzimas por fermentación en medio sólido con hongos filamentosos
(Aspergillus tamarii V12307 y Rhizomucor pusillus 23aIV) requirió evaluar
diferentes medios de cultivo y además hacer pruebas con enzimas comerciales
para mejorar la liberación de los compuestos; se alcanzaron títulos enzimáticos
similares a lo reportado en la literatura internacional.
La cuarta etapa, está relacionada con la biotransformación de los ácidos
hidroxicinámicos. Se caracterizó una colección de microoganismos que
permiten realizar la biotransformación de varios ácidos hidroxicinámicos, donde
vale la pena destacar la conversión de ácido ferúlico en ácido vainillínico y 4vinilguaicol, compuestos con alto valor agregado y de gran interés en la
industria de cosméticos y médica.
La quinta etapa del proyecto está relacionada con la evaluación de indicadores
tecnológicos, ambientales y sociales que justifican el desarrollo tecnológico de
un proceso a partir de los resultados obtenidos en el proyecto.
La selección de las cepas se realizó siguiendo el criterio de la actividad
FeMetE, los resultados se muestran a continuación en la Tabla 1. El extracto
de Rhizomucor pusillus (23aIV) presentó la mayor actividad FeMetE (F = 8.160,
α = 0.003; prueba de Tuckey, α = 0.05). La actividad enzimática en la pectinasa
comercial fue 5.3 veces mayor a la del extracto de la FeMetE de Rhizomucor
pusillus, el cual sólo fue sometido a deshidratación y no se le aplicó ninguna
otra técnica de purificación. La actividad FeMetE de Rhizomucor pusillus es
689 y 33 veces mayor a lo reportado por Asther y colaboradores (2002) para
FeMetE proveniente de Aspergillus niger (0.024 UI/mL medio de cultivo y 0.3
UI/g.d.s). A las 17 h se alcanzó la máxima producción de CO 2, 13.41 mg CO2/g
MSI * h, es en este momento que se detuvo el cultivo, ya que existen diversos
reportes que indican que la máxima actividad enzimática se presenta al
alcanzar la máxima producción de CO2 (Fanoly et al, 2006). Por otra parte el
CO2 total producido fue de 114.45 mg CO2/g MSI. La fase lag, en la que el
cultivo se adapta a las nuevas condiciones de cultivo para poder crecer
activamente termina alrededor de las 14 h y es cuando empieza la fase
exponencial del cultivo. Después de 23 h de incubación el cultivo no ha
alcanzado aún la fase estacionaria.
Demanda o problemática que atiende
Estudiar el aprovechamiento de la pulpa del café para producir antioxidantes y
precursores de la vainillina.
Resultados obtenidos y/o descripción. Características de la tecnología
generada
Como resultado del proyecto, el investigador informa que se logró la extracción
y transformación por vía microbiana de los compuestos fenólicos presentes en
la pulpa de café para obtener compuestos con propiedades antioxidantes y
precursores de vainillina.
Impactos
La cantidad de AcHx total determinada en la PC por hidrólisis alcalina se
encontró dentro del intervalo de lo reportado por Benoit et al (2006), Labat et al
(2000) y Roussos et al (1995). Se reporta por primera vez la cantidad de AcHx
libres y esterificados en la PC. Los extractos enzimáticos de las 4 cepas de
Rhizopus y la cepa de Rhizomucor producidos por FMS usando aceite de oliva
como inductor presentaron actividad FeMetE. El extracto enzimático crudo de
la cepa R. pusillus (23aIV) presentó la mayor actividad FeMetE (9.89 ± 0.03
UI/gMF), el cual al ser agregado a la PC, fue capaz de extraer los AcHx
esterificados a la pared celular de la PC. El producto fermentado presenta el 19
% de la actividad FeMetE respecto a la enzima comercial. Ambos extractos
presentaron constantes de afinidad (Km) similares. Al emplear los extractos
sucesivamente en la PC se extrajo el 25.5 % del ácido ferúlico esterificado
presente en la PC. Al combinar la actividad enzimática del extracto de la cepa
R. pusillus con una pectinasa comercial, se obtuvo una mayor extracción de los
AcHx, se extrajo 45%, 25.5% y 2.7% de ácido clorogénico, ácido ferúlico y
ácido caféico, respectivamente. En estas condiciones la extracción enzimática
del 45% del ácido clorogénico aumenta el valor agregado para este
subproducto en más de 30 veces, alcanzando un valor de $ 63 000/ton. Esta
metodología establece bases técnicas y económicas sólidas para el
aprovechamiento de este subproducto de la industria cafetalera. En el caso que
el proceso se optimice y se logre extraer el 100% del ácido clorogénico, el valor
de la pulpa de café alcanzaría valores similares al de café en grano, es decir, la
economía de la producción del café se vería muy beneficiada.
