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Expo Food Process 2015 – Investigación e ingredientes alimentarios Freddy Urrego Noviembre 6, 2015 FRAUNHOFER CHILE RESEARCH (FCR) – CENTER FOR SYSTEMS BIOTECHNOLOGY
Expo Food Process 2015 – Investigación e ingredientes alimentarios
Freddy Urrego
Noviembre 6, 2015
FRAUNHOFER CHILE RESEARCH (FCR) – CENTER FOR SYSTEMS BIOTECHNOLOGY
Perspectivas del Mercado global de alimentos y bebidas: Análisis de
la oportunidad de crecimiento de industrias habilitantes
Fuente: Frost, 2015
Seguridad
Alimentaria
Ingredientes
saludables
Ingredientes
especializadosEquipamiento y
software
Empaque
0
2
4
6
8
10
0 50 100 150 200 250 300 350
CA
(2
01
4-2
01
5)
Tamaño del mercado, 2015 (U$ Miles millones)
Ingredientes saludables es el segmento de mayor crecimiento
Mercado de alimentos y bebidas procesados: Alimentos “libres de”
cualidades indeseadas que impactan la salud y el bienestar del consumidor
Fuente: Frost, 2015
Convencional
90%
Alternativas
carne 1%
Orgánicos 1%
Comercio
justo 1%
Alianza para
bosques 3%
Otros 4%
Saludables
•Minimización aditivos
•Adición de productos de alto valor funcionales
•Suplementos dietarios
•Tamaños porciones controladas
Seguros
•Diseño empaques
•Libres de peligros
•Evitar derivados químicos
•Uso solventes seguros o no solventes
Verde
•Productos degradables
•Productos renovables
•Minimización subproductos
•Eficiencia energética
Ético
•Kosher
•Halal
•Ganado alimentado pasto
•Comercio justo
Alimentos “Libres de”
Prevención y bienestarPrevención y
bienestar
Enfermedad / gestión de la atención
Saludables / Preocupación
En riesgo
Diagnosticado Crónico III
Manejado Crónico III
No manejado Fin de la vida
Mercado de alimentos y bebidas procesados: Más énfasis en la
prevención y el bienestar
Fuente: Adaptado de Frost, 2015
Tam
año d
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obla
ció
n im
pacta
da
Gastos en salud
Poblaciones objetivo clave para los nutracéuticos
(alimentos funcionales y suplementos dietarios)
Mercado de alimentos y bebidas procesados: Nutracéuticos son la
intersección de las industrias de alimentos y bebidas, y farmacéutica.
Fuente: Frost, 2015
Tabletas, cápsulas, y líquidos Otras formas
Nutrición Alimentos y bebidas
Sin prescripción (mejoramiento salud yprevención – algunas regulaciones)
Suplementos dietariosAlimentos y bebidas funcionales
Alimentos medicinales
Con prescripción Píldora farmacéutica Formato farmacéutico
Mercado de ingredientes de alimentos y bebidas: Ingredientes
especializados e ingredientes saludables
Fuente: Frost, 2015
Ingredientes
saludables
48%
Ingredientes
sensoriales
39%
Coadyuvantes
procesamiento
7%
Ingrediente
textura 4%
Ingredientes
temporales
2%
Vitaminas y
minerales
28%
Proteínas
44% Lipidos
nutricionales
5%
Otros
8%
Aminoácido
s
15%
En 2015, la demanda constante de proteínas para aplicaciones nutricionales tales como fórmulas infantiles, bebidas nutricionales a base de leche, nutrición deportiva, y productos de control de peso seguirá haciendo de este espacio uno de los segmentos más atractivos de ingredientes especiales.
En 2015, el crecimiento de la demanda de alimentos mejoradores de la salud y el bienestar seguirá siendo fuerte coincidiendo con el aumento de enfermedades no transmisibles relacionadas con la edad.
Tendencias claves 2015: Mercado de ingredientes especializados para
alimentos y bebidas
Fuente: Frost, 2015
Tendencias claves 2015: Mercado de ingredientes saludables para alimentos y
bebidas
Fuente: Frost, 2015
La demanda de ingredientes saludables puede ser inmensa en el futuro debido al desarrollo de factores socioeconómicos claves; sin embargo, se requiere inversión en investigación científica para conseguir la aceptación y percepción, minimizar el escepticismo, y evitar un colapso del mercado.
