افزایش تولید صمغ زانتان با استفاده از ملاس به‌عنوان منبع کربن در فرآیند تخمیر توسط Xanthomonas campestris

محورهای موضوعی : میکروب شناسی گیاهی

علی اسدی ¹ , محمد کاظم مومنی ²

1 - گروه مهندسی نفت، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه ژنتیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

تاریخ دریافت : 1402/12/08 تاریخ پذیرش : 1403/03/05 تاریخ انتشار : 1403/03/20

کلید واژه: تولید صمغ زانتان, Xanthomonas campestris, تخمیر ملاس, بهینه‌سازی محیط رشد.,

چکیده مقاله :

صمغ زانتان، یک پلی‌ساکارید میکروبی است که توسط Xanthomonas campestris تولید می‌شود و به دلیل خواص رئولوژیکی منحصر به فرد خود به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف استفاده می‌شود. انتخاب محیط رشد نقش حیاتی در به حداکثر رساندن تولید زانتان دارد. این مطالعه با هدف بررسی اثر محیط‌ های کشت مختلف بر تولید زانتان و همچنین ارزیابی ملاس به عنوان یک محیط کشت مقرون‌به‌صرفه و کارآمد برای سویه‌هایXanthomonas campestris  انجام شده است. در این مطالعه، تولید زانتان توسط دو سویه X. campestris با استفاده از دو محیط مختلف، محیطNB  و ملاس، مورد ارزیابی قرار گرفت. صمغ زانتان با استفاده از ایزوپروپانول و کلسیم کلرید رسوب داده شد و سپس با سانتریفیوژ برای اندازه‌گیری بازده جداسازی شد. نتایج نشان داد که تفاوت‌های قابل توجهی در تولید زانتان بین دو محیط وجود دارد. سویه 1 در محیط NB مقدار 8.00 گرم در لیتر زانتان تولید کرد، در حالی که همین سویه در محیط حاوی ملاس 45/40  گرم در لیتر زانتان تولید نمود. هم چنین، سویه 2 نیز در محیط NB مقدار 9/60 گرم در لیتر تولید کرد، در حالی که در محیط حاوی ملاس بالاترین بازده با 52/00 گرم در لیتر مشاهده شد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ملاس به دلیل محتوای بالای کربن، تولید زانتان را در مقایسه با محیطNB  به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این مطالعه پتانسیل استفاده از ملاس را به‌عنوان یک بستر مقرون‌به‌صرفه برای تولید صنعتی زانتان، به‌ویژه با استفاده از سویه‌های با بازده بالا، تایید می‌کند. بهینه‌سازی بیشتر پارامترهای تخمیر می‌تواند به بازدهی‌ تولید بالاتری نیز منجر شود.

 

چکیده انگلیسی:

Xanthan gum, a microbial polysaccharide produced by Xanthomonas campestris, is widely used in various industries due to its unique rheological properties. The choice of growth medium plays a crucial role in maximizing xanthan production. The aim of this study is to assess the effect of different growth media on xanthan production and to explore molasses as a cost-effective and efficient substrate for Xanthomonas campestris strains. In this study, we evaluated the production of xanthan by two X. campestris strains using two different media: Nutrient Broth and molasses. Xanthan gum was precipitated using isopropanol and calcium chloride, followed by centrifugation to measure yield. The results showed significant differences in production between the two media. Strain 1 produced 8.00 g/L xanthan in NB medium, while in molasses yielded 45.40 g/L. Similarly, strain 2 produced 9.60 g/L xanthan in NB medium, whereas this strain exhibited the highest yield of 52.00 g/L in molasses. These findings indicate that molasses, due to its rich carbon content, substantially enhances xanthan production compared to NB medium. This study underscores the potential of molasses as a cost-effective substrate for xanthan production in industrial-scale, especially with high-yielding bacterial strains. Further optimization of fermentation parameters could lead to higher production efficiencies.

 

منابع و مأخذ:

