بهینه‌سازی کشت میکروبی پلی‌هیدروکسی بوتیرات توسط میکروارگانیسم Azotobacter Beijerinckii DSMZ-1041

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی شیمی

2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی شیمی

چکیده

در آزمایش‌های به‌عمل آمده در این تحقیق از میکروارگانیسم Azotobacter Beijerinckii DSMZ 1041 که از بانک میکروبی آلمان تهیه شد، استفاده گردید. بر اساس گزارش‌هایی که قبلاً ارایه شده و آزمایش‌های صورت گرفته مشخص شد که این میکروارگانیسم در شرایطی که منبع کربنی به میزان فراوان در محیط موجود بوده و منبع نیتروژنی محدود باشد، قابلیت تجمع گرانول‌های پلی هیدروکسی بوتیرات را دارا است. در این تحقیق منبع نیتروژنی (کلرید آمونیوم) با غلظت‌های 5/0 و gr/L 2 و منبع کربنی (گلوکز) با غلظت‌های 30، 40، 50 و gr/L 60 مورد استفاده قرار گرفت و تأثیر غلظت‌های این دو ماده بر وزن خشک توده سلولی، میزان مصرف قند توسط میکروارگانیسم و میزان تولید بیوپلیمر بررسی گردید. بیشترین میزان تولید بیوپلیمر در غلظت گلوکز gr/L 60 و کلرید آمونیوم gr/L 5/0 حاصل شد، لازم به ذکر است که غلظت‌های بالاتر گلوکز به علت بازدارندگی، میزان تولید بیوپلیمر را کاهش می‌دهد. بیشترین بازده بیوماس (Yx/s) در گلوکز gr/L 30 و کلرید آمونیوم gr/L 2 حاصل شد. بیشترین بازده تولید (Yp/s) در گلوکز و کلرید آمونیوم 30 و gr/L 5/0 حاصل شد و حداکثر بهره‌دهی (Qp) در گلوکز وکلرید آمونیوم 50 و gr/L 1 حاصل گردید. همچنین میزان بیوپلیمر به دست آمده از روش آزمایشگاهی با روش آماری پاسخ سطح مقایسه شده و دقت آزمایش‌های انجام شده بررسی گردید. پس از استحصال بیوپلیمر خالص، طیف‌های FT-IR و NMR نیز صحت ماده فوق را تأیید نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Polyhydroxybutyrate (PHB) Microbial Culture by Azotobacter Beijerinckii DSMZ 1041

نویسندگان [English]

  • Nariman Montaser 1
  • Amir Heidari Nasab 1
  • Mehdi Arjmand 2
1 Chemical Engineering Group, Engineering Department, Islamic Azad University, Science and Technology Branch
2 Chemical Engineering Group, Engineering Department, Islamic Azad University, Tehran
چکیده [English]

In the current work, azotobacter beijerinckii microorganism provided from Germany microbial bank is used. According to previous reports and the experiments conducted, it is inferred that the microorganism is able to accumulate poly (hydroxyl butyrate) granules in media containing high amounts of carbon sources and limited amounts of nitrogen sources. The effect of the different concentrations of carbon and nitrogen sources (glucose and ammonium chloride) on the cell dry weight (CDW), the amount of glucose used by the microorganism, and the amount of the produced biopolymer is investigated. Ammonium chloride with concentrations of 0.5 and 2 g.l-1 and glucose with concentrations of 30, 40, 50, and 60 g.l-1 were used as nitrogen and carbon sources respectively. The most of biopolymer was produced by glucose with a concentration of 60 g.l-1 and ammonium chloride with a concentration of 0.5 g.l-1. The highest biomass efficiency (Yx/s) was obtained by glucose with a concentration of 30 g.l-1 and ammonium chloride with a concentration of 2 g.l-1 and the highest production efficiency (Yp/s) was gained using a concentration of 30 g.l-1 of glucose and a concentration of 0.5 g.l-1 of ammonium chloride. The maximum productivity (Qp) was acquired in the media containing glucose with a concentration of 50 g.l-1 and ammonium chloride with a concentration of 1 g.l-1. The amount of biopolymer obtained through laboratory method was compared with response surface statistical method and the precision of the experiments conducted were examined. After extraction, Fourier-transform infrared (FT-IR) spectra and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy both verified the formation of biopolymer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biopolymer
  • Poly (Hydroxy Butyrate) (PHB)
  • Azotobacter Beijerinckii Microorganism
  • Response Surface Method
مراجع

[1] Reddy C.S.K., Ghai R., Rashmi and Kalia V.C., “Polyhydroxyalkanoate: an overview, Bioresource Technology”, 87, pp. 137-146, 2003.

