Resumen:
CONDITION FOR PROJECT PUBLICACION. The market for natural agricultural inputs has expanded as a means to reduce dependence on agrochemicals and to support soil health and crop yield. This study develops a powdered biostimulant from Acanthophora spicifera using an integrated framework that combines laboratory-scale product optimization, simulation-assisted scale-up, technoeconomic assessment, and sensitivity analysis. A central composite design with response surface methodology was used to assess the effects of maltodextrin (10–15% w/v) and gum arabic (0.5–3% w/v) on total polyphenol content (TPC) and freeze drying performance in R v4.4.1. HPLC was used to quantify antioxidant compounds and phytohormones, and the process was designed for both freeze drying and spray drying using SuperPro Designer.
Production capacities from 0.5 to 130.02 × 10^3 kg·year⁻¹ were simulated to characterize the unit production cost profile. Risk and sensitivity were evaluated at a feasible scale using Monte Carlo and Sobol methods. The formulation with 10.18% maltodextrin and 2.58% gum arabic has a yield of TPC of 26.83 mg GAE per 100 g dry solids and a freeze-drying yield of 11.36%. HPLC confirmed phenolic compounds, including catechin, epicatechin, gallic acid, rutin, and p-coumaric acid, and phytohormones, including gibberellic acid, indole-3-acetic acid, kinetin, and indole-3-butyric acid. The minimum unit production cost occurred at 130.02 × 10^3 kg·year⁻¹ for both drying technologies, and freeze drying is about four times more expensive than spray drying. With a selling price of 100 USD per kg, freeze drying resulted in an ROI of 12.610%, an NPV of 16.022 × 10^6 USD, and a payback of 7.93 years. With a selling price of 30 USD per kg, spray drying resulted in an NPV of 8.456 × 10^6 USD, an ROI of 28.420%, and a payback of 3.52 years. Sensitivity analysis indicated that profitability was strongly affected by the cost of A. spicifera. The results support the feasibility of scale-up and inform the selection of drying technology and plant capacity based on economic performance.
Keywords: Acanthophora spicifera, bioestimulant, microencapsulation, scale-up, techno-economic analysis, sobol sensitivity.
Descripción:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. El mercado de insumos agrícolas naturales se ha expandido como un medio para reducir la dependencia de agroquímicos y para apoyar la salud del suelo y el rendimiento de los cultivos. Este estudio desarrolla un bioestimulante en polvo de Acanthophora spicifera utilizando un marco integrado que combina la optimización del producto a escala de laboratorio, escalamiento asistido por simulación, evaluación tecnoeconómica y análisis de sensibilidad. Se evaluó un diseño compuesto central con metodología de superficie de respuesta para evaluar los efectos de la maltodextrina (10-15% p/v) y la goma arábiga (0,5-3% p/v) en el contenido total de polifenoles (TPC) y el rendimiento de la liofilización utilizando R v4.4.1. Se utilizó HPLC para cuantificar compuestos antioxidantes y fitohormonas, y el proceso fue diseñado tanto para liofilización como para secado por aspersión en SuperPro Designer. Se simularon capacidades de producción que oscilaban entre 0,5 y 130,02 × 10³ kg·año⁻¹ para identificar el perfil del coste unitario de producción (UPC). El riesgo y la sensibilidad se evaluaron a escala factible mediante los métodos de Monte Carlo y Sobol. La formulación, que contenía 10,18 % de maltodextrina y 2,58 % de goma arábiga, arrojó un TPC de 26,83 mg GAE/100 g de sólidos secos y un rendimiento de liofilización del 11,36 %. El análisis por HPLC muestra la presencia de seis compuestos fenólicos (catequina, ácido gálico, rutina, epicatequina y ácido p-cumárico) y cuatro fitohormonas (ácido giberélico, ácido indol-3-acético, kinetina y ácido indol-3-butírico). El UPC mínimo se alcanza para ambas tecnologías de secado con una capacidad de producción de 130,02 × 10³ kg·año⁻¹. La liofilización fue aproximadamente cuatro veces más costosa que el secado por aspersión. La liofilización (precio de venta de $100/kg) logró un ROI del 12,610%, un VAN de $16,022 × 10 6 USD y un periodo de recuperación de 7,93 años. Por otro lado, el secado por aspersión, con un precio de venta de $30/kg, resultó en un VAN de $8,456 × 10 6 USD, un ROI del 28,420% y un periodo de recuperación de 3,52 años. El análisis de sensibilidad indicó que la rentabilidad se vio fuertemente afectada por el costo de A. spicifera. Los resultados respaldan la viabilidad del escalamiento e informan la selección de la tecnología de secado y la capacidad de la planta en función del rendimiento económico.