Thesis (Ph.D.)--Memorial University of Newfoundland, 2001. / Bibliography: leaves 276-311.

Thesis (M.Sc.)--Memorial University of Newfoundland, 2003. / Bibliography: leaves 82-87.

O glicerol pode ser aproveitado em processos biotecnológico como substrato, para a obtenção de diversos produtos, dentre eles os óleos microbianos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a obtenção de lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis a partir de glicerol. Na etapa inicial deste estudo foram realizados ensaios em frascos agitados de 250 mL, contendo 50 mL de meio, segundo um planejamento experimental 24, com face centrada e repetições no ponto central, no qual foram avaliadas as influências das variáveis concentração de substrato (40 a 200 g/L), da razão carbono/nitrogênio (20:1 a 100:1), pH (5 a 7) e concentração de inóculo (1 a 5 g/L), sobre a produção de lipídeos. Verificou-se nesta etapa que, dentro da região avaliada, a concentração de substrato, o pH e a razão carbono/nitrogênio (C/N), apresentaram efeitos estatisticamente significativos sobre a produção de lipídeos. Dentre estas variáveis, a concentração de substrato e o pH apresentaram comportamento quadrático, com pontos de máximo acúmulo de lipídeos próximos a 140 g/L e pH 6,5, respectivamente. Quanto a razão C/N, esta variável mostrou um efeito positivo sobre o acúmulo de lipídeos, ou seja, dentro a região avaliada, o aumento da razão C/N levou a um aumento do acúmulo de lipídeos pela levedura. Nos cultivos realizados nas condições determinadas pelo modelo para maximizar o acúmulo de lipídeos foram alcançadas concentrações de células de 30 ± 1 g/L e lipídios de 15 ± 3 g/L, em 200 h de cultivo. Na segunda etapa deste estudo foi avaliada a ampliação de escala dos cultivos da levedura de frascos agitados para biorreatores de agitação pneumática do tipo coluna de bolhas (CB) e airlift (AL), com volumes de 0,5 e 1,8 L. Os cultivos em biorreatores foram realizados empregando-se as condições otimizadas na etapa anterior deste trabalho. De modo geral, os cultivos realizados em biorreatores de bancada aprestaram concentração de células (15 a 21 g/L) e de lipídeos (5 a 9 g/L), inferiores aos observados em frascos agitados (30 g/L de células e 15 g/L de lipídeos). Tal resultado pode estar relacionado a condição de disponibilidade de oxigênio uma vez que o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) para os cultivos em frascos agitados (kLa 49 h-1) foi superior ao alcançado em biorreatores (kLa ente 20 e 30 h-1). Nesta etapa, verificou-se ainda que, os biorreatores do tipo CB possibilitaram alcançar uma concentração de lipídeos (8 a 9 g/L) superior à obtida nos reatores AL (5 a 7 g/L), além de proporcionar uma condição de mistura mais eficiente. Quanto a composição do óleo microbiano (OM) extraído da biomassa celular ao fim do cultivo, verificou-se elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais corresponderam a cerca de 95% de sua composição. A proporção de ácidos graxos de dezesseis e dezoito carbonos do óleo microbiano assemelha-se a encontrada no óleo de soja (cerca de 94% de C16 e C18), o que possibilita o emprego deste óleo para finalidades semelhantes às do óleo de soja, como por exemplo, produção de biodiesel. / Glycerol can be used in biotechnological processes as a substrate to obtain various products, among them microbial oils. In this way, the present study aims to evaluate the lipids production by the yeast Rhodotorula glutinis from glycerol. In the initial stage of this study, experiments were performed in 250 mL shaken flasks, containing 50 mL of medium, according to an experimental design 24, face centered and repetitions at the central point, in which the substrate concentration (40 to 200 g/L), carbon/nitrogen ratio (20:1 to 100:1), pH (5 to 7) and inoculum concentration (1 to 5 g/L) effects on lipid production were evaluated. It was verified that, within the evaluated region, the substrate concentration, pH and carbon/nitrogen ratio (C/N) had statistically significant effects on lipid production. Among these variables, the substrate concentration and pH presented a quadratic behavior, with maximum lipids accumulation points close to 140 g/L and pH 6.5, respectively. The C/N ratio presented a positive effect on the lipid accumulation, that is, within the region evaluated, the increase in the C/N ratio led to an increase in the lipid accumulation by yeast. Cultures performed under conditions determined by the model to maximize lipid accumulation reached cell concentrations of 30 ± 1 g/L and lipids of 15 ± 3 g/L in 200 h of culture. In the second stage of this study, the scale-up of the yeast shake flasks cultures for bubble column (CB) and airlift (AL) pneumatic agitation bioreactors, with volumes of 0.5 and 1.8 L, were evaluated. Cultures in bioreactors were performed using the optimized conditions in the previous stage of this work. In general, cultures in bioreactors presented cells concentrations (15 to 21 g / L) and lipids (5 to 9 g/L) lower than those observed in shaker flasks (30 g/L of cells and 15 g/L of lipid). This result may be related to the oxygen availability condition since the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) for cultures in shaker flasks (kLa 49 h-1) was higher than in bioreactors (kLa 20 and 30 h-1). In this stage, it was also verified that CB-type bioreactors achieve a lipid concentration (8 to 9 g/L) higher than that obtained in AL reactors (5 to 7 g/L), besides providing more efficient mixing conditions. About the composition of the microbial oil (MO), extracted from the cell biomass at the end of the cultivation, presented high levels of palmitic (C16: 0), stearic (C18: 0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which corresponded to about 95% of its composition. The proportion of microbial oil fatty acids of sixteen and eighteen carbons resembles that found in soybean oil (about 94% C16 and C18), which makes it possible to use this oil for similar purposes as soybean oil, such as biodiesel production, for example.

