879 resultados para Saccharomyces, must fermentation, glucose and fructose consumption, sugar transporter, hexokinases
Resumo:
In Hinsicht darauf, dass sich S. cerevisiae-Stämme im Laufe der Domestizierung und Anpassung an verschiedene Habitate genetisch verändert haben, wurde in dieser Arbeit eine repräsentative Auswahl von Labor-, kommerziellen und in der Natur vorkommenden Saccharomyces-Stämmen und ihren Interspezies-Hybriden auf die Verbreitung alleler Varianten der Hexokinase-Gene HXK1 und HXK2 getestet. Von den Hexose-Transportern stand Hxt3p im Mittelpunkt, da seine essentielle Rolle bei der Vergärung von Glucose und Fructose bereits belegt wurde.rnIn dieser Arbeit wurde gezeigt, dass es bedeutende Unterschiede in der Vergärung von Glucose und Fructose zwischen Weinhefen der Gattung Saccharomyces gibt, die z.T. mit Struktur-Varianten des Hexose-Transporter Hxt3p korrelieren. rnInsgesamt 51 Hefestämme wurden auf ihre allele Variante des HXT3-Gens untersucht. Dabei haben sich drei Hauptgruppen (die Fermichamp®-Typ Gruppe, Bierhefen und Hybrid-Stämme) mit unterschiedlichem HXT3-Allel ergeben. Im Zusammenhang mit der Weinherstellung wurden signifikante Nukleotid-Substitutionen innerhalb des HXT3-Gens der robusten S. cerevisiae-Stämme (wie z.B. Sekthefen, kommerzielle Starterkulturen) und Hybrid-Stämmen festgestellt. Diese Hefen zeichneten sich durch die Fähigkeit aus, den Most trotz stressigen Umwelt-Bedingungen (wie hohe Ethanol-Konzentration, reduzierter Ammonium-Gehalt, ungünstiges Glucose:Fructose-Verhältnis) zu vergären. rnDie Experimente deuten darauf hin, dass die HXT3-Allel-Variante des als Starterkultur verwendbaren Stammes Fermichamp®, für den verstärkten Fructose-Abbau verantwortlich ist. Ein gleiches Verhalten der Stämme mit dieser Allel-Variante wurde ebenfalls beobachtet. Getestet wurden die S. cerevisiae-Stämme Fermichamp® und 54.41, die bezüglich Hxt3p-Aminosäuresequenz gleich sind, gegenüber zwei S. cerevisiae-Stämmen mit dem HXT3-Standard-Alleltyp Fermivin® und 33. Der Unterschied in der Hexose-Verwertung zwischen Stämmen mit Fermichamp®- und Standard-Alleltyp war in der Mitte des Gärverlaufs am deutlichsten zu beobachten. Beide Gruppen, sowohl mit HXT3 Fermichamp®- als auch Fermivin®-Alleltyp vergoren die Glucose schneller als die Fructose. Der Unterschied aber zwischen diesen HXT3-Alleltypen bei der Zucker-Verwertung lag darin, dass der Fermichamp®-Typ eine kleinere Differenz in der Abbau-Geschwindigkeit der beiden Hexosen zeigte als der Fermivin®-Typ. Die Zuckeraufnahme-Messungen haben die relativ gute Fructose-Aufnahme dieser Stämme bestätigt.rnEbenfalls korrelierte der fructophile Charakter des Triple-Hybrides S. cerevisiae x S. kudriavzevii x S. bayanus-Stamm HL78 in Transportexperimenten mit verstärkter Aufnahme von Fructose im Vergleich zu Glucose. Insgesamt zeigte dieser Stamm ähnliches Verhalten wie die S. cerevisiae-Stämme Fermichamp® und 54.41. rnIn dieser Arbeit wurde ein Struktur-Modell des Hexose-Transporters Hxt3p erstellt. Als Basis diente die zu 30 % homologe Struktur des Proton/Xylose-Symporters XylE aus Escherichia coli. Anhand des Hxt3p-Modells konnten Sequenzbereiche mit hoher Variabilität (Hotspots) in drei Hxt3p-Isoformen der Hauptgruppen (die Fermichamp®-Typ Gruppe, Bierhefen und Hybrid-Stämme) detektiert werden. Diese signifikanten Aminosäure-Substitutionen, die eine mögliche Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Carriers mit sich bringen, konzentrieren sich auf drei Bereiche. Dazu gehören die Region zwischen den N- und C-terminalen Domänen, die cytosolische Domäne und der Outside-Loop zwischen Transmembranregion 9 und Transmembranregion 10. rnObwohl die Transportmessungen keinen Zusammenhang zwischen Stämmen mit unterschiedlichen HXT3-Allelen und ihrer Toleranz gegenüber Ethanol ergaben, wurde ein signifikanter Anstieg in der Zuckeraufnahme nach vorheriger 24-stündiger Inkubation mit 4 Vol% Ethanol bei