بهينه‌سازي توليد زيست‌توده باكتري پروبيوتيك لاكتوباسيلوس رامنوسوس در سطح نيمه‌صنعتي

Optimization of biomass production by probiotic bacterium Lactobacillus rhamnonsus at pilot-plant scale

سابقه و هدف: باكتري‌هاي پروبيوتيك نقش بسيار مهمي در بهبود فلور طبيعي روده داشته و مانع رشد باكتري‌هاي مضر در دستگاه گوارش شده و ازنظر اهداف دارويي و درماني داراي اهميت مي‌باشند. هدف از اين مطالعه بهينه‌سازي توليد زيست‌توده باكتري لاكتوباسيلوس رامنوسوس GG ATCC53103 ) Lactobacillus rhamnosus (با استفاده از روش طراحي آزمون است. مواد و روش‌ها: در اين تحقيق از باكتري پروبيوتيك لاكتوباسيلوس رامنوسوس استفاده شد. به‌منظور بهينه‌سازي از روش طراحي پلاكت- برمن استفاده گرديد. تمام كشت هاي محيط پايه و بهينه‌شده در فرمانتور 1300 ليتري شركت پارس پاد انجام شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه منابعملاس چغندرقند، گلوكز و كازئين بيشترين اثر را در توليد زيست‌توده لاكتوباسيلوس رامنوسوس دارند. گلوكز با كازئين و ملاس چغندرقند اثر هم‌افزايي داشته و موجب افزايش توليد زيست‌توده مي‌شوند. پس از بهينه‌سازي، محيط كشت داراي مقادير تركيبات زير به ازاي گرم در ليتر: گلوكز 50/112، ملاس چغندرقند 25/56، كازئين 75/18، عصاره مخمر 75/18، K2HPO4 13/13، تويين 80 88/1، 7H2O.MgSO43750/0، MnSO4. 4H2O 0750/0، CaCl2. 2H2O 1875/0 و سايمتيكن 25/1 به‌منظور توليد بهترين زيست‌توده توسط لاكتوباسيلوس رامنوسوس مشخص گرديد. ميزان زيست‌توده بيشتر از دو برابر نسبت به شرايط محيط كشت پايه افزايش پيدا كرد. نتيجه‌گيري: با توجه به توليد زيست‌توده باكتري لاكتوباسيلوس رامنوسوس در سطح نيمه‌صنعتي درفرمانتور 1300 ليتري ، امكان توليد صنعتي زيست‌توده لاكتوباسيلوس رامنوسوس وجود خواهد داشت.همچنين كشت اين باكتري به‌صورت صنعتي در شرايط كشت ناپيوسته تغذيه شونده و متداوم به‌عنوان يك پروبيوتيك تجاري پيشنهاد مي‌شود. كليدواژه‌ها

Background & objectives: Probiotics play a very important role in improving the normal intestinal flora and inhibit the growth of harmful bacteria in the gastrointestinal tract and are also important for therapeutic purposes. This study aimed to optimize biomass production by Lactobacillus rhamnosus ATCC53103 (GG) using the experimental design process. Materials and Methods: In this study, the probiotic bacterium Lactobacillus rhamnosus was used. Plackett-Burman design method was used for the optimization. Fermentations in basal and optimized cultures were performed in 1300 liter Parspad Company's fermenters. Results: The results showed that beet molasses, glucose, and casein have the greatest effect on biomass production by Lactobacillus rhamnosus. Glucose with casein and beet molasses have a synergistic effect and increasing the concentration of glucose with increasing the concentration of two other factors increases the production of the biomass. Based on the results obtained, after optimization, the optimal culture medium for biomass production by Lactobacillus rhamnosus has the following compounds g/L-1: glucose 112.50, beet molasses 56.25, casein 18.75, yeast extract 18.75, K2HPO4 13.13, Tween 80 1.88, MgSO4. 7H2O 0.3750, MnSO4. 4H2O 0.0750, CaCl2. 2H2O 0.1875 and Simethicone1.25. The biomass production in optimized conditions was increased more than 2-folds higher than the basal medium. Conclusion: Biomass production by Lactobacillus rhamnosus on a semi-industrial scale was carried out in 1300 liters fermentors. Therefore, the results of this study can be used in the industrial production of Lactobacillus rhamnosus biomass. Also, commercial production under fed-batch and continuous culture conditions is recommended.