Αύξηση της ζύμης Lipomyces starkeyi σε χαμηλού κόστους υδρόφιλα υποστρώματα προς παραγωγή λιπιδίων και δευτερογενών μεταβολιτών

Abstract

Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της ικανότητας της ζύμης Lipomyces starkeyi να αναπτύσσεται σε υποστρώματα ανανεώσιμων πρώτων υλών, συγκεκριμένα σε ακάθαρτη βιομηχανική γλυκερόλη, η οποία είναι το κύριο παραπροϊόν της βιομηχανικής παραγωγής βιοκαυσίμου (biodiesel) και σε διάφορα σακχαρούχα προϊόντα (γλυκόζη, ξυλόζη). Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η δυνατότητα αύξησης βιομάζας ζύμης σε ακάθαρτη βιομηχανική γλυκερόλη, εμπορική γλυκόζη, εμπορική ξυλόζη και σε μείγματα αυτών σε διαφορετικές αναλογίες, καθώς και η εν δυνάμει παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών, ειδικότερα μικροβιακού λίπους και ενδοπολυσακχαριτών. Αναλυτικότερα, στο θρεπτικό μέσο γλυκόζη ο μικροοργανισμός παρήγαγε 12,1 g/L μικροβιακού λίπους και 5,4 g/L ενδοπολυσακχαριτών. Παρόμοια συμπεριφορά εμφάνισε στο θρεπτικό μέσο γλυκερόλη με παραγωγή ενδοκυτταρικού λίπους 10,0 g/L και ενδοπολυσακχαριτών 5,6 g/L. Τα επίπεδα ενδοσακχαριτών διατηρήθηκαν σε γενικές γραμμές στο θρεπτικό μέσο ξυλόζη με 5,9 g/L και 7,3 g/L ενδοκυτταρικού λίπους. Σημαντική σύνθεση των παραπάνω μεταβολικών προϊόντων παρατηρήθηκε και στα μείγματα σακχαρούχων υποστρωμάτων. Ειδικότερα, σε μείγμα γλυκόζης-ξυλόζης, 20 g/L και 60 g/L αντίστοιχα, μετρήθηκε ενδοκυτταρικό λίπος 7,1 g/L και ενδοπολυσακχαρίτες 6,0 g/L. Σε σχετικές τιμές κυμάνθηκαν οι μετρήσεις όταν για τα ίδια σάκχαρα η αναλογία που επιλέχθηκε ήταν 40g/L και για τα δύο, με μικροβιακό λίπος 7,0 g/L και ενδοπολυσακχαρίτες 5,2 g/L. Ο μικροοργανισμός απέδωσε αποτελεσματικότερα στην ανάμειξη των σακχάρων αυτών όταν χρησιμοποιήθηκαν 60g/L γλυκόζης και 20 g/L ξυλόζης, όπου παρατηρήθηκε ενδοκυτταρικό λίπος 8,4 g/L και ενδοπολυσακχαρίτες 7,8 g/L. Στη συνέχεια επιλέχθηκαν σαν θρεπτικό μέσο μείγματα γλυκερόλης- ξυλόζης. Αξιοσημείωτα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν στην αναλογία 60g/L γλυκερόλης και 20 g/L ξυλόζης, με ενδοκυτταρικό λίπος 9,6 g/L και ενδοπολυσακχαρίτες 4,8 g/L. Με παρόμοιο τρόπο συμπεριφέρθηκε η ζύμη στην αναλογία 40 g/L γλυκερόλης και 40 g/L ξυλόζης, όπου παρήγαγε 9,5 g/L μικροβιακό λίπος και 4,4 g/L ενδοπολυσακχαρίτες. Η παραγωγή των μεταβολικών προϊόντων ελαττώθηκε στα 20 g/L γλυκερόλης και 60 g/L ξυλόζης, όπου το ενδοκυτταρικό λίπος δεν ξεπέρασε τα 7,7 g/L, ενώ οι ενδοπολυσακχαρίτες περιορίστηκαν στα 4,4 g/L. Όταν χρησιμοποιήθηκε μείγμα 20 g/L γλυκερόλης και 60 g/L γλυκόζης, μετρήθηκαν ενδοκυτταρικό λίπος 4,7 g/L και ενδοπολυσακχαρίτες έως και 12,8 g/L. Στην αναλογία 60 g/L γλυκερόλης και 20 g/L γλυκόζης παρατηρήθηκαν 9,7 g/L μικροβιακού λίπους και 9,7 g/L ενδοπολυσακχαρίτες. Αντίστοιχη αύξηση επέδειξε η ζύμη στο θρεπτικό μέσο που αποτελούνταν από 40 g/L γλυκερόλης και 40 g/L γλυκόζης με 5,9 g/L μικροβιακό λίπος και 9,1 g/L ενδοπολυσακχαρίτες. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση της σύστασης του ενδοκυτταρικού λίπους σε λιπαρά οξέα και των κλάσεων αυτών σε επιλεγμένο δείγμα (ουδέτερα λιπίδια, σφιγγο-και γλυκολιπίδια και φωσφολιπίδια).

