Produção de biopigmentos pela levedura Pichia kudriavzevii cultivada em subprodutos agroindustriais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Gilda Mariano Silva
Orientador(a): Silvio Silverio da Silva
Banca de defesa: Felipe Antonio Fernandes Antunes, Patrícia Caroline Molgero Da Rós, Wendel Batista da Silveira
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
Programa de Pós-Graduação: Biotecnologia Industrial
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.97.2020.tde-05082021-173845
Resumo: Os pigmentos naturais (biopigmentos) são cada vez mais demandados por suas propriedades biológicas e nutracêuticas. Pesquisas que contribuam para a redução de custos de produção dos biopigmentos são imprescindível para que estes sejam competitivos no mercado. O objetivo deste trabalho foi a avaliação do uso de subprodutos agroindustriais como fonte de carbono e nitrogênio para a produção de biopigmentos pela levedura Pichia kudriavzevii e a caracterização desses bioprodutos. A fonte de carbono renovável utilizada foi o hidrolisado misto de bagaço de cana-de-açúcar (HMBCA), enquanto que a fonte de nitrogênio complexa foi o extrato de farelo de arroz (EFA). Em cultivos submersos, avaliou-se o consumo de açúcares, o crescimento celular e a produção de biopigmentos. Paralelamente, avaliou-se a ruptura celular com nutrigênio líquido ou agitação com pérolas de vidro, assim como estudou se combinações de solventes para a extração dos biopigmentos. O extrato dos bioprodutos foi analisado por espectrofotometria e FT-IR e teve sua atividade antioxidante determinada. A utilização de pérolas de vidro para o rompimento celular apresentou eficiência e a melhor combinação de solventes para extração dos biopigmentos foi a mistura etanol:acetato de etila 1:3 v/v. Análises espectrofotométricas e por FT-IR identificaram esses biopigmentos como carotenoides. O EFA foi considerado uma alternativa viável ao extrato de levedura, pois proporcinou resultados semelhantes de crescimento celular e a produção de carotenoides. Ao substituir-se a glicose de origem comercial pelo HMBCA, a produção de carotenoides foi menor e essa observação se correlaciona, possivelmente, ao metabolismo da xilose pela levedura e à constituição da suplementação desse meio. A partir desses resultados, verificou se a possibilidade modificar o meio nutricional, visando à eliminação de fosfatos, sulfatos e amônio deste. Em um meio de cultivo composto apenas por HMBCA, EFA e ureia, obteve-se 19,93 mg/L de carotenoides totais, uma produtividade volumétrica de carotenoides totais de 0,17 (mg/L)/h e uma taxa de conversão de açúcares fermentescíveis em massa de biopigmentos de 0,77 mg de carotenoides totais por g de açúcares. Esses resultados foram os maiores obtidos entre todos os cultivos, inclusive comparando-se com o meio de cultivo baseado em glicose de origem comercial. Demonstrou-se a atividade antioxidante dos carotenoides (1028,25 μmol ET/mL) e o valor obtido foi semelhante a compostos antioxidantes de referência. Concluiu-se que o EFA é igualmente favorável à produção de biopigmentos em relação ao extrato de levedura. Ademais, o meio de cultivo em que a fonte de carbono foi o HMBCA e a fonte complexa de nitrogênio, o EFA permitiu um aumento da produção, produção específica, produtividade volumétrica e taxa de conversão de açúcares em biopigmentos, em relação ao meio composto por HMBCA e uma suplementação mais rica e ao cultivo realizado com glicose de origem comercial e extrato de levedura. Verificou-se que esses biopigmentos são produzidos durante as fases de crescimento exponencial e estacionária, apresentam similaridade espectral aos carotenoides e possuem atividade antioxidante. Este trabalho possibilitou a produção de biopigmentos por P. kudriavzevii com a utilização de subprodutos agroindustriais, a extração destes com métodos de baixo custo e se apresenta como um ponto de partida para a exploração dessas moléculas como agentes antioxidantes.
