Próba zastosowania glicerolu i ziemniaczanej wody sokowej do produkcji karotenoidów przez drożdże Rhodotorula gracilis

• Autorzy: Kot A.M. , Blazejak S. , Kurcz A. , Gientka I. , Brys J. , Piwowarek K. , Konarski K.

Warianty tytułu

EN

An attempt to application glycerol and potato wastewater to production carotenoids by Rhodotorula gracilis yeast

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było określenie zdolności biosyntezy karotenoidów przez drożdże Rhodotorula gracilis podczas hodowli wgłębnych w podłożach zawierających ziemniaczaną wodę sokową oraz glicerol. Największy plon biomasy komórkowej (ponad 30 g ss·dm⁻³) stwierdzono w podłożach z dodatkiem 3 i 5% glicerolu. Po hodowli w podłożu z dodatkiem 3% glicerolu uzyskano najwyższy stopień wykorzystania glicerolu (85,7%) oraz białka (69,3%), a także znaczną redukcję wskaźnika ChZT (84,8%) podłoża. Wysokie stężenie związków stanowiących źródło węgla zahamowało biosyntezę karotenoidów przez badane drożdże, a ich zawartość w biomasie po hodowli w podłożach z glicerolem była ponad trzy razy mniejsza (34,6–40,9 μg·g⁻¹ss) w porównaniu do podłoża kontrolnego (142,6 μg·g⁻¹ss). Dominującym związkiem syntetyzowanym przez drożdże w podłożach z glicerolem był torulen, a jego udział stanowił 66,9–69,7% ogólnej zawartości karotenoidów. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że badany szczep drożdży może stać się w przyszłości nowym źródłem karotenoidów, jednak z uwagi na mniejszą objętościową produktywność tych związków (0,9–1,23 mg·dm⁻³) konieczne są dalsze badania w celu zwiększenia wydajności ich biosyntezy w podłożach z ziemniaczaną wodą sokową i glicerolem.

EN

Carotenoids belong to the group of pigments widely used in different industries. Nowadays it is being looked for new methods of producing this compounds, and the use of microorganisms can constitute an new alternative for chemical synthesis. In order to reduce the costs of microbial synthesis, as components of culture media industrial wastes can be used. The aim of this study was to determine the ability of Rhodotorula gracilis yeast to biosynthesis of carotenoids during the cultivation in media with potato wastewater and glycerol. As a control medium not supplemented potato wastewater was used. Three experimental media were used for cultivation potato wastewater and glycerol in an amount of 3, 5 and 10 g·100 cm⁻³. Cultivation of yeast was carried out on a reciprocating shaker (200 rpm) for 96 h. Biomass yield was performed by weight method, while optical density by the spectrophotometric method. During the cultivation, glycerol (chemical method), reducing sugars (Miller method) and protein (Kjeldahl’s method) concentration in the experimental media and the chemical-oxygen demand indicator (dichromate method) of media were determined. Carotenoids content in the yeast biomass were determined by spectrophotometric method and their contribution by HPLC-UV. The highest yield of the cell biomass (more than 30 g d.m.·dm⁻³) was obtained in the experimental media with potato wastewater supplemented with a 3 and 5% addition of glycerol. After cultivation of R. gracilis yeast in medium with 3% addition of glycerol the highest degree of glycerol content (85.7%), total protein content (69.3%) and COD index (84.8%) reduction were observed. Base of this results, it was found that there is a possibility of simultaneous biodegradation of glycerol and potato wastewater during the cultivation of tested yeast strain. The highest carotenoids content in the yeast biomass (142.6 μg·g⁻¹ d.m.) was obtained in control medium. The high concentration of compounds constitutes the source of carbon in the culture medium inhibited the biosynthesis of carotenoid pigments by the R. gracilis. Their content in the biomass after cultivation in experimental media with glycerol was more than three times lower (34.6–40.9 μg·g⁻¹ d.m.) to compare with control medium. In these conditions, the yeast synthesized maily torulene (66.9–69.7%) and β-carotene (26.4–29.7%). It was found that the tested yeast strain in the future may become a new source of carotenoids, because of the low volumetric productivity of these compounds (0.9⁻¹.23 mg·dm⁻³), the further studies should be about the effect of the optimization of the culture conditions to increase the efficiency of carotenoids biosynthesis in the media with potato wastewater and glycerol.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2017
• Tom: 589
• Opis fizyczny: s.49-57,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Kot A.M.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

autor

Blazejak S.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

autor

Kurcz A.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

autor

Gientka I.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

autor

Brys J.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

autor

Piwowarek K.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

autor

Konarski K.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiegow w Warszawie