The aim of these experiments was to determine the ability of the yeast strain Lipomyces starkeyi to grow on media containing several types of hydrophilic low-cost carbon sources. More particularly, we studied the possibility of growth of yeast biomass in crude industrial glycerol, commercial glucose, xylose and commercial mixtures thereof in different proportions and the potential production of secondary metabolites, in particular single cell oil and intracellural microbial polysaccharides (IPS). During the experimental process, the yeast showed growth capacity in all substrates used and produced significant amounts of fat and IPS. Specifically, in the medium glucose, the microorganism produced 12,1 g/L microbial oil and 5,4 g/L IPs. Similar behavior is exhibited in the medium glycerol, where the intracellular oil reached 10,0 g/L and the IPs 5,6 g/L. The IPs levels in xylose medium was 5,9 g/L, while a slight decrease was observed in the lipid production with 7,3 g/L intracellular oil. Significant synthesis of the above metabolic products was also observed in mixtures of low-cost carbon sources substrates. Specifically, a mixture of glucose-xylose, 20 g/L and 60 g/L, respectively, showed oil increase of 7,1 g/L and IPs increase of 6.0 g/L. The measurements ranged in relative terms when the same sugars ratio chosen was 40g/L for both, with 7,0 g/L of microbial oil and 5,2 g/L of IPs. The microorganism grew efficiently when mixing these sugars, where 60 g/L glucose and 20 g/L xylose were used, wherein intracellular oil was observed 8,4 g/L and IPs 7,8 g/L. Then, mixtures of glycerol-xylose were selected as media. Satisfying results were observed in the media which included 60g/L glycerol and 20g/L xylose, with intracellular oil reaching 9,6 g/L and the IPs reaching 4,8 g/L. The yeast behaved in a similar manner in the ratio of 40 g/L glycerol and 40 g/L xylose, which yielded 9,5 g/L microbial oil and 4,4 g/L IPs.The production of metabolic products was reduced when the mixture of 20g/L glycerol and 60 g/L xylose was used as media, wherein the intracellular oil did not exceed 7,7 g/L, while the IPs reduced to 4,4 g/L. When using a mixture of 20 g/L glycerol and 60 g/L glucose, we measured intracellular oil at 4,7 g/L and up to 12,8 g/L IPs. At the ratio of 60 g/L glycerol and 20 g/L glucose, we observed 9,7 g/L microbial oil and 9,7 g/L IPS. The microorganism showed corresponding development in the medium consisting of 40 g/L glycerol and 40 g/L glucose with 5,9 g / L microbial oil and 9,1 g/L IPs. Finally, an analysis of the composition of intracellular fat into fatty acids and their headings in the selected samples (neutral lipids , clench-and glycolipids and phospholipids ) took place.