شبيه سازي فرآيند توليد پروتيين هاي تك ياخته از قارچ آسپرژيلوس نايجر بر اساس مدل هاي سينتيكي غير ساختاري

Simulation of the production process of Aspergillus niger single cell protein base on un-structured kinetic models

چكيده سابقه و هدف: طراحي فرآيندهاي توليد پروتيين هاي تك ياخته مستلزم تعيين الگوهاي رشد ميكروارگانيسم هاي توليد كننده مي باشد. اين مطالعه با هدف ارزيابي توليد پروتيين هاي تك ياخته قارچ آسپرژيلوس نايجر و شبيه سازي توليد توده سلولي بر اساس چند مدل غير ساختاري انجام شد. مواد و روش ها: در اين مطالعه آزمايشي توليد پروتيين هاي تك ياخته در كشت غوطه ور ناپيوسته با فرمولاسيون بهينه محيط كشت در دماي 25 درجه سليسيوس، 6 pH و سرعت همزدن 300 دور در دقيقه به مدت 200 ساعت در انكوباتور شيكردار انجام شد. در پايان فرآيند، محتويات فلاسك ها به عنوان نمونه براي اندازه گيري غلظت گلوكز، وزن خشك توده سلولي و درصد پروتيين در توده سلولي استفاده شد. يافته ها: شبيه سازي نتايج با مدل مونود به طور متوسط داراي 92 درصد و براي مدل هاي موزر و لجستيك به ترتيب 63 و 83 درصد تطابق بودند. با افزايش pH از 3/5 به 6، محتوي پروتيين توده سلولي، 71 درصد افزايش يافت. در دامنه هاي pH بالاتر از 6 محتوي پروتيين توده سلولي كاهش يافت و در 7/5 pH ،29 درصد كمتر شد. افزايش غلظت اوليه گلوكز از 10 تا 50 گرم در ليتر، تاثير قابل توجهي بر محتوي پروتيين توده سلولي نداشت. همچنين در محيط كشت محتوي 50 گرم در ليتر گلوكز، محتوي پروتيين در توده سلولي تنها 5/67 درصد بيشتر از محيط كشت با 10 گرم در ليتر گلوكز بود. نتيجه گيري: با توجه به نتايج به دست آمده در اين مطالعه، مدل سينتيكي مونود به عنوان يك مدل مناسب براي شبيه سازي رفتار قارچ آسپرژيلوس نايجر پيشنهاد مي گردد.pH محيط كشت بر محتوي پروتيين هاي تك ياخته در توده سلولي موثر است. اما غلظت اوليه گلوكز در محيط كشت قارچ، تاثيري بر ميزان توليد پروتيين هاي تك ياخته ندارد.

Abstract Background & Objectives: Design of the production of single cell proteins depends on definition of the growth template of the producer microorganisms. This study was aimed to evaluate the production of Aspergillus niger single cell protein and simulation of cell biomass production based on several un-structured models. Materials & Methods: In this experimental study, the fermentative process of single cell protein production was conducted in batch submerged culture with optimum culture medium formulation at 250C, pH 6 and 300 rpm for 200 h in an incubator shaker. At the end of process, the content of shaker flasks was used to analysis glucose concentration, cell dry weight and protein content in cell biomass. Results: The result simulation by Monod, Moser and Logistic models showed 92% 63% and 83% similarity, respectively. Increase in the pH from 3.5 to 6 caused 71% enhancement in protein content in cell biomass. However, pH more than 6 led to decrease in the cell biomass protein content and this values reached to 29% a pH 7. Increases in the initial glucose concentration from 10 to 50 g. L-1 did not show considerable effects on the cell biomass protein content. Cell biomass protein content of the media containing 50 g. L-1 initial glucose was only 5.67% more than the medium contained of 10 g. L-1 initial glucose. Conclusion: The Monod kinetic model was proposed as a suitable model to simulate A. niger behaviour. Furthermore, pH of the media affects cell biomass protein content. However, initial glucose concentration in the media did not show significant effects on the cell biomass protein content.