تحلیل آماری و بهینه سازی شرایط عملیاتی تولید آنزیم لیپاز از قارچ رایزوپوس اوریزا

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

آزمایشگاه آموزشی- تحقیقاتی بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تهران تهران، ایران

چکیده

در این بررسی به منظور بهینه سازی تولید آنزیم لیپاز به وسیله قارچ رایزوپوس اوریزا در محیط کشت مایع، طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ با استفاده از نقطه مرکزی توسط نرم افزارDesign Expert 7.0.0، به کار گرفته شد. در این فرایند، برای بهینه سازی با انتخاب متغیرهای نسبت جرمی منبع کربنی به نیتروژنی(C/N)، دور چرخش(دور بر دقیقه، rpm) و پی اچ اولیه(pH) در بازه تغییرها به ترتیب (1-0.2)، (250-100)و (8-5) شد. آزمایش ­ها با استفاده از محرک روغن زیتون(به عنوان منبع کربنی) و در دمای ثابت 32 درجه سلسیوس انجام گرفت. میزان فعالیت آنزیم لیپاز تولید شده با استفاده از روش تیتراسیون اسیدهای چرب آزاد به وسیله سود 1/0 مولار سنجش، و جرم توده زیستی نیز محاسبه شد )هدف اندازه گیری فعالیت آنزیم و جرم توده زیستی تولیدی بعد از 48 و 96 ساعت). تحلیل آماری داده های تجربی به دست آمده از اندازه گیری فعالیت آنزیم لیپازمنجر به ارایه مدل برازش با اطمینان 95%، برای فعالیت آنزیم پس از مدت کشت 48 ساعت شد، که بیانگر تأثیر دلخواه افزایش دور همزن و بازی بودن محیط و همچنین نشانگر تأثیر دلخواه افزایش دور همزن و کاهش نسبت جرمی منبع کربنی به نیتروژنی برای فعالیت آنزیم لیپاز پس از مدت کشت 96 ساعت می باشد. شرایط بهینه برای تولیدآنزیم لیپاز، به ترتیب برای مدت کشت بعد از 48 و 96 ساعت، در نسبت جرمی منبع کربنی به نیتروژنی (2/0)، دور چرخش (100) و پی اچ اولیه (8)، با تولید بیش­ترین فعالیت برون سلولی آنزیم لیپاز(48/2 و809/4)U/mL  به ­دست آمد که نسبت به پژوهش ­های همانند پیشین فرایند کارآمدتری نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Vaquero, M.E., et al., Heterologous Expression of a Fungal Sterol Esterase/Lipase in Different Hosts: Effect on Solubility, Glycosylation and Production. Journal of Bioscience and Bioengineering, 120(6): 637-643. (2015).
[2] Bussamara, R., et al., Isolation of a Lipase-Secreting Yeast for Enzyme Production in a Pilot-Plant Scale Batch Fermentation. Bioresource Technology, 101(1): 268-275. (2010).
[3] Marzuki, N.H.C., et al., Sustainable Production of the Emulsifier Methyl Oleate by Candida Rugosa Lipase Nanoconjugates. Food and Bioproducts Processing, 96: 211-220. (2015).
[4] Ashjari, M., Mohammadi, M. R. Badri, Selective Concentration of Eicosapentaenoic Acid and Docosahexaenoic Acid from Fish Oil with Immobilized/Stabilized Preparations of Rhizopus Oryzae Lipase. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 122: 147-155. (2015).
[5] Sathishkumar, R., et al., A Statistical Approach for Optimization of Alkaline Lipase Production by Ascidian Associated—Halobacillus Trueperi RSK CAS9. Biotechnology Reports, 8: 64-71. (2015).
[6] Singh, A.K., Mukhopadhyay, M. Overview of Fungal Lipase: A Review. Applied Biochemistry and Biotechnology, 166(2): 486-520. (2012).