A enzima L-asparaginase é responsável por converter o aminoácido L-asparagina em ácido L-aspártico e amônio. Esta enzima possui importantes aplicações, principalmente na indústria farmacêutica, onde é empregada como um fármaco antileucêmico e na indústria de alimentos, como uma forma de mitigar a formação de acrilamida, um composto altamente tóxico, formado em alguns alimentos processados a altas temperaturas. Leveduras destacam-se como micro-organismos importantes para a produção da Lasparaginase, uma vez que possivelmente produzem enzimas com menores efeitos colaterais para humanos e são, em geral, organismos GRAS, sem restrições de aplicação na indústria de alimentos. O presente trabalho avaliou metodologias de seleção de novas leveduras produtoras de L-asparaginase, selecionando aquelas capazes de produzir destacadas quantidades desta enzima a partir de um banco contendo 40 cepas e verificando aspectos da sua produção. Foram empregadas metodologias de seleção de leveduras em meio sólido e em meio líquido, avaliando-se a aplicabilidade da quantificação da atividade enzimática pelo método de Nessler e pelo método da hidroxilamina. A produção de L-asparaginase foi posteriormente confirmada por cromatografia em camada delgada. As leveduras selecionadas foram avaliadas quanto à influência dos aminoácidos L-asparagina, L-prolina e L-glutamina como indutores na produção de L-asparaginase e quanto à cinética de produção enzimática. De acordo com os resultados, nenhuma das leveduras foi capaz de produzir L-asparaginase extracelular. Entretanto, duas novas leveduras, até então não citadas na literatura pertinente como produtoras de Lasparaginase, foram capazes de produzir L-asparaginase periplasmática: Issatchenkia orientalis e Rhodotorula glutinis. Verificou-se, também, que a metodologia de screening em meio sólido não foi correlacionável com a produção de L-asparaginase em meio líquido por leveduras. Foi necessária a adição de moléculas indutoras ao meio de cultivo, como os aminoácidos L-asparagina, L-prolina e L-glutamina, para que houvesse produção de Lasparaginase pelas leveduras I. orientalis e R. glutinis. Verificou-se a maior produção de L-asparaginase periplasmática em meio suplementado com L-asparagina e nitrato de amônio para a levedura I. orientalis (20,38 ± 3,55 U.g-1) e em meio suplementado com Lprolina para a levedura R. glutinis (57,05 ± 0,57 U.g-1). Durante os ensaios de cinética, verificou-se que a produção da enzima ocorreu principalmente durante a fase logarítmica do crescimento microbiano, observando-se também estabilidade da atividade enzimática durante as 144 horas do cultivo. Os resultados obtidos no presente trabalho permitiram verificar a viabilidade das metodologias de seleção de novas leveduras produtoras de Lasparaginase bem como selecionar, com sucesso, duas novas leveduras capazes de produzir a enzima L-asparaginase periplasmática, I. orientalis e R. glutinis, determinando aspectos importantes da sua produção em meio líquido. / L-asparaginase is the enzyme responsible for converting the amino acid L-asparagine into L-aspartic acid and ammonium. This enzyme has important applications, mainly in the pharmaceutical industry, where it is used as an antileukemic drug, and in the food industry, as a treatment for mitigating the formation of acrylamide, a highly toxic compound produced in some foods exposed to high temperatures. Yeasts are highlighted as important microorganisms for the production of L-asparaginase since they are capable of producing enzymes with fewer side effects for humans and are, in general, GRAS organisms, being applicable in the food industry without restrictions. This study evaluated screening methods for selecting new yeasts capable of producing L-asparaginase, selecting those capable of producing high amounts of this enzyme from a culture collection containing 40 strains, also verifying aspects of enzyme production. Methods for screening L-asparaginase producing organisms in solid and liquid medium were tested, evaluating the applicability of Nessler and hydroxylamine methods as means for enzyme activity quantification. The production of L-asparaginase was later confirmed through thin layer chromatography. The selected yeasts were evaluated to confirm the influence of the amino acids L-asparagine, L-proline and L-glutamine as inducers in the production of L-asparaginase, and the kinetics of Lasparaginase production were also evaluated. According to the results, none of the assessed yeasts were able to produce extracellular L-asparaginase. However, two novel yeasts, so far not cited in the pertinent literature as L-asparaginase producers, were able to produce periplasmic L-asparaginase: Issatchenkia orientalis and Rhodotorula glutinis. Tests also verified that the screening methods in solid medium did not correlate with the production of L-asparaginase in liquid medium by yeasts. It was necessary to add inducing molecules, such as the amino acids L-asparagine, L-proline and L-glutamine, to stimulate L-asparaginase production by the yeasts I. orientalis and R. glutinis. The highest production of periplasmic L-asparaginase was obtained in liquid medium supplemented with Lasparagine and ammonium nitrate for the yeast I. orientalis (20,38 ± 3,55 U.g-1) and in medium supplemented with L-proline for the yeast R. glutinis (57,05 ± 0,57 U.g-1). The production kinetics assay verified that the production of the enzyme took place mainly during the log phase of microbial growth, being stable after144 hours of cultivation. The results presented in this study were able to confirm the viability of the methods for the screening of novel L-asparaginase producing yeasts as well as to select two novel yeasts able to produce this enzyme, I. orientalis and R. glutinis, determining some important aspects in L-asparaginase production in liquid medium.

