بهينه‌سازي توليد قند زايليتول توسط يك سويه مخمر كنديدا تروپيكاليس با استفاده از روش سطح پاسخ

Optimization of biotechnological production of xylitol by a Candida tropicalis strain using Response Surface Methodology

مقدمه: زايليتول يكي از قندهاي رژيمي پرمصرف در صنايع غذايي و بهداشتي است. روش معمول توليد اين قند، شيميايي و بسيار پرهزينه و انرژيبر است. درحاليكه توليد آن با استفاده از فناوري زيستي يك روش دوستدار محيط زيست و با صرفه اقتصادي است. هدف از اجراي پژوهش حاضر بهينه سازي شرايط توليد زايليتول از قند زايلوز توسط يك سويه مخمر كنديدا تروپيكاليس با استفاده از طرح مركب مركزي و روش سطح پاسخ بود. مواد و روشها: چهار فاكتور متغير مستقل شامل دما (27، 32 و 37 درجه سلسيوس)، اسيديته (3، 5 و 7)، غلظت قند زايلوز (30، 50 و 70 گرم در ليتر) و غلظت عصاره مخمر (3، 5/7 و 12 گرم در ليتر ) انتخاب شد و درنهايت ميزان بازده توليد قند زايليتول (نسبت ميزان گرم توليدشده زايليتول به گرم زايلوز اوليه Yp/s) محاسبه شد. نتايج: براساس مدل به دست آمده بيشترين ميزان بازده زايليتول (73/0=Yp/s) توسط سويه مخمر مطالعه شده در دماي 7/32 درجه سلسيوس، اسيديته 7/4، غلظت قند زايلوز 2/54 و غلظت عصاره مخمر 12 گرم در ليتر برآورد شد. به منظور ارزيابي مدل به دست آمده، آزمايش توليد زايليتول در شرايط بهينه توسط سويه انجام شد و در آن بازده توليد زايليتول، ميزان توليد زايليتول و ميزان توليد زيست توده در شرايط ذكرشده، به ترتيب 69/0 و 7/36 گرم در ليتر و 1/11 گرم در ليتر بود و با مدل به دست آمده مطابقت داشت. بحث و نتيجه گيري: با توجه به نتايج به دست آمده، فاكتورهاي محيطي شامل نوع منبع ازت، دما، اسيديته، غلظت زايلوز و غلظت منبع نيتروژن براي توليد زايليتول توسط سويه مطالعه شده بهينه سازي شد كه در نتيجه آن زايليتول با غلظت 7/36 گرم در ليتر با بازده 69/0 توليد شد.

Introduction: Xylitol is known as one of the most commonly used dietary sugars in food and pharmaceutical industries. The common methodology for production of xylitol is a chemical process which requires high energy and is costly. Biotechnological production of xylitol using microorganisms is an alternative process that is environmentally friendly and cost effective. So, the objective of the present study was to optimize biotechnological production of xylitol from xylose using Candida tropicalis NCIM 3119 strain in the framework of Central Composite Design (CCD) and Response Surface Methodology (RSM). Materials and methods: Four independent factors including temperature (27, 32 and 37°C), pH (3, 5 and 7), xylose concentration (30, 50 and 70 g/l) and yeast extract concentration (3, 7.5 and 12 g/l) were selected, and the xylitol yield (Yp/s= gram xylitol per gram xylose utilized) and biomass production were calculated. Results: Based on the constructed model, maximum expected xylitol yield (Yp/s= 0.73) was achieved when temperature, pH, and xylose and yeast extract concentrations were 32.7°C, 4.7, 54.2 g/l and 12 g/l, respectively. To confirm the calculated model, an experiment for xylitol production by the strain in the optimum condition was designed at Erlenmeyer level. The results showed that observed xylitol yield and concentration and also biomass of the strain were 0.69, 36.7 g/l and 11.1 g/l, respectively, which were in accordance with the model. Discussion and conclusion: Based on the results, it could be concluded that the environmental parameters, including nitrogen source, temperature, pH and xylose and nitrogen source concentrations were optimized to enhance biotechnological production of xylitol, and the final concentration of 36.7 g/l xylitol with 0.69 yield efficiency was achieved.