Wpływ makroelementów na proces biosyntezy kwasu szczawiowego z glicerolu przez Aspergillus niger

• Autorzy: Ewa Walaszczyk , Waldemar Podgórski , Dominik Marzec

Warianty tytułu

Impact of Macro-Elements on Oxalic Acid Biosynthesis Process by Aspergillus niger with Glicerol

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Kwas szczawiowy jest najprostszym organicznym kwasem dikarboksylowym. Równocześnie jest to bardzo rozpowszechniony kwas roślinny. Pomimo swoich toksycznych właściwości stosowany jest w produkcji żywności jako: inhibitor enzymatycznego brązowienia owoców, stabilizator poprawiający zapach produktów spożywczych i czynnik klarujący. Ze względu na zwiększające się ilości odpadowego glicerolu, powstającego w produkcji biodiesla, nasilają się badania dotyczące wykorzystania go jako źródła węgla w procesach biotechnologicznych. Celem pracy było określenie możliwości wykorzystania glicerolu jako źródła węgla i energii w procesie biosyntezy kwasu szczawiowego przez szczep Aspergillus niger W78C w hodowlach wstrząsanych oraz ustalenie optymalnego stężenia makroelementów w podłożu stosowanym w tym procesie. Glicerol w procesie biosyntezy kwasu szczawiowego okazał się dobrym źródłem węgla i energii. Najlepsze wyniki bioprocesu - ponad 43 g dm^-3 kwasu szczawiowego - uzyskano w wariancie z podłożem zawierającym: 1,30 g dm^-3 NH₄NO₃, i po 0,3 g dm^-3KH₂PO₄ i MgSO₄-7H₂O. Brak fosforu w podłożu był czynnikiem krytycznym wzrostu biomasy, co znacząco ograniczało syntezę kwasu szczawiowego. Istotnym składnikiem podłoża był także azot. Hodowla realizowana w wariancie ze zbyt małym stężeniem tego pierwiastka (0,12 g NH₄NO₃ dm^-3) charakteryzowała się słabym wzrostem biomasy i niskimi wartościami stężenia produktu. Obecność soli magnezu nie była krytyczna dla przebiegu procesu. Brak dodatku do podłoża tego składnika ograniczał przyrost produktu o około 2 g dm^-3). (abstrakt oryginalny)

EN

Oxalic acid is the simplest organic dicarboxylic acid. At the same time, it is a very common plant acid. Despite its toxic properties, it is used in the food industry as an agent to inhibit enzymatic browning of fruits, as a stabilizer to improve the aroma of food products, and as a clarification agent. Owing to the increasing amounts of waste glycerol produced during the production of bio-diesel, there are more and more researches into the application of this waste product as a source of carbon in biotechnological processes. The objective of this paper was to study the possibility of utilizing glycerol as a source of carbon and energy in the oxalic acid biosynthesis process by Aspergillus niger W78C in the shaking flasks-based cultures, as well as to determine the optimum concentration of macro-elements in the medium applied in the process. In the biosynthesis process, glycerol appeared to be a good source of carbon and energy in the bio-production of oxalic acid. The best bioprocess results, more than 43 g dm^-3 of oxalic acid, were obtained in the variant of the medium containing: 1.30 g dm^-3 NH₄NO₃, and 0.3 g dm^-3 of KH₂PO₄ and MgSO₄-7H₂O. The lack of phosphorus in the medium was a critical factor as regards the growth of biomass, and this fact significantly limited the production of oxalic acid. Nitrogen was found to be, also, an important component of the medium. The culture developed in the variant with a too low concentration level of this element (0.12 g NH₄NO₃ dm^-3) was characterized by a low growth level of biomass and by low values of the product concentration. The presence of magnesium salt was not critical for the process to run. The lack of this component limited the increase in the growth of this product by ca. 2 g dm^-3. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Biotechnologia; Chemia

EN

Biotechnology; Chemistry

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 18 (2011)
• Numer: nr 1 (74)
• Strony: 165--172

