Produção de ÔMEGA-3 por fermentação de Yarrowialipolytica: de fermentação em batelada à fermentação contínua.
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Produção de ÔMEGA-3 por fermentação de Yarrowialipolytica: de fermentação em batelada à fermentação contínua.


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Produção de ÔMEGA-3 por fermentação de 
Yarrowia lipolytica: de fermentação em 
batelada à fermentação contínua.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ \u2022 INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS \u2022 FACULDADE DE BIOTECNOLOGIA
Andre da Luz Freitas
Jonas Cunha da Silva
José Pureza Castro Júnior
Luís Eduardo de Oliveira Teixeira
Processos Industriais de Fermentação | Fábio Gomes Moura
Autores:
Dongming Xie, et al. 
(2016)
Roteiro
1. INTRODUÇÃO
2. LEVEDURA UTILIZADA PARA A 
PRODUÇÃO
3. OBJETIVOS
4. MATERIAIS E MÉTODOS 
4.1. Fermentação Contínua em Dois Estágios
4.2. Análises de amostras de fermentação
1. RESULTADOS 
5.1. Produção de ômega-3 por fermentação em 
batelada
5.2. Criação de um modelo de fermentação em 
batelada com base nos dados experimentais
5.3. Simulação de modelos de fermentação 
contínua em um ou mais estágios
6. VALIDAÇÃO DO 
PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
7. VANTAGENS DA 
FERMENTAÇÃO CONTÍNUA EM 
DOIS ESTÁGIOS
8. CONCLUSÃO
1. INTRODUÇÃO
Os ácidos graxos ômega-3 referem-se aos ácidos graxos 
poliinsaturados ácido eicosapentaenóico (C20: 5; EPA) e ácido 
docosahexanóico (C22: 6; DHA) de cadeia longa com a 
primeira ligação dupla C=C na posição n- 3.
DuPont é uma empresa americana e a segunda
maior empresa química do mundo em termos de
volume de capital, e a quarta em termos de
receita.
Com isso....
Yarrowia lipolytica modificada para expressar EPA.
(2) Obtidos de peixes oceânicos de água fria.
2. LEVEDURA UTILIZADA PARA PRODUÇÃO DE EPA
Sistema em batelada para produção 
de triglicerídeos através de Y. lipolytica 
Yarrowia lipolytica 
\u25cf Fonte de carbono incomum: Hidrocarbonetos. 
Tornou interessante seu uso na microbiologia industrial, especialmente 
para a produção de lipídios especiais.
A partir de vários estudos\u2026 utiliza-se As desvantagens na concentração e/ou rendimento do 
produto, além do aumento do esforço para evitar a 
contaminação, levaram a poucas aplicações bem-
sucedidas de fermentação contínua na produção em 
larga escala.
Devido 
\u25cf Facilidade de operação,
\u25cf minimização do risco de 
contaminação,
\u25cf alto título do produto, 
\u25cf flexibilidade para escolha do produto 
final. 
PORÉM\u2026.
Os dois sistemas ainda 
apresentam pouco rendimento!
ANALISAR A PRODUÇÃO DE EPA EM DOIS PROCESSOS DIFERENTES
Processo de fermentação contínua 
de dois estágios
Processo de fermentação em 
batelada
Utilizar programas estatísticos com os dados experimentais da fermentação em
batelada para analisar, otimizar, projetar e escalonar processos em batelada e em
fermentação contínua.
Por fim, Realizar experimentos de fermentação contínua em dois estágios para a
produção de EPA por Y. Lipolytica na escala de 2-5L durante 6 semanas para validar
os modelos previstos.
3. OBJETIVOS 
Técnica operacional onde um 
ou mais nutrientes (substratos) são 
fornecidos ao biorreator durante o 
cultivo e nos quais o(s) produto(s) 
permanecem no biorreator até o 
fim da batelada.
De acordo com protocolos de Fermentação em batelada.
Estirpes de Y. lipolytica Z6109 e Z7334
CEPAS ATIVADAS
FERMENTAÇÃO EM
LOTE
Fermentador de 2L 
(Biostat B, Sartorius BBI, Alemanha)
1L contendo Extrato 
de Levedura e outros 
nutrientes.
Condições:
Temperatura: 30°C. 
pH: 5,5 durante 0-24 h e depois 7,0. 
Concentração de glicose: 20 g/L. 
Alimentado quando preciso.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Fermentação Contínua em Dois Estágios
Estágio Operacional 1: Fermentação 
no Modo Fed-Batch (72 \u223c 120 h)
Três dias após o início da fermentação 
fase \u2010 2 ( t \u2009= 72 h), iniciou-se a 
fermentação de estágio 1 (2L)
Estágio Operacional 2: Fermentação 
no Modo Fed-Batch (0 \u223c 120 h)
Volume inicial de 3,0 L com um meio 
contendo 20 g / L de extracto de 
levedura e outros nutrientes. 
