بهينه سازي محيط كشت اقتصادي و فرمنتا سيون براي توليد اسپور و كريستال هاي يك سويه بومي Bacillus thuringiensis موثر بر آفات پروانه اي

Optimization of economic medium and fermentation process of a lepidopteran active native Bacillus thuringiensis strain to enhance spore/crystal production

هدف از تحقيق حاضر، بهينه سازي محيط كشت اقتصادي و فرايند فرمنتاسيون براي يك سويه بومي باكتري Bacillus thuringiensis (سويه YD5) موثر بر آفات پروانه اي بود. در ابتدا pH و دماي بهينه رشد سويه در شرايط ارلن مورد بررسي قرار گرفت كه نتايج نشان داد pH بهينه آن 7 و دماي بهينه براي رشد آن 30 درجه سلسيوس مي باشد. بمنظور بهينه سازي محيط كشت از پسماندهاي ارزان قيمت كشاورزي شامل ملاس (ساكارز)، پرميت شير (لاكتوز) و پسماند نشاسته (پلي‌ساكاريد) به عنوان منبع كربن، آب استيپ (خيسانده) ذرت به عنوان منبع ازت? و آب دريا به عنوان منبع نمك هاي معدني استفاده شد. ميزان رشد و توليد اسپور و كريستال (دلتا اندوتوكسين) سويه در محيط هاي حاوي مواد اشاره شده در شرايط ارلن مورد ارزيابي قرار گرفت. بالاترين ميزان رشد و توليد اسپور و كريستال زماني بدست آمد كه از تركيب نشاسته هيدروليز شده (3 درصد)، آب استيپ ذرت (3 درصد) و نمك دريا با غلظت 003/0 درصد استفاده شد. در ادامه تاثير فاكتورهاي محيطي از قبيل pH، ميزان تلقيح اوليه، غلظت اكسيژن بر سينتيك رشد و توليد اسپور و كريستال سويه در شرايط فرمانتور غير پيوسته آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ميزان تلقيح اوليه 2 درصد و غلظت اكسيژن اشباع 90% موجب توليد بالاترين ميزان اسپور و اندوتوكسين شدند. نهايتاً در نتيجه فرايندهاي بهينه شده در اين تحقيق ميزان اسپور و كريستال نهايي توليد شده برابر 109 × 5/5 اسپور ((CFU/ml و 740 ميلي‌گرم پروتيين در ميلي‌ليتر بود.

The objective of the present study was to design and optimize an economic fermentation process for mass production of a previously isolated native lepidopteran active Bacillus thuringiensis strain (YD5). Firstly, optimum pH and temperature of the strain were studied at Erlenmeyer flask level (incubator). The results showed that the optimum pH and temperature were 7 and 30° C, respectively. To optimize economic medium culture for mass production of the strain, different kinds of available agricultural and food industry wastes were used. This included molasses (sucrose), milk permeate (lactose) and starch liquor (polysaccharide) as carbon source, corn steep liquor as nitrogen source, and sea minerals as mineral sources. The experiments at Erlenmeyer flask level showed that the maximum growth and spore/crystal production by the strain was observed when medium containing 3% hydrolyzed starch, 3% corn steep liquor and 0.003 % sea minerals were used. In the next experiments the optimized economic medium and growth conditions of the strain were evaluated in a batch bioreactor. Also, the effects of primary inoculation concentration, aeration and pH on growth rate, and spore/crystal production were evaluated. The results showed that the maximum growth and spore/crystal production was achieved when 2% preculture concentration and 90% oxygen saturation were used. As result of the designed bioprocess in the present study, the spore/crystal and ?-toxin production were achieved to 5.5 × 109 CFU/ml and 740 mg/l, respectively.