Tecnologías habilitantes: por sí solas no resuelven o simplifican un proceso de
negocio, se aplican en conjunto con rediseño de procesos
Fuente: Frost, 2015
Tecnologías habilitantes de extracción:
• Extracción convencional líquido-líquido o sólido-líquido
• Extracción líquidos presurizados
• Extracción sub- y super-crítica
• Extracción asistida por microondas o ultrasonidos
Estas tecnologías podrías proveer en los próximos años un abordaje innovador para incrementar la producción de ingredientes bioactivos específicos.
Formulación de ingredientes
Se requieren mejores tecnologías de formulación para desarrollar productos que pueden llevar a cabo una función específica y tener un efecto bioactivodeseado. Las tecnologías de encapsulación y emulsificación a escalas micro- y nano-métricas mejoran los sistemas de liberación y mejoran el efecto que tienen los ingredientes bioactivos.
Departamento de Biorecursos Renovables: capacidades de investigación
y desarrollo
1) Tres líneas principales en la PUCV: Plataforma para el desarrollo de Jatropha, Microalgas, y Dandelion Ruso.
2) Laboratorio en el Centro de Innovación UC Anacleto Angelini: se especializa en el aprovechamiento de productos y sub-productos de las industrias agrícola y alimentaria.
3) Miembro del CeTA: Centro Tecnológico para la innovación Alimentaria - CORFO
Tecnologías principales:
Extracción con CO2
supercríticoMicroencapsulación/
EmulsificaciónHTC / Biogas Análisis
Equipo de trabajo: Equipo interdisciplinario
Lothar Driller: MBA, Biotechnology Engineer – más de 14 años de experiencia en la industriafarmacéutica y proyectos de investigación aplicada
Freddy Urrego, PhD in Engineering Sciences, Food Engineer – más de 10 años de experiencia enproyectos de investigación aplicada y en técnicas de extracción, especialista en extracción con fluidossupercríticos
Cristina Vergara: PhD in Nutrition and Food, Food Engineer – especialista en encapsulación, emulsión, y análisis
Maria Eugenia Martinez: Biochemistry Engineer, PhD.c biochemistry- especialista en procesos biotecnológicos para la producción de biogas
Rene Navarro: Food Engineer – Más de 5 años de experiencia de trabajo en laboratorio
Camila Meza: Estudiante de Ingeniería de alimentos, experiencia en análisis
Consuelo Garcia: Master in Biotechnology, Biotechnology Engineer – especializada en desarrollar el lupino en Chile
Extracción con CO2 supercrítico: Estado de la materia con propiedades solventesúnicas
Fuente: Capuzzo et al. (2014)
Fuente: http://www.allnaturalhealthproducts.ca/products/frequensea/amp-process/
CO2 supercrítico: Legalmente limpio y técnicamente superior a otros solventes de extracción
GRAS: Generalmente reconocido como seguro;
Aprovación mundial para uso como solvente
USA 21 CFR 173 subpart c, EU Solvent directive 2009/32/EEC, WHO Codex Alimentarius, INTERNATIONAL ORGANISATION OF FLAVORINDUSTRY IOFI Code of Practice, Japan Specifications & Standards for food additives, China Food Additive Hygiene Standard, list of processingassistants.
SOLVENTE
GRAS
Sin restricciones a nivelglobal
No reactivo, no tóxico, no inflamable
PROCESO
Proceso gentil con extractos
Conceptos de extracciónflexibles
Poder solvent adjustable
Fácil remoción del solvente
PRODUCT
GRAS
Inalterado y altamenteconcentrado
Buena vida en anaquel
Etiquetado favorable: no hay limitación a u uso
Extracción con fluidos supercríticos: Diagrama de flujo del proceso
Source: Evonik (2014)
Transferenciade masa
Difusión
Productos que se encuentran en el Mercado global: ejemplos de
algunas aplicaciones
Algunos ejemplos de aplicaciones:
• Descafeinización de café y té
• Extracción de aceite de lúpulo
• Extracción de saborizantes, vainilla
• Extracción de aromas, frutos, nueces
• Extracción para uso medicinal: cannabis
• Extracción de tabaco, para e-cigarrillos
• Extracción nutracéuticos: omegas
• Limpieza, extracción de corcho
Técnica mediante la cual compuestos activos,sólidos, líquidos o gaseosos (antioxidantes,sabores, bactericidas, etc.) se introducen enuna matriz o sistema pared de naturalezapolimérica para protegerlos delmedioambiente, de su interacción con otroscomponentes del alimento, enmascarar sabory aroma o bien para controlar su liberación.
