بهینه سازی تولید 2و6 دی متوکسی بنزوکینون جوانه گندم تخمیر شده با مخمر نانوایی صنعتی در بیوراکتور آزمایشگاهی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، گروه زیست فناوری، تهران، ایران

2 دانشکده شیمی و مهندسی شیمیدانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران

چکیده


در این مطالعه، تخمیر جوانه گندم با پودر مخمر نانوایی صنعتی برای تولید FWGE با محتوای بالای 2،6-DMBQ با رویکرد افزایش مقیاس در مقیاس بیوراکتور Bench انجام شد. محتوی 2,6-DMBQ جوانه گندم تخمیر شده با بهینه‌سازی سه متغیر pH اولیه، دمای تخمیر و سرعت هم‌زدن در دو سطح با استفاده از روش تاگوچی در بیوراکتور همزن­دار افزایش داده شد. محتوای 2،6-DMBQ نمونه ها طی 14، 16 و 18 ساعت پس از تخمیر تعیین شد و سپس نتایج توسط نرم افزار Qualitek تجزیه و تحلیل شد. سپس اثر دور سانتریفیوژ روی میزان کدورت و تعداد مخمر موجود در سوپرناتانت نهایی بررسی شد. در انتها، سوپرناتانت توسط خشک کن پاششی با دمای ورودی C°120 و دمای خروجی C° 69-70 خشک شد و میزان ماده موثر 2,6-DMBQ، pH، رطوبت وخاکستر تعیین شد. در شرایط بهینه: pH اولیه 6، دمای تخمیر C°32 و سرعت هم زدنrpm 80، حداکثر 527/1 میلی گرم 2،6-DMBQ در هر گرم FWGE به دست آمد. نتایج جداسازی نشان داد که سرعت سانتریفیوژ تأثیر معنی‌داری بر کدورت نهایی و تعداد مخمرهای باقی‌مانده ندارد و بنابراین g3000 بعنوان سرعت بهینه انتخاب شد. با این حال، به دلیل محتوای بالای مخمر در مایع رویی، فیلتراسیون پس از سانتریفیوژ مورد نیاز بود. به دلیل سرعت بالای خشک شدن نمونه، رطوبت کم محصول نهایی و راندمان بالا در مقیاس صنعتی، نمونه ها با استفاده از خشک کن اسپری خشک شدند. در نهایت رطوبت، پروتئین، خاکستر و pH محصول نهایی اندازه گیری شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]. Tuscano J., Lau, D., O'donnell R, (2016)., Fermented wheat germ proteins (FWGP) for the treatment of cancer, U.S. Patent No. 9,480,725. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office‌.
[2]. Telekes, A., Hegedűs, M., Chae, C. H., & Vékey, K. (2009). Avemar (wheat germ extract) in cancer prevention and treatment. Nutrition and cancer, 61(6), 891-899.‌
[3]. Boros, L. G., Nichelatti, M., & Shoenfeld, Y. (2005). Fermented wheat germ extract (Avemar) in the treatment of cancer and autoimmune diseases, Annals of the New York Academy of Sciences, 1051(1), 529-542. ‌
[4]. Đorđević, T. M., Šiler-Marinković, S. S., Dimitrijević-Branković, S. I. (2010). Effect of fermentation on antioxidant properties of some cereals and pseudo cereals. Food chemistry, 119(3), 957-963. ‌
[5]. M. Hidvegi, R.F. Tomoskozine, K. Lapis, E. Raso, B. Szende, (2002). U.S. Patent No. 6,355,474. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. ‌
[6]. Zheng, Z., Guo, X., Zhu, K., Peng, W., & Zhou, H. (2016). The optimization of the fermentation process of wheat germ for flavonoids and two benzoquinones using EKF-ANN and NSGA-II. RSC advances, 6(59), 53821-53829‌.
[7]. Niu, L. Y., Jiang, S. T., & Pan, L. J. (2013). Preparation and evaluation of antioxidant activities of peptides obtained from defatted wheat germ by fermentation. Journal of food science and technology, 50(1), 53-61.‌
[8]. Rizzello, C. G., Mueller, T., Coda, R., Reipsch, F., Nionelli, (2013). Synthesis of 2-methoxy benzoquinone and 2, 6-dimethoxybenzoquinone by selected lactic acid bacteria during sourdough fermentation of wheat germ. Microbial cell factories, 12(1), 1-9. ‌
[9]. Zhang, J. Y., Xiao, X., Dong, Y., Wu, J., Yao, F., & Zhou, X. H. (2015). Effect of fermented wheat germ extract with lactobacillus plantarum dy-1 on HT-29 cell proliferation and apoptosis. Journal of agricultural and food chemistry, 63(9), 2449-2457.‌
[10]. Yoo, J. G., & Kim, M. D. (2010). Production of 2-methoxy-1, 4-benzoquinone (2-MBQ) and 2, 6-dimethoxy-1, 4-benzoquinone (2, 6-DMBQ) from wheat germ using lactic acid bacteria and yeast. Food Engineering Progress, 14(4), 292-298.
[11]. Parsazad, M., Babaeipour, V., MalekSabet, N., (2020). Optimization of 2, 6-dimethoxy benzoquinone production through wheat germ fermentation by S. cerevisiae. Applied Food Biotechnology, 7(3), 161-169. ‌
[12]. Crater J.S., & Lievense J.C. (2018). Scale-up of industrial microbial processes. FEMS Microbiology Letters, 365(13), fny138.
[13]. Enfors, S. O., Jahic, M., Rozkov, A., Xu, B., Hecker, M., Jürgen, B., ... & Manelius, Å. (2001). Physiological responses to mixing in large scale bioreactors. Journal of biotechnology, 85(2), 175-185.‌
[14]. Oldshue, J. Y. (1966). Fermentation mixing scale‐up techniques. Biotechnology and Bioengineering, 8(1), 3-24.‌
[15]. Huang, J. X., Stuart, J. D., Melander, W. R., & Horvath, C. (1984). High-performance liquid chromatography of substituted p-benzoquinones and p-hydroquinones: I. Interplay of on-column redox reaction and the chromatographic retention process. Journal of Chromatography A, 316, 151-161.