Skrining szczepów drożdży Yarrowia lipolytica do biosyntezy erytrytolu z glicerolu

• Autorzy: Tomaszewska L. , Rywinska A. , Musial I. , Utecht M. , Juszczyk P. , Rymowicz W. , Wojtatowicz M. , Polomska X.

Warianty tytułu

EN

Screening of Yarrowia lipolytica yeast strains for erythritol production from glycerol

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano zdolność ośmiu szczepów drożdży z gatunku Yarrowia lipolytica do produkcji erytrytolu z glicerolu w 10-dniowych hodowlach wstrząsanych. Drożdże produkowały od 27,9 do 33,6 g ⋅ dm-3erytrytolu, z wydajnością w zakresie 0,36–0,53 g ⋅ g-1. Na podstawie analizy statystycznej wytypowano do dalszych badań szczep produkcyjny Y. lipolytica A-10. W hodowlach wgłębnych w bioreaktorze oceniono wydajność i dynamikę produkcji erytrytolu z glicerolu przez wybrany szczep. Drożdże produkowały 63 oraz 59 g ⋅ dm-3 erytrytolu z wydajnością 0,41 oraz 0,37 g ⋅ g-1 w hodowlach zawierających odpowiednio 150 g ⋅ dm-3 glicerolu czystego lub odpadowego. Najwyższą szybkość objętościową (0,74 g ⋅ dm-3) i właściwą produkcji erytrytolu (0,048 g ⋅ g-1 ⋅  h-1) uzyskano w hodowli z czystym glicerolem. W zależności od zastosowanego glicerolu stężenie wewnątrzkomórkowego erytrytolu było w zakresie od 77,3 do 112,9 mg ⋅ g-1 s.m.

EN

The ability of eight strains of Yarrowia lipolytica yeast to produce erythritol from glycerol was investigated in ten-days flask cultures. The yeast produced 27.9–33.6 g ⋅  dm-3 of erythritol with yield varying from 0.36 to 0.53 g ⋅  g-1. After statistical analysis Y. lipolytica A10 strain was chosen for further investigation. The yield and kinetics of erythritol production by selected strain were examined in batch culture conducted in bioreactor. Tested strain produced 63 and 59 g ⋅  dm-3 of erythritol with yield 0.41 and 0.37 g ⋅  g-1 in cultures containing 150 g ⋅  dm-3 of pure and raw glycerol, respectively. The highest volumetric productivity (0.74 g ⋅  dm-3) and specific production rate of erythritol (0.048 g ⋅  g-1 ⋅  h-1) was achieved in the culture with pure glycerol. Intracellular erythritol concentration was ranging between 77.3–112.9 mg ⋅  g-1 d.w., depending on type of glycerol used.

Słowa kluczowe

PL

Yarrowia lipolytica; szczepy drozdzy; hodowla mikroorganizmow; biosynteza; erytrytol; glicerol; skrining

EN

Yarrowia lipolytica; yeast strain; microorganism culture; biosynthesis; erythritol; glycerol; screening

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia
• Rocznik: 2011
• Tom: 10
• Numer: 1
• Opis fizyczny: s.15-27,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Tomaszewska L.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Rywinska A.

• Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul.C.K.Norwida 25, 50-375 Wrocław

autor

Musial I.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Utecht M.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Juszczyk P.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Rymowicz W.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Wojtatowicz M.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Polomska X.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

