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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE MICOLOGIA PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA DE FUNGOS

PRODUÇÃO DE BIOMASSA POR LINHAGENS DE LEVEDURAS CULTIVADAS EM Opuntia ficus indica

CLARISSA IZABEL MATOS LINS

RECIFE

2012


PRODUÇÃO DE BIOMASSA POR LINHAGENS DE LEVEDURAS CULTIVADAS

EM Opuntia ficus indica

Dissertação apresentada como

cumprimento parcial das exigências

para obtenção do título de Mestre em

Micologia pela Universidade Federal

de Pernambuco.

Orientador: Dr°José Luiz de Lima- Filho

Co – orientador (a) Drª Danyelly Bruneska Gondim Martins

RECIFE 2012

Elaine Barroso CRB 1728

Lins, Clarissa Izabel Matos Produção de biomassa por linhagens de leveduras cultivadas em Opuntia ficus indica / Clarissa Izabel Matos Lins. – Recife: O Autor, 2012. 50 folhas : il., fig., tab.

Orientador: José Luiz de Lima-Filho Coorientadora: Danyelly Bruneska Gondim Martins

Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Ciências Biológicas. Biologia de Fungos, 2012.

Inclui bibliografia e anexos

1. Leveduras 2. Biomassa 3. Opuntia ficus indica. Lima-Filho, José Luiz de

(orientador) II. Martins, Danyelly Bruneska Gondim (coorientadora) III. Título

579.59 CDD (22.ed.) UFPE/CCB-2012-205


PRODUÇÃO DE BIOMASSA POR LINHAGENS DE LEVEDURAS CULTIVADAS

EM Opuntia ficus indica

Dissertação apresentada como cumprimento parcial das exigências para obtenção

do título de Mestre em Micologia pela Universidade Federal de Pernambuco.

Recife, 18, de Fevereiro de 2009.

Banca Examinadora

_________________________________________________________

Prof. Dr. José Luiz de Lima Filho - UFPE

(Presidente)

_________________________________________________________

Prof. Dr. Rubem Carlos Araujo Guedes - UFPE

(1º membro)

_________________________________________________________

Profª Drª Alexandra Amorim Salgueiro – UNICAP

(2º membro)

_________________________________________________________

Profª. Drª Neide Kazue Sakugawa Shinohara - UFRPE

(1º suplente)

_________________________________________________________

Profª. Drª Rejane Pereira Neves - UFPE

(2º suplente)

A Deus que sempre guiou meus passos, aos meus Pais e aos amigos que sempre

torceram pelo meu sucesso.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus que sempre me deu forças e iluminou o meu caminho.

Aos meus Pais Antonio Walter e Izabel por todo amor e carinho. Em especial a

minha mãe “minha fortaleza” que mesmo nas horas de maior fragilidade soube

me fortalecer. Painho e mainha sem vocês não sou nada!

Aos meus familiares que torceram e ajudaram em minha caminhada; Em especial

meu tio Teodoro e meu irmão Walter Kleiton Moura Lins;

A todo corpo docente da Pós Graduação em Biologia de Fungos, que sempre me

recebeu de braços abertos, repassando ensinamentos que levarei por toda vida.

Ao Prof. José Luís de Lima Filho pela orientação, força, credibilidade e

carinho e a Profª Danyelly Bruneska pela paciência, amizade e ética.

Ao Instituto de Pesquisas Agropecuárias – IPA, Caruaru/PE, em especial a

Sr. Ivan pela boa receptividade

Aos meus amigos da turma de Mestrado que sempre acreditaram e

incentivaram minhas pesquisas.

Ao meu fiel escudeiro Flávio Veras, meu amigo de hoje e sempre que me deu

as mãos durante todo meu experimento e que juntos aprendemos “a duras

penas” os detalhes de nossos experimentos.

Aos amigos de hoje e sempre Helder e Suanni que escutaram os meus

desabafos, sorriram e torceram por cada etapa da minha caminhada.

A todos os amigos Bezerro, Afonso, Albertine, Carol, Edgar, Petrus Pires,

Germana Josefa, Márcia Carine, Léo e Bela do Laboratório de Biotecnologia -

LIKA que sempre valorizaram o meu trabalho e me fizeram sentir melhor nas

horas de baixo astral.

Ao amigo Sérgio Santos pelo respeito, amizade e ajuda na microscopia para

conclusão da dissertação da Pocahontas.

A Verinha pelo amor, carinho e cuidados com sua filha da Biotecnologia.

Sr Moisés pelos cafezinhos, boas conversas, amizade e respeito

Ao Técnico Felipe do Biotério e Paulo pela boa vontade em servir ao próximo.

Talvez meio caminho andado seja a gente acreditar no que faz. Mas acima de tudo,

o que mais nos incentiva, que mais nos valoriza - e também nos torna mais

conscientes da nossa responsabilidade - é saber que os outros crêem em nós.

E não há palavras que descrevam o que sentimos ao saber dos sacrificíos

daqueles se impõem por crerem não apenas em nós mas também no que cremos !

Albert Einstein.

RESUMO

Opuntia ficus indica é uma cactácea utilizada na produção de bioprodutos, sendo rica em carboidratos. O extrato líquido do cladódio foi utilizado como substrato para a seleção de leveduras de interesse biotecnológico. Candida utilis, C. lipolytica, Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus foram cultivadas no extrato obtido após retirada da epiderme, trituração e centrifugação. Alíquotas foram coletadas para análise de biomassa, açúcares redutores , pH e parâmetros cinéticos. K. marxianus apresentou maior taxa de crescimento (µ= 0,25h-1) e maior porcentagem de consumo de açúcar (95,68%). C. utilis apresentou melhor rendimento de biomassa em relação ao substrato consumido (Yx/s=2,69). C. lipolytica apresentou melhor perfil cinético, maiores valores de produção de biomassa (∆Xmax=10,93 g/l) e produtividade em 24 horas de cultivo (P= 0,58 g/l.h) em relação as outras leveduras testadas. A influência de diferentes concentrações salinas no crescimento da C. lipolytica cultivada em extrato de O. ficus indica foi testada com NaCl e KCl (0,1M, 0,25M, 0,50M, 1M, 2M, e 4M), assim como a influência do choque osmótico para o cultivo. No crescimento sob estresse a levedura foi tolerante a concentrações até 1M de NaCl e a 0,5M para o KCl. As concentrações maiores inibiram o crescimento. No choque osmótico, a concentração de 4M foi considerada letal para as células e a 2M sub-letal. As células de C. lipolytica parecem ter poder de adaptação contra estresse osmótico até a concentração de 1M.

Palavras-chaves: Leveduras. Extrato de Palma. Biomassa. Estresse salino.

Bioprodutos.

ABSTRACT

Opuntia ficus indica can be applied in bioproduct production because of its composition rich in carbohydrates. The liquid extract from the cladodes were used for the selection of yeast with biotechnological interest. Candida utilis, C. lipolytica, Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus were cultivated in this extract obtained after removal of the epidermis, grinding and centrifugation. Aliquots were collected for analysis of biomass, sugars, pH and kinetic parameters. K. marxianus showed higher growth rate (μ= 0.25h-1) and higher percentage of consumption of sugar (95.68%). C. utilis showed better yield of biomass on the substrate consumed (Yx/s= 2.69). C. lipolytica showed better kinetic profile, higher production of biomass (ΔXmax= 10.93 g/l) and productivity within 24 hours of cultivation (P= 0.58 g/l.h) on the other yeasts tested. The influence of different salt concentrations in the growth of C. lipolytica in O.ficus indica extract was tested with NaCl and KCl (0.1M, 0.25M, 0.5M, 1M, 2M and 4M) as well as the influence of osmotic shock for cultivation. The growth under stress C. lipolytica was tolerant to concentrations up 1M NaCl and 0.5 M for KCl. The higher concentrations inhibited growth. Osmotic shock in the concentration of 4M was considered lethal to cells and sub-lethal 2M. Candida lipolytica cells might be able to adapt to osmotic stress by the concentration of 1M.

