الرئيسية | الملخصات الجامعية | إنتاج الصبغات الكاروتينية بواسطة خميرة الرودوتوريولا تحت ظروف نمو مختلفة

إنتاج الصبغات الكاروتينية بواسطة خميرة الرودوتوريولا تحت ظروف نمو مختلفة

حجم الخط: Decrease font Decrease font Enlarge font

جيهان فاروق جلال احمد عين شمس الزراعة الميكروبيولوجي الزراعية دكتوراه 2004

الملخص العربي:

تم استخدام خميرة Rhodotorula glutinis    في إنتاج الكاروتينات بطرق التخمر حيث تستخدم في مجالات عديدة منها تغذية الأنسان والحيوان ، وكذلك في مجال الصناعات الدوائية .

وتختلف الظروف المثلى لإنتاج خلايا الخميرة وكذلك تخليق الكاروتينات ألا ان الدراسات التي تمت على إنتاج الكاروتينات فى مصر محدودة وليست على مستوى تجارى ، ومن هذا المنطلق تم تصميم هذه الدراسة لإنتاج الكاروتينات بواسطة عمليات التخمر المختلفة .

وتتركز الدراسة على النقاط التالية :-

1- اختيار أفضل عزلة من ميكروب  Rhodotorula glutinisعلى أفضل بيئة إنتاجية .

2- دراسة العوامل المؤثرة على إنتاج الكاروتينات بواسطة عزلة Rhodotorula glutinis 32 باستخدام الدوارق المهتزة كدفعة واحدة أو دفعه واحدة على مرحلتين .

3- استخدام بعض المواد الخام فى إنتاج الكاروتينات .

4- إنتاج الكاروتين فى المخمر باستخدام طرق تخمير مختلفة (ذات الدفعة الواحدة – ذات المرحلتين – ذات الدفعة الواحدة المغذاه) .

5- تقييم مدى سمية الكاروتينات المنتجة من عزلة Rhodotorula glutinis لتحديد أمان استخدامها كمواد ملونة وذلك بإضافتها أثناء تغذية حيوانات التجارب .

       ويمكن تلخيص النتائج المتحصل عليها كما يلى:

أولاً : إنتاج الكاروتينات باستخدام الدوارق المهتزة كمزرعة ذات دفعة واحدة:

1-    تم اختبار ثلاث بيئات لنمو4 سلالات من خميرة Rhodotorula glutinis وإنتاج الكاروتينات ، ووجد أن البيئة رقم 4 (Shabati and Mukmenev, 1995) هى أفضل بيئة للتنمية والإنتاج وسجلت العزلة Rhodotorula glutinis 32 أعلى انتاج بعد 72 ساعة فترة تخمير.

2-    دراسة العوامل المؤثرة على إنتاج الكاروتينات

   * وجد أن الجليسرول أفضل مصدر كربون لنمو الميكروب وكذلك إنتاج الكاروتين ووجد أن هناك علاقة إيجابية بين تركيز الجليسرول فى البيئة (10-50 جرام/لتر) وتركيز الكاروتين المنتج . وقد تم الحصول على أعلى إنتاج من الكاروتين (ملليجرام/لتر) ومحتوى الخلايا منه (%) وإنتاجيتة (ملليجرام/لتر/ساعة) باستخدام 4% جليسرول فى البيئة .

* اضافة مستخلص الخميرة الى مصدر النتروجين الغير عضوى أعطت أعلى نمو للخلايا وإنتاج للكاروتينات أكثر من استخدام كل من مصدر النتروجين العضوى أو الغير عضوى بمفرده . وسجل أعلى انتاج من الكاروتين فى البيئة رقم 4 المضاف اليها نترات الأمونيوم ومستخلص الخميرة بنسبة نيتروجين (5:1) .

