Production of selenium-enriched yeast (Kluyveromyces marxianus) biomass in a whey-based culture medium

Two important aspects of agriculture intensification are the reduction in the concentration of specific soil minerals that affects livestock production and the increase of agricultural by-products, which produce environmental pollution. In this regard, whey - a cheese by-product-often is considered a wasted-product. Due to its lactose concentration, (4.5%), when whey is discarded without treatment generates a high Biological Oxygen Demand (BOD) and a high Chemical Oxygen Demand (COD). Taking into account these two issues, we developed a whey-based culture medium to produce selenium-enriched Kluyveromyces biomass. Then, we evaluated the effect of its supplementation on calves blood selenium concentration. Kluyveromyces marxianus DSM 11954 and Kluyveromyces lactis DSM 3795 strains were used in this study. Different culture media were prepared using whey as a main component and supplemented with peptone, yeast extract, (NH4)2SO4 and K2HPO4 as appropriate. In the selected whey culture medium, three sodium selenite concentrations between 10-30 μg/mL were tested to produce selenium-enriched biomass. After that, a scaled up to 5 L stirred-tank bioreactor was carried out to increase final yeast biomass levels. Finally, dietary supplementation experiments with selenium-enriched yeast were conducted to increase selenium content in calves. K. marxianus DSM 11954 showed a better growth performance than K. lactis DSM 3795 in a medium composed by whey, (NH4)2SO4 5 g/L, K2HPO4 1 g/L (pH 6.5) so, this strain was chosen to continue the experiments. The results showed that sodium selenite addition at 20 μg/mL was adequate to generate selenium-enriched biomass. Our study demonstrated that whey is an optimal and economical culture medium to produce selenium-enriched- yeast biomass. Also, we proved that 10 days of yeast-biomass supplementation raised blood-selenium level in calves.Fil: Gurdo, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Calafat, Mario Jose. Universidad Nacional de La Pampa. Facultad de Agronomía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Noseda, Diego Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Gigli, Isabel. Universidad Nacional de La Pampa. Facultad de Agronomía; Argentin

Ethanol production from brown seaweed using non-conventional yeasts

The use of macroalgae (seaweed) as a potential source of biofuels has attracted considerable worldwide interest. Since brown algae, especially the giant kelp, grow very rapidly and contain considerable amounts of polysaccharides, coupled with low lignin content, they represent attractive candidates for bioconversion to ethanol through yeast fermentation processes. In the current study, powdered dried seaweeds (Ascophylum nodosum and Laminaria digitata) were pre-treated with dilute sulphuric acid and hydrolysed with commercially available enzymes to liberate fermentable sugars. Higher sugar concentrations were obtained from L. digitata compared with A. nodosum with glucose and rhamnose being the predominant sugars, respectively, liberated from these seaweeds. Fermentation of the resultant seaweed sugars was performed using two non-conventional yeast strains: Scheffersomyces (Pichia) stipitis and Kluyveromyces marxianus based on their abilities to utilise a wide range of sugars. Although the yields of ethanol were quite low (at around 6 g/L), macroalgal ethanol production was slightly higher using K. marxianus compared with S. stipitis. The results obtained demonstrate the feasibility of obtaining ethanol from brown algae using relatively straightforward bioprocess technology, together with non-conventional yeasts. Conversion efficiency of these non-conventional yeasts could be maximised by operating the fermentation process based on the physiological requirements of the yeasts

Kluyveromyces marxianus Fps1p-like protein (FPS1) gene, complete cds

Sequência nucleotídica, e respectiva tradução, do ortólogo de Kluyveromyces marxianus do gene FPS1 de Saccharomyces cerevisiae.Nucleotidic sequence, and its translation, of the Kluyveromyces marxianus ortholgue of FPS1 gene from Saccharomyces cerevisiae

Isolation, screening and characterization of microorganisms with potential for biofuels production

