Ingeniera Civil Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / Se ha realizado un estudio técnico económico de un proceso de extracción de florotaninos desde Macrocystis pyrifera para satisfacer el 1% del mercado del principal competidor como antioxidante natural a nivel mundial. La metodología de este trabajo consistió en realizar balances de masa y energía a partir de un caso base de producción, para dimensionar los equipos requeridos y posteriormente analizarlo económicamente. Además, se seleccionaron variables a sensibilizar para concluir acerca de la importancia de estas en la factibilidad técnico económica del proyecto. Se diseñó una planta para la extracción y purificación de 248 ton al año de florotaninos a partir de 68 mil toneladas de M. pyrifera fresca. Además, se genera como subproducto una solución rica en carbohidratos simples. El proceso consiste en las etapas de secado, pretratamiento, extracción, purificación y liofilización; cuenta con 13 equipos en la línea del producto principal y equipos secundarios en las líneas de mezclado, producción de enzimas y recuperación de solventes. Los equipos más relevantes son el secador de bandeja, el tanque de adsorción y el liofilizador de la línea principal y los fermentadores de la línea de producción de enzimas. La planta requiere servicios de electricidad (1,8 [MW]), agua de enfriamiento (189 kgs^(-1)) y vapor para calentamiento (3,9 [kgs^(-1)]). A partir del análisis económico se obtiene que el caso base es rentable (VAN 12,4 MUSD, TIR 22% y PRI 4,1 años) con las siguientes condiciones: el cultivo del 44% del alga requerida (190 ha), una purificación de 0,94 y un precio de venta del producto de 125 mil USD/ton, además, se consideró una tasa de descuento del 12%. Por otra parte, el análisis de casos permite concluir que para mantener la factibilidad económica del proyecto es necesario incluir la línea de producción de enzimas y la recuperación de solventes en el análisis. El análisis de sensibilidad permite concluir que las variables que más afectan a la rentabilidad del proyecto son: el nivel de purificación, el porcentaje de alga cultivada (en vez de comprada) y el precio de venta de los florotaninos. En específico, se tiene que para obtener un VAN cero se debe cultivar al menos un 32% del alga (110 ha), aumentar la purificación real hasta por lo menos 0,84 y el precio mínimo de venta de florotaninos debería ser de 112 mil USD/ton. Se recomienda investigar formas de aumentar los niveles de purificación del proceso, realizar estudios sobre las cinéticas de producción de enzimas y de actividad enzimática (enzimas utilizadas en hidrólisis de carbohidratos) y evaluar la sustentabilidad de realizar cultivos del orden de 100 hectáreas de Macrocystis pyrifera en el sur del país, antes de pasar a las siguientes etapas de evaluación del proyecto.

Tesis para optar al grado de Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / La macroalga parda Macrocystis pyrifera es una especie de algas marinas que posee una amplia distribución en aguas templadas y frías tanto del hemisferio norte como sur, formando bosques productivos de alta diversidad biológica. En Chile M. pyrifera se distribuye a lo largo de la costa desde Iquique al Cabo de Hornos. La importancia comercial de esta especie se ha incrementado en la última década, especialmente en la extracción de alginato y su uso como alimento de abalones. El alga se compone principalmente de carbohidratos heterogéneos (> 50% peso seco del alga) como fucoidano, alginato y laminarina, los cuales pueden ser empleados como plataforma para la producción de variados compuestos. Además, posee compuestos polifenólicos únicos en su especie conocidos como florotaninos los cuales han sido ampliamente estudiados por sus beneficios potenciales para la salud como anti-oxidantes, anti-cáncer, anti-diabetes, anti-inflamación y anti-microbianas, entre otras. En este trabajo se estudió el diseño de un proceso de extracción de florotaninos y carbohidratos desde M. pyrifera, usando enzimas marinas en la etapa de hidrolisis de los carbohidratos. Para lo cual se procedió en un primer paso a determinar condiciones que mejoran la extracción de florotaninos desde el alga, tales como temperatura de secado del alga, parámetros de extracción e