Immobilization of Yeast on Polymeric Supports

Biocatalysts (enzymes and whole cells) play a crucial role in industrial processes allowing for efficient production of many important compounds, but their use has been limited because of the considerably unstable nature of enzymes. Immobilization often protects enzymes from environmental stresses such as pH, temperature, salts, solvents, inhibitors and poisons. Immobilization of cells containing specific enzymes has further advantages such as elimination of long and expensive procedures for enzymes separation and purification and it is vital to expand their application by enabling easy separation and purification of products from reaction mixtures and efficient recovery of catalyst. This review focuses on organic polymers (natural and synthetic) used as matrices for immobilization of microorganisms, mainly baker’s yeasts and potential application of immobilized cells in the chemical, pharmaceutical, biomedical and food industries

Study on the Properties of Immobilized Biocatalysts with Lipase Activity Produced by Yarrowia lipolytica in Batch Culture

Three kinds of matrices (calcium alginate, gelatin, and PVA) were employed as supports to immobilize lipases from Y. lipolytica KKP 379 via physical adsorption. The stability of biocatalysts (free and immobilized) was evaluated by measuring the enzyme activity before and after treatment with the method based on the hydrolysis of p-nitrophenyl laurate. Two fractions of enzymes were immobilized: cell-bound (yeast biomass) and extracellular (supernatant). The yield of immobilization and catalytic properties of immobilized lipases were investigated. Satisfactory results for lipolytic activity and biocatalyst stability were obtained for cell-bound enzymes immobilized in alginate (0.38 U g–1 d.m.) and crosslinked gelatin (0.18 U g–1 d.m.). Immobilization of the supernatant was successful only on the alginate (0.026 U g–1 d.m.). After lyophilization, no significant difference was noticed between treated and untreated biocatalysts. Lyophilized catalysts were successfully immobilized in all three matrices, but the process reduced their lipolytic activity probably due to an insufficient amount of water in the reaction solution. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

Yeast immobilization systems for second-generation ethanol production: actual trends and future perspectives

Yeast immobilization with low-cost carrier materials is a suitable strategy to optimize the fermentation of lignocellulosic hydrolysates for the production of second-generation (2G) ethanol. It is defined as the physical confinement of intact cells to a certain region of space (the carrier) with the preservation of their biological activity. This technological approach facilitates promising strategies for second-generation bioethanol production due to the enhancement of the fermentation performance that is expected to be achieved. Using immobilized cells, the resistance to inhibitors contained in the hydrolysates and the co-utilization of sugars are improved, along with facilitating separation operations and the reuse of yeast in new production cycles. Until now, the most common immobilization technology used calcium alginate as a yeast carrier but other supports such as biochar or multispecies biofilm membranes have emerged as interesting alternatives. This review compiles updated information about cell carriers and yeast-cell requirements for immobilization, and the benefits and drawbacks of different immobilization systems for second-generation bioethanol production are investigated and compared. © 2021 The Authors. Biofuels, Bioproducts and Biorefining published by Society of Industrial Chemistry and John Wiley & Sons Ltd.publishedVersio

Research into the catalytic effect of Saccharomyces cerevisiae baker's yeast on the hydrolysis of esters using gas chromatography

Celem pracy była ocena wpływu długości alifatycznego łańcucha węglowego kwasów karboksylowych oraz procesu immobilizacji drożdży (w alginianie wapnia lub w poli(alkoholu winylowym) na szybkość i wydajność reakcji hydrolizy estrów fenylowych. Przebieg reakcji śledzono metodą chromatografii gazowej, z zastosowaniem kolumny kapilarnej BPX 70 i detektora płomieniowo-jonizacyjnego. Stwierdzono, że katalityczny efekt drożdży piekarskich Saccharomyces cerevisiae zmniejsza się ze wzrostem długości łańcucha kwasu karboksylowego. Immobilizacja drożdży wprawdzie w nieznacznym stopniu zmniejsza szybkość hydrolizy, ale ułatwia wyizolowanie produktu oraz umożliwia wielokrotne wykorzystanie biokatalizatora.The objective of the research was to assess the effect of carbon chain length of carboxylic acids and of the immobilization process of yeast (running in the calcium alginate or in poly(vinyl alcohol) on the rate and yield of the hydrolysis reaction of phenyl esters. The course of this reaction was monitored using a gas chromatography method with a BPX 70 capillary column and a flame-ionization detector applied. It was found that the catalytic effect of the Saccharomyces cerevisiae baker`s yeast decreased with the increasing l carbon chain length of carboxylic acids. Although the immobilization of yeast caused a slight drop in the rate of hydrolysis, however, it also facilitated the isolation of product and made it possible to multiply use the biocatalyst