[7] Colla, L.M., et al., Surface Response Methodology for the Optimization of Lipase Production Under Submerged Fermentation by Filamentous Fungi. Brazilian Journal of Microbiology, 47(2): 461-467. (2016).
[8] Sivaramakrishnan, R. Incharoensakdi, A. Purification and Characterization of Solvent Tolerant Lipase from Bacillus Sp. for Methyl Ester Production from Algal Oil. Journal of Bioscience and Bioengineering, 121(5): 517-522. (2016).
[9] Ungcharoenwiwat, P. Aran, H. Purification and Characterization of Lipase from Burkholderia Sp. EQ3 Isolated from Wastewater from a Canned Fish Factory and Its Application for the Synthesis of Wax Esters. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 115: 96-104. (2015).
[10] زارع باقی آباد، وجیهه؛ طباطبایی یزدی، فریده؛ مرتضوی، علی؛ وریدی، مهدی؛ بهینه سازی تولید آنزیم لیپاز مخمرCryptococcus albidus با استفاده از رویه سطح پاسخ، نشریه جهاد دانشگاهی، 13 (1395).
[11] Salihu, A., et al., Lipase Production: an Insight in the Utilization of Renewable AgriculturalResidues. Resources, Conservation and Recycling, 58: 36-44. (2012).
[12] Ülker, S. Karaoğlu, Ş.A. Purification and Characterization of an Extracellular Lipase from Mucor Hiemalis F. Corticola Isolated from Soil. Journal of Bioscience and Bioengineering, 114(4): 385-390. (2012).
[13] Potumarthi, R., et al., Surface Immobilization of Rhizopus Oryzae (ATCC 96382) for Enhanced Production of Lipase Enzyme by Multiple Responses Optimization. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering, 7(S3): (2012).
[14] Liu, C.-H., et al., Optimizing Lipase Production from Isolated Burkholderia sp. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 43(4): 511-516. (2012).
[15] Teng, Y., Y. Xu, Wang, D. Production and Regulation of Different Lipase Activities from Rhizopus Chinensis in Submerged Fermentation by Lipids. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 57(1): 292-298. (2009).
[16] Maldonado, R.R., et al., Evaluation of Lipase Production by Geotrichum Candidum in Shaken Flasks and Bench-Scale Stirred Bioreactor Using Different Impellers. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 1(2): 147-151. (2012).
[17] JAVED, M.M., optimization or Cultural Conditions for the Production or Lipase by Submerged Culture or Rhizopus Oligosporous rUV-31. Pak. J. I ’0t, 35(4): 519-525. (2003).
[18] Rajendran, A. Thangavelu, V. Statistical Experimental Design for Evaluation of Medium Components for Lipase Production by Rhizopus Arrhizus MTCC 2233. LWT-Food Science and Technology, 42(5): 985-992. (2009).
[19] Yang, X., et al., Production of Lipase by Repeated Batch Fermentation with Immobilized Rhizopus Arrhizus. Process Biochemistry, 40(6): 2095-2103. (2005).
[20] Йорданова, М., et al., Влияние на Компонентите на Хранителната Среда Върху Биосинтезата на Липаза от Микромицетен Щам Rhizopus Arrhizus КБ-2.
[21] Elibol, M. Ozer, D. Response Surface Analysis of Lipase Production by Freely Suspended Rhizopus Arrhizus. Process Biochemistry, 38(3): 367-372. (2002).
[22] Tan, T., et al., Screening of High Lipase Producing Candida Sp. and Production of Lipase by Fermentation. Process Biochemistry, 39(4): 459-465. (2003).
[23] Salihu, A., et al., Optimization of Lipase Production by Candida Cylindracea in Palm Oil Mill Effluent Based Medium using Statistical Experimental Design. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 69(1): 66-73. (2011).
[24] Teng, Y. Xu, Y. Culture Condition Improvement for whole-Cell Lipase Production in Submerged Fermentation by Rhizopus Chinensis using Statistical Method. Bioresource technology, 99(9): 3900-3907. (2008).
