بهینه سازی ترکیب محیط صنعتی کشت زانتاموناس کمپستریس (campestris Xanthomonas) به منظور افزایش بازده تولید زانتان به شیوه سطح پاسخ

الموضوعات :

زهرا فرقانی ¹ , مرضیه موسوی نسب ² , سارا خشنودی نیا ³

1 - دانش‌آموخته‌کارشناسی ارشد بخش علوم و صنایع غذایی، دانشکده‌ کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 - استاد بخش علوم و صنایع غذایی و رئیس گروه فرآوری آبزیان، دانشکده‌ کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
3 - دانشجوی دکترای بخش علوم و صنایع غذایی، دانشکده‌ کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

تاريخ الإرسال : 14 الثلاثاء , ذو الحجة, 1438 تاريخ التأكيد : 14 الثلاثاء , ذو الحجة, 1438 تاريخ الإصدار : 03 السبت , محرم, 1439

الکلمات المفتاحية: بهینه‌سازی محیط کشت, شیوه‌ سطح پاسخ, صمغ زانتان, طرح فاکتوریل جزئی,

ملخص المقالة :

مقدمه: صمغ زانتان به دلیل رفتار سودوپلاستیک، نسبت به صمغ‌های نیوتنی احساس صمغی کم‌تری در دهان ایجاد کرده و به عنوان قوام‌دهنده و تعلیق‌کننده کاربرد زیادی در صنعت غذا دارد. زانتان صمغی باکتریایی است و فرایند تولید آن به‌شدت تحت تأثیر ترکیب محیط کشت قرار دارد. هدف از این مطالعه بهینه‌سازی محیط کشت صنعتی برای رسیدن به حداکثر بازده صمغ زانتان است. مواد و روش ها: تولید صمع زانتان توسط باکتری زانتاموناس کمپستریس PTCC-1473 و در محیط‌های کشت مختلف در بیوراکتور هم‌زن‌دار باکنترل شرایط pH و اکسیژن محلول انجام شد. در این پژوهش از طرح فاکتوریل جزئی برای شناسایی فاکتورهای مؤثر بر تولید صمع زانتان توسط باکتری مذکور استفاده شد. شیوه سطح پاسخ و طرح مرکزی نیز برای برآورد اثر ساده و متقابل چهار متغیر معنی‌دار (گلوکز، ساکارز، عصاره‌ مخمر و سولفات آمونیوم) بر تولید توده‌ سلولی و صمغ زانتان در محیط کشت مایع استفاده شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد هر دو منبع کربن و نیتروژن تأثیر زیادی بر تولید زانتان دارند، اما منبع کربنی و به ویژه گلوکز بیش‌تر از منابع نیتروژنی در رشد سلولی و تولید صمغ زانتان مؤثر است. نرم‌افزار، سطح بهینه‌ محیط کشت برای تولید صمغ زانتان 75/53 گلوکز (گرم/لیتر)، 8/27 ساکارز (گرم/لیتر)، 8/7 عصاره‌ مخمر (گرم/لیتر) و 6/5 سولفات آمونیوم (گرم/لیتر) برآورد کرد، در این محیط کشت تولید 43/12 گرم/لیتر پیش‌بینی شد. استفاده از محیط کشت بهینه شده در بیوراکتور 5 لیتری بعد از 36 ساعت تخمیر باعث تولید 44/0±26/12 زانتان شد، که مطابقت بالایی با میزان پیش‌بینی شده داشت. نتیجه‌گیری: محیط کشت بهینه‌ شده در این پژوهش می‌تواند توانایی بالایی در بهبود بازدهی و متعاقبا تولید مقرون به صرفه‌تر صمغ زانتان داشته باشد.

المصادر:

 

نیک‌نژاد، و.، اسدالهی، م. ع.، بی‌ریا، د. و زمانی، ا. (1392). بهینه‌سازی تولید میکروبی صمغ زانتان توسط زانتاموناس کمپستریس با استفاده از نشاسته هیدرولیز شده. مجله زیست‏شناسی میکروارگانیسم‏ها، سال دوم، شماره 5، صفحات 10-1.

Amid, B. T. & Mirhosseini, H. (2012). Optimisation of aqueous extraction of gum from durian (Durio zibethinus) seed: A potential, low cost source of hydrocolloid. Food Chemistry, 132, 1258-1268.

Anderson, M. J. & Whitcomb, P. J. (2005). RSM simplified: optimizing processes using response surface methods for design of experiments, Productivity Press.

Cacik, F., Dondo, R. G. & Marqués, D. (2001). Optimal control of a batch bioreactor for the production of xanthan gum. Computers & Chemical Engineering, 25, 409-418.