*      تم إضافة أربعة تركيزات من مركب فوسفات البوتاسيوم الثنائية (صفر – 7.5 جرام/لتر) و كبريتات الماغنسيوم (صفر-0.25 جرام/التر) وكلوريد الصوديوم (صفر-0.25 جرام/التر) وكبريتات الحديدوز (صفر – 0.02 ) إلى البيئة رقم 4 (المحتوية على 4% جليسرول ونترات أمونيوم + مستخلص خميرة كمصدر للنتروجين بدلاً من الجلوكوز وكبريتات الأمونيوم) وكان أقصى إنتاج من الكاروتينات (ملليجرام/لتر) ومحتوى الخلايا منه (%) والإنتاجية (ملليجرام/لتر/ساعة) على البيئة الإنتاجية المضاف إليها 6.25 جرام/لتر من فوسفات البوتاسيوم الثنائية, 0.2 جرام/لتر كبريتات الماغنسيوم ، 0.75 جرام/لتر كلوريد الصوديوم و 0.005 جرام/لتر من كبريتات الحديدوز.

*      أوضحت النتائج أن المعاملات المختلفة للفيتامينات (البيوتين – الثيامين – الفوليك أسيد – الريبوفلافين) لم تؤدى الى اختلاف واضح فى الكاروتينات المنتجة مقارنة بالمعاملة المقارنة .

   وعلى ضوء النتائج السابقة تم تغيير تركيب البيئة رقم 4 الى (جرام/لتر) جليسرول ، 40 ؛ نترات الأمونيوم 0.111 ؛ مستخلص الخميرة 1.033 ؛ فوسفات البوتاسيوم الثنائية 6.25 ؛ كبريتات الماغنسيوم 0.2 ؛ كلوريد صوديوم 0.75 ؛ كبريتات الحديدوز 0.005، وسميت هذه البيئة بيئة رقم 4 المعدلة وتم استخدامها فى الدراسات التالية لدراسة بقية العوامل .

*      تم دراسة اختلاف درجة الـ pH البيئة على إنتاج الكاروتين ووجد أن أعلى إنتاج كان 3.125 ملليجرام/لتر كان عند درجة pH = 5 حيث كان محتوى الخلايا من الكاروتين 0.043 % والمحصول 0.008 % والانتاجية 0.045 ملليجرام/لتر/ساعة .

*      تم دراسة تأثير أحجام مختلفة من اللقاح تتراوح من 1-5% (من معلق يحتوى 1.25 جرام خلايا جافة/اللتر) ، وكان أعلى إنتاج (3.469 ملليجرام/لتر) عند كمية لقاح 3 % .

*      تم استخدام بعض المواد الخام الصناعية مثل المولاس والشرش الحلو وعسل الجلوكوز ومخلف البطاطس النشوى كمواد رخيصة الثمن فى إنتاج الكاروتينات . ووجد أن جميع معاملات المواد الخام أعطت نتائج أقل من البيئة رقم 4 المعدلة . وكان أعلى إنتاج من الكاروتين (1.49 ملليجرام/لتر) وكذلك أعلى انتاجية (0.021 ملليجرام/لتر/الساعة) على بيئة رقم 4 المعدلة المضاف اليها المولاس (4% سكر) كمصدر للكربون .

ثانياً : إنتاج الكاروتينات باستخدام الدوارق المهتزة كمزرعة على مرحلتين :

تم استخدام ثمان معاملات من المزرعة ذات المرحلتين على البيئة رقم 4 المعدلة المضاف اليها نيتروجين أو الخالية منه بواسطة العزلة Rhodotorula glutinis 32 ، وكان أعلى إنتاج من الكاروتين عند تنمية الخلايا لمدة 24 ساعة فى المرحلة الأولى على البيئة رقم 4 المعدلة ثم تنميتها لمدة 72 ساعة فى المرحلة الثانية على نفس البيئة . وباستخدام هذه المعاملة زاد انتاج الكاروتين ومحتوى الخلايا حوالى 1.22 ، 1.23 ضعف على التوالى مقارنة بالنتائج المتحصل عليها بمزارع الدفعة الواحدة بالمخمر .