Tese de mestrado. Biologia (Microbiologia Aplicada). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Rapid global population growth has increased the demand for food and energy supply. The limited oil reserves, pollution concerns, global warming and political instability and disagreements, lead to an increased financial support for sustainable and environmental sources of energy, biofuels. In the last decades there is an increasing interest in the development of the bioethanol production from lignocellulosic residues, which do not compete directly with food. However, the low efficient conversion of cellulosic biomass to biofuels hinders its success. Alternative substrates are inulin containing plants, as Jerusalem artichoke, representing a renewable and inexpensive raw material for industry and biofuel production. In this work, the main goal was to search for new microorganisms, with high potential to produce bioethanol, due to the presence of better ethanologenic characteristics or ability to produce relevant hydrolytic enzymatic machinery. From the isolation and screening of 98 novel strains, 7 were selected and further characterized. A preliminary identification was performed using FISH. Three isolates which showed inulinase capacity gave a putative identification as Z. bailii strains, and the best (Talf1) was optimized and characterized for inulinase production. Talf1 enzymatic extract presented maximum activity (8.7 U/ml) at 45 ºC and pH 5.5, and high stability at 30ºC. Talf1 isolate was used in a Consolidated Bioprocessing (CBP) and its enzymatic extract in a Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) process, for bioethanol production, obtaining an ethanol yield of 45% and 47% from pure inulin; and a yield of 51% and 48% from Jerusalem artichoke juice, respectively. Four selected isolates from strawberry tree fruit (STF) were used in a fermentation assay using STF juice, producing 86 - 100 g/l of ethanol from this raw material, at a very high yield (47-50%). These results show the enormous potential of inulin and Jerusalem artichoke as substrates for bioethanol production and the application of these novel yeasts as ethanol and/or inulinase producers.A exploração de novos recursos energéticos foi crucial para a revolução tecnológica que ocorreu no início do século 19. Já nesse século se conhecia o enorme potencial do álcool como fonte de energia, visto que o primeiro protótipo de motor de ignição foi desenhado para funcionar com este combustível. No início do século 20, a produção de etanol foi substituída pela gasolina, devido ao baixo custo de extração. Os combustíveis fósseis têm sido, desde então, a principal fonte de energia utilizada. O rápido aumento da população tem intensificado a necessidade do aumento de produção alimentar e energética. As limitadas reservas de petróleo, preocupações ambientais, o aquecimento global e a instabilidade política renovaram o interesse e, consequentemente, o apoio financeiro direcionada para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia, como os biocombustíveis. Vários tipos de biocombustíveis têm sido estudados, mas apenas dois são produzidos à escala industrial: o biodiesel e o bioetanol. O bioetanol apresenta as melhores qualidades para a sua utilização nos atuais motores, podendo ser utilizado como aditivo na gasolina, sendo por isso, o biocombustível mais utilizado a nível mundial (Antoni et al., 2007). A produção mundial de bioetanol à escala industrial utiliza principalmente duas fontes naturais: Saccharum officinarum (cana-de-açúcar) e Zea mays L. (milho). A cana-de-açúcar é sobretudo utilizada no Brasil, sendo o segundo maior produtor mundial de bioetanol, enquanto o milho é a principal fonte natural utilizada nos E.U.A., o maior produtor mundial. Estes dois países representam 88% da produção global (REN21). Na produção de bioetanol ocorre a fermentação alcoólica dos substratos naturais, diretamente a partir da cana-de-açúcar (que contém principalmente sacarose); para a bioconversão do milho (composto principalmente por amido) há necessidade de um passo prévio de hidrólise enzimática para a sua conversão em açúcares simples. O bioetanol obtido a partir de culturas agrícolas produzidas exclusivamente para esse fim, ocupando assim área cultivável, denomina-se Bioetanol de 1ª Geração (1G). Este tipo de produção levanta questões morais e éticas porque, deste modo, o bioetanol compete diretamente com a produção alimentar (Luo et al., 2009). Para ultrapassar este problema, tem sido proposto a utilização de resíduos lenhocelulósicos, como substratos, para produção de Bioetanol de 2ª Geração (2G). Este bioetanol não compete diretamente com a produção alimentar, apesar de consumir recursos agroindustriais. Atualmente a conversão de biomassa lenhocelulósica em bioetanol é ainda um procedimento caro e de baixa eficiência, sendo economicamente desfavorável a sua aplicação (Gibbons and Hughes, 2009). O principal obstáculo é o custo do pré-tratamento para conversão dos vários polímeros (celulose, hemicelulose, xilano, etc.) em açucares simples (glucose e xilose principalmente) que esta biomassa necessita, quer seja por degradação enzimática (com custos associados de produção de extratos enzimáticos); quer seja a aplicação de métodos químicos, como hidrólise ácida (que para além do seu custo, leva à produção de composto inibidores do crescimento microbiano). Existem vários bioprocessos propostos para a produção em larga escala de 2G nomeadamente a hidrólise separada da fermentação (SHF), em que o passo de hidrólise da biomassa lenhocelulósica antecede a fase de produção de bioetanol; a fermentação e sacarificação simultâneas (SSF), neste caso há a adição exógena de enzimas ou a co-fermentação de biomassa com um microrganismo produtor das enzimas necessárias à conversão