Produção otimizada de ácido lático D(-) por Saccharomyces cerevisiae geneticamente modificada: estudo comparativo com Lactobacillus delbrueckii

Abstract

O ácido lático (AL), composto orgânico amplamente utilizado nas indústrias alimentícia, farmacêutica, cosmética e de biopolímeros, pode ser obtido por processos químicos ou fermentativos. A rota microbiana, utilizando bactérias do grupo Lactic Acid Bacteria (LAB), representa uma alternativa mais sustentável e econômica, especialmente quando aplicada à conversão de resíduos agrícolas em produtos de alto valor agregado, como o poliácido lático (PLA). Este trabalho teve como objetivo otimizar a produção do isômero D(-) de ácido lático por linhagens modificadas da levedura Saccharomyces cerevisiae, comparando seu desempenho à produção pela bactéria Lactobacillus delbrueckii Y15C, previamente isolada a partir de iogurte. As linhagens foram reativadas a partir de estocagem a -80ºC, em meio MRS para L. delbrueckii e meio YPS para S. cerevisiae modificada. A caracterização morfológica da bactéria foi realizada por coloração de Gram. A produção de ácido lático foi avaliada em fermentações em frasco agitado, variando-se a concentração de sacarose (1%, 2%, 2,5% e 3%) para otimização do meio. A metodologia incluiu ainda fermentações em batelada no reator laboratorial. Os parâmetros analisados foram biomassa, substrato restante e a concentração de ácido lático e ácido acético no fermentado final. A quantificação do ácido lático e identificação do isômero D(-) foram realizadas por cromatografia líquida de alta performance (HPLC), utilizando detector UV a 210 nm, coluna Rezex ROA e ácido sulfúrico diluído como fase móvel e uma coluna quiral. Os resultados sugerem uma característica heterofermentativa da levedura geneticamente modificada, pois foi encontrada produção exacerbada de ácido acético. Ainda assim, foi observado uma melhor produção de ácido lático em biorreator com o controle total das variáveis, com concentrações finais de 5,73 g/L do ácido orgânico alvo da pesquisa. Esse estudo é parte da contribuição para o avanço na produção biotecnológica de ácido lático, visando aplicações sustentáveis na indústria de biopolímeros.

Lactic acid (LA), an organic compound widely used in the food, pharmaceutical, cosmetic, and biopolymer industries, can be obtained through chemical or fermentative processes. The microbial route, using bacteria from the Lactic Acid Bacteria (LAB) group, represents a more sustainable and economical alternative, especially when applied to the conversion of agricultural waste into high-value-added products, such as polylactic acid (PLA). This study aimed to optimize the production of the D(-) isomer of lactic acid by modified strains of the yeast Saccharomyces cerevisiae, comparing their performance to that of the bacterium Lactobacillus delbrueckii Y15C, previously isolated from yogurt. The strains were reactivated by storage at -80°C in MRS medium for L. delbrueckii and YPS medium for modified S. cerevisiae. The morphological characterization of the bacteria was performed by Gram staining. Lactic acid production was evaluated in shake-flask fermentations, varying the sucrose concentration (1%, 2%, 2.5%, and 3%) to optimize the medium. The methodology also included batch fermentations in the laboratory reactor. The parameters analyzed were biomass, remaining substrate, and the concentration of lactic acid and acetic acid in the final fermentation. Lactic acid quantification and identification of the D(-) isomer were performed by high-performance liquid chromatography (HPLC) using a UV detector at 210 nm, a Rezex ROA column, diluted sulfuric acid as the mobile phase, and a chiral column. The results suggest a heterofermentative characteristic of the genetically modified yeast, as in-creased acetic acid production was found. Nevertheless, improved lactic acid production was observed in a bioreactor with full control of the variables, with final concentrations of 5.73 g/L of the target organic acid. This study is part of the contribution to the advancement in the biotechnological production of lactic acid, aiming at sustainable applications in the biopolymer industry.