ثالثاً : إنتاج الكاروتينات باستخدام المخمر :

درس إنتاج الكاروتينات بزراعة سلالة R. glutinis 32 فى البيئة رقم 4 المعدلة فى المخمر كمزرعة ذات دفعة واحدة وذات المرحلتين ، والمزرعة ذات الدفعة الواحدة المغذاة . وقد تم دراسة تأثيردرجه حرارة التحضين وسرعات الرج على سلوك السلالة المختبرة كما يلى :-

1- إختبرت خمسة درجات حرارة مختلفة تراوحت بين 25م الى 34م ، وكانت أنسب درجة حرارة لإنتاج الكاروتينات هى 32م .

2- درست خمسة سرعات رج مختلفة تراوحت بين 150 الى 750 لفه فى الدقيقة . ولوحظ أن زيادة سرعة الرج يؤدى الى زيادة قياسات النمو والكاروتينات المنتجة حتى تصل الى أقصى قيمة لها عند سرعة 550 لفه فى الدقيقة مسجلة أقصى قيمة لكل من معدل النمو النوعى ، عدد الأجيال ، معدل التضاعف وكذلك أقل عمر جيل وهى 0.21 فى الساعة ، 0.3,3 ، 3.636 ، 3,3 ساعة على التوالى ، فى حين كانت قيم تركيز الكاروتينات ومحصوله بالنسبة لخلاياها 4.38 ملليجرام /التر ، 1.564ملليجرام/جرام على الترتيب .

3-    أوضحت نتائج إنتاج الكاروتينات فى المزرعة ذات المرحلتين أن تركيز الكاروتينات وإنتاجها وكذلك معدل انتاجها النوعى تقل فى بيئة المولاس عن البيئة رقم 4 المعدلة حوالى 27% ، 50% على التوالى . كما أن أعلى قيم لتركيز الكاروتينات ومحتواها والإنتاجية على البيئة الأخيرة كانت 4.24 ملليجرام/لتر ، 16% ، 0.044 ملليجرام/اللتر/الساعة على التوالى.

4-    أوضحت نتائج إنتاج الكاروتينات بإستخدام معدلين 8 ،66و2 جرام جليسرول/لتر/ساعة بطريقة التغذية على دفعات أن تركيز الكاروتينات ومحصولها بالنسبة للخلايا ومحتوى الكاروتين للخلايا والإنتاجية كانت 5.526 ملليجرام/لتر ، 1.7 ملليجرام/جرام ، 0.17% ، 0.77 ملليجرام/لتر/الساعة .

عموماً أوضحت النتائج أن استخدام المخمر سجل أعلى إنتاج للكاروتينات عن استخدام الدوارق المهتزة . بالإضافة إلى أن الإنتاج باستخدام معدل 4 جرام جليسرول/لتر فى الساعة أثناء الإنتاج بطريقة المزرعة المغذاة أدى إلى زيادة تركيز الكاروتينات ومحتوى خلايا R. glutinis 32منها وإنتاجيتها إلى 1.26 ، 1.09 ، 1.26 ضعف على التوالي وذلك عن مقارنتها بتلك المنتجة بطريقة المزرعة ذات الدفعة الواحدة بالمخمر .

رابعاً : تقييم مدى السمية لتناول الكاروتين الميكروبى ضمن الغذاء :

أجريت ثلاثة معاملات للفئران البيضاء ، المجموعة الأولى تناولت الغذاء المعتاد ، المجموعة الثانية الغذاء مضاف اليه كاروتين نباتى ، المجموعة الثالثة تناولت الغذاء المعتاد مضاف اليه كاروتين ميكروبى منتج من Rhodotorula glutinis 32 . وتم دراسة تأثير هذه المعاملات على كل من :

1- وظائف الغدة الدرقية والممثلة فى تقدير كل من Triiodothyronine (T3), Tetraiodothyronine (T4) .

2- وظائف الكبد والممثلة فى تقدير كل من إنزيمات

Glutamic pyruvate transaminase (GPT), Glutamic oxaloacetic transaminase (GOT) ، Alkaline phosphatase (ALP)

فى السيرم .