Por otra parte, la PC tratada por FMS a nivel laboratorio puede escalarse a
nivel semi-piloto sin afectar de manera importante el crecimiento del hongo A.
tamarii V12307, esto será de utilidad en futuros estudios.
Costos estimados de la aplicación de los resultados y/o tecnología generada
Para llevar a cabo este proyecto a nivel industrial, uno de los requerimientos a
realizar es un análisis económico, en el cual se destacan puntos importantes
los cuales indican la viabilidad del proyecto, además de conocer la
rentabilidad y aceptabilidad que puede tener en el mercado.
Para la estimación de la inversión fija se consideró el equipo principal con el
que debe contar la planta, para el proyecto el equipo que se consideró fue el
necesario para procesar 10 ton/día de pulpa de café (PC): secador de
guardiola, molino de cuchillas, tanque de inmersión con agitación, secador de
charolas, contenedor de acero inoxidable, centrífuga, filtro, contenedor y
montacargas.
En estas estimaciones es necesario conocer todas las cotizaciones de los
equipos, costos de terreno, presupuestos de construcción, ingeniería e
instalación, lo que da como resultado una inversión fija de $11´407,393 pesos,
considerando que el tamaño de planta mínimo necesario para poder procesar
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las 10 ton de PC que se necesitan es de 3500m . La estimación del capital
requerido se realizó para los próximos 10 años, a partir del año 2009.
El capital de trabajo que se requiere para el primer año de trabajo (2009) es
de $4´367, 071, mientras que para el año 2014 es de $9´315, 545, y para el
2018 de $14´562, 865. La variación que existe en cuanto al capital de trabajo
se debe a que considera un crecimiento anual del 10%.
Los costos de operación de la planta se estimaron con un 30% del costo anual
de mano de obra de operación, supervisión, administración y mantenimiento.
El costo de operación que se estimo para el año 2009 es de $14 151 783,
para el 2015 $25 706 748 y para el 2018 de $36 228176, Estas variaciones se
deben al incremento del personal que requiere la planta según su crecimiento.
Los indicadores financieros relevantes del proyectos son la tasa mínima
aceptable de rentabilidad (TMAR), que fue 24.3%, y la tasa interna de retorno
(TIR), que fue de 50%. Al encontrarse con que la TIR es mayor a la TMAR se
puede decir que el proyecto es viable económicamente. El valor presente neto
que se tiene es de $41 512 649 > 0, y el tiempo en que la inversión se
recupera es en el cuarto año de trabajo, por lo tanto el proyecto es rentable,
atractivo y puede tener un amplio éxito en el mercado.
Ámbito de aplicación
Nacional.
Información adicional o comentario
Los ácidos hidroxicinámicos (ácido ferúlico, ácido caféico, ácido p-cumárico y
ácido sinápico), presentan propiedades anticancerígenas, antiinflamatorias y
antioxidantes. Esta última propiedad es de gran interés para las industrias de
alimentos, cosmetología y farmacéutica. Se encuentran esterificados a la
pared celular. Los AcHx son liberados por las ferulato metil esterasas las
cuales son enzimas hidrolíticas. Lo que se hizo en este trabajo fue extraer los
AcHx presentes en la pared celular de la pulpa de café por medio de
pectinasas y esterasas.
Clave del proyecto: SAGARPA 2005-C01-12182
Sistema Producto y/o línea estratégica de atención: Sistema Producto Café
Investigador: doctor JESÚS GERARDO SAUCEDO CASTAÑEDA
Institución: Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Departamento de
Biotecnología