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Publicação
FLAVOR PRODUCTION BY Acinetobacter soli USING INDUSTRIAL BYPRODUCTS
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
2-Phenylethanol (2-PE) is a valuable flavor compound recognized for its rose-like scent
and extensive application in the cosmetic, perfume, and food industries. While it can be
naturally obtained from plants, the majority is currently produced through chemical
synthesis, leading to environmental concerns. As an eco-friendly alternative,
biotechnological production of 2-PE presents a promising solution, yielding a natural
product.
A bacterium, Acinetobacter soli ANG344B, isolated from river water, exhibited an
exceptional capacity to produce 2-PE using L-phenylalanine (L-Phe) as a precursor—a
capability typically observed in yeasts rather than bacteria. Under optimized cultivation
conditions, regarding medium composition, pH, temperature and aeration, this strain
could produce 2.14 ± 0.18 g/L of 2-PE in a batch cultivation mode.
As an amphiphilic compound, 2-PE presents cytotoxic effects to the producing
microorganisms. Concentrations as low as 1 g/L exhibit a detrimental impact on cellular
growth of Acinetobacter soli ANG344B, with direct implications on aroma production.
Improvement of 2-PE production was achieved using an in situ product removal (ISPR)
approach to avoid product toxicity. Among the different strategies tested, the use of
adsorbent resin Amberlite XAD 4 proved to be the most promising approach to improve
2-PE production process. In a batch biotransformation process using 3% (w/v) of
Amberlite XAD 4, 2-PE production was improved by 3.3-fold, achieving 6.99 ± 0.06 g/L
with a volumetric productivity of 0.17 ± 0.00 g/L.h. Product recovery from the resin, with
ethanol, and its further concentration resulted in an extract with 217.56 ± 0.31 g/L of 2-
PE, with a chromatographic purity of 98% in a matrix of ethanol.
Agro-industrial wastes were able to support Acinetobacter soli ANG344B growth when
used in the cultivation media as carbon source. However, the protein content in the
feedstock’s hydrolysates were not enough to allow L-Phe biotransformation into 2-PE.
To ensure 2-PE production, supplementation of the culture media with commercial L-Phe
was necessary. Banana peels hydrolysate, composed of glucose and fructose, was the
feedstock that allowed better growth and 2-PE production (2.48 ± 0.04 g/L) from L-Phe.
The use Amberlite XAD 4 as an ISPR approach led to a substantial improvement in 2-PE
production, reaching 7.30 ± 0.01 g/L with a volumetric productivity of 0.27 ± 0.00 g/L.h. This agro-industrial byproduct show that can be successfully used for 2-PE production,
improving the production process when compared to commercial carbon sources.
Simultaneously, this approach promotes sustainable management of residues and
contributes to a circular economy.
Moreover, it was found that Acinetobacter soli ANG344B produces exopolysaccharides
(EPS) when cultivated in absence of L-Phe or in the presence of low concentrations of 2-
PE, when using ISPR approaches. Under these conditions, the EPS concentrations ranged
from 2.4 to 4.7 g/L. The EPS produced are high molecular weight heteropolysaccharides
with distinctive compositions depending on the carbon sources used.
Overall, this work highlights the exceptional potential of Acinetobacter soli ANG344B
for 2-PE production with a production capacity not previously reported for wild-type
bacteria. These results can have significant implications for industrial applications also
promoting a circular economy. The potential of this strain is not limited to 2-PE
production, being able to produce EPS.