dos polímeros nos seus monómeros, disponibilizando assim os açúcares simples para o microrganismo etanologénico os converter em etanol; e o bioprocesso consolidado (CBP), em que a produção de enzimas para a hidrólise enzimática e a produção de etanol ocorrem por ação do mesmo microrganismo (considerado o melhor processo conceptual) (Lynd, 1996). Infelizmente não está descrito nenhum microrganismo que, simultaneamente, seja capaz de produzir a maquinaria enzimática necessária para a hidrólise da biomassa lenhocelulósica e que a produção de etanol atinja valores de rendimento e produtividade economicamente viáveis. Dadas as dificuldades de implementação à escala industrial do 2G e movidos por preocupações ambientais, de utilização de solos cultiváveis e o desequilíbrio atual no ciclo de carbono, levou alguns cientistas a desenvolver o Bioetanol de 3ª Geração (3G). Este bioetanol recorre a microalgas com elevado conteúdo nutritivo para a sua produção. Ao invés de aproveitar resíduos agroindustriais como substrato, as algas são produzidas explorando os recursos hídricos para a produção de biomassa. Desta forma, não há competição com produção alimentar nem área cultivável e não há utilização de recursos agroindustriais. No entanto, o baixo rendimento de produção de biomassa torna este processo, ainda, economicamente inviável à escala industrial (Goh and Lee, 2010). Uma alternativa a estas opções é a utilização de plantas produtoras de inulina, como Helianthus tuberosus (tupinambo), que representam um recurso renovável, barato e abundante para a produção de bioetanol. O tupinambo tem várias características importantes que justificam a sua utilização, nomeadamente a tolerância a frio, à seca, ao vento e a terrenos arenosos e/ou salinos, com uma alta taxa de fertilidade e de resistência a pestes e doenças, não necessitando obrigatoriamente de terrenos férteis para se desenvolver. Estas características tornam-no numa fonte apetecível de biomassa para conversão em bioetanol que não compete pelos terrenos cultiváveis utilizados para produção alimentar (Neagu and Bahrim, 2011; Chi et al., 2011; Bajpai and Margaritis, 1982). Este trabalho teve como objetivo a procura de novos microrganismos, especialmente leveduras, a partir de isolamentos de diferentes fontes naturais, nomeadamente dos frutos de alfarrobeira (Ceratonia síliqua), ameixeira (Prunus domestica), cerejeira (Prunus avium), figueira (Ficus carica), medronheiro (Arbutus unedo) e pessegueiro (Prunus persica) e tubérculos de tupinambo (Helianthus tuberosus). Os microrganismos foram selecionados com base nas suas características etanologénicas (maior tolerância a elevadas concentrações de etanol, pH e temperatura e, por isso, capazes de fermentações alcoólicas mais longas); e/ou na capacidade de produção de enzimas relevantes, como inulinases, para posterior aplicação em bioprocessos industriais. A partir de 98 isolados, dos quais 90 eram leveduras e 8 bactérias, foram selecionados 7 isolados diferentes. Destes, 3 isolados foram selecionados porque apresentaram capacidade de converter inulina purificada em etanol; os outros 4 isolados foram selecionados porque foram capazes de produzir etanol mais rapidamente, utilizando sumo de medronho como meio completo. Às 7 estirpes foi aplicado um procedimento de identificação preliminar, utilizando sondas marcadas com um fluoróforo, para hibridação de fluorescência in situ (FISH), especificas para várias espécies de leveduras vínicas, nomeadamente: Hanseniaspora uvarum, Kluyveromyces marxianus, Lachancea thermotolerans, Metschnikowia pulcherrima, Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii e Zygosaccharomyces bailii. As 7 estirpes apresentaram um resultado positivo para apenas uma destas sondas, distribuindo-se por três espécies diferentes: Lachancea thermotolerans (AP1), Saccharomyces cerevisiae (DP2 e GluP4) e Zygosaccharomyces bailii (GerP3, Calf2, Talf1 e Talf2). Foi realizado um controlo positivo em cada experiencia de FISH para cada sonda testada, utilizaram-se estirpes identificadas e existentes no laboratório, nomeadamente: CBS 314 (Hanseniaspora uvarum), Kluyveromyces marxianus 516F, CBS 2803 (Lachancea thermotolerans), NRRL Y-987 (Metschnikowia pulcherrima), Saccharomyces cerevisiae CCMI 885, PYCC 4478 (Torulaspora delbrueckii) e Zygosaccharomyces bailii 518F. Foi também utilizada uma sonda universal para células eucariotas (EUK516) em todas as células utilizadas, como controlo positivo, de forma a assegurar a presença de RNA acessível nas células após o procedimento de fixação, essencial na técnica de FISH. Esta identificação preliminar deverá ser validada com técnicas moleculares mais precisas, complementadas com estudos completos de morfologia e fisiologia. Das estirpes preliminarmente identificadas como Z. bailii, três (Calf2, Talf1 e Talf2) apresentaram capacidade de produção de inulinases, uma caraterística não referenciada em estirpes desta espécie (Kurtzman et al., 2011). Foi traçado um perfil metabólico das estirpes, Calf2, Talf1 e Talf2, em confronto com a estirpe Z. bailii 518F utilizando duas galerias API distintas: API ZYM and the API 20C AUX. Conclui-se que as três estirpes têm perfiz metabólicos semelhantes entre si e com Z. bailii 518F, revelando características fisiológicas importantes para aplicação futura. A produção de inulinases é uma característica essencial para a fermentação de inulina em etanol, permitindo a utilização de matérias-primas ricas em inulina como substrato para produção de bioetanol. Com esta finalidade, foi avaliada a produção de inulinases extracelulares das 3 estirpes, utilizando dois substratos indutores: a inulina (extraída de chicória) e o sumo de tupinambo. A estirpe Talf1 apresentou maior atividade enzimática extracelular quando induzida com sumo de tupinambo (8,7 U/ml) do que a estirpe