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Estado del Arte en Separaciones de Glicósidos de Stevia
Javier Sainz/Stevia Pure Chile /FAS Paraguay, 2012 REDIEX
Desarrollo • Implicancias de la Materia Prima • Distintos Enfoques sobre la Extracción • Pre- Purificación Primaria • Purificación y Aislación • Otros Procesos • Discusión
IMPLICANCIAS DEL CULTIVO
Implicancias del Cultivo • Las Hojas de Stevia contienen
diferentes familias de compuestos, de las cuales los glicósidos son sólo una fracción (8 a 20%).
• Los procesos están diseñados para fraccionar glicósidos y eliminar impurezas.
• No Existe proceso que sea insensible a las variaciones proporcionales de una de estas dos variables.
PROCESOS DE PURIFICACION
Técnicas de Procesamiento Glicósidos de Steviol
Steviol Glycosides
Flocculation, Filtration, Ion
Exchange
Membrane Purification
Membranas / I. Iónico
Ajuste de Perfil por Membranas
Extracción Tradicional
Floculación, Filtración, Absorción Desorción
Purificación por Membranas
Preparative HPLC Recristalización
Prepurificacion
Aislación y Purificaciones Mayores
Funcionalidad?
Extraccion Extracción Selectiva
Fundamento en Purificación
• Todo Pretratamiento hace la purificación más económica y robusta.
vs
• Uso de una tecnología única para purificar.
Ejemplo Gráfico
PROCESOS DE EXTRACCIÓN
Criterios Relevantes
• Inversión Requerida • Recuperación de principios Activos • Selectividad • Concentración • Costos de Operación
Sistemas de Extracción con Solventes Líquidos
• Sistemas de Extracción por Lote (Batch Extraction) • Sistemas de Extracción Continua (Multistage Counter
Current Extraction)
WIPO Patent Application WO/2011/079404 Sainz et al.
Sistema de Extracción Super Crítica
• Extracción Selectiva de Glicósidos (Reb A:St) • Extracción Reducida de Impurezas ( > 40%
pureza)
Yoda et al, Journal of Food Engineering (57) 2003 125-124
Ventajas y Desventajas
Sistema Inversión Selectividad Concentración
Costo Operación
Batch X X X XX Countercurrent (MECE)
XX XX XXX X
Supercritical (SCDE)
XXXX XXXXX X XXX
Relevante: Extracción no significa purificación, la extracción es la primera etapa u operación unitaria en los procesos de purificación de Stevia.
Rendimientos son equivalentes en recuperación de glicósidos Percepción de Consumidores es óptima para tres opciones.
PROCESOS DE PRE- PURIFICACION
Criterios Relevantes
• Inversión Requerida • Robustez • Adaptabilidad • Costos de Operación • Sustentabilidad, Compatibilidad con
Expectativas de Consumidores
Etapas de Pretratamiento
• Extracción Selectiva • Decantación • Filtración por Marcos y Placas • Microfiltración • Centrifugación • Floculación • Modificaciones Enzimáticas
Ejemplo de Esquema Inicial: Purificación Tradicional
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Ej Floculantes: Hidróxido de Calcio, Sulfato de Aluminio, Sales de Hierro Eg: US PAT 20110092684
Prepurificaciones Alternativas U
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Control en alto rendimiento de microfiltración es complejo: fouling afecta severamente la operación.
Ventajas y Desventajas
Proceso Inversión Mano de Obra
Percepción de Consumidores
Sensibilidad a Materia Prima
Robustez Operativa
Tradicionales Baja Alta Negativa Alta Alta Alternativos Alta Baja Positiva, No
involucra el uso de productos químicos.
Media Baja*
* Al ser usada en etapas tempranas de procesamiento.
PURIFICACIÓN PRIMARIA Y AISLACION
PROCESO DE ADSORCIÓN /DESORCIÓN, INTERCAMBIO IONICO
•Potencial de Separación: > 90% Pureza •Enriquecimiento Reb A: Steviósido. •Conserva Solubilidad de Productos. •Uso de Mezclas Hidroalcohólicas. •Algunos procesos son acuosos.
Ejemplo: US4361697, Dobberstein et al.
Conceptos Claves
• Proceso separa por afinidad selectiva a combinación de solventes.
• Tiene la capacidad de enriquecer en pureza y modificar % Reb A.
• Riesgo: Control de Solventes, Adulteración con Solventes Orgánicos no Alimenticios.
• Recirculación y Calidad de Solventes Orgánicos.
SEPARACIONES CON MEMBRANAS • Potencial de Separación: > 95% • Mantiene Perfiles de Glicósidos,
con alguna capacidad de enriquecimiento: Reb A: St
• Solvente: Acuoso • Etapas: Múltiples • Otros: Alternativa con
pretratamiento con solventes orgánicos.