2-Feniletanol (2-PE) é um composto aromático com valor significativo, reconhecido pelo seu aroma a rosas e amplamente utilizado na indústria cosmética, de perfumes e alimentar. Este aroma pode ser obtido de forma natural, a partir de plantas, mas a maioria é atualmente obtida através de síntese química, que está associada a problemas ambientais. A produção de 2-PE por via biotecnológica, representa uma alternativa promissora e sustentável, resultando num produto natural. A bactéria Acinetobacter soli ANG344B, isolada da água de um rio, demonstrou uma capacidade excecional para produzir 2-PE utilizando L-fenilalanina (L-Phe) como percursor, uma capacidade tipicamente observada em leveduras e não em bactérias. Sob condições ótimas de cultivo, incluindo composição do meio de cultura, pH, temperatura e arejamento, esta estirpe produziu 2.14 ± 0.18 g/L de 2-PE num processo de produção descontinuo. Sendo um composto anfifílico, o 2-PE apresenta efeitos citotóxicos nos microrganismos produtores. Concentrações de 2-PE tão baixas como 1 g/L apresentam um impacto negativo no crescimento celular de Acinetobacter soli ANG344B, com implicações diretas na produção do aroma. O aumento da produção de 2-PE foi conseguido usando técnicas de remoção do produto in situ, de forma a evitar a toxicidade do produto. Entre as diferentes estratégias testadas, a utilização da resina adsorvente Amberlite XAD 4 provou ser a abordagem mais promissora para melhorar o processo de produção de 2-PE. Num processo de biotransformação em modo descontinuo, usando 3% (m/v) de Amberlite XAD 4, a produção de 2-PE foi aumentada 3.3 vezes, atingindo uma concentração de 2-PE de 6.99 ± 0.06 g/L com uma produtividade volumétrica de 0.17 ± 0.00 g/L.h. A recuperação do produto da resina foi realizada com etanol, e a sua posterior concentração, resultou num extrato com 217.56 ± 0.31 g/L de 2-PE, com uma pureza cromatográfica de 98% numa matriz de etanol. A utilização de resíduos agroindustriais foi capaz de suportar o crescimento de Acinetobacter soli ANG344B, quando usados como fonte de carbono. No entanto, o conteúdo em proteína dos resíduos hidrolisados não foi suficiente para a bioconversão de L-Phe em 2-PE. De forma a assegurar produção de 2-PE, foi necessária a suplementação do meio de cultura com L-Phe comercial. O hidrolisado da casca de banana, composto por glucose e frutose, foi aquele que permitiu um maior crescimento e produção de 2-PE (2.48 ± 0.04 g/L) através da bioconversão de L-Phe. O uso da resina Amberlite XAD 4 no processo de remoção in situ permitiu um aumento na produção de 2-PE para 7.30 ± 0.01 g/L com uma produtividade volumétrica de 0.27 ± 0.00 g/L.h. Estes resultados demonstram que este resíduo agroindustrial pode ser usado para a produção de 2-PE com sucesso, melhorando o processo de produção quando comparado com a utilização de fontes de carbono comerciais, promovendo, ao mesmo tempo, uma gestão sustentável de resíduos e uma economia circular. Na ausência de L-Phe ou na presença de baixas concentrações de 2-PE, quando se usam técnicas de remoção in situ, a bactéria Acinetobacter soli ANG344B demonstrou capacidade para produzir exopolissacáridos (EPS). Nestas condições, produziu-se EPS numa gama de concentrações entre 2.4 a 4.7 g/L. Os EPS produzidos são heteropolissacáridos com elevado peso molecular e composição distinta dependendo da fonte de carbono usada. No geral, este trabalho mostra o potencial excecional de Acinetobacter soli ANG344B para a produção de 2-PE com uma capacidade de produção que não tinha sido ainda reportada na literatura para bactérias não geneticamente modificadas. Estes resultados podem ter implicações significativas para aplicações industriais, promovendo uma economia circular. O potencial desta estirpe não está apenas limitado à produção de 2- PE, sendo também capaz de produzir EPS.
