Production of pectinase enzyme from Aspergillus sojae in batch and fed-batch systems

Abstract

Funguslardan elde edilen ticari pektinazlar endüstride yüksek biyoteknolojik değere sahip olmalarıyla bilinirler. Bu amaçla, Aspergillus sojae ATCC 20235 tarafından düşük maliyetli karbon (Maltrin) ve azot (Mısır Şırası Şurubu, MŞŞ) kaynaklarının kullanılması yoluyla yüksek verimlilikte polimetilgalakturonaz (PMG) ve poligalakturonaz (PG) üretilmiştir. Bu mikroorganizmanın kullanılmasıyla poligalakturonazın yarı-kesikli üretimi, saflaştırılması ve karakterizasyonu hakkında bilindiği kadarıyla rapor edilen hiçbir literatür bulunmamaktadır.Bu çalışmada, ham PG elde etmek ve ilerideki yarı-kesikli deneylere bir temel oluşturmak için kesikli fermentasyon uygulanmıştır. Ham PG bir biyoayrılma tekniği olan üç faza ayırmanın kullanılmasıyla kısmen saflaştırılmış ve biyokimyasal ve termal özellikleri bakımından karakterize edilmiştir. Bu çalışmalar, bu enzimin çeşitli endüstriyel uygulamalar için iyi bir aday olarak büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.Yarı-kesikli fermentasyon koşullarını optimize etmek için, yüzey-merkezli yüzeysel kompozit dizayn kullanılarak cevap yüzey yöntemi uygulanmıştır. Sonuç olarak, en yüksek PG aktivitesi (20.61 U/ml) ve en yüksek biyokütle (34.23 g/l) yüksek maltrin (150g/l) ve yüksek MŞŞ (10 g/l) konsantrasyonlarında 48. ve 72. saatlerde tekrarlı beslemenin yapılmasıyla elde edilmiştir. En yüksek PMG aktivitesine (16.76 U/ml) de yüksek maltrin ve yüksek MŞŞ konsantrasyonlarında 72. saatte beslemenin yapılmasıyla ulaşılmıştır. Yarı-kesikli fermentasyon Aspergillus sojae'den PG aktivitesini %33.74 ve PMG aktivitesini %23.96 arttırarak başarıyla kullanılmıştır.Son olarak, suş geliştirme çalışmalarında yüksek pektinaz üreticisinin seçiminde hızlı bir yöntem olan agar diffüzyon yöntemi uyarlanmıştır.

Commercial preparations of pectinases derived from fungi are well known to have high biotechnological value in the industry. For this purpose, polymethylgalacturonase (PMG) and polygalacturonase (PG) were produced with high productivities by Aspergillus sojae ATCC 20235 by using low cost carbon (Maltrin) and nitrogen (Corn Steep Liquor, CSL) sources. There is no literature report to best of our knowledge on the fed-batch production, purification and characterization of polygalacturonase using this microorganism.In this study batch fermentation was carried out in order to obtain the crude PG and to establish a baseline for the forth coming fed-batch experiments. The crude PG was partially purified using three-phase partitioning as an emerging bioseparation technique and characterized with respect to its biochemical and thermal properties. These studies showed that this enzyme holds a great potential to be a good candidate for various industrial applications.To optimize fed-batch fermentation conditions, response surface methodology (RSM) was performed using face-centered central composite design. As a result, maximum PG activity (20.61 U/ml) and maximum biomass (34.23 g/l) were obtained at high maltrin (150 g/l) and high CSL (10 g/l) concentrations when the repeated feeding was done at 48th and 72nd hours. Maximum PMG activity (16.76 U/ml) was also achieved at higher maltrin and higher CSL concentrations at a feeding time of 72nd hours. Fed-batch fermentation has been successfully used to increase PG (33.74%) and PMG (23.96%) activities from Aspergillus sojae.Finally, agar diffusion method was adapted as a rapid method for the selection of high pectinase producer in the strain improvement study.