Produção de lipídeos por diferentes modos de cultivo

Processos de batelada, batelada alimentada, batelada alimentada repetida e cultivo contínuo tem sido usados para a produção microbiana de lipídeos em escala laboratorial (SUBRAMANIAM et al., 2010). Os diferentes modos de alimentação apresentam grande impacto na produtividade de lipídeos (ZHAO et al., 2011).

2.4.1. Cultivo em batelada alimentada

Cultivos em batelada alimenta têm se mostrado efetivos no incremento da densidade celular e do conteúdo de lipídeos em leveduras oleaginosas. Li et al. (2007) realizaram cultivo em batelada com baixa razão C/N e solução de alimentação somente com glicose na etapa de batelada alimentada. Os autores obtiveram 106 g/L de massa celular e produtividade de lipídeos de 0.5 g/L.h com Rhodosporidium toruloides Y4. Segundo Xue et al. (2008), o processo de batelada alimentada pode prevenir alguns efeitos inibitórios. A combinação de baixa

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concentração inicial de glicose (2%) e batelada alimentada durante o cultivo impediram os efeitos inibitórios da glicose no crescimento celular e o consumo de glicose aumentou exponencialmente. Qu et al. (2013) também demonstraram que o processo de batelada alimentada foi eficaz na redução da inibição de crescimento causada por altas concentrações de substrato.

Tapia et al. (2012) estudaram a produção de lipídeos por L. starkeyi A1 utilizando xilose e glicose como substratos. Cultivo em batelada alimentada com pulsos de alimentação resultou em 86 g/L de massa celular (58 % de lipídeos) e produtividade de lipídeos de 0.35 g/L.h. Outros estudos reportaram altas produtividades de lipídeos utilizando Zygomycets, C. curvatus, e L. starkeyi em cultivos de batelada alimentada (YAMAUCHI et al., 1983; MEESTERS, HUIJBERTS e EGGINK, 1996).

2.4.2. Cultivo em batelada alimentada repetida

O processo de batelada alimentada repetida, durante o qual parte do meio de cultivo é periodicamente retirado e substituído por meio fresco, é conhecido por aumentar a produtividade das fermentações microbianas, reduzindo o tempo de limpeza, esterilização, inoculação e de alimentação (BAE et al., 2004; SHAKERI, SUGANO e SHODA, 2007; ZHAO et al., 2011). Nesse processo, certo volume do meio de fermentação contendo células com alto teor de lipídeos de fermentação prévia é utilizado diretamente como inóculo para o cultivo seguinte, reduzindo o tempo de preparo de cada fermentação e de inoculação, apresentando grande interesse industrial (QU et al., 2013).

Zhao et al. (2011) estudaram a produção de lipídeos por Rhodosporidium toruloides Y4 utilizando glicose. Os resultados sugeriram que os modos de alimentação de substrato apresentam grande impacto na produtividade de lipídeos e que o processo de batelada alimentada repetida é o método mais atraente para aumentar a produção de lipídeos microbianos apresentando grande potencial para produção de larga escala.

Em processo de batelada alimentada repetida de Schizochytrium sp., a produtividade de ácido docosahexanóico (DHA) foi superior aos encontrados em batelada alimentada. Os resultados indicaram promissores perspectivas de industrialização para a produção de lipídeos ricos em DHA (QU et al., 2013). Saenge et al. (2011) demostraram que o processo de batelada alimentada repetida é eficaz na manutenção de lipídeos produzidos por R. glutinis em baixa

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concentração de células utilizando efluente de óleo de palma. Hsieh e Wu (2009) compararam a produção celular e produtividade de lipídeos na microalga Chlorella sp. em batelada alimentada intermitente e batelada alimentada repetida. Os autores encontraram altas produtividades em processo de batelada alimentada repetida.

2.4.3. Cultivo contínuo

Em geral, elevados rendimentos celulares ocorrem quando células são cultivadas sob condições de estado estacionário e quando o carbono é usado com a mesma eficiência em cada etapa do ciclo de crescimento. Brown et al. (1989) estudaram o crescimento celular e acúmulo de lipídeos em Candida curvata em batelada e modo contínuo. Observou-se que a taxa de acúmulo específico de lipídeos aumentou durante o tempo de fermentação em batelada e com o aumento da vazão específica de alimentação (D) em modo contínuo (BROWN et al., 1989).

A levedura Yarrowia lipolytica é capaz de produzir grandes quantidades de lipídeos utilizando glicerol em condições limitantes de nitrogênio em cultivo contínuo. A produção de lipídeos foi favorecida a baixas vazões específicas de alimentação e a maior produtividade de lipídeos (0.12 g/L.h) foi obtida na D de 0,03h-1. Incremento na D resultou no incremento do rendimento celular, mas com declínio da fração lipídica. A composição dos AG não foi afetada pela D (PAPANIKOLAOU e AGGELIS, 2002). Shen et al. (2013) estabeleceram um modelo cinético para cultivo contínuo com Rhodosporidium toruloides Y4 em glicose. Sugeriu-se produtividade lipídica específica máxima em D entre 0,05-0,09 h-1.

Em cultivo contínuo, observou-se que meio de cultivo com limitação de nitrogênio e vazão específica de diluição de cerca de um terço da taxa específica de crescimento máximo é recomendado para alcançar máxima percentagem de lipídeos em microrganismos oleaginosos (RATLEDGE e HALL, 1977).

Rhodotorula glutinis foi estudada por sua habilidade de acumular lipídeos em cultivo contínuo utilizando melaço em condições de nitrogênio limitante (ALVAREZ et al., 1992). O conteúdo máximo de lipídeos foi de 39% em D de 0.04 h-1.

Durante cultivo em batelada, a concentração de nutrientes no meio de cultivo e a taxa de crescimento do microrganismo varia o que dificulta a compreensão do processo. Em contraste, em cultivo contínuo, em condições quimiostato, todos os parâmetros permanecem constantes,

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sendo possível isolar um único parâmetro e estudar seu efeito sobre o acúmulo de lipídeos mantendo os demais parâmetros físicos e químicos constantes (GANUZA e IZQUIERDO, 2007). O grau de insaturação e o perfil de AG em microrganismos oleaginosos pode ser manipulado durante cultivo contínuo através de vários fatores como a concentração de carbono e as fontes de nitrogênio (GILL, HALL e RATLEDGE, 1977), uso de diferentes fontes de carbono e de vazões específicas de alimentação (EVANS e RATLEDGE, 1983), oxigênio dissolvido (ROUX et al., 1995) ou temperatura (KENDRICK e RATLEDGE, 1992). Em cultivo contínuo de Candida 107 em estado estacionário, a composição de lipídeos se manteve contínua durante várias semanas de operação (GILL, HALL e RATLEDGE, 1977).