Estudo exploratório da produção de corantes microbianos azulados para possíveis aplicações em alimentos : Exploratory study of the production of microbial bluish colorants for possible food applications

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ishimoto, Caroline Kie, 1987-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1642055
Resumo: Orientador: Juliano Lemos Bicas
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spelling Estudo exploratório da produção de corantes microbianos azulados para possíveis aplicações em alimentos : Exploratory study of the production of microbial bluish colorants for possible food applicationsExploratory study of the production of microbial bluish colorants for possible food applicationsCorantes naturaisBicaverinaViolaceinaBiotecnologiaNatural colorantsMicrobial pigmentsBikaverinViolaceinBiotechnologyPigmentos microbianosOrientador: Juliano Lemos BicasDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Os corantes naturais vêm ganhando notoriedade pela tendência mundial de consumo de produtos mais sustentáveis e saudáveis, além da possibilidade de possuir propriedades biológicas benéficas atribuídas a alguns desses pigmentos. Por serem raros na natureza, as opções de pigmentos azuis naturais são escassas. Logo, estudos de desenvolvimento de novos corantes azuis desta cor, especialmente os de origem microbiana, têm sido fundamentais para auxiliar na ampliação das opções disponíveis de pigmentos para aplicação industrial. Diante disso, este trabalho investigou diferentes condições de obtenção de corantes azulados a partir de fermentação submersa microbiana. Um dos processos estudados foi a transformação da biomassa de Fusarium oxysporum do vermelho para azul sob algumas condições (por exemplo, autoclavagem), algo já relatado, mas cujo mecanismo de alteração de cor ainda não é conhecido. O extrato acetoetílico da biomassa vermelha, cujo componente majoritário foi o pigmento vermelho bicaverina, demonstrou capacidade antixodante de 235,49 ± 7,03, 282,64 ± 7,04 e 564,84 ± 132,32 µmol TE/mg nos ensaios de TEAC, ORAC hidrofílico e ORAC lipofílico, respectivamente. Nos ensaios focados na alteração de cor da biomassa de vermelho para azul, a adição de papeis de secagem de mãos (com altos teores de Ca, Mg e Zn) ou água de torneira para diluir a biomassa, seguido do processo de autoclavagem, resultou na referida mudança de cor. Ensaios com íons metálicos isolados demonstraram uma formação de pigmentos de coloração variada da biomassa, incluindo o azul (Zn2+, Mn2+, Mg2+, Ni2+), roxo (Cu2+) e preto (Fe2+, Co2+), supostamente devido a um deslocamento batocrômico, como ocorre em outros pigmentos (por exemplo, as antocianinas). Estudos anteriores demonstraram que dentre todos os aminoácidos, a adição de arginina e histidina também favorecia a transformação de cor vermelho-azul da biomassa. No entanto, quando adicionada ao extrato rico em bicaverina, a adição de arginina resultou em uma formação de cor azulada muito sutil, e as análises de UHPLC-MS/MS não foram conclusivas na tentativa de identificar possíveis adutos arginina-bicaverina. Embora seja conhecido que a alteração de cor da bicaverina de vermelho para azul ocorra em condições alcalinas, não houve alcalinização do produto quando este passou à coloração azulada nos exemplos citados acima. O Janthinobacterium sp. foi outro microrganismo estudado neste trabalho. Esta bactéria púrpura Gram-negativa, identificada por métodos moleculares e confirmada como produtora do pigmento roxo violaceína neste estudo, foi isolada de arroz e utilizada para a avaliação do efeito da combinação de diferentes fontes de carbono e nitrogênio na produção do referido pigmento, resultando no teste de dezenas de meios. Os ensaios demonstraram o papel crítico do tipo da fonte de nitrogênio para favorecer a produção de violaceína, com destaque para o extrato de levedura. Ao final, houve sete meios para os quais não houve diferença significativa na produção do pigmento, mas a maior produção (Abs575nm 10,18 ± 1,49) foi obtida após 120h de fermentação a 25°C/200rpm em meio contendo 5 g/L de extrato de levedura e 10 g/L de frutose. Os pigmentos azulados obtidos neste trabalho, sejam eles formados a partir da conversão de da biomassa de F. oxysporum ou obtidos do extrato alcoólico da cultura de Janthinobacterium sp., representam potenciais alternativas para contribuir para o aumento do leque de opções