Biotechnological methods for producing odoriferous substances

Rozwój przemysłu spożywczego, nowych źródeł i sposobów pozyskiwania surowca, a także wzrost świadomości społeczeństwa powoduje, że oczekiwania konsumentów wobec żywności ulegają ciągłym zmianom. W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie naturalnymi dodatkami do żywności, otrzymywanymi przy zastosowaniu metod biotechnologicznych. W poniższym artykule dokonano przeglądu substancji zapachowych produkowanych na drodze biotechnologicznej, przy udziale mikroorganizmów – drożdży, bakterii, grzybów bądź izolowanych z nich enzymów.The development of food industry, new sources of and methods for winning raw materials, as well as the raising awareness among the population cause the consumer expectations of food to continuously change. It has been reported that, in recent years, consumers have become more and more interested in natural food additives produced using biotechnological methods. The present paper contains a review of odoriferous substances, which are biotechnologically produced with the application of such microorganisms as: yeast, bacteria, fungi or enzymes isolated from them

Ultrasounds – a tool to inactivate yeast and to extract intracellular protein

Techniki ultradźwiękowe są od dawna stosowane w przemyśle spożywczym, przede wszystkim w procesach przetwarzania i utrwalania żywności. Celem pracy była ocena sonifikacji jako alternatywnej metody inaktywacji komórek drożdży. Dodatkowo rozważono zastosowanie sonifikacji do pozyskiwania roztworu białek wewnątrzkomórkowych. Komórki szczepu drożdży Saccharomyces cerevisiae 2200 oraz komórki świeżych drożdży piekarskich poddawano sonifikacji w głowicowym homogenizatorze ultradźwiękowym o częstotliwości 20 kHz. Zaobserwowano istotny wpływ czasu, cyklu pracy oraz mocy fali akustycznej na inaktywację komórek oraz stopień izolacji białek, które wydzielono z wydajnością 60 % ze szczepu drożdży S. cerevisiae 2200 i 43 % ze świeżych drożdży piekarskich. Dezintegracja struktury komórkowej drożdży za pomocą ultradźwięków może być dobrą laboratoryjną metodą permeabilizacji ściany komórkowej oraz izolacji białek. Liczba żywych komórek po procesie sonifikacji zmniejszyła się 100 do 1000-krotnie w porównaniu z początkowąj liczbą jtk/cm3, przy czym efekt ten może zostać zwielokrotniony przez połączenie działania ultradźwięków z czynnikiem termicznym.Sonication technique has been commonly used in food industry, first of all in food preservation and food processing. The objective of this study was to assess the sonication as an alternative method to inactivate yeast cells. Additionally, it was considered whether or not the sonication could be used to obtain intracellular protein solution. Cells of Saccharomyces cerevisiae 2200 strain and a raw yeast biomass were sonicated in a 20 kHz horn-type sonicator. It was found that the time, duty cycle, and power of ultrasounds significantly impacted the cell inactivation and the protein extraction degree. The efficiency of extracting proteins from the cultured S. cerevisiae 2200 yeast strain amounted to 60 %, and from the raw baker’s yeast to 43 %. The disruption of yeast cells by ultrasounds can be a good laboratory technique used to permeabilize cell wall and to extract intracellular proteins. After sonication, the count of live yeast cells decreased by 100 to 1000 times compared to their initial count expressed as cfu/cm3; this effect can be intensified by combing the activity of ultrasounds with a thermal factor

