Performance of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus, Investigating the Impact of Carbon and Nitrogen Sources on Fermentation Characteristics

Abstract

Gjær var den første mikroorganismen som ble tatt i bruk av mennesker til forberedelse og forbedring av både mat og drikke. I dag er bruken av denne mikroorganismen så rikelig at det globale markedet bare øker fra år til år. Innen bioteknologi alene blir gjør brukt innen fagfelter som genomikk, produksjon av ulike produkter, metabolsk ingeniørkunst, syntetisk biologi for å nevne noen. I denne oppgaven ble to av de mest kjente gjærene for bruk innen bioteknologi benyttet. S. cerevisiae og K. marxianus er mye brukt innen mange ulike industrier på grunn av deres fermenterings egenskaper og i utallige studie- og forskningsfelt. Disse to gjærene ble brukt til å undersøke hvordan endringer i mediesammensetningen, gjennom karbon og nitrogen kilder, påvirker deres evne til å vokse og benytte seg av næringskildene tilsatt i mediet. Vekstkarakteristikken ble undersøkt ved bruk av riste flasker og 1L benketoppbioreaktorer. Biprodukter og forbruk av næringskilder ble målt ved bruk av High Performance Liquid Chromatography, og proteinbestemmelse ble undersøkt ved bruk av Lowry’s metode. I tillegg ble celle tørrvekt fra hver kultivering undersøkt, og formasjon av ammoniakk ble målt gjennom megaenzyme ammonia (rapid) assay procedure. Det ble funne ut at både karbon og nitrogen kilden hadde innvirkning på vekst hastigheten og tettheten til gjærene når de ble tilsatt i ulike konsentrasjoner. Flere ulike nitrogen kilder ble testet, med klare tegn på at noen fungere bedre enn andre til å støtt vekst. Et gunstig forhold i sammenhengen mellom hvilken konsentrasjon de to næringsstoffene kan tilsettes for å støtte vekst, samt hvordan en kombinasjon av mer enn en nitrogenkilden i mediet kan ha innvirkning på hvordan den totale veksten og utnyttelsesgraden til mediet er. Nitrogen kilder slik som fisk hydrolysat, pepton soya, gjær ekstrakt ble testet i tillegg til organisk nitrogen i kombinasjon med uorganisk nitrogen i form a gjær ekstrakt og ammoniumklorid.

Yeasts was the first microorganism to be used by humas for the preparation and improvement of food and beverages. Today the application of this microorganism is so plentiful that the global market is seen increasing from year to year. Within biotechnology alone yeasts are used in fields such as genomics, production of numerous products, metabolic engineering, synthetic biology and many more to name a few. In this thesis, two of the most known yeasts for biotechnology applications have been used. S. cerevisiae and K. marxianus are widely used within many industries for their fermentable capabilities and in countless fields of study and research. The two yeasts were used to investigate how change in media composition, through carbon and nitrogen sources, would impact the yeasts’ ability to grow and ferment the nutrients added. The growth characteristics were examined with the use of shake flasks and 1L bench-top bioreactors. Byproducts production and consumption of nutrients were measured using High Performance Liquid Chromatography, and total protein content in the media was investigated with the use of Lowry’s method. Additionally, determination of cell dry weight from the cultivations as well as examination of ammonia formation, which was determined by the megaenzyme ammonia (rapid) assay procedure. It was found that both the carbon and nitrogen source impact the growth rate and density of the yeasts when added at different concentrations. Several possible nitrogen sources were tested, with clear signs that some work better than others to support growth. A favorable relationship between which concentration the two nutrients can be added for supporting yeast growth was investigated, as well as how a combination of more than one nitrogen source in the media can have an impact on the overall growth and utilization rate of the media. Nitrogen sources such as fish hydrolysate, peptone soya, yeast extract was tested as well as organic nitrogen combined with inorganic nitrogen in the form of yeast extract and ammonium chloride.