[2] Shimao M., “Biodegradation of plastics”, Current Opinion in Biotechnology., 12, pp. 242-247, 2001.

[3] Sudesh K., Abe H. and Doi Y., “Synthesis, structure and properties of polyhydroxyalkanoates”, progress in polymer science., 25, pp.1503-1555, 2000.

[4] Lee S.Y., “Bacterial polyhydroxyalkanoates”, Biotechnology and Bioengineering., 49, pp. 1-14, 1996.

[5] Khanna S. and Srivastava A.K., “Optimization of nutrient feed concentration and addition time for production of poly(β-hydroxybutyrate)”, Enzyme and Microbial Technology., 30, pp. 1145-1151, 2006.

[6] Sharma L., Singh A. K., Panda P. and Mallick N., “Process optimization for poly-β-hydroxybutyrate production in a nitrogen fixing cyanobacterium”, Nostoc muscorum using response surface methodology, Bioresource Technol., 98, pp. 987-993, 2007.

[7]Mallick N., Grupta S., Panda B. and Sen R., “Process optimization for poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) co-polymer production by Nostoc muscorum”, Biochemical Engineering Journal., 37, pp. 125-130, 2007.

[8] Anderson A.J. and Dawes E.A., “Occurrence, metabolism, metabolic role and industrial uses of bacterial polyhydroxyalkanoates”, Microbial., 54, pp. 450-472, 1990.

[9] Lenz R.W. and Marchessault R.H., “Bacterial polyesters: Biosynthesis”, Biodegradable plastics and Biotechnology, Biomacromolecules., 6, pp.1-8, 2005.

[10] Li, Rui, Hanxing, Qi and Qingsheng., “The production of polyhydroxyalkanotes in Recombinant Escherichia coli”, Bioresource Thecnology., 98, pp. 2313-2320. 2000.

[11] Holmes P.A., “Application of PHB microbial produced biodegradable thermoplastics”, Technol., 16, pp. 32-36, 1985.

[12] Khanna S. and Srivastava A.K., “Recent advances in microbial polyhydroxyalkanoates”, Process Biochemistry., 40, pp. 607-619, 2005.

[13] Lee W.H., Loo C.Y., Nomura C.T. and Sudesh K., “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate copolymers from mixtures of plant oils and 3-hydroxyvalerate precursors”, Bioresourse Technology., 99, pp. 6844-6851, 2008.

[14] Kasuya K.i. and Doi Y., “Adsorption kinetics of bacterial PHB depolymerase on the surfaces of polyhydroxyalkanoate film”, International Journal of Biological Macromolecules., 19, pp. 35-40, 1996.

[15] Sharma L., Kumar singk A., Panda B. and Mallick B.N., “Process optimization for poly β–hydroxybutyrate production in a nitrogen fixing cyanobacterium”, Nostoc muscorum using response surface, Bioresource Technology., 98, pp. 987-993, 2007.

[16] Daneshi A., Younesi H., Ghasempouri M. and Sharifzedeh M., “Production of biodegradable biopolymer”, poly-3-hydroxybutirate from corn syrup by Ralstonia eutropha: Effect of nitrogen source, Journal of Biotechnology., 136, 402-459, 2008.

[17] Miller G.L., Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar, Analytical Chemistry., 31, 426–8, 1959.

[18] Braunegg G., Sonnleitner B. and Lafferty R.M., “A rapid gas chromatographic method for determination of poly-b-hydroxybutyric acid in microbial biomass”, European Journal Applied Microbiology and Biotechnology., 6, pp. 22-37, 1987.

[19] Tabandeh F. and Vasheghani E., “Biosynthesis of Poly-β-hydroxybutyrate as a biodegradable polymer”, Iranian Polymer Journal., 12, pp. 37-42, 2003.

[20] Beaulieu M., Beaulieu Y., Melinard J., Pandian S. and Goulet J., “Influence of Ammonium Salts and Cane Molasses on Growth of Alcaligenes eutropohus and Production of Polyhydroxybutyrate”, Microbiol., 61, pp.165-169, 1995.