Atualmente há uma busca crescente por fontes energéticas renováveis motivada principalmente por razões ambientais e estratégicas, tais como o acúmulo de poluentes na atmosfera decorrente do uso de combustíveis fósseis e a diminuição de suas reservas. O biodiesel tem atraído atenção cada vez maior por sua capacidade em substituir o diesel do petróleo. A maior parte do biodiesel produzido utiliza como matéria-prima os óleos vegetais, os quais apresentam como principais desvantagens a sazonalidade na produção devido aos períodos de safra e a competição no uso de terras agrícolas com a produção de alimentos. Uma alternativa capaz de possibilitar a redução do uso de óleos vegetais são os óleos microbianos, como os produzidos por microalgas, fungos e leveduras. Os lipídeos produzidos por leveduras constituem uma fonte interessante de matéria-prima renovável para a produção de biocombustíveis, pois é independente das mudanças climáticas e sazonalidade, como as culturas vegetais. Desta forma, o presente trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para produção de óleos microbianos em cultivos heterotróficos. Neste sentido foram desenvolvidos estudos buscando selecionar leveduras capazes de produzir lipídeos tendo glicerol como substrato, bem como estabelecer as condições de cultivo mais favoráveis para a produção e acúmulo de lipídeos pela levedura selecionada. Para a seleção de microrganismos foram realizados ensaios visando comparar cinco diferentes leveduras (Cryptococcus curvatus Y -1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y- 12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 e Rhodotorula mucilaginosa Y-27053), neste estudo verificou-se que as cinco leveduras avaliadas foram capazes de consumir substrato, crescer e produzir lipídeos durante os cultivos. Dentre as leveduras avaliadas a Rhodotorula glutinis Y- 12905 e Cryptococcus curvatus Y -1511 foram as que apresentaram as maiores produtividades volumétricas em lipídeos, alcançando valores entre 0,20 e 0,23 g/L.dia, respectivamente. Quanto à capacidade de consumo de substrato a R. glutinis se destacou em relação as demais leveduras tendo sido capaz de consumir cerca de 59% do glicerol após 120 horas de cultivo, consumo este que representa quase duas vezes o valor alcançado pela C. curvatus, que apresentou o segundo maior consumo de substrato. Devido a sua elevada capacidade de assimilação de glicerol e apresentando uma das maiores produtividades volumétricas de lipídeos entre as leveduras avaliadas a levedura Rhodotorula glutinis foi considerada como uma das mais promissoras para a obtenção de óleos microbianos empregando glicerol como substrato. Nos ensaios realizados com diferentes agitações e razões de volume de frasco por volume de meio verificou-se que quanto maior a disponibilidade de oxigênio, maior foi o acúmulo de lipídeos, o crescimento celular e o consumo de glicerol. Quanto à avaliação da composição nutricional a presença de fontes de nitrogênio orgânico, tais como extrato de levedura e peptona mostraram-se fundamentais para o processo de produção de óleos microbianos juntamente com MgSO4.7H2O. Quando estes nutrientes estavam presentes de forma combinada foram obtidas concentrações de até 4,4 g/L de lipídeos e produtividades de 0,43 g/L.dia. Na avaliação da influência do pH inicial e da razão carbono/nitrogênio (C:N), verificou-se que o acúmulo de lipídeos pela levedura é favorecido para cultivos realizados em pH inicial entre 6 e 7, e com razão C:N entre 30:1 e 50:1. Em tais condições a levedura foi capaz de acumular até 8 g/L de lipídeos com produtividade de até 0,82 g/L.dia. A composição do óleo microbiano obtido pela levedura revelou elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais correspondem a 99% de sua composição. O óleo apresentou um comportamento de fluido newtoniano com viscosidade de 39,3 cP à 50ºC, tendo um índice de acidez de 5,8±0,2 mgKOH/góleo e teor de ácido graxos de 1,93±0,08 %. / Currently, there is a search for renewable energy sources motivated mainly by environmental and strategic reasons, such as the concept of solutions for the development of fossil fuel use and a decrease of its reserves. Biodiesel has attracted increasing attention for its ability to replace diesel oil. Most of the biodiesel produced uses vegetable oils as raw material, which has as main disadvantages the seasonality and a competition in the use of agricultural land with a food production. An alternative capable of reducing the use of vegetable oils is the use of microbial oils, such as those produced by microalgae, fungi and yeasts. The lipids produced by yeasts are an interesting source of renewable raw material for biofuel production, because it is independent of climatic changes and seasonality, such as vegetable crops. In this way, the present study aims to contribute to the development of technologies of microbial oils production in heterotrophic cultures. In this sense, studies were developed to select yeasts capable of