Producción de pigmentos por Monascus purpureus

¿Nunca os habéis planteado por qué hay camisetas rojas si la lana o el algodón son de color blanco? ¿O por qué la paella es amarilla? Pues bien, esto es gracias a los colorantes y pigmentos. Los pigmentos naturales eran los más utilizados en el siglo XIX en el ámbito textil pero hoy en día la gran mayoría son sintéticos ya que presentan numerosas ventajas. Pero como no todo en esta vida es de color de rosa, presentan además inconvenientes tales como un efecto negativo sobre el medio ambiente. Frente a esto se están buscando una serie de alternativas, como el uso del género Monascus para la producción de pigmentos naturales. 

Os presentamos a la especie Monascus purpureus, que es con la que se ha trabajado. Esta especie es un moho que puede crecer en muchos ambientes fáciles de reproducir. Para este proceso se ha utilizado la fermentación en estado sólido, ya que presenta un menor coste porque los sustratos utilizados proceden de residuos de la industria agroalimentaria. 

Como sustrato se utilizó el raquis de la espiga del maíz, ya que es mucho más barato que otros residuos. La fermentación produjo una concentración más alta de pigmento rojo usando el maíz que usando otros residuos agroindustriales ya que está formado por azúcares fácilmente digeribles por las enzimas de Monascus.

A simple vista esto parece muy fácil, pero ¿cómo se ha llegado a la conclusión de que Monascus es una buena opción para producir pigmentos? La respuesta es bastante obvia, se han estudiado los factores que afectan al crecimiento del hongo y, por tanto, a la producción de pigmento. 

Maíz sin fermentar (izquierda) y fermentado por M. purpureus (derecha)

En los experimentos que se comentan a continuación se midió la biomasa y la producción de pigmentos amarillos (longitud de onda a 412nm) y de pigmentos rojos (longitud de onda a 500nm). 

• pH: se observó que a pH bajos (1-2) y altos (>8) se inhibe la producción de pigmentos. A partir de pH 2 comienza la producción de pigmento alcanzando a pH 5 la producción máxima de pigmento rojo y a pH 6 de pigmento amarillo. Como se muestra en la gráfica, a partir de pH 6 la producción comienza a disminuir. 

• Temperatura: M. purpureus es un organismo mesófilo (Tª óptima de crecimiento entre 15-35ºC) y, como es normal, tiene un máximo de producción de pigmento a 30ºC. Como todo en exceso es malo, si aumentamos mucho la temperatura, la producción se reduce drásticamente.

• Tamaño del inóculo: si tenemos una pequeña cantidad de hongo la biomasa será insuficiente y habrá poco producto, mientras que a grandes cantidades de hongo, se producirá biomasa excesiva y se agotarán los nutrientes. Como se representa en la gráfica, con un tamaño de inóculo de 4 mL se obtiene la máxima producción de pigmento. 

• Tiempo de incubación. Si se mantiene al hongo durante 168 horas será capaz de producir una máxima cantidad de pigmento. Sin embargo, si se deja incubar mucho más tiempo la cantidad de pigmento empieza a disminuir debido a la fase de muerte. 

• Humedad. Lo mejor es un punto intermedio, porque si hay mucha humedad disminuye el oxígeno disponible y si hay poca lo que ocurre es que hay menos disponibilidad de nutrientes. Este punto intermedio es el 60% en el cual la producción de pigmento es máxima. 

Una vez que se ha visto cómo afectan los factores externos a Monascus purpureus, para dar el visto bueno a esta alternativa se debe comprobar la estabilidad del pigmento. Entonces se observó que las variaciones del pH afectan al color del pigmento, que es termoestable (no sufre alteración por variaciones de temperatura) y que es no higroscópico (no absorbe la humedad). En conclusión, con este procedimiento se consigue abaratar la producción de pigmentos y aumentar el rendimiento, además de no producir daños en el medio ambiente. 

Todo este trabajo no hubiese merecido la pena si no lo hubiesen realizado pensando en una meta futura, que sería la aplicación en la industria farmacéutica, en cosmética, en la industria textil y en la alimentaria. Cabe destacar la producción del arroz de levadura rojo en países asiáticos y su uso como sustituyente de nitritos en el curado de la carne, disminuyendo los riesgos de padecer cáncer por el consumo excesivo de estos productos. 

Bibliografía

Palanivel Velmurugan, Hyun Hur, Vellingiri Balachandar, Seralathan Kamala-Kannan, Kui-Jae Lee, Sang-Myung Lee, Jong-Chan Chae, Patrick J. Shea, Byung-Taek Oh. "Monascus pigment production by solid-state fermentation with corn cob substrate". Journal of Bioscience and Bioengineering; Sept 2011 doi:10.1016/j.jbiosc.2011.08.009

Autores del blog

Raquel Andreu Ivorra
Rocío Díaz Puertas
Daniel Esteve Moreno
Miriam Gámez García
Oana Solovastru