3-    وظائف الكُلى والممثلة فى تقدير تركيز كل من اليوريا والكرياتينين وحمض اليوريك فى الدم .

4- فحص الأمراض المتعلقة بأنسجة كل من الكُلى والكبد ، وأظهرت النتائج بعد التحليل الإحصائى عدم وجود أى فروق معنوية بين المعاملات الغذائية الثلاثة – كما لم تظهر أى أمراض أو اختلافات عند الفحص لأنسجة كل من الكُلى والكبد .

مما سبق يتضح أن استخدام الكاروتين الميكروبى فى الغذاء أو كمادة ملونة يعتبر آمن وليس له أي أعراض جانبية .

.SUMMARY

     Carotenoids producing yeast as Rhodotorula glutinis are used for carotenoids production by fermentation carotenoids are widely used as natural ingredients in food, feed and pharmaceutical industries. The optimal conditions for cell growth and carotenoids biosynthesis are known to be quite different. In Egypt, studies concerning carotenoids are limited and it is not produced on large scale. In view of these facts, the present work was achieved to study the production of carotenoids by fermentation. Studies were focused on :-

1.Selecting the most productive Rhodotorula strains on the best medium.

2.Studying factors affecting the production of carotenoids by R. glutinis 32 using shake flasks as a batch and two stage batch cultures.

3.Use of some available raw materials as substrates for carotenoids production on large scale.

4.Carotenoids production in bioreactor using different fermentation techniques namely, batch, two stage batch and fed-batch cultures.

5.Toxicological evaluation of extracted R. glutinis carotenoids in order to assess their safety as natural colorant and nutritional additive in experimental animals.

      

Results could be summarized as follows :-

I.Using shake flasks as a batch cultures for carotenoids production

1.Three media were compared as carotenoids production media by Rhodotorula strains. Medium 4 (Shabtai and Mukmenev, 1995) was the preferable medium for the propagation and carotenoids production by tested strains. R. glutinis 32 was selected as good carotenoid producing yeast to give highest production after 72 hrs (the optimum period) on med. 4.

2.Factors affecting carotenoids production.

 The synthetic med. 4 was chosen, as a base, to study different factors affecting carotenoids production by R. glutinis 32.

*Glycerol was the most favorable carbon source for growth and carotenoids production by R. glutinis 32. A positive correlation coefficient was found between glycerol concentration (10-50 gl-1) and carotenoids concentration. The maximum carotenoids content and productivity were attained at 4%.

*Addition of yeast extract to inorganic nitrogen source gave higher growth and carotenoids productions than each organic or inorganic source alone. The highest carotenoids production was obtained in med. 4 supplemented with ammonium nitrate and yeast extract at the nitrogen ratio of 1:5.

*Four concentrations of KH2PO4 (0- 7.5 gl-1), MgSO4. 7H2O (0- 0.25 gl-1), NaCl (0- 1.5 gl-1) and FeSO4. 7H2O (0- 0.02 gl-1) were added to med. 4 ( after replacing glucose and NH4SO4 by glycerol 4% and NH4NO3 + yeast extract, respectively) for carotenoids fermentation. Maximum carotenoids concentration, content and productivity were attained on productivity medium supplemented with KH2PO4, 6.25; MgSO4. 7H2O, 0.2; NaCl, 0.75 and FeSO4. 7H2O, 0.005 gl-1 which named modified med.4

*Data of vitamin treatments clearly show that there is no obvious difference could be detect between all treatments of vitamin additions (biotin, thiamin, folic acid & riboflavin) comparing to the control.

From the above results, the ingredient of basal med. 4 were modified to be (gl-1):

     Glycerol, 40; NH4NO3, 0.111; yeast extract, 1.033; KH2PO4, 6.25; MgSO4. 7H2O, 0.2; NaCl, 0.75 & FeSO4. 0.005 gl-1. The modified med. 4 was used to study the effect of following factors on carotenoids production by R. glutinis 32.