producing lipids having glycerol as substrate, as well as to establish the culture conditions more favorable for the production and accumulation of lipids by the selected yeast. For a selection of microorganisms assays were carried out aiming to compare five different yeasts (Cryptococcus curvatus Y-1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y-12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 and Rhodotorula mucilaginosa Y-27053). In this step it was verified that the five yeasts evaluated were able to consume substrate, grow and produce lipids during the cultures. Among the evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis Y-12905 and Cryptococcus curvatus Y-1511 has presented the highest volumetric lipid yields, reaching values between 0.20 and 0.23 g/L.day, respectively. Regarding the substrate consumption capacity, R. glutinis stood out in relation to other yeasts, being able to consume about 59% of glycerol after 120 hours of cultivation. Due to its high capacity for assimilation of glycerol and presenting one of the highest volumetric productivities of lipids among evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis was considered as one of the most promising for the obtaining of microbial oils from glycerol as substrate. In the assays performed with different oxygenation levels, it was verified that higher oxygen availability higher the volume of lipids, cell growth and glycerol consumption. In the nutritional composition evaluation it was observed that the organic nitrogen source, such as yeast extract and peptone are essential for the production process of microbial oils together with MgSO4.7H2O. When these nutrients were presents in combination, concentrations of 4.4 g/L lipids and productivity of 0.43 g/L.day were obtained. In the evaluation of the influence of the initial pH and the carbon/nitrogen ratio (C:N), it was verified that the accumulation of lipids by yeast is favored for the cultures at initial pH between 6 and 7, and with C:N ratio between 30:1 and 50:1. In such conditions, it was obtained by yeast 8 g/L of lipids and volumetric productivity of 0.82 g/day. The composition of the microbial oil obtained by the yeast revealed high levels of palmitic (C16:0), stearic (C18:0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which correspond to 99% of composition. The oil exhibited a Newtonian fluid behavior and a viscosity of 39.3 cP at 50 °C, having an acid number of 5.8 ± 0.2 mgKOH/goil and a fatty acid content of 1.93 ± 0.08%.

Atualmente há uma busca crescente por fontes energéticas renováveis motivada principalmente por razões ambientais e estratégicas, tais como o acúmulo de poluentes na atmosfera decorrente do uso de combustíveis fósseis e a diminuição de suas reservas. O biodiesel tem atraído atenção cada vez maior por sua capacidade em substituir o diesel do petróleo. A maior parte do biodiesel produzido utiliza como matéria-prima os óleos vegetais, os quais apresentam como principais desvantagens a sazonalidade na produção devido aos períodos de safra e a competição no uso de terras agrícolas com a produção de alimentos. Uma alternativa capaz de possibilitar a redução do uso de óleos vegetais são os óleos microbianos, como os produzidos por microalgas, fungos e leveduras. Os lipídeos produzidos por leveduras constituem uma fonte interessante de matéria-prima renovável para a produção de biocombustíveis, pois é independente das mudanças climáticas e sazonalidade, como as culturas vegetais. Desta forma, o presente trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para produção de óleos microbianos em cultivos heterotróficos. Neste sentido foram desenvolvidos estudos buscando selecionar leveduras capazes de produzir lipídeos tendo glicerol como substrato, bem como estabelecer as condições de cultivo mais favoráveis para a produção e acúmulo de lipídeos pela levedura selecionada. Para a seleção de microrganismos foram realizados ensaios visando comparar cinco diferentes leveduras (Cryptococcus curvatus Y -1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y- 12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 e Rhodotorula mucilaginosa Y-27053), neste estudo verificou-se que as cinco leveduras avaliadas foram capazes de consumir substrato, crescer e produzir lipídeos durante os cultivos. Dentre as leveduras avaliadas a Rhodotorula glutinis Y- 12905 e Cryptococcus curvatus Y -1511 foram as que apresentaram as maiores produtividades volumétricas em lipídeos, alcançando valores entre 0,20 e 0,23 g/L.dia, respectivamente. Quanto à capacidade de consumo de substrato a R. glutinis se destacou em relação as demais leveduras tendo sido capaz de consumir cerca de 59% do glicerol após 120 horas de cultivo, consumo este que representa quase duas vezes o valor alcançado pela C. curvatus, que apresentou o segundo maior consumo de substrato. Devido a sua elevada capacidade de assimilação de glicerol e apresentando uma das maiores produtividades volumétricas de lipídeos