Nuevas perspectivas de valorización de la saponina de la quinua: Extracción, purificación, caracterización fisicoquímica y tecno-funcional
Taller de Difusión de Resultados
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N◦ PE501086190-2024.
Nuevas perspectivas de valorización de la saponina de la quinua: Extracción, purificación, caracterización fisicoquímica y tecno-funcional
Dr. Ruly Terán Hilares, Responsable técnico del proyecto
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N ° PE501086190-2024.
Equipo Técnico de la investigación
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N 0XX-202X-PROCIENCIA.
Investigador | Universidad | Función |
Dr. Ruly Terán Hilares | UCSM | Investigador Principal |
Dr. Gilberto Colina Andrade | UCSM | Co – Investigador |
Mg. Kevin Tejada Meza | UCSM | Co – Investigador |
Mg. Pablo Pacheco Postigo | UCSM | Gestor Tecnológico |
Mg. Frank Mendoza Frisancho | UCSM | Gestor de Proyecto |
Ing. Eduardo Florez Martínez | UCSM | Tesista de Posgrado |
Ing. Alexandra Luperdi Puente de la Vega | UCSM | Tesista de Posgrado |
Dra. Verónique Nardello Rataj | Centrale Lille – Francia | Co - Investigador |
Dr. Silvio Silverio da Silva | EEL-USP | Co - Investigador |
Dr. Nils Huaman Castilla | UNAM | Co - Investigador |
Ing. Gerardo Garland Ghio | JIWRA S.A.C. | Co - Investigador |
Dr. Ruly
Dr. Gilberto
Mg. Kevin
Mg. Alexandra
Dr. Silvio
Dra. Verónique
Dr. Nils
Mg. Pablo
Ing. Gerardo
Mg. Frank
Ing. Ornella
Mg. Eduardo
Datos generales del proyecto
Lugares donde se realizó la investigación:
Laboratorio de Bioprocesos – Universidad Católica de Santa María – Arequipa
Laboratorio de Tecnologías Sustentables para la Extracción de Compuestos de Alto Valor, Instituto de Investigación para el Desarrollo del Perú (IINDEP), Universidad Nacional de Moquegua –Moquegua
Univ. Lille, CNRS, Centrale Lille, Univ. Artois, UMR 8181, UCCS, Unité de Catalyse et Chimie du Solide, Lille F-59000, France
Laboratory of Bioprocesses and Sustainable Products (LBios). Department of Biotechnology, School of Engineering of Lorena – Universidade de São Paulo, Lorena, SP, 12600-900, Brazil
Fecha de inicio y culminación del proyecto
29/06/2024 - 28/06/2026
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N 0XX-202X-PROCIENCIA.
Presupuesto | Monto | Ejecución (%) |
Monto asignado por PROCIENCIA | 500,000.00 | 100% |
Del residuo al recurso: ¿Cómo rescatamos el 8% de la quinua que hoy no tiene valor comercial para crear la industria del futuro?
Objetivo general
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N 0XX-202X-PROCIENCIA.
Desarrollar un proceso integrado empleando tecnologías alternativas de extracción y purificación de saponina a partir de residuos de quinua generados en el perlado mecánico, para la obtención de saponina con alto grado de pureza con características fisicoquímicas y tecno-funcionales idóneas para su aplicación en la industria, contribuyendo de esta forma al desarrollo de una economía circular.
Objetivos Específicos
Metodología
Caracterización del polvillo
Contenido de proteínas
Contenido de grasas
Contenido de cenizas
Contenido de fibra
Carbohidratos
Compuestos fenólicos totales
Composición elemental (CHNS)
Extracción de saponina por cavitación hidrodinámica
Filtración por membranas
Adsorción por resinas macroporosas
Adsorción: 24 h
Desorción: Etanol del 20 al 80%
Extracción líquido/líquido
Caracterización:
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N 0XX-202X-PROCIENCIA.
Resultados:
Indicadores de Hito
Tecnología de extracción y purificación de saponina procedente del perlado de quinua, con alto grado de pureza (80%) desarrollada y evaluada.
Saponina con 80% grado de pureza caracterizado fisicoquímicamente y tecno-funcional.
100%
100%
Compositional analysis | % |
Carbohydrate Protein Fat Ash Moisture Saponin | 47.52 ± 0.01 7.50 ± 0.03 1.70 ± 0.12 10.21 ± 0.09 5.77 ± 0.23 25 ± 0.32 |
Total phenolic compounds (mg GAE/g) | 10.72 ± 0.01 |
Elemental analysis | % |
N | 1.40 ± 0.06 |
C | 44.49 ± 0.25 |
H | 6.05 ± 0.03 |
S | 0.14 ± 0.01 |
Tabla 1. Composición fisicoquímica aproximada del polvo de residuo de Chenopodium quinoa.
