Lactococcus lactis’te solunumun hemin ile teşvik edildiği yarı-kesikli fermentasyon sisteminde nisin üretiminin optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, L. lactis N8 suşunda solunumun hemin ilavesi ile teşvik edildiği yarı kesikli fermentasyon sisteminde hemin, glukoz ve çözünmüş oksijen konsantrasyonları bağımsız değişkenleri dikkate alınarak nisin üretimi modellenmiştir. Bunun için öncelikle bağımsız değişkenlerin çalışma aralıkları tespit edilmiş daha sonra cevap yüzey analizi yönteminin önerdiği deneme deseni uygulanmıştır. Son aşamada ise model eşitliğinden üretilen optimum hemin, glukoz ve çözünmüş oksijen konsantrasyonları kullanılarak yarı-kesikli fermentasyon sisteminde nisin üretimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmada, yarı-kesikli fermentasyon sisteminde L. lactis N8 suşu üzerinde farklı hemin, glukoz ve çözünmüş oksijen konsantrasyonlarının etkili olduğu belirlenmiştir. Cevap yüzey modelinin yarı-kesikli fermentasyon sisteminde solunumun teşvik edildiği L. lactis N8 suşunda nisin üretimini yüksek doğrulukta açıkladığı, R2 değerinin 0.98 %, model uyum eksikliğinin ise anlamsız olduğu tespit edilmiştir. Oluşturulan model eşitliği, en yüksek nisin üretimi için glukoz, hemin ve çözünmüş oksijen konsantrasyonlarını sırasıyla 8 g L h-1, 3 ?g mL-1 ve %40 olarak önermiştir. Söz konusu bu optimum değerlerde gerçekleştirilen yarı-kesikli fermentasyonda 5410 IU mL-1 maksimum nisin üretimine ulaşılırken, hemin içermeyen kontrol fermentasyonunda ise 1711 IU mL-1 nisin üretilmiştir. Yarı-kesikli sistemde hemin kullanılması ile nisin üretiminde 3.1 kat artış sağlanmıştır. Sonuç olarak; L. lactis N8 suşunun hemin ilave edilerek solunumun teşvik edildiği yarı-kesikli fermentasyon sisteminde, biyokütle artışı ile birlikte nisin üretimi önemli oranlarda geliştirilmiş ve ilk kez büyük ölçekte uygulamaları için modellenmesi başarılmıştır. In this study, nisin production was modeled by taking account the independent variables of glucose, hemin and oxygen concentration by stimulating the respiration at fed-batch fermentation of L. lactis N8. In this respect, experimental parameters of independent variables were determined and experimental combinations proposed by the response surface analysis method was applied. Finally, nisin production was carried out at determined optimum hemin, glucose and dissolved oxygen concentrations in the fed-batch fermentation system. In the study, different glucose, hemin and oxygen concentrations were found effective on the nisin production in relavant fed-batch fermentation. Response surface model was able to explain the nisin production at L. lactis N8 in fed-batch fermentation system with high fidelity where this model was given R2 value above 98 % and insignificant lack of fit. Accordingly, the equation developed indicated the optimum parameters for glucose, hemin and dissolved oxygen were 8 g L-1 h-1, 3 ?g mL-1 and 40%, respectively. While 1711 IU mL-1 nisin production was produced at L. lactis N8 in control fed-batch fermentation, 5410 IU mL-1 nisin production was achieved within the relavant optimum parameters where the respiration was stimulated with hemin. Accordingly nisin production was enhanced 3.1 fold in fed-batch fermentation with using hemin. As a conclusion the nisin production at L. lactis N8 was developed extensively, by stimulating the respiration with adding hemin in the fed-batch fermentation along with increasing the biomass. Also this is the first report modeling the nisin production in fed-batch fermentation system including hemin for applying large scale productions.