Estratégias para produção de leveduras cervejeiras

Abstract

O crescimento do número de cervejarias no mercado mundial tem alavancado a abertura de indústrias focadas na produção de leveduras cervejeiras. As dificuldades encontradas ao longo do processo de produção destes microrganismos estão, em grande parte, conectadas às complexidades envolvidas em controlar as concentrações de açúcares no biorreator. As oscilações nas concentrações de substrato estimulam o metabolismo respiro-fermentativo pela ação do efeito Crabtree e reduzem a produtividade final do processo. Etanol e glicerol são substratos empregados na produção de proteína microbiana e metabolizados exclusivamente de forma oxidativa por leveduras Saccharomyces, garantindo maiores conversões de substrato em biomassa. O presente trabalho teve como objetivo avaliar estratégias de produção distintas que maximizem a produtividade de leveduras cervejeiras a partir de substratos alternativos. Primeiramente, etanol e glicerol foram avaliados como potenciais substratos a serem utilizados pelas cepas American lager (TB81) e English ale (TB07) durante cultivos em frascos agitados. Os resultados indicaram que ambas as cepas foram capazes de metabolizar o etanol no meio de cultura, porém quantidades pequenas ? menores que 20% do valor de substrato inicial ? de glicerol. Na segunda fase do trabalho, a cepa TB81 foi utilizada durante os experimentos em biorreator utilizando etanol como substrato. A melhor estratégia de produção foi definida a partir de um processo evolutivo comparado. O Sistema I caracterizou-se por uma batelada alimentada por pulsos e a produtividade final obtida foi de 0,12 g·L-1·h-1. No Sistema II foi realizado um estágio inicial em batelada seguido de uma batelada alimentada por pulsos. A produtividade final obtida foi 0,15 g·L-1·h-1, alcançando um aumento de 25% frente ao Sistema I. No Sistema III uma mistura de etanol e glicose foi utilizada, alcançado uma produtividade de 0,41 g·L-1·h-1, relativo a um aumento de 300% da produtividade quando comparado aos Sistemas I e II. A última fase avaliou a capacidade fermentativa das leveduras produzidas e a necessidade de um estágio de adaptação ao mosto de malte após a produção em biorreator. Os resultados indicaram perfis similares de sólidos solúveis totais e pH para os fermentados obtidos usando leveduras previamente adaptadas ao mosto de malte, não adaptadas e aquelas produzidas comercialmente, indicando que o passo de adaptação final é dispensável. Este é o primeiro trabalho a avaliar e desenvolver estratégias de propagação de leveduras cervejeiras em fontes de carbono alternativas. Estudos futuros serão necessários para identificar as melhores composições para os meios de cultura, assim como estudar a implementação do processo contínuo durante cultivos em alta densidade celular.<br>

Abstract : The growth of breweries worldwide has boosted the emergence of companies focused on the production of brewing yeasts. The difficulties found along the production process of these microorganims are mostly due to the complexity involved to control the sugar concentrations in the bioreactor. The oscillations in the substrate concentrations stimulate the respiro-fermentative metabolism by the Crabtree effect and diminish the final productivity of the process. Ethanol and glycerol are substrates used on the production of single cell protein and are metabolized only oxidatively by Saccharomyces, which would guarantee greater biomass yields. The goal of this research is to evaluate distinct production strategies that maximize the productivity of brewer's yeasts. Firstly, ethanol and glycerol were evaluated as potential substrates by the American lager (TB81) and English ale (TB07) strains during cultures in shaken flasks. The results indicated that both strains were able to metabolize the ethanol in the culture medium, but insufficient amounts - less than 20% of the initial substrate value - of glycerol. Throughout the second stage, the strain TB81 was propagated on bioreactor experiments applying ethanol as substrate. The best production strategy was defined by an evolutionary and comparative process. System I was defined as an intermittent fed-batch and its final productivity was 0,12 g·L-1·h-1. During System II, an initial batch stage was applied followed by an intermittent fed-batch. Its final productivity was 0,15 g·L-1·h-1, an increase of 25% compared to System I. A mixture of glucose and ethanol was applied on System III, achieving a productivity of 0,41 g·L-1·h-1, an increase of 300% of productivity compared to System I and II. The last stage evaluated the fermentative capacity of the yeasts produced and the necessity to apply an adaptation step to malt extract after the propagation in bioreactor. The results indicated similar profiles of total soluble solids and pH for the beers fermented with yeasts previously adapted to malt, unadapted and commercial yeast, indicating that the final adaptation is a dispensable step. This is the first research to evaluate and develop brewing yeasts production strategies on alternative carbon sources. Future studies will be needed to identify the best compositions for the culture media used as well as to study the implementation of the continuous process during high density cultures.