Measurement of growth and lipid productivity of oleaginous yeast strains

Abstract

To achieve high lipid productivities in the single cell oil (SCO) production processes, a high growth rate of the used microorganism is needed in addition to lipid accumulation tendency. The objective of this work was to improve the lipid productivity of a SCO production process by screening fast growing oleaginous yeast strains and by strain development. The literature review of this work focused on the nutrient requirements and nutrient transportation of fungi, and discussed some medium optimization methods used in the cultivations of fungi. In the experimental part, first a method for determining the growth rates of yeast strains was constructed. With this method, the specific growth rates were determined in flasks by monitoring the exponential growth phase by OD600 measurements. Then, for some strains, random mutagenesis by UV irradiation was carried out. Screening of mutants was done by using an antifungal agent called cerulenin, which inhibits fatty acid synthesis.

The method to determine growth rates was successfully constructed, and seven different oleaginous yeast strains were screened with this method. The specific growth rates ranged from 0.13 to 0.45 1/h. Only two strains had specific growth rates lower than 0.2 1/h whereas all other tested strains had specific growth rates higher than 0.3 1/h.

After random mutagenesis and screening with cerulenin of some yeast strains, their lipid production and growth were studied. One wild type clone, DM1, i.e. which was not exposed to UV irradiation, displayed higher fatty acid content (%) and a slightly higher fatty acid concentration (g/L) when compared to the normal wild type of that strain. In conclusion, no improvement in growth or lipid production was achieved with UV irradiation in this work. However, only a few mutant strains were tested. Nevertheless, the results obtained in this work indicated that cerulenin could facilitate the screening of strains with high lipid accumulation tendency.

Korkean rasvantuottavuuden saavuttamiseksi mikrobiöljyn tuottoprosessissa on tärkeää, että rasvantuoton lisäksi mikro-organismin kasvu on nopeaa. Tämän työn tarkoituksena oli parantaa rasvan tuottonopeutta mikrobiöljyn tuottoprosessissa. Tavoitteeseen pyrittiin kahdella tavalla, seulomalla nopeasti kasvavia hiivakantoja ja parantamalla kantojen ominaisuuksia. Työn kirjallisuusosiossa käsiteltiin hiivojen ja homeiden ravinnevaatimuksia ja kuljetusta sekä esiteltiin joitakin kasvualustan optimointiin käytettyjä menetelmiä. Kokeellisessa osiossa kehitettiin aluksi menetelmä hiivojen spesifisen kasvunopeuden määrittämistä varten. Kasvunopeuden määritys suoritettiin pullokasvatuksina ja kasvua seurattiin absorbanssimittauksilla. Eri hiivakantojen seulonnan jälkeen valittiin kolme kantaa, jotka altistettiiin UV-säteilylle satunnaisten mutaatioiden aikaansaamiseksi. Mutantteja seulottiin hyödyntämällä antimikrobista ainetta, seruleniinia, joka inhiboi rasvahapposynteesiä.

Toimiva menetelmä spesifisten kasvunopeuksien määrittämiseen pullokasvatuksilla kehitettiin ja sen avulla seitsemän eri hiivakannan spesifiset kasvunopeudet määritettiin. Spesifiset kasvunopeudet vaihtelivat välillä 0,13 ja 0,45 1/h. Vain kahden kannan spesifiset kasvunopeudet olivat alle 0,20 1/h, kun taas muiden hiivojen spesifiset kasvunopeudet olivat yli 0,3 1/h.

UV-säteilyllä aiheutettujen satunnaisten mutaatioiden ja seruleniiniseulonnan jälkeen mutanttien rasvantuottokykyä ja kasvunopeutta tarkasteltiin. Eräs villityyppiklooni, DM1, näytti sietävän seruleniinia paremmin kuin muut, ja pullokasvatusten jälkeen sillä saavutettiin parempi rasvahappopitoisuus (g/L ja g/g kuiva-ainetta) normaaliin villityyppiin verrattuna. Tässä tutkimuksessa UV-säteilytyksellä ei siis saavutettu huomattavia parannuksia kasvuun tai rasvantuottoon, mutta toisaalta seulottujen mutanttien määrä oli vähäinen. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella voitiin kuitenkin todeta, että seruleniinilla voidaan helpottaa parempien rasvankerääjäkantojen seulontaa.