Μελέτη και επιλογή ελαιογόνων ζυμών που παράγουν μικροβιακά έλαια σε διάφορες ανανεώσιμες πρώτες ύλες

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη ενός μεγάλου αριθμού ζυμών ως προς την ικανότητά τους να αφομοιώνουν διάφορες πηγές άνθρακα. Οι υπο εξέταση μικροοργανισμοί ήταν στελέχη του Yarrowia lipolytica, είδη του γένους Rhodotorula, Rhodosporidium, Cryptococcus, Debaryomyces καθώς και οι μικροοργανισμοί Lipomyces starkeyi, Schizosaccharomyces octosporus και Metschnikowia poulcherima, οι οποίοι εξετάστηκαν ως προς την αφομοίωση 9 διαφορετικών πηγών άνθρακα: αραβινόζη, γαλακτόζη, γαλακτουρονικό οξύ, N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνη, μαννόζη, ξυλόζη, ραμνόζη, σακχαρόζη και φρουκτόζη. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του πειράματος τα στελέχη Yarrowia lipolytica στην πλειοψηφία τους ήταν ικανά να αφομοιώνουν μαννόζη, σακχαρόζη και φρουκτόζη. Αντιθέτως, η ανάπτυξή τους δεν ευνοήθηκε από τις πηγές άνθρακα αραβινόζη, γαλακτόζη, ξυλόζη, ραμνόζη και γαλακτουρονικό οξύ, ενώ εμφάνισαν ασθενή ανάπτυξη όταν χρησιμοποιήθηκε N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνη. Οι μικροοργανισμοί του γένους Rhodosporidium και Rhodotorula αφομοίωσαν τα σάκχαρα μαννόζη, σακχαρόζη και φρουκτόζη, ενώ δεν ήταν σε θέση να αφομοιώσουν αραβινόζη, γαλακτόζη, ξυλόζη, ραμνόζη και γαλακτουρονικό οξύ. Επίσης, παρουσίασαν ασθενή ανάπτυξη όταν η κύρια πηγή άνθρακα ήταν η N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνη. Οι μικροοργανισμοί του γένους Cryptococcus, Debaryomyces και Metschnikowia εμφάνισαν ικανοποιητική ανάπτυξη παρουσία N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνης, σε αντίθεση με τις ζύμες Lipomyces starkeyi DSM 70296 και Schizosaccharomyces octosporus, οι οποίοι δεν αναπτ΄θχθηκαν παρουσία αυτής. Ιδιαίτερο, δε, ενδιαφέρον παρουσίασαν οι μικροοργανισμοί Rhodosporidium kratochvilovae EMBT Y-43 και Rhodosporidium toruloides DSM 4444 οι οποίοι αφομοίωσαν γαλακτουρονικό οξύ. Στη συνέχεια της μελέτης επιλέχθηκαν πραγματοποιήθηκαν υγρές ζυμώσεις χρησιμοποιώντας την γλυκόζη ως πηγή άνθρακα. Το υπόστρωμα είχε υψηλό λόγο C/N έτσι ώστε να κατευθυνθεί ο μεταβολισμός προς την παραγωγή λίπους με σκοπό να επιλεχθούν ελαιογόνες ζύμες για το τελικό στάδιο της πειραματικής μελέτης. Τα αποτελέσματα των ζυμώσεων σε υπόστρωμα γλυκόζης προς παραγωγή μικροβιακών λιπιδίων, έδειξαν ότι στους ελαιογόνους μικροοργανισμούς μπορούν να καταταχθούν οι μικροοργανισμοί Rhodosporidium toruloides DSM 4444, Rhodosporidium toruloides Y-27012, Rhodosporidium kratochvilovae Y-43, Rhodotorula glutinis YB252, Cryptococcus curvatus ATCC 20509, Lipomyces starkeyi DSM 70296 των οποίων η λιποπεριεκτικότητα είναι μεγαλύτερη του 17%. Επίσης, οι μικροοργανισμοί iii Cryptococcus curvatus Y-1511 και Cryptococcus uzbekistanensis Y-44 παρουσίασαν λιποσυσσώρευση της τάξεως του 13 και 14%. Τέλος, μελετήθηκε η δυνατότητα παραγωγής μικροβιακού λίπους των Rhodosporidium toruloides DSM 4444 και Cryptococcus curvatus ATCC 20509 κατά την υγρή καλλιέργειά τους σε υπόστρωμα που περιείχε ως κύρια πηγή άνθρακα γαλακτουρονικό οξύ ή N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνη. Η ζύμη Rhodosporidium toruloides DSM 4444 παρουσίασε 5,1 % λιποπεριεκτικότητα παρουσία N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνης και 4,5 % σε υπόστρωμα γαλακτουρονικού οξέος. Παρόμοια αποτελέσματα όσον αφορά στην παραγωγή λίπους είχε και η καλλιέργεια της ζύμης Cryptococcus curvatus ATCC 20509 η οποία παρουσίασε λιποπεριεκτικότητα 3,5 % και 5,1 % παρουσία N-ακέτυλο-D-γλυκοζαμίνης και γαλακτουρονικού οξέος, αντίστοιχα.

