Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/39600
Title: Production of glycosphingolipids intermediates by fermentation at laboratory scale
Other Titles: Produção de intermediários de glicoesfingolípidos em fermentações à escala laboratorial
Author: Carvalho, Ana Cristina Gouveia
Advisor: Xavier, Ana Maria Rebelo Barreto
Barbosa, Dália Maria Dias
Keywords: Tetraacetyl phytosphingosine
Wickerhamomyces ciferrii
Fermentation
Glycerol
Oxygen
Defense Date: 4-Jul-2023
Abstract: Sphingolipids, a class of lipids which comprise a sphingoid base in their backbone are present in the cell membrane, helping in the formation, maintenance and the regulation of cellular processes, such as cell growth and apoptosis. Sphingolipids can be obtained through chemical synthesis or biotechnological route, with the latter being more environmentally friendly, cost-effective and promising for large-scale production. Phytosphingosine, when produced through fermentation with Wickerhamomyces ciferrii, comes in its acetylated form with tetraacetylphytosphingosine being the most common form. CarboCode aims to produce phytosphingosine, through aerobic fed-batch fermentation with W. ciferrii for health, skin care and nutrition applications. The goal of this internship was to contribute to the optimization of the bioprocess currently employed by replacing the use of pure glycerol with crude glycerol (CG), a cheaper carbon source, in the fermentation medium. In addition, this work also aimed to provide insights into the scale-up process of this bioprocess by performing oxygen transfer and uptake studies in a standard CarboCode fermentation. To accomplish the first objective, increasing percentages of CG from Fábrica Torrejana, namely 25, 50, 75 and 100%, were combined with pure glycerol in batch shake flask assays and, the percentages of 50, 75 and 100% CG in the fermentation medium and feed solution in fed-batch bioreactor assays. In the bioreactor, volumetric mass transfer coefficient (kLa) was measured under different airflows and stirring conditions in distilled water through the dynamic desorption-absorption method. Oxygen uptake rate (OUR), specific oxygen uptake rate (q O₂) and kLa were assessed in a standard fermentation with respirometry assays. Results from shake flask assays showed that the impurities present in the CG affected the yeast growth, but clear patterns regarding phytosphingosine production were not observed. From the percentages tested, 100 % CG, showed the highest concentration of A (xx ± xx mg Lˉ¹) while the fermentations with 75 % CG provided the highest concentration of B (yy ± yy mg Lˉ¹). During bioreactor assays, fermentation with 50 % CG showed the best results, with final titers of xx g Lˉ¹ of B and yy g Lˉ¹ of A, allowing a zz % decrease of costs related to the carbon source. Through the dynamic desorption-absorption method, the highest kLa obtained was xx hˉ¹ with an airflow of yy L minˉ¹ and zz rpm. During respirometry assays, both maximum q O₂ and OUR were achieved in the batch and beginning of fed-batch, xx mmol O₂ gˉ¹ hˉ¹ and yy mmol O₂ Lˉ¹ hˉ¹, respectively.
Os esfingolípidos são uma classe de lípidos que possuem um composto base esfingóide na sua estrutura, presente nas membranas celulares, tendo funções importantes na formação e manutenção da mesma e em processos celulares, nomeadamente no crescimento celular e na apoptose. Os esfingolípidos podem ser produzidos por via da síntese química ou por uma via biotecnológica, sendo esta última mais amiga do ambiente, mais barata e com possibilidade de produção à grande escala. A fitoesfingosina, quando produzida por fermentação com Wickerhamomyces ciferrii encontra-se acetilada, sendo a tetra-acetil-fitoesfingosina a sua forma mais comum. A CarboCode tem como objetivo a produção da fitoesfingosina através de fermentações em fed-batch com W. ciferrii para ser utilizada nas áreas da saúde, cosmética e nutrição. O objetivo deste estágio foi contribuir para a otimização do bioprocesso utilizado atualmente através da substituição do glicerol puro por glicerol proveniente da produção industrial do biodiesel (CG), uma fonte de carbono mais barata, no meio da fermentação. Adicionalmente, este trabalho também pretendeu providenciar com algumas informações referentes ao processo de scale-up deste bioprocesso através da realização de estudos relativamente às taxas de consumo e transferência de oxigénio numa fermentação típica da CarboCode. Para o primeiro objetivo, foram usadas percentagens crescentes de CG no meio, nomeadamente 25, 50 ,75 e 100%, combinadas com o glicerol puro em ensaios batch de shake flask. Para os ensaios de biorreator foram usadas as percentagens de 50, 75 e 100% CG no meio da fermentação e na solução feed. No biorreator, o coeficiente volumétrico de transferência de massa (kLa) foi medido sob diferentes condições de arejamento e velocidade de agitação recorrendo ao método da desgaseificação. As taxas de consumo de oxigénio (OUR), taxa especifica de consumo de oxigénio (q O₂) e kLa foram analisados durante uma fermentação standard com recurso aos ensaios de respirometria. Os resultados dos ensaios em shake flask mostraram que as impurezas do CG afetaram o crescimento da levedura, mas não se viram padrões relativamente à produção de fitoesfingosina. Das percentagens testadas, o ensaio com 100 % CG, alcançou a maior concentração de A (xx ± yy mg Lˉ¹ ) enquanto a fermentação com 75 % de CG obteve a maior concentração de B (xx ± yy mg Lˉ¹ ). Durante os ensaios em biorreator, a fermentação com 50 % de CG apresentou os melhores resultados com os títulos finais de xx g Lˉ¹ de B e yy g Lˉ¹ de A, permitindo uma redução de custos associados à fonte de carbono de zz %. Com os ensaios de desgaseificação, o maior kLa obtido foi de xx hˉ¹ , alcançado com um fornecimento de ar de yy L minˉ¹ e velocidade de agitação zz rpm. Durante os ensaios de respirometria, os valores máximos de q O₂ e OUR foram obtidos na fase batch e no início da fase fed-batch, xx mmol O₂ gˉ¹ hˉ¹ e yy mmol O₂ Lˉ¹ hˉ¹, respetivamente.
URI: http://hdl.handle.net/10773/39600
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DQ - Dissertações de mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Documento_Ana_Cristina_Carvalho.pdf1.58 MBAdobe PDFembargoedAccess


FacebookTwitterLinkedIn
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.