Επίδραση διαφόρων πηγών άνθρακα στην σύσταση λιπιδίων και δευτερογενών μεταβολικών προϊόντων της ζύμης Rhodosporidium toruloides

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της ικανότητας της ελαιογόνου ζύμης Rhodosporidium toruloides να μεταβολίζει διαφορετικές πηγές άνθρακα προς παραγωγή βιομάζας, ενδοπολυσακχαριτών και λιπιδίων, καθώς και η επίδραση της εκάστοτε πηγής άνθρακα στη σύσταση των λιπαρών οξέων τα οποία αποτελούν το πρόδρομο στάδιο για την παραγωγή 2ης γενιάς βιοντίζελ. Στα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιήθηκε το στέλεχος Rhodosporidium toruloides NRRL Y-27012. Οι πηγές άνθρακα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η γλυκόζη, η γλυκερόλη, η μαννόζη, η ξυλόζη, η αραβινόζη και η γαλακτόζη. Όλες οι ζυμώσεις έλαβαν χώρα σε περιοριστικές σε άζωτο συνθήκες. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν καλλιέργειες βυθού σε κωνικές φιάλες Erlenmeyer των 250 mL, χρησιμοποιώντας κάθε φόρα μία από τις πηγές άνθρακα που προαναφέρθηκαν με αρχική συγκέντρωση 60 g L-1 .Οι συνθήκες όλων των ζυμώσεων ήταν pH= 5.5±0.2, σε σταθερές συνθήκες ανάδευσης 180±5 rpm και θερμοκρασίας στους 28±1 °C. Ως πηγές αζώτου χρησιμοποιήθηκαν πεπτόνη 1 g L-1 και yeast extract σε συγκέντρωση 2 g L-1. Σε όλες τις παραπάνω ζυμώσεις πραγματοποιήθηκε ο ποσοτικός προσδιορισμός της ξηρής βιομάζας, των ενδοπολυσακχαριτών, καθώς και του παραγόμενου μικροβιακού λίπους. Το παραγόμενο λίπος ύστερα από μεθυλεστεροποίηση που πραγματοποιήθηκε οδηγήθηκε για ανάλυση στον αέριο χρωματογράφο. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε διαχωρισμός των λιπιδίων στα κλάσματα τους (ουδέτερα, σφιγγο-γλυκολιπίδια, φωσφολιπίδια) και στη συνέχεια έλαβε χώρα ο ποσοτικός και ποιοτικός προσδιορισμός των λιπαρών οξέων τους. Συνοψίζοντας, η ζύμωση που πραγματοποιήθηκε με υπόστρωμα τη γλυκερόλη οδήγησε σε αξιοσημείωτη παραγωγή βιομάζας και ενδοκυτταρικού λίπους. Η βιομάζα έφθασε τα 21.0 g L-1 και το λίπος τα 8.57 g L-1. Σε όλες τις ζυμώσεις τα ποσοστά των παραγόμενων ενδοπολυσακχαριτών μειώνονταν κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, ενώ το μέγιστο ποσοστό παρατηρήθηκε στη ζύμωση με υπόστρωμα τη γλυκόζη με 26.0%. Με τη βοήθεια της αέριας χρωματογραφίας βρέθηκε ότι το μικροβιακό λίπος που παράχθηκε αποτελούνταν από τα ακόλυθα λιπαρά οξέα: Μυριστικό οξύ (C14:0), Παλμιτικό οξύ (C16:0), Παλμιτελαϊκό οξύ (Δ9C16:1), Στεατικό οξύ (C18:0), Ελαϊκό οξύ (Δ9C18:1) και το Λινελαϊκό οξύ (Δ9, 12C18:2). Κυρίαρχο λιπαρό οξύ σε όλες τις ζυμώσεις αποτέλεσε το Ελαϊκό οξύ (Δ9C18:1). Για όλες τις ζυμώσεις τα κλάσματα των λιπιδίων είχα την εξής κατανομή: ουδέτερα λίπη σε ποσοστό 80%, σφιγγο-γλυκολιπίδια σε ποσοστό 15% και φωσφολιπίδια σε ποσοστό μόλις 5%.

The aim of the present study is to investigate the ability of Rhodosporidium toruloides to metabolize different carbon sources in order to produce biomass, intracellular polysaccharide and lipids, as well as the effect of each carbon source on the composition of fatty acids, which are precursors substances for the production of 2nd generation biodiesel.The strain Rhodosporidium toruloides NRRL Y-27012 was used in the experiments. The carbon sources used were glucose, glycerol, mannose, xylose, arabinose and lactose. All fermentations conducted in nitrogen-limiting conditions, in submerged cultures were carried out in 250 mL Erlenmeyer flasks, using each of the above mentioned carbon sources at an initial concentration of 60 g L-1. All fermentations were carried out in the same conditions (pH= 5.5±0.2, 180±5 rpm, 28±1 °C). As carbon sources used peptone 1 g L-1 and yeast extract 2 g L-1 . Dry cell weight, the intracellular polysaccharides and produced microbial oil were quantified. The produced oil was analyzed by using gas chromatography. In addition, lipids were separated into their fractions (neutral lipids, shingolipids-glycolipids, phospholipids) and then quantitative and qualitative determination of their fatty acids took place.To conclude, the fermentation performed with glycerol resulted in remarkable biomass and intracellular lipid production. Biomass reached 21.0 g L-1 and fat 8.57 g L-1 .In all fermentations, intracellular polysaccharides in dry cell weight decreased during fermentation, with the highest percentage observed in the fermentation with glucose substrate by 26.0%. Gas chromatography revealed that the microbial fat produced consisted of the following fatty acids: Myristic acid (C14:0), Palmitic acid (C16:0), Palmitoleic acid (Δ9C16:1), Stearic acid (C18:0), Oleic acid (Δ9C18:1) and Linoleic acid (Δ9, 12C18:2). Oleic acid was the dominant fatty acid in all fermentations (Δ9C18:1). In all fermentations the lipid fractions had the following distribution: neutral lipids at 80%, shingolipids-glycolipids at 15% and phospholipids at only 5%.