Seleção de leveduras produtoras de trealose e otimização da produção utilizando estrategias sequenciais de planejamento experimental

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Colla, Eliane
Data de Publicação: 2008
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1608405
Resumo: Orientador: Maria Isabel Rodrigues
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spelling Seleção de leveduras produtoras de trealose e otimização da produção utilizando estrategias sequenciais de planejamento experimentalScreening for trehalose producing yeasts and optimization of production following a sequential strategy of experimental designTrealose - ProduçãoLevedurasEstresse térmicoSubstratos industriaisPlanejamento experimentalTrehalose productionYeastsThermal stressRaw materialsExperimental designOrientador: Maria Isabel RodriguesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: A trealose é um agente natural de proteção em células de leveduras, fungos, bactérias, insetos e plantas, tendo sido indicada como componente essencial para a manutenção da viabilidade celular sob condições de estresse. Em função das diversas possibilidades de aplicação, especialmente em produtos de alto valor agregado como cosméticos e produtos farmacêuticos, onde pode exercer a função de estabilização e de proteção, a produção da trealose tem motivado inúmeras pesquisas. O objetivo principal deste trabalho foi selecionar leveduras potencialmente produtoras de trealose e otimizar as condições de produção utilizando meios de cultivo alternativos para a redução dos custos do processo. A primeira etapa consistiu na seleção de leveduras potencialmente produtoras de trealose, na qual foram testadas cepas isoladas de flores e frutos coletados no Cerrado (GO), Pantanal (MS), Floresta Amazônica (AM) e Mata Atlântica (SP), e também cepas isoladas de dornas de fermentação alcoólica de usinas produtoras de etanol do estado de São Paulo. A partir da gama de leveduras testadas, foram selecionadas duas cepas potencialmente produtoras de trealose, identificadas como Rhodotorula dairenensis e Rhodosporidium paludigenum, ambas isoladas de flores coletadas no bioma Cerrado. Na segunda etapa do estudo foi realizada a otimização do crescimento celular das leveduras citadas, uma vez que a trealose é um produto intracelular. Utilizou-se uma estratégia seqüencial de planejamento experimental, onde inicialmente foram avaliados os efeitos das concentrações de melaço, água de maceração de milho e extrato de levedura comercial Prodex Lac®, pH e temperatura de cultivo, sobre o crescimento celular de ambas leveduras, através de um planejamento fracionário. Posteriormente, um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) foi utilizado para a otimização das condições de crescimento celular. Para a levedura Rhodotorula dairenensis estas condições corresponderam a 50g/L de melaço e 50g/L de água de maceração de milho, temperatura de cultivo de 30ºC e pH inicial de 5,5, obtendo-se resultados de massa seca de aproximadamente 19 g/L. Para Rhodosporidium paludigenum a massa seca atingiu 31 g/L em meio de cultivo contendo 50 g/L de melaço e 140 g/L de água de maceração de milho, a 25ºC e pH inicial de 5,5. Nestas condições, realizou-se o estudo da produção da trealose sob condições de estresse térmico onde as variáveis estudadas foram a temperatura (33-47ºC) e o tempo de exposição (60-120 minutos) dos cultivos ao estresse térmico, pela técnica de DCCR. Ambas cepas estudadas foram negativamente afetadas pelo acréscimo da temperatura de estresse térmico dentro da faixa estudada. Em temperaturas superiores a 40ºC houve diminuição do crescimento celular e viabilidade celular e, conseqüentemente, dos resultados de trealose. Para a levedura Rhodotorula dairenensis, o máximo rendimento de trealose intracelular obtido foi de aproximadamente 18% (g trealose/100g massa seca) em condições de temperatura de 34 a 35ºC e 70 - 90 minutos para o tempo de exposição ao estresse térmico. A cepa Rhodosporidium paludigenum apresentou rendimentos de aproximadamente 14 a 16% (g trealose/100g massa seca) na faixa de temperatura entre 35 e 40ºC, em qualquer tempo de exposição na faixa estudada (60 - 120 minutos)Abstract: Trehalose is a natural cell-protecting agent that has been isolated and characterized from a large variety of plants, insects, fungi and bacteria, and many studies indicate that this disaccharide is an essential component for maintaining cell viability under stress conditions. Due to the potential application of trehalose, especially in cosmetics and pharmaceuticals fields, the interest of many research groups into the development of economically feasible production systems has increased in recent years. The present study reports on the screening for high trehalose production by yeasts and the optimization of the conditions for trehalose production using an industrial medium composed by molasses and corn steep liquor, to reduce costs of the cultivation medium. Initially, a technical screening was applied to select yeasts with a potential for trehalose production; strains isolated from pollen of flowers and fruits collected in different microhabitats in Brazil, and from alcoholic fermentation tanks were tested. Two potentially producing strains were selected and identified as Rhodotorula dairenensis and Rhodosporidium paludigenum, both isolated from flowers collected in Cerrado. Sequentially, a study for the cell growth optimization of the selected yeasts was performed, since trehalose is an intracellular product. A sequential strategy of experimental design was used; initially, the effects of the concentrations of sugar cane molasses, corn steep liquor and a commercial yeast extract Prodex Lac SD®, and of pH and temperature on the biomass were studied using a fractional design, which was followed by a central composite rotatable design (CCRD). For the yeast Rhodotorula dairenensis, the optimum values for cell growth were 50 g/L for the molasses and corn steep liquor concentrations, initial pH of 5.5 and temperature of 30 ºC, with no yeast extract, reaching values around 19 g/L for biomass. For the yeast Rhodosporidium paludigenum, biomass concentration obtained was 31 g/L in cultivation medium containing 50 g/L of molasses and 140g/L of corn steep liquor, initial pH of 5.5 and temperature of 25 ºC, with no yeast extract. Under these conditions, the production of trehalose was studied using a CCRD to optimize the temperature (33 to 47 ºC) and exposition time (60 to 120 minutes) of the cultures to the thermal stress. For both strains studied, the variable temperature presented a negative effect on trehalose accumulation, in the range studied. In conditions of temperature above 40 ºC there was a decrease of the cell growth and cell viability and, consequently, a decrease of trehalose yields. For the yeast Rhodotorula dairenensis the maximum intracellular trehalose content reached was 18% (g trehalose/100g dry cell) at temperatures of 34 and 35 ºC and between 70 and 90 min of exposition time to the thermal stress. For the strain Rhodosporidium paludigenum the statistical methodology led to maximum contents of intracellular trehalose in the range of 14 -16% (g trehalose/100g dry cell) under thermal stress temperatures of 35 - 40 ºC in all exposition time to the thermal stress in the range studiedDoutoradoDoutor em Engenharia de Alimentos[s.n.]Rodrigues, Maria Isabel, 1957-Kamimura, Eliana SetsukoDurrant, Lúcia ReginaTreichel, HelenAndrietta, Maria da Graça StupielloUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de AlimentosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASColla, Eliane2008info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf115 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1608405COLLA, Eliane. Seleção de leveduras produtoras de trealose e otimização da produção utilizando estrategias sequenciais de planejamento experimental. 2008. 115 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1608405. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/435921porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-06-07T09:40:32Zoai::435921Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-06-07T09:40:32Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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