SEARCH

SEARCH BY CITATION

Abstract

Glutathione is produced conventionally by submerged culture fermentation with yeast S. cerevisiae using L-cysteine, L-glutamate, and glycine as precursors. To obtain high glutathione concentrations, as well as high reaction rates, optimum temperature and high precursor concentrations have to be applied. Therefore, due to dilution in submerged culture, large quantities of precursor are needed. On the other hand, in solid state fermentation, increased precursor concentration is reached by the reduction of the water holdup in the fermenter. Experiments were performed to compare submerged culture fermentation in a stirred tank reactor with solid state fermentation in a gas/solid fluid bed bioreactor. In a 1.5 L stirred tank reactor the influence of temperature, substrate composition, and precursor concentration on reaction rate and maximum glutathione accumulation in the yeast cells was evaluated. A laboratory scale fluid bed fermenter of 0.15 m diameter and a pilot scale fermenter of 1.0 m diameter with 42 kg of yeast load were used to evaluate the optimum feed strategy to optimize glutathione yield with respect to precursor feed and glutathione accumulation in the yeast cells. In submerged culture, the maximum glutathione yield with respect to the precursor cysteine at maximum glutathione accumulation ranged from 4 to 8 mole %, whereas, with the gas/solid fermentation, yields of up to 40 mole % were obtained.

La glutathione est normalement produite par fermentation en culture submergée avec de la levure S. cerevisiae en utilisant la L-cystéine, le L-glutamate et la glycine comme précurseurs. On a appliqué des concentrations de précurseur élevées et une température optimale pour obtenir des concentrations de glutathione et des vitesses de réaction élevées. Par conséquent, de grandes quantités de précurseur sont nécessaires en raison de la dilution en culture submergée. En revanche, en fermentation à l'état solide, on atteint une plus grande concentration de précurseur grǎce à la réduction de la rétention d'eau dans le fermenteur. On a mené des expériences pour comparer la fermentation en culture submergée dans un réacteur agité et la fermentation à l'état solide dans un bioréacteur en lit fluidisé solide—gaz. On a évalué dans un réacteur agité de 1,5 L, l'influence de la température, de la composition du substrat et de la concentration de précurseur sur la vitesse de réaction et sur l'accumulation maximale de glutathione dans les cellules de levure.

Un fermenteur en lit fluidisé de laboratoire de 0,15 m de diamètre et un fermenteur pilote de 1,0 m de diamètre contenant une charge de 42 kg de levure, ont été utilisés pour établir la stratégic optimale d'alimentation capable de fournir un rendement optimum en glutathione en tenant compte de l'alimentation du précurseur et de l'accumulation de glutathione dans les cellules de la levure. Pour une culture submergée, le rendement maximum en glutathione en employant la cystéine comme précurseur dans les conditions d'un accumulation maximale de glutathione se situe entre 4 et 8 % molaires, alors que pour la fermentation gaz–solide, on a pu obtenir des rendements atteignant 40% molaires.