Optimization of Glucose Oxidase production and excretion by recombinant Aspergillus niger

El-Enshasy, Hesham A.

Die Beziehung zwischen verschiedenen Prozeßparametern wurde für die Kultivierung von rekombinanten Aspergillus niger NRRL 3 (GOD 3-18) in Schüttelkultur und Bioreaktorexperimenten untersucht. Um die GOx Produktion in Submerskultur zu steigern, wurde Hefeextrakt zum Kulturmedium bis zu einer Konzentration von 2 g l -1 hinzugefügt. Oberhalb dieser Konzentration führte Hefeextrakt nur zu Zellwachstum bei gleichzeitiger Abnahme der Enzymproduktion, da größere Pellets gebildet wurden. Zur weiteren Untersuchung des Einflusses der Morphologie auf das Zellwachstum wurden Kultivierungen in Schüttelkolben mit und ohne Schikanen durchgeführt. In Kolben mit Schikanen wuchsen die Zellen in kleineren Pellets, was zu höherer Enzymproduktivität im Vergleich zu Kolben ohne Schikanen führte. Daraufhin wurde der Prozeß in einem Bioreaktor mit geregeltem pH durchgeführt. Der Ursprung des Inokulum war ein kritischer Faktor für das mikrobielle Wachstum. Wenn die Sporen, von einer Glycerinstammkultur stammend, nur einmal ausplattiert wurden, zeigte sich filamentöses Wachstum mit geringem Anteil von Mikropellets. Gleichzeitig verdoppelte sich die GOx Produktion und auch die Exkretion stieg an, im Vergleich zu Kultivierungen in Pelletform. Wachstum in Pelletform wurde beobachtet unter ansonsten den gleichen Bedingungen, wenn Sporen von mehrfach ausplattierten Kulturen genommen wurden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Produktion von GOx mit verschiedenen Kohlenstoffquellen, außer Glukose, untersucht, um den Umsatz von Glukose durch das produzierte Enzym zu vermeiden. Von den neun getesteten Monosacchariden unterstützten Fruktose und Xylose Zellwachstum und GOx Produktion. Die Aufnahme von Fruktose steigerte die Zellmasse 2-fach im Vergleich zu Glucose bei äquivalenter Konzentration, aber die Gesamt-GOx-Aktivität war 30 niedriger. Auf der anderen Seite steigerte Xylose die Biomassekonzentration 3-fach und die Gesamt-GOx-Aktivität 2.5-fach.

The interrelation between various process parameters was evaluated for the cultivation of a recombinant Aspergillus niger NRRL 3 (GOD 3-18) in shake flask and bioreactor level. To increase GOx production in submerged culture, yeast extract was added to cultivation medium up to a concentration of 2 g l -1 . Beyond this concentration yeast extract supported only cell growth with a decrease in enzyme production due to the formation of large pellets. For further study of the influence of growth morphology on cell productivity, cultivations in baffled and non-baffled flask were performed. In the case of baffled flasks, cells grew in smaller pellet form which resulted in higher productivity as compared to non-baffled flask. The process was then conducted at bioreactor level for GOx production under controlled pH value. The origin of inoculum was a critical factor in microbial growth. When the spores, obtained directly from stock frozen glycerin culture, were plated only once the growth resulted in micropellet-filamentous form, showing more than two fold increase in GOx production and with a higher excretion rate as compared to pelleted grown cultures. The pelleted growth was observed under the same cultivation conditions when spores were obtained from multi-time platted cultures. The second part of this study was focused on the production of GOx with non-glucose C-sources to overcome the problem of the conversion of the substrate glucose by the produced enzyme. Among nine different mono-sugars tested, fructose and xylose supported cell growth and GOx production. Utilization of fructose increased the final cell mass concentration 2-fold compared to glucose at equivalent concentration, but it resulted in 30 lower final total GOx activity. On the other hand, xylose increased the final cell mass concentration and the final total GOx activity were 3 and 2.5-fold higher, respectively. The suitability of fructose and xylose for GOx production was also studied.

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El-Enshasy, Hesham: Optimization of Glucose Oxidase production and excretion by recombinant Aspergillus niger. 1998.

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