Effect of medium modification on bio-catalytic properties of yeasts

Drożdże stanowią bogate źródło enzymów wykorzystywanych w procesach biotechnologicznych przemysłu spożywczego. Działanie enzymów polega na katalizowaniu reakcji chemicznych nie tylko w organizmach żywych, ale także i poza nimi, zatem drożdże mogą również spełniać ważną rolę w syntezach chemicznych. Z punktu widzenia przetwarzania produktów spożywczych szczególnie istotne są reakcje estryfikacji i hydrolizy estrów. Celem pracy było określenie wpływu składu pożywki na aktywność katalityczną trzech gatunków drożdży Rhodotorula glutinis, Pichia jadinii i Saccharomyces cerevisiae, na przykładzie reakcji modelowej, jaką jest hydroliza laurynianu fenylu. Badane gatunki drożdży, celem porównania, hodowano w standardowych warunkach (podłoże YPD) oraz na pożywkach wzbogacanych w różne źródła azotu oraz węgla. Najskuteczniejsze w hydrolizie estru, przy udziale w pożywce hodowlanej oliwy z oliwek, były drożdże z gatunku Pichia jadinii, (ok. 50 % przereagowania laurynianu fenylu po 10 h, w porównaniu z 8 % przereagowaniem przy standardowej pożywce YPD), natomiast gatunek Rhodotorula glutinis najskuteczniej hydrolizował badany ester podczas hodowli w obecności mocznika (powyżej 50 % po 5 h w porównaniu z 8 % przy zastosowaniu YPD). W przypadku Saccharomyces cerevisiae, hodowanego w obecności oliwy z oliwek, przereagowanie rzędu 50 % osiągnięto dopiero po 40 h. Można zatem wnioskować, że właściwe modyfikacje pożywki pozwalają na stymulowanie lipolitycznych zdolności poszczególnych gatunków drożdży.Yeasts constitute a rich source of enzymes used in biotechnological processes in food industry. The activity of enzymes consists in catalyzing chemical reactions not only in live organisms, but, also, outside those live organisms, thus, yeasts can also fulfil an important role in chemical syntheses. From the point of view of food products processing, the reactions of esterification and hydrolysis of esters are particularly essential. The objective of this paper was to determine the impact of medium composition on the catalytic activity of three kinds of yeasts: Pichia jadinii, Rhodotorula glutinis, and Saccharomyce cerevisiae exemplified by a model reaction of hydrolysis of phenyl laurate. The yeasts studied were cultured under the typical conditions (YDP medium) and on media enriched by various sources of nitrogen and carbon. The Pichia jadinii yeasts proved to be most efficient in the hydrolysis of esters with a medium containing olive oil (about 50 % of the conversion of phenyl laurate after 10 h compared to 8 % of conversion using a standard YPD medium). As for Rhodotorula glutinis, the ester studied hydrolyzed most efficiently while being culture with the participation of urea (more than 50 % after the 5 h compared with 8 % with the YPD medium applied). In the case of Saccharomyce cerevisiae, cultured in the presence of olive oil, a level of 50% of the conversion was reached as late as after 40 h. Therefore, it can be concluded that proper modifications of medium allow for the stimulation of lypolytic activity of individual kinds of yeasts

Palladium (II)-catalysed intramolecular C–H functionalizations: Efficient synthesis of kealiinine C and analogues

An efficient palladium-catalysed C–H functionalization sequence has been developed for the synthesis of 2-aminoimidazole alkaloids (Kealiinine C) and its analogues. This protocol proceeds via iodocyclisation of propargylguanidines followed by intramolecular Pd-catalysed cyclisation. © 2018 Elsevier B.V

Palladium (II)-catalysed intramolecular C–H functionalizations: Efficient synthesis of kealiinine C and analogues

An efficient palladium-catalysed C–H functionalization sequence has been developed for the synthesis of 2-aminoimidazole alkaloids (Kealiinine C) and its analogues. This protocol proceeds via iodocyclisation of propargylguanidines followed by intramolecular Pd-catalysed cyclisation. © 2018 Elsevier B.V