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Microwave-Assisted Extraction of Bioactive Microbial Compounds: Principles and Applications
Microorganisms are rich sources of high-value bioactive compounds, including lipids, pigments, carbohydrates, and enzymes, with applications across the food, pharmaceutical, cosmetic, and bioenergy industries. The growing interest in sustainable and efficient bioproduct recovery has driven the development of innovative extraction technologies. In this sense, Microwave-Assisted Extraction (MAE) has emerged due to its energy efficiency, rapidity, and reduced environmental footprint. This review explores the fundamental aspects and recent advances in MAE applied to microbial products. The diversity of microbial compounds is first presented, followed by an overview of microbial cell composition and architectures. This provides a foundation for selecting appropriate cell disruption and extraction strategies tailored to specific target molecules. Conventional extraction techniques commonly employed in microbial bioprocesses are then summarized, offering a reference framework for comparison with MAE. Subsequently, the principles of microwave energy are described in the context of heat and mass transfer phenomena within biological matrices. Key process parameters, including microwave power, temperature, extraction time, biomass characteristics, solvent type, and solid-liquid ratio, are discussed. A dedicated section addresses the role of solvent properties in MAE, focusing on dielectric behavior, chemical affinity, and the potential of novel green solvents, such as ionic liquids (ILs), deep eutectic solvents (DESs), and supramolecular solvents (SUPRASs). Finally, the review compiles representative studies on MAE applied to various microorganisms and classes of biocompounds, addressing processing parameters, solvent systems, and extraction performances. Overall, this review offers a foundational overview of how MAE has been applied to recover bioactive compounds from microorganisms.
Extraction of curcumin using aqueous biphasic systems: Mechanisms, system design, and pathways to scalable industrial implementation
Curcumin (CCM), a bioactive polyphenol from Curcuma longa, has attracted considerable interest due to its antioxidant and anti-inflammatory properties and its relevance in food and nutraceutical applications. However, its large-scale utilization is limited by poor aqueous solubility, chemical instability, and reliance on volatile organic solvents (VOCs) in conventional extraction processes. Aqueous biphasic systems (ABS) have emerged as a promising alternative for CCM extraction and purification, offering water-rich environments and the potential to reduce reliance on conventional organic solvents. Formed by combinations of polymers or copolymers, carbohydrates, alcohols, surfactants, salts, or ionic liquids, ABS provide tunable environments that promote selective CCM partitioning. Recent studies show that micellar systems and cholinium-based ionic liquids enhance extraction efficiency and recovery, while hybrid systems further improve performance and stability. In addition, computational tools such as COSMO-RS support rational system design and optimization of extraction conditions. This review discusses recent advances in ABS-based CCM extraction, focusing on mechanisms, system performance, and prospects for sustainable industrial applications.
Sustainable Extraction of Mangiferin From Mango Leaves Using Taguchi and Box-Behnken Optimization: Biochemical Characterization and Antioxidant Profiling
Mangiferin (MGF), a bioactive C-glucosylxanthone predominantly found in Mangifera indica L., has attracted increasing interest due to its recognized antioxidant and pharmacological properties. In this study, an aqueous ethanolic maceration process was systematically optimized for MGF recovery from mango plant biomass using a Taguchi experimental design followed by Box-Behnken response surface methodology. The optimized conditions of 39.9°C, 8 h, and 80% v/v ethanol yielded 41.60 mg/g dry weight of MGF, confirming the robustness of the predictive model. Biochemical profiling of the optimized extract revealed 4.36 mg gallic acid equivalents/g dry weight of total phenolics, 73.12 mg/g of reducing sugars, and low protein content, indicating a phytochemical matrix enriched in glycosylated phenolics. Antioxidant evaluation by the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical scavenging assay demonstrated 87.74% radical inhibition at 400 µg/mL and a 50% inhibitory concentration of 225 µg/mL, reflecting strong radical scavenging capacity. Greenness assessment using the Analytical GREEnness metric approach software yielded a score of 0.72, validating the environmental compatibility of the proposed method. The results demonstrate that statistically guided aqueous ethanolic maceration represents an efficient, scalable, and sustainable platform for the recovery of MGF-rich extracts with potential pharmaceutical, nutraceutical, and cosmetic applications.
