Kojic acid production : process optimization and use of low cost raw materials

Resumo: O interesse a respeito do ácido kójico tem crescido fortemente nos últimos anos desde a descoberta de suas propriedades de inibição de tirosinase, que permitem seu uso no tratamento de hiperpigmentação dermatológica, inibição de escurecimento enzimático de frutas e vegetais, produção de antiinflamatórios e analgésicos, produção de polímeros, dentre outras aplicações. Dado o potencial econômico do ácido kójico, são necessários processos mais eficazes para sua síntese reduzindo custos de produção e tornando-o mais atrativo à aplicação industrial. Este trabalho visou estudar o processo de produção fermentativa do ácido kójico, determinando parâmetros que auxiliarão no desenvolvimento de tecnologias competitivas de produção. Além disso, propõe a utilização de matérias-primas de baixo custo e grande disponibilidade no mercado brasileiro como glicerol e água de maceração de milho. A espécie selecionada para o estudo foi Aspergillus flavus NRRL 626, que apresentou maior velocidade de crescimento, esporulação e produção de ácido kójico. As melhores fontes de carbono foram a glicose e o glicerol e as melhores fontes de nitrogênio foram o extrato de levedura e a água de maceração de milho. A otimização por planejamentos experimentais utilizando glicose como fonte de carbono e água de maceração de milho como fonte de nitrogênio possibilitou produtividade de até 0,12 g ¿ L-1 ¿ h-1 e concentração final de 48 g ¿ L-1 após 22 dias. A otimização de meio de cultivo com glicerol como fonte de carbono e água de maceração de milho apresentou produtividade de 0,13 g ¿ L-1 ¿ h-1 e concentração final de 48 g ¿ L-1 após 20 dias de fermentação. O glicerol bruto da produção de biodiesel causou forte inibição da produção de ácido kójico e forma obtidos até 18 g ¿ L-1 após 22 dias de fermentação. Ensaios em fermentador de bancada apresentaram problemas de formação de espuma devido às características do meio de cultura e de aderência da biomassa às paredes do fermentador. Os processos de cristalização com anti-solvente e clarificação com carvão ativado mostraram-se adequados à recuperação e purificação do ácido kójicoAbstract: There has been a growing interest on kojic acid since the discovery of its tyrosinase inhibiton properties, which make it useful for many different applications like dermal hyperpigmentation treatment, inhibition of fruits and vegetables enzymatic browning, antiinflamatory and analgesic drugs production, polymer productions, among others. The economical potential of kojic acid motivates researchers to develop more efficient and economical ways of producing it and therefore increase its commercial attractiveness. The present work focused on the study of the kojic acid fermentative production process in order to determine parameters that could help the development of more competitive production technologies. It also proposes the use of low cost raw materials with large availability in Brazil, since as glycerol and corn steep liquor. The selected species for the study was the Aspergillus flavus NRRL 626, which showed the highest growth rate, sporulation and kojic acid production. The selection of substrates pointed that glucose e glycerol were the best carbon sources and yeast extract and corn steep liquor were the best nitrogen sources for kojic acid production. Culture medium optimized through experimental designs with glucose as carbon source and corn steep liquor as nitrogen source allowed a productivity of 0,12 g kojic acid ¿ L-1 ¿ h-1 and a final concentration of 48 g ¿ L-1 after 22 days. The optimized medium containing glycerol as carbon source obtained maximum productivity of 0,13 g ¿ L-1 ¿ h-1 and 48 g kojic acid ¿ L-1 after 20 days of fermentation. Crude glycerol from biodiesel strongly inhibited koijc acid production and its use as carbon source reached the maximum concentration of 18 g kojic acid ¿ L-1 after 22 days of fermentation. Cultivation in a 5 L batch fermentor using glycerol and corn steep liquor showed excessive foam formation e wall adherence. Anti-solvent crystallization and active carbon clarification were successful techniques for recovery and purification of kojic acid produce