Optimization of feeding strategy for the ergosterol production by yeasts saccharomyces cerevisiae

Abstract

Objective of this study was to optimize ergosterol production by yeast strain Saccharomyces cerevisiae with the use of computer controlled feeding of cultivation medium. Baker´s yeasts strain of Saccharomyces cerevisiae originally modified and selected as mutant D7 was further applied in an industrial scale and also in this investigation. Composition of cultivation medium was optimized with the use of a modified Rosenbrock´s method with regard to following components: glucose, yeast extract, ammonium sulphate, potassium dihydrogen phosphate, magnesium sulphate and calcium chloride. Cultivation of yeast culture was performed in 7 L laboratory bioreactor with a working volume of 5 L equipped with a control unit and linked to a computer, with dissolved oxygen tension measurement, oxygen and carbon dioxide analyzers. BIOGENES prototype software was created from the commercial control system Genesis for Windows 3.0 (GFW), from Iconics and CLIPS 6.04 for the PC-Windows platform. From various factors affecting sterol biosynthesis a specific growth rate was chosen. Feed rate was controlled according to mathematical model. In this case it dealt with a design of optimal profile of specific growth rate with consequent calculation of carbon dioxide profile. Sterol concentration in the dry biomass increased from 1.0 % up to 3 %. Key words: Saccharomyces cerevisiae yeasts, ergosterol, fed-batch cultivation control, effect of the specific growth rate. Resumen: El objetivo de este estudio fue optimizar la producción de ergosterol por una cepa de levadura Saccharomyces cerevisiae, controlando la alimentación de medio de cultivo por computadora. La cepa de levadura panadera Saccharomyces cerevisiae originalmente modificada y seleccionada como mutante D7 fue posteriormente utilizada a escala industrial y también para esta investigación. La composición del medio de cultivo fue optimizada usando el método modificado de Rosenbrock respecto a los siguientes componentes: glucosa, extracto de levadura, sulfato de amonio, fosfato dihidrógeno de potasio, sulfato de magnesio y cloruro de calcio. El cultivo de las células de levadura se llevó a cabo en un biorreactor de laboratorio de 7L con un volumen de trabajo de 5L, equipado con una unidad de control conectada a una computadora, con medición de la tensión de oxígeno disuelto y analizadores de oxígeno y dióxido de carbono. Un software prototipo BIOGENES fue creado a partir del sistema de control comercial Genesis para Windows 3.0 (GFW), de Iconics y CLIPS 6.04 para la plataforma de PC-Windows. A partir de varios factores que afectan la biosíntesis de esterol se escogió una tasa específica de crecimiento. La tasa de alimentación se controló mediante un modelo matemático. En este caso, se trató con un diseño de perfil óptimo de tasa de crecimiento específico con un consecuente cálculo del perfil de dióxido de carbono. La concentración de esterol en la biomasa seca se incrementó desde 1,0% hasta 3%. Palabras clave: levaduras Saccharomyces cerevisiae, ergosterol, control de cultivo alimentado, efecto de la tasa de crecimiento específico