den Teststämmen beobachtet. rnInsgesamt könnten allele Varianten von HXT3-Gen ein nützliches Kriterium bei der Suche nach robusten Hefen für die Weinherstellung oder für andere industrielle Anwendungen sein. Die Auswirkung dieser Modifikationen auf die Struktur und Effizienz des Hexose-Transporters, sowie der mögliche Zusammenhang mit Ethanol-Resistenz müssen weiter ausführlich untersucht werden. rnEin Zusammenhang zwischen den niedrig variablen Allel-Varianten der Hexokinase-Gene HXK1 und HXK2 und dem Zucker-Metabolismus wurde nicht gefunden. Die Hexokinasen der untersuchten Stämme wiesen allerdings generell eine signifikante geringere Affinität zu Fructose im Vergleich zu Glucose auf. Hier liegt sicherlich eine Hauptursache für den Anstieg des Fructose:Glucose-Verhältnisses im Laufe der Vergärung von Traubenmosten.rn
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Glucose and fructose fermentations by industrial yeasts strains are strongly affected by both the structural complexity of the nitrogen Source and the availability of oxygen. In this Study two Saccharomyces cerevisiae industrial wine strains were grown, under shaken and static conditions, in a media containing either a) 20% (w/v) glucose, or b) 10% (w/v) fructose and 10% (w/v) glucose or c) 20% (w/v) fructose, all supplemented with nitrogen Sources varying from a single ammonium salt (ammonium Sulfate) to free amino acids (casamino acids) and peptides (peptone). Data Suggest that 1 complex Structured nitrogen source is not submitted to the same control mechanisms as those involved in the utilization of simpler structured nitrogen Sources, and mutual interaction between carbon and nitrogen Sources, including the mechanisms involved ill the regulation of aerobic/anaerobic metabolism, may play in important role in defining yeast fermentation performance and the differing response to the structural complexity of the nitrogen Source, with a strong impact oil fermentation performance.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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Produção de glicose e frutose por invertase de Saccharomyces cerevisiae imobilizada em suporte MANAE-Agarose Invertase de Saccharomyces cerevisiaefoi imobilizada em agarose ativada com diferentes grupos (glioxil, MANAE ou glutaraldeído) e suportes epóxidos comerciais (Eupergit e Sepabeads). Derivados de invertase ativos e estabilizados foram produzidos pela adsorção da enzima em suportes MANAE-agarose, MANAE-agarose tratado com glutaraldeído e glutaraldeído-agarose. Em pH 5,0 estes derivados retiveram total atividade até 24h a 40 ºC e 50 ºC. Quando os ensaios foram a 40 °C e 50 °C com o pH alterado para 7,0, o derivado invertase-MANAE-agarose tratado com glutaraldeído apresentou 80% da atividade inicial. As atividades recuperadas dos derivados foram 73,5%, 44,4% e 36,8%, respectivamente para MANAE, MANAE tratado com glutaraldeído e glutaraldeído. Essas três preparações foram empregadas com sucesso em 3 ciclos de hidrólise da sacarose para produzir glicose e frutose.
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Co-crystallization of sucrose from a highly concentrated sucrose syrup (less than or equal to 7% moisture, w/w) at 131 degreesC with 0, 5, 10, 15, and 20% of fructose, glucose, or a mixture of fructose and glucose was investigated. The crystallization of sucrose was delayed in presence of these lower molecular weight sugars. The DSC melting endotherm of cocrystallized samples exhibited a decrease in crystalline sucrose in the sample as a function of increased level of glucose and fructose. The mechanical strength of co-crystallized granules was found to be related to the moisture content and the amount of glucose or fructose content in the sample. The samples containing 10, 15, and 20% glucose in co-crystallized product demonstrated crystallization of glucose in its monohydrate form during 1 mo of storage.
