Designing salt-induced polymer-polymer biphasic systems for optimized extraction of Monascus ruber biopigments obtained by fermentation of xylose-based medium

Autor(es)

Lino, Nayara K. B. ; Arruda, Gabriel L. ; Lourenco, Felipe R. ; Santos-Ebinuma, Valeria C. ; da Silva, Silvio S. ; Santos, Julio C. ; Lopes, Andre M.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Process Biochemistry; v. 156, p. 12-pg., 2025-09-01.

Resumo

The widespread use of synthetic colorants raises biosafety and environmental concerns, highlighting the need for natural alternatives like Monascus biopigments. These pigments possess antimicrobial and antioxidant properties, offering biotechnological and biopharmaceutical potential. Cost-effective biopigment production using xyloserich hydrolysates from lignocellulosic biomass has been explored, but its sustainable downstream processing is crucial. Traditional liquid-liquid extraction with volatile organic compounds (VOCs) is harmful, prompting the use of eco-friendly aqueous biphasic systems (ABS) based on green chemistry principles. This study investigated the stability, partitioning, and purification of Monascus ruber biopigments (yellow, orange, and red) from fermented broth using ABS composed of polyethylene glycol (PEG), sodium polyacrylate (NaPA), and salts (MgSO4 and CaCl2). Binodal curves showed MgSO4 enhanced phase separation more effectively than CaCl2. Biopigments demonstrated high stability over 65 days and preferentially partitioned into the PEG-rich phase (KBiopigments = 3-14), with recovery (RECTop) values of 52-79 %. Optimal ABS conditions (18 % wt/wt PEG8000, 10 % wt/wt NaPA1200, and 0.3 M MgSO4) yielded biopigment RECTop of 71-80 %, KBiopigments of 12-15, and high selectivity over proteins (S = 14-19). Protein contaminants predominantly partitioned into the NaPA-rich phase, achieving a 10-fold purification. These findings support the stabilization and eco-friendly extraction of biopigments for bioindustrial applications. (AU)

• Processo FAPESP: 23/01368-3 - Estabilização e encapsulamento de colorantes naturais e aplicação no desenvolvimento de embalagens e cosméticos
• Beneficiário: Valéria de Carvalho Santos Ebinuma
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 17/10789-1 - Terapia combinatória utilizando polimerossomos decorados com transferrina e incorporados em hidrogéis de quitosana como smart drug delivery systems para células tumorais de melanoma
• Beneficiário: André Moreni Lopes
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 21/06686-8 - Processo biotecnológico visando o desenvolvimento de colorantes naturais microbianos para aplicação industrial: fase II
• Beneficiário: Valéria de Carvalho Santos Ebinuma
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Processo FAPESP: 23/11166-9 - Sistemas bifásicos aquosos como plataformas para a encapsulação de curcumina em micelas poliméricas mistas contendo copolímeros anfifílicos tribloco
• Beneficiário: Nádia Gonçalves de Andrade
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 18/10799-0 - Terapia combinatória utilizando polimerossomos decorados com transferrina e incorporados em hidrogéis de quitosana como smart drug delivery systems para células tumorais de melanoma
• Beneficiário: André Moreni Lopes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 23/13870-5 - Estruturas supramoleculares aquosas constituídas por blends de copolímeros anfifílicos e líquidos iônicos para a extração e encapsulação de biomoléculas antitumorais.
• Beneficiário: André Moreni Lopes
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular