Efecto de hidrolizados de ácidos nucleicos sobre el consumo de glucosa por levaduras en una fermentación Público Deposited

The biomass of the yeasts pertaining to the genus Saccharomyces are a byproduct of alcoholic distillation. This byproduct is discarded by industry giving rise to water contamination and wasting biochemical substrates of interest, such as protein and nucleic acids. The industrial use of the Saccharomyces genus yeasts is of practical interest in Mexico, since each year amounts close or higher to 1000 tons of yeasts are wasted into the sewages by the distilleries of sugar cane alcoholic beverages and other liquors (rum, brandy, tequila, etc.), aside from the yeasts of the beer industry. In particular cases, such as the beer yeast, this becomes an inactive yeast (dead yeast cells, “without power”) after the beer elaboration procedure, it is a nitrogen source of low cost with good nutritional characteristics and a very bitter taste, generally recognized as safe (GRAS). Although wasted yeast can have different uses, as for example for human feeding, this use still poses inconveniences with respect to the nucleic acid content, as this could cause diseases related with elevation of uric acid such as gout. There are methods to extract nucleic acids allowing for their use as taste enhancers. The present study aims at contributing to the basic knowledge for the integrated use of residual yeast by observing the effect of the nucleic acid hydrolysate on glucose consumption by fermenting yeasts. For this, two different yeast species were studied (Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromcyes fragilis) obtained from different sources, to attain more information and to compare the results obtained among samples. A thermoalkaline hydrolysis with 5.9% NH4OH was performed at controlled time and temperature conditions (30 min, 75°C) to extract the nucleic acid hydrolysates. Afterwards, these hydrolysates were partially purified through gel filtration, using a packed column with Sephadex G-50 as support, obtaining similar elution profiles, and identifying proteins and nucleic acids as the main constituents of the collected fractions. To assess the effect of nucleic acid hydrolysates, the collected fractions were added to a culture medium separately and at a given proportion (according to the nitrogen concentration of each purified hydrolysate) to maintain a relation of carbon/nitrogen of Fermentation was performed in this medium, using Saccharomyces cerevisiae yeast as inoculum; fermentation was monitored every 4 h for a 40-h period, analyzing the amount of produced biomass and the presence of reducing sugars in the medium. A significant reduction (ANOVA, P < 0.05) of the lag phase or adaptation of the microbial growth curve (with respect to a control fermentation) was observed in addition to an immediate consumption of glucose and an increase in the produced biomass in those fermentations that had nucleic acids hydrolysate fractions as nitrogen source. It was also observed that this effect was inversely proportional to the molecular weight of the nucleic acids hydrolysate and directly proportional to the degree of purity. Based on the obtained results, the nucleic acid hydrolysates obtained from the thermoalkaline hydrolysis can be applied to the industry as a tool to diminish costs and times, aside from providing a potential and different use to the residual yeast.

La biomasa de las levaduras pertenecientes al género Saccharomyces son un subproducto de la destilación alcohólica, este subproducto es desechado por las industrias creando contaminación con el agua y desperdiciando sustratos bioquímicos de interés, tales como proteínas y ácidos nucleicos. La utilización industrial de las levaduras del género Saccharomyces es de interés práctico en México ya que cada año se desperdician cantidades cercanas o mayores a 1,000 toneladas de levaduras por los desagües de las destilerías de alcohol de caña y de licores alcohólicos (ron, brandy, tequila, etc.), además de la levadura de las industrias cerveceras. En casos particulares como la levadura de la cerveza, es una levadura inactiva (células muertas de la levadura sin “poder”) después del proceso de elaboración de la cerveza, es una fuente de nitrógeno de bajo costo con buenas características nutricionales y un sabor muy amargo, generalmente reconocido como seguro (GRAS), aunque la levadura de desecho puede tener usos diferentes, como para alimentación humana, éste uso aun presenta inconvenientes con respecto al contenido de ácidos nucleicos ya que puede causar enfermedades relacionadas con la elevación del ácido úrico mejor conocido como gota. Por ello existen métodos por los cuales se pueden extraer los ácidos nucleicos y ser utilizados principalmente como potenciadores de sabor. El presente trabajo pretende contribuir al conocimiento básico para el uso integral de la levadura residual observando el efecto de hidrolizados de ácidos nucleicos sobre el consumo de glucosa por levaduras en una fermentación. Para ello se estudiaron dos especies diferentes de levadura (Saccharomyces cerevisiae y Kluyveromcyes fragilis) obtenidas de diferentes fuentes con fines de recaudar mayor información y comparar entre las muestras los resultados obtenidos. Para este fin, se realizó una hidrólisis termo alcalina con NH4OH al 5.9% a condiciones de tiempo y temperatura controlados (30 min, 75°C) con el propósito de extraer los hidrolizados de ácidos nucleicos, posteriormente los hidrolizados de ácidos nucleicos se purificaron parcialmente por filtración en gel, empleando una columna empacada usando como soporte Sephadex G – 50, obteniendo perfiles de elusión similares, identificando como componentes principales proteína y ácidos nucleicos, en las fracciones colectadas. Para evaluar el efecto de los hidrolizados de ácidos nucleicos las fracciones colectadas fueron añadidas a un medio de cultivo por separado y en determinada proporción (de acuerdo a la concentración de nitrógeno de cada hidrolizado purificado) para mantener una relación carbono/nitrógeno de 31. En este medio se llevó a cabo la fermentación, teniendo como inóculo la levadura Saccharomyces cerevisiae, la fermentación fue monitoreada cada 4 h en un periodo de 40 h, analizando la cantidad de biomasa producida y azúcares reductores presentes en el medio. El efecto observado fue la reducción de la fase lag o de adaptación de la curva de crecimiento microbiano de manera significativa (ANOVA, P < 0.05) con respecto a una fermentación control, además de un consumo inmediato de la glucosa y un aumento en la biomasa producida en las fermentaciones que contenían, como fuente de nitrógeno, las fracciones de los hidrolizados de ácidos nucleicos. Se observó además que este efecto es inversamente proporcional al peso molecular del hidrolizado de ácidos nucleicos y directamente proporcional al grado de pureza. De acuerdo a los resultados obtenidos los hidrolizados de ácidos nucleicos obtenidos de la hidrólisis termo alcalina pueden ser aplicados a la industria como herramienta para disminuir costos y tiempos, además de darle un uso potencial y diferente a la levadura residual.

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