Este trabalho teve como objetivo a utilização de glicerol, principal subproduto da produção de biodiesel, como fonte de carbono para a produção de biomassa e ribonucleotídeos de leveduras. Com este propósito, foi realizado um screening de leveduras para identificar aquelas cepas com maior capacidade de crescimento em glicerol. As leveduras Hansenula anomala CCT 2648 e Kluyveromyces marxianus var. lactis CCT 4086 apresentaram os maiores valores de fator de conversão (YX/S) e produtividade volumétrica em células (QX) sob condições fixas de glicerol (30 g/L), temperatura (30 oC) e pH (5,5). Foi também detectada a produção de etanol e ácidos orgânicos, por algumas das leveduras estudadas em meios contendo glicerol. Com base no potencial de produção de biomassa das cepas selecionadas na etapa anterior, foram realizados estudos para avaliar a influência da concentração de glicerol (10 - 50 g/L), extrato de levedura (1 - 3 g/L), pH(4,5 - 6,5) e temperatura (28 - 40oC) no crescimento destas linhagens, utilizando planejamento experimental 24. De acordo com os resultados, a levedura Hansenula anomala CCT 2648 foi selecionada para a produção de biomassa e ribonucleotídeos em experimentos conduzidos em bioreator por apresentar maior concentração de biomassa (4,59 g/L) quando comparada com a levedura Kluyveromyces marxianus var lactis CCT 4086 (3,37 g/L). Nesta fase, foi avaliada a influência da agitação (300 - 700 rpm), aeração (0,5 - 2 vvm) e concentração de glicerol (10 - 50 g/L) com o objetivo de estabelecer as melhores condições de processo, por meio de planejamento 23. Os maiores valores de YX/S (0,57- 0,60 g/g) foram obtidos nos ensaios conduzidos sob a menor concentração de glicerol (10 g/L), entretanto, o maiores valores de QX (0,44 - 0,62) foram obtidos em cultivos quando se utilizou valores de agitação superiores a 500 rpm. A análise estatística confirmou a significância das variáveis, concentração de glicerol e agitação, e permitiu estabelecer os modelos matemáticos representativos da influência destas variáveis na produção de biomassa e ribonucleotídeos por Hansenula anomala CCT 2648. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram o potencial de utilização do glicerol derivado da fabricação de biodiesel como fonte de carbono de baixo custo para a produção de biomassa e biomoléculas, como por exemplo os ribonucleotídeos. / Glycerol is considered to be the principle sub-product derived from biodiesel production process. In this work, glycerol was used as the only carbon source for biomass accumulation and ribonucleotides production. For this purpose screening of different strains was achieved, where the yeasts defined as Hansenula anomala CCT 2648 and Kluyveromyces marxianus var. lactis CCT 4086 showed high biomass yield (Y X/S) and productivity (QX) as well as better ribonucleotides production, using an initial concentration of glycerol of 30 g/L, temperature of 30oC and pH of 5,5. In addition, ethanol and organic acids were detected during glycerol assimilation by these two studied yeasts. Since these two selected yeast showed a promising potential in biomass and ribonucleotides production, a 24 complete factorial design was employed in order to study the influence of different parameters: glycerol initial concentration (10 - 50 g/L), yeast extract initial concentration (1-3 g/L), pH (4,5 - 6,5) and temperature (28 - 40oC) on the fermentation yield and productivity. According to the obtained results, the yeast Hansenula anomala CCT 2648 achieved higher biomass production (4,59 g/L) when compared to Kluyveromyces marxianus var lactis CCT 4086 (3,37 g/L). Such fact lead to the selection of Hansenula anomala CCT 2648 for a scale-up production of ribonucleotides using a stirred stank bioreactor, where the influence of the following fermentation parameters were studied: agitation (300 - 500 rpm), air input (0,5 - 2 vvm) and glycerol initial concentration (10 - 50 g/L) using a 23 full factorial design. High values of YX/S (0,57 - 0,6 g/g) were observed when the experiments were carried out at lower glycerol concentration (10 g/L), while high values of QX (0,44 - 0,62 g/L.h) were observed at high agitation rates of 500 rpm and above. Mathematical models were also created to confirm this influence of glycerol initial concentration and bioreactor stirring on biomass and ribonucleotides production by Hansenula anomala CCT 2648. Obtained results in this work demonstrated the feasibility of using glycerol derived from biodiesel production as a promising low-value carbon source for biomass and ribonucleotides accumulation.

