Orientador: Ranulfo Monte Alegre

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: Algumas espécies microbianas já foram identificadas como importantes fontes de diversos tipos de carotenóides. Estes compostos, que podem ser obtidos de forma natural por processos fermentativos, são amplamente utilizados como corantes e desempenham importantes funções biológicas em seres...

Resumo: Algumas espécies microbianas já foram identificadas como importantes fontes de diversos tipos de carotenóides. Estes compostos, que podem ser obtidos de forma natural por processos fermentativos, são amplamente utilizados como corantes e desempenham importantes funções biológicas em seres humanos devido a sua capacidade de aumentar o sistema imunológico e, com isso, diminuir o risco de doenças degenerativas. Neste trabalho, estudou-se a capacidade da bactéria Kocuria rhizophila de sintetizar carotenóides quando submetida ao crescimento em meio de cultivo contendo fonte de carbono solúvel (sacarose) ou insolúvel (óleo de soja). Para cada fonte de carbono foram elaborados delineamentos experimentais com o objetivo de observar a influência de seis variáveis (concentração da fonte de carbono, concentração da fonte de nitrogênio orgânico, concentração da fonte de nitrogênio inorgânico, pH inicial da fermentação, temperatura de incubação e agitação) na produção de carotenóides totais e no crescimento celular e, posterior seleção daquelas que maximizaram o rendimento do processo. Os ensaios foram conduzidos em agitador rotativo (frasco Erlenmeyer de 250 mL) e as amostras foram coletadas a cada 24 horas. A extração dos pigmentos da massa celular foi feita com metanol à temperatura controlada. A concentração de carotenóides totais foi obtida pela leitura da absorbância do extrato metanólico no comprimento de onda de máxima absorção e o crescimento bacteriano foi determinado pela quantificação da massa celular seca. Após a análise dos resultados foi possível observar que as condições de cultivo necessárias para a obtenção da máxima produção de carotenóides totais e do maior crescimento celular diferiram de acordo com a fonte de carbono utilizada. Em meio de cultivo contendo sacarose a máxima concentração de carotenóides totais (2024,40 µg/L) foi obtida no ensaio conduzido até 48 horas de fermentação nas seguintes condições: 75 g/L de sacarose, 0,5 g/L de NH4Cl, 4,5 g/L de extrato de levedura, pH inicial da fermentação 9,0, incubado a temperatura de 24 °C sob agitação de 100 rpm. Porém, a maior concentração de massa celular seca (5,25 g/L) ocorreu nas condições de 50 g/L de sacarose, 2,5 g/L de NH4Cl, 2,5 g/L de extrato de levedura, pH 7,0, temperatura de 30 °C e agitação de 200 rpm após 48 horas. Para a fonte de carbono óleo de soja, a maior concentração de carotenóides totais (1687,2 µg/L) foi obtida em 48 horas de fermentação no ensaio preparado com meio de cultivo contendo 60 g/L de óleo de soja, 1,0 g/L de NH4Cl, 2,0 g/L de extrato de levedura, pH inicial da fermentação 9,0 incubado a 26 °C sob agitação de 150 rpm. Enquanto que o maior crescimento celular (6,04 g/L), foi alcançado no ensaio contendo 60 g/L de óleo de soja, 0,7 g/L de NH4Cl, 6,2 g/L de extrato de levedura, pH 6,8, incubado a temperatura de 30 °C sob agitação de 150 rpm após 48 horas de fermentação. A aplicação do campo magnético e a incidência de luz durante o cultivo bacteriano não exerceram efeito positivo na produção volumétrica de carotenóides totais, mas a aeração mostrou-se essencial para o crescimento da bactéria. A síntese dos pigmentos foi associada à fase exponencial do crescimento nas condições estudadas e a sarcinaxantina (C50H72O2) foi o único carotenóide completamente identificado dentre todos os sintetizados pela bactéria Kocuria rhizophila

Abstract: Some microbial species have been already identified as major sources of various types of carotenoids. These compounds, which can be obtained in a natural way by fermentative processes, are widely used as corants and have important biological functions in humans because of its ability to...

Abstract: Some microbial species have been already identified as major sources of various types of carotenoids. These compounds, which can be obtained in a natural way by fermentative processes, are widely used as corants and have important biological functions in humans because of its ability to increase the immune system and thereby reduce the risk of degenerative diseases. In this work, the ability of the bacteria Kocuria rhizophila to synthesize carotenoids was studied. The experiments were performed in culture medium containing soluble carbon source (sucrose) or insoluble (soybean oil). For each carbon source, it was developed experimental design in order to observe the influence of six variables (carbon source concentration, organic and inorganic nitrogen sources concentrations, initial fermentation pH, agitation rate and temperature) on the cellular growth and total carotenoids production. Subsequently, the variables that could contribute to the optimization of the process were selected. The experiments were carried out in rotary shaker (Erlenmeyers of 250 mL) and the samples were collected each 24 hours. The methanol was used to extract the pigments from cellular mass. The total carotenoids content was determined espectrophometrically and the bacterial growth was determined by the dry cellular mass. The results showed that the necessary conditions for maximum total carotenoids production and maximum cellular growth were differed according to the carbon source used. The maximum total carotenoids concentration (2024.40 µg/L) was obtained after 48 hours of fermentation in the medium containing 75 g/L of sucrose, 0.5 g/L of NH4Cl, 4.5 g/L of yeast extract, pH 9.0, temperature of 24 °C and agitation of 100 rpm. The other hand, the highest dry cellular mass concentration (5.25 g/L) occurred in the conditions of 50 g/L of sucrose, 2.5 g/L of NH4Cl, 2.5 g/L of yeast extract, pH 7.0, temperature of 30 °C and agitation of 200 rpm, also in 48 hours. In the fermentation with soybean oil, the highest total carotenoids concentration (1687,2 µg/L) was obtained in the culture medium containing 60 g/L of soybean oil, 1.0 g/L of NH4Cl, 2.0 g/L of yeast extract, pH 9.0, temperature of 26 °C and agitation of 150 rpm. The dry mass was higher (6,04 g/L) when the following levels were employed: 60 g/L of soybean oil, 0.7 g/L NH4Cl, 6.2 g/L of yeast extract, pH 6.8, temperature of 30 °C and agitation of 150 rpm. The application of the magnetic field and the incidence of light during the fermentation do not exercised positive effect on total carotenoids production, but the aeration showed to be essential for the bacterial growth. The synthesis of the pigment was associated with the exponential growth phase under the conditions studied and sarcinaxanthin (C50H72O2) was the only carotenoid completely identified among all synthesized by the bacteria Kocuria rhizophila