Lactic acid bacteria from Amazonian fruits: Isolation and evaluation of probiotic potential
Lactic acid bacteria (LAB) are a well-recognized group of probiotic microorganisms with proven health benefits and wide-ranging applications in food, pharmaceutical, and cosmetic industries. Although LAB have been extensively studied in fermented foods, their occurrence in plant-based environments, particularly in tropical fruits, remains poorly characterized. The Amazon biome, with its exceptional biodiversity and unique climatic conditions, offers an untapped reservoir of microbial diversity that could harbor novel probiotic strains. This study investigated three Amazonian fruits, such as Genipa americana, Pouteria caimito (domesticated fruits), and Solanum mammosum (native fruit) for the isolation and characterization of potentially probiotic LAB.
Polymeric micelles for encapsulation of plant-derived bioactives: a decade of advances in antimicrobial, antitumor, and antioxidant applications.
This 10-year review provides a comprehensive overview of advances in the use of polymeric micelles (PMs) for the encapsulation of bioactive compounds derived from renewable green sources. PMs have emerged as highly versatile nanocarriers that capable of enhancing the solubility, stability, and bioavailability of poorly water-soluble compounds while enabling controlled and targeted release. Across the literature, PM formulations typically exhibit nanoscale sizes ranging from ∼10 to 200 nm, low polydispersity indices (generally <0.300), and high encapsulation efficiencies, commonly ranging from ∼70 to >95%. By protecting plant-derived bioactives from degradation and enabling sustained release profiles over hours to days, PMs significantly improve antimicrobial, antitumor, and antioxidant performance, frequently reducing effective concentrations compared to free compounds. The incorporation of green-source biomolecules adds further value through their natural origin, biocompatibility, low toxicity, and alignment with sustainability-driven pharmaceutical development. This review critically analyzes the physicochemical parameters governing PM performance, including particle size, surface charge, encapsulation efficiency, and release kinetics, and correlates these features with biological activity and therapeutic outcomes. Special emphasis is placed on key formulation strategies reported over the past decade, highlighting PMs as a rapidly evolving and high-performance platform for the development of safer, more efficient, and innovative nanomedicine.
Sistemas bifásicos aquosos baseados em Plurônicos: uma visão geral dos últimos 10 anos
O artigo sistematiza os avanços mais relevantes das últimas décadas no uso de copolímeros Plurônicos (estrutura PEO-PPO-PEO) em sistemas bifásicos aquosos (ABS). São apresentados os progressos desses sistemas na oferta de maior estabilidade, seletividade e eficiência na extração e purificação de biomoléculas, em comparação às abordagens tradicionais. Além disso, o trabalho discute os mecanismos de formação de fases, os desafios associados à formulação, como custos e complexidade, e as perspectivas futuras de aplicação no contexto biotecnológico e farmacêutico.
Revolucionando a Extração de Curcumina: Novos Insights de Métodos Não Convencionais — Uma Análise Comparativa da Última Década
Esta revisão analisa métodos sustentáveis de extração da curcumina (CCM), composto bioativo da Curcuma longa com alto potencial farmacêutico. Destaca limitações dos métodos convencionais e os avanços de técnicas ecológicas como ultrassom, micro-ondas e fluidos supercríticos. A combinação com solventes verdes melhora eficiência e reduz impactos ambientais. O estudo propõe integrar essas abordagens para otimizar a produção de CCM de forma sustentável e escalável.
Projeto de sistemas bifásicos polímero-polímero induzidos por sal para extração otimizada de biopigmentos de Monascus ruber obtidos por fermentação de meio à base de xilose
Esta pesquisa desenvolveu um método sustentável para extrair e purificar biopigmentos naturais de Monascus ruber, que têm potencial biofarmacêutico e substituem corantes sintéticos. Usando sistemas bifásicos aquosos (ABS) com PEG, NaPA e sais, foi possível obter alta recuperação e seletividade dos pigmentos. O processo é ecológico e garante estabilidade dos biopigmentos por 65 dias. Assim, abre caminho para aplicações seguras e eficientes desses corantes naturais em diversas indústrias.