entre as leveduras avaliadas a levedura Rhodotorula glutinis foi considerada como uma das mais promissoras para a obtenção de óleos microbianos empregando glicerol como substrato. Nos ensaios realizados com diferentes agitações e razões de volume de frasco por volume de meio verificou-se que quanto maior a disponibilidade de oxigênio, maior foi o acúmulo de lipídeos, o crescimento celular e o consumo de glicerol. Quanto à avaliação da composição nutricional a presença de fontes de nitrogênio orgânico, tais como extrato de levedura e peptona mostraram-se fundamentais para o processo de produção de óleos microbianos juntamente com MgSO4.7H2O. Quando estes nutrientes estavam presentes de forma combinada foram obtidas concentrações de até 4,4 g/L de lipídeos e produtividades de 0,43 g/L.dia. Na avaliação da influência do pH inicial e da razão carbono/nitrogênio (C:N), verificou-se que o acúmulo de lipídeos pela levedura é favorecido para cultivos realizados em pH inicial entre 6 e 7, e com razão C:N entre 30:1 e 50:1. Em tais condições a levedura foi capaz de acumular até 8 g/L de lipídeos com produtividade de até 0,82 g/L.dia. A composição do óleo microbiano obtido pela levedura revelou elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais correspondem a 99% de sua composição. O óleo apresentou um comportamento de fluido newtoniano com viscosidade de 39,3 cP à 50ºC, tendo um índice de acidez de 5,8±0,2 mgKOH/góleo e teor de ácido graxos de 1,93±0,08 %. / Currently, there is a search for renewable energy sources motivated mainly by environmental and strategic reasons, such as the concept of solutions for the development of fossil fuel use and a decrease of its reserves. Biodiesel has attracted increasing attention for its ability to replace diesel oil. Most of the biodiesel produced uses vegetable oils as raw material, which has as main disadvantages the seasonality and a competition in the use of agricultural land with a food production. An alternative capable of reducing the use of vegetable oils is the use of microbial oils, such as those produced by microalgae, fungi and yeasts. The lipids produced by yeasts are an interesting source of renewable raw material for biofuel production, because it is independent of climatic changes and seasonality, such as vegetable crops. In this way, the present study aims to contribute to the development of technologies of microbial oils production in heterotrophic cultures. In this sense, studies were developed to select yeasts capable of producing lipids having glycerol as substrate, as well as to establish the culture conditions more favorable for the production and accumulation of lipids by the selected yeast. For a selection of microorganisms assays were carried out aiming to compare five different yeasts (Cryptococcus curvatus Y-1511, Lipomyces starkeyi Y-27493, Rhodotorula glutinis Y-12905, Rhodosporidium toruloides Y-1091 and Rhodotorula mucilaginosa Y-27053). In this step it was verified that the five yeasts evaluated were able to consume substrate, grow and produce lipids during the cultures. Among the evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis Y-12905 and Cryptococcus curvatus Y-1511 has presented the highest volumetric lipid yields, reaching values between 0.20 and 0.23 g/L.day, respectively. Regarding the substrate consumption capacity, R. glutinis stood out in relation to other yeasts, being able to consume about 59% of glycerol after 120 hours of cultivation. Due to its high capacity for assimilation of glycerol and presenting one of the highest volumetric productivities of lipids among evaluated yeasts, Rhodotorula glutinis was considered as one of the most promising for the obtaining of microbial oils from glycerol as substrate. In the assays performed with different oxygenation levels, it was verified that higher oxygen availability higher the volume of lipids, cell growth and glycerol consumption. In the nutritional composition evaluation it was observed that the organic nitrogen source, such as yeast extract and peptone are essential for the production process of microbial oils together with MgSO4.7H2O. When these nutrients were presents in combination, concentrations of 4.4 g/L lipids and productivity of 0.43 g/L.day were obtained. In the evaluation of the influence of the initial pH and the carbon/nitrogen ratio (C:N), it was verified that the accumulation of lipids by yeast is favored for the cultures at initial pH between 6 and 7, and with C:N ratio between 30:1 and 50:1. In such conditions, it was obtained by yeast 8 g/L of lipids and volumetric productivity of 0.82 g/day. The composition of the microbial oil obtained by the yeast revealed high levels of palmitic (C16:0), stearic (C18:0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which correspond to 99% of composition. The oil exhibited a Newtonian fluid behavior and a viscosity of 39.3 cP at 50 °C, having an acid number of 5.8 ± 0.2 mgKOH/goil and a fatty acid content of 1.93 ± 0.08%.

