بررسی تاثیر نوع سوبسترا و سویه قارچی تریکودرما ریزیی بر تولید سلولاز و اعمال جهش با هدف بهبود تولید آنزیم در سامانه تخمیر حالت جامد

نوآوری در علوم و فناوری غذایی

مقاله 1، دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 37، مهر 1397، صفحه 1-13   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

نازنین داراب زاده¹؛ زهره حمیدی اصفهانی^{* 1}؛ پریسا حجازی²

¹گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

²گروه شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

سلولاز، آنزیمی مرکب شامل اندوگلوکاناز، اگزوگلوکاناز و بتا گلوکوزیداز می باشد که برای آبکافت سلولز استفاده می شود. سومین آنزیم صنعتی بوده و 20 درصد بازار آنزیم جهان را به خود اختصاص داده است. کاربرد وسیعی در صنایع مختلف غذایی و نوشیدنی، سوخت زیستی، کاغذ و پالپ، شوینده ها، غذای حیوان و نساجی دارد. ریزاندامگان مختلف دارای توانایی تولید سلولاز هستند اما، تریکودرما ریزئی یکی از مناسب ترین گزینه ها می باشد. از آنجا که کاهش هزینه های تولید، نقش مهمی در کاربردی و صنعتی نمودن فرآیند دارد، کاربرد سوبستراهای ارزان قیمت اهمیت ویژه دارد. لذا در این مطالعه، ضایعات برنج به عنوان سوبسترا مورد بررسی قرار گرفتند. ابتدا تولید سلولاز توسط سه سویه ی تریکودرما ریزئی 2414، 2415 و 2416، از طریق آزمون کونگو رد مقایسه شد. نتایج نشان داد تریکودرما ریزئی 2414 دارای بیشترین فعالیت تولید سلولاز بود. سپس، کشت روی سوبستراهای سبوس، کاه و پوست برنج به صورت منفرد و ترکیبی انجام شده و با آزمون FPAse، ترکیب هر سه سوبسترا با نسبت های یکسان، به عنوان بهترین سوبسترا انتخاب شد. با هدف افزایش فعالیت آنزیمی، تریکودرما ریزئی 2414 در معرض تابش پرتو گاما قرار گرفته و جهش داده شد. پس از جهش، ابتدا آزمون کونگو رد انجام شد و دو کلونی انتخاب شدند و سپس میزان فعالیت سلولازی آن ها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد یکی از کلونی های جهش یافته به صورت معنی داری، دارای فعالیت FPase بیشتر از سویه مادر بوده و جهش تاثیر معنی دار داشته است. پایداری سویه جهش یافته طی 9 نسل مورد ارزیابی قرار گرفته و تایید شد.

کلیدواژه‌ها

تریکودرما ریزئی؛ جهش؛ سلولاز؛ فعالیت آنزیمی؛ تخمیر حالت جامد

مراجع

 

از آنجا که مواد سلولزی، فراوان ترین منابع کربنی تجدید پذیر در جهان هستند و نیاز روزافزون به کاربرد این مواد به عنوان مواد اولیه با اهداف مختلف احساس می‌شود و نیز سلولاز، آنزیم مورد استفاده برای آبکافت سلولز، می‌باشد و نظر به اهمیت کاربرد زیست‌فناوری در تولید سلولاز و توجه ویژه‌ای که اخیرا به دلیل مزایای مخصوص و منحصر به فرد سامانه تخمیر حالت جامد، به سمت آن معطوف شده است، کاربرد سامانه تخمیر حالت جامد برای تولید سلولاز مجال بررسی دارد. از سوی دیگر لزوم کاهش هزینه‌های تولید در این سامانه، کاربرد سوبستراهای ارزان‌قیمت مانند ضایعات کشاورزی و نیز بهبود سویه با هدف افزایش راندمان تولید آنزیم را می‌طلبد.

