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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2010.tde-17092010-174743
Document
Author
Full name
Flavia Salvato
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2010
Supervisor
Committee
Basso, Luiz Carlos (President)
Alcarde, André Ricardo
Leimer, Karl Heinz
Title in Portuguese
Fermentação de mosto industrial por linhagens de Saccharomyces cerevisiae com transportador de sacarose e sobreexpressão de invertase interna: estudo comparativo com linhagens com alta e baixa atividade de invertase externa
Keywords in Portuguese
Fermentação alcoólica
Indústria sucro-alcooleira
Leveduras
Metabolismo
Organismos geneticamente modificados
Sacarose.
Abstract in Portuguese
O presente trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de metabolização de açúcares por linhagens de S. cerevisiae amplamente utilizadas no setor sucroalcoleiro (CAT-1 e BG-1) e uma linhagem geneticamente modificada (HCJ 003) com o propósito de sobreexpressar invertase intracelular e ainda contém transportadores de sacarose de alta afinidade. Para tal estudo foi realizado 1 ensaio de fermentação simulando as condições industriais de produção de etanol com reciclos de células e mosto misto constituído de melaço e caldo de cana (50% de cada fonte) a 19% de ART. O ensaio de fermentação foi constituído por 4 ciclos sendo os 3 primeiros ciclos destinados a avaliação das cepas CAT -1 e HCJ 003 a qual é diplóide e sobre-expressa somente a invertase intracelular quanto aos diversos parâmetros do processo de fermentação. O 4° ciclo fermentativo foi destinado ao estudo do perfil de metabolização dos açúcares, onde analisou-se os teores de sacarose, glicose e frutose, bem como a formação de glicerol e o teor de trealose na biomassa das linhagens CAT -1, HCJ 003 e BG-1 (ambas com atividades de invertase distintas). No estudo comparativo dos parâmetros fermentativos a cepa HCJ 003 produziu de forma consistente, menos biomassa e mais etanol do que a cepa CAT-1. O rendimento fermentativo em etanol foi maior para a cepa HCJ 003. O fato de transportar a sacarose para o interior da célula faz com que seja gerado apenas 3 moles de ATP (em vez de 4 ATP). Portanto, para repor o ATP que deixa de ser gerado, há um maior direcionamento do metabolismo para as vias fermentativas e conseqüentemente mais etanol é produzido aumentando-se o rendimento da fermentação. No estudo do perfil de metabolização dos açúcares para as cepas CAT -1, HCJ 003 e BG-1 mostrou que a cepa BG -1 hidrolisou mais rapidamente a sacarose devido à alta atividade de invertase e também apresentou quantidades superiores de glicerol em resposta ao aumento da pressão osmótica do meio de fermentação. Já a CAT -1 apresentou maiores níveis de trealose o que pode ser um indicativo da sua maior dominância durante o processo industrial brasileiro. Assim este trabalho resultou no perfil de metabolização de cepas com diferente atividade de invertase e mostrou que a cepa HCJ 003 embora seja uma derivada de uma linhagem laboratorial manteve-se adaptada às condições do processo obtendo-se rendimento superior à CAT-1.
Title in English
Fermentation of industrial must by strains of saccharomyces cerevisiae with sucrose transporter and overexpression of internal invertase: a comparative study with strains with high and low activity of external invertase
Keywords in English
Alcoholic fermentation
Ethanolindustry.
Genetically Modified
Organism
Sucrose
Yeast M etabolism
Abstract in English
The aim of tis work was to evaluate the metabolic profile of sugars using Saccharomyces cerevisiae strains widely used in industry of sugars and ethanol (CAT-1 e BG-1) and a genetically modified strain in purpose to over-express intracellular invertase and also contains sucrose transporters with high afinity. For this study, 1 test were performed simulating industrial fermentation for ethanol production using cell recycle and mixed must with molasses and sugar cane (50% of each compound) for 19% TRS. The fermentation experiment were composed of 4 recycles and in first 3 cycles were intended for the evaluation of the strains CAT-1 and HCJ 003 wich is diploid and overexpres just the intracellular invertase on the various parameters of the fermentation process. The 4th recycle was designed to study the profile of metabolism of sugars, where were analysed the levels of sucrose, glucose and frutose, as well as the formation of glycerol and trehalose content in biomass of the strains CAT -1, HCJ 003 and BG -1 (all of them with different invertase activity). In the evaluation of the strains on the various parameters of the fermentation process, the strain HCJ 003 produced consistently less biomass and more ethanol than CAT-1. The yield of ethanol fermentation was higher for the strain HCJ 003. The fact that this strain transport sucrose into the cells makes it generated only 3 moles of ATP (instead 4 ATP). So to restore the ATP that is no generated, there is an increase targeting of the metabolism to fermentative pathways and therefore more ethanol is produced increasing the efficiency of fermentation. In the profile of metabolism of sugars to the strains CAT -1 HCJ 003 and BG-1 showed that the strain BG -1 hydrolyzed more rapidly the sucrose due to high invertase activity and also showed higher amounts of glycerol in response to increased osmotic pressure of the fermentation medium. Already CAT -1 showed higher levels of trehalose, which may be indicative of its most dominant during the Brazilian industry. So this work resulted in the profile of metabolism of different strains with invertase activity and showed that strain 003 Hcj although a derivative of a laboratory strain remained adapted to the conditions of the process resulting in higher yield to CAT-1.
 
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Flavia_Salvato.pdf (1.50 Mbytes)
Publishing Date
2010-09-30
 
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