No presente estudo foi avaliada a influência do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (k_La) e da concentração inicial de substrato (S₀) sobre a produção de carotenoides e lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis NRRL Y^-12905 em frascos agitados e biorreatores de bancada. Na etapa inicial deste estudo buscou-se estabelecer um modelo capaz de descrever o comportamento do k_La em frascos Erlenmeyers agitados, em função da frequência de agitação, razão VFrasco/VMeio e S₀. Nesta etapa verificou-se que o k_La foi dependente da frequência de agitação, da razão VFrasco/VMeio, bem como de sua interação, verificou-se ainda que o maior valor de k_La obtido foi de 47 h^-1. Na segunda etapa do estudo foi avaliada a influência do k_La e de S₀ sobre o cultivo da levedura em frascos agitados, tendo como respostas as concentrações de células, carotenoides e lipídeos. Os modelos obtidos apresentaram um comportamento linear, tendo o aumento das variáveis um efeito positivo sobre as respostas. Desta forma, as máximas concentração de células (33,4 g/L), carotenoides (1,97 mg/L) e lipídeos (8,0 g/L), forma alcançadas nos níveis mais elevados de S₀ (120 g/L) e k_La (40 h^-1). A terceira etapa do trabalho consistiu na seleção de um biorreator capaz de possibilitar maiores transferências de oxigênio que as alcançadas em frascos agitados. Foram avaliados dois tipos de biorreatores (Coluna de Bolhas e Air-lift) e duas porosidades de dispersores de ar (2,0 ou 200 μm). Nesta etapa, foram selecionados o reator Coluna de Bolhas e o dispersor de 2,0 m, uma vez que tal conjunto possibilitou alcançar os maiores valores de k_La (cerca de 160 h^-1). Na etapa final do trabalho foi realizado um estudo visando avaliar a influência do k_La (75 a 175 h^-1) e de S₀ (70 a 250 g/L), sobre a concentração de células, carotenoides e lipídeos. Os ensaios foram realizados segundo um planejamento experimental 2² com face centrada e repetições no ponto central. Os cultivos foram conduzidos em biorreatores do tipo Coluna de Bolhas, com capacidade de 500 mL, equipados com dispersor 2,0 μm. Nesta etapa verificou-se que, dentro da região de variação estudada, a concentração celular e de lipídeos foram favorecidas pelo aumento do k_La e S₀, e a concentração de carotenoides apresentou um ponto de máxima (6 mg/L ) para o k_La de 175 h^-1 e S₀ de 160 g/L. Os modelos foram então utilizados a fim de se estabelecer condições de cultivo que possibilitassem maximizar a produção de lipídeos, minimizando o k_La (vazão de aeração) e a concentração inicial de substrato. Os modelos apontaram que tal condição poderia ser obtida em cultivos realizados com k_La de 125 h^-1 e S₀ de 230 g/L, sendo estimada para esta condição concentrações de células, carotenoides e lipídeos de 18 ± 2 g/L, 4 ± 2 mg/L e 11 ± 3 g/L, respectivamente, após 120 h de cultivo. No ensaio de confirmação, foram alcançadas concentrações de células (22 ± 1 g/L), carotenoides (3,5 ± 0,3 mg/L) e lipídeos (11 ± 1 g/L) dentro do previsto, validando assim os modelos. Os resultados deste estudo mostraram que o estabelecimento de modelos representa uma importante ferramenta para a produção simultânea de lipídeos e carotenoides.

In the present study, the influence of the volumetric oxygen transfer coefficient (k_La) and the initial substrate concentration (S₀) on the production of carotenoids and lipids by the yeast Rhodotorula glutinis NRRL Y^-12905 in shaken flasks and bench bioreactors was evaluated. In the initial stage of this study, it was sought to establish a model capable of describing the behavior of k_La in agitated Erlenmeyer flasks, as a function of the agitation frequency, VFlask/VMedium ratio and S₀. In this step it was found that k_La was dependent of the agitation frequency, the VFlask/VMedium ratio, as well as its interaction, it was also found that the highest k_La obtained was 47 h- 1. In the second stage of the study the influence of k_La and S₀ on the cultivation of yeast in shaken flasks was evaluated, based on the responses concentrations of cells, carotenoids and lipids. The models obtained showed a linear behavior, with the increase in variables having a positive effect on responses. Thus, the maximum concentration of cells (33.4 g/L), carotenoids (1.97 mg/L) and lipids (8.0 g/L), were reached at the highest levels of S₀ (120 g/L) and k_La (40 h^-1). The third stage of the work consisted in the selection of a bioreactor capable of enabling greater oxygen transfer coefficient than those achieved in shaken flasks. Two models of bioreactors (Bubble Column and Air-lift) and two spargers porosity (2.0 or 200 μm) were evaluated. In this stage, the Bubble Column reactor and the 2.0 m sparger were selected, since these set made possible to achieve the highest k_La values (about 160 h^-1). In the final stage of the work, a study was carried out to evaluate the influence of k_La (75 to 175 h^-1) and S₀ (70 to 250 g/L), on the concentration of cells, carotenoids and lipids. The tests were performed according to an experimental design 2² with centered face and repetitions at the central point. The cultures were carried out in bubble column bioreactors, with a capacity of 500 mL, equipped with a 2.0 μm sparger. At this stage it was found that, within the region of variation studied, the cell and lipid concentration were favored by the increase in k_La and S₀, and the carotenoid concentration showed a maximum point (6 mg/L) for 175 h^-1 k_La and 160 g/L S₀. The models were then used in order to establish culture conditions that would make possible to maximize the production of lipids, minimizing the k_La (aeration flow) and the initial substrate concentration. The models pointed out that this condition could be obtained in cultures carried out with 125 h^-1 k_La and 230 g/L S₀, with an estimated cell, lipid and carotenoid concentration of 18 ± 2 g/L, 11 ± 3 g/L and 4 ± 2 mg/L respectively, for this condition after 120 h of culture. In the confirmation assay, concentrations of cells (22 ± 1 g/L), carotenoids (3.5 ± 0.3 mg/L) and lipids (11 ± 1 g/L) were reached within the predicted condition, thus validating the models. The results of this study showed that the establishment of models represents an important tool for the simultaneous production of lipids and carotenoids.