A enzima L-asparaginase é responsável por converter o aminoácido L-asparagina em ácido L-aspártico e amônio. Esta enzima possui importantes aplicações, principalmente na indústria farmacêutica, onde é empregada como um fármaco antileucêmico e na indústria de alimentos, como uma forma de mitigar a formação de acrilamida, um composto altamente tóxico, formado em alguns alimentos processados a altas temperaturas. Leveduras destacam-se como micro-organismos importantes para a produção da Lasparaginase, uma vez que possivelmente produzem enzimas com menores efeitos colaterais para humanos e são, em geral, organismos GRAS, sem restrições de aplicação na indústria de alimentos. O presente trabalho avaliou metodologias de seleção de novas leveduras produtoras de L-asparaginase, selecionando aquelas capazes de produzir destacadas quantidades desta enzima a partir de um banco contendo 40 cepas e verificando aspectos da sua produção. Foram empregadas metodologias de seleção de leveduras em meio sólido e em meio líquido, avaliando-se a aplicabilidade da quantificação da atividade enzimática pelo método de Nessler e pelo método da hidroxilamina. A produção de L-asparaginase foi posteriormente confirmada por cromatografia em camada delgada. As leveduras selecionadas foram avaliadas quanto à influência dos aminoácidos L-asparagina, L-prolina e L-glutamina como indutores na produção de L-asparaginase e quanto à cinética de produção enzimática. De acordo com os resultados, nenhuma das leveduras foi capaz de produzir L-asparaginase extracelular. Entretanto, duas novas leveduras, até então não citadas na literatura pertinente como produtoras de Lasparaginase, foram capazes de produzir L-asparaginase periplasmática: Issatchenkia orientalis e Rhodotorula glutinis. Verificou-se, também, que a metodologia de screening em meio sólido não foi correlacionável com a produção de L-asparaginase em meio líquido por leveduras. Foi necessária a adição de moléculas indutoras ao meio de cultivo, como os aminoácidos L-asparagina, L-prolina e L-glutamina, para que houvesse produção de Lasparaginase pelas leveduras I. orientalis e R. glutinis. Verificou-se a maior produção de L-asparaginase periplasmática em meio suplementado com L-asparagina e nitrato de amônio para a levedura I. orientalis (20,38 ± 3,55 U.g-1) e em meio suplementado com Lprolina para a levedura R. glutinis (57,05 ± 0,57 U.g-1). Durante os ensaios de cinética, verificou-se que a produção da enzima ocorreu principalmente durante a fase logarítmica do crescimento microbiano, observando-se também estabilidade da atividade enzimática durante as 144 horas do cultivo. Os resultados obtidos no presente trabalho permitiram verificar a viabilidade das metodologias de seleção de novas leveduras produtoras de Lasparaginase bem como selecionar, com sucesso, duas novas leveduras capazes de produzir a enzima L-asparaginase periplasmática, I. orientalis e R. glutinis, determinando aspectos importantes da sua produção em meio líquido. / L-asparaginase is the enzyme responsible for converting the amino acid L-asparagine into L-aspartic acid and ammonium. This enzyme has important applications, mainly in the pharmaceutical industry, where it is used as an antileukemic drug, and in the food industry, as a treatment for mitigating the formation of acrylamide, a highly toxic compound produced in some foods exposed to high temperatures. Yeasts are highlighted as important microorganisms for the production of L-asparaginase since they are capable of producing enzymes with fewer side effects for humans and are, in general, GRAS organisms, being applicable in the food industry without restrictions. This study evaluated screening methods for selecting new yeasts capable of producing L-asparaginase, selecting those capable of producing high amounts of this enzyme from a culture collection containing 40 strains, also verifying aspects of enzyme production. Methods for screening L-asparaginase producing organisms in solid and liquid medium were tested, evaluating the applicability of Nessler and hydroxylamine methods as means for enzyme activity quantification. The production of L-asparaginase was later confirmed through thin layer chromatography. The selected yeasts were evaluated to confirm the influence of the amino acids L-asparagine, L-proline and L-glutamine as inducers in the production of L-asparaginase, and the kinetics of Lasparaginase production were also evaluated. According to the results, none of the assessed yeasts were able to produce extracellular L-asparaginase. However, two novel yeasts, so far not cited in the pertinent literature as L-asparaginase producers, were able to produce periplasmic L-asparaginase: Issatchenkia orientalis and Rhodotorula glutinis. Tests also verified that the screening methods in solid medium did not correlate with the production of L-asparaginase in liquid medium by yeasts. It was necessary to add inducing molecules, such as the amino acids L-asparagine, L-proline and L-glutamine, to stimulate L-asparaginase production by the yeasts I. orientalis and R. glutinis. The highest production of periplasmic L-asparaginase was obtained in liquid medium supplemented with Lasparagine and ammonium nitrate for the yeast I. orientalis (20,38 ± 3,55 U.g-1) and in medium supplemented with L-proline for the yeast R. glutinis (57,05 ± 0,57 U.g-1). The production kinetics assay verified that the production of the enzyme took place mainly during the log phase of microbial growth, being stable after144 hours of cultivation. The results presented in this study were able to confirm the viability of the methods for the screening of novel L-asparaginase producing yeasts as well as to select two novel yeasts able to produce this enzyme, I. orientalis and R. glutinis, determining some important aspects in L-asparaginase production in liquid medium.

Thesis (M.S.)--University of Delaware, 2009. / Principal faculty advisors: Thomas M. Church and Thomas E. Hanson, College of Earth, Ocean & Environment. Includes bibliographical references.

Rhodotorula (Rhodosporidium) toruloides is an oleaginous basidiomycete yeast with great biotechnological potential. Capable of accumulating lipid up to 76 % of its dry biomass and well suited to the metabolism of lignocellulosic hydrolysate, it is a good candidate for production of advanced biofuels as well as a host of other potential roles in industry. However, molecular genetic tools for manipulation of this yeast are lacking and its high genomic GC content can make routine cloning difficult. Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of R. toruloides CBS 14 was demonstrated, and plasmid vectors were developed for transformation of R. toruloides, including elements for Saccharomyces cerevisiae in-yeast assembly. In-yeast assembly is robust to the manipulation of GC-rich DNA and of large plasmids. Using these vectors and an EGFP reporter, a screen to identify inducible promoters was performed, and promoters from the genes NAR1, ICL1, CTR3, and MET16 identified. These promoters have independent induction/repression conditions and different levels and rates of induction. Minimal inducible promoters were determined, which are as small as 200 bp. As well as showing tight regulation of the EGFP marker, the NAR1 promoter was able to drive conditional rescue of a leu2 mutant strain. In parallel, as a proof of principle for production of advanced biofuels, hydrocarbon biosynthesis pathways were expressed in R. toruloides and analysed by GC-MS. After co-expression of Synechococcus elongatus fatty acyl-ACP reductase and fatty aldehyde decarbonylase, and E. coli ferredoxin and ferredoxin reductase, production of the alkane heptadecane was observed. To increase the availability of free fatty acids (FFA) for production of hydrocarbons by other pathways, Thermomyces lanuginosus lipase 2 was expressed, resulting in a 1.3-fold increase in the concentration of FFAs.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / O aumento da produÃÃo de biodiesel tem causado um aumento repentino na produÃÃo de glicerol residual, criando um excesso desse produto no mercado. O glicerol pode ser utilizado como fonte de carbono em processos biotecnolÃgicos, incluindo a produÃÃo de carotenoides. Os carotenoides microbianos tÃm sido estudados e seu potencial reconhecido ao longo dos anos. O gÃnero Rhodotorula à conhecido por sua capacidade de biossintetizar carotenoides, tais como β-caroteno, toruleno e torularrodina, em diferentes proporÃÃes. Este gÃnero tem sido estudado devido a seu potencial para produÃÃo industrial de carotenoides, uma vez que oferecem vantagens sobre os outros gÃneros em termos de taxa de crescimento elevada e uso de substratos de baixo custo. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi demonstrar a aplicabilidade do glicerol bruto como fonte de carbono na produÃÃo de pigmentos carotenoides por linhagens do gÃnero Rhodotorula atravÃs de fermentaÃÃo submersa. O meio de cultura utilizado nos processos fermentativos apresentou a seguinte composiÃÃo em (g.L-1): glicerol: 20,0; extrato de levedura: 1,0; K2HPO4: 1,0; (NH4)2SO4: 5,0 e MgSO4.7H2O: 0,5. Para tanto foram preparados 100 mL de meio, inoculados com 0,1 g.L-1 massa seca, e incubado a 30ÂC, 150 rpm por 24 h em agitador orbital. Posteriormente o meio fermentado foi transferido para um frasco de 2L contendo 400 mL de meio e incubado por 48 horas. O meio de cultura contendo 500 mL foi utilizado para inocular o fermentador, onde o crescimento prosseguiu por 240 horas a uma taxa de aeraÃÃo de 1,0 vvm-1. As amostras foram retiradas em intervalos regulares de 24 horas para determinaÃÃo de biomassa, glicerol, produtividade, cromaticidade a* e carotenoides. ApÃs os testes preliminares da investigaÃÃo, selecionaram-se trÃs linhagens do gÃnero Rhodotorula (R. lactosa CCT 2057, R. glutinis URM 5724 e R. aurantiaca URM 5726) capazes de produzir biomassa e sintetizar carotenoides atravÃs do glicerol P.A como fonte de carbono. Ensaios de aumento volumÃtrico do meio de fermentaÃÃo realizados com Rhodotorula mucilaginosa CMIAT 164 e Rhodotorula aurantiaca URM 5726 compararam o desempenho de glicerol bruto e P.A na produÃÃo de biomassa. Os testes em Erlenmeyers de 2 L revelaram o melhor desempenho de glicerol bruto na produÃÃo de biomassa rica em carotenoides, registrando-se 6,2  0,1 g.L-1 nos cultivos com Rhodotorula mucilaginosa CMIAT 164 e produtividade em biomassa de 0,069  0,007 