Reengineering production of mannosylerythritol lipids (MELs): a holistic approach

Petar Keković

Informações chave

Autores:

Orientadores:

Frederico Castelo Alves Ferreira (Frederico Castelo Alves Ferreira); Nuno Ricardo Torres Faria (Nuno Ricardo Torres Faria)

Publicado em

21/07/2022

Resumo

Lípidos de manosileritritol (MELs) são um grupo de tensioativos glicolipídicos produzidos por Moesziomyces spp., que se apresentam como alternativa a tensoativos produzidos quimicamente. MELs podem ser produzidos a partir de vários substratos, incluindo açúcares, lipídios e alcanos. Apesar de suas excelentes propriedades tensioativas, biocompatibilidade e biodegradabilidade, a sua comercialização depende da redução do seu custo de produção. Esta tese tem como objetivo desenvolver soluções que, de forma sustentável, melhorem a eficiência do processo de produção de MELs. O efeito da concentração de cloreto de sódio no metabolismo de Moesziomyces spp., nomeadamente na sua capacidade de produzir MELs e lípases, foi investigado, permitindo usar água do mar. Num segundo estudo, recorrendo a catalise pelas lípases produzidas pela levedura, hidrolisou-se os óleos vegetais antes de os adicionar à fermentação como substrato, conseguindo assim reduzir o tempo de fermentação na produção de MEL. Ambos os estudos identificaram condições que promovem a formação de aglomerados ricos em MEL. Assim, foi desenvolvido um novo modulo especificamente projetado para recolher in situ os aglomerados formados, permitindo várias recolhas de um produto ao longo de uma fermentação. Descobriu-se que o uso de glicerol na preparação de inóculo promove a formação de fisiologias celulares favoráveis à produção de MEL. A produção contínua de um produto aquoso, sem células, rico em MELs e lípases foi avaliada. Por fim, é proposto um novo processo de purificação para obtenção de MELs com pureza elevada. Este processo apenas usa um solvente, facilitando a sua reciclagem e contribuindo para a sustentabilidade do processo. Mannosylerythritol lipids (MELs) are a group of glycolipid biosurfactants, produced primarily by yeasts of the Moesziomyces genus, which are a promising alternative to chemically synthetised surfactants. MELs can be produced from a range of substrates, including sugars, lipids, and alkanes. MELs have exquisite tensioactive properties, biocompatibility, and biodegradability. However, they competitiveness in the market depends to cost reduction. This thesis aims to develop solutions and explore different opportunities to, in a sustainable manner, increase MELs production process efficiency. Firstly, the effects of sodium chloride concentrations on Moesziomyces spp. metabolism, specifically on their ability to produce MELs and lipases, was study, allowing to use widely available seawater. Secondly, native lipases produced by the yeast were used to pre-hydrolyse the vegetable oils substrates, and effectively shortened the time of the MEL production fermentation. Both studies identified conditions that promote formation of MEL rich beads. Consequentially, a novel device was design for in-situ harvesting of such beads from the bioreactor, enabling multiple solvent-free product recoveries over a fermentation. Investigating inoculum preparation conditions, glycerol was found to promote cell differentiation into physiological structures favourable for MEL production. The continuous production of cell free aqueous product rich in MELs and lipases was assessed. Finally, a novel downstream process was proposed, to obtain MELs of high purity. This process use of only one solvent facilitates solvent recycle, unlike multi-step extractions using mixtures of non-sustainable solvents.