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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2017.tde-29112016-131559
Document
Author
Full name
Maria Letícia Bonatelli
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2016
Supervisor
Committee
Labate, Carlos Alberto (President)
Araujo, Welington Luiz de
Azevedo, João Lucio de
Gombert, Andreas Karoly
Rossell, Carlos Eduardo Vaz
Title in Portuguese
Caracterização da comunidade bacteriana contaminante do processo fermentativo para produção de etanol e o impacto no metaboloma da fermentação
Keywords in Portuguese
Análise independente de cultivo
Contaminação bacteriana
Fermentação
Metabolômica
Abstract in Portuguese
O processo fermentativo da Saccharomyces cerevisiae para a produção de etanol tem grande relevância para o Brasil por ser responsável por uma fonte de energia renovável que é amplamente usada na indústria automotiva. No entanto, em escalas industriais, a fermentação da levedura não ocorre em ambiente asséptico, sendo que diferentes micro-organismos contaminantes são capazes de crescer, competir por nutrientes e até mesmo interferir na fermentação da S. cerevisiae. A fim de melhor compreender quem são os micro-organismos contaminantes e o que fazem na dorna de fermentação, foi utilizado uma abordagem polifásica. O levantamento da microbiota bacteriana presente nas usinas do estado de São Paulo foi realizado através de técnicas independentes de cultivo. Posteriormente, foram realizados ensaios fermentativos com S. cerevisiae CAT-1 na presença do contaminante Lactobacillus fermentum (I-2) para a análise da interação destes na dorna de fermentação. A análise foi realizada por metabolômica acessada através da cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS) e, para isso, inicialmente foi estabelecida uma metodologia eficiente para análise através de GC-MS. Nas usinas, foi reportada uma porcentagem de Lactobacillus maior do que a descrita e a população bacteriana pareceu ser característica de cada usina e persistente ao longo do tempo. Já o estabelecimento da metodologia de análise de metabólitos da fermentação por GC-MS possibilitou a identificação de 261 metabólitos, e as três classes mais abundantes foram Carbohydrates and carbohydrate conjugates (16%), Carboxylic acids and derivatives (12%) e Fatty Acyls (5%). E no ensaio de S. cerevisiae CAT-1 na presença do contaminante L. fermentum (I-2), possibilitou a identificação de 208 metabólitos, onde 50 foram diferencialmente abundantes. Além disso, a via glicolítica foi reforçada na fermentação de S. cerevisiae CAT-1, sendo que nas fermentações de S. cerevisiae (CAT-1) na presença de L. fermentum (I-2), a produção de aminoácidos a partir do glutamate pareceu ser importante. Desta forma, uma análise polifásica pode auxiliar no esclarecimento da relação dos micro-organismos contaminantes com a levedura dentro da dorna de fermentação.
Title in English
Characterization of contaminating bacterial community from ethanol fermentation process and the impact on the metabolome
Keywords in English
Bacterial contamination
Cultivation independente analysis
Fermentation
Metabolomics
Abstract in English
The fermentation of Saccharomyces cerevisiae for ethanol production has great importance to Brazil since it is responsible for the production of a renewable energy source that is widely used in the automotive industry. However, in industrial scale, the yeast fermentation does not occur in an aseptic environment, where different contaminant microorganisms are capable of growing, competing for nutrients and even interfering with the S. cerevisiae fermentation. In order to better understand who the contaminating microorganisms are and what they do in the fermenter, it was used one polyphasic approach. The survey of the bacterial microflora present in two different São Paulo state distilleries was carried out by cultivation independent techniques. Subsequently, fermentation assays were performed with S. cerevisiae CAT-1 in the presence of the contaminant Lactobacillus fermentum (I-2) to analyze the interaction of these microorganisms in the fermenter. The analysis was performed through metabolomics accessed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and, for that, initially was established an efficient methodology for fermentation metabolite analysis by GC-MS. In the distilleries, it was reported a higher percentage of Lactobacillus than ever described and bacterial population appeared to be characteristic of each distillery and persistent over time. After the establishment of fermentation metabolite analysis methodology by GC-MS, it was possible to identify 261 metabolites, and the three most abundant classes were Carbohydrates and carbohydrate conjugates (16%), Carboxylic acids and derivatives (12%) and Fatty acyls ( 5%). In the fermentation assay of S. cerevisiae CAT-1 in the presence of the contaminant L. fermentum (I-2), it was possible to identify 208 metabolites, where 50 were differentially abundant. In addition, the glycolytic pathway was enhanced in the fermentation of S. cerevisiae CAT-1, and in fermentation of S. cerevisiae (CAT-1) in the presence of L. fermentum (I-2), the production of amino acids from glutamate appeared to be important. Thus, a polyphasic analysis can help in the understanding of the relationship between contaminating microorganisms with the yeast in the fermenter.
 
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Release Date
2018-11-30
Publishing Date
2017-01-20
 
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