سنتز، شناسایی، بهینه سازی و مدلسازی تولید صمغ کردلان از Paenibacillus polymyxa بوسیله روش سطح پاسخ (RSM)

محورهای موضوعی : میکروبیولوژی مواد غذایی

سید مهدی رفیق ¹ (دانش آموخته دکتری گروه مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
منوچهر وثوقی ² (استاد گروه مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران)
علی وزیری ³ (استاد گروه مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
علی اکبر سیف کردی ⁴ (استاد گروه مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
مهدی ارجمند ⁵ (استادیار گروه مهندسی شیمی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1393/03/21 تاریخ پذیرش : 1393/04/16 تاریخ انتشار : 1394/04/01

کلید واژه: : بهینه سازی, روش سطح پاسخ (RSM), صمغ کردلان, Paenibacillus polymyxa,

چکیده مقاله :

مقدمه: صمغ کردلان یک بیوپلیمر پلی ساکاریدی باکتریایی است که از پیوند های β-(1←3) دی گلیکوزیدی حاصل می شود. بعلت توانایی دلمه‌ای شدن و نگهداری آب، کردلان در تولید مواد غذایی متعدد نظیر انواع ژله‌ها، نودل‌ها و فیبرهای خوراکی کاربرد دارد. همچنین کردلان زیست تخریب پذیر، غیرسمی، دارای خواص بیولوژیکی و کاربردهای وسیعی در صنایع دارویی است. در این تحقیق برای اولین بار تولید، بهینه سازی ترکیبات محیط کشت ناپیوسته، مدل سازی تولید صمغ کردلان بوسیله سویهPaenibacillus polymyxa PTCC 1020 با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و تعیین خصوصیات کردلان انجام شد. مواد و روش‌ها: پس از آماده سازی میکروارگانیزم و محیط کشت، ابتدا از طرح PlackettBurman و تعداد 12 آزمایش بمنظور یافتن عوامل مغذی موثر از میان 11 متغیر محیط کشت ناپیوسته برای تولید کردلان استفاده شد. سپس با استفاده از روش سطح پاسخ با طرح مرکب مرکزی، 20 آزمایش برای بهینه سازی متغیرهای موثراستفاده شد. همچنین 4 روش FT-IR، XRD، 13C NMR و DSC برای شناسایی کردلان بکار گرفته شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که 3 عامل مغذی بترتیب گلوکز، عصاره مخمر، تریتون x-100 در محیط کشت تولید کردلان موثر هستند. حداکثر تولید کردلان g/l 75/4 از شرایط بهینه گلوکز(g/l 100)، عصاره مخمر(g/l 5/2)، تریتون x- 100(g/l 3) بدست آمد.همچنین در این تحقیق، وزن مولکولی صمغ کردلان Da 106 × 7/1 با استفاده از GPC تعیین شد. نتیجه گیری: نتایج حاصل بیانگر این بود که سویه مورد مطالعه در این تحقیق توانایی تولید صمغ کردلان را با نرخ رشد ویژه (µ) بیشتر نسبت به تحقیقات گذشته دارد. همچنین صحت تولید صمغ کردلان با استفاده از روش های شناسایی تایید شد.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Curdlan gum is a bacterial polysaccharidic biopolymer that is the result of β-(1→3)-D-glycosidic linkages. Due to its ability to curdle and the water-holding capacity, curdlan has applications in the manufacture of food products such as jelly, noodles, edible fibers. Curdlan is biodegradable, nontoxic and it has applications in the pharmaceutical industry because of its potent biological activities. For the first time, the present study is concerned with the synthesis, characterization, optimization of cultural conditions and modeling of curdlan production from Paenibacillus polymyxa using RSM. Materials and Methods: After preparation of the microorganism and the medium, Plackett–Burman design with 12 experimental runs was used to screen the effective factors through 11 variables of batch culture medium for curdlan production. Central composite design with 20 experimental runs was used for optimization of the effective variables. In addition, four characterization methods such as FT-IR, C-NMR, XRD and DSC were employed. Results: The result of the experiments showed that three nutritional factors (glucose, yeast extract and triton x-100) had the predominant effect on curdlan production. The maximum production of curdlan was 4.75 g/l from the optimum condition consisting of glucose (100 g/l), yeast extract (3 g/l) and triton x-100(2.5 g/l). In addition, the average molecular weight of curdlan was determined at 170 kDa by GPC. Conclusion: The results from this study have demonstrated that Paenibacillus polymyxa PTCC 1020 with more specific growth rate (µ) than previous studies is capable to produce curdlan gum and also the production of the synthetic curdlan was confirmed using qualitative methods of identification.