Otimização da produção de pigmento melanina por Aspergillus nidulans usando subprodutos agroindustriais como substrato para cultivo em frascos e biorreatores

Abstract

Com o grande interesse das indústrias pelo uso de pigmentos naturais em substituição aos corantes sintéticos, os fungos filamentosos destacam-se como uma fonte mais vantajosa por produzirem uma gama de pigmentos com altos rendimentos por meio de estratégias econômicas e sustentáveis. Em estudos anteriores foi demonstrado que a melanina extraída do mutante MEL1 de Aspergillus nidulans exibe atividades antioxidante e anti-inflamatória, não apresentando efeito citotóxico ou mutagênico, e também mostrou ser eficiente na remoção de metais em solução. Estes resultados sugerem que este pigmento pode ser considerado um material promissor para utilização nas áreas da medicina, farmacosmética e ambiental. Neste contexto, o presente estudo teve como principal objetivo otimizar a composição do meio usando melaço, vinhaça e água de maceração de milho para o cultivo em fermentação submersa do mutante MEL1, visando uma maior produção do pigmento melanina com menor custo. Também foi avaliada a produção de melanina nos reatores em escala de bancada, tanque agitado e coluna de bolhas. Com os resultados obtidos nos planejamentos experimentais, realizados em frascos, foi possível observar que a adição de 0,81 % (v/v) de vinhaça e 1,62 % (m/v) de glicose ao meio de cultura resultou na produção de 291,74 ± 4,59 mg de melanina não purificada por g de biomassa, o que equivale a um aumento de 88% (acréscimo de 136,59 mg de melanina não purificada por g de biomassa) comparado as condições antes da otimização. Na condição otimizada, a produção da melanina purificada foi de 225,39 ± 4,52 mg de melanina purificada por g de biomassa, equivalendo a um aumento de 125% (acréscimo de 125,07 mg de melanina purificada por g de biomassa) quando comparado as condições antes da otimização. Os resultados obtidos nos biorreatores mostraram que o cultivo em reator de coluna de bolhas resultou em maior produção de melanina não purificada (271,56 ± 9,37 mg g-1 de biomassa) quando comparado ao cultivo em tanque agitado (231,11 ± 21,09 mg g-1 de biomassa), chegando a uma produção total de 1,2 g L-1. Portanto, o cultivo do mutante MEL1 em biorreator de coluna de bolhas, utilizando o meio de cultura contendo glicose e vinhaça como substrato de baixo custo, torna o processo de produção da melanina pelo mutante MEL1 de A. nidulans economicamente viável para futuras aplicações biotecnológicas.

Due to the great interest of industries for the use of natural pigments to replace synthetic dyes, filamentous fungi stand out as a more advantageous source for producing a range of pigments with high yields through economic and sustainable strategies. In previous studies, it was demonstrated that the melanin extracted from the MEL1 mutant of Aspergillus nidulans exhibits antioxidant and anti-inflammatory activities, not showing cytotoxic or mutagenic effects, and also proved to be efficient in removing metals in solution. These results suggest that this pigment can be considered a promising material for use in medicine, pharmacosmetics and environment. In this context, the main objective of the present study was to optimize the composition of the medium using molasses, vinasse and corn steep liquor for submerged fermentation cultivation of the MEL1 mutant, aiming at a greater production of the pigment melanin with lower cost. Melanin production in bench-scale using stirred tank and bubble column reactors was also evaluated. With the results obtained in the experimental design carried out in flasks, it was possible to observe that the addition of 0.81% (v/v) of vinasse and 1.62% (w/v) of glucose to the culture medium resulted in the production of 291.74 ± 4.59 mg of unpurified melanin per g of biomass, which is equivalent to an increase of 88% (increase of 136.59 mg of unpurified melanin per g of biomass) compared to the conditions before optimization. In the optimized condition, the production of purified melanin was 225.39 ± 4.52 mg of purified melanin per g of biomass, equivalent to an increase of 125% (increase of 125.07 mg of purified melanin per g of biomass) when compared to the conditions before optimization. The results obtained in the bioreactors showed that cultivation in a bubble column reactor resulted in greater unpurified melanin production (271.56 ± 9.37 mg g-1 of biomass) when compared to cultivation in a stirred tank (231.11 ± 21. 09 mg g-1 of biomass), reaching a total production of 1.2 g L-1. Therefore, the cultivation of the MEL1 mutant in a bubble column bioreactor, using the culture medium containing glucose and vinasse as a low-cost substrate, makes the process of melanin production by the MEL1 mutant of A. nidulans economically viable for future biotechnological applications.