Andriani, RiaDewi (2011) Optimization of Lipid Production by Xanthophyllomyces dendrorhous Using Statistical Experimental Design. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Xanthophyllomyces Dendrorhous, yang dikenal sebagai ragi merah, mampu menghasilkan astaxanthin sebagai zat karotenoid utama, sekitar 80% dari total kandungan karotenoidnya. Karena sebagian besar astaxanthin hadir dalam ragi merah dalam bentuk yang diesterifikasi, lipid diproduksi menyertai produksi astaxanthin. Selain itu, semakin pentingnya lipid, yaitu, asam lemak esensial, dalam aplikasi kesehatan manusia dan industri telah menyebabkan minat besar pada produksi lipid dari berbagai organisme. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang secara signifikan mempengaruhi konten biomassa dan lipid dan untuk mengoptimalkan produksi biomassa dan lipid oleh X. Dendrorhous menggunakan desain eksperimental statistik. Hasil mengungkapkan bahwa delapan asam lemak termasuk baik jenuh maupun tak jenuh hadir dalam X. Dendrorhous dari asam oleat (C18: 1Δ 9), asam linoleat (C18: 2Δ11) dan asam palmitic (C16: 0), dominan pada Konsentrasi 48.41, 26,22 dan 13,91%, sedangkan stearat (c18: 0), myristic (c14: 0), linolenik (c18: 3δ 9,12,15), Arachidic (C16: 0) dan Palmitoleic (C16: 1Δ 9) Asam pada konsentrasi 5,79, 3,75, 1,0, 0,79 dan 0,13%, juga terdeteksi. Hasil yang lebih lanjut menunjukkan bahwa konsentrat jus nanas dapat digunakan sebagai media pertumbuhan dasar, karena mengandung gula berharga, yaitu, sukrosa, glukosa dan fruktosa masing-masing sekitar 16,75, 19,72 dan 20,62 g / l, serta asam organik, asam amino, dan protein. Studi pendahuluan lebih lanjut menunjukkan bahwa konsentrat jus nanas ketika diencerkan ke konsentrasi yang sesuai dapat secara efisien mendukung pertumbuhan dan produksi lipid X. Dendrorhous masing-masing menghasilkan 5,14 g / l dan 8,9%, yang relatif lebih tinggi dari yang diperoleh dari media kultur dalam YM (4,88 g / l berat kering dan 4,1% dari lipid dalam berat kering). Desain faktorial fraksional (FFD) digunakan untuk menyaring komponen menengah, yaitu, sukrosa, glukosa, (NH 4) 2 Jadi 4, Kno 3, n -Hexadecane dan pH cocok untuk produksi biomassa oleh X. Dendrorhous. Analisis statistik menunjukkan bahwa sukrosa, kno 3 dan n -hexadecane dianggap penting secara statistik untuk produksi biomassa (p 0,05) sedangkan sukrosa, glukosa, (NH 4) 2 sehingga 4 dan pH ditemukan secara signifikan mempengaruhi produksi lipid pada tingkat kepercayaan pada 95% . Oleh karena itu, sukrosa, kno 3 dan n -hexadecane, dipilih untuk studi optimasi lebih lanjut dengan desain doehlert. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa konsentrasi optimal sukrosa, kno 3, dan n -hexadecane dari 40.2, masing-masing 1,23 g / l dan 8,2%, menyebabkan konsentrasi biomassa tertinggi sekitar 13,24 g / l yang sekitar 2,6-2,7 lipatan lebih tinggi dari Yang diperoleh, masing-masing, dengan konsentrat jus nanas diencerkan mengandung 10 g / l gula total dan media YM. Selanjutnya, desain skrining kedua dicapai dengan menggunakan FFD dengan empat penambah kimia untuk produksi lipid, I.E., pyruvate, zncl 2, tween 20 dan etanol. Hasil menunjukkan bahwa meskipun semua variabel dianggap signifikan secara statistik (p 0,05), piruvat dan zncl 2 diadopsi karena mereka ditemukan lebih signifikan daripada etanol dan tween 20 pada interval kepercayaan 99%. Dengan AIDS pendakian yang paling curam, desain doehlert menunjukkan bahwa suplementasi piruvat dan zncl 2 masing-masing pada konsentrasi 57,68 dan 1,34 mm, ke dalam media pertumbuhan dasar, konsentrat jus nanas diencerkan ke konsentrasi glukosa akhir 10 g / l, bersama-sama Dengan Sukrosa 40.2 G / L, 1,23 g / l KNO 3 dan 8,2% (v / v) n -Hexadecane, menghasilkan produksi lipid dan biomassa masing-masing sebesar 12,75% dan 12,46 g / l. Lebih lanjut, Budidaya Batch menggunakan fermentasi 2 liter di bawah kondisi yang dioptimalkan yang ditetapkan biomassa yang sebelumnya dihasilkan dan total lipid dengan berat kering 17,23 g / l dan 16,21%, yang kira-kira 38 dan 27% lebih tinggi dari yang diperoleh dengan shake flask (12,48 Biomassa G / L dan lipid total 12,80% dalam berat kering). Ini dapat disimpulkan bahwa produksi lipid X. Dendrorhous dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan komposisi gizi menggunakan jus nanas sebagai media dasar. Studi ini memberikan kondisi fermentasi batch yang dioptimalkan yang dapat dipekerjakan lebih lanjut untuk meningkatkan produksi lipid serta metabolit terkait lipid lainnya.