identificación de los compuestos. En una segunda etapa se optimizó la producción de enzimas carbohidrasas, alginato liasa, fucoidanasa y 1,3-β-D-glucanasa, desde microorganismos marinos asociado a la macroalga, para ser empleadas posteriormente en el pre-tratamiento enzimático de M. pyrifera. En una tercera etapa se determinó condiciones de extracción simultánea de carbohidratos y florotaninos desde el alga incorporando la etapa previa de pre-tratamiento enzimático. Finalmente, se estudió la separación de florotaninos desde el extracto final usando resinas macroporosas. La evaluación de estas etapas permitió determinar que un pre-tratamiento enzimático del alga con carbohidrasas, producidas por el hongo marino Alternaria sp, a 25°C por 36 horas a un pH 7.0 y una razón alga/extracto enzimático de 1/20, seguido por extracción alcalina de fase solida con NaOH 0.5N a 100°C por 180 min en una razón sólido/líquido de 1/20. Obteniendo un extracto con concentración final de 452 mg carbohidrato/g alga y 2.14 mg florotaninos/g alga, lo cual representa un rendimiento de extracción específico de 89.6% para carbohidratos y 21.4% para florotaninos. Posteriormente, el uso de resina XAD-16N permitió la separación del 42% de los florotaninos desde el extracto. La fracción enriquecida en florotaninos fue liofilizada presentando una concentración de 14.2 mg florotaninos/g liofilizado. / The brown macroalgae Macrocystis pyrifera is a kind of seaweed that has a wide distribution in temperate and cold waters of both the Northern and Southern hemispheres, forming productive forests of high biological diversity. In Chile M. pyrifera it is distributed along the coast from Iquique to Cape Horn. The commercial importance of this species has increased in the last decade, especially in alginate extraction and use as food abalones. M. pyrifera (>50 % of the alga dry weight) as fucoidan, laminarin and alginate, which can be used as a platform for the production of many compounds is mainly composed of heterogeneous carbohydrate. In addition, the brown seaweeds have unique polyphenolic compounds in their species known as phlorotannins which have been widely studied for their potential health benefits such as prevention of oxidative stress-mediated radical, anti-cancer, anti-diabetes, anti-inflammation and anti-microbial, among others. In this work was studied in this paper the design of an extraction process phlorotannins and carbohydrates from Macrocystis pyrifera, using marine enzymes in the hydrolysis step carbohydrates. For which we proceeded in a first step to determine the conditions that improve phlorotannins extraction from algae such as seaweed drying temperature, parameters extraction and identification of compounds. In a second stage production carbohydrate active enzymes, alginate lyase, fucoidanase and 1,3-β-D-glucanase was optimized from microorganisms associated with marine macroalgae, to be employed subsequently in the enzymatic pretreatment of M. pyrifera. In a third stage of simultaneous extraction conditions of carbohydrate and phlorotannins was determined from M. pyrifera incorporating the previous stage enzymatic pretreatment. Finally, the separation of phlorotannins was studied from the final extract using macroporous resins. Evaluation of these stages allowed to determine that an enzymatic pretreatment with carbohydrate active enzymes, alginate, fucoidanasa and 1,3-β-D-glucanase produced by the marine fungus Alternaria sp, at 25°C for 36 hours pH 7.0 and algae/enzyme extract of 1/20, followed by alkaline extraction of the solid phase with 0.5 N NaOH at 100°C for 180 min in a solid/liquid ratio of 1/20 allowed obtain a final extract with a concentration 452 mg carbohydrate/g of alga and 2.14 mg phlorotannins/g of alga, which represents a specific extraction yield of 89.6% for carbohydrates and 21.4% for phlorotannins. Subsequently, the use of macroporous resin XAD- 16N allowed separation of the 42% of phlorotannins from the extract. Finally, the enriched fraction with phlorotannins was lyophilized presenting a concentration of 14.2 mg phlorotannins/g lyophilized. / Este trabajo es financiado por una beca CONICYT para estudio de doctorado en Chile, el proyecto AKA-ERNC 0009 OPTIFU; y por el Centro Basal financiado por CONICYT CeBiB FB0001