[25] Kantak, J.B., et al., Isolation, Identification and Optimization of a New Extracellular Lipase Producing Strain of Rhizopus Sp. Applied Biochemistry and Biotechnology, 164(7): 969-978. (2011).
[26] Papagora, C., Roukas, T. Kotzekidou, P. Optimization of Extracellular Lipase Production by Debaryomyces Hansenii Isolates from Dry-Salted Olives using Response Surface Methodology. Food and Bioproducts Processing, 91(4): 413-420. (2013).
[27] Zandi-Atashbar, N., Ensafi, A.A. Ahoor, A.H. Nano-CeO2/SiO2 as an Efficient Catalytic Conversion of Waste Engine Oil Into Liquid Fuel. Journal of Cleaner Production, 166: 1010-1019. (2017).
[28] Massart, D.L., et al., Handbook of Chemometrics and Qualimetrics: Part A. Elsevier Science Inc. 639-647. (1997).
[29] عالم زاده، ایران؛ وثوقی، منوچهر؛ وریدی، مهدی؛ صفری، هانیه؛ بهینه سازی محیط کشت حاوی شیره خرما جهت تولید لیپازتوسط آسپرژیلوس نایجر به روش پاسخ عکس العمل سطح، نشریه جهاد دانشگاهی، 1396. 14.
[30] Rajendran, A. Thangavelu, V. Application of Central Composite Design and Artificial Neural Network for the Optimization of Fermentation Conditions for Lipase Production by Rhizopus Arrhizus MTCC 2233. J. Bioproces. Biotechniq, 2(3): 1. (2012).
[31] Zhu, S., et al., Optimization of Lipase-Catalyzed Synthesis of Acetylated EGCG by Response Surface Methodology. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 97: 87-94. (2013).
[32] Barrigón, J.M., Montesinos, J.L. Valero, F. Searching the Best Operational Strategies for Rhizopus Oryzae Lipase Production in Pichia Pastoris Mut+ Phenotype: Methanol Limited or Methanol Non-Limited Fed-Batch Cultures? Biochemical Engineering Journal, 75: 47-54. (2013).
[33] Brígida, A.I., et al., Lipase from Yarrowia Lipolytica: Production, Characterization and Application as an Industrial Biocatalyst. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 101: 148-158. (2014).
[34] Colla, L.M., et al., Production and Characterization of Lipases by Two New Isolates of Aspergillus Through Solid-State and Submerged Fermentation. BioMed Research International, 2015. (2015).
[35] Hiol, A., et al., Purification and Characterization of an Extracellular Lipase from a Thermophilic Rhizopus Oryzae Strain Isolated from Palm Fruit. Enzyme and Microbial Technology, 26(5-6): 421-430. (2000).
[36] Li, E. Mira de Orduña, R. A Rapid Method for the Determination of Microbial Biomass by Dry Weight Using a Moisture Analyser with an Infrared Heating Source and an Analytical Balance. Letters In Applied Microbiology, 50(3):  283-288. (2010).
[37] Lima, V.M., et al., Effect of Nitrogen and Carbon Sources on Lipase Production by Penicillium Aurantiogriseum. Food Technology and Biotechnology, 41(2): 105-110. (2003).
[38]  سلماسی, د.ش.ف.م., "کاربرد آمار و طراحی آزمایش ها در رشته های علوم و مهندسی". چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران. 1396. 166-167.
[39] Montesinos, J., E. Dalmau, and C. Casas, Lipase Production in Continuous Culture of CandidaRugosa. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 78(7): 753-761. (2003).
[40] Ghelich, P., Salehi, Z., Mohajerzedeh, S., & Jafarkhani, M. Experimental and Numerical Study on a Novel Microfluidic Method to Fabricate Curcumin Loaded Calcium Alginate Microfibres. The Canadian Journal of Chemical Engineering, (2018).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار