ε-poly-l-lysine production in static and agitated cultures withdifferent operation modes

Abstract

Biyopolimerler kullanım alanlarından, dayanıklılıklarından ve fiyatlarından dolayı küresel endüstrideki son yirmi yılda büyüme göstermiştir. Biyopolimerlerin çoğu doğalkaynaklardan toplanabilir ve/veya ekstrakte edilebilir. Ancak, bazıları mikroorganizmalartarafından üretilir. Homopolimerler, bir tür kimyasal tekrar ünitesinin veya monomerininbirçok kez tekrarlandığı polimerik moleküllerdir. Homopolimerler üretilmesi en zor olanıdırve maliyeti yüksektir. ε-Poly-L-Lisin (ε-PL), Streptomyces albulus kullanılarak yapılan birfermantasyon işleminden üretilen doğal bir gıda koruyucusu ve yüksek verimliantimikrobiyal maddedir. ε-PL, bazik amino asitlerden biri olan L-lisinin birhomopolimeridir ve bir lisin düz zincir polimeridir. ε-PL, bir ε-amin ile L-lisine, ε-aminobağı ile bağlanmış 25-35 L-lisin monomeri içerir. Bu çalışmada, Streptomyces albuluskullanılarak ε-PL üretiminin statik ve ajite edilmiş kültürler altında karşılaştırılmasıamaçlanmıştır. Bunun ötesinde, 3 farklı stratejiyle farklı bir operasyon modu incelenmiştir.Yarı sürekli çalışma modunda, glukoz beslemesi, şekersiz ortamlarda pH kontrolü ve glukozbeslemesi ile pH kontrol stratejisi incelenmiştir. ε-PL tayini için Yüksek Performanslı SıvıKromatografisi (HPLC) kullanıldı. Ayrıca, biyokütle, şeker ve azot içeriğini sırasıyla hücrekuru ağırlığı, DNS yöntemine göre şeker analizi ve Nessler reaktifi ile takip edildi. Üretilenε-PL'nin antimikrobiyal aktivitesi test edildi. Elde edilen sonuçlara göre, ajitasyonluüretimin statik üretimden daha verimli olduğu tespit edildi. Çalışmanın sonuçlarına göre,ajite edilmiş kültürün ürettiği ε-PL miktarı statik kültürden 3 kat daha fazladır. Yarı-sürekliçalışma modu sonuçlarına göre, glukoz besleme stratejisi ile yapılan üretim sonucu 0.33 g/L,şekersiz ortam ile pH kontrolü olan ikinci stratejide 0.51 g/L, pH kontrol ile glikoz beslemeliüçüncü strateji için üretim miktarı 0.45 g/L'dir. Çalışmanın özgün sonucu, statik yüzeyliüretimin farklı yüzey alanı/hacim oranıyla arttırılabiliyor olmasıdır.

Biopolymers have expanded in the global industry over the past two decades, because of its usage areas, durability, and price. Most of the biopolymers can be collected and/or extracted from natural sources. However, some of them are produced by microorganisms. Homopolymers are polymeric molecules in which one type of chemical repeat unit or monomer is repeated many times. Homopolymers are the most difficult to produce and due to high cost. ε-Poly-L-Lysine (ε-PL) is a natural food preservative and high yield antimicrobial agent produced from a fermentation process using Streptomyces albulus. ε-PL is a homopolymer of L-lysine, one of the basic amino acids and is a lysine straight chain polymer. ε-PL contains 25-35 L-lysine monomer which is linked by ε-amino bond coupled with a ε-amine to L-lysine. In this study, it was aimed to compare ε-PL production using Streptomyces albulus under static and agitated cultures. Beyond that a different operation mode with 3 different strategies were studied. In semi-continuous operation mode experiments glucose feeding, pH control under sugar free media and glucose feeding with pH control strategies were studied. High Performance Liquid Chromatography (HPLC) was used for determination of ε-PL. Also, biomass, sugar, and nitrogen contents were followed by cell dry weight, sugar analysis based on DNS method, and Nessler's reagent, respectively. The antimicrobial activity of the produced ε-PL was tested. Based on results, it was found out that the production with agitation was more efficient than static one. According to the results of the study, the amount of ε-PL produced by agitated culture is 3 times higher than the static culture. According to semi-continuous operation mode results, glucose feeding strategies production result was 0.33g/L, in second strategy which was pH control with sugar free media, the production amount was 0.51g/L for the third strategy which was glucose feeding with pH control, the production amount was 0.45g/L at most. The novel result of the study is that production with static culture can be increased with different surface area/volume ratio.