Influência da transferência de oxigênio na produção de lipídeos e carotenoides por Rhodotorula glutinis

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Pereira, Valdimir dos Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: kLa; Bubble-collum; Carotenoides; Carotenoids; Coluna de bolhas; Lipídeos; Lipids
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-29042022-110635/

No presente estudo foi avaliada a influência do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) e da concentração inicial de substrato (S0) sobre a produção de carotenoides e lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis NRRL Y-12905 em frascos agitados e biorreatores de bancada. Na etapa inicial deste estudo buscou-se estabelecer um modelo capaz de descrever o comportamento do kLa em frascos Erlenmeyers agitados, em função da frequência de agitação, razão VFrasco/VMeio e S0. Nesta etapa verificou-se que o kLa foi dependente da frequência de agitação, da razão VFrasco/VMeio, bem como de sua interação, verificou-se ainda que o maior valor de kLa obtido foi de 47 h-1. Na segunda etapa do estudo foi avaliada a influência do kLa e de S0 sobre o cultivo da levedura em frascos agitados, tendo como respostas as concentrações de células, carotenoides e lipídeos. Os modelos obtidos apresentaram um comportamento linear, tendo o aumento das variáveis um efeito positivo sobre as respostas. Desta forma, as máximas concentração de células (33,4 g/L), carotenoides (1,97 mg/L) e lipídeos (8,0 g/L), forma alcançadas nos níveis mais elevados de S0 (120 g/L) e kLa (40 h-1). A terceira etapa do trabalho consistiu na seleção de um biorreator capaz de possibilitar maiores transferências de oxigênio que as alcançadas em frascos agitados. Foram avaliados dois tipos de biorreatores (Coluna de Bolhas e Air-lift) e duas porosidades de dispersores de ar (2,0 ou 200 μm). Nesta etapa, foram selecionados o reator Coluna de Bolhas e o dispersor de 2,0 m, uma vez que tal conjunto possibilitou alcançar os maiores valores de kLa (cerca de 160 h-1). Na etapa final do trabalho foi realizado um estudo visando avaliar a influência do kLa (75 a 175 h-1) e de S0 (70 a 250 g/L), sobre a concentração de células, carotenoides e lipídeos. Os ensaios foram realizados segundo um planejamento experimental 22 com face centrada e repetições no ponto central. Os cultivos foram conduzidos em biorreatores do tipo Coluna de Bolhas, com capacidade de 500 mL, equipados com dispersor 2,0 μm. Nesta etapa verificou-se que, dentro da região de variação estudada, a concentração celular e de lipídeos foram favorecidas pelo aumento do kLa e S0, e a concentração de carotenoides apresentou um ponto de máxima (6 mg/L ) para o kLa de 175 h-1 e S0 de 160 g/L. Os modelos foram então utilizados a fim de se estabelecer condições de cultivo que possibilitassem maximizar a produção de lipídeos, minimizando o kLa (vazão de aeração) e a concentração inicial de substrato. Os modelos apontaram que tal condição poderia ser obtida em cultivos realizados com kLa de 125 h-1 e S0 de 230 g/L, sendo estimada para esta condição concentrações de células, carotenoides e lipídeos de 18 ± 2 g/L, 4 ± 2 mg/L e 11 ± 3 g/L, respectivamente, após 120 h de cultivo. No ensaio de confirmação, foram alcançadas concentrações de células (22 ± 1 g/L), carotenoides (3,5 ± 0,3 mg/L) e lipídeos (11 ± 1 g/L) dentro do previsto, validando assim os modelos. Os resultados deste estudo mostraram que o estabelecimento de modelos representa uma importante ferramenta para a produção simultânea de lipídeos e carotenoides.