پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

مطالعه سینتیک رشد و تولید کمپلکس کیتین- گلوکان در کشت غوطه ور قارچ دارویی گنودرما لوسیدوم

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

اکرم مرادی تنها 1
اشرف‌السادات حاتمیان زارمی 1
بهمن ابراهیمی حسین‌زاده 1
زهرا بیگم مختاری حسینی 2
سهیل کیانی راد 2

1 گروه مهندسی علوم زیستی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران،

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی نفت و پتروشیمی، دانشگاه حکیم سبزواری

چکیده
گنودرما لوسیدوم یکی از شناخته شده‌ترین قارچ‌های دارویی جهان است. این قارچ حاوی مقادیر قابل توجهی از متابولیت‌های ثانویه و پلی‌ساکاریدهای خارج و داخل سلولی می‌باشد که هریک از آن‌ها مصرف دارویی و پزشکی بخصوصی دارند. کمپلکس کیتین گلوکان (CGC) از پلی‌ساکاریدهای مهم این قارچ محسوب می شود. از بین ده محیط کشت متفاوت که مورد آزمایش قرار گرفت، محیط کشت دارای مقدار 24 گرم در لیتر PDB و 1 گرم در لیتر پپتون با میزان وزن خشک سلولی برابر 6/11 گرم در لیتر، مقدار CGC تولیدی برابر 2/3 گرم در لیتر و 6/27 درصد CGC در وزن خشک سلولی، به‌عنوان محیط کشت مناسب انتخاب شد. برای مشخصه یابی CGC تولید شده آنالیز FTIR و بررسی خاصیت ضدباکتریایی انجام شد. پروفایل زمانی رشد و تولید CGC به مدت 20 روز به دست آمد و با استفاده از مدل رشد لجستیک و لودکینگ- پایرت، ضریب ویژه رشد قارچ گنودرما لوسیدوم (mµ) و نرخ بهره‌وری حجمی تولید محصول به ترتیب 1- day5274/ و0 g CGC L -1 day-1 85/2 محاسبه شد. نتایج نشان داد که انطباق خوبی بین دادهای تجربی رشد سلولی با مدل لجستیک (9679/0 R2 =) و داده های تجربی تولید CGC با مدل لودکینگ-پایرت (9901/0 R2 =) وجود دارد. مدل سینتیکی ارائه شده می‌تواند راهنمایی موثر برای کنترل فرآیند تخمیر در تولید صنعتی پلیمر ارزشمند CGC باشد.

کلیدواژه‌ها

گنودرما لوسیدوم
پلی‌ساکارید کیتین-گلوکان
کشت غوطه ور
مدل سینتیکی
قارچ‌ دارویی

موضوعات

عنوان مقاله English

A Study of growth and chitin-Glucan complex production kinetics in submerged culture of medicinal fungus Ganoderma lucidum

چکیده English

Ganoderma lucidum is one of the best-known medicinal mushrooms in the world. It contains substantial amounts of intra- and extracellular secondary metabolites and polysaccharides each with its own specific medicinal and medical uses. The chitin-glucan complex (CGC) is considered one of the important polysaccharides of this fungus. Among the 10 various culture media that were studied, the one containing PDB at 24g/l, peptone at 1g/l, and with the dry weight of cells of 11.6 g/l, the produced CGC of 3.2g/l, and with 27.6 percent CGC in the dry weight of the cells was selected as the suitable culture medium. FTIR analysis was performed for characterization of the produced CGC and its antibacterial properties were studied. The obtained time profile for CGC growth and production was 20 days and, using the logistic growth model and the Lodding-Pipet equation, the calculated specific growth rate of Ganoderma lucidum (μm) and the volumetric productivity for the product were 2.85 g CGC L-1day-and 0.5274 day-1, respectively. The calculations indicated there were high degrees of conformance between the model and the laboratory data related to kinetic characteristics of cell growth (R2= 0.9679) and to CGC production (R2=0.9901). Therefore, the introduced kinetic model can serve as an effective guide to control the fermentation process in industrial production of the valuable CGC polymer.

