بهينه‌سازي توليد بيووانيلين از سلول‌هاي در حال استراحت سويه بومي Psychrobacter sp. CSW4 به روش آماري تاگوچي

Optimization of Bio-Vanillin with Native Isolated Psychrobacter sp. Strain CSW4 Using the Taguchi Method underResting Cells

در سال‌هاي اخير استفاده از فرايندهاي زيست تبديلي ميكروبي براي دستيابي به وانيلين با خواص ويژه و با منشا طبيعي مورد توجه قرار گرفته است. هدف از پژوهش اخير، بهينه‌سازي فرآيند زيست تبديلي ايزواوژنول به وانيلين تحت شرايط سلول‌هاي در حال استراحت سويه‌ي بومي Psychrobacter sp. CSW4 با استفاده از روش آماري تاگوچي بود. متغيرهايي كه در فرايند زيست تبديلي ايزواوژنول به وانيلين در نظر گرفته شده‌اند، عبارت‌اند از: غلظت اوليه‌ي ايزواوژنول، غلظت اوليه‌ي بيومس سلولي، سوبستراهاي كمكي (گليسرول، عصاره مخمر و تريپتون)، غلظت اوليه‌ي نمك سديم كلرايد و يون‌هاي فلزي (مس، روي و كبالت). براي موارد متغير مذكور، آرايه‌ي متعامد مناسب L18 طراحي شد. وانيلين تهيه‌شده از ايزواوژنول در مخلوط واكنش زيست تبديلي با استفاده از روش HPLC تخمين زده شد. بهينه‌سازي فرايند زيست تبديلي به وسيله‌ي روش تاگوچي نشان داد كه عوامل با تاثير معناداري بر بيوترانسفورماسيون ايزواوژنول به وانيلين با ميزان اهميت (به ترتيب) غلظت اوليه‌ي نمك سديم كلرايد، غلظت اوليه‌ي ايزواوژنول، سوبستراي كمكي گليسرول، يون فلزي كبالت و غلظت اوليه بيومس سلولي بودند. تحت شرايط بهينه در سطوح انتخاب‌شده‌ي اين فاكتورها، ماكزيمم غلظت وانيلين 016/1 گرم در ليتر (با راندمان مولي 8/43 درصد) پس از 24 ساعت واكنش زيست تبديلي تخمين زده شد. براساس يافته‌هاي حاصل از اين پژوهش، چنانچه بهينه‌سازي تركيبات محيط كشت براي بالانس نمودن رشد سلولي و ميزان توليد وانيلين انجام گيرد، مي‌توان به راندمان‌هاي پذيرفتني بدون استفاده از مواد سمي غيرمجاز و يا اضافه نمودن موادي كه مستلزم صرف هزينه‌هاي بالاي اقتصادي هستند، دست يافت.

In the recent years, the use of microbial biotransformation processes to achieve specific properties of vanillin and access to the natural vanillin origin has been a lot of attention. In the present study, Taguchi method was employed for optimizing the biotransformation of isoeugenol to vanillin under resting cells of native isolate Psychrobacter sp. strain CSW4. Five factors, i.e. initial isoeugenol concentration, initial dry biomass, co-substrates (glycerol, yeast extract and tryptone), initial NaCl concentration and metal ions (Cu, Zn and Co, were selected and experiments based on an orthogonal array layout of L18 were performed. Vanillin produced in the biotransformation reaction mixture was analyzed by HPLC method. Optimization of the process by Taguchi method showed that highest impact factors with importance priority of NaCl concentration, initial isoeugenol concentration, glycerol as substrate, cobalt ion and initial dry biomass were determined as optimum conditions for the biotransformation isoeugenol into vanillin, respectively. Under these optimized conditions, the highest vanillin concentration (1.016 g/L) obtained after 24-h reaction biotransformation. The molar yield of vanillin produced from isoeugenol was 43.8 %. Results of this study indicate that if optimization of medium composition is performed to balance the cell growth and vanillin amount, reasonable yields of vanillin have been achieved, without addition of any toxic organic solvent or other chemicals which increase the cost of production.