DIVERSITY OF OLEAGINOUS YEAST IN CHIANG RAI AND DEVELOPMENTOF A LIPID PRODUCTION PROCESS FROM A SELECTED STRAIN

Abstract

Oleaginous yeast is an alternative platform for the sustainable production of oleochemicals and biofuels. Approximately 160 species have been reported to produce lipids over 20% of their dry weight, and only 10% of these species produce lipids over 50% of their dry weight. Therefore, the purpose of this research was to discover the diversity of oleaginous yeast in the Chiang Rai province and to enhance the production of lipids in the selected strain. A total of 127 yeasts were isolated from 22 samples collected from different mountainous regions of Chiang Rai (Doi Pui, Doi Phahee, and Phu Chee Fah). By analyzing the D1/D2 domain of the large subunit rRNA (LSU rRNA) gene sequences, 127 isolates were identified as five species among the genera of Ascomycota, eight species in seven genera of Basidiomycota, and five isolates as a potential new species. 78 of 127 isolates were oleaginous yeast, which accumulated lipids for more than 20% of their dry weight. Among the oleaginous species detected, Papiliotrema terrestris and Papiliotrema flavescens have never been reported as oleaginous yeasts before. Also, none of the species in the genera Piskurozyma and Hannaella were found to be oleaginous yeast. For five isolates as potential new species had two isolates revealed oleaginous yeasts, Hannaella sp. SWU-YGP 11-1 and Piskurozyma sp. SWU-NATP 4-12. Based on the cellular lipid content determination, Lipomyces mesembrius SWU-NGP 14-6 revealed the highest lipid quantity at 5.20 ± 0.03 g/ L and a highest biomass production of 9.13±0.36 g/L. Therefore, this strain was selected to improve lipid production by the two-stage fermentation. In the first stage, L. mesembrius SWU-NGP 14-6 was grown on 2G2M medium for three days, and in the second stage, it was grown on 6% glucose for three days (D3 condition at 200 rpm) and produced the highest biomass, lipid production and lipid content of 22.30±0.20 g/L, 7.70±0.20 g/L and 34.60±0.90% of dry cell weight, respectively. The research investigated that the soil of Chiang Rai province had a high diversity of oleaginous yeast, a potential source of novel species, and high lipid production strains. The first report of lipid production by L. mesembrius with two-stage fermentation, and the main fatty acid composition of this strain includes oleic acid and palmitic acid, which have properties that make them useful as raw materials for producing high-quality biodiesel. Additionally, this yeast strain produces essential fatty acids such as omega 3, 6, and 9 that can be utilized as supplements in food applications.

ยีสต์สะสมไขมันเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่ยั่งยืน ปัจจุบันมียีสต์ประมาณ 160 สปีชีส์ที่ถูกรายงานว่าสามารถสะสมไขมันได้มากกว่า 20% ของน้ำหนักเซลล์แห้ง และมียีสต์เพียง 10% เท่านั้นที่สามารถสะสมไขมันได้มากกว่า 50% ของน้ำหนักเซลล์แห้ง ดังนั้นในงานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ที่จะศึกษาความหลากหลายของยีสต์สะสมไขมันในจังหวัดเชียงรายและเพิ่มศักยภาพการผลิตไขมันจากยีสต์สายพันธุ์ที่คัดเลือกด้วยกระบวนการหมักแบบ 2 ขั้นตอน ผลการคัดแยกเชื้อพบว่าจากดิน 22 ตัวอย่าง จากภูเขาที่ต่างกัน ได้แก่ ดอยปุย ดอยผาฮี้ และ ภูชี้ฟ้า สามารถคัดแยกยีสต์ได้ทั้งหมด 127 ไอโซเลท และจัดจำแนกยีสต์โดยอาศัยลำดับเบสบริเวณ D1/D2 ของ large subunit rRNA (LSU rRNA) gene พบว่าสามารถจัดจำแนกยีสต์ได้ 5 สปีชีส์ 3 สกุล ในไฟลัมแอสโคไมโคตา ตามด้วย 8 สปีชีส์ 7 สกุล ในไฟลัมเบสิดิโอไมโคตา และมียีสต์ 5 ไอโซเลท ที่อาจเป็นสปีชีส์ใหม่ ในการทดสอบความสามารถในการสะสมไขมันพบว่ามียีสต์ 78 ไอโซเลท ที่สามารถสะสมไขมันได้มากกว่า 20% ของน้ำหนักเซลล์แห้ง ในบรรดาสายพันธุ์ของยีสต์สะสมไขมัน Papiliotrema terrestris และ Papiliotrema flavescens ยังไม่เคยถูกรายงานว่าเป็นยีสต์สะสมไขมันมาก่อน นอกจากนี้ยังไม่เคยมีสปีชีส์ไหนในสกุล Piskurozyma และ Hannaella ที่เป็นยีสต์สะสมไขมันมาก่อน ซึ่งในงานวิจัยนี้พบว่า Hannaella sp. SWU-YGP 11-1 and Piskurozyma sp. SWU-NATP 4-12 เป็น 2 ไอโซเลท ที่มีคุณสมบัติเป็นยีสต์สะสมไขมัน งานวิจัยนี้พบว่ายีสต์ Lipomyces mesembrius SWU-NGP 14-6 สามารถผลิตไขมันสูงที่สุดเท่ากับ 5.20±0.03 g/L และปริมาณเซลล์สูงที่สุดเท่ากับ 9.13±0.36 g/L ดังนั้น ยีสต์สายพันธุ์ L. mesembrius SWU-NGP 14-6 จึงถูกเลือกเพื่อปรับปรุงการผลิตไขมันด้วยวิธี การหมักแบบ 2 ขั้นตอน ในขั้นที่ 1 ยีสต์ถูกเลี้ยงในอาหารเหลว 2G2M เป็นระยะเวลา 3 วัน และ ในขั้นที่ 2 ยีสต์จะถูก เลี้ยงในอาหาร 6G เป็นระยะเวลา 3 วัน (D3 condition at 200 rpm) และ สามารถผลิค biomass, lipid production และ lipid content เท่ากับ 22.30±0.20 g/L 7.70±0.20 g/L และ 34.60±0.90% ตามลำดับ งานวิจัยนี้พบว่าตัวอย่างดินในจังหวัดเชียงรายมีความหลากหลายของยีสต์สะสมไขมันที่สูง และยังมีศักยภาพที่สามารถคัดแยกและจัดจำแนกยีสต์สายพันธุ์ใหม่ รวมถึงยีสต์ที่สามารถผลิตไขมันได้สูงและการผลิตไขมันจาก L. mesembrius ด้วยกระบวนการหมักแบบ 2 ขั้นตอนเป็นรายงานแรกและองค์ประกอบของกรดไขมันหลักที่ยีสต์ผลิตได้ประกอบไปด้วย กรดไขมัน oleic acid และ palmitic acid ที่สามารถประยุกต์ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตไบโอดีเซลคุณภาพสูงในแง่ของการนำประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร กรดไขมันที่ยีสต์ผลิตได้ยังอุดมไปด้วยกรดไขมันที่จำเป็น ได้แก่ โอเมกา 3 6 และ 9 ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นอาหารเสริมได้