 

1. احمدی، ک.، قلی زاده، ح.، عباد زاده، ح.، حسین پور، ر.، حاتمی، ف.، فضلی، ل.، کاظمیان، آ. و رفیعی، م. 1394. آمارنامه کشاورزی سال 1393. چاپ اول. وزارت جهاد کشاورزی، معاونت برنامه ریزی و اقتصادی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات. ص 16-19.
2. حسینی، ز. 1385. روش‌های متداول در تجزیه‌ی مواد غذایی. شیراز. دانشگاه شیراز. 
3. خیاطی، غ.، انوری، م. و فاطمی، م. 1381. تولید آنزیم سلولاز از ضایعات لیگنوسلولزی به کمک تکنیک تخمیر در بستر جامد. مجله علوم پایه دانشگاه الزهرا، جلد15، شماره 2، ص 29 -35 .
4. قربانی تنکابنی، ا، خیاطی، غ. و نصرالهی، آ. 1391. استفاده از پسماند کشاورزی توسط قارچ تریکودرما ریسئی به منظور افزایش تولید آنزیم سلولاز. مجله علمی- پژوهشی زیست‌فناوری میکروبی دانشگاه آزاد اسلامی، 4 (15)، 39-44.
5. کشاورز هدایتی، ع. ا.، اعلمی، م.، معتمدزادگان، ع.، مقصودلو، ی.، قربانی، م. و دارائی گرمه خانی، ا. 1390. بررسی ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکوشیمیایی سبوس برنج ایرانی. مجلّه ی علمی پژوهشی علوم و فنّاوری غذایی، سال چهارم، شماره ی 3، 1-7.
6. Bhargavi. M. and Singara, C. 2010. Influence of physical and chemical mutagens on dye decolorizing Mucormucedo. Afr. J. Microbiol Res Sept., 4(17), 1808-1813.
7. Brijwani, Kh., Singh Oberoi, H. and Vadlani, P. V. 2010. Production of a cellulolytic enzyme system in mixed-
9. culture solid-state fermentation of soybean hulls supplemented with wheat bran. Process Biochem., 45, 120-128.
10. Chahal, D. S. 1985. Solid-state fermentation with Trichoderma reesei for cellulose production. Appl Environ Microbiol., 49, 205-210.
11. Elakkiya, P. and Muralikrishnan, V. 2014. Cellulase production and purification of mutant strain Trichoderma viride. Int.J.Curr.Microbiol.App.Sci., 3(9), 720-727.
12. FAO, 2014. Rice market monitor.Florencio, C., Couri, S. and Sanchez Farinas, C. 2012. Correlation between agar alate screening and Solid-State Fermentation for the prediction of cellulase production by Trichoderma strains. Enzyme Res., 1-7.
13. Ghose, T.K., (1987). Measurements of cellulase activities. Pure Appl. Chem., 59: 257–268.
14. Guowei, Sh., Man, H., Shikai, W. and He, Ch. 2011. Effect of some factors on Production of cellulase by Trichoderma reesei HY07 Procedia. Environ Sci., 8, 357-361.
15. Jha, K., Khare, S. K. and Gandhi, A. P. 1995. Solid state fermentation of soyhull for the production of cellulase. Bioresour. Technol., 54, 321-322.
16. Kotchoni, O.S. and Shonukan, O.O. 2002. Regulatory mutations affecting the synthesis of cellulose in B. pumilus. World J. Microbiol. Biotechnol., 18, 487-491.
17. Kovas, K., Megyeri, L., Szakacs, G., Kubicek, Ch. P., Galbe, M., and Zacchi, G. 2008. Trichoderma atroviride mutants with enhanced production of cellulase and β-glucosidase on pretreated willow. Enzyme Microb. Technol., 43 (1), 48-55.
18. Kuar, P. P., Arneja, J. S. and Singh, J. 1998. Enzymic Hydrolysis of Rice Straw by Crude Cellulase from Trichoderma reesei. Bioresour. Technol., 66, 267-269.
19. Kumar, A., Mohanta, K., KumarT D. and Parkash, O. 2012. Properties and industrial applications of rice husk: IJESE., 2(10), 86-90.
20. Latifian, M., Hamidi-Esfahani, Z. and Barzegar, M. 2007. Evaluation of culture conditions for cellulase production by two Trichoderma reesei mutants under solid-state fermentation conditions. Bioresour. Technol., 98, 3634-3637.
21. Li, X.H., Yang, J., Roy, B., Park, E.Y. and Jiang, L.J. 2010. Enhanced cellulase production of the Trichoderma viride mutated by microwave and ultraviolet. J. Microbiol. Res., 165 (3), 190-198.
22. Liming, X. and Xueliang, Sh. 2004. High-yield cellulase production by Trichoderma reesei ZU-02 on corn cob residue. Bioresour. Technol., 91, 259-262.
23. Lin, Y., Tanaka, S. 2006. Ethanol fermentation from biomass resources: current state and prospects. Appl. Microbiol. Biotechnol., 69 (6), 627–42.