Davidson, I. (1978). Production of polysaccharide by Xanthomonas campestris in El Enshasy, H., Then, C., Othman, N., Al Homosany, H., Sabry, M., Sarmidi, M. R. & Aziz, R. (2013). Enhanced xanthan production process in shake flasks and pilot scale bioreactors using industrial semidefined medium. African Journal of Biotechnology, 10, 1029-1038.

Esgalhado, M. E., Roseiro, J. C. & Collaço, M. A. (1995). Interactive effects of pH and temperature on cell growth and polymer production by Xanthomonas campestris. Process Biochemistry, 30, 667-671.

Funahashi, H., Yoshida, T. & Taguchi, H. (1987). Effect of glucose concentrations on xanthan gum production by xanthomonas campestris. Journal of fermentation technology,

 

65, 603-606.

Gilani, S., Heydarzadeh, H., Mokhtarian, N., Alemian, A. & Kolaei, M. (2011). Effect of preparation conditions on xanthan gum production and rheological behavior using cheese whey by Xanthomonas campestris. Aust. J. Basic Appl Sci, 5, 855-9.

Kalogiannis, S., Iakovidou, G., Liakopoulou-Kyriakides, M., Kyriakidis, D. A. & Skaracis, G. N. (2003). Optimization of xanthan gum production by Xanthomonas campestris grown in molasses. Process Biochemistry, 39, 249-256.

Leela, J. K. & Sharma, G. (2000). Studies on xanthan production from Xanthomonas campestris. Bioprocess Engineering, 23, 687-689.

Li, C., Bai, J., Cai, Z. & Ouyang, F. (2002). Optimization of a cultural medium for bacteriocin production by Lactococcus lactis using response surface methodology. Journal of Biotechnology, 93, 27-34.

Mesomo, M., Silva, M. F., Boni, G., Padilha, F. F., Mazutti, M., Mossi, A., De Oliveira, D., Cansian, R. L., DI Luccio, M. & Treichel, H. (2009). Xanthan gum produced by Xanthomonas campestris from cheese whey: production optimisation and rheological characterisation. Journal of the Science of Food and Agriculture, 89, 2440-2445.

Moreira, A., Vendruscolo, J., Gil-Turnes, C. & Vendruscolo, C. (2001). Screening among 18 novel strains of Xanthomonas campestris pv pruni. Food hydrocolloids, 15, 469-474.

Moshaf, S., Hamidi-Esfahani, Z. & Azizi, M. (2011). Optimization of conditions for xanthan gum production from waste date in submerged fermantation. World Acad Sci Eng Technol, 57, 521-524.

Moshaf, S., Hamidi-Esfahani, Z. & Azizi, M. (2014). Statistical Optimization of Xanthan Gum Production and Influence of Airflow Rates in Lab-scale Fermentor. Applied Food Biotechnology, 1, 17-24.

Murugesan, A., Dhevahi, B., Gowdhaman, D., BALA, A. & SATHESH, P. (2012). Production of xanthan employing Xanthomonas campestris using sugarcane molasses. Am J Environ Eng, 2, 31-34.

Niknezhad, S. V., Asadollahi, M. A., Zamani, A., Biria, D. & Doostmohammadi, M. (2015). Optimization of xanthan gum production using cheese whey and response surface methodology. Food Science and Biotechnology, 24, 453-460.

Palaniraj, A. & Jayaraman, V. (2011). Production, recovery and applications of xanthan gum by Xanthomonas campestris. Journal of Food Engineering, 106, 1-12.

Papagianni, M., Psomas, S., Batsilas, L., Paras, S., Kyriakidis, D. & Liakopoulou-Kyriakides, M. (2001). Xanthan production by Xanthomonas campestris in batch cultures. Process Biochemistry, 37, 73-80.

Psomas, S., Liakopoulou-Kyriakides, M. & Kyriakidis, D. (2007). Optimization study of xanthan gum production using response surface methodology. Biochemical Engineering Journal, 35, 273-280.

Salah, R. B., Chaari, K., Besbes, S., Ktari, N., Blecker, C., Deroanne, C. & Attia, H. (2010). Optimisation of xanthan gum production by palm date (Phoenix dactylifera L.) juice by-products using response surface methodology. Food Chemistry, 121, 627-633.

Umashankar, H., Annadurai, G., Chellapandian, M. & Krishnan, M. (1996). Influence of nutrients on cell growth and xanthan production by Xanthomonas campestris. Bioprocess Engineering, 14, 307-309.

Zhang, J., Dong, Y.-C., Fan, L.-L., Jiao, Z.-H. & Chen, Q.-H. (2015). Optimization of culture medium compositions for gellan gum production by a halobacterium Sphingomonas paucimobilis. Carbohydrate polymers, 115, 694-700.