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Tese em Português | VETTESES | ID: vtt-222191

Resumo

O gênero Rhodotorula é representado por microrganismos com reconhecida capacidade de sintetizar compostos biológicos de interesse industrial, com ação próvitamina A e as atividades antioxidante e antimicrobiana, por exemplo, que estão entre os benefícios à saúde. Deste modo, a associação entre a capacidade dos microrganismos de produzir biocompostos a partir de agroresíduos e a alta disponibilidade de resíduos produzidos pela indústria de laticínios pode contribuir para uma melhor eficácia da produção de metabólitos de interesse biotecnológico, como os carotenóides. Assim, este trabalho objetivou avaliar o potencial de produção de carotenóides por Rhodotorula spp. em fermentação submersa utilizando soro de leite derivado da produção de queijo de coalho (SQC) como substrato. Todas as leveduras (R. aurantiaca URM 6687, R. glutinis URM 6683, R. glutinis URM 6691, R. glutinis URM 6692, R. glutinis URM 6695 e R. minuta URM 6693) foram avaliadas quanto à produção de biomassa seca, consumo de lactose e a produção de carotenóides totais. O estudo foi desenvolvido em três etapas. Em todas elas, o SQC atuou como fonte única de carbono e nitrogênio, sob condições de cultivo previamente fixadas em 30°C, 150 rpm e 120 horas. Na primeira etapa, selecionou-se a levedura com melhor desempenho na produção de carotenóides totais em menor tempo. Na etapa seguinte, a levedura selecionada foi submetida a um planejamento fatorial 23 avaliando-se os efeitos das variáveis independentes: concentração do SQC (50, 75 e 100%), pH (4,5, 5,0 e 5,5) e agitação (100, 150 e 200 rpm), sob temperatura fixa (30 ºC), tendo como respostas a produção de biomassa, carotenóides totais e o consumo de lactose, seus respectivos rendimentos específicos (YP/S), e a produtividade. Das leveduras avaliadas, R. glutinis URM 6692 foi selecionada por apresentar melhor desempenho para a produção de carotenóides totais, atingindo o rendimento (YP/X) de 509,26 mg/g e (YP/S) de 149,79 mg/g em 24 h, respectivamente. A melhor condição foi obtida em meio de cultura contendo 50% de SQC, pH 5,5 e 200 rpm, com produção de 69,32 mg/L de carotenóides totais, extraídos de 15,5 g/L de biomassa seca, adquirida a partir de um consumo de 8,16 g/L de lactose. Os pigmentos apresentaram um amplo espectro de atuação para atividade antimicrobiana, de modo que 2,5 g de carotenóides (50 g/mL) presentes no extrato foi suficiente para inibir o crescimento das bactérias avaliadas, alcançando 59,8% e 53,9% de inibição para bactérias gramnegativas (E. coli ATCC 25922 e K. pneumoniae ATCC 29665) e 54,5% e 51,3% para bactérias gram-positivas (S. aureus ATCC 6538 e B. subtilis ATCC 6633), respectivamente. De modo semelhante, os pigmentos foram concentrados (12,5 mg de carotenóides/mL) e avaliados quanto a atividade antioxidante apresentando uma capacidade de cerca de 62,5% para sequestrar radicais livres após 10 min de contato. Esses resultados demonstram que o ajuste das condições de cultivo foi eficiente de modo a garantir uma produção simultânea de carotenóides e biomassa, usufruindo de forma eficiente da produção biotecnológica quando do uso do SQC. Além disso, os pigmentos carotenóides produzidos por R. glutinis URM 6692 nestas condições apresentam qualidades adequadas para possível uso como aditivo alimentar natural alternativo.

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The Rhodotorula genus is represented by microorganisms with known ability to synthesize biological compounds of industrial interest, with pro-vitamin A action and antioxidant and antimicrobial activities, for example, which are among the health benefits. Thus, the association of the ability of microorganisms to produce biocomposites from agro-residues and the high availability of residues produced by the dairy industry can contribute to a better efficiency in the production of metabolites of biotechnological interest, such as carotenoids. This work aimed to assess the carotenoids production potential of Rhodotorula. in submerged fermentation using whey derived from the production of rennet cheese (SQC) as a substrate. All yeasts (R. aurantiaca URM 6687, R. glutinis URM 6683, R. glutinis URM 6691, R. glutinis URM 6692, R. glutinis URM 6695 and R. minuta URM 6693) were evaluated for dry biomass production, lactose consumption and total carotenoids production. The study was developed in three stages. In all of them, the SQC acted as a single source of carbon and nitrogen, under cultivation conditions previously fixed at 30 ° C, 150 rpm and 120 hours. In the first stage, the yeast with the best performance in the production of total carotenoids in less time was selected. In the next step, the selected yeast was subjected to a factorial design 2 3 evaluating the effects of the independent variables: concentration of SQC (50, 75 and 100%), pH (4.5, 5.0 and 5.5) and agitation (100, 150 and 200 rpm), under fixed temperature (30 ºC), with the production of biomass, total carotenoids, lactose consumption, their respective specific yields (YP/S), and productivity as responses. Among the assessed yeast, R. glutinis URM 6692 was selected due to its performance in the production of carotenoids, reaching a yield (YP/X) of 509.26 mg/g and (YP/S) of 149.79 mg/g in 24 h, respectively. The best culture medium conditions were 50% SQC, pH 5.5 and 200 rpm, which resulted in the production of 69.32 mg/L of total carotenoids extracted from 15.5 g/L of dry biomass, obtained from the consumption of 8.16 g/L of lactose. The pigments showed a broad spectrum of antimicrobial activity, so that 2.5 g of carotenoids (50 g/mL) in the extract was sufficient to inhibit the growth of the evaluated bacteria, reaching 59.8% and 53.9% inhibition for gram-negative bacteria (E. coli ATCC 25922 and K. pneumoniae ATCC 29665) and 54.5% and 51.3% for gram-positive bacteria (S. aureus ATCC 6538 and B. subtilis ATCC 6633), respectively. Similarly, the pigments were concentrated (12.5 mg carotenoids/mL) and evaluated for antioxidant activity showing a capacity of about 62.5% to scavenge free radicals after 10 min of contact. These results demonstrate that the adjustment of the culture conditions was efficient to guarantee carotenoids and biomass production simultaneously, making efficient use of the biotechnological production when using SQC. Furthermore, carotenoid pigments produced by R. glutinis URM 6692 under these conditions exhibit qualities suitable for possible use as an alternative natural food additive.

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