Figura 2. Concentración de saponina en el disolvente de extracción en un proceso de cavitación hidrodinámica.
Figura 3. Concentración y pureza de saponina obtenidas en cada etapa de filtración utilizando membranas inorgánicas (800 nm y 10 nm) y en el retenido del PA-TFC (600–800 Da).
Figura 4. Purificación de saponinas por adsorción utilizando resina AB-8: Cinética de adsorción experimental (A), Ajuste del modelo cinético (B), Eficiencia de desorción (%) a diferentes concentraciones de etanol (v/v) (C), Pureza de saponina del polvo recuperado después de la desorción (D).
Figura 5. Proceso integrado que combina cavitación, filtración por membrana, adsorción y partición líquido-líquido para producir polvos ricos en saponinas.
SRP 75-80%
Figura 15. Polvillo inicial (a), polvillo obtenido luego de la hidrocavitación y filtración, con pureza del 42% (b), polvillo obtenido luego de adsorción y desorción por resina AB-8 65% (c) y polvillo obtenido luego de extracción por partición líquido-líquido 80% (d).
Extracto de saponina (%pureza) | N (%) | C (%) | H (%) | S (%) |
P.I | 1.40 | 44.48 | 6.05 | 0.14 |
42% | 0.74 | 53.49 | 0.73 | 0.25 |
65% | 0.29 | 57.33 | 7.47 | 0 |
80% | 0 | 58.88 | 7.28 | 0 |
Tabla 3. Composición de elemental de los extractos de saponina analizados.
Components | Saponin-rich powders | |||
QRP* (mg/100g) | 40% (mg/100g) | 65% (mg/100g) | 75-80% (mg/100g) | |
Gallic acid | 0.08 | 0.11 | 0.21 | 0.20 |
Catechin | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.03 |
Caffeic acid | 0.03 | 0.05 | 0.07 | 0.07 |
Procyanidin B2 | 0.02 | 0.03 | 0.07 | 0.07 |
Epicatechin | 0.01 | 0.03 | 0.28 | 0.28 |
Vanillic acid | 0.06 | 0.28 | 0.37 | 0.37 |
Rutin | 3.68 | 9.98 | 11.83 | 11.72 |
Procyanidin A2 | 0.25 | 0.08 | 0.88 | 0.87 |
Resveratrol | 0.00 | 0.01 | 0.04 | 0.04 |
Quercetin | 3.42 | 3.10 | 4.39 | 4.35 |
Kaempferol | 0.94 | 0.95 | 1.28 | 1.27 |
Tabla 2. Perfil fenólico en residuo de quinua y extractos ricos en saponinas.
*QRP: Quinoa residue powder – untreated
Condición de hidrólisis | Contenido de sapogeninas (mg/100mg sap) | % sapogeninas | |||
Ácido fitolacagénico | Hederagenina | Ácido oleanólico | Otros | ||
1 hora HCl 3N 65% pureza | 31.6 | 12.26 | 16.09 | 24.74 | 34.65 |
Sapogeninas
1 2
3
Figura 16. Cromatograma demuestra de sapogenina hidrolizada por 1 hora con HCl 3N.
1: Hederagenina
2: Ácido Oleanólico
3: Ácido fitolacagénico
Figura 17. Espectro IR de un estándar de ácido oleanólico, sapogenina obtenida en el proceso de hidrólisis y extracto de saponina con un grado de pureza del 65%.
La banda a 1031 cm⁻¹, observada con mayor intensidad en la muestra no hidrolizada de saponina al 65 %, es atribuible al estiramiento de enlaces C-O, frecuentemente asociado a unidades de glucosa en estructuras glicosídicas
Figura 7. Actividad citotóxica del polvo rico en saponinas a diferentes niveles de pureza: 42% (A), 65% (B) y 75% (C) y su porcentaje de inhibición en las líneas celulares MCF-7, MDA-MB-231, HCT-15 y A549.
Actividad Citotóxica
Figura 8. Supervivencia clonogénica de células MCF-7 (A), MDA-MB-231 (B), HCT-15 (C) y A549 (D) tratadas con polvos ricos en saponina de diferente pureza. Las distintas letras indican diferencias estadísticamente significativas (p < 0,05).
Propiedades tecno-funcionales de saponinas a diferentes niveles de pureza
Tensión superficial
Figura 6. Valores de CMC para extractos ricos en saponinas obtenidos mediante el método del tensiómetro.
