Produção de lipídios microbianos a partir de glicerol bruto gerado na síntese de biodiesel

Diante da grande quantidade de glicerol bruto gerado na síntese do biodiesel e seu baixo valor comercial, torna-se fundamental encontrar formas alternativas para converter este substrato em produtos com valor agregado. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar diferentes leveduras oleaginosas capazes de metabolizar o glicerol bruto, gerado como coproduto na síntese de biodiesel, visando produzir biomassa como fonte de lipídios. Todos os cultivos foram realizados em frascos agitados, em condições estabelecidas de acordo com cada etapa do trabalho, sendo obtidos dados relativos ao crescimento celular e à produção de lipídios, tratados estatisticamente conforme o propósito. Lipomyces lipofer NRRL Y-1155 apresentou diferenças significativas em relação às outras leveduras oriundas de banco de cultura, atingindo 57,64% de lipídios na biomassa. Estas leveduras apresentarem perfis de ácidos graxos diferenciados, semelhantes aos dos principais óleos vegetais utilizadas na síntese de biodiesel, com predominância de ácidos graxos poli-insaturados, especialmente ácido linoleico (68,3% na levedura Rhodotorula glutinis NRRL YB-252). O ácido gama-linolênico, um ácido graxo essencial ω6, foi detectado em todas as leveduras analisadas, sendo que na biomassa de Candida cylindracea NRRL Y-17506 chegou a 23,1%. Através de um planejamento experimental Plackett-Burman, verificou-se que as variáveis concentração de extrato de levedura e de MgSO4.7H20 demonstraram maior influência na produção de lipídios por uma linhagem silvestre de Rhodotorula mucilaginosa. Para esta levedura, a partir da análise de efeitos foi possível estabelecer a seguinte condição para a produção de lipídios: 30,0 g.L-1 glicerol; 5,0 g.L-1 KH2PO4; 1,0 g.L-1 Na2HPO4; 3,0 g.L-1 MgSO4.7H2O; 1,2 g.L-1 extrato de levedura; pH inicial 4,5; temperatura 25°C. Nestas condições conseguiu-se um teor de lipídios de 59,96% e lipídios totais produzidos de 5,51 g.L-1 . Também foi possível observar aumento no teor de lipídios da biomassa ao longo do tempo de cultivo, bem como o aumento do teor relativo do ácido linoleico, que atingiu 52%. Dentre as leveduras isoladas a partir de amostras ambientais do Extremo Sul do Brasil, a levedura identificada como Cryptococcus humicola se destacou das demais, apresentando proporção de 23,5% de ácidos graxos saturados, 14,8% de ácidos graxos monoinsaturados e 54,9% de ácidos graxos poli-insaturados, destacando-se o ácido linoleico. O planejamento Plackett-Burman foi também utilizado para esta levedura, sendo que as variáveis concentração de extrato de levedura e glicerol bruto demonstraram maior influência na produção de lipídios. Posteriormente, um delineamento composto central rotacional (DCCR) foi proposto visando à otimização da produção de lipídios. Os modelos empíricos preditivos obtidos para biomassa máxima e lipídios totais permitiram estabelecer para a produção de lipídios por Cryptococcus humicola a seguinte condição otimizada: 100,0 g.L-1 glicerol; 5,0 g.L-1 KH2PO4; 1,0 g.L-1 Na2HPO4; 4,8 g.L-1 extrato de levedura; pH inicial 4,5; temperatura 25°C. Esta condição representou um incremento de cerca de 2 vezes nos lipídios totais em relação à melhor condição estabelecida pelo planejamento Plackett-Burmann e um acréscimo de cerca de 4,8 vezes em relação às condições testadas inicialmente, atingindo 37,61% de lipídios e 8,85 g.L-1 de lipídios totais. Deste modo, os propósitos de valorização de um coproduto oriundo da síntese de biodiesel, bem como a produção de um óleo com potencial para a produção de biodiesel, foram cumpridos.