کلیدواژه‌ها English

Ganoderma lucidum
Chitin-glucan polysaccharide
submerged culture
Kinetic model
Medicinal mushroom
Chen Y., Xie M.Y., Li W.J., Zhang H., Nie S.H., Wang Y., Li C.H., An effective method for deproteinization of bioactive polysaccharides extracted from Lingzhi (Ganoderma atrum), Food Sci. Biotechnol., 21, 191-198, 2012.
2. Shi L., Ren A., Mu D., Zhao M., Current progress in the study on biosynthesis and regulation of ganoderic acid, Appl. Microbiol. Biotechnol., 88, 1243-1251, 2010.
3. Paterson R. R. M., Ganoderma–a therapeutic fungal biofactory, Phytochemistry, 67, 1985–2001, 2006.
4. Wang G. Zhang J., Mizuno T., Zhuang C., Ito H., Mayuzumi H., Antitumor active polysaccharides from the Chinese mushroom Songshan lingzhi, the fruiting body of Ganoderma tsugae, Biosci. Biotechnol. Biochem., 57, 894–900, 1993.
5. Lin S. B., Li C. H., Lee S. S., Kan L.S., Triterpene-enriched extracts from Ganoderma lucidum inhibit growth of hepatoma cells via suppressing protein kinase C, activating mitogen-activated protein kinases and G2-phase cell cycle arrest, Life Sci., 72, 2381–2390, 2003.
6. Kim S., Hwang H., Xu C., Sung J., Choi J., Yun J., Optimization of submerged culture process for the production of mycelial biomass and exo‐polysaccharides by Cordyceps militaris C738, J. Appl. Microbiol., 94, 120–126, 2003.
7. Bao X. F., Zhen Y., Ruan L., Fang J.N., Purification, characterization, and modification of T lymphocyte-stimulating polysaccharide from spores of Ganoderma lucidum, Chem. Pharm. Bull., 50, 623–629, 2002.
8. Zhang H.N. and Lin Z.B., Hypoglycemic effect of Ganoderma lucidum polysaccharides, Acta Pharmacol. Sin, 25, 191–195, 2004.
9. Kim B. K., Cho H. Y., Kim J. S., Kim H. W., Choi E. C., Studies on constituents of higher fungi of Korea (LXVIII). Antitumor components of the cultured mycelia of Ganoderma lucidum, Korean J. Pharmacol, 24, 203–212, 1993.
10. Nwe N., Stevens W.F., Tokura S., Tamura H., Characterization of chitosan and chitosan–glucan complex extracted from the cell wall of fungus Gongronella butleri USDB 0201 by enzymatic method. Enzyme. Microbe. Technol., 42, 242–251, 2008.
11. Roca C. Chagas B., Farinha I., Freitas F., Mafra L., Aguiar F., Oliveira R., Reisa M.A.M., Production of yeast chitin–glucan complex from biodiesel industry byproduct, Process. Biochem., 47, 1670–1675, 2012.
12. Gautier S., Pie G. E., Chitin–glucan, a natural cell scaffold for skin moisturization and rejuvenation, Int J Cosmet Sci., 30, 459–469, 2008.
13. Farinha I., Chitin–glucan complex production by Komagataella pastoris : Downstream optimization and product characterization, Carbohydr. Polym., 130, 455–464, 2015.
14. Meichik N. R., Vorob D. V., Chitin – Glucan Complex in Cell Walls of the Peltigera aphthosa Lichen, Appl. Biochem. Microbiol., 48, pp. 307–311, 2012.
15. Chagas B., Farinha I., Galinha C. F., Freitas F., Reis M. A. M., Chitin-glucan complex production by Komagataella (Pichia) pastoris: Impact of cultivation pH and temperature on polymer content and composition, N. Biotechnol., 31, 468–474, 2014.
16. Nwe N., Stevens W.F., Tokura S., Tamura H., Characterization of chitosan and chitosan–glucan complex extracted from the cell wall of fungus Gongronella butleri USDB 0201 by enzymatic method. Enzyme Microb. Technol., 42, 242–251. 2008.Smirnou D., Krcmar M., Prochazkova E. V. A., Chitin-Glucan complex production by Schizophyllum commune submerged cultivation, 60, 223–228, 2011.
17. Gomez-Miranda B., Leal A.J., Extracellular and cell wall polysaccharides of Aspergillus alliaceus, Trans. Br. Mycol. Soc., 76, 249–253, 1981.
18. Vysotskaya M. R., Maslova G. V., Petrova V. A., Nud L. A., Electrochemical recovery of Chitin – Glucan complex from Pleurotus ostreatus Basidial Fungus and properties of the product, Russ. J. Appl. Chem., 82, 1390–1395, 2009.
19. Feofilova E. P., Nemtsev D. V., Tereshina V. M., Memorskaya A. S., Developmental change of the composition and content of the Chitin – Glucan complex in the Fungus Aspergillus niger, Appl. Biochem. Microbiol., 42, 624–628, 2006.
20. Znad H, Blazej M, Bales V, Markos J. A kinetic model for gluconic acid production by Aspergillus niger. Chem. Pap., 58, 23-8, 2004.
21. Rajendran A, Thangavelu V., Statistical experimental design for evaluation of medium components for lipase production by Rhizopus arrhizus MTCC 2233, LWT-Food Sci. Technol., 42, 985-992, 2009.
22. Benkortbi O, Hanini S, Bentahar F., Batch kinetics and modelling of Pleuromutilin production by Pleurotus mutilis, Biochem. Eng. J., 36, 14-8. 2007.
23. Feng YL, Li WQ, Wu, XQ, Cheng, JW, Ma SY. Statistical optimization of media for mycelial growth and exo-polysaccharide production by Lentinus edodes and a kinetic model study of two growth morphologies, Biochem. Eng. J. 49, 104-122, 2010.
24. Jie Feng, Jing-Song Zhang, Wei Jia, Yan Yang, Fang Liu, Chi-Chung Lin, An Unstructured kinetic model for the improvement of Triterpenes production by Ganoderma lucidum G0119 based on nitrogen source effect, Biotechnol. Bioprocess Eng., 19, 727-732, 2014.
25. Abdel-mohsen A. M., Jancar J., Massoud D., Fohlerova Z., Elhadidy H., Novel chitin/chitosan-glucan wound dressing: Isolation, characterization, antibacterial activity and wound healing properties, Int. J. Pharm., 510, 86–99, 2016.
26. Pestov A. V., Drachuk S. V., Koryakova O. V., Yatluk Y. U. G., Isolation and characterization of Chitin-Glucan complexes from the mycothallus of Fungi Belonging to Russula Genus, Chem .Sustain. Develop. 17, 281–287, 2009.
27. Park J.P., Kim Y.M., Kim S.W., Effect of aeration rate on the mycelial morphology and exo-biopolymer production in Cordyceps militaris, Process Biochem., 37, 1257–1262, 2002
28. Lee B.C., Bae J.T., Lee B.C., Bae J.T., Pyo H.B., Submerged culture conditions for the production of mycelial biomass and exopolysaccharides by the edible Basidiomycete Grifola frondosa, Enzyme Microb. Technol., 35, 369–376, 2004.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما