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Previous issue date: 2008-03-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / The clavulanic acid (CA) is a powerful inhibitor of β-lactamases, enzymes that clives the β-
lactam ring of penicillins and cephalosporins, inactivating these compounds. CA is
traditionally produced by Streptomyces clavuligerus in batch and fed-batch cultivations.
Considering that the products of the catabolism of easily assimilable carbon source repress the
biosynthesis of secondary metabolites, including CA, its production in fed-batch mode is
preferable because the control of nutrient level can be performed. In the present work the
influence of glycerol and ornithine feeding on the clavulanic acid (CA) production by S.
clavuligerus in batch and fed-batch cultivations was studied. Batch and fed-batch cultivations
were performed at 800 rpm, 0.5 vvm and pH at 6.8. In batch experiments under different
concentrations of ornithine, the maximum concentration of CA was within of a closed range
between 0.46 and 0.56 g.L-1. Nevertheless, the maximum value of volumetric productivity in
CA (Ppmax=13.7 mg.L-1.h-1) was obtained in the experiment with ornithine at concentration of
0.66 g.L-1, a value that is 40% higher than the Ppmax obtained in run control without ornithine.
In fed-batch experiments in 5 L bioreactor, with different ornithine feeding conditions, the
maximum concentration of CA varied within the limited range of 1.254 and 1.405 g.L-1.
Therefore, under these experimental conditions, it can be concluded that the presence of
ornithine increases the Ppmax in CA but not its maximum concentration, contradicting
literature. The kinetic model considering non-associated production with CA degradation was
fitted to the experimental results of the batch and fed-batch cultivations. The experimental
results showed that the rate of production of CA and glycerol consumption, were directly
related, condition not predicted by model, besides, its negative effect on the AC production
after the feeding indicate a possible inhibition/repression effect of glycerol. With the model, it
was possible to simulate conditions that the cultivations should be performed with the
intention of obtaining larger production of AC. With respect to the influence of glycerol in
fed-batch experiments, in the presence of ornithine at the concentration of 3.7 g.L−1 in feeding
medium, the maximum CA concentration of 1.506 g.L-1 was obtained in the run BA7 showing
a positive effect of the combination ornithine/glycerol in the biosynthesis of CA. In fed-batch
experiments in 10-L bioreactor, with different ornithine feeding conditions, the maximum
concentrations of CA were near of 1.6 g.L-1, validating the results obtained in 5-L bioreactor. / O ácido clavulânico (AC) é um potente inibidor de enzimas β-lactamases que clivam o anel β-
lactâmico de antibióticos como penicilinas e cefalosporinas, tornando esses compostos
inativos. O AC é tradicionalmente produzido por Streptomyces clavuligerus em cultivos
operados em batelada (B) e em batelada alimentada (BA). Pelo fato dos produtos do
catabolismo de fontes de carbono facilmente assimiláveis acabarem por reprimir as enzimas
responsáveis pela biossíntese de metabólitos secundários, entre os quais se inclui o AC, a
produção em BA é preferível, uma vez que torna possível controlar os níveis de nutrientes no
caldo. No presente trabalho foi estudado a influência da alimentação de glicerol e ornitina na
produção de ácido clavulânico (AC) por S. clavuligerus em cultivos em batelada e batelada
alimentada operados a 800 rpm, 0,5 vvm e pH 6,8. Nos experimentos em batelada com
diferentes concentrações de ornitina, as concentrações máximas de AC obtidas variaram na
estreita faixa entre 0,46 e 0,56 g.L-1. Contudo, o valor máximo da produtividade volumétrica
em AC (Ppmax=13,7 mg.L-1.h-1) obtida no experimento com concentração de ornitina de 0,66
g.L-1, foi 40% superior que o valor de Ppmax obtido no cultivo padrão sem adição de ornitina.
Nos experimentos em batelada alimentada operados em biorreator de 5L, com diferentes
concentrações de ornitina na alimentação, a concentração de AC variou entre 1,254 e 1,405
g.L-1. Portanto, sob as condições experimentais utilizadas, pode-se concluir que a presença de
ornitina proporciona aumentos na Ppmax em CA, mas não sua produção máxima, contrariando
trabalhos publicados recentemente na literatura. Um modelo cinético para produto não
associado ao crescimento considerando degradação do AC foi ajustado aos resultados
experimentais dos cultivos em batelada e batelada alimentada, a partir do qual foi possível
simular condições que se deveria conduzir os cultivos em batelada alimentada com o intuito
de se obter maior produção de AC. Com respeito à influência do glicerol na presença de
ornitina no meio de alimentação numa concentração de 3,7 g.L−1, a concentração máxima de
AC de 1,506 g.L-1 foi obtida no cultivo BA7 mostrando o efeito positivo da combinação
ornitina/glicerol na biossíntese de AC. Nos experimentos em BA em biorreator de 10 L, com
diferentes alimentações de ornitina, as produções máximas de AC foram próximas, em torno
de 1,6 g.L-1, validando os resultados obtidos em escala de 5 L. Como principal conclusão, a
presença de ornitina aumentou a produtividade volumétrica máxima em AC (Ppmax), mas não
sua produção máxima, contrariando resultados anteriores publicados em literatura.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3857 |
| Date | 26 March 2008 |
| Creators | Teodoro, Juliana Conceição |
| Contributors | Badino Júnior, Alberto Colli |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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