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Molecular modelling using semiempirical methods AM1, PM3, PM5 and, MINDO as well as the Density Functional Theory method BLYP/DZVP respectively were used to calculate the structure and vibrational spectra of d-glucose and d-fructose in their open chain, alpha-anomer and beta-anomer monohydrate forms. The calculated data show that both molecules are not linear; ground state and the number for the point-group C is equal to 1. Generally, the results indicate that there are similarities in bond lengths and vibrational modes of both molecules. It is concluded that DFT could be used to study both the structural and vibrational spectra of glucose and fructose.
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The high demands for sugars and the development of enzymatic technology have increased the production of sweeteners, especially for glucose and fructose syrups. This work describe a technology for glucose and fructose syrups from Brazilian cassava starch using enzymes produced by soil microrganisms isolated from the Brazilian Cerrado soil. Firstly, Aspergillus niger and Streptomyces sp. were isolated from the soil and used as glucoamylase (GA) and glucose isomerase (GI) producer sources. After characterization, GA and GI exhibited optimum pH 4.5 and 8.0, respectively. GA showed maximum activity at 60 ºC and GI at 85 ºC. GA and GI retained 65 and 80%, respectively, of initial activity after 180 minutes of incubation at 60 ºC. The kinetic parameters Km and Vmáx were 0.476 (mg.mL-1) and 8.58 (µmol/minute) for GA and 0.082 (M) and 48.20 (µmol/minute) for GI. The maximum glucose syrups production occurred after 24 hours of reaction with a 98% yield. The production of fructose syrups with 42% (w/v) was reached after 96 hours of reaction.
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A family of bulk and SBA-15 supported peroxo niobic acid sols were prepared by peptisation of niobic acid precipitates with H2O2 as heterogeneous catalysts for aqueous phase glucose and fructose conversion to 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF). Niobic acid nanoparticles possess a high density of Brønsted and Lewis acid sites, conferring good activity towards glucose and fructose conversion, albeit with modest 5-HMF yields under mild reaction conditions (100 °C). Thermally-induced niobia crystallisation suppresses solid acidity and activity. Nanoparticulate niobic acid dispersed over SBA-15 exhibits pure Brønsted acidity and an enhanced Turnover Frequency for fructose dehydration.
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The metabolic effects of carbohydrate supplementation in mice have not been extensively studied. In rats, glucose- and fructose-rich diets induce hypertriacylglycerolemia. In the present study, we compared the metabolic responses to two monosaccharide supplementations in two murine models. Adult male Wistar rats (N = 80) and C57BL/6 mice (N = 60), after 3 weeks on a standardized diet, were submitted to dietary supplementation by gavage with glucose (G) or fructose (F) solutions (500 g/L), 8 g/kg body weight for 21 days. Glycemia was significantly higher in rats after fructose treatment (F: 7.9 vs 9.3 mM) and in mice (G: 6.5 vs 10 and F: 6.6 vs 8.9 mM) after both carbohydrate treatments. Triacylglycerolemia increased significantly 1.5 times in rats after G or F supplementation. Total cholesterol did not change with G treatment in rats, but did decrease after F supplementation (1.5 vs 1.4 mM, P < 0.05). Both supplementations in rats induced insulin resistance, as suggested by the higher Homeostasis Model Assessment Index. In contrast, mice showed significant decreases in triacylglycerol (G: 1.8 vs 1.4 and F: 1.9 vs 1.4 mM, P < 0.01) and total cholesterol levels (G and F: 2.7 vs 2.5 mM, P < 0.05) after both monosaccharide supplementations. Wistar rats and C57BL/6 mice, although belonging to the same family (Muridae), presented opposite responses to glucose and fructose supplementation regarding serum triacylglycerol, free fatty acids, and insulin levels after monosaccharide treatment. Thus, while Wistar rats developed features of plurimetabolic syndrome, C57BL/6 mice presented changes in serum biochemical profile considered to be healthier for the cardiovascular system.