Montagem camada por camada: uma abordagem versátil para filmes biomédicos personalizados e administração de medicamentos
A montagem camada por camada (LbL) permite criar filmes finos com controle preciso de porosidade, espessura e composição, sendo promissora em áreas como liberação controlada de fármacos, ação antimicrobiana, cicatrização e engenharia de tecidos. A técnica facilita a incorporação de agentes bioativos e promove regeneração celular. Parâmetros como pH e temperatura influenciam a formação dos filmes.ta a incorporação de agentes bioativos e promove regeneração celular. Parâmetros como pH e temperatura influenciam a formação dos filmes.
Abordagens inovadoras para uma indústria cosmética ecológica: uma revisão de ingredientes sustentáveis
Esta pesquisa aborda ingredientes sustentáveis para a indústria cosmética, destacando o papel da nanotecnologia e da química verde em formulações ecológicas. Analisa compostos obtidos de plantas, animais, microrganismos, culturas celulares e materiais reciclados, discutindo seus prós e contras. Explora como a demanda por rótulos limpos e seguros cresceu após a pandemia. Aponta caminhos promissores para desenvolver produtos cosméticos que priorizem sustentabilidade e saúde.
Nanopartículas de prata: Uma revisão das técnicas de produção para reduzir o risco toxicológico nos ecossistemas e na saúde humana
Este estudo explora o uso de nanopartículas de prata (AgNPs) como agentes antimicrobianos inovadores, destacando sua síntese verde, que usa extratos vegetais, bactérias e fungos. Analisa estudos desde 2019 e um mapa bibliométrico recente para identificar tendências. Discute como suas propriedades físico-químicas afetam a saúde e o meio ambiente. Mostra que métodos sustentáveis podem reduzir riscos toxicológicos, reforçando o potencial das AgNPs como novos fármacos.
Carga quimioterápica dupla em polímeros conjugados com oxalato de transferrina incorporados em hidrogéis de quitosana para direcionamento específico de células de melanoma
Este estudo desenvolveu um sistema inteligente de liberação de fármacos usando polimerossomos PEG-PCL carregados com doxorrubicina e vemurafenibe, conjugados com transferrina oxalato e incorporados em hidrogéis de quitosana. A formulação mostrou liberação sustentada e maior potência contra células de melanoma. Os Tf-Ps oxalato foram 1,6 vezes mais eficazes que os nativos e reduziram 3 vezes mais a viabilidade celular tumoral. Esta abordagem inovadora oferece uma estratégia promissora para superar a resistência a múltiplos fármacos no tratamento do melanoma.
Do desperdício de café ao ouro nutricional: cultivo em biorreator de proteína unicelular de Candida sorboxylosa
Efluentes industriais, como a água residual do café (AAC), podem ser reaproveitados na produção de proteína unicelular (PCS), alcançando até 80% de teor proteico. Leveduras do gênero Candida são as mais utilizadas nesse processo. A produção pode ocorrer em biorreatores, sendo o modo contínuo promissor, porém ainda pouco explorado.
Co-encapsulação de medicamentos para aplicação tópica – uma revisão
A revisão aborda o uso de nanocarreadores e estratégias de co-entrega para tratar doenças de pele, destacando seu potencial além da oncologia. Essas tecnologias visam melhorar a eficácia terapêutica com controle espacial e temporal da liberação. O co-encapsulamento e a via adequada de administração ainda são desafios a serem superados na medicina futura.
Spondias sp: revelando seu vasto potencial farmacêutico
A revisão destaca o potencial farmacológico do gênero Spondias, cujos frutos e subprodutos descartados (como folhas, sementes e cascas) apresentam atividades antioxidante, anti-inflamatória, antidiabética, antifúngica e antiviral. Apesar do uso popular, faltam comprovações científicas e aplicações comerciais. O aproveitamento desses resíduos pode abrir novas possibilidades terapêuticas.
