Παραγωγή βιοτεχνολογικών προϊόντων κατά την αύξηση ευκαρυωτικών μικροοργανισμών σε υποστρώματα με βάση λιγνοκυτταρινούχα σάκχαρα και την ακάθαρτη γλυκερόλη

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας μελέτης ήταν η αξιολόγηση της δυνατότητας παραγωγής μικροβιακού λίπους από λιγνοκυτταρινούχα υποστρώματα (συγκεκριμένα ξυλόζη), την ακάθαρτη γλυκερόλη (και συνυποστρώματα αυτών), το οποίο δυνητικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για την παραγωγή πρόσθετων στα τρόφιμα υψηλής διατροφικής και φαρμακευτικής αξίας, είτε για την παραγωγή βιοντήζελ. Η παραγωγή μικροβιακού λίπους στηρίχτηκε στην αξιοποίηση στελεχών ζυμομύκητων Rhodosporidium toruloides, Candida oleophila, Cryptococcus curvatus, Metschnikowia pulcherima, Yarrowia lipolytica σε διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις των παραπάνω θρεπτικών υποστρωμάτων σε πειράματα ανακινούμενων κωνικών φιαλών υγρής ζύμωσης. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης αναλύθηκαν ποσοτικά οι κινητικές των συγκεντρώσεων: α) αναγόντων σακχάρων-ξυλόζη (με την μέθοδο DNS), β) μικροβιακής μάζας, γ) μικροβιακού λίπους, δ) κιτρικού οξέος και ε) ενδοπολυσακχαριτών (IPS). Επιλεγμένα δείγματα λίπους υπόκειντο σε μεθυλεστεροποίηση, ώστε να μετατραπούν σε πτητικά (FAME) λιπαρά οξέα κι έτσι να καταστεί δυνατός ο ποιοτικός προσδιορισμός τους με GC-FID. Από τα πειράματα τα οποία εκτελέστηκαν, διαπιστώθηκαν ποσότητες ξυλιτόλης 6-7 g/L από το θρεπτικό υπόστρωμα που είχε ως μόνη πηγή άνθρακα την ξυλόζη (με αρχική συγκέντρωση 60 g/L) σε διάφορα στελέχη του Yarrowia lipolytica. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι στην περίπτωση συνυποστρώματος, σε θρεπτικό μέσο με ξυλόζη και ακάθαρτη γλυκερόλη, αρχικής συγκέντρωσης 60 g/L, οι μικροοργανισμοί Candida oleophila ATCC 20177, Rhodosporidium toruloides DSM 4444 και Cryptococcus curvatus ATCC 20509 έδειξαν να καταναλώνουν πολύ πιο γρήγορα την ξυλόζη δείχνοντας την προτίμηση την οποία έχουν όταν βρεθούν και τα δύο στο ίδιο θρεπτικό υπόστρωμα. Συγκεκριμένα για το μικροοργανισμό Candida oleophila ATCC 20177 παρατηρήθηκαν μεγαλύτερες αποδόσεις για την παραγωγή μικροβιακής μάζας και μικροβιακού λίπους στην γλυκερόλη με Yx/s= 0,420 g/g και YL/X= 0,203 g/g.Αντίστοιχα, η ζύμη Cryptococcus curvatus ATCC 20509 παρουσιάστηκε καλύτερη ως προς την παραγωγή μικροβιακού λίπους στην ξυλόζη με συντελεστή παραγωγής μικροβιακού λίπους YL/X=0,203 g/g, αντίθετα αποδοτικότερο ως προς την παραγωγή βιομάζας παρουσιάστηκε στην γλυκερόλη με συντελεστή απόδοσης Yx/Glol= 0,532 g/g. Ο μικροοργανισμός Rhodosporidium toruloides DSM 4444 παρουσιάστηκε αποδοτικό σε όλα τα υποστρώματα μας αλλά φάνηκε αποδοτικότερο ως προς την παραγωγή μικροβιακού λίπους στην γλυκερόλη με συντελεστή παραγωγής μικροβιακού λίπους επί ξηράς ουσίας YL/X=0,253 g/g καθώς και στην παραγωγή μικροβιακής μάζας με συντελεστή απόδοσης μικροβιακής μάζας επι του καταναλωθέν υποστρώματος Yx/Glol= 0,337 g/g.

Aim of the present study was to evaluate the possibility of microbial oil production from lignocellulosic substrates and crude glycerol , which potentially can be used either for the production of additives in food of high nutritional and medicinal value, either for the production of biodiesel. The microbial production of single cell oil was based on exploiting yeast strains Rhodosporidium toruloides, Candida oleophila, Cryptococcus curvatus, Metschnikowia pulcherima, Yarrowia lipolytica at different initial concentrations of these nutrients in substrates experiment on shakeflasks liquid fermentation. During the liquid fermentation we analyzed the kinetics of concentrations

:

a) sugars D-xylose (with the method DNS), b ) the microbial mass, c) microbial cell oil, d) citric acid and e) polysaccharides (IPS). Selected samples of single cell oil were analysed to methylesterification

to turn volatile (FAME) and thus enable the identification with GC-FID. From the experiments performed, detected amounts of xylitol 6-7 g / L of those that had as sole carbon source xylose (with initial concentration of 60 g/L) in various strains of Yarrowia lipolytica. Also , it was found that in the case cosubstrate , in medium with xylose and crude glycerol, at initial total concentration 60 g/L, microorganisms Candida oleophila ATCC 20177, Rhodosporidium toruloides DSM 4444 and Cryptococcus curvatus ATCC 20509 showed to consume much faster xylose showing preference which they have when they are both in the same substrate.More specifically for the microorganism Candida oleophila ATCC 20177 were observed higher yields for the production of microbial mass and microbial cell oil in raw glycerol with Yx/s = 0,420 g / g and Y Also, on yeast Cryptococcus curvatus ATCC 20509 presented better production of microbial cell oil in xylose with yield Y = 0,203 g/g, on the other hand for the microbial biomass production occurred in glycerol yield rate Y L/X = 0,532 g/g. The microorganism Rhodosporidium toruloides DSM 4444 presented very impressive yields in all substrates but seemed more efficient for the production of microbial cell oil in glycerol with production rate of microbial cell oil Y X/Glol = 0,253 g/g and the production of microbial mass yield rate of microbial mass on the spent substrate Y = 0,337 g/g.

L/X = 0,203 g/g. L/X X/Glol