تراكم بالاي سلولي Lactococcus lactis و افزايش ميزان توليد نايسين با فيلتراسيون غشايي فيبر توخالي

High cell density cultivation of Lactococcus lactis and increasing nisin production by hollow fiber membrane filtration

نايسين يك نگهدارنده طبيعي پپتيدي توليد شده توسط Lactococcus lacis با كاربرد در صنايع غذايي است. با توجه به اثر بازدارنده اسيد لاكتيك توليد شده، روش هاي متعددي براي حذف اسيد لاكتيك و دستيابي به تراكم بالاي سلولي به كار رفته است. استفاده از صافي غشايي از روش­هاي كم هزينه و پركاربرد است. به اين منظور Lactococcus lactis UTMC 106 در بيوراكتور 2 ليتري حاوي محيط با پايه MRS براث داراي آب پنير كشت و در دماي oC 28 در 120 rpm انكوباسيون شد. هر 12 ساعت يك بار محتوي بيوراكتور از صافي غشايي فيبر توخالي پلي­پروپيلن µm 22/0 عبور داده شد و غلظت سلول و نايسين توليد شده در مايع تخمير قبل و بعد از فيلتراسيون (تراوه) مقايسه شد. بازيابي سلول­ها با شستشوي معكوس بخش ناتراوه از فيلتر انجام شد. اين بخش در MRS براث تلقيح و در شرايط پيشين انكوباسيون شد. اين كار تا 5 مرحله تكرار شد. نتايج به دست آمده نشان مي دهدكه بازده ميزان نايسين توليد شده به سوبستراي مصرف شده در تخمير بچ تكرارشونده باكتري لاكتيك اسيد نسبت تخمير بچ متداول 10درصد افزايش بازده داشته است نتايج اين پژوهش نشانگر زنده­ماني و فعاليت سلول­هاي جداشده با فيلتراسيون و امكان استفاده چندباره از آنها است. نتايج اين پژوهش نشانگر امكان استفاده از سيستم­هاي فيلتراسيون غشاي توخالي پلي­پروپيلن براي دستيابي به غلظت­هاي بالاي سلولي L. lactis، افزايش سرعت انتقال جرم بين لايه‌هاي محدودكننده، جداسازي مواد سمي مهاركننده رشد و توليد، و افزايش بهره­وري است.

Nisin is a natural peptide preservative produced by Lactococcus lacis and used in the food industry. Due to the inhibitory effect of lactic acid produced, several methods have been used to remove lactic acid and achieve high cell density. The use of membrane filtration is a low-cost and widely used method for this purpose. In this study, Lactococcus lactis UTMC 106 was cultured in a 2-liter bioreactor containing MRS broth basal medium supplemented by whey and incubated at 28 oC with shaking at 120 rpm. Every 12 hours, the liquid content of the bioreactor was passed through a 0.22 µm polypropylene hollow fiber membrane filter, and the concentrations of cells and nisin produced in the fermentation broth were measured and compared before and after filtration. The recovery of cells was done by backwashing the retentate portion of the filter. This section was inoculated into MRS broth and incubated under the same conditions. This work was repeated 5 times. The results indicated that the yield of nisin produced to the consumed substrate in the repeated batch fermentation of lactic acid bacteria has increased by 10% compared to batch culture. The finding of this research approved the viability and activity of the cells isolated through filtration and the potential of multiple cell recycling. Additionally, the results suggest the possibility of using polypropylene hollow membrane filtration systems to achieve high cell density of L. lactis, enhance the rate of mass transfer across limiting layers, separate toxic substances that inhibit growth and production, and ultimately increase productivity.