Operando a Fermentação Contínua 
em Duas Etapas (120 \u223c 1008 h)
Após 120h na Fase 2, a fermentação 
contínua de dois estágios se inicia 
bombeando continuamente o caldo 
das Fases 1 para 2 e bombeando o 
produto de caldo do vaso da Fase 2 
para um tanque de armazenamento.
\u25cf Análise lipídica.
\u25cf Determinação de peso celular.
\u25cf Análise de glicose em Analisador bioquímico YSI-2900.
Isolamento de Produtores com Alto Índice de Lipídeos
através dos experimentos com fermentação contínua
Y. lipolytica Plaqueamento
Inoculação e crescimento das colônias isoladas 
em Caldo (Extrato de levedura e Glicose)
Análises dos
lipídeos 
Coletada amostras no intervalos de 8-16h 
4.2. Análises de amostras de fermentação
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Produção de ômega-3 por 
fermentação em batelada
\u25a0 As duas leveduras tiveram taxa de crescimento 
celular específico semelhantes. (µmax = 0.26/h)
\u25a0 Produziram quantidades semelhantes de lipídios e 
EPA na fase de produção. 
\u25a0 Fermentador equipado com sistema de aeração: 
Nível de oxigênio: 25%. Alto consumo de oxigênio 
(apróx. 300mmol/L/h)
\u25a0 Produção de 50% de lipídios (p/p) de biomassa.
\u25a0 EPA representou 50% do total lipídico produzido. 
Maior valor reportado na literatura.
Tempo (h)
Tempo (h)
Tempo (h)
Tempo (h)
Tempo (h) Tempo (h)
Lipídios (%Biomassa)Biomassa (Unidade/L)
Z7334Z6109
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.3. Simulação de modelos de fermentação contínua 
em um ou mais estágios
Modificação do modelo de fermentação em 
batelada considerando alimentação constante e saída 
dos produtos formados em cada estágio da 
fermentação.
Objetivo: Encontrar oportunidades significativas para alta 
produção de EPA em fermentação contínua sem grande 
de tempo e produtos laboratoriais
5.2. Criação de um modelo de fermentação em 
batelada com base nos dados experimentais
Utilização de 12 equações baseadas nas variáveis de 
estado.
Através do modelo simulado é 
possível estimar parâmetros ótimos 
e obter algumas considerações 
para maior produção de EPA:
\u25a0 Necessidade de haver um 
sistema de fornecimento de 
oxigênio no fermentador para 
garantir alta produção.
\u25a0 Fermentação contínua em 
dois estágios oferece bons 
resultados.
\u25a0 De acordo com a relação dos 
volumes (V1/V2) de cada 
reator, pode ser necessário 
menos fonte de nitrogênio 
para produzir mais células.
Estudo experimental de dois estágios de fermentação contínua
\u25cf O processo de fermentação contínuo em duas etapas #6 (entrada 16 na Tabela 2), que tem uma
baixa taxa de V1/V2 para a alta taxa de produção potencial EPA em grande escala, foi escolhido
para uma validação adicional experimental.
6. VALIDAÇÃO DO PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
O volume de 
trabalho foi 
controlado a 1,5 L 
(V1) e 4,0 L(V2).
Comparação entre resultados experimentais da fermentação descontínua alimentada e 
fermentação contínua em dois estágios de Y. lipolytica Z7334
6. VALIDAÇÃO DO PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
Isolamento de Produtores de Alto teor de Lípidos a partir da experimento contínuo
7. VANTAGENS DA FERMENTAÇÃO CONTÍNUA EM DOIS ESTÁGIOS
Sucesso da fermentação contínuo em duas etapas para a produção de EPA por engenharia Y. lipolytica:
1) Foi necessário um tempo de fermentação significativamente menor (tempo de permanência) para obter o mesmo
título de EPA devido à economia tanto do tempo de resposta quanto do tempo inicial de crescimento por operação
contínua, o que ajudou a melhorar a taxa de EPA (produtividade).
2) Dois recipientes de fermentação separados foram usados para controle independente e ótimo do crescimento celular
e produção de EPA, o que ajudou a fermentação a alcançar títulos mais altos de EPA na biomassa e um rendimento de
conversão total de EPA a partir da glicose.
3) Densidade celular significativamente maior foi alcançada devido a um efeito global de menor diluição no processo
contínuo, que ajudou ainda mais a fermentação a melhorar a produtividade