Este trabalho teve como objetivo a utilização de glicerol, principal subproduto da produção de biodiesel, como fonte de carbono para a produção de biomassa e ribonucleotídeos de leveduras. Com este propósito, foi realizado um screening de leveduras para identificar aquelas cepas com maior capacidade de crescimento em glicerol. As leveduras Hansenula anomala CCT 2648 e Kluyveromyces marxianus var. lactis CCT 4086 apresentaram os maiores valores de fator de conversão (YX/S) e produtividade volumétrica em células (QX) sob condições fixas de glicerol (30 g/L), temperatura (30 oC) e pH (5,5). Foi também detectada a produção de etanol e ácidos orgânicos, por algumas das leveduras estudadas em meios contendo glicerol. Com base no potencial de produção de biomassa das cepas selecionadas na etapa anterior, foram realizados estudos para avaliar a influência da concentração de glicerol (10 - 50 g/L), extrato de levedura (1 - 3 g/L), pH(4,5 - 6,5) e temperatura (28 - 40oC) no crescimento destas linhagens, utilizando planejamento experimental 24. De acordo com os resultados, a levedura Hansenula anomala CCT 2648 foi selecionada para a produção de biomassa e ribonucleotídeos em experimentos conduzidos em bioreator por apresentar maior concentração de biomassa (4,59 g/L) quando comparada com a levedura Kluyveromyces marxianus var lactis CCT 4086 (3,37 g/L). Nesta fase, foi avaliada a influência da agitação (300 - 700 rpm), aeração (0,5 - 2 vvm) e concentração de glicerol (10 - 50 g/L) com o objetivo de estabelecer as melhores condições de processo, por meio de planejamento 23. Os maiores valores de YX/S (0,57- 0,60 g/g) foram obtidos nos ensaios conduzidos sob a menor concentração de glicerol (10 g/L), entretanto, o maiores valores de QX (0,44 - 0,62) foram obtidos em cultivos quando se utilizou valores de agitação superiores a 500 rpm. A análise estatística confirmou a significância das variáveis, concentração de glicerol e agitação, e permitiu estabelecer os modelos matemáticos representativos da influência destas variáveis na produção de biomassa e ribonucleotídeos por Hansenula anomala CCT 2648. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram o potencial de utilização do glicerol derivado da fabricação de biodiesel como fonte de carbono de baixo custo para a produção de biomassa e biomoléculas, como por exemplo os ribonucleotídeos. / Glycerol is considered to be the principle sub-product derived from biodiesel production process. In this work, glycerol was used as the only carbon source for biomass accumulation and ribonucleotides production. For this purpose screening of different strains was achieved, where the yeasts defined as Hansenula anomala CCT 2648 and Kluyveromyces marxianus var. lactis CCT 4086 showed high biomass yield (Y X/S) and productivity (QX) as well as better ribonucleotides production, using an initial concentration of glycerol of 30 g/L, temperature of 30oC and pH of 5,5. In addition, ethanol and organic acids were detected during glycerol assimilation by these two studied yeasts. Since these two selected yeast showed a promising potential in biomass and ribonucleotides production, a 24 complete factorial design was employed in order to study the influence of different parameters: glycerol initial concentration (10 - 50 g/L), yeast extract initial concentration (1-3 g/L), pH (4,5 - 6,5) and temperature (28 - 40oC) on the fermentation yield and productivity. According to the obtained results, the yeast Hansenula anomala CCT 2648 achieved higher biomass production (4,59 g/L) when compared to Kluyveromyces marxianus var lactis CCT 4086 (3,37 g/L). Such fact lead to the selection of Hansenula anomala CCT 2648 for a scale-up production of ribonucleotides using a stirred stank bioreactor, where the influence of the following fermentation parameters were studied: agitation (300 - 500 rpm), air input (0,5 - 2 vvm) and glycerol initial concentration (10 - 50 g/L) using a 23 full factorial design. High values of YX/S (0,57 - 0,6 g/g) were observed when the experiments were carried out at lower glycerol concentration (10 g/L), while high values of QX (0,44 - 0,62 g/L.h) were observed at high agitation rates of 500 rpm and above. Mathematical models were also created to confirm this influence of glycerol initial concentration and bioreactor stirring on biomass and ribonucleotides production by Hansenula anomala CCT 2648. Obtained results in this work demonstrated the feasibility of using glycerol derived from biodiesel production as a promising low-value carbon source for biomass and ribonucleotides accumulation.