Biosynteza erytrytolu z glicerolu przez szczep Yarrowia lipolytica Wratislavia K1-UV21 w różnych systemach hodowlanych

• Autorzy: Rywinska A. , Tomaszewska L. , Cybulski K. , Rymowicz W.

Warianty tytułu

EN

Erythritol biosynthesis form glycerol by Wratislavia K1-UV21 strain of Yarrowia lipolytica in various cultivation systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Erytrytol, czterowęglowy alkohol wielowodorotlenowy, jest substancją sło­dzącą coraz częściej stosowanąjako zamiennik sacharozy. Jego produkcja na skalę przemy­słową odbywa się wyłącznie w procesach biotechnologicznych. Celem pracy było porównanie wydajności i dynamiki produkcji erytrytolu z glicerolu odpa­dowego, pochodzącego z produkcji biodiesla, przez szczep Yarrowia lipolytica Wratislavia K1-UV21 w hodowli okresowej, okresowej zasilanej i powtórzeniowej hodowli okresowej. Hodowle prowadzono w bioreaktorze Biostat B Plus. Całkowite stężenie glicerolu wynosiło 150 i 250 g-dm-3, odpowiednio w hodowli okresowej i okresowej zasilanej. Powtórzeniową hodowlę okresową rozpoczęto jako hodowlę okresową zasilaną, a po wyczerpaniu glicero­lu, z bioreaktora usunięto 40% jego zawartości i uzupełniono taką samą objętością świeże­go podłoża. Po każdej wymianie stężenie glicerolu wynosiło 100 g-dm"3. Przeprowadzono 4 takie cykle. W hodowli okresowej i okresowej zasilanej drożdże produkowały odpo­wiednio 84,1 i 136 g-dm-3 erytrytolu. Wydajność produkcji tego związku była zbliżona (0,53 g^g-1) w obu systemach hodowlanych, natomiast szybkość objętościowa, jak i wła­ściwa syntezy erytrytolu była wyższa w hodowli okresowej. Podczas powtórzeniowej ho­dowli okresowej wysoką wydajność (0,51-0,55 g^g-1), jak i dynamikę produkcji erytrytolu (0,80-1,05 g-dm^h-1) uzyskano podczas trzech pierwszych cykli.

EN

Erythritol, a four-carbon polyhydric alcohol, is a sweetener presently more often used as sucrose replacement. Its production on commercial scale is performed only in bio­technological processes. The aim of this study was to compare yield and dynamics of eryth­ritol production from glycerol, derived from biodiesel production, by strain Wratislavia K1- -UV21 of Y. lipolytica in batch, fed-batch and repeated-batch cultures. The cultivations were performed in Biostat B Plus bioreactor. The total concentration of glycerol was 150 and 250 g-dm-3, in batch and fed-batch culture, respectively. The repeated-batch culture was started as fed-batch culture. Next, after glycerol depletion, from the bioreactor 40% of culture broth was withdrawn and replaced by the same amount of fresh medium, in which glycerol concentration was 100 g-dm-3. Such cycle was repeated four times. In batch and fed-batch cultures yeast produced 84.1 and 136 g-dm-3 of erythritol, respectively. The production yield was similar (0.53 g-g"1) in both processes. However, volumetric productivity and spe­cific erythritol production rate were higher in batch cultivation. In repeated-batch culture high yield (0.51-0.55 g-g4) and dynamics of erythritol production (0.80-1.05 g-dm-3h4) was achieved during first three cycles.

Słowa kluczowe

PL

erytrytol; Yarrowia lipolytica; procesy biotechnologiczne; glicerol; produkty odpadowe; fermentacja

EN

erythritol; Yarrowia lipolytica; biotechnological process; glycerol; waste product; fermentation

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia
• Rocznik: 2013
• Tom: 12
• Numer: 1
• Opis fizyczny: s.37-49,rys.,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Rywinska A.

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul.Chełmońskiego 37/41, 51-630 Wrocław

autor

Tomaszewska L.

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul.Chełmońskiego 37/41, 51-630 Wrocław

autor

Cybulski K.

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul.Chełmońskiego 37/41, 51-630 Wrocław

autor

Rymowicz W.