80
Tensión superficial – Saponina de Té (60% de pureza) y Break thru 70%
Polyether – Polymethylsiloxane
Comparación de CMC de diferentes extractos de saponinas
Source | Purity | CMC (g/L) | γCMC (mN/m) | Reference |
C. quinoa residues | 42% | 0.75 | 36.70 | This study |
60% | 0.22 | 38.20 | This study | |
C. quinoa residues | 40% | 1.2 | 50 | Garcia-Bustos et al. (2023) |
Seeds of C. quinoa | ND | 3.3 | 31 | Bezerra et al. (2021) |
Furcraea foetida | ND | 0.24 | 49.20 | Randriamamonjy et al. (2022) |
Saffron corm | 84.43% | 2.73 | 48.71 | Esmaeelian et al. (2024) |
Saponaria officinalis L. | ND | 1 | 44.33 | Zdziennicka et al. (2025) |
Albizia procera | Crude | 7 | 44 | Pradhan et al. (2022) |
Acanthophyllum Glandulosum | ND | 0.48 | > 40 | Dabestani et al. (2021) |
Carmellia oleifera seed cake | 65% | 0.15 | 36 | Zhang el al. (2023) |
Glycyrrhiza glabra root | 80% | 0.09 | 34 | Chen et al (2020) |
Quillaja Saponaria bark | 15 % | 0.026 | 43.50 | Randriamamonjy et al. (2022) |
Quillaja Saponaria | 20 % | 0.03 | 42 | Yang et al. (2021) |
Saponin S 0019 (TCI) | ≥90 % | 0.43 | 39.10 | Randriamamonjy et al. (2022) |
Q-Naturale 200 V (Ingredion) | 15 % | 0.026 | 43.50 | Randriamamonjy et al. (2022) |
Tween 60 (T60) | ≥99 % | 0.027 | 40.24 | Esmaeelian et al. (2024) |
Chenopodium quinoa hulls | ND | 0.35 | 39 | Medina – Meza et al. (2021) |
Comportamientos anfifílicos en sistemas surfactante/aceite/agua
Figura 5. Perfil de conductividad vs temperatura en saponinas de 42 % (a) y 65 % (b).
Figura 6. Evolución del PIT a diversas concentraciones de saponinas.
Propiedades emulsificantes de extractos de saponina a diferentes purezas
Figura 5. Las diferencias entre las saponinas con pureza de 40 % y 60 %, en términos del diámetro medio de gota d(3,2) y el diámetro volumétrico Dv(0,5) para la emulsión surfactante/IPM/agua a Fw = 0.5, se muestran mediante líneas discontinuas. El único punto de dato se utilizó para verificar que el 2-fenoxietanol no alteró el diámetro de gota (punto naranja).
Figura 6. Observación microestructural de los sistemas de emulsión formados con saponinas de Chenopodium quinoa en concentraciones que varían de 0.01 a 1 % p/p, utilizando extractos de saponinas con purezas de 40 % (A, B, C, D) y 60 % (E, F, G, H), en un sistema agua–aceite (miristato de isopropilo) 1:1. La barra de escala azul representa 50 µm.
Formación de espuma
Figura 7. Perfil de formación de espuma, altura (mm) en función del tiempo (s), para extractos de saponinas de Chenopodium quinoa con 40 % y 60 % de pureza a 2CMC.
Figura 8. Evolución microestructural de las espumas estabilizadas con saponinas de quinua con 40% y 60% de pureza durante el envejecimiento. Espumas estabilizadas con saponina de 40 % de pureza en (A) tiempo inicial, (B) 500 s y (C) 1200 s. Espumas estabilizadas con saponina de 60% de pureza en (D) tiempo inicial, (E) 500 s y (F) 1200 s.
Propiedad detergente - Test de detergentes
Figura 10. Extracto de saponinas, agua y detergente en fibras manchadas con café. Las etiquetas de a-d con la misma letra no son significativamente diferentes según el test de Tukey (p > 0.05).
Figura 12. Extracto de saponinas, agua y detergente en fibras manchadas con salsa de tomate. Las etiquetas de a-d con la misma letra no son significativamente diferentes según el test de Tukey (p > 0.05).
Figura 13. Extracto de saponinas, agua y detergente en fibras manchadas con mayonesa. Las etiquetas de a-d con la misma letra no son significativamente diferentes según el test de Tukey (p > 0.05).
Figura 14. Extracto de saponinas, agua y detergente en fibras manchadas con base de maquillaje tono medio. Las etiquetas de a-d con la misma letra no son significativamente diferentes según el test de Tukey (p > 0.05).
Resultados:
Indicadores de propósito y gestión
Título: Valorization of Chenopodium quinoa residues through saponin recovery: Extraction, purification, and evaluation of antioxidant and cytotoxic activities
Revista: Applied Food Research – Q1
Tipo: Original Research Paper
Indexado: SCOPUS
2 Artículos Científicos - Publicados
Título: Saponin Molecules from Quinoa Residues: Exploring Their Surfactant, Emulsifying, and Detergent Properties
Revista: Molecules – Q1
Tipo: Original Research Paper
Indexado: SCOPUS
Tesis para optar el grado de Maestro en Ciencias con mención en Biología de la Salud.