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-13T14:06:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 366653 bytes, checksum: 8a45b52da863a243cba7f8275fc1ef4c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-13T14:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 366653 bytes, checksum: 8a45b52da863a243cba7f8275fc1ef4c (MD5) Previous issue date: 2001-09-05 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A levedura Kluyveromyces marxianus var. lactis (K. lactis) foi cultivada em soro de queijo ultrafiltrado (SUF) em regimes de batelada e contínuo com o objetivo de investigar as condições fisiológicas que levam ao aumento e à queda da atividade de β-galactosidase na entrada da fase de desaceleração do crescimento. As fases fisiológicas do crescimento no cultivo em batelada foram caracterizadas, e observou-se que as concentrações iniciais de células de DO 600 0,1, 0,2 e 0,3 afetam a velocidade de crescimento, porém a delimitação das fases de crescimento é semelhante. A fase estacionária do crescimento foi apenas iniciada em 144 horas, o que permitiu uma longa fase de desaceleração do crescimento. O aumento e a queda na atividade de β-galactosidase foram acompanhados durante os cultivos, assim como a utilização de lactose e a formação e o consumo de etanol, além do perfil eletroforético da β- galactosidase intra e extracelular. Os picos de atividade máxima da enzima foram encontrados no final da fase log e no início da fase de desaceleração nas culturas conduzidas em regime de batelada e no cultivo contínuo na taxa de diluição de 0,09 h^-1. Nessas condições, as concentrações de lactose no meio não se correlacionaram com o máximo de atividade da enzima. Após a queda da atividade máxima, havia ainda lactose no meio e o etanol em concentrações crescentes. Desta forma, a queda na atividade não está relacionada com a exaustão de lactose no meio, nem com o crescimento diáuxico à custa do etanol, embora durante a fase de desaceleração do crescimento tenha sido observada diauxia quando a concentração de lactose era limitante. Outros picos de atividade foram evidenciados antes e após o pico máximo, onde foram obtidos os mesmos resultados. A β-galactosidase das amostras das culturas em batelada e contínua foi analisada em gel de poliacrilamida desnaturante e indicou a inexistência de uma relação direta entre a atividade da enzima e a concentração da proteína, com exceção nos tempos em que a atividade é máxima, quando houve aumento da intensidade da banda protéica no gel. Nas amostras de sobrenadante de ambas as bateladas e da cultura contínua submetidas à análise em gel, não se encontrou β-galactosidase, indicando que o etanol produzido não permeabilizou K. lactis. Cerca de 55 a 69% da lactose em ambos regimes de cultivo, foram convertidos em etanol. E, a variação cíclica da cinética de atividade durante o cultivo em regime de batelada e regime contínuo pode ser explicada pelos eventos de regulação da síntese e da atividade de β-galactosidase. / The yeast Kluyveromyces marxianus var. lactis (K. lactis) was cultivated in ultrafiltered cheese whey (UCW) in batch and continuous culture with the aim to investigate the physiological conditions that lead to the increase and decrease of the activity of β-galactosidase in the beginning of the late log phase of growth. The physiological growth phases were characterized in the batch culture, and it was observed that the initial cell concentration of OD 600 0,1, 0,2 e 0,3 affected the growt h velocity. However, the delimitation of the growth phases is similar. The stationary phase of growth started after 144 hours, which enabled a long late log phase of growth. The increase and the decrease in the β-galactosidase activity were monitored during the cultivation, as well as the use of lactose, the formation and consumption of ethanol as well as the electrophoretical profiles of intra cellular and extra cellular β- galactosidase. The peaks of maximum activity of the enzyme were found in the end of the log phase, and in the beginning of the late log phase in batch culture, and in the continuous culture at the dilution rate of 0,09 h^-1. Under these conditions, the lactose concentrations in the medium did not correlate with the maximum activity of the enzyme. After the maximum activity, there was still lactose in the medium and a rising concentration of ethanol. Therefore, the decrease of activity is not related to the exhaustion of lactose in the medium nor with the diauxic growth due to the ethanol. Albeit, during the late log phase of growth slight diauxic growth was observed when the lactose concentration was limiting. Other peaks of activity were noticed before and after the maximum peak, where the same results were obtained. β- galactosidase of the batch and continuous culture samples was analyzed in denaturing polyacrylamide gel and showed that a direct relationship between the enzyme activity and the protein concentration does not exist, except in the maximum activity times, when there was some increase in intensity in the proteic band of the gel. In the supernatant samples of both batch and continuous culture submitted to gel electrophoresis, β-galactosidase was not found, implying that the ethanol produced did not permeabilize K. lactis. Fifty five to sixty nine percent of the lactose in both cultures was converted to ethanol. And, the cyclical variation in the kinetic of the activity during the cultivation in batch and continuous culture can be explained through the regulation events of the synthesis and the activity.