Bibliografia

• Bhosale P.B., Gadre R.V., 2001. Production of β-carotene by a mutant of Rhodotorula glutinis. Appl. Microbiol. Biotechnol. 55(4), 423–427.
• Błażejak S., Gientka I., Bzducha-Wróbel A., Stasiak-Różańska L., Maszewska M., 2014: Ocena zdolności biosyntezy tłuszczu przez drożdże Rhodotorula gracilis w podłożach zawierających ziemniaczaną odpadową wodę sokową wzbogaconą glicerolem. ZPPNR, 576, 3–12.
• BN-76/6026-02. Gliceryna surowa. Wydawnictwa Normalizacyjne Alfa, Warszawa.
• Braunwald T., Schwemmlein L., Graeff-Hönninger S., French W.T., Hernandez R., Holmes W.E., Claupein W., 2013. Effect of different C/N ratios on carotenoids and lipid production by Rhodotorula glutinis. Appl. Microbiol. Biotechnol. 97, 6581–6588.
• Cutzu R., Coi A., Rosso F., Bardi L., Ciani M., Budroni M., Zara G., Zara S., Mannazzu I., 2013. From crude glycerol to carotenoids by using a Rhodotorula glutinis mutant. World J. Microbiol. Biotechnol. 29(6), 1009–1017.
• El-Banna A.A., El-Razek A.A.M., El-Mahdy A.R., 2012. Some factors affecting the production of carotenoids by Rhodotorula glutinis var. glutinis. Food Nutr. Sci. 3, 64–71.
• Frengova G.I., Beshkova D.M., 2009: Carotenoids from Rhodotorula and Phaffia: yeasts of biotechnological importance. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 36(2), 163–180.
• Gaca J., 2006. Faza glicerynowa po produkcji biodiesla – odpad czy cenny surowiec? Czysta Energia 11, 34–35.
• Gientka I., Gadaszewska M., Błażejak S., Kieliszek M., Bzducha-Wróbel A., Stasiak-Różańska L., Kot A.M., 2016. Evaluation of lipid biosynthesis ability by Rhodotorula and Sporobolomyces strains in medium with glycerol. Eur. Food Res. Technol., doi:10.1007/s00217016-2742-9.
• Kim B.K., Park .PK., Chae H.J., Kim E.Y., 2004. Effect of phenol on β-carotene content in total carotenoids production in cultivation of Rhodotorula glutinis. Korean J. Chem. Eng. 21(3), 689–692.
• Kot A.M., Błażejak S., Gientka I., Stasiak-Różańska L., Kieliszek M., 2015a. Kinetyka wzrostu wybranych szczepów drożdży z rodzaju Rhodotorula w podłożach z ziemniaczaną wodą sokową i glicerolem. W: J. Stadnik, I. Jackowska (red.). Bezpieczeństwo zdrowotne żywności. Aspekty mikrobiologiczne, chemiczne i ocena towaroznawcza, 87–95.
• Kot A.M., Błażejak S., Kurcz A., Gientka I., 2015b. Biodegradation of deproteinized potato wastewater and glycerol during cultivation of Rhodotorula glutinis yeast. Electron. J. Biotechnol. 18(6), 428–432.
• Kot A.M., Błażejak S., Kurcz A., Gientka I., Kieliszek M., 2016a. Rhodotorula glutinis – potential source of lipids, carotenoids, and enzymes for use in industries. Appl. Microbiol. Biotechnol. 100(14), 6103–6117.
• Maldonade I.R., Rodriguez-Amaya D.B., Scamparini A.R.P., 2008. Carotenoids of yeasts isolated from the Brazilian ecosystem. Food Chem. 107(1), 145–150.
• Saenge C., Cherisilp B., Suksaroge T., Bourtoom T., 2011. Potential use of oleaginous red yeast Rhodotorula glutinis for the bioconversion of crude glycerol from biodiesel plant to lipids and carotenoids. Process Biochem. 46, 210–218.
• Quispe C.A.G., Coronado C.J.R., Carvalho J.A., 2013. Glycerol: Production, consumption, prices, characterization and new trends in combustion. Renew. Sust. Energy Rev. 27, 475–493.
• Yen W.H., Yang Y., Yu Y.H., 2012. Using crude glycerol and thin stillage for the production of microbial lipids through the cultivation of Rhodotorula glutinis. J. Biosci. Bioeng. 114(4), 453–456.
• Zoz L., Carvalho J.C., Soccol V.T., Casagrande T.C. Cardoso L., 2015. Torularhodin and torulene: bioproduction, properties and prospective applications in food and cosmetics – a review. Braz. Arch. Biol. Technol. 58(2), 278–288.

Identyfikatory

DOI

10.22630/ZPPNR.2017.589.20