Mercado potencial
Microencapsulación: diferentes aplicaciones posibles
5.7
9.1
0
2
4
6
8
10
2015 2020
Ingre
sos
(U$Billo
n)
Proyección de ingresos, Global, 2015-2020
Otros
7%Alimentos y
bebidas8%
Agroquímicos
8%
Productos uso
doméstico10%
Productos
farmacéuticos67%
Segmentación por aplicación, Global, 2014-2015
Fuente: Frost & Sullivan Analysis
Método utilizado Tipo de agente encapsulante
Aplicaciones
Secado por atomización y congelación, extrusión, coacervación, gelificación iónica
CarbohidratosAlmidón, maltodextrinas, quitosano, almidónmodificado, dextrinas, alginato, carragenina, gomas
Alimentos horneados,confitería, lácteos, alimentos instantáneos, etc.Emulsiones, liposomas Lípidos
Aceites, grasas, cera de abejas
Emulsiones, secado por atomización, coacervación
ProteínasGelatina, caseína, proteínas del suero y de soja, péptidos
Métodos de encapsulación y agentes encapsulantes: Principales
compuestos utilizados
Ventajas:
Económico Flexible Rápido Otorga estabilidad a los
productos
Etapas
1: Homogenización de la dispersión, emulsión o solución (agente encapsulante + activo)
2: Atomización
3: Deshidratación de las partículas atomizadas
4: Recuperación de partículas en polvo
1
2
3
4
Secado por atomización: técnica con ventajas para microencapsular
Pan con omega 3 microencapsulado (Australia)
Cacao encapsulado (USA) Nanopartículas de fitoesteroles
(Israel)
Formulas lácteas con omega 3, vitaminas y minerales encapsulados
Productos que se encuentran en el Mercado global: ejemplos de algunas
aplicaciones
Carbonización hidrotermal: Proceso para la valorización de toda clase de
residuos orgánicos
Pretratamiento de la biomasa
(separación impurezas,
pre-calentamiento)
Carbonización hidrotermal
(180 - 250°C; 10 - 40 bar;
4 - 12 hrs.)
Filtración
Biomasa Lodo
Biocarbón Biomasa
Agua
Agua
Agua del proceso
Energía térmica:500 kJ/kg de biomasa
eventualmente trituración4 kJ/kg de biomasa
(p.ej. Suncoal 6 - 30cm, Ingelia 15 -20cm
Filtración4 kJ/kg de biomasa(p.ej. Filtro prensa)
Balance de masa:Un 80% de la biomasa (TS) se convierte en biocarbón.Eficiencia de carbón: casi
100%.
Balance de energía:50 - 80 % de la biomasa se
convierte en biocarbón58 - 83 % del carbón
permanece en biocarbón5 – 20 % del carbón se
transfiere al liquido2 - 5 % del carbón se transfiere a la fase
gaseosa, principalmente como CO2
Agua residual (dependiendo de la
materia prima)
+(biomasa) (biocarbón) (agua)
La carbonización hidrotermales un proceso de conversiónde biomasa. La materiaorgánica (vegetal) setransforma en un productosimilar al carbón(sub)bituminoso por mediode un tratamiento térmicodel material sometido apresión en suspensiónacuosa a temperaturas de180 – 220ºC.
El biocarbón resultante esCO2 neutral, y puedeincinerarse o utilizarse paratodos los usos industrialestradicionalmente reservadosal carbón fósil. El procesotransforma todo el carbonode los restos vegetales encarbón.
Carbonización hidrotermal: Residuos de la industria Chilena evaluados y
resultados
Materias primas evaluadas:
• Carozos de la industria hortofrutícola
• Orujo de uva de la industria vitivinícola
• Sedimentos de la piscicultura
• Pulpa de celulosa de la industria forestal
• Poda generado en las municipalidades
• Deshechos orgánicos de las municipalidades
• Residuos de la fermentación anaerobia
• Lodos de plantas de tratamiento de agua
• Alperujo de la industria del aceite de oliva
• Residuos de alcachofa de la industria hortofrutícola
Resultados:
Biocarbón
De calidad alta y apto en la mayoría de los ensayos para su combustión en calderas industriales y domésticos.