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Objective: To evaluate the transepithelial transport of sodium, glucose, potassium, and water and the mRNA level of the sodium-glucose cotransporter (SGLT1) and the facilitated sugar transporter (GLUT2) in the small intestine of iron-deficient rats. Methods: After 6 wk of receiving diets with low or normal iron content, rats (Wistar-EPM) were subjected to two experiments: 1) evaluation of the transepithelial transport of sodium, glucose, potassium, and water by an ""in vivo"" experimental model of intestinal perfusion and 2) determination of relative SGLT1 and GLUT2 mRNA levels in the proximal, intermediate, and distal portions of the small intestine by the northern blotting technique. Results: Hemoglobin and hepatic iron levels were statistically lower in the anemic rats. The mean transepithelial transports of sodium (-33.0 mu Eq . min(-1) . cm(-1)), glucose (426.0 mu M . min(-1) . cm(-1)), and water (0.4 mu L . min(-1) . cm(-1)) in the small intestine of the anemic rats were significantly lower than in the control group (349.1 mu Eq . min(-1) cm(-1), 842.6 mu M . min(-1) . cm(-1), and 4.3 mu l . min(-1) cm(-1), respectively, P < 0.05). The transepithelial transport of potassium was similar for both groups. The relative SGLT1 mRNA levels of the anemic rats in the intermediate (1.796 +/- 0.659 AU) and distal (1.901 +/- 0.766 AU) segments were significantly higher than the values for the control rats (intermediate 1.262 +/- 0.450 AU, distal 1.244 +/- 0.407 AU). No significant difference was observed for the relative SLGT1 mRNA levels in the proximal segment or for the GLUT2 mRNA levels in all segments. Conclusion: Iron deficiency decreases the absorption of glucose, sodium, and water and increases SGLT1 mRNA in the intermediate and distal segments of the small intestine of rats. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.
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Unacylated ghrelin (UAG) is the predominant ghrelin isoform in the circulation. Despite its inability to activate the classical ghrelin receptor, preclinical studies suggest that UAG may promote β-cell function. We hypothesized that UAG would oppose the effects of acylated ghrelin (AG) on insulin secretion and glucose tolerance. AG (1 µg/kg/h), UAG (4 µg/kg/h), combined AG+UAG, or saline were infused to 17 healthy subjects (9 men and 8 women) on four occasions in randomized order. Ghrelin was infused for 30 min to achieve steady-state levels and continued through a 3-h intravenous glucose tolerance test. The acute insulin response to glucose (AIRg), insulin sensitivity index (SI), disposition index (DI), and intravenous glucose tolerance (kg) were compared for each subject during the four infusions. AG infusion raised fasting glucose levels but had no effect on fasting plasma insulin. Compared with the saline control, AG and AG+UAG both decreased AIRg, but UAG alone had no effect. SI did not differ among the treatments. AG, but not UAG, reduced DI and kg and increased plasma growth hormone. UAG did not alter growth hormone, cortisol, glucagon, or free fatty acid levels. UAG selectively decreased glucose and fructose consumption compared with the other treatments. In contrast to previous reports, acute administration of UAG does not have independent effects on glucose tolerance or β-cell function and neither augments nor antagonizes the effects of AG.
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Saccharomyces cerevisiae hexokinase-less strains were produced to study the production of ethanol and fructose from sucrose. These strains do not have the hexokinases A and B. Twenty-three double-mutant strains were produced, and then, three were selected for presenting a smaller growth in yeast extract-peptone-fructose. In fermentations with a medium containing sucrose (180.3 g L-1) and with cell recycles, simulating industrial conditions, the capacity of these mutant yeasts in inverting sucrose and fermenting only glucose was well characterized. Besides that, we could also see their great tolerance to the stresses of fermentative recycles, where fructose production (until 90 g L-1) and ethanol production (until 42.3 g L-1) occurred in cycles of 12 h, in which hexokinase-less yeasts performed high growth (51.2% of wet biomass) and viability rates (77% of viable cells) after nine consecutive cycles.
