Study of the production of glutatione from Saccharomyces cerevisiae and evaluation of application of magnetic fields during fermentation

Resumo: A glutationa (GSH) é um tripeptídeo composto por ácido glutâmico, L-cisteína e glicina. Uma de suas funções mais importantes é atuar como antioxidante contra os efeitos tóxicos do oxigênio e de outros compostos oxidativos. A GSH é importante em várias funções metabólicas nas células, tais como: proteção da oxidação por peróxidos, transporte de aminoácidos através da membrana celular e eliminação de metais pesados. Com a descoberta de mais funções e propriedades, este composto tornou-se de interesse nas indústrias de aditivos para alimentos, cosméticos e fármacos. Este tripeptídeo é normalmente produzido por fermentação com leveduras. A aplicação dos campos magnéticos (CM) nos processos fermentativos pode causar efeitos estimulantes ou inibitórios. Poucos trabalhos têm sido direcionados para aplicação de CM em Saccharomyces cerevisiae. O objetivo deste trabalho foi o estudo da produção de GSH e avaliar o efeito da aplicação de CM durante o processo. O microrganismo utilizado foi a levedura S. cerevisiae ATCC 7754 e o acompanhamento das fermentações foi feito com determinações de pH, concentrações celular, de glicose e de GSH. Na primeira etapa, em frascos Erlenmeyer (250 mL), foram feitos três delineamentos experimentais. Os níveis de temperatura, pH inicial, agitação, concentrações de inóculo e inicial de glicose foram estudados. A maior concentração de GSH obtida foi de 168,9 mg/L após 48 h, no ensaio a 24°C, 300 rpm, pH inicial 5, 60 g/L de glicose e 5% de inóculo. Foi obtido um modelo de segunda ordem e o percentual de variação explicado por este foi de 95%. Os resultados mostraram que as melhores condições de cultivo foram 300 rpm, 20°C, pHinicial 5, 54 g/L de glicose e 5% de inóculo. Na segunda etapa, feita em fermentador Bioflo III (5 L), as condições de agitação, aeração, fonte de nitrogênio e adição de aminoácidos foram estudadas. A maior concentração de GSH (205,7 mg/L) ocorreu em 72 h no ensaio feito a 20°C, 500 rpm, 54 g/L de glicose, 1,1 vvm, com adição de aminoácidos e utilizando extrato de levedura. Na terceira etapa foi feita a aplicação de CM gerados por bobina. Para tal, foi utilizado um delineamento experimental e as variáveis tempo do tratamento e indução magnética foram estudadas. A concentração de GSH chegou a 340 mg/L, quando foram aplicados 25 mT por 16 h. Na quarta etapa o meio de cultivo foi recirculado passando por ímãs e foi variado o tempo de exposição ao CM. No ensaio com aplicação de 20 mT por 72 h foi observada a maior concentração de GSH, de 271,9 mg/L. Em todas as etapas o ensaio no qual foi obtida a maior concentração de GSH (340 mg/L) foi conduzido com aplicação de 25 mT por 16 h e nas seguintes condições de cultivo: 20ºC, pHinicial 5, 200 rpm, 54 g/L de glicose, 50 g/L de extrato de levedura, 12 g/L de MgSO4.7H2O, 5% de inóculo (v/v), 3,2 vvm e com adição de aminoácidos durante a fermentaçãoAbstract: Glutathione (GSH) is a tripeptide consisting of L-glutamate, L-cysteine and glycine. One of its most important functions is a role as an antioxidant against the toxic effects of oxygen and other oxidative compounds. GSH is important for several metabolic functions of cells, such as protection from oxidation by peroxides, transport of amino acids across cell membranes and elimination of heavy metals. Moreover the discovery of more functions and properties of GSH, this compound is of interest in the food additive, cosmetic and pharmaceutics industries. This tripeptide is currently produced by yeast fermentation. The application of magnetic fields (MF) in the fermentative process can cause stimulants or inhibitory effects. Literature is very poor about the application of MF in S. cerevisiae. The objective of this work was to study the production of GSH and evaluate the application of MF fields in this process. The microorganism used was the yeast S. cerevisiae ATCC 7754 and the fermentations were monitored with the measurements of pH, concentrations of cell, glucose and GSH. In the first step, in the Erlenmeyer flasks (250 mL), have made three experimental design. The levels of temperature, pHinitial, agitation rate, concentrations of glucose and inoculum were studied. The highest concentration of GSH was 168.9 mg/L after 48 h, in run at 24ºC, 300 rpm, pHinitial 5, 60 g/L of glucose and 5% of inoculum. It was obtained a second order model equation and the percent of variation explained by the model was 95%. The results showed that the optimal culture conditions were 300 rpm, 20°C, pHinitial 5,54 g/l of glucose and 5% of inoculum concentration. In the second step, made in fermentor Bioflo III (5 L), the conditions of agitation, aeration, a source of nitrogen and addition of amino acids were studied. The highest concentration of GSH (205.7 mg/L) occurred in 72 h in run at 20°C, 500 rpm, 54 g/L of glucose, 1.1 vvm, with the addition of amino acids and yeast extract as a source of nitrogen. The third step was the application of MF generated by coil, it was used an experimental design and variables time of treatment and induction were studied. The concentration of GSH reached was 340 mg/L, when it was applied 25 mT for 16 h. In the fourth step the fermentation medium was recycled through magnets and was varied the time of exposure to the MF. In run with application of 20 mT by 72 h was seen the highest concentration of GSH of 271.9 mg/L. At all stages in which the run was obtained the highest concentration of GSH (340 mg/L) was conducted with application of 25 mT by 16 h of cultivation in the following conditions: 20°C, pHinicial 5, 200 rpm, 54 g/L of glucose, 50 g/L of yeast extract, 12 g/L of MgSO4.7H2O, 5% of inoculum (v/v), 3.2 vvm and with the addition of amino acids during fermentatio