Título: EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD CITOTÓXICA DE EXTRACTOS DE SAPONINAS OBTENIDAS A PARTIR DE RESIDUOS DE CHENOPODIUM QUINOA EN LAS LÍNEAS CELULARES MCF-7, MDA-MB-231, HCT-15 Y A549
Tesista: Eduardo Florez Martinez
Unidad de Posgrado: FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA
Estatus: Lista para sustentación
2 Tesis de posgrado - Aprobados
Tesis para optar el grado de Maestría en Salud Ocupacional y del Medio Ambiente.
Título: Potencial Biorremediador de Saponinas Obtenidas a Partir de Residuos de Quinua (Chenopodium quinoa Willd) en Suelos Contaminados con Hidrocarburos
Tesista: Luperdi Puente de la Vega, Alexandra Pattricia
Escuela de posgrado – Universidad Católica de Santa María
Estatus: Defendida
Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero Biotecnólogo
Título: Recuperación de saponinas a partir de residuos de quinua (Chenopodium quinoa Willd) generados en el proceso de escarificado mediante cavitación hidrodinámica y tecnología de membranas.
Tesista: Fernandez Sotillo, Nayhely Alessandra y Ramirez Javier, Melany Morayma
Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica. Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Bioquímicas y Biotecnológicas – Universidad Católica de Santa María
Tesis de Pregrado
Evento: The 4th Food Chemistry Conference
Organizador: Food Chemistry - ELSEVIER
Titulo trabajo: Fermentation with Aureobasidium pullulans: a novel strategy to enhance the purity of saponins recovered from chenopodium quinoa residues via membrane processing
Autores: Eduardo Florez-Martinez., Ornella Heredia-Rondon., Kiara García-Bustos., Gilberto Colina-Andrade., Kevin Tejada-Meza., Ruly Terán-Hilares
Link: https://www.elsevier.com/events/conferences/all/food-chemistry-conference
Eventos científicos
Evento: The 5th International Electronic Conference on Agronomy
Organizador: Agronomy - MDPI
Titulo trabajo: Saponins as Sustainable Agrochemicals: Extraction and Recovery from Chenopodium quinoa Residues for Crop Protection
Autores: Eduardo Florez Martinez, Ornella Almendra Heredia Rondon, Gilberto Colina Andrade, Terán Hilares Ruly
Link: sciforum.net/event/IECAG2025 #IECAG2025
Evento: Seminario Internacional – Día Nacional de los Granos Andinos
Organizador: Programa Doctoral – Ingeniería Agroindustrial
Titulo ponencia: Valorización de residuos de Chenopodium quinoa mediante extracción de saponina empleando tecnologías de cavitación y membranas
Ponente: Terán Hilares Ruly
Link: sciforum.net/event/IECAG2025 #IECAG2025
Evento: V SEMANA INTERNACIONAL DE LA INVESTIGACIÓN, INNOVACIÓN Y EMPRENDIMIENTO
Organizador: Vicerrectorado de Investigación - UCSM
Titulo ponencia: Caracterización de saponinas extraídas de residuos de Chenopodium quinoa mediante tecnologías alternativas: cavitación, filtración por membranas y adsorción.
Ponente: Terán Hilares Ruly
Evento: V SEMANA INTERNACIONAL DE LA INVESTIGACIÓN, INNOVACIÓN Y EMPRENDIMIENTO
Organizador: Vicerrectorado de Investigación - UCSM
Titulo ponencia: Concentración y purificación de saponina de residuos de Chenopodium quinoa y su potencial anticancerígeno en líneas celulares MCF-7, MDA-MB-231, HCT-15 y A549
Ponente: Eduardo Florez Martínez
PROCESO INTEGRADO PARA LA OBTENCIÓN DE EXTRACTOS DE SAPONINA DE ALTA PUREZA ENRIQUECIDO SELECTIVAMENTE CON COMPUESTOS FENÓLICOS A PARTIR DE RESIDUOS DE QUINUA
Inventores: Eduardo Flores-Martinez., Ornella Heredia-Rondon., Gilberto Colina-Andrade., Kevin Tejada-Meza., Ruly Terán-Hilares
Patente de invención
SRP 80%
Conclusiones
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N 0XX-202X-PROCIENCIA.
Agradecimientos
Proyecto financiado por CONCYTEC/ Programa PROCIENCIA, según Contrato N 0XX-202X-PROCIENCIA.
EQUIPOS ADQUIRIDOS
Centrífuga
Liofilizador
Reactor / misturador c/ vaso encamisado
Sistema de agua ultrapura
Ultraturrax T-10
pH metro
EQUIPOS: ViscoQC 300