Key words: Yeasts. Palm Extract. Biomass. Salinity.Bioproducts.

Gráfico 1. Biomassa produzida pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae (Fleishman®), Kluyveromyces marxianus CBS 6556, Candida utilis e Candida lipolytica 1120 em extrato líquido de Opuntia ficus indica.

27

Gráfico 2. Curva de Crescimento e Curva de consumo dos açúcares redutores da Saccharomyces cerevisiae (Fleishmann®) cultivada em extrato de palma e meio (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30°C.

28

Gráfico 3. Curva de Crescimento e Curva de consumo dos açúcares redutores da Kluyveromyces marxianus CBS 6556 cultivada em extrato de palma e meio (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30°C.

30

Gráfico 4. Curva de Crescimento e Curva de consumo dos açúcares redutores da Candida utilis URM115 cultivada em extrato de palma e meio (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30°C.

32

Gráfico 5. Curva de Crescimento e Curva de consumo dos açúcares redutores da Candida lipolytica 1120 cultivada em extrato de palma e meio (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30°C.

34

Gráfico 6. Biomassa produzida pela Cândida lipolytica URM 1120 em extrato líquido de Opuntia ficus indica contendo concentrações crescentes de NaCl e KCl , utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150 rpm e 30°C.

38

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 Foto da plantação de Opuntia fícus-indica no Campo experimental de Caruaru

– IPA 17

Figura 2 Esquematização da Opuntia ficus indica 18

Figura 3 Cultivo da Levedura C. lipolytica em extrato regional de palma e em meio YPD

em 12 h de crescimento.................................................................................................... 37

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Extração de nutrientes pela cultura da palma forrageira

19

Tabela 2. Perfil cinético da Saccharomyces cerevisiae Fleishmann® cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utlizando meio YPD como controle.

29

Tabela 3. Perfil cinético da K marxianus CBS 6556 cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

31

Tabela 4. Perfil cinético da C. utilis URM115 cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

33

Tabela 5. Perfil cinético da C. lipolytica URM 1120 cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

35

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

DNSA – Ácido dinitrosalicílico

FAO – Food and Agriculture Organization of the United Nations;

FDA – Food and Drug Administration;

GRAS – Generally Regard As Safe;

MAPA – Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento;

MME – Ministério de Minas e Energia;

Qx/ P – Produtividade da biomassa;

∆X – Biomassa;

∆S – Consumo dos Açúcares Redutores

YPD – Meio de cultura (1% extrato de levedura; 2% peptona; 2% glicose);

Yx/s – Taxa de conversão de substrato em biomassa (rendimento);

μMáx – Taxa de crescimento específico máximo.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 13

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14

2.1 LEVEDURAS 14

2.2 Opuntia ficus indica. 16

2.3. Crescimento Microbiano 21

3 OBJETIVOS 23

3.1 Geral 23

3.2 Específicos 23

4. MATERIAL E MÉTODOS 24

4.1 Microrganismos 24

4.2 Amostras da Opuntia ficus-indica 24

4.3 Tratamentos da O. ficus-indica 24

4.4 Condições de Cultivo em frasco aerado 25

4.5. Determinações Analíticas 25

4.6. Ensaios de Crescimento Sob Estresse Salino 25

4.7. Testes de Susceptibilidade ao Choque Salino 26

4.8. Parâmetros Cinéticos 26

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 27

6. CONCLUSÃO 40

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 41

13 Lins, C. I. M. Produção De Biomassa Por Linhagens de Leveduras Cultivadas...

1 INTRODUÇÃO

As leveduras são fungos unicelulares capazes de produzir componentes

de interesse biotecnológico tais como enzimas, proteínas, entre outros. Estes

microrganismos apresentam constituição nutricional rica em proteínas e outros

componentes importantes para a dieta humana e dos animais, tais como:

carboidratos, lipídios, minerais e vitaminas. As vitaminas do complexo B

merecem destaque, principalmente tiamina, riboflavina, biotina, niacina, ácido

pantotênico, piridoxina, colina, ácido fólico, cobalamina (B12) e ácido p-

aminobenzóico como constituintes da parede. A natureza do substrato

utilizado, da espécie, da concentração de sais e das condições de fermentação

pode alterar a composição bioquímica das leveduras.

A Opuntia ficus indica, conhecida como palma forrageira, é um dos

vegetais mais promissores da região semi árida nordestina em virtude da sua

composição que apresenta 90% de água, sendo utilizado como alimento para

os animais no período de grande estiagem, contribuindo para o aumento da

oferta de alimentos, aliviando o problema da escassez de água para os

animais. A palma forrageira, embora seja uma alternativa na suplementação,

tem baixo teor de proteínas e vitaminas (VILAS BOAS ; ESPOSITO, 2000).

Dessa forma, o cultivo de leveduras nesse vegetal pode aumentar seu valor

nutricional, fornecendo ao final do processo importantes fatores de crescimento

como: proteína microbiana, fósforo, potássio e vitaminas do complexo B.

Os cladódios (raquetes ou artículos) da planta constituem boa fonte de

fibras, um elemento importante para a dieta humana apresentando um

considerável potencial na utilização médica. Estudos utilizando a palma

forrageira têm apresentado esta planta como uma alternativa tecnológica,

agregando valor a esta cultura.

O presente trabalho aborda o cultivo de leveduras de interesse

biotecnológico, em extrato de palma forrageira.


2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Levedura

As leveduras constituem um grupo de microrganismos unicelulares, que

se reproduzem de duas formas: (i) forma assexuada por modo de brotamento

ou gemulação e fissão celular e, (ii) forma sexuada produzindo ascos e

ascosporos, ou basídio e basidiosporos. Estes microrganismos são

amplamente encontrados na natureza, sendo comuns no solo, na superfície de

órgãos vegetais, principalmente em flores e frutos, no trato intestinal de

animais, em alimentos com alto teor de carboidratos, e em outros ambientes.

Podem ser parasitas, simbiontes, sendo, em sua grande parte, sapróbios

(ALEXOPOULOS, MIMIS, BLACKWEL 1996; KENDRICK, 1992).

De acordo com Ainsworth (1973), estes fungos pertencem à Subdivisão

ou grupo dos Deuteromycotina (fungos anamorfos ou imperfeitos) por não

apresentarem reprodução sexuada. Segundo Kendrick, (1992), os anamorfos

correspondem à fase assexual de algumas espécies do Subfilo ou Subdivisão

Ascomycotina ou Basidiomycotina, por apresentarem ausência de corpo de

frutificação. Entretanto, Alexopoulos et al. (1996) incluíram as leveduras em

dois Filos: Ascomycota, localizados na Classe dos Arquiascomycetes que

apresentam ausência de ascocarpo, ascos nus; e Basidiomycota, inseridos nas

Classes dos Uredinomycetes e Ustilaginomycetes que são desprovidos do

corpo de frutificação (basidiocarpo). As espécies de leveduras Saccharomyces

estão incluídas no grupo das leveduras verdadeiras formadoras de ascosporos

que não produzem ascocarpo (ALEXOPOULOS et al., 1996).

