Bachelor's Thesis

Production of yeast biomass for the application in cosmetics

Final Thesis 1.46 MB

Author of thesis: Tereza Marková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Simona Dzurendová, PhD

Reviewer: Ing. Dana Byrtusová, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis examines the cultivation of five yeast strains using plant peptones as a nitrogen source, with a view to potentially utilizing their biomass in cosmetic products. The strains involved are Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica, Metschnikowia reukaufii, Phaffia rhodozyma, and Komagataella pastoris, cultured on potato, soybean, wheat, and pea peptone. For comparison, cultures were also performed in media containing animal peptones (meat and casein peptone). The theoretical section addresses sustainable cosmetics, the use of fermentation in the cosmetics industry, the characterization of selected yeasts, their regulatory status, safety, and the permitted amount of yeast in cosmetic products. In the experimental section, selected strains were cultured on plant and animal peptones in a production medium containing glucose, selected peptones, sodium chloride, magnesium sulfate heptahydrate, and potassium dihydrogen phosphate. Biomass yield, β-glucan content using a commercial kit, protein content according to the Hartree-Lowry method, and metabolites of the Phaffia rhodozyma strain using high-performance liquid chromatography were determined. Furthermore, the strains were cultured under limiting conditions using only potato peptone. The first limitation was nitrogen, but with increased carbon, to promote lipid accumulation. The second was phosphorus limitation, where the phosphorus component was omitted from the culture for 24 hours and subsequently added at an elevated concentration. For this biomass, the biomass yield and metabolites of the Phaffia rhodozyma strain were determined in comparison with cultivation under non-limiting conditions. The biochemical profile of the biomass of all cultured yeasts was analyzed using infrared spectroscopy. The highest yield was observed for the Yarrowia lipolytica strain, regardless of the peptone used. The metabolites of the Phaffia rhodozyma strain did not show significant differences depending on the peptone used. In terms of peptone, the yeasts performed best on potato peptone. Komagataella pastoris had the highest β-glucan content on meat peptone, and Yarrowia lipolytica had the highest protein content on potato peptone. FTIR-ATR analysis did not reveal a significant effect of the peptone source on the biochemical profile of the biomass, but it did show that, under nitrogen-limiting stress conditions, lipids accumulate in all strains except Metschnikowia reukaufii. Phosphorus limitation revealed that polyphosphates accumulate significantly in the Saccharomyces cerevisiae and Komagataella pastoris strains.

Keywords:

Yeast, plant peptones, cultivation, cosmetics, proteins, β-glucans, lipids, polyphosphates

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své bakalářské práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako výbornou. Pekař: Jak vypadá biomasa a jak by se zakomponovávala do přípravku? Obruča: Jak vychází použití rostlinných peptonů ekonomicky? Nebyl problém s pH u pozdějšího přidání fosfátů? Kozáková: Proč a jak se zkoumala kultivace limitací dusíku a fosforu?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Simona Dzurendová, PhD

Bakalárska práca Terezy Markovej je zameraná na porovnanie vplyvu roznych druhov peptonov na produkciu kvasinkovej biomasy. Miera podobnosti kontrolovaná pomocou Theses vykazuje hodnotu 2,5%, prácu je teda možné považovať za originálnu. V teoretickej časti študentka zhrnula potenciálnu aplikáciu kvasinkovej biomasy v kozmetike a zhodnotila faktory doležité pre biotechnologickú produkciu kvasiniek. Metodická časť je presne popísaná. V experimentálnej časti študentka úspešne zvládla screening piatich kmeňov kvasiniek na štyroch rastlinných a dvoch živočíšnych peptónoch, vrátane štúdia vplyvu nutričného stresu (limitácie dusíka a fosforu) na akumuláciu špecifických metabolitov. Študentka preukázala širokú škálu metodických zručností – od paralelných kultivácií, cez biochemické stanovenia proteínov a beta-glukánov, až po inštrumentálne analýzy pomocou HPLC a FTIR-ATR spektroskopie. Získané dáta sú prezentované prehľadne a logicky diskutované, s dostatočným porovnávaním nameraných dat s literatúrou. Medzi najhodnotnejšie výsledky patrí potvrdenie vysokého potenciálu zemiakového peptónu ako alternatívneho zdroja dusíka, a tiež úspešné overenie akumulácie lipidov a polyfosfátov u vybraných kmeňov v podmienkach stresu.
Študentka pracovala samostatne, v obsiahlej experimentálnej časti zvládla široké spektrum metód. Dokázala spracovať a interpretovať veľké množstvo dát a prácu priebežne konzultovala. Ciele práce boli splnené a túto prácu odporúčam k obhajobe s celkovým hodnotením A.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Dana Byrtusová, Ph.D.

Bakalářská práce studentky Terezy Markové se zabývá produkcí a charakterizací biomasy vybraných kvasinkových kmenů za použití rostlinných a živočišných peptonů jako komplexních zdrojů dusíku. Téma práce je aktuální, neboť reaguje na rostoucí zájem o udržitelné a vegansky přijatelné suroviny pro kosmetický průmysl.

Práce je členěna standardním způsobem na teoretickou, experimentální a výsledkovou část. Teoretická část přehledně shrnuje využití fermentace v kosmetice, kvasinkové metabolity, vybrané druhy kvasinek, peptony a základní bezpečnostní a legislativní aspekty. V teoretické části se vyskytují drobné překlepy, například „Saccharomyces cerevisiea“ místo „Saccharomyces cerevisiae“ a „komerčního kytu“ místo „komerčního kitu“. Tyto nedostatky však zásadně nesnižují úroveň rešerše.

Experimentální část je na bakalářskou práci rozsáhlá. Autorka kultivovala pět kvasinkových kmenů v médiích s různými rostlinnými a živočišnými peptony a sledovala koncentraci biomasy, obsah β-glukanů, proteinů a vybraných metabolitů. Dále provedla kultivace s upravenými nutričními podmínkami a charakterizovala biomasu pomocí FTIR-ATR spektroskopie. Pozitivně hodnotím široký rozsah experimentální práce a snahu propojit výsledky s možným kosmetickým využitím biomasy.

Diskuse by mohla být posílena širším porovnáním výsledků s odbornou literaturou a podrobněji rozebrat vliv složení jednotlivých peptonů na růst a složení biomasy. Práce splňuje stanovené cíle a představuje ucelené zpracování aktuálního tématu. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A – výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Jaký typ kosmetické ingredience by podle Vás bylo nejvhodnější připravit z vyprodukované biomasy: celou inaktivovanou biomasu, lyzát, nebo extrakt?
  2. 2. Jaké výhody a nevýhody má použití rostlinných peptonů oproti živočišným peptonům z hlediska kosmetické aplikace?
  3. 3. Jak by bylo možné dále zvýšit produkci β-glukanů u vybraných kvasinkových kmenů?
  4. 4. Jaké další bezpečnostní testy by bylo nutné provést před použitím kvasinkové biomasy v kosmetickém přípravku?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová