Enhancement of single cell oil production by Mortierella alpina CBS 528.72 under submerged fermentation

Abstract

Resumo: A Mortierella alpina spp. É conhecida como produtora de ácidos graxos poli-insaturados (PUFAS), particularmente do ácido araquidônico, porem as melhores condições para uma ótima produção ainda não estão bem definidas. Por esse motivo, a produção de grandes quantidades de biomassa ricas em lipídeos é o principal objetivo dessa pesquisa. Duas linhagens produtoras de lipídeos catalogadas na literatura de M. alpina (CBS 210.32 e CBS 528.72) foram avaliadas. A linhagem CBS 528.72 foi selecionada para futuros testes devido ao seu alto rendimento em lipídeos totais. Um método apropriado de inoculação foi desenvolvido utilizando um agitador mecânico. A influência de fontes de carbono, nitrogênio e parâmetros de fermentação foram estudados usando um desenho experimental de um-fator-de-cada-vez, determinando que entre as fontes de carbono e nitrogênio usadas, a glucose e o extrato de levedura foram os mais adequados. A temperatura de 25°C, pH 6 e uma taxa de inoculação de 10% (v/v) mostraram ser apropriadas para um correto desenvolvimento da biomassa e produção de lipídeos. Um meio base foi otimizado usando um desenho experimental de dois passos: a influência de nove sais, em um determinado rango de concentrações foram avaliadas usando um desenho Plackett-Burman; demonstrando a significância só do sal CaCl2 e um modelo Composto Central Rotacional foi usado para otimizar as quantidades mínimas necessárias de CaCl2 e extrato de levedura, atingindo uma concentração de 23.49 g/L de biomassa seca e 47.32& de lipídeos totais sob a condições antes mencionadas. Um pesquisa posterior a nível de biorreator foi realizadas usando 5L de volume útil de fermentação, obtendo 15.5 g/L de biomassa seca e 52.1% de lipídeos totais por batelada, e finalmente o uso de resíduos agroindustriais também foram avaliados como potenciais fontes de substrato, observando a vantagem do uso de polpa cítrica e resíduos do processa de batata chips. Palavras-chave: Mortierella alpina spp. Ácidos graxos poli-insaturados. Plackett-Burman. Modelo composto central rotacional.

Abstract: Mortierella alpina spp. is known as a producer of polyunsaturated fatty acids (PUFAs), arachidonic acid in particular, although the best conditions for production are not yet a consensus. For this reason, the production of high amounts of biomass with high lipids yield was the aim of this research. Two reportedly good lipid producer strains of M. alpina (CBS 210.32 and CBS 528.72) were evaluated. The strain CBS 528.72 was further selected because of its higher total lipids yield. A suitable inoculation method was developed using a mechanical mixer. The influence of carbon sources, nitrogen sources and fermentation parameters were studied using one-step-at-a-time experimental design, determining that among the common, industrial carbon and nitrogen sources used, glucose and yeast extract were the most suitable. A temperature of 25ºC, pH 6 and an inoculation rate of 10% (V/V) showed to be suitable conditions for biomass and lipids production. A base medium was optimized using a two-step experimental design: the influence of nine salts in a carefully chosen range was evaluated, using a Plackett-Burman design. It was demonstrated that only CaCl2 needed to be further evaluated, and a rotational central composite design was used for the optimization of the CaCl2 and yeast extract levels relative to glucose, reaching 23.49 g/L of dry cellular weight and 47.32% of total lipids under optimized conditions. A further bioreactor scale assay was performed using 5L of fermentation volume obtaining 15.5 g/L of biomass and 52.1% of total lipids per batch and finally the using of residual agroindustrial wasters as alternative substrate was evaluated, observing the convenience of using soy bean hulls and potato chips waste. Keywords: Mortierella alpina spp. Polyunsaturated fatty acids. Plackett-Burman, Rotational central composite design.