Taking into consideration the huge quantities of raw glycerol produced by the synthesis of biodiesel and its low-cost, it is of urgency to find alternative ways to convert this substrate into value-added products. In this context, this work aimed to evaluate different oleaginous yeasts able to metabolize raw glycerol generated as a byproduct in the synthesis of biodiesel, in order to produce biomass as a source of lipids. All cultivations were carried out in shaken flasks under conditions established in accordance with each stage of the work, getting data on the cell growth and the production of lipids, which are statistically treated according to the purpose. Lipomyces lipofer NRRL Y-1155 showed differences in relation to other yeasts originating from stock culture reaching 57.64% of lipids. These yeasts presented different fatty acid profiles similar to those of the main vegetable oils used in the biodiesel synthesis, predominantly poly-unsaturated fatty acids, especially linoleic acid (68.3% in the yeast Rhodotorula glutinis NRRL YB-252). γ-linolenic acid, an essential fatty acid ω6, was detected in all yeasts, and for the biomass of Candida cylindracea NRRL Y-17506 reached 23.1%. Through Plackett-Burman design, it was found that the variables concentration of yeast extract and MgSO4.7H20 showed greater influence on lipid production by R. mucilaginosa wild strain. For this yeast, from the effects analysis, it was possible to establish the following condition for the production of lipids: 30.0 g.L-1 glycerol; 5.0 g.L-1 KH2PO4; 1.0 g.L-1 Na2HPO4; 3.0 g.L-1 MgSO4.7H2O; 1.2 g.L-1 yeast extract; initial pH 4.5; temperature 25°C. Under these conditions, lipid content reached 59.96% and total lipids 5.51 g L-1 . It was also observed an increase in lipid content during the period of cultivation, as well an increasing the relative content of linoleic acid, which reached 52%. Among the yeasts isolated from environmental samples from the extreme south of Brazil, the yeast identified as Cryptococcus humicola stood out from the others, with the proportion of 23.5% saturated fatty acids, 14.8% monounsaturated fatty acids and 54.9 % of poly-unsaturated fatty acids, especially linoleic acid. The Plackett-Burman design was also used for this yeast, and the variables concentration of yeast extract and raw glycerol showed greater influence on lipid production. Subsequently, a factorial design was proposed in order to optimize the production of lipids. Predictive empirical models obtained for maximum biomass and total lipids allowed to establish for lipid production by Cryptococcus humicola the following optimized conditions: 100.0 g L-1 glycerol; 5.0 gL-1 KH2PO4; 1.0 gL-1 Na2HPO4; 4.8 gL-1 yeast extract; initial pH 4.5; temperature 25 ° C. This condition represents a 2-fold increase in total lipids in relation to the best condition established by Plackett-Burmann design and a 4.8-fold increase compared to the initial conditions tested, reaching 37.61% of lipids and 8.85 g L-1 of total lipids. Thus, the purpose of valuing of a byproduct of biodiesel arises from the synthesis as well as the production of a potencial renewable oil for biodiesel production were accomplished.

