Produkce kvasinkové biomasy pro aplikaci v kosmetice

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá kultivací pěti kmenů kvasinek za použití rostlinných peptonů jako zdroje dusíku pro možné využití jejich biomasy v kosmetických přípravcích. Jedná se o kmeny Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica, Metschnikowia reukaufii, Phaffia rhodozyma a Komagataella pastoris, kultivované na bramborovém, sójovém, pšeničném a hrachovém peptonu. Pro porovnání jsou provedeny kultivace v médiích obsahujících i živočišné peptony (masový a kaseinový pepton). Teoretická část se zaobírá udržitelnou kosmetikou, využití fermentace v kosmetickém průmyslu, charakterizací vybraných kvasinek, jejich legislativou, bezpečností a povoleným množství kvasinek v kosmetických přípravcích. V experimentální části byla provedena kultivace vybraných kmenů na rostlinných a živočišných peptonech v produkčním médiu, které obsahovalo glukózu, vybrané peptony, chlorid sodný, heptahydrát síranu hořečnatého a dihydrogenfosforečnan draselný. Stanoven byl výtěžek biomasy, obsah -glukanů pomocí komerčního kytu, obsah proteinů podle metody Hartree-Lowryho a metabolity kmene Phaffia rhodozyma pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie. Dále byly kmeny kultivovány s limitacemi za použití pouze bramborového peptonu. První byla limitace dusíku, ale za zvýšení uhlíku, pro akumulaci lipidů. Druhá byla limitace fosforu, kdy byla fosforová složka v kultivaci vynechána na 24 hodin, a následně byla přidána ve výšené koncentraci. U této biomasy byl stanoven výtěžek biomasy a metabolity kmene Phaffia rhodozyma v porovnání s kultivací bez limitace. Biochemický profil biomasy všech vykultivovaných kvasinek byl analyzován pomocí infračervené spektroskopie. Nejvyšší výtěžek biomasy byl zaznamenán na kmeni Yarrowia lipolytica bez ohledu na použitý pepton. Metabolity kmene Phaffia rhodozyma neměly velké rozdíly z pohledu použití peptonu. Z pohledu peptonu se kvasinkám nejvíce dařilo na bramborovém. Nejvyšší hodnoty obsahu naměřených -glukanů měla Komagataella pastoris na masovém peptonu a obsah proteinů měla Yarrowia lipolytica na bramborovém peptonu. FTIR-ATR analýza neodhalila významný vliv zdroje peptonů na biochemický profil biomasy, ale odhalila, že při stresovém faktoru limitace dusíku lipidy akumulují všechny kmeny kromě Metschnikowia reukaufii. Limitace fosforu ukázala, že polyfosfáty akumulují kmeny Saccharomyces cerevisiae a Komagataella pastoris významně.This bachelor’s thesis examines the cultivation of five yeast strains using plant peptones as a nitrogen source, with a view to potentially utilizing their biomass in cosmetic products. The strains involved are Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica, Metschnikowia reukaufii, Phaffia rhodozyma, and Komagataella pastoris, cultured on potato, soybean, wheat, and pea peptone. For comparison, cultures were also performed in media containing animal peptones (meat and casein peptone). The theoretical section addresses sustainable cosmetics, the use of fermentation in the cosmetics industry, the characterization of selected yeasts, their regulatory status, safety, and the permitted amount of yeast in cosmetic products. In the experimental section, selected strains were cultured on plant and animal peptones in a production medium containing glucose, selected peptones, sodium chloride, magnesium sulfate heptahydrate, and potassium dihydrogen phosphate. Biomass yield, -glucan content using a commercial kit, protein content according to the Hartree-Lowry method, and metabolites of the Phaffia rhodozyma strain using high-performance liquid chromatography were determined. Furthermore, the strains were cultured under limiting conditions using only potato peptone. The first limitation was nitrogen, but with increased carbon, to promote lipid accumulation. The second was phosphorus limitation, where the phosphorus component was omitted from the culture for 24 hours and subsequently added at an elevated concentration. For this biomass, the biomass yield and metabolites of the Phaffia rhodozyma strain were determined in comparison with cultivation under non-limiting conditions. The biochemical profile of the biomass of all cultured yeasts was analyzed using infrared spectroscopy. The highest yield was observed for the Yarrowia lipolytica strain, regardless of the peptone used. The metabolites of the Phaffia rhodozyma strain did not show significant differences depending on the peptone used. In terms of peptone, the yeasts performed best on potato peptone. Komagataella pastoris had the highest -glucan content on meat peptone, and Yarrowia lipolytica had the highest protein content on potato peptone. FTIR-ATR analysis did not reveal a significant effect of the peptone source on the biochemical profile of the biomass, but it did show that, under nitrogen-limiting stress conditions, lipids accumulate in all strains except Metschnikowia reukaufii. Phosphorus limitation revealed that polyphosphates accumulate significantly in the Saccharomyces cerevisiae and Komagataella pastoris strains.