بهینه‌سازی تولید گلوکونات‌سدیم در دمای زیاد با استفاده از باکتری استیک‌اسید مقاوم به گرما (استوباکتر سنگالنسیس)

مقدمه: امروزه، گلوکونیک‌اسید و مشتقات آن کاربرد وسیعی در صنایع غذایی دارند؛ بااین‌حال، هنوز پژوهش‌های وسیعی برای بهینه‌سازی تولید این اسید با استفاده از روش‌های تخمیری درحال انجام است. هدف اصلی پژوهش حاضر، بررسی تاثیر دماها و اسیدیته‌های مختلف بر برخی پارامترهای سینتیکی تخمیر و عملکرد مجموعه آنزیم‌های دهیدرو‌ژناز سلول است.مواد و روش‏‏ها: استوباکتر سنگالنسیس در کشت ناپیوسته در غلظت‌های مختلف قند، دماها و اسیدیته‌های مختلف کشت شد و ویژگی‌های سینتیکی رشد و تولید گلوکونات‌سدیم بررسی شدند؛ سپس تاثیر اسیدیته بر ترکیب جمعیت سلول‌های فاز نمایی و سکون و تولید محصولات جانبی به‌ترتیب با استفاده از فلوسیتومتری و روش‌های کروماتوگرافی بررسی شد.نتایج: بررسی‌های فلوسیتومتری نشان دادند با پیشرفت تخمیر و ورود سلول‌ها به فاز سکون، جمعیت سلولی واگرا می‌شود و دو زیر‌جمعیت ازنظر فعالیت دهیدروژنازها به وجود می‌آیند. اسیدیتۀ محیط‌کشت تاثیر بسیار زیادی در درصد زیرجمعیت‌های فعال و غیر‌فعال سلول‌ها طی فاز تولید گلوکونیک‌اسید در فاز سکون دارد؛ به‌طوری‌که در اسیدیتۀ کمتر، میزان زیرجمعیت دارای دهیدروژنازهای غیرفعال به‌طور معناداری تا 61 درصد کل جمعیت سلول‌ها افزایش یافت؛ همچنین میزان ناخالصی‌های تولید‌شده به اسیدیتۀ تخمیر وابسته است؛ به‌طوری‌که میزان مشتقات کتونی گلوکونیک‌اسید در اسیدیتۀ 4.5 بیش از 6 برابر افزایش یافت؛ بنابراین، اسیدیته‌های 5 و 5.5 بهترین اسیدیته برای استوباکتر سنگالنسیس به‌منظور تخمیر 95 گرم گلوکز در دمای 38 درجۀ سانتی‌گراد هستند.بحث و نتیجه‏گیری: استوباکتر سنگالنسیس می‌تواند به‌عنوان باکتری بالقوه برای تولید گلوکونات‌سدیم در دمای زیاد استفاده شود؛ باوجوداین، واگرایی جمعیت سلولی طی تخمیر موجب کاهش تعداد سلول‌های فعال تولیدکنندۀ محصول و درنتیجه، کاهش حداکثر سرعت مصرف منبع کربنی می‌شود. لازم است در پژوهش‌های بعدی راهکارهای جلوگیری از واگرایی جمعیت سلولی یا برگرداندن آنها به حالت اول بررسی شوند.

Improvement of Sodium Gluconate Production using a Thermotolerant Acetic Acid bacterium, Acetobacter Senegalensis

Introduction: Nowadays, gluconic acid and its derivatives usages have been broadening in food industry. However, there are still many studies to optimize the production of gluconic acid by fermentation methods. The main goal of the present study was to assess the influences of temperature and pH on some fermentation kinetic parameters and activity of total cellular dehydrogenase.Materials and methods: Acetobacter senegalensis was cultured in batch mode fermentation in different conditions (different concentrations of carbohydrates, temperatures and pHs). In addition, the effect of pH onsubpopulation formation and byproduct production was studied by flow cytometry and different chromatography techniques, respectively.Results: Flow cytometric assessment showed that bacterial cells segregated during stationary phase, and two subpopulations were appeared based on the activity of total cellular dehydrogenases. Culture medium pH affected the subpopulations formation and the percentage of each subpopulation. As culture medium pH decreased, higher percentage(up to 61% of inactive cells) were formed during stationary phase. In addition, it was proved that at low pH (4.5), the percentage of byproducts such as ketogluconic acids increased more than 6 times. Based on the obtained results, the optimum pH for A. senegalensis to ferment 95 g/L glucose to sodium gluconat at 38°C was 55.5.Discussion and conclusion: Acetobacter senegalensis can be used as a potential microorganism to produce gluconic acid. However, cell segregation during fermentation seems to result in decreased active producing cells and decreased maximum glucose consumption rate. In future studies, it is necessary either to find a method to prevent cell population from segregation or to resuscitate them into functional cells.