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul.Chełmońskiego 37/41, 51-630 Wrocław

Bibliografia

• Aoki M., Pastore G., Park Y., 1993. Microbial transformation of sucrose and glucose to erythritol. Biotechnol. Lett. 15(4), 383-388.
• Jeya M., Lee K.-M., Kumar T. M., Kim J.-S., Gunasekaran P., Kim S.-Y., Kim I.-W., Lee J.-K., 2009. Isolation of a novel high erythritol-producing Pseudozyma tsukubaensis and scale-up of erythritol fermentation to industrial level. Appl Microbiol. Biotechnol. 83, 225-231.
• Kim Y.-H., Kang S.W., Lee J.H., Chang H.-I., Yun Ch.-W., Paik H-D., Kang Ch.-W., Kim S.W., 2007. High cell density fermentation of Saccharomyces cerevisiae JUL3 in fed-batch culture for the production of P-glucan. J. Ind. Eng. Chem. 13(1), 153-158.
• Levisauskas D., Galvanauskas V., Simutis R., Zilinskas A., Zilinskas J., 2006. Optimization of bio­mass production in fed-batch culture by feed and dilution control actions. Inf. Technol. Control, 35(4), 383-390.
• Marcinkiewicz M., Juszczyk P., Rywińska A., Rymowicz W., 2012. Wpływ warunków hodowli drożdży Yarrowia lipolytica na wydajność syntezy erytrytolu z glicerolu. Nauki Inżynierskie i Technologie. 3(6), 90-98.
• Moon H.J., Jeya M., Kim I.W., Lee J.K., 2010. Biotechnological production of erythritol and its applications. Appl. Microbiol. Biotechnol. 86, 1017-1025.
• Musiał I., Wojtatowicz M., Juszczyk P., Rywińska A., 2011. Erythritol production by Yarrowia lipolytica DN I W 2a and its UV mutants on media containing glycerol. Curr. Opin. Biotech. 22 (Suppl. 1) 594.
• O'Brien-Nabros L., 2011. Alternative sweeteners - 4th edition, CRC Press: 249-264.
• Oh D.K, Cho C.H., Lee J.K., Kim S.Y., 2001. Increased erythritol production in fed-batch cul­tures of Torula sp. by controlling glucose concentration. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 26, 248-252.
• Park J.B., Seo B.C., Kim J.R., Park Y.K., 1998. Production of erythritol in fed-batch cultures of Trichosporon sp. J. Ferment. Bioeng. 86, 577-580.
• Rymowicz W., Rywińska A., Marcinkiewicz M., 2009. High-yield production of erythritol from raw glycerol in fed-batch cultures of Yarrowia lipolytica. Biotechnol. Lett. 31, 377-380.
• Rywińska A., Juszczyk P., Gryszkin A., Rymowicz W., 2009. Charakterystyka półciągłej biosyn­tezy kwasu cytrynowego z glicerolu przez drożdże. Acta Sci. Pol., Biotechnologia 8(3), 3-14.
• Rywińska A., Juszczyk P., Wojtatowicz M., Robak M., Lazar Z., Tomaszewska L., Rymowicz W., 2013. Glycerol as a promising substrate for Yarrowia lipolytica biotechnological applications. Biomass Bioenergy 48, 148-166.
• Rywińska A., Bąk M., Rakicka M., Tomaszewska L., Boruczkowski T., Lazar Z., Musiał I., Rymo­wicz W., 2012. Selekcja UV mutantów drożdży Yarrowia lipolytica do biosyntezy erytrytolu z glicerolu. Acta Sci. Pol., Biotechnologia (w druku).
• Tomaszewska L., Rywińska A., Musiał I., Utecht M., Juszczyk P., Rymowicz W., Wojtatowicz M., Połomska X., 2011. Skrining szczepów drożdży Yarrowia lipolytica do biosyntezy erytrytolu z glicerolu. Acta Sci. Pol., Biotechnologia 10 (1), 15-28.
• Tomaszewska L., Rywińska A., Gładkowski W., 2012. Production of erythritol and mannitol by Yarrowia lipolytica yeast in media containing glycerol. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 39, 1333-1343.
• Ueda M., Yamagishi K., 1997. Method for producing erythritol. European Patent Application EP0770683.
• Yang S.-W., Park J.-B., Han N.S., Ryu Y.-W., Seo J.-H., 1999. Production of erythritol from glucose by an osmophilic mutant of Candida magnoliae. Biotechnol Lett. 21, 887-890.