Estudo de viabilidade da extração e microextração em fase sólida na avaliação de compostos orgânicos voláteis microbianos associados ao processo de produção de pigmentos por fungo filamentoso (Monascus)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2016.Pode-se produzir corantes naturais a partir de um processo fermentativo realizado por fungos com baixo custo ambiental, com grande eficiência e sem a necessidade de instrumentação de grande porte para o beneficiamento da matéria-prima. Fungos do gênero Monascus podem produzir pigmentos amarelo, laranja e vermelho, entre outros metabólitos provenientes da fermentação de determinados substratos. Estudar o processo fermentativo e os compostos secundários gerados é relevante para a compreensão das reações envolvidas e da significância dos resultados finais do processo. Durante o processo fermentativo industrial são produzidos gases de exaustão, contendo Compostos Orgânicos Voláteis (abreviação em inglês - VOC) que são oriundos de vários processos bioquímicos e químicos, entre os composto de maior interesse podem ser encontrados os Compostos Orgânicos Voláteis Microbianos (abreviação em inglês - MVOC). Os MVOC estão presentes em vários processos de produção em biotecnologia. Nesse estudo é avaliada a utilização de dois métodos envolvendo SPME e SPE (in vivo), na extração de MVOC, associados com o processo de produção de pigmento, pelo fungo do gênero Monascus. Foram testadas duas espécies do fungo Monascus (Monascus ruber e Monascus sp.). O fungo Monascus ruber foi utilizado para produzir pigmento vermelho a partir da fermentação em biorreator, utilizando-se como meio de cultura submerso uma mistura de 20 g L-1 de pó de arroz, 7 g L-1 de glicina, 2 g L-1 de glucose e água destilada. Os valores de biomassa e pigmento vermelho encontrados para uma fermentação de dez dias foram de 4,03 ± 0,21 g L-1 e 3,96 ± 0,17 (UA480), mostrando que o desempenho da fermentação é comparável com o que já foi descrito por outros autores, estudando a mesma espécie de fungo Monascus. Foram encontrados dezessete compostos associados com a presença do fungo, sendo os principais o etanol, 2-metil-propanol, 3-metil-butanol, 2-metil-butanol e 2-fenil-etanol. Tais compostos foram estudados através de modelos empíricos, onde foram encontrados os valores máximos de 313,87 mg L- 1 para o etanol, 5,51 mg L-1 para o 2-metil-propanol, 2,37 mg L-1 para o 3-metil-butanol, 0,95 mg L-1 para o 2-metil-butanol e 0,70 mg L-1 para o 2-fenil-etanol. Esses valores foram obtidos com a extração (SPME), em espaço confinado (ou headspace), do caldo fermentativo após 102?120 horas de fermentação. Estudos online dos MVOC também foram avaliados por coleta dos gases de exaustão com cartuchos de Xad-2 (SPE), onde foram encontrados os valores máximos de 55,67 µg L-1 para o etanol, 1,28 µg L-1 para o 2-metil-propanol, 0,18 µg L-1 para 3-metil-butanol, 0,10 µg L-1 para o 2-metil-butanol, quando são coletados 28,03 ± 0,04 L, em média, dos gases contendo os produtos da respiração celular e os MVOC identificados nesse trabalho.Abstract : Natural dyes can be produced from a fermentative process performed by fungi with low environmental cost with high efficiency and without large need for instrumentation to process raw material. The Monascus genus of fungi can produce yellow, orange and red pigments, and other metabolites from fermentation of certain substrates. Studying fermentation process and generated secondary compounds is relevant to understand reactions involved and the significance of the final results of this process. During industrial fermentation process, exhaust gases are produced, containing volatile organic compounds (VOC) derived from various biochemical and chemical processes; among most compounds of interest, it can be found microbial volatile organic compounds (MVOC). The MVOC are present in many biotechnology production processes. This study evaluates the use of two methods involving SPME and SPE (in vivo), for extraction of MVOC associated with pigment production process, by Monascus genus of fungus. Two species of Monascus fungus were tested (Monascus ruber and Monascus sp.). Monascus ruber fungus was used for producing red pigment from fermentation in bioreactor, using as submerged means of culture a mixture of 20 g L-1 powder, 7 g L-1 glycine, 2 g L-1 glucose and distilled water. The values of biomass and red pigment found for fermentation for ten days were 4.03 ± 0.21 g L-1 and 3.96 ± 0.17 (UA480), showing that the performance of the fermenting is comparable to that which has been described by other authors who studied the same species of Monascus fungus. Seventeen compounds were found associated with the presence of the fungus, the main being ethanol, 2-methyl-propanol, 3- methylbutanol, 2-methylbutanol and 2-phenylethanol. Such compounds have been studied by empirical models, which have found maximum values of 313.87 mg L-1 for ethanol, 5.51 mg L-1 for 2-methyl-propanol, 2.37 mg L-1 for 3-methyl-butanol, 0.95 mg L-1 to 2-methylbutanol and 0.70 mg L-1 for 2-phenyl-ethanol. These values were obtained from the extraction (SPME) in confined space (or headspace) of the fermentation broth after 102-120 hours of fermentation. Online studies of MVOC were also evaluated by collecting the exhaustion gases with XAD-2 cartridges (SPE), where were found the maximum values of 55.67 µg L- 1 for ethanol, 1.28 µg L-1 to 2-methyl-propanol, 0.18 µg L-1 to 3- methylbutanol, 0.10 µg L-1 to 2-methylbutanol, when collected 28.03 ± 0.04 L, on average, of the gases containing the cellular respiration products and MVOC identified in this work