Desenvolvimento de bioprocesso para a produção de pigmentos a partir de Monascus por fermentaçao em substrato sólido

Abstract

Resumo: Os pigmentos naturais de Monascus apresentam um grande potencial para a agroindústria, podendo agregar valor a matérias-primas baratas como cereais e outros substratos amiláceos. No presente trabalho, determinou-se meio e condições de cultivo, extração, análise de pigmento e de citrinina e parâmetros cinéticos para a linhagem LPB 31, um isolado do gênero Monascus, e estimou-se a estabilidade dos pigmentos para aplicação em alimentos. Os resultados obtidos indicam que a linhagem isolada é adequada à produção de pigmentos por FSS. O solvente mais adequado para extração é etanol a 60%, com a agitação por 1h do fermentado com o solvente, à temperatura ambiente, na proporção de 3 partes de solvente para 1 parte de fermentado seco. Extrações à exaustão podem aumentar o rendimento da extração em 20%. A forma de fermentação influencia bastante a produção, devido à perda de umidade e outros fatores físicos. Comparado a outros substratos, o arroz é o substrato bruto mais adequado à fermentação, embora o bagaço de mandioca apresente potencial de aplicação para a produção de extratos de pigmento. Para a produção de pigmentos de Monascus em FSS, as condições mais adequadas são as de aeração forçada (com ar saturado de umidade) de 1NmL/min.g de substrato úmido, para um leito de 8 cm de altura, durante 8 dias, com inóculo vegetativo, a 32°C. Obtém-se nessas condições uma velocidade específica máxima de crescimento de 0,039h-1, e uma velocidade específica de produção de pigmentos de 27,5 UA/g biomassa.h-1 e uma produção da ordem de 110UA/g produto seco. A produção também pode ser feita em bandejas, com produção de pigmento inferior, mas ainda comercialmente adequada. Nesse caso recomenda-se uma altura de leito de 2 cm. A produção de citrinina pela linhagem LPB 31 é inferior às outras linhagens testadas. Os pigmentos de Monascus são instáveis frente a extremos de pH e temperaturas altas, devendo ser usados em aplicações a temperaturas inferiores a 60°C e pH próximos da neutralidade.

Abstract: Natural pigments from Monascus present a high potential for agro-industries, since they may add value to cheap raw materials such as cereals and other starchy substrates. In the present work, the adequate conditions for cultivation, extraction, pigment production and citrinin analysis were defined for the strain LPB 31, an isolate from the genus Monascus. It were also determined the kinetic parameters and pigment stability for food applications. The results indicate that this strain is adequate for the production of pigments in SSF (solid substrate fermentation). The best solvent for extraction is 60% ethanol, with shaking for 1h of the fermentate with the solvent, at ambient temperature, in the proportion of 3 parts solvent to 1 part dry fermentate. Exhaustive extractions may improve extraction yield up to 20%. The fermentation method highly affects production, an effect due to humidity loss and other physical factors. Compared to other substrates, rice is the raw material most adequate to fermentation, although cassava bagasse shows potential use for the production of pigment extracts. Regarding the production of Monascus pigments in SSF, the ideal conditions are forced aeration (with moist air) of 1NmL/min.g dry substrate, for an 8 cm high bed, for 8 days, with a vegetative inoculum, at 32°C. In such conditions, a maximum specific velocity of 0.039h -1 is obtained, and the maximum specific pigment production velocity is 27.5 UA/g biomass.h -1, with a production of the order of 110 UA/g dry product. Production may also be accomplished in trays, with a lower pigment production, but still commercially feasible. In this case, it is recommended a bed height of 2 cm. Citrinin production by the strain LPB 31 is lower than other tested strains. Monascus pigments are unstable to extreme pH and high temperature, so that they should be used in food applications at temperatures lower than 60°C and pH near neutrality.