Calf2 e Talf2, que atingiram 4,1 e 7,8 U/ml respetivamente. Utilizando inulina purificada como substrato indutor, todas as estirpes atingiram aproximadamente 0,6 U/ml de atividade enzimática no extrato celular, o que demonstra a fraca capacidade de indução por parte da inulina purificada. De forma a otimizar a produção de inulinases, utilizando a estirpe Talf1, foram testados outros substratos como indutores de inulinases: duas inulinas comerciais, extraídas de fontes naturais diferentes; e três matérias-primas: raízes de acelga, tubérculos de dália e o resíduo sólido de tupinambo, obtido após extração do sumo. Conclui-se que as inulinas comerciais purificadas são fracos indutores, não atingindo valores superiores a 0,6 U/ml, enquanto todas as matérias-primas naturais induziram positivamente a produção de inulinases, obtendo 1,9 U/ml com raízes de acelga, 1,5 U/ml com tubérculos de dália e 5,9 com o resíduo sólido de tupinambo. Concluiu-se que o tupinambo, em particular o sumo, é o melhor substrato indutor, para a produção de inulinases extracelulares utilizando a estirpe Talf1. Foi feita a caracterização bioquímica do extrato enzimático desta estirpe, revelando que a temperatura e o pH ótimos de atividade são 45ºC e 5,5 respetivamente. Foi determinada a estabilidade à temperatura e ao pH; o extrato enzimático manteve 57% da sua atividade inicial ao fim de 24 dias, quando mantido a 30ºC e ao pH natural (5,5). No entanto alterações de pH diminuem drasticamente a estabilidade do extrato (a 30 ºC). As características do extrato enzimático da estirpe Talf1 são promissoras para a sua posterior utilização em bioprocessos que utilizem inulina ou fontes ricas em inulina como substrato desde que ocorram a pH ácido (aproximadamente 5,5) e à temperatura de 30ºC. Dadas as características descritas, a estirpe Talf1 foi utilizada num bioprocesso consolidado (CBP) e o respetivo extrato enzimático utilizado num processo de fermentação e sacarificação simultâneas (SSF) para produção de bioetanol. Para o processo SSF foi utilizada a estirpe etanologénica S. cerevisiae CCMI 885 e o meio foi suplementado com o extrato enzimático produzido por Talf1. Na utilização de inulina como única fonte de carbono, o processo SSF apresentou maior rendimento e produtividade máximos de etanol (47% e 2,75 g.l-1.h-1) e obteve-se maior concentração de etanol no meio (78 g/l), enquanto no processo CBP produziram-se 67 g/l de etanol, com um rendimento e produtividade máximos de 45% e 1,70 g.l-1.h-1 respetivamente. Foi realizado, em paralelo, um crescimento controlo com S. cerevisiae CCMI 885 e inulina como única fonte de carbono. Nestas condições, foram produzidas apenas 50 g/l de etanol, o que demonstra que a adição do extrato enzimático levou à hidrólise de polímeros de inulina que não são utilizados naturalmente por S. cerevisiae, apesar desta estirpe conseguir produzir enzimas que degradam parcialmente polímeros de inulina. A produção de bioetanol a partir diretamente de sumo de tupinambo foi testada pelos dois bioprocessos (SSF e CBP). Neste caso obtiveram-se melhores resultados utilizando a levedura Talf1 no bioprocesso consolidado. A estirpe Talf1 atingiu melhor produtividade (3,62 g.l-1.h-1,), rendimento (51%) e concentração máximas de etanol (67 g/l), do que a estirpe S. cerevisiae CCMI 885 em sumo de tupinambo (SSF), suplementado com o extrato enzimático contendo inulinases, que produziu 62 g/l de etanol, com um rendimento e produtividade máximos de 48% e 2,40 g.l-1.h-1, respetivamente. No ensaio controlo, utilizando a levedura S. cerevisiae CCMI 885 sem adição de qualquer enzima, obtiveram-se menores resultados de rendimento e produtividade máxima (42% e 2,07 g.l-1.h-1) e apenas 55 g/l de etanol produzido, um valor inferior aos resultados obtidos com os anteriores bioprocessos. Estes resultados são consistentes com os obtidos apenas com inulina como fonte de carbono, reforçando a hipótese de que esta estirpe, S. cerevisiae CCMI 885, seja capaz de hidrolisar algumas cadeias de inulina, mas não utilizar todos os açúcares presentes no sumo de tupinambo. Estes resultados mostram o potencial da inulina e fontes naturais ricas em inulina, como o tupinambo, para fontes alternativas na produção de bioetanol. No entanto para a aplicação industrial das estirpes descritas neste trabalho, será necessária posterior otimização de todo o processo. As 4 leveduras selecionadas a partir do rastreio inicial de fermentação de sumo de medronho (L. thermotolerans AP1, S. cerevisiae DP2, S. cerevisiae GluP4 e Z. bailii GerP3), foram utilizadas num ensaio de fermentação de sumo de medronho, em comparação com S. cerevisiae CCMI 885. O melhor resultado foi obtido com a estirpe S. cerevisiae CCMI 885, atingindo-se 108 g/l de etanol, com um rendimento máximo de 51%, igual ao teórico possível, e uma produtividade máxima de 1,29 g.l-1.h-1. No entanto, a estirpe de Z. bailii GerP3, com valores máximos de etanol, produtividade e rendimento máximos de 100 g/l, 1,11 g.l-1.h-1 e 50%, respetivamente, são próximos daqueles obtidos com a levedura S. cerevisiae. A estirpe Z. bailii GerP3 obteve, por isso, os resultados mais promissores para a aplicação num sistema de fermentação em estado sólido diretamente a partir de medronho. O desenvolvimento de um processo eficiente e economicamente viável para produção de bioetanol é crucial para a sociedade atual, servindo como alternativa à utilização de combustíveis fósseis, para uma população mundial que requer cada vez mais energia. A utilização de fontes naturais como o tupinambo e o medronho, para a produção de bioetanol, pode ajudar a reduzir a dependência energética dos combustíveis fósseis. No entanto, para produzir industrialmente bioetanol a partir destas fontes naturais renováveis, e ainda necessária a otimização do processo a escala industrial

