بهينه ­سازي شكست سلولي و استخراج رنگدانه­ هاي پروتئيني از ريزجلبك Porphyridium purpureum

Optimization of the cell disruption method and protein pigments extraction from Porphyridium purpureum

پورفيريديوم ريزجلبك قرمز تك سلولي است كه با قابليت رشد در آبهاي شور پتانسيل بالايي در تامين تركيبات فعال زيستي ارزشمند مانند فيكوبيلي پروتئين ها، با قابليت كاربرد گسترده در صنايع غذايي، بهداشتي و پزشكي را دارد. در اين پژوهش، بهترين روش استخراج فيكوبيلي پروتئين ها شامل رنگدانه هاي فيكواريترين، فيكوسيانين و آلوفيكوسيانين با استفاده از حلال هاي استخراج متفاوت شامل محلول NaCl (1/0، 5/0 و 1 درصد)، بافر فسفات (25، 50، 75 و 100 ميلي مولار (5/6 = pH))، آب مقطر، گليسرول %10 و همچنين روش هاي فيزيكي انجماد-انجمادزدايي در ℃20- و نيتروژن مايع (تا 7 بار)، سونيكاسيون (1، 5، 7 و 10 دقيقه) و تغيير نسبت حجم حلال به جلبك مورد ارزيابي قرار گرفت. بر اساس نتايج، NaCl 1% و گليسرول 10% كارايي بهتري در استحصال رنگدانه هاي پروتئيني داشتند. بيشترين مقدار فيكواريترين (226/0 ميلي-گرم در ميلي ليتر) با NaCl 1% به روش انجماد-انجمادزدايي در ℃20- و فيكوسيانين (0501/0 ميلي گرم در ميلي ليتر) و آلوفيكوسيانين (0189/0 ميلي گرم در ميلي ليتر) با گليسرول 10% استخراج شد. بالاترين خلوص فيكواريترين (786/2)، فيكوسيانين (326/0) و آلوفيكوسيانين (185/0) نيز با استفاده از NaCl 1% به دست آمد كه به ترتيب در انجماد-انجمادزدايي در ℃20-، سه بار انجماد-انجمادزدايي در نيتروژن مايع و دو بار انجماد-انجمادزدايي در نيتروژن مايع ثبت شد.همچنين با افزايش غلظت سلولي نسبت به حجم حلال (10، 25، 50 و 100 ميلي گرم در ميلي ليتر)، غلظت فيكوبيلي پروتئين ها افزايش يافت. در تمام روش ها، رنگدانه صورتي فيكواريترين بيشترين مقدار و خلوص فيكوبيلي پروتئين ها را داشت. با توجه به اهميت تجاري فيكواريترين، يافته‌هاي اين پژوهش امكان استخراج اين متابوليت با كيفيت بالا را در مقياس 300 ليتر فراهم آورد.

Porphyridium purpureum is a single-celled and marine red microalga rich in valuable bioactive compounds such as phycobiliproteins, with potential applications in the food, health, and medical industries. This study aimed to evaluate the best method for extracting phycobiliproteins, including phycoerythrin, phycocyanin, and allophycocyanin, using various solvents: NaCl solution (at 0.1%, 0.5%, and 1%); phosphate buffer (at 25, 50, 75, and 100 mM (pH 6.5)); distilled water; and 10% glycerol. Physical methods such as freeze-thawing at -20°C and liquid nitrogen (to 7 times), sonication (1, 5, 7, and 10 minutes), and varying the volume ratio of solvent to algae were also assessed. Results indicated that 1% NaCl and 10% glycerol were more efficient in extracting protein pigments. The highest content of phycoerythrin (0.226 mg/ml) was obtained with 1% NaCl using freeze-thawing at -20°C, while the highest amounts of phycocyanin (0.0501 mg/ml) and allophycocyanin (0.0189 mg/ml) were extracted with 10% glycerol. The highest purity levels of phycoerythrin (2.786), phycocyanin (0.326), and allophycocyanin (0.185) were achieved using 1% NaCl with freeze-thawing at -20°C, three cycles of freeze-thawing in liquid nitrogen, and two cycles of freeze-thawing in liquid nitrogen, respectively. Additionally, increasing the cell concentration relative to the solvent volume (10, 25, 50, and 100 mg/ml) led to higher protein pigment concentrations. Phycoerythrin (pink pigment) showed the highest quantity and purity among the phycobiliproteins. Considering the commercial importance of phycoerythrin, the findings of this research provide an efficient method for extracting this metabolite with high quality at 300L scale.