2-Feniletanol (2-PE) é um composto aromático com valor significativo, reconhecido pelo seu aroma a rosas e amplamente utilizado na indústria cosmética, de perfumes e alimentar. Este aroma pode ser obtido de forma natural, a partir de plantas, mas a maioria é atualmente obtida através de síntese química, que está associada a problemas ambientais. A produção de 2-PE por via biotecnológica, representa uma alternativa promissora e sustentável, resultando num produto natural. A bactéria Acinetobacter soli ANG344B, isolada da água de um rio, demonstrou uma capacidade excecional para produzir 2-PE utilizando L-fenilalanina (L-Phe) como percursor, uma capacidade tipicamente observada em leveduras e não em bactérias. Sob condições ótimas de cultivo, incluindo composição do meio de cultura, pH, temperatura e arejamento, esta estirpe produziu 2.14 ± 0.18 g/L de 2-PE num processo de produção descontinuo. Sendo um composto anfifílico, o 2-PE apresenta efeitos citotóxicos nos microrganismos produtores. Concentrações de 2-PE tão baixas como 1 g/L apresentam um impacto negativo no crescimento celular de Acinetobacter soli ANG344B, com implicações diretas na produção do aroma. O aumento da produção de 2-PE foi conseguido usando técnicas de remoção do produto in situ, de forma a evitar a toxicidade do produto. Entre as diferentes estratégias testadas, a utilização da resina adsorvente Amberlite XAD 4 provou ser a abordagem mais promissora para melhorar o processo de produção de 2-PE. Num processo de biotransformação em modo descontinuo, usando 3% (m/v) de Amberlite XAD 4, a produção de 2-PE foi aumentada 3.3 vezes, atingindo uma concentração de 2-PE de 6.99 ± 0.06 g/L com uma produtividade volumétrica de 0.17 ± 0.00 g/L.h. A recuperação do produto da resina foi realizada com etanol, e a sua posterior concentração, resultou num extrato com 217.56 ± 0.31 g/L de 2-PE, com uma pureza cromatográfica de 98% numa matriz de etanol. A utilização de resíduos agroindustriais foi capaz de suportar o crescimento de Acinetobacter soli ANG344B, quando usados como fonte de carbono. No entanto, o conteúdo em proteína dos resíduos hidrolisados não foi suficiente para a bioconversão de L-Phe em 2-PE. De forma a assegurar produção de 2-PE, foi necessária a suplementação do meio de cultura com L-Phe comercial. O hidrolisado da casca de banana, composto por glucose e frutose, foi aquele que permitiu um maior crescimento e produção de 2-PE (2.48 ± 0.04 g/L) através da bioconversão de L-Phe. O uso da resina Amberlite XAD 4 no processo de remoção in situ permitiu um aumento na produção de 2-PE para 7.30 ± 0.01 g/L com uma produtividade volumétrica de 0.27 ± 0.00 g/L.h. Estes resultados demonstram que este resíduo agroindustrial pode ser usado para a produção de 2-PE com sucesso, melhorando o processo de produção quando comparado com a utilização de fontes de carbono comerciais, promovendo, ao mesmo tempo, uma gestão sustentável de resíduos e uma economia circular. Na ausência de L-Phe ou na presença de baixas concentrações de 2-PE, quando se usam técnicas de remoção in situ, a bactéria Acinetobacter soli ANG344B demonstrou capacidade para produzir exopolissacáridos (EPS). Nestas condições, produziu-se EPS numa gama de concentrações entre 2.4 a 4.7 g/L. Os EPS produzidos são heteropolissacáridos com elevado peso molecular e composição distinta dependendo da fonte de carbono usada. No geral, este trabalho mostra o potencial excecional de Acinetobacter soli ANG344B para a produção de 2-PE com uma capacidade de produção que não tinha sido ainda reportada na literatura para bactérias não geneticamente modificadas. Estes resultados podem ter implicações significativas para aplicações industriais, promovendo uma economia circular. O potencial desta estirpe não está apenas limitado à produção de 2- PE, sendo também capaz de produzir EPS.
Descrição
Palavras-chave
Acinetobacter soli ANG344B 2-Phenylethanol L-Phenylalanine In situ product removal Agro-industrial wastes