Hybridization studies within the genus Kluyveromyces van der Walt emend. van der Walt

Hybridization studies based on the prototrophic selection technique, involving the use of auxotrophic mutants of strains of all accepted species of the genus Kluyveromyces, are reported. Two main groups of mutually interfertile taxa were established within the genus. The first group comprises Kluyveromyces bulgaricus, Kluyveromyces cicerisporus, Kluyveromyces dobzhanskii, Kluyveromyces drosophilarum, Kluyveromyces fragilis, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces phaseolosporus, Kluyveromyces vanudenii and Kluyveromyces wikenii. The second group consists of Kluyveromyces dabzhanskii, Kluyveromyces drosophilarum, Kluyveromyces laotis, Kluyveromyces vanudenii and Kluyveromyces wiokerhamii. Hybrids were also detected in crosses involving Kluyveromyces drosophilarum and Kluyveromyces waltii as well as Kluyveromyces marxianus and Kluyveromyces thermotolerans. In terms of the concept of the biological species and in compliance with the requirements of the International Code of Botanical Nomenclature, taxa which hybridize with Kluyveromyces marxianus and form fertile recombinants at frequencies observed in intraspecific crosses, are accepted as varieties of Kluyveromyces marxianus. Hybridization was observed between Kluyveromyces marxianus var. lactis and the presumed imperfect forms of some Kluyveromyces species, namely Candida kefyr, Candida macedoniensis and Torulopsis sphaerica. Recombination was not detected in crosses involving Kluyveromyces marxianus var. marxianus and representatives of other yeast genera, i.e. Pichia, Saccharomyces, Torulaspora and Zygosaccharomyces. Conclusions regarding the relationship between members of the genus Kluyveromyces, reached on the basis of this investigation are compared with those reported by other workers, who based their investigations on phenotypic characteristics as well as on the determinations of mol % G+C and DNA-DNA homology studies