Leveduras podem ter duas formas a sexuada (teleomorfa), que é

considerada perfeita e assexuada (anamorfa) que é considerada imperfeita. Em

alguns casos, apenas a forma imperfeita é conhecida na literatura (KENDRICK,

1992). Estas leveduras possuem a habilidade de fermentar açúcares para

produzir etanol e CO2, sendo conhecidas por importante tarefa na fabricação

de vários alimentos e bebidas (SERAFINI; BARROS; AZEVEDO, 2002). Desta

forma, estes microrganismos são utilizados há milênios na fabricação e

conservação de bebidas fermentadas e alimentos como vinho, champagne,

cerveja, aguardente, pães, produtos lácteos e picles; estando

associados à tecnologia de processamentos biotecnológicos em todo mundo,


embora somente no século XIX tenha sido reconhecida a natureza biológica

dos agentes responsáveis por estes processos (ESPOSITO ; AZEVEDO,

2004).

Devido à diversidade de ambientes em que podemos encontrar

leveduras e à sua adaptação aos diversos substratos estes microrganismos

têm sido utilizados na produção de grande número de produtos na indústria

alimentícia e no desenvolvimento de vários processos biotecnológicos

(JACQUES ; CASAREGOLA, 2008).

Dentre os vários compostos de interesse biotecnológicos produzidos

pelas leveduras podemos citar probióticos, proteínas heterólogas e ácido

cítrico. Este último pode ser produzido pela Candida lipolytica, espécie

conhecida por maximizar a produção de ácido cítrico enquanto assimila

carboidratos ou qualquer hidrocarboneto do substrato (CROLLA; KENNEDY,

2004). Uma vez terminada a fase do crescimento da biomassa, inicia-se a fase

chamada de acúmulo de produto na sinterização do ácido cítrico (ANNADURAI

et al., 1996).

Inúmeros processos de fermentação na indústria foram introduzidos e

aperfeiçoados com aproveitamento do potencial de matérias primas renováveis

para obtenção de produtos químicos, combustíveis, alimentos, bebidas,

bioinseticidas, biofertilizantes, fármacos e enzimas. Dentre as matérias primas,

os resíduos agrícolas e agroindustriais desempenham um papel marcante, com

uma gama de procedimentos fermentativos realizados com base em materiais

como caldo e melaço de cana de açúcar, farelos de soja, trigo, milho, aveia e

arroz, resíduos celulósicos e da indústria de papel (SERAFINI et al., 2002).

Esses resíduos apresentam em suas composições componentes como:

carbono, nitrogênio, vitaminas e sais minerais. Estes compostos materiais, se

despejados in natura, na natureza são poluentes em potencial. Desta forma,

pesquisadores passaram a reutilizar esses resíduos com conseqüente

benefício ao meio ambiente (CARDOSO, 2009).

Recentemente muitas espécies de leveduras com maior capacidade na

produção de proteínas têm sido isoladas de uma grande variedade de fontes

na conversão de resíduos agroindustriais e agrícolas. Substratos alternativos

como melaço e vinhaça bruta de cana-de-açúcar têm sido utilizados para

síntese de lipídeos e proteínas. Cazetta et al., (2005) demonstraram o potencial

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%2522Jacques%20N%2522%255BAuthor%255D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%2522Casaregola%20S%2522%255BAuthor%255D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus


biotecnológico da Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula mucilaginosa,

Corynebacterium glutamicum e C. lipolytica em melaço a 10% e vinhaça bruta

de cana-de-açúcar.

Em resposta à demanda por produtos naturais, na biotecnologia é

constante a utilização de novos biocatalisadores. No controle da degradação

de substratos hidrofóbicos alguns espécimes de Candida, Yarrowia,

Sporobolomyces são conhecidas há pouco tempo como não convencionais,

tendo sido consideradas bons biocatalisadores. As lipases desses

microrganismos são utilizadas em processos biotecnológicos na produção de

flavours e fragrâncias de interesse comercial (WACHÉ et al., 2006).

Substratos lácteos também têm sido utilizados para cultivo de leveduras.

Neste, as leveduras apresentam uma gama de características fisiológicas e

bioquímicas (WACHÉ et al., 2006). Condições de crescimento em baixas

temperaturas e altas concentrações de sal têm sido utilizadas como formas de

estresse visando aumento da produção e do rendimento, assim como pH baixo

e à presença de conservantes. A capacidade dos agentes de sublimar e agir

sinergicamente ou antagonisticamente é freqüentemente tomada em relação à

concepção e preservação dos procedimentos de produtos alimentares

(ALMAGRO et al., 2000).

2.2 Opuntia ficus indica

A palma forrageira (Opuntia sp.) é uma planta nativa do México

disseminada pelos espanhóis na América, Espanha, França e Itália. Os mouros

a levaram ao norte da África e os portugueses a trouxeram para o Brasil

(SANTOS et al., 1997). Espécies desta Cactácea podem ser encontradas

desde Argentina até o México, sendo esse ultimo o mais importante centro de

diversidade, com 699 espécies e 244 subespécies distribuídas até o Canadá

(BRAVO 1978; GUZMAN et al. 2003).

As variedades cultivadas no Brasil incluem a palma gigante ou santa

(Figura 1) e a palma redonda ou azeda (FERREIRA, 1989). Estima-se existir no

Nordeste brasileiro, cerca de 400 mil hectares cultivados, constituindo uma das

principais forrageiras para o gado leiteiro na época da seca, uma vez que

contém em média 90% de água. Desta forma, a palma forrageira representa


para o semi-árido uma valiosa contribuição no suprimento desse líquido para

os animais, alem de fonte de alimento alternativo para a população que vive

abaixo da linha da pobreza nos locais de seca intensa (SANTOS et al., 1997).

Figura 1. Foto da plantação de Opuntia ficus indica no Campo Experimental do Instituto de Pesquisas Agropecuárias, situado em Caruaru-PE. Fonte: http://www.embrapa.br.

A maior parte das plantas forrageiras apropriadas para o cultivo são

aquelas do gênero Opuntia, que podem suportar condições de escassez de

água, temperaturas elevadas e solos pobres, proporcionando alimentos para

subsistência agrícola das populações carentes. A O. ficus indica, preenche

muitos destes requisitos, pois, uma utilização mais eficiente seria favorecida

por uma maior aplicabilidade da mucilagem como agente espessante,

importante aditivo empregado para produção de alimentos na indústria

farmacêutica e de cosméticos (BARBERA et al., 1999).

Representantes do grupo dos Angiospermos, as plantas da Família das

Cactáceas são tolerantes à seca e apresentam “Crassulacean Acid

Metabolism” (CAM), também conhecido como fotossíntese CAM. Este

metabolismo permite a fixação do dióxido de carbono (CO2) durante a noite,

armazenando-o como o ácido carbônico e liberando durante o dia. A CAM

apresenta os estômatos fechados durante o dia, característica especialmente


comum em plantas adaptadas às condições áridas (INGELSE, 1997). Em

relação às características morfofisiológicas, é comum observar folhas

pequenas durante o crescimento inicial do caule. No entanto, em curto período

caem, e com a sua ausência o processo fotossintético é realizado pelas partes

verdes do caule conhecidas como cladódios, que servem de via para a seiva

ascendente e descendente exercendo a função clorofiliana através do

parênquima (FERREIRA, 1989). Os cladódios (Fig.2) da planta são

considerados boa fonte de fibras, elemento importante para a dieta humana

apresentando um considerável potencial na utilização médica.