• Ejemplos:
– Sainz et al, Atlanta 2010; Leuven 2012
– Rao et al, 2012. Advances in Biosciences and Biotechnology
Deafíos Técnicos de Purificación con Membranas
Microfiltration
Ultrafiltration
Nanofiltration
Excelente capacidad de Remoción de partículas, Microorganismos, macromoléculas.
Moleculas de Forma y Tamaño Similar Rejección parcial de glicósidos.
Buena remoción de Ácidos Orgánicos, sales, moléculas iónicas y otros.
Procesamiento Gentil
Reb A
Reb A
Reb B
Reb C
Stev
Pieri et al., (2011). Identification and Quantification of Major Steviol Glycosides in Stevia rebaudiana Purified Extracts by 1H NMR Spectroscopy . J. Agric. Food Chem.59(9):4378-84
Ventajas y Desventajas
• La tecnología se alínea muy bien con las expectativas de consumidores sobre un producto natural.
• Los procesos pueden ser muy robustos para el trabajo en distintas geografías.
• El manejo de las membranas es complejo en la operación.
• Los costos operativos son relevantes.
PURIFICACION PREPARATIVA
Elución Selectiva Fase Movil /Relleno de Columna Minimizar la Sobreposición de Peaks con el objeto de purificar. Buscar Combinaciones de Solventes Adecuados
FRACCIONAMIENTO PREPARATIVO
Bergs et al, 2012. TUD. EUSTAS
Ventajas y Desventajas
• Alta precisión en aislación • Bajas Pérdidas • Alta Utilización de Solventes (ACN, etc…) • Necesidad de Pretratamiento de Muestras • Interacción de Solventes con Glicósidos;
hidrólisis y modificaciones fisicoquímicas. • NO es una tecnología “stand alone” para
separación de fitoactivos.
RECRISTALIZACION
• Resuspensión y Cristalización selectiva de glicósidos.
• Método principal utilizado a escala industrial para la producción y separación de glicósidos individuales, junto con modificación enzimática.
• Algunos Ejemplos: – US PAT 20100112155 (Pure Circle) – USPAT 20120058247 (Zhejiang Green World Bio-Tech
Engineering Co., Ltd) – US PAT Application 20110251380, Jackson et al, 2011
Cristalización por Reb A
US PAT Application 20110251380, Jackson et al, 2011
Ventajas y Desventajas
• Procesos permiten hacer purificaciones selectivas y muy precisas de los diferentes glicósidos de la planta.
• Procesos permiten la recirculación de solventes y respectivas ventajas económicas.
• Ampliamente Escalados y probados. • Utilización de Solventes Orgánicos puede
impactar en solubilidad y reactividad de glicósidos.
• Percepción EFSA, SWISS, Otros.
LOS OTROS PROCESOS…
– Adulteraciones con endulzantes artificiales no rotulados: Dulzor Engañoso.
– Utilización de solventes orgánicos no aptos para alimentación humana, no detectables con JECFA y FDA: Forma de “cumplir estándares”.
– Recientes clausuras de empresas.
– Dossier proporcionada a USP
LOS OTROS PROCESOS
DISCUSION ALTERNATIVAS
HOY Y MAÑANA
Flocculation, Filtration, Ion
Exchange
Membrane Purification
Membrana Ajuste de Perfil
Extraccion Selectiva /
Purificación Primaria
Extracción Selectiva /
Purificación Membrana
Preparative HPLC Recristalización
Extracción / Prepurification
Fórmulas Taylor Made
Legislación, Fórmulas, Control of Adulteration Funcionalidad
Analitica Robusta
Otros Procesos, Otros Usos: eg Steviol
Otros ingredientes.
ESTANDARIZACION Y SELECCIÓN DE PROCESOS
• Approach farmacéutico – Trazabilidad – Alta Pureza API – Estandarización – Paciente: Acata
• Alimentos – Traceabilidad – Calidad, Gusto, Naturalidad – Estandarización – Cliente: Elige
Conclusiones • Extracción selectiva presenta desafíos. • Purificación de Glicósidos está muy desarrollada
y diversos métodos conviven en el mercado. • Aislación de glicósidos por cristalización es la
opción consolidada para producción de Reb A. • Etapa de consistencia en calidad está en curso,
adaptando procesos a variabilidad. Porcentaje de pureza no es diferencia suficiente.
Conclusiones
• Trazabilidad de extractos es clave ya que analítica es cara y compleja para seguridad alimentaria.
• Información a los consumidores sobre la robustez de procesos y esfuerzos agroindustriales es clave para subsistencia de modelo en América Latina.
