Determination of yeast killer activity in fermenting sugarcane juice using selected ethanol-making strains

Abstract

Twenty-four yeasts out of 342 isolated from the fermentative process showed killer activity and three of them were selected for the fermentative efficiency evaluation in batch system with cell recycle, flask and fermentor experiments. The selected three killer strains did not present similar results to those of pressed (baking) yeast concerning ethanol (0.07-0.18; 0.12-0.20; 0.10-0.13; 0.22-0.25 g/g, respectively) and biomass (0.19-0.26; 0.33-0.39; 0.13-0.27; 0.47-0.61 g/g, respectively) yields and fermentative efficiency (12.3-36.3; 21.0-40.0; 19.3-26.3; 47.6-54.0 %, respectively) in sugarcane juice, in flasks. In fermentor, similar behaviour was observed. However, the selected strains showed high cellular viability and killer activity (using cell-free filtrate) along the fermentative cycles, in spite of the unfavourable conditions of the medium, like high pH variation of the medium (from 5.5-6.0 to 3.0-4.0), low aeration and higher temperature (30º C), which were not the ideal ones for the production/activity of killer toxins. A Pichia strain (CCA 510) showed the best results among the killer yeasts tested, exhibiting a killer activity against 92% of isolated fermentative yeasts of the process and against the pressed (baking) ferment. It also demonstrated killer activity (using crude toxin preparation) at higher temperatures (38ºC) and low pH (4.0) after 72 hours of incubation, under proliferative and non-proliferative conditions. The results indicated that the killer activity should be a characteristic to be looked for in the strain selection for ethanolic fermentation, beside other important productivity-based characteristics, since it assure the permanence of the selected strain during the process.A atividade 'killer' poderia garantir às leveduras fermentativas uma vantagem competitiva sobre outras linhagens durante a fermentação etanólica, no entanto, pouco se sabe sobre o papel do sistema 'killer' nesse tipo de fermentação alcoólica. A seleção de linhagens 'killer' altamente produtivas pode ser uma abordagem interessante. Vinte e quatro dentre 342 leveduras isoladas do processo fermentativo mostraram atividade 'killer' e 3 delas foram selecionadas para a avaliação da eficiência fermentativa em sistema de batelada com reciclo de células, em escala de frascos e fermentador. As 3 linhagens 'killer' selecionadas não apresentaram resultados similares àqueles apresentados pelo fermento prensado (panificação) em relação aos rendimentos em etanol (0,07-0,18; 0,12-0,20; 0,10-0,13; 0,22-0,25 g/g, respectivamente) e biomassa (0,19-0,26; 0,33-0,39; 0,13-0,27; 0,47-0,61 g/g, respectivamente) e eficiência fermentativa (12,3-36,3; 21,0-40,0; 19,3-26,3; 47,6-54,0 %, respectivamente) em caldo de cana-de-açúcar, em frascos. Em fermentador, observou-se o mesmo comportamento. No entanto, elas mostraram alta viabilidade celular e atividade 'killer' (usando filtrado livre de células) ao longo dos ciclos fermentativos, a despeito das condições desfavoráveis do meio, como alta variação de pH do meio (de 5,5-6,0 a 3,0-4,0), baixa aeração e temperatura mais alta (30ºC), as quais não são as ideais para a produção/atividade das toxinas 'killer'. Uma linhagem de Pichia (CCA 510) mostrou os melhores resultados entre as linhagens 'killer' testadas, além de exibir uma poderosa atividade 'killer' contra 92% de leveduras fermentativas isoladas do processo e contra o fermento prensado. Demonstrou também atividade 'killer' (usando preparado de toxina bruta) em temperaturas elevadas (38ºC) e baixo pH (4,0) após 72 horas de incubação, sob condições proliferativas e não-proliferativas. Os resultados permitem indicar que a atividade 'killer' deve ser uma característica a ser avaliada na seleção de linhagens para a fermentação etanólica, além de outras características baseadas na produtividade, uma vez que pode assegurar a permanência da linhagem selecionada durante o processo.

Keywords

• Killer yeasts
• alcoholic fermentation
• ethanol
• killer toxin