تولید نیمه صنعتی اسید لاکتیک بوسیله سویه Lactobacillus casei subsp. casei

محورهای موضوعی : علوم و صنایع غذایی

سید سعید میردامادی ¹ ( سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، پژوهشکده بیوتکنولوژی، تهران، ایران )

تاریخ دریافت : 1390/04/12 تاریخ پذیرش : 1391/03/16 تاریخ انتشار : 1390/12/01

کلید واژه: اسید لاکتیک, لاکتوباسیلوس کازئی, فرمانتور همزن‌دار, تخمیر, افزایش حجم تولید,

چکیده مقاله :

در این تحقیق مراحل تولید نیمه صنعتی اسید لاکتیک در فرمانتورهای همزن دار و به منظور طراحی خط صنعتی تولید اسیدلاکتیک با درجه خلوص مورد استفاده در صنایع غذایی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این کار چهار سویه میکروبی استاندارد (Staphylococcus aureus PTCC 1113،Microccoccus luteus PTTC 1110، Escherichia coli PTCC 1330وListeria monocytogenes PTCC 1304) انتخاب و حداقل غلظت مهار کننده رشد برای هر یک بررسی گردید و تغییر منحنی رشد هر سویه در حضور و عدم حضور اسید لاکتیک و لاکتات کلسیم مقایسه شد.به منظور بدست آوردن دانش فنی تولید اسید لاکتیک، مراحل افزایش حجم تولید و تخلیص توسطسویهPTCC 1608 Lactobacillus casei subsp. Caseiدر دو فرمانتور همزن دار20 و750 لیتری انجام شد. محیط تولید بهینه سازی شده با منابع کربن متفاوت (گلوکز، لاکتوز و آب پنیر) و پودر خیسانده ذرت به عنوان منبع نیتروژن و به دو روش کشت غیر مداوم و کشت نیمه مداوم انجام شد. جهت تخلیص اسید لاکتیک از روش کلاسیک استفاده شد. پس از بهینه سازی محیط کشت،این سویهدر بررسی های آزمایشگاهی در گرم خانه همزن داربیشترین تولید را در محیط حاوی g/l80 گلوکز و g/l50 آب پنیر داشت. در این سیستمg/l69/72 لاکتات کلسیم با بهره وری g/lh51/0 و بازده 56% تولید شد. در فرمانتور20 لیتری در تخمیر نیمه مداوم، در مدت زمان 44 ساعت g/l75/108 لاکتات کلسیم تولید شد. در این شرایط بازده واکنش 83% ولی بدلیل کاهش زمان تولید افزایش قابل توجهی دربهره وری (g/lh47/2) مشاهده گردید. سپس در فرمانتور750 لیتری در کشت نیمه مداوم g/l350 لاکتات کلسیم با بهره وری g/lh 4/5 تولید شد.

چکیده انگلیسی:

The aim of present study, was to scale up the production of L (+) lactic acid from the laboratory to pilot plant using Lactobacillus casei subsp. casei PTCC 1608. Moreover, the minimum inhibitory concentration of the produced lactic acid and sodium lactate against 4 test strains including Staphylococcus aureus PTCC 1113, Microccoccus luteus PTTC 1110, Escherichia coli PTCC 1330 and Listeria monocytogenes PTCC 1304 were evaluated. According to the results, the specific growth rate of each test strain was decreased by lactic acid. The inhibitory effect of the sodium lactate was lower than lactic acid in all of the experiments. The best carbon (glucose, lactose and whey) and nitrogen (corn steep powder) sources were optimized in batch and fed batch system and also pH, temperature and aeration were improved in shake flask incubator, 20 l and 750 l stirred tank reactors (STR). Glucose (80 g/l) supplemented with (50 g/l) whey was found as the best production medium.Productivity and yield of calcium lactate production in laboratory scale were 0.51 g/lh and 0.56%, respectively. Fed batch production of calcium lactate in 20 l bioreactor increased the productivity and yield up to 2.47 and 0.83%. Production and productivity was increased up to 350 g/l and 5.4 g/lh, respectively in scaled up processes by 750 liters bioreactor (STR).

منابع و مأخذ:

• Anuradha, R., Suresh, A.K. and Venkatesh, K.V. (1999). Simultaneous saccharification and fermentation of starch to lactic acid. Process Biotechemistry, 35: 367-375.


