بهينه سازي تركيب محيط صنعتي كشت زانتاموناس كمپستريس (Xanthomonas campestris) به منظور افزايش بازده توليد زانتان به شيوه سطح پاسخ

Industrial Culture Medium Optimization of Xanthan Gum Production (Xanthomonas campestri) by RSM Simplified

مقدمه: صمغ زانتان به دليل رفتار سودوپلاستيك، نسبت به صمغ هاي نيوتني احساس صمغي كم تري در دهان ايجاد كرده و به عنوان قوام دهنده و تعليق كننده كاربرد زيادي در صنعت غذا دارد. زانتان صمغي باكتريايي است و فرايند توليد آن به شدت تحت تاثير تركيب محيط كشت قرار دارد. هدف از اين مطالعه بهينه سازي محيط كشت صنعتي براي رسيدن به حداكثر بازده صمغ زانتان است. مواد و روش ها: توليد صمع زانتان توسط باكتري زانتاموناس كمپستريس PTCC-1473 و در محيط هاي كشت مختلف در بيوراكتور هم زن دار با كنترل شرايط pH و اكسيژن محلول انجام شد. در اين پژوهش از طرح فاكتوريل جزئي براي شناسايي فاكتورهاي موثر بر توليد صمع زانتان توسط باكتري مذكور استفاده شد. شيوه سطح پاسخ و طرح مركزي نيز براي برآورد اثر ساده و متقابل چهار متغير معني دار (گلوكز، ساكارز، عصاره مخمر و سولفات آمونيوم) بر توليد توده سلولي و صمغ زانتان در محيط كشت مايع استفاده شد. يافته ها: نتايج نشان داد هر دو منبع كربن و نيتروژن تاثير زيادي بر توليد زانتان دارند، اما منبع كربني و به ويژه گلوكز بيش تر از منابع نيتروژني در رشد سلولي و توليد صمغ زانتان موثر است. نرم افزار، سطح بهينه محيط كشت براي توليد صمغ زانتان 53.75 گلوكز (گرم/ ليتر)، 27.8 ساكارز (گرم/ ليتر)، 7.8 عصاره مخمر (گرم/ ليتر) و 5.6 سولفات آمونيوم (گرم/ ليتر) برآورد كرد، در اين محيط كشت توليد 12.43 گرم/ ليتر پيش بيني شد. استفاده از محيط كشت بهينه شده در بيوراكتور 5 ليتري بعد از 36 ساعت تخمير باعث توليد 12.26±0.44 زانتان شد، كه مطابقت بالايي با ميزان پيش بيني شده داشت. نتيجه گيري: محيط كشت بهينه شده در اين پژوهش مي تواند توانايي بالايي در بهبود بازدهي و متعاقبا توليد مقرون به صرفه تر صمغ زانتان داشته باشد

Introduction: Xanthan gum shows pseudoplastic behavior in solutions, and has less ‘gummy’ mouth feel than Newtonian ones. Therefore, xanthan gum has major application in food industry as a thickening and suspending agent. Xanthan gum is a bacterial gum and the production process is largely affected by the culture medium compositions. The aim of this study was to optimize an economic industrial medium for maximum yield of xanthan gum. Materials and Methods: Xanthan gum production by Xanthomonas campestris ATCC 1395 using different culture medium was carried out in a stirred bioreactor with controlled pH and dissolved oxygen. A fractional factorial design was applied to identify the effective factors on xanthan gum production. Central composite design and response surface methodology were used to evaluate the individual and interactive effects of four major significant variables (glucose, sucrose, yeast extracts and (NH4)2SO4) on biomass and xanthan gum production in submerged culture medium composition. Results: The results indicated that both carbon and nitrogen sources had strong positive effects on xanthan gum production, but the carbon source, especially glucose, was determined to be more significant factor than nitrogen source in growth cell and production of gum. the optimum culture medium for producing xanthan gum was composed of 53.75 (g/L) glucose, 27.8 (g/L) sucrose, 7.8 yeast-extract (g/L) and 5.6 (NH4)2SO4 (g/L). After 36 hours under the optimized culture medium in 5-L bioreactor the xanthan gum yield reached about 12.26±0.44 g/L, which was found to be in good agreement with the predicated value (12.43 g/L). Conclusion: The optimized culture medium studied here can be a good candidate to improve the yield and consequently be more cost-effective in the production of xanthan gum.