Produção de óleos-lipídeos e carotenoides por leveduras do gênero Rhodotorula

Rhodotorula como uma alternativa viável à indústria de bioativos

Dentre as rotas alternativas para a obtenção de moléculas de alto valor agregado, como os óleos-lipídeos e os carotenoides, pode-se destacar os processos bioquímicos como sendo uma das melhores soluções para a adequação ao conceito de sustentabilidade.

Em geral, óleos-lipídeos são obtidos industrialmente por meio de processos extrativos que usam vegetais como principal fonte destes, já os carotenoides podem ser obtidos tanto por extração ou por síntese química. Devido à demanda de mercado, a rota oriunda das atividades agrárias não é viável, pois está condicionada à sazonalidade e variabilidade geográfica. Quanto à obtenção por rota química, esta vem recebendo severas críticas devido à toxicidade dos reagentes utilizados e subprodutos gerados (MATA-GOMÉZ et al., 2014).

Nesse contexto, as rotas biotecnológicas vêm se mostrando bastante vantajosas uma vez que há um maior controle do processo como um todo, já que estas não estão limitadas por intempéries ambientais, especificidades de solo, necessidade de largo espaço para cultivo e por restrições quanto ao posicionamento geográfico (RIBEIRO et al., 2017a).

A principal vantagem atrelada à produção de lipídeos via catálise microbiana está no fato desses processos poderem ser conduzidos utilizando-se diferentes resíduos agrícolas, ou industriais, como substratos majoritários. A escolha da fonte de carbono/nitrogênio apropriada tem sido um dos principais parâmetros estudados para fins de otimização (MATA-GÓMEZ et

al., 2014).

Um subproduto da indústria da cana-de-açúcar e que apresenta relevante aplicabilidade como fonte majoritária de carbono em bioprocessos é o melaço. Os estudos de Banzatto, Freita e Mutton (2013) apontaram, por exemplo, que de fato há uma forte correlação entre os altos rendimentos em moléculas lipídicas e o uso deste resíduo como fonte de nutrientes uma vez que a maior produção celular (15,0 g.L-1), para um cultivo submerso de

Rhodotorula rubra, foi alcançada utilizando-se este insumo. Consequentemente, a maior

produtividade de carotenoides (2,74 mg.L-1_{) se deu também nesta mesma condição.}

Outro estudo que corrobora com a ideia de que o uso de substratos alternativos apresenta potencial para a produção de lipídeos, em especial para os pigmentantes, foi realizado por Kanzy et al. (2015). Neste estudo os autores verificaram que a maior concentração de biomassa de Rhodotorula mucilaginosa (9,02 g.L-1) ocorreu após 120 h de cultivo, com uma concentração volumétrica de carotenoides totais equivalente a 5,04 mg.L-1. Os mesmos utilizaram soro de queijo salgado como principal fonte de nutrientes.

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Lian, Chen e Garci-Perez (2013) avaliaram a aplicabilidade de levoglucosanos não hidrolisados como fonte de carbono para um cultivo de Rhodotorula glutinis e obtiveram uma produção celular de 6,8 g.L-1, com uma correlata produção lipídica de 2,7 g.L-1.

Karatay e Donmez (2010) também observaram um aumento na produção de lipídeos, por três leveduras diferentes (Candida lipolytica, Candida tropicalis e Rhodotorula

mucilaginosa), ao empregarem melaço como principal nutriente do cultivo, sendo seu maior

resultado equivalente a 69,5 % para o cultivo submerso com a Rhodotorula mucilaginosa. Ainda sobre o exposto acima, é notório observar que vários gêneros de microrganismos são capazes de sintetizar, via ação metabólica, óleos-lipídeos e carotenoides. Porém, o gênero Rhodotorula é o que mais se destaca dentre estes (KOT et al., 2016).

Até pouco tempo as leveduras desse gênero eram unicamente conhecidas devido aos seus sucessivos casos de contaminação de alimentos. Porém, vários estudos vêm reportando que elas constituem um grupo de seres unicelulares dotados de várias características de interesse industrial (KOT et al., 2016).

