Resumo: O presente trabalho de doutorado teve por objetivo principal explorar o potencial biotecnológico de leveduras da família Ustilaginaceae para a produção de biossurfactantes glicolipídicos. Inicialmente, o trabalho prático foi direcionado para um estudo de screening com 34 linhagens de leveduras dos gêneros Pseudozyma sp. e Moesziomyces sp. cultivadas em meio mineral com glicose como fonte de carbono e caldo YEPD. Dentre o total de linhagens testadas, quatro linhagens de Pseudozyma aphidis (UFMG-Y1387, UFMG-Y3468, UFMG-Y3533 e UFMG-Y5768) foram capazes de reduzir a tensão superficial do meio de cultivo para valores menores que 32 mN/m, com eficiência de redução de tensão superficial superior a 53% para o meio mineral com glicose e 37% para o meio YEPD, indicando o potencial dessas leveduras para a produção de compostos tensoativos. Na sequência, foram avaliados o perfil de crescimento e o perfil de redução da tensão superficial das quatro linhagens de P. aphidis selecionadas na etapa de screening em meio mineral contendo diferentes fontes de carbono, incluindo manipueira, glicose, óleo de soja e ácido oleico. De forma geral, foi observado que utilizando fontes de carbono hidrofóbicas foram alcançados os melhores perfis de crescimento, com produção de biomassa seca em maior que 15 g/L, e de redução de tensão superficial (valores menores que 31mN/m) após 192 horas de cultivo. Com base nos resultados dessa etapa do trabalho, a linhagem de P. aphidis UFMG-Y3468 foi considerada a mais promissora uma vez que apresentou os melhores perfis de redução de tensão superficial e de concentração micelar crítica (CMC) nos diferentes meios de cultivo avaliados. A partir das análises de espectrometria de massas e de ressonância magnética nuclear foi possível identificar a produção de manosileritritol lipídeos (MELs) do tipo A, B e C pela linhagem de P. aphidis UFMG-Y3468 quando cultivada em meio mineral com glicose, óleo de soja e ácido oleico como fontes de carbono. Além disso, pela primeira vez foi observada a produção de manosilmanitol lipídeos (MML) por uma linhagem de P. aphidis em meio de cultivo contendo ácido oleico. Os biossurfactantes purificados exibiram baixos valores de concentração micelar crítica (CMC) variando de 0,96 mg/L a 3,65 mg/L, indicando sua eficiência superior em relação aos valores reportados para os tensoativos sintéticos. O balanço hidrofílico-hidrofóbico (HLB) dos compostos tensoativos purificados determinado pelo método de Griffin variou entre 8,25 a 9,12, sendo esses valores condizentes aos reportados na literatura para MELs e comparáveis aos de tensoativos sintéticos utilizados em formulações cosméticas. Na última etapa do trabalho foram realizados três planejamentos experimentais para o estudo da influência e otimização das fontes de carbono e nitrogênio do meio de cultivo para a linhagem de P. aphidis UFMG-Y3468 seguida da análise quimiométrica dos dados utilizando a Análise Componentes Principais (PCA) para identificação das correlações entre as fontes de carbono e nitrogênio e as isoformas de MEL produzidas. Como resultado dessa etapa foi possível a obtenção de cinco modelos matemáticos preditivos válidos estatisticamente com coeficientes de determinação (R2) entre 80% a 96% e altos valores de F calculado no teste de Fisher, além da comprovação do papel determinante da fonte carbono hidrofóbica na discriminação de ensaios com melhor perfil de produção de biossurfactantes. Assim, o trabalho apresentado nessa tese abre caminho para novos estudos para a produção biotecnológica de biossurfactantes glicolipídicos, especificamente manosileritritol lipídeos e manosilmanitol lipídeo utilizando a linhagem de P. aphidis UFMG-Y3468 bem como a potencial aplicação desses compostos nas áreas de cosméticos e de alimentos Ver menos

Abstract: The main objective of this work was to explore the biotechnological potential of yeasts from Ustilaginaceae family for production of glycolipid biosurfactants. Initially, the practical work was directed to a screening study with 34 strains of yeasts belonging the genus Pseudozyma sp. and Moesziomyces sp. cultivated in mineral medium with glucose as carbon source and YEPD broth. Among all tested microorganisms, four strains of Pseudozyma aphidis (UFMG-Y1387, UFMG-Y3468, UFMG-Y3533 and UFMG-Y5768) were able to reduce the surface tension of the culture medium to values lower than 32 mN/m, with efficiency for surface tension reduction more than 53% for the mineral medium supplemented with glucose and 37% for the YEPD broth, indicating the potential of these yeasts for the production biosurfactants. In sequence, the growth and the surface tension reduction profiles for selected P. aphidis strains selected were determineted in mineral medium containing different carbon sources, including cassava wastewater, glucose, soybean oil and oleic acid. In general, it was observed that the best growth profiles were obtained using hydrophobic carbon sources, with dry biomass values more than 15 g/L and of surface tension reduction less than 31 mN/m after 192 hours of cultivation. Based on the results of this step, the P. aphidis UFMG-Y3468 strain was considered the most promising because of their best ability for surface tension reduction and lower values of critical micelle concentration (CMC) on the different media tested. Considering the results mass spectrometry and nuclear magnetic resonance analysis, it was possible to identify a production of mannosylerythritol lipids (A, B and C) by P. aphidis UFMG-Y3468 strain when grown in mineral medium with glucose, soybean oil and oleic acid as carbon sources. In addition, for the first time was described the production of mannosylmannitol lipids (MML) by a of P. aphidis strain in culture medium containing oleic acid. The purified biosurfactants exhibited low values of critical micellar concentration (CMC) ranging from 0.96 mg/L to 3.65 mg/L, indicating their superior efficiency in relation to the reported values for synthetic surfactants. The hydrophilic and lipophilic balance (HLB) of purified biosurfactants determined by the Griffin¿s method rangend from 8,25 to 9,12, consistent with those reported in the literature for MELs and comparable to synthetic surfactants used in cosmetic formulations. In the last step of this work, three experimental designs were carried to study of influence and optimization of the carbon and nitrogen sources present in the culture medium for biosurfactant production by P. aphidis strain UFMG-Y3468, followed by the chemometric analysis of the data using the Principal Component Analysis (PCA) to identify the correlations between carbon and nitrogen sources and the produced MEL isoforms. In the final step of this thesis was possible to obtain five statistically valid mathematical predictive models with coefficients of determination (R2) between 80% and 96% and high values of F calculated in the Fisher test, besides proving the important role of the hydrophobic carbon source in the discrimination of assays with better biosurfactant production profile. Therefore, this work opens the way to further studies for biotechnological production of glycolipid biosurfactants, specifically lipid mannosylmitritol and mannosyl mannitol lipid using the P. aphidis UFMG-Y3468 strain as well as the potential applications of these compounds in cosmetics and food fields Ver menos