*Different levels of pH values were investigated. PH 5.0 was found to be the most favourable one for carotenoids production being 3.215 mgl-1. The corresponding figures for carotenoids content, yield and productivity were 0.043%, 0.008 % and 0.045 mgl-1h-1, respectively.

*Inoculation sizes ranging from 1-5 % (1.25 g dried cells L-1) were tested. The inoculation with 3 % cell suspension gave the highest carotenoids production being 3.469 mgl-1.

*Some industrial wastes such as molasses, sweet whey, glucose syrup and potato starchy waste were used as a substrate for carotenoids production by R. glutinis 32 using shake flasks as a batch culture. All treatments of tested raw materials gave the lower carotenoids production than modified med. 4. The highest production of carotenoids was obtained on modified med. 4 supplemented with molasses (4% sugar) as carbon source being 1.49 mgl-1 and 0.021 mgl-1h-1 for carotenoids concentration and productivity.

II. Using shake flasks as a two-stage batch culture for carotenoids production

     Eight treatments of two-stage batch culture were tested on modified med. 4 with or without nitrogen source for carotenoids production by R. glutinis 32. The highest production was obtained on productive medium during 24 and 72 hrs of first and second steps of cultivation, respectively. At this treatment, the carotenoids concentration and content increased 1.22 and 1.23 fold, respectively than that observed on one stage batch culture.

III. Production of carotenoids using bioreactor

     Carotenoids production was studies by cultivating R. glutinis 32 on modified med. 4 in bioreactor as a batch, two stage batch and fed batch culture. In batch culture, the effect of incubated temperature and agitation speeds on the behavior of tested strain were studied.

1.     Five different temperatures (from 25-34C) were tested, the best incubation temperature for carotenoids production was found to be at 32C.

2.     Five speeds of agitation (150-750 rpm) were investigated. Increasing the agitation speed, resulted in increasing the parameters of growth and carotenoids production, till reaching the maximum at 550 rpm. The maximum specific growth rate, number of generation & multiplication rate as well as lowest doubling time were 0.21 h-1, 3.636, 0.303, and 3.3 h, respectively. The corresponding figures for carotenoids concentration and yield coefficient were 4.38 mgl-1 and 1.564 mgg-1, respectively.

3.     Results of carotenoids production by R. glutinis 32 in two stage batch culture on modified med. 4 and molasses medium revealed that carotenoids concentration, productivity and specific production rate on molasses medium were decreased about 44% 27 % and 50%, respectively than that obtained on modified med. 4 after 72 hrs fermentation period. The highest figures of carotenoids concentration, content and productivity were obtained on modified med. 4 being 4.24 mgl-1, 0.16 % and 0.044 mgl-1h-1, respectively.

4.     Two feeding rate of glycerol being 8.0 & 2.66 gh-1 were studied during the production of carotenoids using continuous feeding in Fed batch culture. The highest carotenoids concentration, yield coefficient, content and productivity being 5.526 mgl-1, 1.7 mgg-1, 0.17% and 0.77 mgl-1h-1, respectively, were recorded by using feeding glycerol rate of 8.0 gh-1

     Generally, it could be stated that bioreactor techniques gave higher carotenoids production and lower cell dry weight than shaker techniques. Moreover, using fed batch bioreactor technique at 8.0 gh-1feeding rate increased the carotenoids concentration, content and productivity by R.glutinis 32 to 1.26, 1.09 and 1.26 fold, respectively as compared with that obtained in batch bioreactor technique on modified med.4

IV. Toxilogical evaluation of microbial carotenoids:

 

     These experiments were constructed by studying the effect of plant, microbial carotenoid or normal dite administration on thyroid function and daily gain of white rats. The statistical analysis of the results revealed that the difference in T3 (Thriiodothyronine), T4 (Thyroxine) and daily gain among the three groups were insignificant .

     Regarding animals feeding experiments on liver function which express as GPT, GOT and ALP levels in serum, statistical analysis proved that the differences of the previous enzymes among the three groups were insignificant except GPT. The histopathological studies of liver rats of three the groups had a normal histological structure.