g.L-1.h-1 utilizando glicerol bruto como fonte de carbono. No teste de inÃculo realizado em biorreator, selecionaram-se os tempos de 48 horas de fermentaÃÃo (fase exponencial) e 120 horas (fase estacionÃria) para as duas cepas. Nas fermentaÃÃes realizadas em biorreatores de 3 L com Rhodotorula mucilaginosa CMIAT 164 empregando o glicerol bruto como fonte carbono, observou-se que a inoculaÃÃo da suspensÃo proveniente de um cultivo de 48 h de propagaÃÃo influenciou maiores valores de produÃÃo de biomassa (6,35  0,3 g.L-1) e produtividade (0,080  0,004 g.L-1h-1). Os testes em biorreatores tambÃm revelaram que a temperatura de incubaÃÃo de 30 ÂC e controle do pH em 6 foram as melhores condiÃÃes para a sÃntese de biomassa e carotenoides. Os cultivos mantidos a 30 ÂC registraram 6,5  0,3 g.L-1 de biomassa e 0,546  0,02 mg.g-1 de carotenoides. As fermentaÃÃes mantidas em pH 6 apresentaram os maiores valores de produÃÃo de carotenoides (0,576  0,02 mg.g-1). O aumento da concentraÃÃo do inÃculo e as estratÃgias de alimentaÃÃo do biorreator, nas condiÃÃes avaliadas, nÃo impactaram consideravelmente no aumento da produÃÃo de biomassa e carotenoides por R. mucilaginosa CMIAT 164. / The increased production of biodiesel has caused a sudden increase in the production of glycerol, creating an excess of this product on the market. Glycerol can be used as biotechnological processes carbon source, including the carotenoids production. The microbial carotenoids have been studied and its potential recognised over the years. The genus Rhodotorula is renowned for its ability to biossintetizar carotenoids, such as β-carotene, toruleno and torularhodin, in different proportions. This genus has been studied due to their potential for industrial production of carotenoids, once that offer advantages over other genres in terms of high growth rate and use of low cost substrates. In this context, the main objective of this work was to demonstrate the applicability of crude glycerol as a carbon source on production of carotenoids pigments for the genus Rhodotorula by submerged fermentation. The culture medium used in fermentation processes performed as follows in (g. L-1): glycerol: 20.0; yeast extract: 1.0; K2HPO4:1.0; (NH4) 2SO4:5.0 and 4.7 MgSO.H2O: 0.5. For both were prepared 100 mL of medium, inoculated with 0.1 g L-1 dry mass, and incubated at 30 C, 150 rpm for 24 hours in orbital shaker. Subsequently the fermented medium was transferred to a 2 L bottle containing 400 mL and incubated for 48 hours. The culture medium containing 500 mL was used to inoculate the fermentor, where growth continued for 240 hours under aeration rate of 1.0 vvm-1. The samples were taken at regular intervals of 24 hours for determination of biomass, glycerol, productivity, the chromaticity a* and carotenoids. After the preliminary tests of research, selected three strains of Rhodotorula genus (R. lactosa CCT 2057, R. glutinis URM 5724 e R. aurantiaca URM 5726) capable of producing biomass and synthesize carotenoids via glycerol. Testing of volumetric expansion of the fermentation medium with Rhodotorula mucilaginous CMIAT 164 and Rhodotorula aurantiaca 5726 URM compared the performance of raw glycerol and biomass production. In tests of 2 L Erlenmeyer flasks revealed the best performance of crude glycerol in the production of biomass rich in carotenoids, registering 6.2  0.19 g.L-1 in Rhodotorula mucilaginous CMIAT 164 crops and biomass productivity of 0.069  0.007 g.L-1.h-1 using crude glycerol as a carbon source. Inoculum test held in bioreactor, selected the times of 48 hours of fermentation (exponential phase) and 120 hours (stationary phase) for the two strains. In the fermentations conducted in 3 L bioreactors with Rhodotorula mucilaginous CMIAT 164 employing crude glycerol as carbon source, it was observed that the inoculation of the suspension from a 48 h culture propagation influenced higher biomass production values (6.35  0.3 g L-1) and productivity (0.080  0.004 g.L-1.h-1). The tests also revealed that the bioreactors in incubation temperature of 30 ÂC and pH control in 6 were the best conditions for the synthesis of biomass and carotenoids. The cultures kept at 30 ÂC registered biomass 6.5  0.3 g.L-1 and 0.546  0.02 mg.g-1 of carotenoids. Fermantations kept at pH 6 showed higher carotenoids production values (0.576  0.02 mg.g-1). Increase in the concentration of the inoculum and the feeding strategies of bioreactor, under the conditions evaluated no impact considerably on increasing the production of biomass and carotenoid by R. mucilaginosa CMIAT 164.