Figura 2 Esquematização das partes da Opuntia ficus indica.

O gênero Opuntia é caracterizado pela produção de um hidrocolóide

conhecido por mucilagem (FLUXA, 1991), formada por redes moleculares

capazes de reter grandes quantidades de água (SAAG et al., 1975). A

mucilagem da palma forrageira é um ingrediente interessante para a indústria

alimentar devido às suas propriedades químicas e viscosidade, podendo ser

utilizada como agente espessante, aditivo utilizado na indústria alimentícia,

indústria farmacêutica e de cosméticos (SEPULVEDA et al., 2007).

Estas mucilagens são compostas por carboidratos complexos de

natureza polimérica, com uma estrutura altamente ramificada que contêm

proporções variáveis de L-arabinose, D-galactose, L-D-xilose e ramanose, bem

como ácido galacturônico em diferentes proporções. Minerais e fibras

Fonte: Santos et al, 2000


alimentares também podem ser encontrados (MCGARVIE; PAROLIS, 1981;

SAENZ; MONTOYA, 1999; MEDINA-TORRES et al., 2000, 2003;

GOYCOOLEA ; CARDENAS, 2004; MATSUHIRO et al., 2006). Sepulveda et

al., (2007) extraíram e caracterizaram a mucilagem de Opuntia spp. e

observaram que teor de cálcio varia entre 8,0% - 8,7%%, enquanto o teor de

potássio está entre 1,2% - 1,8%.

Nos cladódios, a quantidade de nitrogênio e fosforo são reduzidas,

enquanto que cálcio e potássio podem ser encontrados em maior proporção

nesta parte da planta (Tabela 1). Cladódios de O. ficus indica, de acordo com a

idade e sazonalidade, apresentam conteúdos satisfatórios de açúcares,

geralmente glicose, frutose, galactose, xilose e arabinose. A presença de

ácidos urônicos já foi confirmada, indicando a presença de polissacarídeos

pectíneos (OLIVEIRA, 2007). As sementes provenientes dos frutos apresentam

altas quantidades de P, K e Mg e pequenas quantidades de Ca, Na, Mn, Zn, Fe

e Cu (SAENZ, 2000). Sua composição lipídica é de, aproximadamente, 4,6 a

6,7% de ácidos graxos, sendo o ácido linoleico o mais abundante, seguido pelo

ácido palmítico, sendo comparável a de outros óleos comestíveis. Aminoácidos

também podem ser encontrados nas sementes (REYES-AGUERO et al., 2006).

Tab.1. Porcentagem de nutrientes extraídos a partir da matéria seca dos cladódios da Opuntia ficus indica.

Produtividade

(10t de **MS/ha/ano)

Quantidade de nutriente removido (kg/ha)

Porcentagem (%)

N 90 0,90

P 16 0,16

K 258 2,58

Ca 235 2,35

Fonte: Santos et al., 2002 / MS ** Matéria seca

Devido às suas características nutricionais, diversas aplicações têm sido

observadas para O. ficus indica, agregando valor econômico e interesse no

mercado mundial (REYNOLDS ; ARIAS, 2001). A ingestão do extrato seco e


cozido desta planta foi considerada benéfica para o desenvolvimento corpóreo

e para a manutenção dos níveis de colesterol total, sem qualquer efeito

secundário no valor da glicose e lipoproteínas no sangue (MEDELIN;

SALVIDAR; DE LA GARZA, 1998; EUN-HEE et al., 2000).

O cladódio desta cactácea é utilizado em larga escala em produtos

caseiros, empresas de pequeno porte e em escala industrial na produção de

geléias, gelatinas, xaropes, frutas secas, balas e bombons, além de sucos

concentrados (HABIBI et al., 2005). Em países como o México, os cladódios

jovens (nopalitos) são utilizados para consumo humano. Propriedades

medicinais e terapêuticas têm sido investigadas visando sua utilização em

tratamentos contra gastrite, hiperglicemia, aterosclerose, diabetes e hipertrofia

prostática (FRATI; JIMENEZ; ARIZA, 1990; HEGWOOD, 1990; ENNOURI et

al., 2007). O uso destes artículos como hospedeiros de insetos (Cochonilha)

também tem sido empregado pelas indústrias farmacêuticas, químicas,

cosméticas, alimentícias e têxteis na produção de um pigmento vermelho

carmim altamente apreciado na produção industrial (HABIBI et al., 2005).

Os frutos, por sua vez, são utilizados na fabricação de produtos como

sucos, bebidas alcoólicas (BUSTOS, 1981), compotas (SAWAYA et al., , 1983)

e adoçante líquido (SAENZ, 2000). Também foi descrita a produção de

equivalentes de manteiga de cacau a partir do sumo do fruto através de

processos fermentativos (HASSAN; BLANC; PAREILLEUX; GOMA, 1995).

Torres Neto et al., (2006) demonstraram uma técnica de produção de vinagre

utilizando-se como matéria-prima o fermentado do fruto da palma.

Diferentes estudos têm sido realizados em relação às sementes do fruto

de O. ficus indica. O óleo produzido tem taxa de rendimento bruto entre 5,8 e

13,6%, tendo sido utilizado na produção de etanol e antioxidantes com grande

perspectiva de aplicabilidade. O etanol extraído demonstra um alto potencial

analgésico com efeitos antiinflamatórios (EUN - HEE et al., 1998; MALAININE

et al., 2003; HABIBI et al., 2005). Da semente de O. ficus indica têm sido

extraídos aminoácidos, sendo a glutamina, a asparagina e a arginina os mais

abundantes (REYES-AGUERO et al., 2006).

Os resíduos da fabricação do óleo obtido a partir das sementes da

palma têm um alto potencial de renovação. Na Malásia, durante a extração do

óleo do fruto da Opuntia sp. são gerados resíduos ricos em celulose,


hemicelulose e lignina. Estima-se que a biomassa residual apresenta 24% de

xilana (ALMEIDA ; SILVA, 1995). Desta forma, a possibilidade de utilização

deste resíduo, através da hidrólise ácida, a pode resultar valor de rendimento

de 91,27% na produção de xilose (RAHMAN et al., 2007). Como alternativa

mais simples, as empresas queimam em incineradores esse material,

contribuindo para o agravamento da poluição do meio ambiente (KUHAD et al.,

1993).

O processo de enriquecimento protéico da palma forrageira com a

levedura Saccharomyces cerevisiae vem sendo investigado, visando melhorar

o valor nutritivo da palma para ser utilizada na alimentação animal como uma

fonte alternativa para arraçoamento de ruminantes (ARAÚJO et al.,2008). O

uso da palma forrageira como substrato foi investigado por Ribeiro, (2007)

utilizando as leveduras Kluyveromyces marxianus, Candida utilis além da S.

cerevisiae na produção de Single Cell Protein, é um termo utilizado para a

biomassa microbiana produzida por fermentação na produção de bioprodutos.

2.3 Crescimento microbiano

As leveduras apresentam um variado conjunto de fontes de carbono que

pode ser utilizados para seu crescimento, tais como: polióis, álcoois, ácidos

orgânicos e aminoácidos. Entretanto, metabolizam preferencialmente açúcares.

As informações sobre o metabolismo de diferentes fontes de carbono estão

relacionadas às hexoses (glicose, frutose, galactose e manose) e

dissacarídeos (maltose e sacarose), bem como aos compostos com dois

carbonos (etanol e acetato) (RODRIGUES, 2006).