de corantes naturais azulados disponíveis para a aplicação na indústria de alimentos e cosméticos, embora mais estudos sejam necessários para confirmar esta possibilidadeAbstract: Natural colorants have gained notoriety due to the global trend toward consuming more sustainable and healthier products, in addition to the possibility that some of these pigments have been attributed beneficial biological properties. Since they are rarely found in nature, options for natural blue pigments are scarce. Therefore, studies on the development of new blue pigments of this color, especially those of microbial origin, are essential to expand the available options of pigments for industrial applications. Therefore, in this work, different conditions for the obtention of bluish pigments from microbial submerged fermentation were studied. One of the processes investigated was the conversion of Fusarium oxysporum biomass from red to blue under certain conditions (e.g. autoclaving), a previously reported transformation, but whose color change mechanism is not yet known. The acetoethyl extract of red biomass, whose main component was the red pigment bicaverin, showed an antioxidant capacity of 235.49 ± 7.03, 282.64 ± 7.04 and 564.84 ± 132.32 µmol TE/mg in the TEAC, hydrophilic ORAC and lipophilic ORAC assays, respectively. In assays focused on the change in biomass color from red to blue, the addition of paper towels (with high Ca, Mg and Zn contents) or tap water to dilute the biomass, followed by autoclaving, resulted in the mentioned color change. Evaluations with isolated metal ions showed formation of pigments of different colors in the biomass, including blue (Zn2+, Mn2+, Mg2+, Ni2+), purple (Cu2+), and black (Fe2+, Co2+), presumably due to a bathochromic shift as occurs with other pigments (e.g. anthocyanins). Previous studies have shown that among all amino acids, the addition of arginine and histidine also favored the red-blue color conversion of biomass. However, the addition of arginine to the bicaverin-rich extract resulted in a very subtle bluish color formation, and the UHPLC-MS/MS analyzes were inconclusive in attempting to identify possible arginine-bicaverin adducts. Although it is known that the color change of bicaverin from red to blue occurs under alkaline conditions, there was no alkalinization of the product when it changed to a bluish color in the above examples. Janthinobacterium sp. was another microorganism studied in this work. This Gram-negative purple bacterium, identified by molecular methods and confirmed in this study as a producer of the purple pigment violacein, was isolated from rice and used to evaluate the effect of combining different carbon and nitrogen sources in the production of said pigment, resulting in the evaluation of dozens of culture media. The evaluations showed the critical role of the type of nitrogen source in favoring the production of violacein, with emphasis on the yeast extract. Ultimately, there were seven media for which there was no significant difference in pigment production, but the highest production (Abs575nm 10.18 ± 1.49) was obtained after 120h fermentation at 25°C/200rpm in a medium containing 5g/L yeast extract and 10 g/L fructose. The bluish pigments obtained in this work, whether formed from the transformation of F. oxysporum biomass or obtained from the alcoholic extract of the Janthinobacterium sp. culture, represent potential alternatives to help expand the range of bluish natural colorants for use in the food and cosmetic industries, although further studies are required to confirm this possibilitMestradoCiência de AlimentosMestra em Ciência de AlimentosCNPQ131759/2019-1CAPES001[s.n.]Bicas, Juliano Lemos, 1982-Oliveira, Valeria Maia dePaulino, Bruno NicolauUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Ciência de AlimentosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASIshimoto, Caroline Kie, 1987-20212021-05-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (152 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1642055ISHIMOTO, Caroline Kie. Estudo exploratório da produção de corantes microbianos azulados para possíveis aplicações em alimentos: Exploratory study of the production of microbial bluish colorants for possible food applications. 2021. 1 recurso online (152 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1642055. 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