Bibliografia

• Alba-Lois L., Segal C., Rodarte B., Valdes-Lopez V., DeLuna A., Cardenas R., 2004. NADP-glutamate dehydrogenase activity is increased under hyperosmotic conditions in the halotolerant yeast Debaryomyces hansenii. Curr. Microbiol., 48, 68-72.
• Almagro A., Prista C., Begona B., Loureiro-Dias M.C., Ramos J., 2001. Cloning and Expression of Two Genes Coding for Sodium Pumps in the Salt-Tolerant Yeast Debaryomyces hansenii. J. Bacteriol., 183, 3251-3255.
• Aoki M., Pastore G., Park Y., 1993. Microbial transformation of sucrose and glucose to erythritol. Biotechnol. Lett., 15(4), 383-388.
• Bernt W., Borzelleca J., Flamm G., Munro I., 1996. Erythritol: a review of biological and toxicological studies. Reg. Toxicol. Pharmacol., 24, 191-197.
• Betts G.D., Linton P., Betteridge R.J., 1999. Food spoilage yeasts: effects of pH, NaCl and tempera­ture on growth. Food Control, 10, 27-33.
• de Cock P., Bechert C.-L., 2002. Erythritol. Functionality in noncaloric functional beverages. Pure Appl. Chem. 74(7), 1281-1289.
• Dijkema C., Kester H.C.M., Visser J., 1985. 13C NMR studies of carbon metabolism in the hyphal fungus Aspergillus nidulans. Proc. Natl. Acad. Sci., 82, 14-18.
• Goossens J., Roper H., 1994. Erythritol: a new sweetener. Food Sci. Technol. Today, 8 (3), 144-149.
• Hajny G., Smith J., Garver J., 1964. Erythritol production by a yeast-like fungus. Appl. Microbiol. 12 (3), 240-246.
• den Hartog G.J.M., Boots A.W., Adam-Perrot A., Brouns F., Verkooijen I.W.C.M., Weseler A.R., Haenen G.R.M.M., Bast A., 2009. Erythritol is a sweet antioxidant. Nutrition, 26 (4), 449-458.
• Hiele G., Ghoos Y., Rutgeerts P., Vantrappen G., 1993. Metabolism of erythritol in humans: com­parison with glucose and lactitol. Nr. J. Nutr., 69, 169-176.
• 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.
• Kayingo G., Kilian S.G., Prior B., 2001. Conservation and release of osmolytes by yeasts during hypo-osmotic stress. Arch. Microbiol., 177, 29-35.
• Kim S.Y., Lee K.H., Kim J.H., Oh D.K., 1997. Erythritol production by controlling osmotic pressure in Trigonopsis variabilis. Biotechnol. Lett., 19 (8), 727-729.
• Kim K.A., Noh B.S., Lee J.K., Kim S.Y., Park Y.C., Oh D.K, 2000. Optimization of culture conditions for erythritol production by Torula sp. J. Microbiol. Biotechnol., 10, 69-74.
• Koh E.S., Lee T.H., Lee D.Y., Kim H.J., Ryu Y.W., Seo J.H., 2003. Scale-up of erythritol production by an osmophilic mutant of Candida magnoliae. Biotechnol. Lett., 25, 2103-2105.
• Lee J.K., Ha S.J., Kim S.Y., Oh D.K, 2001. Increased erythritol production in Torula sp. With inositol and phytic acid. Biotechnol. Lett., 23, 497-500.
• Lin S.J., Wen C.Y., Liau J.C., Chu W.S., 2001. Screening and production of erythritol by newly isolated osmophilic yeast-like fungi. Proc. Biochem., 36, 1249-1258.
• Lin S.J., Wen C.J., Wang P.M., Huang J.C., Wei C.L., Chang J.W., Chu W.S., 2010. High-level production of erythritol by mutants of osmophilic Moniliella sp. Proc. Biochem., 45 (6), 973-979.
• Lucca M.E., Spencer J.F.T., de Figueroa L.I.C., 2002. Glycerol and arabitol production by an in- tergeneric hybrid, PB2, obtained by protoplast fusion between Saccharomyces cerevisiae and Torulaspora delbrueckii. Appl. Microbiol. Biotechnol., 59, 472-476.
• Makinen K., Isotupa K., Kivilompolo T., Makinen P., Toivanen J., Soderling E., 2001. Comparison of erythritol and xylitol saliva stimulants in the control of dental plaque and mutants Strepto­cocci. Caries Res., 35, 129-135.
• Mitsubishi, Nikken, 1996. Private communication from Mitsubishi Chemical Corp. and Nikken Chemical Co.
• 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.
• 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.
• Onishi H., 1960. Studies on osmophilic yeasts. Isolation of a new obligate halophilic yeast and some consideration on halophilism. Bull. Agric. Chem. Soc. Jpn., 24, 226-230.
• 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.
• Park Y.C., Lee D.Y., Lee D.H., Kim H.J., Ryu Y.W., Jin H., Seo J.H., 2005. Proteomics and physiol­ogy of erythritol-producing strains. J. Chromatogr., 815, 251-260.
• Pfeifer V., Sohns V, Conway H., Lancaster E., Dabic S., Griffin E., 1960. Two stage process for dialdehyde starch using electrolytic regeneration of periodic acid. Ind. Eng. Chem. Res., 52, 201-206.
• Plemenitas A., Vaupotic T., Lenassi M., Kogej T., Gunde-Cimerman N., 2008. Adaptation of ex­tremely halotolerant black yeast Hortaea werneckii to increased osmolarity: a molecular per­spective at a glance. Studies in Mycology, 61, 67-75.
• Rymowicz W., Juszczyk P., Rywińska A., Żarowska B., Musiał I., 2005. Produkcja kwasu cytrynowego z odpadowego glicerolu przez drożdże Yarrowia lipolytica. Biotechnologia Monografie, 2 (2), 46-54.
• Rymowicz W., Rywińska A., Gładkowski W., 2008. Simultaneous production of citric acid and erythritol from crude glicerol by Yarrowia lipolytica. Chem. Pap., 60, 391-394.
• 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.
• Ryu Y.W., Park C.Y., Park J.B., Kim S.Y., Seo J.H., 2000. Optimization of erythritol production by Candida magnoliae in fed-batch culture. J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 25, 100-103.
• Roper H., Goossens J., 1993. Erythritol, a new raw material for food and non-food applications. Starch, 45 (11), 400-405.
• Sawada K., Taki A., Yamakawa T., Seki M., 2009. Key role for transketolase activity in erythritol production by Trichosporonoides megachiliensis SN-G42. J. Biosci. Bioeng., 108, 385-390.
• Shindou T., Sasaki Y., Miki H., Hagiwara K., Ichikawa T., 1988a. Determination of erythritol in fermentem foods by high performance liquid chromatography. Shokuhin Eiseigaku Zasshi, 29 (6), 419-422.
• Ueda M., Yamagishi K., 1997. Method for producing erythritol. European Patent Application EP0770683
• Veiga-da-Cunha M., Santos H., Van Schaftingen E., 1993. Pathway and regulation of erythritol formation in Leuconostoc oenos. J. Bacteriol., 175, 3941.
• Vogt A., 2004. Nowa technologia otrzymywania estrów etylowych wyższych kwasów tłuszczowych z tłuszczów roślinnych i zwierzęcych - komponentów biopaliw i surowców oleochemicznych. Mat. Konf. Regionalna konferencja naukowo-techniczna: fakty i mity o biopaliwach, Wrocław, 17-32.
• 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.