Seleção e controle das condições do processo permitem a preparação de nanopartículas de poli(ácido láctico -co -glicólico) carregadas com curcumina de desempenho superior
O estudo investigou como variáveis ambientais influenciam o encapsulamento da curcumina em nanopartículas de PLGA, visando melhorar sua estabilidade e eficácia. O melhor desempenho foi obtido em pH 3,0, 15 °C, sem luz e sem N₂, com 72% de eficiência de encapsulamento. A formulação mostrou liberação controlada e ação contra diversas bactérias, indicando potencial terapêutico.
Nanopartículas de albumina sérica humana radiomarcadas, co-carregadas com metotrexato e decoradas com trastuzumabe para diagnóstico de câncer de mama
Este estudo desenvolveu um nano-radiofármaco com nanopartículas de albumina marcadas com tecnécio-99m, metotrexato e trastuzumabe para diagnóstico de câncer de mama. A formulação apresentou alta eficiência de marcação, captação seletiva por células tumorais e perfil adequado de tamanho e estabilidade. Os resultados indicam potencial para diagnóstico e monitoramento terapêutico da doença.
Influência do Cloreto de Colina no Equilíbrio de Fases e no Desempenho de Partição de Sistemas Bifásicos Aquosos Polímero/Polímero
Este estudo investigou sistemas bifásicos aquosos (ABS) formados por PEG e NaPA com cloreto de colina como adjuvante, avaliando fatores como peso molecular, funcionalização, temperatura e concentração de [Ch]Cl. A formação de ABS foi favorecida por PEGs de maior peso molecular e pequenas quantidades de [Ch]Cl. O particionamento da cafeína foi influenciado principalmente pelo peso molecular do NaPA e pela presença de [Ch]Cl, destacando o potencial desses sistemas para purificação de biomoléculas.
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| Mais Artigos Publicados | Links de Acesso: |
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| •Reutilização de águas residuais do processamento de Coffea arabica para produção de proteína unicelular usando Candida sorboxylosa : Otimização das condições de cultura | http://dx.doi.org/10.1002/btpr.3393 |
| •Desenvolvimento de polimeromos baseados em PEG-PCL por meio do planejamento de experimentos para coencapsulação de vemurafenibe e doxorrubicina como drogas quimioterápicas | http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118166 |
| • Membranas de celulose bacteriana como carreadoras de nisina: incorporação, atividade antimicrobiana, citotoxicidade e morfologia | http://dx.doi.org/10.3390/polym14173497 |
| • Micelas automontáveis de lipopolissacarídeos (LPS) para carregamento de (bio)moléculas hidrofóbicas | http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2022.121154 |
| • Nanoformulações baseadas em copolímero tribloco Pluronic® para terapia do câncer: uma visão geral de 10 anos | https://doi.org/10.1016/j.molliq.2025.127530 |
| • Sistemas bifásicos aquosos baseados em Plurônicos: uma visão geral dos últimos 10 anos | https://doi.org/10.1016/j.molliq.2025.127530 |
| • Nanotecnologia como uma ferramenta para superar problemas na entrega de macromoléculas | http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.113043 |
| • Otimização da composição do meio com águas residuais do processamento de Coffea arabica para a produção de proteína unicelular utilizando Candida sorboxylosa | http://dx.doi.org/10.1002/jctb.7219 |
| • Nanoformulações de doxorrubicina na terapia contra o câncer: uma visão geral dos últimos 10 anos | http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2021.112623 |
| • Abordagem de Qualidade por Design para o desenvolvimento de lipossomo transportando grelina para administração intranasal | http://dx.doi.org/10.3390/pharmaceutics13050686 |
| • Estudo comparativo da biossorção de chumbo e cobre utilizando três bioprodutos de resíduos de cogumelos comestíveis | http://dx.doi.org/10.3390/jof7060441 |