Twórcy

autor

Ewa Walaszczyk

• Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu

autor

Waldemar Podgórski

• Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu

autor

Dominik Marzec

• Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu

Bibliografia

• [1] Andre A., Diamanatopoulou P., Philippoussis A., Sarris D., Komaitis M., Papanikolaou S.: Biotechnological conversions of bio-diesel derived waste glycerol into addend-value compounds by higher fungi: production of biomass, single cell oil and oxalic acid. Ind. Crops Prod., 2010, 31, 407-416.
• [2] Bohlmann J.T., Cameselle C., Nunez M.J., Lema J.M.: Oxalic acid production by Aspergillus niger. Part II: Optimisation of fermentation with milk whey as carbon source. Bioprocess Eng., 1998, 19, 337-342.
• [3] Bomstein R. A., Johnson M. J.: The mechanism of formation of citrate and oxalate by Aspergillus niger. J. Biol. Chem., 1952, 198 (1), 143-153.
• [4] Cameselle C., Bohlmann J.T., Nunez M.J., Lema J.M.: Oxalic acid production by Aspergillus niger. Part I: Influence of sucrose and milk whey as carbon source. Bioprocess Eng., 1998, 19, 247-252.
• [5] Cleland W. W., Johnson M. J.: Studies on the formation of oxalic acid by Aspergillus niger. J. Biol. Chem., 1956, 220 (2), 595-606.
• [6] Dyrektywa 2003/30/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 8 maja 2005 r. w sprawie wspierania użycia w transporcie biopaliw lub innych paliw odnawialnych.
• [7] Foryś E., Podgórski W.: Application of replicated 23 full factorial central composite circumscribed design of experiment (CCC DOE) for the optimization of oxalate biosynthesis by Aspergillus niger W78C. Acta Sci. Pol. Biotechnologia, 2004, 3 (1-2), 43-53.
• [8] Foryś E., Podgórski W.: Kwas szczawiowy i jego sole. Właściwości, otrzymywanie i zastosowanie. Prace Nauk. AE we Wrocławiu. Technologia. 2004, 11 (1018), 51-69.
• [9] Foryś E., Podgórski W., Kaczyńska M.: Wpływ makroelementów na proces biosyntezy kwasu cytrynowego z glicerolu przez Aspergillus niger W78B. Acta Sci. Pol. Biotechnologia, 2007, 6 (4), 31-37.
• [10] Lesisz M., Pindel M.: Lotos Biopaliwa - producent FAME w Grupie Lotos. Przem. Chem., 2006, 12 (85), 1580-1584.
• [11] Leśniak W., Pietkiewicz J., Podgórski W.: Citric acid fermentation by trace metal resistant mutant of Aspergillus niger on starch and dextrose syrups. Biotechnol. Lett., 2002, 24 (13), 1065-1067.
• [12] Leśniak W., Podgórski W. Pietkiewicz J.: Możliwości zastosowania hydrolu glukozowego do produkcji kwasu cytrynowego. Przem. Ferm. Owoc. Warz., 1986, 30 (6), 22-25.
• [13] Mandal S.K., Banerjee P.C.: Submerged production of oxalic acid from glucose by immobilized Aspergillus niger. Process Biochem., 2005, 40, 1605-1610.
• [14] Papanikolaou S., Aggelis G.: Biotechnological valorization of biodiesel derived glycerol waste through production of single cell oil and citric acid by Yarrowia lipolytica. Lipid Technol., 2009, 21, 83-87.
• [15] Podgórski W.: Kinetyczny model wzrostu Aspergillus niger W78B w okresowym procesie biotransformacji glukozy do kwasu glukonowego. Inż. Apar. Chem., 2005, 44 (36), 79-80.
• [16] Podgórski W., Leśniak W.: Biochemical method of oxalic acid production from beet molasses. Chem. Pap., 2003, 57 (6), 408-412.
• [17] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 15 czerwca 2007 r. w sprawie Narodowych Celów Wskaźnikowych na lata 2008-2013. Dz. U. 2007 r. Nr 110, poz. 757.
• [18] Rymowicz, W., Rywińska A., Gładkowski W.: Simultaneous production of citric acid and erythritol from crude glycerol by Yarrowia lipolytica Wratislavia K1. Chem. Pap., 2008, 62, 239-246.
• [19] Shu P., Johnson M. J.: The interdependence of medium constituents in citric acid production by submerged fermentation. J. Bacteriol. 1948, 56 (5), 577-585.
• [20] Tęcza W., Kijeński J., Jamróz M.E.: Etery alkilowe gliceryny jako efektywne dodatki do paliw silnikowych. Przem. Chem., 2006, 12 (85), 1594-1596.
• [21] Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych. Dz. U. 2006 r. Nr 169, poz. 1199.
• [22] Wasilewicz-Nidebalska W., Kijeński J., Lipkowski A.W., Różycki K.: Postępy w rozwoju badań nad otrzymywaniem biodiesla. Przem. Chem., 2006, 12 (85), 1586-1591.