     As regards to the effect of animals feeding on plant or microbial carotenids in addition to control treatment on kidney functions which express as urea, creatinine and uric acid concentration. The statistical analysis proved that there were significant differences among the three groups in creatinine and uric acid (mg/dl), whereas no significant differences in urea concentration in blood.

 

     The histopathological studies showed normal histological structure of kidney rats either feeding on plant or microbial carotenoids. Therefore, no clinical signs to toxicity or mortality of the animal during the entire periods of treatments.

بيانات الكاتب

مركز النظم للدراسات  وخدمات البحث العلمي مركز النظم للدراسات وخدمات البحث العلمي يُعد مركز النظم للدراسات وخدمات البحث العلمي أحد المراكز العلمية المتميزة في مجاله لما يقدمه من خدمات راقية تغطي كافة احتياجات طلاب وطالبات الدراسات العليا ، حيث يضم المركز بين جنباته كفاءات علمية عالية تم اختيارها بدقة وعناية لتقديم أفضل الخدمات الممكنة، فمنذ تأسيسه عام 1421هـ وهو يسير بخطوات واثقة لمساعدة طلاب الدراسات العليا، ومد يد العون لهم، في كافة المجالات والتخصصات ، من مختلف المراحل الماجستير والدكتوراه.
  • أرسل إلى صديق أرسل إلى صديق
  • نسخة للطباعة نسخة للطباعة
  • نسخة نصية كاملة نسخة نصية كاملة

علامات مرتبطة:

لا توجد علامات لهذا الموضوع

من اختيارات المحررين

اسم الطالب خالد حسن فليح الملاجي جامعة آل البيت - معهد بيت الحكمة- قسم العلوم السياسية ... تفاصيل أكثر
عبدالرحمن غانم مشلح الرشيدي جامعة آل البيت- كلية القانون- قسم القانون ... تفاصيل أكثر
ناصر هني فلاح الرشيدي جامعة آل البيت - كلية القانون- قسم القانون ... تفاصيل أكثر
علي مشعل هلال العتيبي جامعة آل البيت : الكلية كلية الشريعة القسم الفقه وأصوله ... تفاصيل أكثر
مها عبدالكريم عرنوس مشاقبة الكلية:كلية العلوم التربوية القسم:المناهج والتدريس/العلوم ... تفاصيل أكثر

من المقالات الجديدة

التحكيم في العقود الإدارية في الكويت دراسـة مقارنـة- خالد فلاح عواد العنزي

القاهــــــــــرة الحقــــــــــوق القانون العــــــام الدكتوراه 2007

أثر المتغيرات الاقليمية على السلوك الخارجي لدولة الإمارات العربية المتحدة (2010-2019)

راشد محمد راشد الشحي جامعة آل البيت- معهد بيت الحكمة- العلوم السياسية

أثر المتغيرات الإقليمية على الاستقرار السياسي في الأردن 2011-2019

اسم الطالب خالد حسن فليح الملاجي جامعة آل البيت - معهد بيت الحكمة- قسم العلوم السياسية

الشرط التحكيمي في المنازعات التجارية : دراسة مقارنة بين التشريعين الأردني والكويتي

عبدالرحمن غانم مشلح الرشيدي جامعة آل البيت- كلية القانون- قسم القانون

الإشتراط لمصلحة الغير وتطبيقاتها الحديثة : دراسة مقارنة

ناصر هني فلاح الرشيدي جامعة آل البيت - كلية القانون- قسم القانون

أحكام الناخب والمنُتخب في الفقه الإسلامي والقانون الكويتي : دراسة مقارنة

علي مشعل هلال العتيبي جامعة آل البيت : الكلية كلية الشريعة القسم الفقه وأصوله

أثر استخدام دورة التقصي الثنائية في اكتساب المفاهيم العلمية لدى طالبات الصف السابع الأساسي في ضوء النمو العقلي لهن

مها عبدالكريم عرنوس مشاقبة الكلية:كلية العلوم التربوية القسم:المناهج والتدريس/العلوم
Powered by ePublisher 2011