24. Ma, L., Li, Ch., Yang, Zh., Jia, W., Zhang, D. and Chen, Sh. 2013. Kinetic studies on batch cultivation of Trichoderma reesei and application to enhance cellulase production by fed-batch fermentation. J. Biotechnol., 166, 192-197.
25. Maurya, D. P., Singh, D., Pratap, D. and Maurya, J.P. 2012. Optimization of solid state fermentation condition for the production of cellulase by Trichoderma reesei. J. Env. Biol., 33, 5-8.
26. Miettinen-Oinonen, A., Suominen, P. Enhanced production of Trichoderma reesei endoglucanases and use of the new cellulose preparations in producing the stone- washed effect on denimfabric. 2002. Appl. Environ. Microbiol., 68 (8), 3956–64.
27. Miller, G.L. 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal. Chem., 31, 426-429.
28. Pandey, A. 2003. Solid state fermentation. Biochem. Eng. J., 13 (2-3), 81-84.
29. Pandey, S., Srivastava, M., Shahid, M., Kumar, V., Singh, A., Trivedi, S. et al. 2015. Trichoderma species cellulases produced by solid state fermentation. J Data Mining Genomics Proteomics., 6(2), 1-4.
30. Panedy, A., Selvakumar, P., Soccol, C., R. and Nigam, P. 1999.Solid state fermentation for the production of industrial enzymes. Curr. Sci., 77(1), 149-162.
31. Raghuwanshi, S., Deswal, D., Karp, M. and Kuhad, R. Ch. 2014.  Bioprocessing of enhanced cellulase production from a mutant of Trichoderma asperellum RCK 2011 and its application in hydrolysis of cellulose. Fuel 124: 183- 189.
32. Rocky-Salimi, K. and Hamidi-Esfahani, Z. 2010. Evaluation of the effect of particle size, aeration rate and harvest time on the production of cellulase by Trichoderma reesei QM9414 using response surface methodology. Food Bioprod. Process., 88, 61-66.
33. Singh Dhillon, G., Singh Oberoi, H., Kaur, S., Bansal, s. and Kaur Brar, S. 2011. Value-addition of agricultural wastes for augmented cellulase and xylanase production through solid-state tray fermentation employing mixed-culture of fungi. Ind. Crops. Prod., 34, 1160-1167.
34. Singhania, R. R., Sukumaran, R. K. and Pandey, A. 2007. Improved cellulase production by Trichoderma reesei RUT C30 under SSF through process optimization. Appl. Biochem. Biotechnol., 142(1), 60-70.
35. Singhania, R. R., Sukumaran, R. K., Patel, A. K., Larroche, Ch. And Pandey, A. 2010. Advancement and comparative profiles in the technologies using solid-state and submerged fermentation for microbial cellulases. Enzyme. Microb. Technol., 46, 541-549.
36. Thomas, L., Larroche, Ch., and Pandey, A. 2013. Current developments in solid-state fermentation. Biochem. Eng. J., 81, 146-161.
37. Xia, L. and Cen, P. 1999. Cellulase production by solid state fermentation on lignocellulosic waste from the xylose industry. Process Biochem., 34, 909-912.
38. Xu, F., Wang, J., Chen, S., Qin, W., Yu, Z., Zhao, H., Xing, X. and Li, H. 2011. Strain improvement for enhanced production of cellulase in Trichoderma viride. Appl. Biochem. Microbiol., 47 (1), 53-58.
39. Yoon, L. W., Ang, T. N., Ngoh, G. Ch. And Chua, A. S. M. 2014. Fungal solid state fermentation and various methods of enhancement in cellulase production. Biomass Bioenerg., 67, 319-338.
40. Zhang, Q. and Cai, W. 2008. Enzymatic hydrolysis of alkali-pretreated rice straw by Trichoderma reesei ZM4-F3. Biomass Bioenerg., 32, 1130-1135.
41. Zhang, Y., Ghaly, A. E. and Li, B. 2012. Physical properties of rice residues as affected by variety and climatic and cultivation conditions in three continents. Am. J. Appl. Sci., 9 (11), 1757-1768.
42. Zhiyou, W., Wei, L. and Shulin, Ch. 2005. Production of cellulase by Trichoderma Reesei from dairy manure. Bioresour. Technol., 96 (4), 491-499.