As vias metabólicas empregadas para o metabolismo de hexoses e

dissacarídeos partilham as mesmas vias da glicólise (RODRIGUES, 2006). Nas

reações fermentativas ocorre um processo de obtenção de energia com a

quebra da glicose (ou outros substratos como o amido) em piruvato, que depois

é transformado em outro produto, como o álcool etílico e lactato, definindo a

fermentação em alcoólica e láctica, respectivamente. Entretanto, esse processo

químico, também pode ser butírico, oxálico, acético, entre outros (SILVA

FILHO, 2003).

http://pt.wikipedia.org/wiki/Glicose

http://pt.wikipedia.org/wiki/Amido

http://pt.wikipedia.org/wiki/Piruvato

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcool_et%C3%ADlico


Processos fermentativos têm sido utilizados no tratamento de algumas

águas residuais tóxicas. Na fermentação descontínua, todo o processo ocorre

em um sistema individual com recuperação do fermentado e sua reutilização

em processos fermentativos; enquanto que o contínuo consiste na fermentação

em sistemas interligados, onde o processo ocorre gradualmente em vários

estágios (ISIK ; SPONZA, 2008).

Componentes produzidos por fermentação podem ser úteis

industrialmente, tais como os metabólitos primários, aminoácidos, ácidos

orgânicos, alcoóis e vitaminas produzidos por fungos, especialmente por

leveduras. Entre os aminoácidos produzidos, o L-glutamato se destaca

comercialmente, sendo utilizado como potencializador do sabor.


3 OBJETIVOS

3.1. Objetivo Geral

Avaliar o perfil de crescimento das leveduras Saccharomyces cerevisiae,

Kluyveromyces marxianus, Candida utilis e Candida lypolitica cultivadas em

Opuntia ficus indica com finalidade de selecionar a melhor espécie para

produção de biomassa nesse substrato regional.

3.2. Objetivos específicos

Analisar a capacidade de produção de biomassa das leveduras S.

cerevisiae Fleischmann, K. marxianus CBS6556, C. utilis URM 115, C.

lypolitica URM 1120 em extrato líquido de Opuntia ficus-indica;

Selecionar a levedura de maior potencial de produção de biomassa em

extrato líquido de O. ficus indica a partir da análise dos parâmetros

bioquímicos e cinéticos;

Analisar a influência dos sais Cloreto de Sódio (NaCl) e Cloreto de

Potássio (KCl) na produção de biomassa pela levedura selecionada em

extrato de O. ficus indica


4 MATERIAL E MÉTODOS

4.1 Microrganismos

Foram utilizadas as seguintes linhagens: Candida utilis URM 115,

Candida lipolytica 1120 (gentilmente cedida a partir da coleção de leveduras da

Micoteca – URM/Departamento de Micologia - UFPE), Saccharomyces

cerevisiae (Fleischmann®) e Kluyveromyces marxianus CBS 6556 (CBS -

Centraalbureau voor Schimmelcultures). Estas duas últimas consideradas

“Generally Regarded as Safe” (GRAS) pelo Food and Drug Administration

(FDA). As linhagens foram mantidas em placas de Petri contendo meio YPD

(Extrato de levedura 1%, Peptona 2%, Dextrose 2% e Agar 2%) à 4oC.

Alternativamente, as mesmas foram armazenadas à -70oC, de acordo com

Ausubel, et al., (2002).

4.2 Amostras da Opuntia ficus-indica

Os exemplares da O. ficus indica (palma forrageira) foram obtidos junto

ao Instituto Agronômico de Pernambuco (IPA-PE), localizado em Caruaru, no

Agreste do Estado. Raquetes em estágios terciário e quaternário foram

coletadas de exemplares de palma gigante com idade de aproximadamente

dois anos.

4.3 Tratamento da O. ficus indica

Amostras de O. ficus indica foram submetidas aos tratamentos de retirada

dos espinhos, lavagem em água destilada, corte e desprezo da epiderme.

Posteriormente, o material foi centrifugado a 10000 rpm por 15 minutos e

filtrado a vácuo para remoção de partículas residuais do substrato. O extrato

líquido resultante foi utilizado como substrato. Tais procedimentos foram

modificados a partir de Ribeiro, (2007).


4.4 Condições de Cultivo em Frasco Aerado

Colônias isoladas de cada linhagem de C. utilis, C. lipolytica, S. cerevisiae

e K. marxianus foram retiradas de placas de Petri contendo meio YPD e pré-

inoculadas em Erlenmeyer de 125 mL contendo 50 ml de meio YPD por 12 h a

30°C, sob agitação orbital de 150 rpm. A partir da cultura obtida, uma

concentração inicial de biomassa a 0,1 DO600nm foi inoculada em frascos de

Erlenmeyer de 500 ml contendo 180 ml de extrato líquido de O. ficus indica. Os

experimentos foram conduzidos por um período de 60 h em agitador orbital a

150 rpm, numa temperatura de 30°C. As amostras foram retiradas em

intervalos regulares de 12 h para a realização de determinações analíticas.

Todos os crescimentos foram realizados em triplicata, de forma independente.

4.5 Determinações analíticas

A produção de biomassa foi avaliada por espectrofotometria (DO600nm) em

Micronal (B582). A absorbância foi convertida para peso seco a partir da

equação gerada por uma regressão linear. O pH foi determinado utilizando

pHmetro Micronal (B474). A concentração de açúcares redutores foi realizada

seguindo a metodologia descrita por Miller (1959). Todas as análises foram

realizadas em triplicata.

4.6 Ensaios de crescimento sob estresse salino

Uma colônia isolada de C. lipolytica foi retirada de placa de Petri contendo

meio YPD e pré-inoculada em Erlenmeyer de 125 mL contendo 50 ml de meio

YPD. A linhagem foi cultivada por 12 h a 30°C, sob agitação orbital de 150 rpm.

A partir da cultura obtida, uma concentração inicial de biomassa de 0,1 DO600nm

foi inoculada em frascos de Erlenmeyer de 500 ml contendo 180 ml de extrato

líquido de O. ficus indica adicionado dos sais NaCl e KCl nas concentrações

de 0,1M, 0,25M, 0,50M, 1M, 2M, e 4M. Amostras foram coletadas em

intervalos regulares de 12 h para análises de densidade óptica e ph. Os

experimentos foram realizados ao longo de 48 h, em duplicatas independentes.


4.7 Testes de suscetibilidade ao choque salino

Uma colônia isolada de C. lipolytica foi retirada de placa de Petri contendo

meio YPD e pré-inoculada em Erlenmeyer de 125 mL contendo 50 ml de meio

YPD. A linhagem foi cultivada por 12 h a 28°C, sob agitação orbital de 150 rpm.

As amostras coletadas foram submetidas à centrifugação a 4000 rpm por 5

min. Posteriormente, as células foram ressuspendidas em meio YPD para o

volume final de 5ml. Alíquotas de 300µl desta suspensão foram incubadas em

3 ml da solução dos sais NaCl ou KCl nas concentrações osmóticas de 0,1M,

0,25M, 0,50M, 1M, 2M e 4M. Os tubos de ensaio contendo o material foram

incubados sob agitação rotatória de 150 rpm a 28ºC por 1 h. Apos este

período, uma alíquota de 100µl de cada cultura foi plaqueada em meio sólido a

base de palma (100 ml extrato líquido de palma contendo e 2% de ágar). Meio

YPD sólido foi usado como controle. Todas as placas foram incubadas em

estufa a 30ºC por 4 dias. Os testes foram realizados em duplicata, de forma

independente.