Um membro deste agrupamento de leveduras, que já foi mencionado e vem sendo descrito com ênfase nas literaturas especializadas em bioprocessos, é a Rhodotorula

mucilaginosa. Esta classe de microrganismos pertence à família Sporidiobolaceae do filo basidiomycota e apresentam morfologia que pode variar de esférica para elipsoidal. Outra

característica dos mesmos é que estes podem ser encontrados em várias partes do mundo, desde os ambientes aquáticos ou terrestres até a superfície das membranas mucosas de vários animais, inclusive dos humanos (TSIODRAS et al., 2014).

A Tabela 2.3 apresenta estudos recentes nos quais foram utilizados diferentes substratos alternativos em bioprocessos que objetivaram a produção de biomoléculas lipídicas.

Do ponto de vista da bioquímica celular, Garay, Boundy-Mills e German (2014) concluem que a produção de compostos lipídicos por leveduras oleaginosas pode ser compreendida por meio de quatro etapas principais. Na primeira etapa o microrganismo direciona seu metabolismo para a produção de Acetilcoenzima A (Ac-CoA), assim também como NADPH, a qual é a força motriz responsável pelo direcionamento da rota de síntese dos ácidos graxos microbianos. No segundo estágio de ação metabólica, a Ac-CoA sofre carboxilação para então produzir malonil coenzima A (Mal-CoA), transferido para a enzima transportadora do acilo (ACP), para em seguida gerar acil ACP.

No terceiro passo, a cadeia acila pode terminar gerando um agrupamento específico de lipídeos, como componentes lipídicos da membrana ou poder ser eventualmente convertida

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em um núcleo de gotículas lipídicas neutras. A localização, a dinâmica e a natureza desse estágio podem variar conforme o microrganismo em questão. Por fim, o quarto estágio envolve a produção de gotículas intracelulares de lipídeos (GL), acúmulo este que está diretamente ligado às condições ambientais como disponibilidade e assimilação de nutrientes majoritários, como carbono e nitrogênio (GARAY, BOUNDY-MILLS e GERMAN, 2014).

Tabela 2.3 - Produção de óleos-lipídeos e carotenoides por diferentes microrganismos

empregando-se diferentes substratos.

Microrganismo Fonte de carbono Fonte de nitrogênio Biomoléculas produzidas Autores Rhodotorula glutinis ATCC 204091 Água residual de uma destilaria de tequila - Óleos-lipídeos Gonzalez-Garcia et al. (2013) Rhodotorula mucilaginosa BCRC 23454 Restos de comida (melaço, ketchup e suco detox) Extrato de levedura Carotenoides (β-caroteno) Cheng e Yang (2016) Chlorella protothecoides ATCC 30411 Soro de queijo do tipo scotta

Nitrato de sódio Carotenoides Ribeiro et al. (2017)b Rhodotorula glutinis BCRC 22360 Hidrolisado de biomassa lignocelulósica Extrato de levedura e sulfato de amônia

Óleos-lipídeos Yen e Chang (2015) Rhodotorula mucilaginosa Meio BDA* + pesticida orgânico - Óleos-lipídeos, carotenoides e hemoproteínas Pacia et al. (2016) Sporobolomyces ruberrimus H110 Glicerol Sulfato de amônio, peptona e extrato de levedura

Carotenoides Cardoso et al. (2016)

Rhodotorula mucilaginosa

Glicerol** Sulfato de amônia e extrato de levedura**

Óleos-lipídios Yen, Liao e Liu (2016)

*Meio Batata-Dextrose-Ágar; **Meio diluído em água do mar ao invés de água destilada ou comum.

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2.2. Objetivos

2.2.1. Objetivos gerais

Avaliar a produção de óleos-lipídeos, ácidos graxos e carotenoides por Rhodotorula

mucilaginosa CCT3892 utilizando o melaço de cana-de-açúcar como substrato.