References:
1. Petri DF. Xanthan gum: A versatile biopolymer for biomedical and technological applications. Journal of Applied Polymer Science. 2015;132(23).
2. Meena P, Mehta N, Saharan G. Minor pathogens: a worldwide challenge to cultivation of crucifers. Agricultural Research Journal. 2021;58(4).
5. Bhat IM, Wani SM, Mir SA, Masoodi F. Advances in xanthan gum production, modifications and its applications. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2022;42:102328.
7. Martínez-Burgos WJ, Ocán-Torres DY, Manzoki MC, Scapini T, de Mello AFM, Pozzan R, et al. New trends in microbial gums production, patented technologies and applications in food industry. Discover Food. 2024;4(1):49.
8. Nsengiyumva EM, Alexandridis P. Xanthan gum in aqueous solutions: Fundamentals and applications. International Journal of Biological Macromolecules. 2022;216:583-604.
9. Elella MHA, Goda ES, Gab-Allah MA, Hong SE, Pandit B, Lee S, et al. Xanthan gum-derived materials for applications in environment and eco-friendly materials: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021;9(1):104702.
10. Azeem MK, Islam A, Khan RU, Rasool A, Qureshi MAuR, Rizwan M, et al. Eco‐friendly three‐dimensional hydrogels for sustainable agricultural applications: Current and future scenarios. Polymers for Advanced Technologies. 2023;34(9):3046-62.
11. Akpan EU, Enyi GC, Nasr GG. Enhancing the performance of xanthan gum in water-based mud systems using an environmentally friendly biopolymer. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020;10:1933-48.
12. Akpan EU, Enyi GC, Nasr G, Yahaya AA, Ahmadu AA, Saidu B. Water-based drilling fluids for high-temperature applications and water-sensitive and dispersible shale formations. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019;175:1028-38.
13. Chaturvedi S, Kulshrestha S, Bhardwaj K, Jangir R. A review on properties and applications of xanthan gum. Microbial Polymers: Applications and Ecological Perspectives. 2021:87-107.
14. Riaz T, Iqbal MW, Jiang B, Chen J. A review of the enzymatic, physical, and chemical modification techniques of xanthan gum. International journal of biological macromolecules. 2021;186:472-89.
15. Kumar P, Kumar B, Gihar S, Kumar D. Review on emerging trends and challenges in the modification of xanthan gum for various applications. Carbohydrate Research. 2024:109070.
16. Dey R, Chatterji BP. Sources and methods of manufacturing xanthan by fermentation of various carbon sources. Biotechnology Progress. 2023;39(6):e3379.
17. Carignatto CRR, Oliveira KSM, de Lima VMG, de Oliva Neto P. New culture medium to xanthan production by Xanthomonas campestris pv. campestris. Indian journal of microbiology. 2011;51:283-8.
18. Rashidi AR, Azelee NIW, Zaidel DNA, Chuah LF, Bokhari A, El Enshasy HA, et al. Unleashing the potential of xanthan: a comprehensive exploration of biosynthesis, production, and diverse applications. Bioprocess and Biosystems Engineering. 2023;46(6):771-87.
19. Sahu N, Mahanty B, Haldar D. Challenges and opportunities in bioprocessing of gellan gum: A review. International Journal of Biological Macromolecules. 2024:133912.
20. Niknezhad V, Asadollahi MA, Biria D, Zamani A. Optimization of microbial production of xanthan gum by the bacterium Xanthamonas campestris using the hydrolyzed starch. Biological Journal of Microorganism. 2013;2(5):1-10.
21. Mabrouk ME, El-Ahwany AM, Beliah MM, Sabry SA. Xanthan production by a novel mutant strain of Xanthomonas campestris: Application of statistical design for optimization of process parameters. Life Sci J. 2013;10(1):1660-7.
22. Garcıa-Ochoa F, Santos V, Casas J, Gómez E. Xanthan gum: production, recovery, and properties. Biotechnology advances. 2000;18(7):549-79.
23. KURE JT. SCREENING OF XANTHOMONAS SPECIES FOR XANTHAN GUM PRODUCTION 2021.
24. Vidhyalakshmi R, Vallinachiyar C, Radhika R. Production of xanthan from agro-industrial waste. Journal of Advanced Scientific Research. 2012;3(02):56-9.
25. Srikanth S, Swathi M, Tejaswini M, Sharmila G, Muthukumaran C, Jaganathan M, et al. Statistical optimization of molasses based exopolysaccharide and biomass production by Aureobasidium pullulans MTCC 2195. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2014;3(3):7-12.
26. Rajyaguru B, Varma A, Kharkwal A, Singh J. Biosynthesis of Xanthan Gum by Xanthomonas campestris Using Cane Molasses as a Carbon Source. Nature Environment and Pollution Technology. 2021;20(5):2017-21.
27. Kalogiannis S, Iakovidou G, Liakopoulou-Kyriakides M, Kyriakidis DA, Skaracis GN. Optimization of xanthan gum production by Xanthomonas campestris grown in molasses. Process Biochemistry. 2003;39(2):249-56.
28. Habibi H, Khosravi-Darani K. Effective variables on production and structure of xanthan gum and its food applications: A review. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2017;10:130-40.
29. López M, Moreno J, Ramos-Cormenzana A. Xanthomonas campestris strain selection for xanthan production from olive mill wastewaters. Water Research. 2001;35(7):1828-30.
30. Wu M, Shi Z, Ming Y, Zhao Y, Gao G, Li G, et al. The production of ultrahigh molecular weight xanthan gum from a Sphingomonas chassis capable of co‐utilising glucose and xylose from corn straw. Microbial Biotechnology. 2024;17(2):e14394.
31. Zakeri A, Pazouki M, VOSOUGHI M. Use of Response Surface Methodology Analysis for Xanthan Biopolymer Production by Xanthomonas campestris: Focus on Agitation Rate, Carbon Source, and Temperature. 2017.
32. Chavan S, Baig M. Relationship of biomass and xanthan gum production by xanthomonas campestris: optimization of parameters. British Biotechnology Journal. 2016;11(1):1-8.
33. Gunasekar V, Reshma K, Treesa G, Gowdhaman D, Ponnusami V. Xanthan from sulphuric acid treated tapioca pulp: influence of acid concentration on xanthan fermentation. Carbohydrate polymers. 2014;102:669-73.