4.8 Parâmetros Cinéticos

Os parâmetros cinéticos foram calculados como descrito por Pirt (1975). A

taxa de crescimento específico máxima (μmax) foi determinada durante a fase

exponencial da curva de crescimento. A produção de biomassa (X) foi

determinada em gramas de células secas produzidas por litro de meio utilizado.

O rendimento (Yx/s) foi calculado em gramas de células secas produzidas por

gramas de açúcar redutor consumido. A produtividade (P) foi obtida a partir do

valor de biomassa produzida por litro de meio por hora de cultivo.


5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Perfil Cinético dos microrganismos

O perfil de crescimento das leveduras foi observado em frascos aerado

contendo extrato líquido de O. ficus indica. As linhagens S. cerevisiae

Fleischmann®, K. marxianus CBS6556, C. utilis URM115 e C. lipolytica

URM1120 foram cultivadas em extrato regional de a palma forrageira (Gráfico

1). A S. cerevisiae e a C. utilis apresentaram produção de biomassa em extrato

de palma correspondente a 84% e 35,32% dos valores observados em YPD. K.

marxianus e C. lypolitica apresentaram valores de biomassa em extrato de

palma na proporção de 59,85% e 43% em relação ao YPD, respectivamente.

Este fato sugere que o extrato de O. ficus indica pode ser utilizado para o

crescimento destas leveduras, apresentando potencial para aplicações na área

biotecnológica.

Gráfico 1. Média das Triplicatas da biomassa produzida pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae Fleischmann®, Kluyveromyces marxianus CBS 6556, Candida utilis URM115 e Candida lipolytica URM1120 em extrato líquido de Opuntia ficus indica.

A S. cerevisiae, amplamente utilizada em processos biotecnológicos, foi

utilizada como levedura padrão no crescimento cinético de leveduras no extrato


regional. No Gráfico 2 é possível observar que em ambas as condições de

cultivo, S. cerevisiae apresentou desaceleração do crescimento a partir de 8h

de incubação, com fase estacionária estabelecida após 24 h de cultivo,

coincidindo com a baixa concentração de açúcares redutores no meio de

cultivo.

A cinética de crescimento pela S. cerevisiae Fleischmann® demonstrou

uma taxa de crescimento específico comparável nos dois substratos µ = 0,40h-1

e µ =0,39h-1, no extrato de palma e em meio de cultura YPD, respectivamente

(Tabela 2).

Gráfico 2. Média das triplicatas da curva de crescimento e de consumo dos açúcares redutores da Saccharomyces cerevisiae Fleischmann® cultivada em extrato de palma e meio controle (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30

oC.

Tempo (h)

0 10 20 30 40 50 60

Bio

massa (

g/l)

0,1

1

10

100

AR

T (

g/l)

0

5

10

15

20

25

Biomassa/palma

Biomassa/ypd

ART/palma

ART/ypd


Tabela 2. Perfil cinético da Saccharomyces cerevisiae Fleischmann® cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

O consumo dos açúcares redutores ao final do processo foi de 6,84 g/l e

15,08 g/l para extrato de palma e YPD, respectivamente. Estes valores, no

entanto, correspondem a 95,9% e 86,9% do total de açúcares redutores

presentes no meio. Conseqüentemente, a baixa concentração de açúcares

redutores totais no extrato de palma utilizado levou ao aumento do rendimento

de biomassa em relação ao açúcar consumido no extrato, sendo cerca de 45%

maior em palma. A produtividade em extrato de palma foi menor (P= 0,65g/l.h-1)

que no YPD (P= 1,06g/l.h-1), devido à maior biomassa produzida nesse último.

O pH não apresentou grande variação, permanecendo na faixa de 4,1 a

4,3 no cultivo em extrato de palma. No cultivo em YPD, o pH quase atingiu a

neutralidade, variando entre 5,7 – 6,9 durante 60 horas de cultivo.

Os dados de produção de biomassa obtidos foram maiores que os

observados por Choi et al. (2002; 2003) que utilizaram resíduo de palmito

chinês como substrato e obtiveram 6g/l de biomassa para S. cerevisiae após

24h de cultivo. Estes mesmos autores demonstraram baixo rendimento de

biomassa devido à alta concentração de açúcares, em torno de 18 g/l. Por

outro lado, Gelinas ; Barrette (2007) obtiveram 27,6 g/l de biomassa da S.

cerevisiae utilizando amido resultante da fabricação de batatas tipo Chips,

suplementado com glicose, como substrato.

Yüzgeça et al. (2009), trabalhando com cepas de S. cerevisiae

observaram que em 1,5 h de crescimento a levedura consumiu mais de 95%

S. cerevisiae Fleischmann® O. ficus indica YPD

Produção de biomassa (∆Xmax = g/l) 13,75 16,59

Consumo dos açúcares redutores (∆S = g/l) 6,84 15,08

Consumo de açúcares redutores (%) 95,90 86,90

Taxa de Crescimento específico (µ = h-1) 0,40 0,39

Rendimento da biomassa x açúcar consumido (Yx/s) 2,00 1,10

Produtividade (P = g/l. h-1) com 24h 0,65 1,06

pH 4,1 – 4,3 5,7 – 6,9


tempo (h)

0 10 20 30 40 50 60

Bio

massa (

g/l)

0,1

1

10

100

AR

T (

g/l)

0

5

10

15

20

25

Biomassa/palma

Biomassa/ypd

ART/palma

ART/ypd

(7g/l) da fonte de carbono do substrato residual de melaço. Estes resultados

são comparáveis aos nossos obtidos com a S. cerevisiae Fleischmann®

cultivada em extrato de O. fícus indica. Tal comportamento pode estar

relacionado à presença de polissacarídeos e oligossacarídeos no extrato de

palma, que permitem grande consumo de açúcares após hidrólise das

estruturas complexas, resultando em grandes concentrações de carboidratos

monoméricos disponíveis (MENEZES et al., 2005).A levedura K. marxianus

apresentou baixa produção de biomassa em extrato de O. fícus indica, com

desaceleração do crescimento a partir de 8 h de incubação, sendo observada

um leve aumento da biomassa até o final do cultivo (Gráfico 3)

c

Gráfico 3. Médias das triplicatas da curva de crescimento e de consumo dos açúcares redutores da Kluyveromyces marxianus CBS6556 cultivada em extrato de palma e YPD, utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30

oC.

K. marxianus apresentou baixa taxa específica de crescimento em

extrato de palma e YPD, µ= 0,25 e 0,39 h-1, respectivamente (Tabela 3).

Conseqüentemente, observou-se uma baixa produção de biomassa (X= 7,32


g/l) e baixa produtividade (P= 0,47g/l.h-1). Apesar da baixa concentração de

açúcares redutores no início do cultivo (4,17 g/l), cerca de 95,68% (3,99 g/l) foi

consumida durante o cultivo, valor próximo do observado para a linhagem S.

cerevisiae Fleischmann® em extrato de palma. No YPD, apenas 81,5% (14,46

g/l) do total de glicose foi consumido no mesmo período. A baixa concentração

de açúcar no extrato de palma levou ao maior rendimento de biomassa da K.

marxianus neste substrato.