Model-based biotechnological potential analysis of Kluyveromyces marxianus central metabolism

Funding Information: The research was supported by ERDF project Nr. 2DP/2.1.1.1.0/14/APIA/VIAA/043. Publisher Copyright: © 2017, Society for Industrial Microbiology and Biotechnology.The non-conventional yeast Kluyveromyces marxianus is an emerging industrial producer for many biotechnological processes. Here, we show the application of a biomass-linked stoichiometric model of central metabolism that is experimentally validated, and mass and charge balanced for assessing the carbon conversion efficiency of wild type and modified K. marxianus. Pairs of substrates (lactose, glucose, inulin, xylose) and products (ethanol, acetate, lactate, glycerol, ethyl acetate, succinate, glutamate, phenylethanol and phenylalanine) are examined by various modelling and optimisation methods. Our model reveals the organism’s potential for industrial application and metabolic engineering. Modelling results imply that the aeration regime can be used as a tool to optimise product yield and flux distribution in K. marxianus. Also rebalancing NADH and NADPH utilisation can be used to improve the efficiency of substrate conversion. Xylose is identified as a biotechnologically promising substrate for K. marxianus.publishersversionPeer reviewe

Partial purification and characterization of exoinulinase from kluyveromyces marxianus YS-1 for preparation of high-fructose syrup

