Microbial lipid production for food and material applications
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2023-03-21
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
CHEM3022
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
83
Series
Abstract
Currently, companies strive to make environmentally friendly products from renewable resources. Food and chemicals industry are currently replacing petrochemicals with plant oils, however, the unsustainable production practice of the often-used palm oil call for alternative solutions for lipid production. A promising alternative could be microbial lipids. Many oleaginous microorganisms have been found to produce high amounts of lipids, however, only few reports exist on their cultivation in bioreactor scale. This work focuses on microbial lipid production by screening for oleaginous microorganisms capable of producing high amounts of saturated fatty acids. The production of saturated fatty acids was of interest due to their desired rheological properties in the application areas. Selected strains were cultivated in bioreactors and the effect of growth conditions on lipid profiles was analysed. The highest fatty acid content achieved was 49% (w/w) of dry biomass by fed-batch cultivation of the filamentous fungus Umbelopsis vinacea utilising excessive glucose feeding. Another significant finding was that the saturated fatty acid percentage of total fatty acids in U. vinacea peak at the end of the batch phase, after which polyunsaturated C18 molecules increase. The highest saturated fatty acid content achieved was 57% of total fatty acids. Excessive glucose feeding seemed to be the solution for fast lipid production. The two oleaginous yeasts, STRAIN A and STRAIN B, contained high amounts of polyunsaturated C18 fatty acids, mainly oleic acid, and the lipid profile was close to that of palm oil. The lipid profile of U. vinacea contained of mostly palmitic, stearic and oleic acids, in similar ratios as cocoa butter. Therefore, the yeasts and filamentous fungus could serve as possible substitutes for palm oil and cocoa butter, respectively. In conclusion, fed-batch bioreactor cultivations of the three strains showed highest lipid production and saturated fatty acid content at the end of batch phases, before start of feeding. All cultivations require further optimisation, considering that higher fatty acid contents have been shown in the literature.För närvarande strävar företag mot att producera miljövänliga produkter från förnybara resurser. Livsmedels och kemikalieindustrin byter ut petrokemikalier mot växtoljor och en ofta använd växtolja är palmolja. Palmoljans ohållbara produktion kräver nya alternativa lösningar för oljeproduktion. Ett lovande alternativ är användningen av mikrobiella lipider och oljor. Många oljehaltiga mikroorganismer har hittats, men dessvärre finns endast få rapporter om odling av dem i bioreaktorskala. Detta arbete fokuserar på produktion av mikrobiella lipider, genom sållning av oljehaltiga mikroorganismer kapabla av att producera stora mängder mättade fettsyror. Produktion av mättade fettsyror var av intresse för deras strukturella egenskaper i användningsområdena. De valda stammarna odlades i bioreaktor och tillväxtförhållandens effekt på lipidprofilen analyserades. Den högsta uppnådda fettsyrehalten var 49% av torr biomassa och uppnåddes genom fed-batch fermentering med överflödig glukosmatning av Umbelopsis vinacea, en filamentös svamp. En annan betydelsefull upptäckt var att mängden mättade fettsyror i U. vinacea ökade vid slutet av batchfasen, efter vilket omättat C18 ökade. Den högsta uppnådda mättade fettsyrehalten var 57% av totala fettsyrehalten. Överflödig glukosmatning verkade vara lösningen till rapid lipidproduktion. Två oljehaltiga jästsvampar, STRAIN A och STRAIN B, innehöll höga halter omättat C18, mestadels oljesyra, och lipidprofilen liknade palmolja. U. vinaceas lipidprofil innehöll mestadels palmitinsyra, stearinsyra och oljesyra, i halter liknande kakaosmör. Således kunde jästsvamparna och den filamentösa svampen fungera som potentiella substitut till palmolja respektive kakaosmör. Sammanfattningsvis uppnåddes den högsta lipidproduktionen och mättade fettsyrehalten genom fed-batch fermentering och vid slutet av batchfasen, före start av matning. Alla odlingar kräver vidare optimering, eftersom högre lipidhalter har rapporterats om i litteraturen.Description
Supervisor
Penttilä, MerjaThesis advisor
Vuoristo, KiiraRahikainen, Jenni
Keywords
oleaginous microorganism, microbial lipid, saturated fatty acid, fed-batch