Tabela 3. Perfil cinético de Kluyveromyces marxianus CBS 6556 cultivada em extrato líquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

Em relação ao pH médio no extrato de palma para K. marxianus houve

grande variação com tendência a formação de substância de caráter básico e

conseqüentemente o aumento de pH que variou entre, 4,2 – 5,8. No entanto, o

pH manteve-se ácido durante todo o cultivo. No meio YPD, o microrganismo

apresentou variação de pH entre 5,7- 6,3 ao logo do crescimento.

Os valores de biomassa obtidos em nossos experimentos com K.

marxianus CBS6556 foram menores (X= 7,32 g/l) comparado ao observado por

Hang et al. (2003), que avaliaram a produção de biomassa durante 24h de

crescimento por K. marxianus NRRLY-610 em resíduo de ensilagem de milho,

produzindo acima de 13 g/l de matéria seca com consumo completo do ácido

lático, ácido acético e etanol.

Ghaly et al. (2005), utilizaram biorreator de bancada para produção de

“Single Cell Protein” (SCP) a partir da levedura K. marxianus em substrato de

soro de queijo, obtendo uma taxa de crescimento específico µmax= 0.23h-1.

K. marxianus CBS 6556 O. ficus indica YPD

Produção de Biomassa (∆Xmax = g/l) 7,32 12,23





Produtividade (P = g/l.h-1) com 24h 0,47 1,19

∆pH 4,2 – 5,8 5,7 – 6,3


Tempo (h)

0 10 20 30 40 50 60

Bio

ma

ss

a (

g/l

)

0,1

1

10

100

AR

T (

g/l)

0

5

10

15

20

25

Biomassa/palma

Biomassa/ypd

ART/palma

ART/ypd

Valores semelhantes foram obtidos com extrato de palma (µmax= 0.25h-1) em

frasco aerado, demonstrando o potencial deste substrato para cultivo da K.

marxianus.

A levedura C. utilis, cultivada em extrato de palma apresentou um

metabolismo mais lento que as demais leveduras testadas, sendo observado o

início da fase estacionária após 36 horas de cultivo (Gráfico 4). Em YPD, esta

linhagem se comportou de forma semelhante as demais leveduras, com

desaceleração do crescimento após 12 horas de cultivo. O consumo dos

açúcares redutores presentes nos substratos durante as primeiras 12 h de

cultivo foi mais evidente, representando quase a totalidade de sua

concentração.

Gráfico 4. Média das triplicatas da curva de crescimento e de consumo dos açúcares da Candida utilis URM115 cultivada em extrato de palma e meio controle (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30oC.


Assim como a K. marxianus CBS6556, a linhagem C. utilis URM115

também apresentou baixa produção de biomassa em extrato de palma (X=

7,38 g/l). Este valor é 53,67% menor que o obtida pela S. cerevisiae (X= 13,75

g/l). A taxa de crescimento específica da C. utilis foi extremamente baixa (µ=

0,06 h-1) no extrato de palma, assim como sua produtividade (P= 0,31 g/l.h-1)

(Tabela 4).

O maior consumo de açúcares redutores totais foi observado em meio

YPD, chegando a 90,1% (16,15 g/l) da concentração inicial. No entanto, para o

extrato de palma, o consumo de açúcares redutores totais foi de 2,74 g/l,

equivalente à 71,40% do total no meio. Este comportamento justifica o maior

rendimento de biomassa observado para C. utilis em extrato de palma (Yx/s=

2,69), sendo o dobro do valor obtido em YPD. Este valor de rendimento foi

maior que o obtido pela linhagem S. cerevisiae Fleischmann® em extrato de

palma.

O pH médio variou de 4,2 - 5,4 em extrato de palma, apresentando uma

tendência à formação de substância de caráter alcalino, assim como em YPD

que variou entre 5,7- 6,8.

Tabela 4. Perfil cinético Candida utilis URM115 cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

Os resultados de biomassa produzida por C. utilis URM115, tanto em

extrato de palma (X= 7,38 g/l) quanto em YPD, foram menores que os valores

observado por Gelinas e Barrette (2007), em amido residual da fabricação de

batatas tipo Chips contendo glicose, que resultou em ∆x= 26,6g/l.

C. utilis URM 115 O. ficus indica YPD




Taxa de crescimento específico (µ = h-1) 0,06 0,28



∆pH 4,2 – 5,4 5,7 – 6,8


Tempo (h)

0 10 20 30 40 50 60

Bio

ma

ss

a (

g/l

)

0,1

1

10

100

AR

T (

g/l)

0

5

10

15

20

25

Biomass/palma

Biomassa/ypd

ART/palma

ART/ypd

Entretanto, o resultado de produção de biomassa neste experimento foi

maior que o observado para esta mesma linhagem, quando cultivada em

extrato de cabeça de camarão, descrita como sendo 1,8 g/l (Gomes, 2005).

Este mesmo autor relata que a suplementação com glicose levou ao aumento

da biomassa para 8,2 g/l, e a taxa de crescimento que era de µ= 0,27h-1 foi

para 0,32h-1. Por outro lado, o consumo de açúcar descrito por Nascimento

(2008), para o mesmo hidrolisado de camarão adicionado de melaço, foi de

75% do valor inicial com produção de biomassa de 6,1 g/l em biorreator, sendo

comparável ao valor obtido em nossos experimentos com extrato de palma.

A C. lipolytica URM1120 por sua vez, apresentou alta produção de

biomassa, tanto em extrato regional de palma, como no meio YPD. A levedura

entrou na fase estacionária após 12h de cultivo em YPD, coincidindo com a

fase estacionária do extrato de palma (Gráfico 5). O consumo dos açúcares

redutores totais (ART) foi mais lento em ambos os meios de cultivo.

Gráfico 5. Curva de crescimento e curva de consumo da Candida lipolytica URM1120 cultivada em extrato de palma e meio controle (YPD), utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30oC.


Esta levedura apresentou 10,93 g/l de biomassa produzida (Tabela 5). A

produção de biomassa em extrato de palma foi 43% menor do que o valor

obtido em YPD (X= 25,33 g/l). No entanto, o rendimento de biomassa foi 1,72

vezes maior em extrato de palma comparado ao YPD, obtendo produtividade

para o extrato regional de P= 0,58 g/l. h-1, valor menor do que o observado em

YPD de P= 1,89 g/l. h-1. O consumo dos açúcares redutores foi de 4,31 g/l

(79,90% do total) e 17,25 (93% do total), em substrato de palma e YPD,

respectivamente.

Tabela 5. Perfil cinético da Candida lipolytica URM1120 cultivada em extrato liquido de Opuntia fícus indica, utilizando meio YPD como controle.

Em relação à linhagem S. cerevisiae Fleischmann®, a C. lipolytica

URM1120 cultivada em extrato de palma apresentou produção de biomassa

comparável, assim como a produtividade; ambas maiores que os valores

alcançados pela K. marxianus e C. utilis. O rendimento de biomassa em

relação ao consumo de açúcar foi maior em C. lipolytica do que em S.

cerevisiae, estando próximo à C. utilis, que obteve o maior valor.

Crolla ; Kennedy (2004), utilizando substrato de n-parafina, como a fonte

de carbono, para produção de ácido cítrico na fermentação de C. lipolytica

NRRL-Y-1095, observaram o início da fase estacionária com 36h de

crescimento sendo atribuída aos efeitos da agitação no processo de

fermentação, e obtiveram concentração de biomassa celular de 9g/l, em reator

C. lipolytica URM 1120 O. ficus indica YPD







∆pH 4,1 – 5,4 5,7 – 6,7


de bancada. Estes dados foram comparáveis aos obtidos em nossos testes

com extrato de palma. Nossos valores de biomassa foram superiores aos

descritos por Cazetta et al. (2005), que apresentaram valores de 6,09 g/l por C.

lipolytica em meio de melaço a 10%.

