بهينه‏سازي توليد آلفا آميلاز توسط باسيلوس آميلوليكويي‌ فسينز با روش سطح پاسخ

Optimization of α-amylase production by Bacillus amyloliquefaciens using response surfaces methodology

مقدمه: آلفا آميلاز يكي از آنزيم‌هاي تجاري مهم در ميان آنزيم‌هاي هيدروليز كننده نشاسته است. استفاده از آميلاز باكتريايي در صنايع مختلف به‌دليل مزاياي آن نسبت به آميلاز‌هاي حاصل از منابع گياهي و حيواني، از اولويت بيشتري برخوردار است. همچنين، استفاده از محصولات كشاورزي و بقاياي آن‏ها به عنوان سوبستراهاي تخميري ارزان قيمت، اهميت شاياني براي كاهش هزينه‌هاي توليد صنعتي اين آنزيم دارد. هدف اصلي اين تحقيق، بهينه‏سازي توليد آلفا آميلاز توسط باسيلوس آميلوليكويي‌فسينز با استفاده از منابع كشاورزي ارزان قيمت و با روش سطح پاسخ بود‏‏. مواد و روش‏‏ها: تاثير مقادير مختلف منبع كربني (عصاره نخود فرنگي) و منبع نيتروژني (كنجاله تخم پنبه) بر روي توليد آلفا آميلاز توسط باسيلوس آميلوليكويي‌‌فسينز با استفاده از روش آماري سطح پاسخ بررسي شد. منابع كربني و نيتروژني طي تخمير غوطه وري در 5 سطح در نظر گرفته شدند و از طرح مركب مركزي با 10 آزمايش استفاده شد. نتايج: بهترين شرايط براي حداكثر توليد آلفا آميلاز توسط باسيلوس آميلوليكويي‌‌فسينز، غلظت 75 گرم بر ليتر عصاره نخود فرنگي و 3/33 گرم بر ليتر كنجاله تخم پنبه بود كه در اين شرايط آلفا آميلاز به ميزان 74/69 واحد در ميلي‏ليتر توليد شد. در بهينه‏سازي با روش سطح پاسخ مشخص شد كه با وجود اهميت منبع كربني (عصاره نخود فرنگي)، ميزان منبع نيتروژني مورد استفاده (كنجاله تخم پنبه) اثر بيشتري در توليد آلفا آميلاز باكتريايي در تخمير غوطه‌وري نسبت به منبع كربني داشته است. بحث و نتيجه‏گيري: اين پژوهش نشان‌دهنده اهميت رابطه بين سطح منبع نيتروژني و منبع كربني در توليد آلفا آميلاز است. بر اساس نتايج به دست آمده، روش سطح پاسخ براي بهينه‏سازي شاخص‏هاي فرايند تخمير غوطه‌وري به منظور دستيابي به حداكثر ميزان توليد آلفا آميلاز توسط باكتري مورد استفاده، كارايي مطلوبي داشته است.

Introduction: Alpha-amylase is an important commercialized enzyme among the starch-hydrolyzing ones. The bacterial amylase is widely utilized in various sectors of industry due to its advantages to amylases derived from plant or animal sources. Also the use of agricultural products and their residues as inexpensive fermentation substrates has high impact on minimizing the cost of ?-amylase production. The principle aim of this study is to optimize ?-amylase production by Bacillus amyloliquefaciens using low cost agricultural resources with Response Surfaces Methodology (RSM). Materials and methods: The Effect of different amounts of the carbon source (extract of pea) and nitrogen source (cotton seed cake) on production of ?-amylase by B. amyloliquefaciens using statistical methods of RSM was studied. Carbon and nitrogen sources were considered in 5 levels during the submerged fermentation and used central composite rotatable design with 10 experiments. Results: The best conditions for maximum production of ?-amylase by B. amyloliquefaciens were pea extract of 75g/L and cotton seed cake of 33.3 g/L, so that in these conditions the enzyme production rate was 69.74 Uml-1. During optimization by RSM, it became clear that the level of the used nitrogen source (cotton seed cake) is more effective in producing bacterial ?-amylase in submerged fermentation compared to the used carbon source (extract of pea). Discussion and conclusion: This study showed the importance of the relationship between nitrogen and carbon sources on production of ?-amylase. The results showed that the RSM applied for optimizing parameters of submerged fermentation condition aimed at producing maximum quantities of ?-amylase by B. amyloliquefaciens acts with high efficiency. Key words: ?-amylase, Bacillus amyloliquefaciens, Response Surface Methodology, Submerged Fermentation