| • Encapsulamento de curcumina em nanostruturas para terapia do câncer: uma visão geral de 10 anos | http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120534 |
| • Polymeric micelles using cholinium-based ionic liquids for the encapsulation and release of hydrophobic drug molecules | http://dx.doi.org/10.1039/d0bm01884h |
| • Utilizando dinâmica molecular de grão grosso para entender o efeito dos líquidos iônicos na agregação de soluções de copolímeros Pluronic | http://dx.doi.org/10.1039/d0cp06572b |
| • Papel dos organismos modelo e dos nanocompostos na avaliação de risco à saúde humana | http://dx.doi.org/10.1007/s10661-021-09066-2 |
| • Separação e purificação da curcumina utilizando novos sistemas micelares aquosos de duas fases compostos por copolímero anfifílico e líquidos iônicos de colínio | http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117262 |
| • Soluções aquosas de copolímeros anfifílicos com líquidos iônicos de colínio como adjuvantes: Novas perspectivas sobre a determinação de curvas binodais e mecanismos de separação de fases | http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114245 |
| • Produção de corantes microbianos em biorreator com agitação e sua incorporação em um biomaterial alternativo para embalagens de alimentos | http://dx.doi.org/10.3390/jof6040264 |
| • Produção recombinante de l-asparaginase usando Pichia pastoris (cepa MUTs): estabelecimento das condições para as fases de crescimento e indução | http://dx.doi.org/10.1002/jctb.6540 |
| • Compartimentalização de proteínas terapêuticas em polimerossomos seme-cristalinos de PEG-PCL | http://dx.doi.org/10.1080/1539445x.2020.1812643 |
| • Efeito dos eletrólitos como adjuvantes na partição de GFP e LPS em sistemas aquosos de duas fases: 2. Sistemas micelares não iônicos | http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2018.07.078 |
| • Produção em batelada alimentada de L-Asparaginase II de Saccharomyces cerevisiae pela cepa recombinante Pichia pastoris MUTs | http://dx.doi.org/10.3389/fbioe.2019.00016 |
| • Efeitos dos líquidos iônicos à base de colínio na lipase de Aspergillus niger: estabilizadores ou inibidores | http://dx.doi.org/10.1002/btpr.2838 |
| • Efeito dos eletrólitos como adjuvantes na partição de GFP e LPS em sistemas aquosos de duas fases: 1. Sistemas polímero-polímero | http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2018.04.090 |
| • Partição de bacteriocina a partir de caldo de fermentação clarificado de Lactobacillus plantarum ST16Pa em sistemas aquosos de duas fases com sulfato de sódio e sais à base de colina como aditivos | http://dx.doi.org/10.1016/j.procbio.2017.11.018 |
| • Uma análise crítica dos métodos de quantificação da atividade da L-asparaginase — métodos colorimétricos versus cromatografia líquida de alta eficiência | http://dx.doi.org/10.1007/s00216-018-1326-x |
| • Uma variante da transferrina como ligante de direcionamento para nanopartículas poliméricas incorporadas em scaffolds porosos 3D de PLGA | http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2016.12.091 |
| • Modelagem matemática dos conjugados moleculares de transferrina mutante-CRM107 para terapia do câncer | http://dx.doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.01.008 |
| • Expressão heteróloga e purificação da L-asparaginase I ativa de Saccharomyces cerevisiae em hospedeiro Escherichia coli | http://dx.doi.org/10.1002/btpr.2410 |
| • L-asparaginase terapêutica: etapas upstream, downstream e além | http://dx.doi.org/10.3109/07388551.2015.1120705 |
| • Aplicação de sistema micelar aquoso de duas fases para melhorar a extração de partículas adenovirais a partir de lisado celular | http://dx.doi.org/10.1002/bab.1627 |
| • Estabilidade, purificação e aplicações da bromelina: uma revisão | http://dx.doi.org/10.1002/btpr.2190 |