Os dados apresentados demonstraram que a S. cerevisiae

Fleischmann®, utilizada como controle, apresenta características favoráveis a

sua utilização para produção de biomassa em extrato de O. fícus indica. A

levedura que se aproximou deste perfil cinético foi a C. lipolytica URM1120,

com maiores valores de produção de biomassa (∆Xmax= 10,93 g/l) e

produtividade em 24 horas de cultivo (P= 0,58 g/l. h) em relação às demais

leveduras testadas. A taxa de crescimento específica foi metade do valor

observado para a S. cerevisiae (µ = 0,40 h-1), sendo semelhante a de K.

marxianus (µ= 0,25 h-1). Entretanto, mesmo com uma taxa de crescimento

específico (µ= 0,20) relativamente baixa, a C. lipolytica URM1120 foi capaz de

produzir mais biomassa que a K. marxianus CBS 6556 e a C. utilis URM115,

indicando que o metabolismo desta levedura está mais direcionado para a

conversão do substrato em biomassa e não em metabólitos secundários

(alcoóis e carboidratos) como ocorre com a S. cerevisiae com o etanol e a

Xanthomonas campestres com a goma xantana. Tais resultados levaram a

escolha da C. lipolytica como levedura de melhor potencial biotecnológico

visando à produção de biomassa em extrato de O. fícus indica.

5.2 Cultivo da Candida lipolytica sob estresse salino

O perfil de crescimento da levedura C. lipolytica URM1120 sob

condições de estresse salino foi avaliado utilizando NaCl e KCl como aditivo ao

extrato de O. ficus indica. O meio YPD foi usado como padrão de crescimento.

Em extrato de palma, a estrutura celular da C. lipolytica se mostra mais

alongada com raras aparições de estruturas ovaladas, sendo observada a

presença de pseudohifas para aumentar a área de absorção de nutrientes

(Figura 3).


YPD Palma

Fig 3. Levedura C. lipolytica URM1120 cultivada em meio YPD e em extrato de palma com 12h de crescimento em frasco aerado a 30°C em rotação de 150rpm. (40x + Zoom)

De acordo com Barnett (2001), a C. lipolytica apresenta como seu

teleomorfo a levedura Yarrowia lipolytica, sendo caracterizada

morfologicamente pela formação de pseudomicélio em meio líquido. As suas

colônias se apresentam de coloração branca cerebriforme em meio sólido.

Roostita e Fleet (2000) avaliaram a influência da concentração salina e

temperatura sobre o crescimento da C. lipolytica em leite, juntamente com

Debaryomyces hansenii, S. cerevisiae, K. marxianus, C. catenulata. Neste

trabalho, os autores demonstraram que as taxas de crescimento específico e a

densidade celular máxima diminuíram quando a concentração de NaCl no leite

foi aumentada de 0 para 15%.

Considerando que o sal pode ser um componente inibitório do

crescimento de microrganismos, a levedura C. lipolytica URM1120 foi

submetida ao crescimento em condições de estresse salino. Os testes

realizados demonstraram que o cloreto de sódio (NaCl) levou à redução

máxima de 31% da produção de biomassa celular quando a concentração

chegou a 0,50M. O aumento da concentração para 1M levou à redução de

37,6% na produção de biomassa. Os valores de 2M e 4M de cloreto de sódio

não foram compatíveis com o crescimento celular (Gráfico 6).

Quando os experimentos foram realizados com Cloreto de Potássio

(KCl), houve inibição da taxa de crescimento a partir da concentração de 0,50M

demonstrando maior sensibilidade desta levedura ao KCl (Gráfico 6).


Este sal, nas concentrações de 0,10 M e 0,25M levou a redução na

produção de biomassa nas proporções de 22,5% e 36,8 %, respectivamente.

No entanto, para a concentração de 0,50M, o valor de biomassa produzida

decaiu 81,7%, demonstrando grande impacto na viabilidade celular.

Comportamento semelhante pode ser observado na concentração de 1M, que

resultou em 90% de decaimento na produção celular. As concentrações de 2M

e 4M foram completamente inibitórias para o crescimento.

É possível observar que o sal KCl foi mais inibitório no crescimento em

todas as concentrações comparado ao NaCl. C. utilis URM 1120 apresentou

maior sensibilidade a KCl a partir da concentração de 0,50 M. Quanto ao sal

NaCl , a levedura demonstrou sensibilidade a partir da concentração de 1M.

Gráfico 6. Biomassa produzida pela Candida lipolytica URM1120 cultivada em extrato de palma contendo concentrações crescentes de NaCl e KCl, utilizando frascos aerados incubados em shaker a 150rpm e 30

oC.

Resultados semelhantes foram descritos por Almagro et al., (2000),

para íons Sódio, onde os efeitos deste sal sobre o crescimento da D. hansenii e

S. cerevsiae foi influenciado fortemente a partir da concentração de 1M.


5.3 Efeitos do choque osmótico sobre a Candida lipolytica

As células foram expostas às concentrações de KCl e NaCl de 0,1M,

0,25M, 0,50M, 1M, 2M e 4M durante 1 hora. Na concentração de 2M tanto para

NaCl quanto para KCl, as células de C. lipolytica apresentaram perda de

viabilidade enquanto que a concentração de 4M apresentou-se incompatível

com o crescimento microbiano. Assim como nos testes de estresse salino, as

células pré-tratadas com NaCl apresentaram maior resistência ao choque

osmótico do que as células submetidas ao pré-tratamento com KCl.

Um microrganismo submetido a stress em dose sub-letal pode

normalmente suportar uma dose mais alta, posterior ao mesmo estresse (LU,

2005). Considerando que na concentração de 4M para ambos os sais as

células perderam a viabilidade de crescimento, podemos sugerir que a

concentração de 2M é sub-letal. Desta forma, processos fermentativos

utilizando células de C. lipolytica URM1120 podem ser desenvolvidos em

concentrações de sal até 1M de NaCl, uma vez que estas células apresentam

poder de adaptação contra choque osmótico nestas condições. No caso do

cloreto de potássio, esta resistência é reduzida para concentrações de até

0,50M.


6 CONCLUSÃO

As leveduras S. cerevisiae Fleishman®, C. utilis URM115, C. lipolytica

URM1120 e K. marxianus CBS 6556 são capazes de crescer em extrato

líquido de O. ficus indica.;

A levedura S. cerevisiae Fleishman® apresentou melhor poder de

adaptação, seguida pela C. lipolytica URM1120;

A levedura C. lipolytica apresentou maiores valores de biomassa

produzida (X=10,9 g/l) e produtividade (P= 0,5 g/l.h-1);

C. lipolytica apresentou-se tolerante às concentrações de até 1M de

NaCl e 0,5M de KCl em condições de estresse salino;

O choque salino de 1h em diferentes concentrações de ambos os sais

favoreceu a tolerância até 1M de NaCl ou KCl , sendo as concentrações

acima desta consideradas tóxicas para a C. lipolytica URM1120;

C. lipolytica URM1120 apresenta potencial para aplicações

biotecnológicas sendo necessário ampliar os estudos acerca da sua

fisiologia e genética, permitindo uma maior aplicabilidade desta

levedura.


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