Poderes caloríficos obtenidos superiores al carbón fósil utilizado en la actualidad (hasta 30kJ/kg).
Esterilizado, bajo en contaminantes como metales pesados, toxinas.
Agua residual:
Contiene ~10-20% de carbono.
Rico en minerales.
Rico en sustancias orgánicas.
En algunos casos apto como agua fertilizante.
Carbonización hidrotermal: Uso multifuncional del biocarbón
Combustión del carbón para la generación de electricidad y calor en calderas industriales y estufas domesticas.
Conversión del biocarbón en químicos (olefinas) los cuales se utiliza actualmente en la producción de plásticos.
Hidrolizado de proteína a partir de residuos de la producción animal.
Electrodos para pilas y supercapacitadoresrecargable.
Carbón activado, negro de carbón para usos médicos, filtros para aire, gas comprimido, purificación del agua y usos ambientales.
Como fertilizante y la mejora de la biología de los suelos a largo plazo en la agricultura y la horticultura profesional.
Reducción de emisiones de CO2,
SOx, NOx y metano.
Producción de gas de síntesis a partir de
biocarbón, que reduce los emisiones de CO2.
Competencias del grupo: Aplicación del concepto de biorefinería
• Caracterización de los materiales• Desarrollo, adaptación, y optimización de procesos de
fraccionamiento en función del rendimiento, calidad, y propiedadesde aplicación
• Extracción con CO2 supercrítico de aceites esenciales y vegetales, pigmentos naturales, toxinas, vitaminas y aromas
• Microencapsulación de ingredientes lipofílicos funcionales para aplicaciones alimentarias
• Carbonización hidrotermal de residuos orgánicos de industrias y municipalidades
• Desarrollo de procesos para la producción de biogas
• Asesoría con los procesos de transferencia de escala laboratorio a escala piloto y evaluación económica
• Manufactura de muestras para ensayos de prototipos
Materiales vegetales /
residuos
Material use
Energy use
Scale up
Grupo de BRR2: Proyectos en ejecución
Luteina
CORFO 13IDL2-23470
Carotenoides, biogas
FP7 613513
Mieles y Propóleos
CORFO B4C
Compuestos bioactivos
ERANET-LAC BES-0171
Biocarbón
CORFO 13IDL1-25312
Proteina
CORFO 12IDL2-16159
LC PUFA’s
Fondef IDeAID14I10312
Grupo de BRR: Nuevos proyectos en desarrollo o en proceso de postulación
Industriadel vino
Forestal
Agricultura
Investiga-
ción
NuecesAcua-
cultura
Recursos
naturales
Sustitutos
Materiales alto valor
Grupo BRR: Redes
Nacional
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso,
Pontificia Universidad Católica de Chile,
Universidad de Talca, Fundación de Chile,
Universidad de Chile, Universidad de Concepción,
Universidad de Santiago de Chile.
Internacional
Fraunhofer IME, Fraunhofer IVV, Fraunhofer UMSICHT,
Fraunhofer ISE, Deutsches BiomasseForschungszentrum, Max
Planck Institute of Colloids and Interfaces, Royal Holloway and
Bedford New College, Max Planck Institute of Molecular Plant
Physiology, The Hebrew University of Jerusalem, Agenzia
Nazionale Per Le Nuove Tecnologie, L’Energia e lo Sviluppo
Economico Sostenibile, The James Hutton Institute; Technische
Universität Dortmund, The Agricultural Research Organisation
of Israel – The Volcani Centre, Proplanta S.r.l., Fermented
Product Partner SA, European Research and Project Office
GmbH, Israeli Biotechnology Research Ltd., SB Drug Discovery
Limited, IGA Technology Services S.r.l., Boehringer Ingelheim
Pharma GmbH & Co.KG, Bioforsk, Universidad Peruana
Cayetano Heredia, University of Minho, INTEC, University of
York, NATEX, etc.
Expo Food Process 2015 – Investigación e ingredientes alimentarios
Freddy Urrego
Noviembre 6, 2015
FRAUNHOFER CHILE RESEARCH (FCR) – CENTER FOR SYSTEMS BIOTECHNOLOGY
© Fraunhofer
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