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Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV
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Das Ziel dieser Arbeit war es, mehr Informationen über unkonventionelle Gründe für Gärstockungen zu gewinnen und neue Wege zu finden, diese zu überwinden. Mikrobielle Sukzession und die chemische Zusammensetzung bei der Gärung wurden in zwei aufeinander folgenden Jahren in einem Weingut von der oberen Mosel in Deutschland studiert. Es gab keinen Hinweis darauf, dass die isolierten Bakterienspezies oder chemischen Komponenten von Most und Jungwein an schleppenden oder stockenden Gärungen beteiligt waren. Ferner konnte während dieser Arbeit gezeigt werden, dass Saccharomyces bayanus die dominierende Weinhefe in diesem Weingut war statt der klassischen und bekannten Weinhefe Saccharomyces cerevisiae. Während der Gärstockung konnte ein Dreifach-Hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus wachsen, Saccharomyces bayanus ersetzen und die Gärung beenden. Beide isolierten Hefestämme Saccharomyces bayanus Stamm HL 77 und der Dreifach-Hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus Stamm HL 78 konnten Glucose und Fructose von Anfang an verwerten und konnten bei niedrigen Temperaturen von 15 °C und in der Abwesenheit von Hefe-verwertbarem Stickstoff in Form von Ammonium wachsen, solange Aminosäuren im Medium vorhanden waren, im Gegensatz zu einer kommerziellen Saccharomyces cerevisiae-Starterkultur. Chemische Untersuchungen ergaben, dass Hefe-verwertbarer Stickstoff in dem kooperierenden Weingut mit einem Maximum von 160 mg/l zu Beginn der Gärung vorhanden war und auf 40 mg/L verringert war nach zwei Wochen. Aus diesem Grund sind beide isolierten Hefestämme interessant als Starterkulturen in diesem Weingut und dies kann neben der niedrigen Temperatur im Keller auch ein Grund sein, warum Saccharomyces cerevisiae nicht die dominierende Weinhefe in diesem Fall ist. Der Dreifach-Hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus Stamm HL 78 ist in der Lage, Fructose noch effizienter zu nutzen als Saccharomyces bayanus Stamm HL 77 und ist weniger abhängig von der Aminosäurekonzentration. Dieser Stamm wurde bereits erfolgreich bei diesem Projekt eingesetzt, um eine Gärstockung in dem kooperierenden Weingut zu beheben. Es ist bekannt, dass Saccharomyces-Hybride in der Weinherstellung vorkommen aber ihre Rolle bei der Überwindung von Gärstockungen wurde bisher noch nicht beschrieben. Diese Ergebnisse sind nützlich, um Gärstockungen zu vermeiden oder zu überwinden mit der selektiven Verwendung dieser Hefestämme in verschiedenen Stadien der Gärung. Das kooperierende Weingut, welches im oberen Qualitätssegment platziert ist, hatte jedes Jahr Probleme mit Gärstockungen. Daher ist die Anwendung der Dreifach-Hybriden Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus Stamm HL 78 eine große Chance, Gärstockungen und finanzielle Verluste ohne kommerzielle Starterkulturen oder andere übliche Praktiken, die zu einer Veränderung des Aromaprofils führen können, zu vermeiden. Die beschriebenen Untersuchungen stellen ein Modell dar, um Gärstockungen auch in anderen Weingütern, die Spontangärungen anwenden, zu überwinden.
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This study focuses on the assessment of the fermentation conditions required to modulate the metabolic flux in the osmotolerant yeast Candida magnoliae and evaluate its potential to produce low-alcoholic and low-caloric fermented beverages. For that purpose, two strains, PYCC 2903 and PYCC 3191, were used and fermentation conditions as oxygenation, sugar concentration and the ratio of glucose to fructose were studied using synthetic culture media. Candida magnoliae PYCC 2903 was subsequently used to ferment real industrial fructose-rich substrates such as fruit juices. Sugar consumption profiles for C.magnoliae PYCC 2903 incubated aerobically in the presence of high fructose and glucose concentrations (15%, 10% and 5%) showed a selective utilization of fructose, denoting a preference for this sugar over glucose. The lower ratio between ethanol and sugar alcohols yield was obtained for both strains incubated under oxygen limitation simulating industrial fructose-rich substrates, confirming the ability of this yeast to direct fermentation towards alternative products. Enzymatic assays for hexokinase activity in terms of capacity and affinity for glucose and fructose were performed, aiming to elucidate its contribution to the fructophilic behaviour of this yeast. Enzymatic assays for both strains showed that the Vmax is two to threefold higher for fructose than for glucose but Km is also 10-20-fold higher for this sugar than for glucose. Hence, hexokinase kinetic properties do not explain fructophily in C.magnoliae. This indicates that fructose transport is probably determining in this respect, as observed for other fructophilic yeasts. Fruit juice fermentations with C.magnoliae PYCC 2903 revealed a potential for the production of beverages with interesting sensorial properties. Pear and peach fermentations exhibited the best results with the lowest ratio between ethanol and sugar alcohols yield and the most pleasant organoleptic features.