Com o aumento na escala de produção de biocombustíveis, várias pesquisas têm sido enfocadas na utilização de coprodutos, como o glicerol bruto, que é gerado na síntese do biodiesel. O uso de glicerol como substrato para produção de biomassa lipídica constitui uma alternativa interessante, uma vez que valoriza o glicerol bruto e diminui os custos de produção. As leveduras oleaginosas são conhecidas pela sua capacidade de acumular lipídios em nível superior a 20% de sua biomassa podendo ser obtidos em cultivos com substratos renováveis, tais como resíduos agroindustriais. Desta forma, buscou-se com este trabalho avaliar diferentes leveduras capazes de converter o glicerol bruto, gerado como coproduto na síntese de biodiesel, visando produzir biomassa como fonte de lipídios, com potencial utilização como matéria-prima na produção do biodiesel. A fim de selecionar a melhor linhagem de levedura, Cryptococcus curvatus NRRL Y-1511, Candida cylindracea NRRL Y-17506, Lipomyces starkeyi NRRL Y- 11557, Lipomyces lipofer NRRL Y-11555, pré-selecionadas pelo método de coloração de Sudan Black B como potenciais produtoras de lipídios, bem como Rhodotorula glutinis, foram cultivadas em meio contendo glicerol bruto, com acompanhamento da cinética de crescimento e determinação do teor de lipídios e o perfil de ácidos graxos ao término dos cultivos. A levedura L. lipofer NRRL Y-11555 se destacou das demais, acumulando 57,64% de lipídios em sua biomassa. O perfil de ácidos graxos encontrado foi semelhante aos de óleos vegetais comumente utilizados na síntese de biodiesel, ocorrendo a predominância de ácidos graxos poli-insaturados, especialmente o ácido linoleico, que chegou a 68,3% na levedura Lipomyces lipofer NRRL Y-11555. Assim, a obtenção de biomassa de leveduras com elevado conteúdo lipídico a partir de glicerol bruto pode ser uma alternativa sustentável e renovável para a indústria do biodiesel.

O consumo mundial de energia, até o momento, depende principalmente de combustíveis fósseis não renováveis. Durante as duas últimas décadas, tem aumentado o interesse no biodiesel como um biocombustível alternativo. Durante a síntese do biodiesel, o glicerol bruto é gerado como coproduto e vem se tornando um potencial poluente ambiental. A conversão do glicerol bruto por via biotecnológica em produtos de importância comercial constitui uma das mais promissoras alternativas para seu aproveitamento, podendo ser utilizado como fonte de carbono em cultivos microbianos. As leveduras da espécie Rhodotorula mucilaginosa são conhecidas por sua capacidade de assimilar uma grande variedade de substratos. Por outro lado, o rendimento e a composição dos lipídios microbianos dependem de fatores como micro-organismo utilizado, condições de cultivo e substrato empregado. O presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos constituintes do meio de cultivo, pH inicial e temperatura, no acúmulo de lipídios pela levedura silvestre Rhodotorula mucilaginosa. O glicerol bruto foi utilizado como principal fonte de carbono e energia. Utilizou-se o delineamento experimental de Plackett-Burman com 16 ensaios mais 4 pontos centrais, sendo avaliadas 10 variáveis. As respostas avaliadas no planejamento experimental foram biomassa máxima, produtividade em biomassa, teor de lipídios, lipídios totais e produtividade em lipídios. De acordo com os resultados, os maiores efeitos positivos foram encontrados para extrato de levedura e MgSO4.7H20, sendo estas fixadas em 1,2 e 3 g.L-1 , respectivamente. Com relação à temperatura, que apresentou efeito significativo negativo sobre a biomassa, esta foi fixada em 25oC. As demais variáveis, por não apresentaram efeitos significativos, foram fixadas em valores correspondentes ao nível - 1 do planejamento Plackett-Burman (pH 4,5; 30 g.L-1 glicerol; 5,0 g.L-1 KH2PO4; 1,0 g.L-1 Na2HPO4), excluindo-se, desta forma, os sais de cálcio, ferro e zinco do meio de cultivo. Nestas condições atingiu-se uma biomassa máxima de 9,20 g.L-1 , teor de lipídios de 59,96% e lipídios totais de 5,51 g.L-1 . Por fim, realizou-se um acompanhamento do acúmulo de lipídios, perfil de ácidos graxos e consumo de glicerol na condição estabelecida pelo Plackett-Burman, observando-se que o ácido linoleico foi aumentando o seu teor relativo com o tempo, sendo os ácidos palmítico, oleico linoleico e linolênico encontrados como majoritários. O estudo demonstrou que a bioconversão de glicerol bruto em óleos microbianos pela levedura Rhodotorula mucilaginosa constitui uma alternativa promissora, com potencial para minimizar a geração de resíduos, diminuir custos e ser utilizada na produção de biodiesel de segunda geração.