Efeito do oxigénio na biotransformação de lípidos em aromas pela levedura Yarrowia lipolytica

Abstract

Vários processos biotecnológicos baseiam-se no desenvolvimento de microrganismos num meio bifásico formado por uma emulsão do tipo óleo-em-água. Um exemplo deste sistema consiste no meio utilizado na biotransformação de ricinoleato de metilo em γ-decalactona, pela levedura Yarrowia lipolytica. A γ-decalactona é um composto aromático de interesse industrial, que resulta da ß-oxidação peroxisomal do ricinoleato de metilo. A concentração de oxigénio dissolvido no meio é um factor interveniente na via metabólica implicada na biotransformação. Assim, a caracterização da capacidade de transferência de massa de oxigénio do ar para o meio bifásico reveste-se de grande importância para a optimização do processo em bioreactor. Neste trabalho foi desenvolvida uma correlação empírica para prever o KLa em função das condições de operação (agitação e arejamento) e da composição do meio de biotransformação em fracções orgânicas de óleo e de surfactante, no biorreactor. Isto permitiu seleccionar condições de operação para estudar o efeito do KLa na produção de γ-decalactona. Apesar de se verificar que o kLa influencia a produção de γ-decalactona não foi possível estabelecer uma relação directa entre estas duas variáveis. Foi igualmente objectivo deste trabalho avaliar a sensibilidade de Yarrowia lipolytica a concentrações elevadas de oxigénio, com o intuito de averiguar a possibilidade de aplicação de ar hiperbárico como forma de melhorar a capacidade de transferência de oxigénio para o meio. Verificou-se que a aplicação de pressões de ar de 0.5 MPa na fase de crescimento da levedura estimula o crescimento celular. Porém, na fase de biotransformação, a aplicação de pressões de ar acrescidas não favorece o processo. A acumulação de γ-decalactona pode variar muito com as actividades das enzimas da ß-oxidação que degradam o seu precursor directo, o ácido 4-hidroxidecanoico. Essas actividades são influenciadas pelas condições de pressão e oxigénio aplicadas na biotransformação. A maior produção de γ-decalactona (328 mg.L-¹) foi obtida no biorreactor Parr, aplicando pressões de 0.1 MPa durante as fases de crescimento e biotransformação, com uma agitação e arejamento de 400 rpm e 0.9 vvm, respectivamente.

The dissolved oxygen concentration in the medium is an intervening factor in the metabolic pathway involved in the biotransformation. Therefore, the characterization of oxygen mass transfer capacity from air to biphasic medium is very important to optimize the process within the bioreactor. In this work, an empirical correlation was developed to predict KLa as a function of operating conditions (agitation and aeration) and of organic and surfactant fractions in the biotransformation medium, within the bioreactor. This enabled then to select operating conditions to study the effect of KLa on γ-decalactone production. Although KLa influenced γ-decalactone production, it was impossible to establish a direct correlation between these two variables. Another aim of this work, was to evaluate the sensibility of Yarrowia lipolytica at high oxygen concentrations, with the purpose of checking the possibility of using hyperbaric air to enhance the oxygen mass transfer capacity into the medium. It was observed that hyperbaric air applications of 0.5 MPa during the yeast growth phase, improved the cellular growth. However, the use of hyperbaric air during the biotransformation did not improve the process. γ-Decalactone accumulation can vary a lot with the activities of the peroxisomal ß-oxidation enzymes, that degrade its direct precursor, 4-hidroxydecanoic acid. Those activities are influenced by pressure and oxygen conditions applied in the biotransformation. The highest production of γ-decalactone (328 mg.L-¹) was obtained in the Parr bioreactor, using a pressure of 0.1 MPa during the growth and biotransformation phases, with agitation and aeration conditions of respectively 400 rpm and 0.9 vvm.