The purpose of this thesis was to study a large number of yeasts in their ability to assimilate various carbon sources. Microorganisms tested include strains of Yarrowia lipolytica, species of the genus Rhodotorula, Rhodosporidium, Cryptococcus, Debaryomyces and the yeasts Lipomyces starkeyi, Schizosaccharomyces octosporus and Metschnikowia poulcherima, who were examined for the assimilation of 9 different carbon sources namely: arabinose, galactose, galacturonic acid, N-acetyl-D-glucosamine, mannose, xylose, rhamnose, sucrose and fructose. According to the results the majority of Yarrowia lipolytica strains seem to assimilate mannose, sucrose and fructose. Also, their growth is not favored by carbon sources arabinose, galactose, xylose, rhamnose and galacturonic acid, while showing weak growth in source N-acetyl-D-glucosamine. In contrast, their growth is not favored by arabinose, galactose, xylose, rhamnose and galacturonic acid, while showing weak growth in source N-acetyl-D-glucosamine. Rhodosporidium and Rhodotorula yeasts seem to assimilate mannose, sucrose and fructose, but their growth is not favored by the presence of arabinose, galactose, xylose, rhamnose and galacturonic acid in the substrate, while showing weak growth when the primary carbon source was N-acetyl-D-glucosamine. Cryptococcus microorganisms, Debaryomyces and Metschnikowia seem to assimilate N-acetyl-D-glucosamine, unlike Lipomyces starkeyi and Schizosaccharomyces octosporus. Of special interest are microorganisms Rhodosporidium kratochvilovae EMBT Y-43 and Rhodosporidium toruloides DSM 4444 which assimilated galacturonic acid. Then liquid fermentations took place using glucose as a carbon source so the direct metabolism be directed to lipid accumulation and oleaginous yeasts could be selected for the final stage, which included liquid fermentations using carbon sources examined during the first stage. According to the glucose fermentation results, within oleaginous yeasts Rhodosporidium toruloides DSM 4444, Rhodosporidium toruloides Y-27012, Rhodosporidium kratochvilovae Y-43, Rhodotorula glutinis YB252, Cryptococcus curvatus ATCC 20509 and Lipomyces starkeyi DSM 70296 can be classified, whose lipid content is higher than 17% and marginally Cryptococcus curvatus Y-1511 and Cryptococcus uzbekistanensis Y-44 whose lipid content is 13 και 14% respectively. Finally, microbial oil production using galacturonic acid and N-acetyl-D-glucosamine as subtrates, showed Rhodosporidium toruloides DSM 4444 and Cryptococcus curvatus ATCC v 20509. More specifically, Rhodosporidium toruloides DSM 4444 showed lipid content of 5,12 % using N-acetyl-D-glucosamine as carbon source and 4,53% using galacturonic acid, while Cryptococcus curvatus ATCC 20509 showed a lipid content of 3,48% and 5,05% respectively.