L’aumento della domanda di energia negli ultimi anni ha portato ad un crescente interesse per nuove materie prime alternative, come i biolipidi generati da microrganismi, che hanno alta densità energetica e sono ecocompatibili [1].
Microrganismi come batteri, alghe, lieviti e funghi sono in grado di accumulare lipidi intracellulari, con rese superiori al 20 del loro peso secco [2]. Inoltre, i lipidi microbici hanno mostrato molteplici applicazioni nel settore dei biocarburanti industriali e applicazioni oleochimiche.
I lieviti oleaginosi hanno un grande potenziale per funzionare come materia prima sostenibile per l’industria oleochimica grazie al loro alto contenuto lipidico e al rapido tasso di crescita. Possono anche essere coltivati utilizzando vari residui agroindustriali organici a basso costo (OAIR), come glicerolo grezzo [6–8], melassa [9], lignocellulosa [10–12], acque reflue [13–15] e fanghi di rifiuto urbano [16].
Oltre ai lipidi, anche le sostanze liposolubili, soprattutto i carotenoidi, sono interessanti per il loro alto valore nutrizionale. I carotenoidi sono pigmenti naturali utilizzati in molti settori, come quello degli integratori alimentari, farmaceutico, cosmetico e chimico industriale. I pigmenti si trovano solitamente in frutta, verdura, microalghe, muffe, batteri e lieviti. Il mercato globale dei carotenoidi ha raggiunto 1.5 miliardi di dollari nel 2019 e si stima che raggiungerà i 2.0 miliardi di dollari entro il 2026 [18]. Tuttavia, la produzione di carotenoidi dalle piante presenta alcuni svantaggi, come gli elevati costi di produzione, a causa di irrigazione estensiva, uso dei fertilizzanti, disponibilità di terra, manodopera e tempo. Inoltre, questo processo è influenzato in modo significativo dalle stagioni [19].
Tra i vari lieviti, i ceppi di lieviti rossi sono stati identificati come potenziali produttori di carotenoidi. Hanno la capacità di crescere rapidamente in diversi substrati, riducendo così in modo significativo i tempi di produzione richiesti su scala industriale [20]. Attualmente, la fermentazione dei carotenoidi microbici è oggetto di ricerche approfondite utilizzando diversi ceppi lieviti rossi come Rhodotorula Paludigina CM33 che ha la capacità di utilizzare varie fonti di carbonio tra cui glucosio, saccarosio, xilosio e glicerolo [4]. Per un ulteriore sviluppo del processo, l’impiego di substrati agroindustriali facilmente disponibili ed economici ridurrebbe i costi operativi e la contaminazione ambientale. Tra i substrati testati, il glicerolo grezzo è risultato interessante perché è un sottoprodotto del processo di produzione del biodiesel.
Il valore economico di questo settore potrebbe essere aumentato utilizzando più trigliceridi come materie prime per biodiesel e prodotti oleochimici, così come producendo carotenoidi per applicazioni di alto valore.
Attualmente la maggior parte della ricerca per produrre carotenoidi naturali si sta concentrando sull’ottimizzazione dei terreni di coltura, sulle condizioni di crescita e modalità di fermentazione [1,13].
In questo studio, è stato sviluppato un protocollo di produzione industriale utilizzando delle formulazioni di terreni a diverse concentrazioni di glicerolo grezzo, sali e fonti di azoto. Sono state esplorati gli effetti delle condizioni di coltivazione sulla crescita cellulare, sulla concentrazione di carotenoidi e sulla resa lipidica di cellule di Rhodotorula paludigena CM33. È stato infine sviluppato un metodo di estrazione non chimico basato su l’utilizzo di un processore ad alta pressione Microfluidizer (Microfluidics) per una lisi cellulare ad altissima efficienza, seguito da cromatografia liquida preparativa per la purificazione ed analisi dei carotenoidi e dei lipidi.