• Bergmeyer, H.B. (1974). Method of enzymatic analysis, D-glucose determination with glucose oxidase and peroxidase, 2^nd Edition, wein heim: Ver lag chemie, 1205-1215.


• Bizzari, N.S. (2003). Lactic acid, Its Salts and Esters. The Chemical Economics Handbook-SRI International


• Bray, R. (1998). Lactic acid by fermentation, PEP (Process Economics Program) review, 96-7.


• Bruno-Barcena, J.M., Ragout, A.L., Cordoba, P.R. and Sineriz, F. (1999). Continuous production of L (+)-lactic acid by Lactobacillus casei in two-stage systems. Applied Microbiology Biotechnology, 51: 316-324.


• Fitzpatrick, J.J., Ahrens, M. and Smith, Sh. (2001). Effect of manganese on Lactobacillus casei fermentation to produce lactic acid from whey permeate. Process Biochemistry, 36: 671-675.


• Gieese, J. (1994). Antimicrobials: Assuring food safety. Food Technology, 48(6): 102-110.


• Hofvendahl, K. and Hahn-Hagerdal, B. (2000). Factors affecting the fermentative lactic acid production from renewable resources. Enzme and Microbial Technology, 26: 87-107.


• John, H.L. (1996). Microbiol Production of lactic Acid. Advanced in Applied Microbiology, 4: 45-88.
  
  
  
  • Mirdamadi, S., Sadegi, H., Sharifi, N., Fallahpour, M., Mohseni, F. and Bakhtiari, M.R. (2002). Comparison of lactic acid isomers produced by fungal and bacterial strains. Iranian Biomedical journal,6(2-3): 69-75.
  
  
  • Mejlholm, O., Gunvig, A., Borggaard, C., Blom-Hanssen, J., Mellefont, L., Ross, T., Leroi, F., Else, T., Visser, D. and Dalgaard, P. (2010). Predicting growth rates and growth boundary of Listeria monocytogenes-An international validation study with focus on processed and ready-to-eat meat and seafood, International Journal of Food Microbiology, 141(3): 137-150.
  
  
  • Mirdamadi, S., Rajabi, A., Aziz Mohseni, F., Momen, B. (2007). Lactic acid Production by lactobacillus strains. Iranian Journal of Sciences and Food Technology, 2(3): 57-65.
  
  
  • Mirdamadi, S., Rajabi, A., Akbarzadeh, A. (2005). Batch and fed batch production of L (+) lactic acid. Journal of Biotechnology, 118: 106-107.
  
  
  • Mirdamadi, S., Atashgahi, S., Rajabi, A., Mohseni, F., Roayaei, M. and Hamedi, J. (2008). Cell entrapment of Lactobacillus casei subsp. casei ATCC 39392for lactic acid production. Irainian Journal of Biotechnology, 6(1): 18-21.
  
  
  • Mirdamadi, S., Agha Ghazvini, Sh., Taffresh, H. (2009). Production and nano-formulation of nisin in liposome as a slow release preservative against important food-born pathogens in Uf cheese. New Biotechnology, 25(1): 193.
  
  
  • Shelef, L.A. (1994). Antimicrobials effects of lactates: A review, Journal of Food Protection, 57(5): 445-450.
  
  
  • Tafreshi, S.H., Mirdamadi, S., Norouzian, D., Khatami, Sh. and Sardari,S. (2010). Effect of nonnutritional factors on nisin production. (2010). African Journal of Biotechnology, 9(9): 1382-1391.
  
  
  • Tafreshi, S.H., Mirdamadi, S., Norouzian, D., Khatami, Sh. and Sardari,S. (2010). Optimization of non-nutritional factors for a cost-effective enhancement of nisin production using orthogonal array method. Journal of Probiotics and Antimicrobial Proteins, 2(4): 267-273
  
  
  
  

·    Oh, D.H. and Marshall, D.L. (1993). Antimicrobial activity of ethanol, glycerol monolaurate or lactic acid against Listeria monocytogenes. International Journal of Food Microbiology, 20(4): 239-246.

Zyed, G. and Winter, J. (1995). Batch and continuous production of lactic acid from salt whey using free and immobilized cultures of Lactobacilli. Applied Microbiology Biotechnology, 44: 362-366.