بهينه‏سازي فرآيند حذف زيستي كافئين توسط سلول‏هاي رويشي سويه بومي مخمري ساكارومايسس سرويزيه با استفاده از روش تحليلي تاگوچي

Optimization of caffeine bioremoval by growing cells of Saccharomyces cerevisiae using Taguchi analysis methodology

مقدمه: در سال‏های اخير استفاده از ريزسازواره‏ها به عنوان زيست واكنشگرهای مبتني بر شيمی سبز برای حذف كافئين سمی از پساب‏های صنعتی و محصولات غذايی بسيار مورد توجه قرار گرفته‏ است. در اين پژوهش بهينه‏سازی فرآيند حذف زيستی كافئين توسط سلول‏هاي رويشی سويه بومی مخمری ساكارومايسس سرويزيه با استفاده از رويكرد تحليلی تاگوچي بررسی شده است‏‏. مواد و روش‏‏ها: متغيرهايی كه در فرآيند تجزيه كافئين به عنوان تأثيرگذار در نظر گرفته شده‏اند عبارتند از: غلظت كافئين، زمان واكنش، غلظت يون روی، غلظت گلوكز به عنوان منبع كربن كمكی و غلظت پپتون به عنوان منبع ازت كمكی. برای موارد متغير ياد شده آرايه متعامد L16 (13×44) طراحی شد. درصد حذف كافئين با استفاده از روش كروماتوگرافی مايع با عملكرد بالا (HPLC) تخمين زده شد. نتايج: دستيابی به تركيب بهينه عوامل ياد شده با استفاده از عملكرد تاگوچی نشان داد كه در شرايط بهينه (ميزان كافئين در غلظت 5 گرم در ليتر، پپتون در غلظت 3 گرم در ليتر، يون روی در غلظت 5 ميلي‏مولار و زمان گرماگذاری برای مدت 48 ساعت)، ميزان حذف زيستی كافئين توسط سويه بومی ياد شده، با درجه اطمينان 95 درصد، 8/82 درصد بوده است. در حالی كه قبل از آزمايش‏های بهينه‏سازی، سويه مخمری TFS9 تنها قادر به حذف 5/25 درصد از كافئين با غلظت اوليه 5 گرم در ليتر بعد از 48 ساعت گرماگذاری بوده است كه با توجه به افزايش 2/3 برابری كارآيی بالای روش طراحی تاگوچی را به خوبی اثبات مي‏‏كند. بحث و نتيجه‏گيری: مطالعه پيش‏رو نخستين‏ گزارش از كاربرد موفقيت آميز روش بهينه‏سازی تاگوچی برای حذف زيستي كافئين است‏. براساس تحليل آماری نتايج، اين پژوهش پيشنهاد رويكرد تاگوچی در بهبود تجزيه زيستی كافئين توسط سويه بومی ساكارومايسس سرويزيه را پيشنهاد مي‏‏كند.

Introduction: In the recent years, application of microorganisms as green biocatalysts for removing caffeine pollution from industrial wastes and food caffeinated have been extensively considered. This investigation reports on optimization of bio-decaffeination process under growing cells of Saccharomyces cerevisiae by using the Taguchi statistical approach. Materials and methods: Five variables, i.e. caffeine, Zn+2, glucose, peptone concentrations and time incubation, which have significant effects on bio-decaffeination process, were selected and L16 (44× 13) orthogonal array was determined for experimental trials. Caffeine degradation was estimated by HPLC (High Performance Liquid Chromatography) analysis. Results: Use of Taguchi approach for optimization of design parameters resulted in about 82.8 % reduction of caffeine in 48 h incubation when 3g/l peptone, 5mM Zn+2 ion and 5 g/l of caffeine are present in the designed media. Under the optimized conditions, the yield of degradation of caffeine (5 g/l) by the growing cells of yeast strain TFS9 has been increased from 25.5 to 82.8 % which is 3.2 fold higher than the normal yield. The improvement of caffeine removal after best conditions were made shows the efficiency of Taguchi experimental design in such studies. Discussion and conclusion: The current investigation is the first report for successful application of the Taguchi experimental approach to the bio-decaffeination process. According to the analysis of experimental results, the present study proposes the potentiality of the Taguchi approach to enhance the bio-decaffeination performance with the native strain of Saccharomyces cerevisiae.