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O objetivo deste trabalho foi a avaliação do uso de subprodutos agroindustriais como fonte de carbono e nitrogênio para a produção de biopigmentos pela levedura Pichia kudriavzevii e a caracterização desses bioprodutos. A fonte de carbono renovável utilizada foi o hidrolisado misto de bagaço de cana-de-açúcar (HMBCA), enquanto que a fonte de nitrogênio complexa foi o extrato de farelo de arroz (EFA). Em cultivos submersos, avaliou-se o consumo de açúcares, o crescimento celular e a produção de biopigmentos. Paralelamente, avaliou-se a ruptura celular com nutrigênio líquido ou agitação com pérolas de vidro, assim como estudou se combinações de solventes para a extração dos biopigmentos. O extrato dos bioprodutos foi analisado por espectrofotometria e FT-IR e teve sua atividade antioxidante determinada. 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Ademais, o meio de cultivo em que a fonte de carbono foi o HMBCA e a fonte complexa de nitrogênio, o EFA permitiu um aumento da produção, produção específica, produtividade volumétrica e taxa de conversão de açúcares em biopigmentos, em relação ao meio composto por HMBCA e uma suplementação mais rica e ao cultivo realizado com glicose de origem comercial e extrato de levedura. Verificou-se que esses biopigmentos são produzidos durante as fases de crescimento exponencial e estacionária, apresentam similaridade espectral aos carotenoides e possuem atividade antioxidante. Este trabalho possibilitou a produção de biopigmentos por P. kudriavzevii com a utilização de subprodutos agroindustriais, a extração destes com métodos de baixo custo e se apresenta como um ponto de partida para a exploração dessas moléculas como agentes antioxidantes. Natural pigments (biopigments) are gaining appraisal for their biological and nutraceutical properties. In this sense, researches that aim the reduction of biopigments production cost and are an asset to ensure the economic competitiveness of these biomolecules. The purpose of this work is to assess agro-industrial wastes as carbon and nitrogen sources for biopigments production by the yeast Pichia kudriavzevii and to characterize these bioproducts. Sugarcane bagasse hydrolysate (SBH) was used as a renewable carbon source, while rice bran extract (RBE) was employed as complex nitrogen source. An extraction methodology was defined for the biopigments, which were characterized by spectrophotometry and by FTIR. Concurrently, sugar consumption, cell growth and biopigments production by the yeast under submerged cultivation were evaluated. The antioxidant activity of the bioproducts were also investigated. Agitation with glass beads was considered a feasible cell disruption method and biopigments extraction was successfully achieved with a mixture of ethanol and ethyl acetate 1:3 v/v. FTIR and visible region spectra showed the spectral similarity between P. kudriavzevii biopigments and carotenoids. In submerged cultivation experiments, RBE was considered a feasible nitrogen source, since cell growth and carotenoids production with this substrate were similar to the results obtained with the original semi-defined medium (yeast extract as complex nitrogen source). By replacing glucose with SBH, carotenoids production decreased and this result can be both related to xylose metabolism and the nutritional supplementation used for this medium. From these results, a modification of the culture medium was performed in order to evaluate the possibility to eliminate phosphates, sulfates and ammonium from the culture medium. Better results of biopigments production were achieved by reducing the medium composition to SBH, RBE and urea. Total carotenoids production reached 19.93±2.2 mg/L, the maximum volumetric productivity of total carotenoids was of 0.17 (mg/L/h) and a conversion rate of reducing sugars to carotenoids of 0.77 mg of total carotenoids for g of sugar. From all the results, these were the highest obtained in this work, including the values achieved with commercial glucose. The antioxidant activity of the carotenoids extract from P. kudriavzevii was demonstrated (1028.25 μmol ET/mL) and it was considered similar to noteworthy antioxidants. Comprehensively, this research concluded that RBE is equally suitable for biopigments production in comparison to yeast extract. Further, the association of two nutrient sources derived from agroindustrial byproducts in a culture medium with reduced supplementation resulted in a significant increase of total carotenoids production, volumetric productivity and sugars conversion rate compared to a medium composed by SBH and a more complete supplementation or even to a glucose-based medium with yeast extract. The results of biopigments production by this yeast showed that it starts in the exponential growth phase and continues in the stationary phase. Furthermore, the spectral similarity between the biopigments of P. kudriavzevii and carotenoids was revealed and the antioxidant activity of these molecules was assessed. This work made feasible the production of biopigments by P. kudriavzevii with agroindustrial wastes as nutrient sources, the extraction of these products using a low cost and low wastes generation method. Additionally, this research is a milestone towards the exploitation of these molecules as antioxidants. https://doi.org/10.11606/T.97.2020.tde-05082021-173845info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T18:16:33Zoai:teses.usp.br:tde-05082021-173845Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-08-05T20:40:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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