Biotechnological utilization of glycerol derived from biodiesel production for obtaining biomass and ribonucleotides

Este trabalho teve como objetivo a utilização de glicerol, principal subproduto da produção de biodiesel, como fonte de carbono para a produção de biomassa e ribonucleotídeos de leveduras. Com este propósito, foi realizado um screening de leveduras para identificar aquelas cepas com maior capacidade de crescimento em glicerol. As leveduras Hansenula anomala CCT 2648 e Kluyveromyces marxianus var. lactis CCT 4086 apresentaram os maiores valores de fator de conversão (YX/S) e produtividade volumétrica em células (QX) sob condições fixas de glicerol (30 g/L), temperatura (30 oC) e pH (5,5). Foi também detectada a produção de etanol e ácidos orgânicos, por algumas das leveduras estudadas em meios contendo glicerol. Com base no potencial de produção de biomassa das cepas selecionadas na etapa anterior, foram realizados estudos para avaliar a influência da concentração de glicerol (10 - 50 g/L), extrato de levedura (1 - 3 g/L), pH(4,5 - 6,5) e temperatura (28 - 40oC) no crescimento destas linhagens, utilizando planejamento experimental 24. De acordo com os resultados, a levedura Hansenula anomala CCT 2648 foi selecionada para a produção de biomassa e ribonucleotídeos em experimentos conduzidos em bioreator por apresentar maior concentração de biomassa (4,59 g/L) quando comparada com a levedura Kluyveromyces marxianus var lactis CCT 4086 (3,37 g/L). Nesta fase, foi avaliada a influência da agitação (300 - 700 rpm), aeração (0,5 - 2 vvm) e concentração de glicerol (10 - 50 g/L) com o objetivo de estabelecer as melhores condições de processo, por meio de planejamento 23. Os maiores valores de YX/S (0,57- 0,60 g/g) foram obtidos nos ensaios conduzidos sob a menor concentração de glicerol (10 g/L), entretanto, o maiores valores de QX (0,44 - 0,62) foram obtidos em cultivos quando se utilizou valores de agitação superiores a 500 rpm. A análise estatística confirmou a significância das variáveis, concentração de glicerol e agitação, e permitiu estabelecer os modelos matemáticos representativos da influência destas variáveis na produção de biomassa e ribonucleotídeos por Hansenula anomala CCT 2648. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram o potencial de utilização do glicerol derivado da fabricação de biodiesel como fonte de carbono de baixo custo para a produção de biomassa e biomoléculas, como por exemplo os ribonucleotídeos.Glycerol is considered to be the principle sub-product derived from biodiesel production process. In this work, glycerol was used as the only carbon source for biomass accumulation and ribonucleotides production. For this purpose screening of different strains was achieved, where the yeasts defined as Hansenula anomala CCT 2648 and Kluyveromyces marxianus var. lactis CCT 4086 showed high biomass yield (Y X/S) and productivity (QX) as well as better ribonucleotides production, using an initial concentration of glycerol of 30 g/L, temperature of 30oC and pH of 5,5. In addition, ethanol and organic acids were detected during glycerol assimilation by these two studied yeasts. Since these two selected yeast showed a promising potential in biomass and ribonucleotides production, a 24 complete factorial design was employed in order to study the influence of different parameters: glycerol initial concentration (10 - 50 g/L), yeast extract initial concentration (1-3 g/L), pH (4,5 - 6,5) and temperature (28 - 40oC) on the fermentation yield and productivity. According to the obtained results, the yeast Hansenula anomala CCT 2648 achieved higher biomass production (4,59 g/L) when compared to Kluyveromyces marxianus var lactis CCT 4086 (3,37 g/L). Such fact lead to the selection of Hansenula anomala CCT 2648 for a scale-up production of ribonucleotides using a stirred stank bioreactor, where the influence of the following fermentation parameters were studied: agitation (300 - 500 rpm), air input (0,5 - 2 vvm) and glycerol initial concentration (10 - 50 g/L) using a 23 full factorial design. High values of YX/S (0,57 - 0,6 g/g) were observed when the experiments were carried out at lower glycerol concentration (10 g/L), while high values of QX (0,44 - 0,62 g/L.h) were observed at high agitation rates of 500 rpm and above. Mathematical models were also created to confirm this influence of glycerol initial concentration and bioreactor stirring on biomass and ribonucleotides production by Hansenula anomala CCT 2648. Obtained results in this work demonstrated the feasibility of using glycerol derived from biodiesel production as a promising low-value carbon source for biomass and ribonucleotides accumulation