Otimização da produção de pigmentos fúngicos através de diferentes tipos de fermentação

Dissertação de mestrado em BiotecnologiaPigments are organic or inorganic compounds with the ability to provide color, and therefore, are widely applied in several industrial products. Once public awareness concerning environment preservation and safety, sustainability and health issues have been increasing, industries began to call for different pigments from natural sources, obtained by cleaner processes and with less ecological impact. The production of natural pigments through microbial fermentation is considered a very promising alternative. Fungi are known to naturally synthesize and secrete several classes of pigments. Recently, some Penicillium species have been reported as effective pigment producers. The use of fungi cultures to obtain products of interest is generally performed under two types of fermentation: submerged fermentation (SmF) and/or solid-state fermentation (SSF), with SmF being the most industrially used. For fermentation processes to become economically viable, the extractive fermentation (FE) has been proposed as an emerging option which allows the integration of fermentation and selective separation of the product of interest. In this work, the pigments production using alternative low-cost media containing agroindustrial residues was evaluated under SmF (with and without biomass immobilization), SSF and EF conditions. For that purpose, 6 different culture media composed of cheese whey (CW) and/or corn steep liquor (CSL) in different ratios (culture media B-G) were prepared and compared with a reference synthetic medium (A). Regarding the production under SmF conditions, the results revealed no significant differences between the alternative media D, F and G and the reference synthetic medium A. The immobilization of the fungus on a natural support (corn cob, SmFn) under SmF conditions led to higher amount of pigments obtained than with an inert support (nylon sponge, SmFi). Furthermore, most of the culture media tested under SmFn proved to be a suitable alternative to the reference medium A. On the other hand, better pigments yields were achieved using the inert support under SSF conditions. Overall, the best conditions found for pigments production were media D and G both under SmFn conditions. For all types of fermentation processes considered in this work, pigments mixtures were obtained with yellow, orange and red pigments present. The pigments production was also attempted under EF conditions using a PEG8000-NaCit aqueous two-phase system (ATPS) and their recovery and concentration in top phase was observed. In conclusion, the use of alternative low-cost culture media composed of agroindustrial residues to produce pigments by P. brevicompactum was successfully demonstrated.Os pigmentos são compostos orgânicos ou inorgânicos com a capacidade de conferir cor sendo amplamente usados em vários produtos industriais. Com o aumento da consciencialização do público sobre a preservação e segurança do meio ambiente, a sustentabilidade e a saúde, as indústrias começaram a exigir pigmentos de fontes naturais, mais limpos e com menos impacto ecológico. A produção de pigmentos naturais por fermentação microbiana é considerada uma alternativa promissora. Sabe-se que os fungos sintetizam e secretam naturalmente várias classes de pigmentos. Recentemente, algumas espécies de Penicillium foram reportadas como produtoras de pigmentos. A utilização de culturas de fungos para obtenção de produtos de interesse é geralmente realizada recorrendo a dois tipos de fermentação: fermentação submersa (SmF) e/ou fermentação sólida (SSF), sendo a SmF a mais utilizada industrialmente. Para tornar os processos de fermentação economicamente viáveis, a fermentação extrativa (EF) tem sido proposta como uma opção emergente que permite a integração da fermentação e a separação seletiva do produto de interesse. Neste trabalho, a produção de pigmentos utilizando meios alternativos de baixo custo contendo resíduos agroindustriais foi avaliada em condições de SmF (com e sem imobilização de biomassa), SSF e EF. Para isso, foram preparados 6 meios de cultura diferentes, compostos por soro de queijo (CW) e/ou milhocina (CSL) em diferentes proporções (meios de cultura B-G) e comparados com um meio sintético de referência (A). Usando condições de SmF, os resultados não revelaram diferenças significativas entre os meios alternativos D, F e G e o meio de referência A. A imobilização do fungo em suporte natural (espiga de milho, SmFn) em SmF permitiu obter uma maior quantidade de pigmentos do que com o suporte inerte (esponja de nylon, SmFi). Além disso, a maioria dos meios de cultura testados em SmFn provou ser uma alternativa adequada ao meio A. Por outro lado, foram obtidos melhores rendimentos de produção de pigmentos usando o suporte inerte em SSF. No geral, as melhores condições encontradas para a produção de pigmentos foram os meios D e G, ambos em SmFn. Todos os tipos de fermentação estudados neste trabalho originaram misturas de pigmentos, constituídos por pigmentos amarelos, laranjas e vermelhos. A produção de pigmentos foi também testada em EF usando um sistema de duas fases aquosas (ATPS) PEG8000-NaCit e verificou-se a recuperação e concentração dos pigmentos na fase superior. Em conclusão, foi demonstrado com sucesso o uso de meios de cultura alternativos de baixo custo, compostos por resíduos agroindustriais, para produção de pigmentos por P. brevicompactum