Otimização da fermentação para a produção de compostos fenólicos

Abstract

Os compostos fenólicos, gerados na sua maioria por plantas, são um grupo de metabolitos secundários com elevado potencial farmacológico. Embora a extração de compostos fenólicos das plantas seja uma atividade recorrente, existem vários contras relativamente a este processo. Uma alternativa ao processo de extração é a síntese química. Porém, muitos destes processos são realizados em condições extremas, requerem elevadas quantidades de energia e precursores tóxicos para o homem e para o meio ambiente. Uma alternativa aos processos de extração, e de síntese química, são os processos biotecnológicos. A presente dissertação foca na implementação de múltiplas estratégias para otimizar a produção de salidrosina pela C. glutamicum DelAro4, nomeadamente a composição do meio e o modo de operação em bioreator. Foram avaliadas as concentrações ideais do precursor da salidrosina, o tirosol, assim como as concentrações ideais de inóculo e glucose. Além do meio, otimizou-se o modo de operação dos bioreatores. A adição de várias concentrações de tirosol, em modo descontínuo, a culturas de C. glutamicum DelAro4 em matraz, permitiu avaliar a sua toxicidade. Concluiu-se que a adição de baixas concentrações de tirosol, 60 mM, após 5 horas de fermentação, permitem obter concentrações mais elevadas de biomassa (12.3 g·L-1) e, consequentemente, concentrações mais elevadas de salidrosina (31.5 mM). Observou-se que a adição de 40 mM de tirosol, em modo descontínuo, a culturas de C. glutamicum DelAro4 em bioreator, com 40 g·L-1 de glucose após 5 horas de fermentação, causa uma inibição superior à observada nos ensaios em matraz. De modo a contrariar este efeito, e a obter uma concentração mais elevada de biomassa, aumentou-se a concentração de glucose para 80 g·L-1, que permitiu obter concentrações mais elevadas de salidrosina (32.2 mM). Após o crescimento e produção de salidrosina em modo descontínuo, testaram-se duas estratégias de alimentação semi-contínuas, adição de tirosol por caudal constante e por pulsos. Verificou-se que a melhor estratégia para a produção de salidrosina é a adição de tirosol por pulsos, com 120 g·L-1 de glucose. No entanto esta estratégia não permite um aumento de biomassa, como esperado, mas resulta num perfil de produção distinto que se traduz em concentrações de salidrosina máximas (60 mM).

Phenolic compounds, mostly produced by plants, are a group of secondary metabolites with high pharmacological potential. Although extracting phenolic compounds from plants is a recurring activity, there are several constrains in this process. An alternative to the extraction process is chemical synthesis. However, many of these processes are performed under extreme conditions, requiring high amounts of energy and toxic precursors to man and to the environment. An alternative to the extraction processes and chemical synthesis, are the biotechnological processes. The present dissertation focuses on the implementation of multiple strategies to optimize the production of salidroside by C. glutamicum DelAro4, namely the medium composition and the operation’s mode of the bioreactors. The optimum concentrations of the salidroside precursor, tyrosol, as well as optimum concentrations of inoculum and glucose were evaluated. The addition of various concentrations of tyrosol to batch cultures of C. glutamicum DelAro4 in shake flasks experiments allowed to evaluate its toxicity. It was concluded that low concentrations of tyrosol ,60 mM of tyrosol added after 5 hours of fermentation, yielded higher concentrations of biomass (12.3 g·L-1) and, consequently, higher concentrations of salidroside (31.5 mM). The addition of 40 mM of tyrosol to batch cultures of C. glutamicum DelAro4 in bioreactor, with 40 g·L-1 glucose, after 5 hours of fermentation, has been shown to cause greater inhibition than that observed in the shake flask experiments. In order to counteract this effect, and to obtain a higher concentration of biomass, the glucose concentration was increased to 80 g·L-1, which allowed to obtain higher concentrations of salidroside (32.2 mM). After culture growth and salidroside production in batch mode, two fed-batch strategies, addition of tyrosol by constant flow and by pulses, were also tested. It has been found that the best strategy for salidroside production is the addition of tyrosol by pulses, with 120 g·L-1 glucose, that does not result in an increase in biomass concentration, as expected, but results in a distinct production profile which translates into higher salidroside concentrations (60 mM).