| • Produção e aplicação de nanocelulose bacteriana: uma visão geral dos últimos 10 anos | http://dx.doi.org/10.1007/s00253-015-7243-4 |
| • Nanostruturas para entrega de fármacos proteicos | http://dx.doi.org/10.1039/c5bm00360a |
| • Sistemas micelares de duas fases de sulfato de dextrana/Triton X como etapa alternativa inicial de purificação para ácido clavulânico | http://dx.doi.org/10.1016/j.fluid.2015.04.026 |
| • Matriz de poli(ácido láctico-co-glicólico) incorporada com nisina como um novo biomaterial antimicrobiano | http://dx.doi.org/10.1007/s11274-015-1819-0 |
| • Extração de corantes naturais vermelhos do caldo fermentado de Penicillium purpurogenum utilizando sistemas poliméricos aquosos de duas fases" | http://dx.doi.org/10.1002/btpr.2127 |
| • Extração líquido-líquido de lipase produzida pela levedura psicrotrófica Leucosporidium scottii L117 utilizando sistemas aquosos de duas fases | http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2015.10.001 |
| • BIOMOLÉCULAS EXTRAÍDAS POR SISTEMAS AQUOSOS DE DUAS FASES (ATPS): EXEMPLOS PRÁTICOS | https://www.redalyc.org/pdf/620/62031508001.pdf |
| • Partição do 5CN05 em sistema aquoso de duas fases: uma nova abordagem para a solubilização de fármacos hidrofóbicos | http://dx.doi.org/10.1016/j.procbio.2014.05.017 |
| • Influência dos sais na curva de coexistência e na partição de proteínas em sistemas micelares aquosos de duas fases não iônicos | http://dx.doi.org/10.1590/0104-6632.20140314s00002677 |
| • A agregação LPS–proteína influencia a partição de proteínas em sistemas micelares aquosos de duas fases | http://dx.doi.org/10.1007/s00253-013-4922-x |
| • Comportamento do ponto de turbidez do Triton X-114 na presença de eletrólitos inorgânicos | http://dx.doi.org/10.1016/j.fluid.2013.09.053 |
| • Comparação das características cinéticas das xilanases de Aspergillus niger e Trichoderma sp. com os parâmetros de pH e temperatura no processo de cozimento | https://academicjournals.org/journal/AJB/article-stat/375222223137 |
| • Adsorção de endotoxinas em iminodiacetato de Ca2+ por cromatografia de afinidade por íons metálicos | http://dx.doi.org/10.3724/sp.j.1123.2012.06007 |
| • Sistema micelar aquoso de duas fases para extração de nisina na presença de eletrólitos | http://dx.doi.org/10.1007/s11947-012-1008-1 |
| • ESCHERICHIA COLI ENTEROINVASORA: CARACTERISTICAS, FATORES DE VIRULÊNCIA E RELAÇÃO PARASITA-HOSPEDEIRO | https://sbmicrobiologia.org.br/wp-content/uploads/2015/09/Revista19.pdf |
| • Avaliação das xilanases de Aspergillus niger e Trichoderma sp. nas propriedades reológicas da massa | https://www.ajol.info/index.php/ajb/article/view/95640/84979 |
| • Microbiologia in foco - A revista do Microbiologista. | http://sbmicrobiologia.org.br/wp-content/uploads/2015/09/Revista14.pdf |
| • Extração da proteína fluorescente verde e remoção de LPS do meio de fermentação de Escherichia coli utilizando sistema micelar aquoso de duas fases | http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2011.07.043 |
| • Sistemas micelares aquosos de duas fases em microreator de fluxo oscilatório: estudo de perspectivas e desempenho experimental | http://dx.doi.org/10.1002/jctb.2642 |
| • Remoção de LPS a partir de caldo de fermentação de E. coli utilizando sistema micelar aquoso de duas fases | http://dx.doi.org/10.1002/btpr.463 |
| • Extração líquido-líquido de biomoléculas: uma visão geral e atualização das principais técnicas | http://dx.doi.org/10.1002/jctb.1794 |
| • Extração líquido-líquido de nisina comercial e biossintetizada por sistemas micelares aquosos de duas fases | http://dx.doi.org/10.1016/j.enzmictec.2007.08.005 |
| • As interações de afinidade podem influenciar a partição da glicose-6-fosfato desidrogenase em sistemas micelares aquosos de duas fases? | http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422008000500010 |