An extracellular exoinulinase( 2, 1-&nbsp;&szlig;- D fructan fructanohydrolase, EC 3.2.1.7), which catalyzes the hydrolysis of inulin into fructose and glucose, was purified 23.5-fold by ethanol precipitation, followed by Sephadex G-100 gel permeation from a cell-free extract of Kluyveromyces marxianus YS-1. The partially purified enzyme exhibited considerable activity between pH 5 to 6, with an optimum pH of 5.5, while it remained stable(100%) for 3 h at the optimum temperature of 50&ordm; c. Mn2+ and Ca2+ produced a 2A-fold and 1.2-fold enhancement in enzyme activity, whereas Hg2+ and Ag2+&nbsp; completely inhibited the inulinase. A preparation of the partially purified enzyme effectively hydrolyzed inulin, sucrose, and raffinose, yet no activity was found with starch, lactose, and maltose. The enzyme preparation was then successfully used to hydrolyze pure inulin and raw inulin from Asparagus racemosus for the preparation of a high-fructose syrup. In a batch system, the exoinulinase hydrolyzed 84.8% of the pure inulin and 86.7% of the raw Asparagus racemosus inulin, where fructose represented 43.6mg/ml and 41.3mg/ml, respectively.<br /

An Approach To An Agave Problem: The Bioremediation Of Agricultural Waste By Yeast Fermentations

The agricultural waste products created by industries, such as the Tequila manufacturing industry, create thousands of tons of waste material every year. This agricultural waste often becomes an environmental and ecological problem for fields and surrounding areas. The purpose of this study is to determine the potential of using the yeast Kluyveromyces marxianus 7-1 and Kluyveromyces marxianus 8-1 to ferment the leaf waste from the harvesting of the Agave tequilana as a form of bioremediation. Fermentations (anaerobic, under constant shaking, and at room temperature) were monitored for colony forming units, pH of fermentation broth, concentration of reducing sugars, and protein concentration as a function of fermentation time. Yeast products formed during the fermentation such as enzymes (inulinases), protein, and the yeast cells are considered important due to their current market value and use as feedstock for other fermentations with Yarrowia lipolytica, Saccharomyces cerevisiae, and Rhodotrula glutinis (not the focus of this study). Endogenous compounds in the Agave tequilana leaves are also of interest to these studies such as potential natural ultraviolet absorbing compounds (mycosporine-like-amino acids). It was determined that both Kluyveromyces marxianus 7-1 and Kluyveromyces marxianus 8-1 are able to grow on the leaves of the Agave tequilana with similar growth curves, as determined by colony forming units. Kluyveromyces marxianus 7-1 experienced a shorter lag time making it the better choice for an industrial application. It was demonstrated that the protein and reducing sugar concentrations have an inverse relationship with colony forming units as a function of fermentation time. Several interesting ultra violet absorbing compounds were extracted from the leaves of the Agave tequilana and a positive control (seaweed). These compounds were characterized by thin layer chromatography, UV-Vis spectrophotometry, and high performance liquid chromatography with a diode array detector. These studies demonstrate that the leaves of the Agave tequilana, which are currently considered waste, have potential to produce economically valuable products through mycosporine-like-amino acid extractions and fermentation with Kluyveromyces marxianus 7-1 and Kluyveromyces marxianus 8-1

Systematic Investigation of Ergosterol Fermentation by Kluyveromyces marxianus Y.00243 via Statistical Design

Ergosterol, an important pharmaceutical intermediate, is the precursor of liposoluble vitamin D2 and cortisone. It is also a main sterol in yeast cells and responsible for structural features of membranes such as the integrity, fluidity, permeability and activity of membrane-bound enzymes. Kluyveromyces marxianus is able to utilize various sugars such as lactose, xylose and arabinose against Saccharomyces cerevisiae and is also thermotolerant. Based on these aforementioned characteristics, K. marxianus can be of great importance in the utilization of whey and lignocellulosic biomass. In this paper, the effect of four factors on the specific ergosterol content and yeast growth was investigated using two statistical experimental designs. The factors examined were initially added alcohol, temperature, salt concentration and pH. The initially added alcohol had a positive effect on the specific ergosterol content, resulted in 37 % specific ergosterol content increasement. The temperature had a negative effect on yeast growth reducing the biomass concentration by 50 % when increased from 25 °C to 30 °C. The pH had a significant effect only on the specific ergosterol content, having an optimum at pH 5.5. The salt concentration had no significant effect in either case. Based on the results, it is suggested that the setup which facilitates higher ergosterol content but does not slow down the growth of the yeast remarkably should be selected, which are 25 °C, pH 5.3 and 3 % of initial ethanol content