English Abstract
Xanthophyllomyces dendrorhous , known as the red yeast, is capable of producing astaxanthin as major carotenoid substance, approximately 80% of its total carotenoid content. Since most of astaxanthin present in the red yeast are in esterified form, lipid is produced accompanying astaxanthin production. Additionally, an increasing importance of lipid, namely, essential fatty acids, in human health and industrial applications has led to considerable interest in lipid production from various organisms. Objective of this study was to identify factors significantly affecting both biomass and lipid content and to optimize biomass and lipid production by X. dendrorhous using statistical experimental design. Results revealed that eight fatty acids including both saturated and unsaturated are present in X. dendrorhous of which oleic acid (C18:1Δ 9 ), linoleic acid (C18:2Δ 9,12 ) and palmitic acid (C16:0), are predominant at the concentrations of 48.41, 26.22 and 13.91%, respectively, whereas stearic (C18:0), myristic (C14:0), linolenic (C18:3Δ 9,12,15 ), arachidic (C20:0) and palmitoleic (C16:1Δ 9 ) acids at the concentrations of 5.79, 3.75, 1.0, 0.79 and 0.13%, respectively, were also detected. Results further showed that pineapple juice concentrate could be employed as a base growth medium, since it contained valuable sugars, namely, sucrose, glucose and fructose approximately 16.75, 19.72 and 20.62 g/L, respectively, as well as organic acid, amino acids and protein. Preliminary study further demonstrated that pineapple juice concentrate when diluted to appropriate concentration could efficiently support growth and lipid production of X. dendrorhous leading to 5.14 g/L and 8.9%, respectively, which are comparatively higher than those obtained from the culture grown in YM medium (4.88 g/L of dry weight and 4.1% of lipid in dry weight). Fractional factorial design (FFD) was employed to screen medium components, namely, sucrose, glucose, (NH 4 ) 2 SO 4 , KNO 3 , n -hexadecane and pH suitable for biomass production by X. dendrorhous . Statistical analysis showed that sucrose, KNO 3 and n -hexadecane were considered important statistically for biomass production ( p 0.05) while sucrose, glucose, (NH 4 ) 2 SO 4 and pH were found to significantly affect lipid production at confidence level of 95%. Therefore, sucrose, KNO 3 and n -hexadecane, were chosen for further optimization study by Doehlert design. Experimental results showed that the optimum concentration of sucrose, KNO 3 , and n -hexadecane of 40.2, 1.23 g/L and 8.2% respectively, led to the highest biomass concentration of approximately 13.24 g/L which was approximately 2.6-2.7 folds higher than those obtained, respectively, with pineapple juice concentrate diluted to contain 10 g/L total sugar and YM medium. Further, second screening design was achieved using FFD with four chemical enhancers for lipid production, i.e., Pyruvate, ZnCl 2 , Tween 20 and ethanol. Results demonstrated that even though all variables were considered statistically significant ( p 0.05), pyruvate and ZnCl 2 were adopted since they were found to be more significant than both ethanol and Tween 20 at the confidence interval of 99%. With the aids of steepest ascent, Doehlert design indicated that supplementation of Pyruvate and ZnCl 2 at the concentration of 57.68 and 1.34 mM, respectively, into the base growth medium, pineapple juice concentrate diluted to the final glucose concentration of 10 g/L, together with 40.2 g/L sucrose, 1.23 g/L KNO 3 and 8.2% (v/v) n -hexadecane, resulted in total lipid and biomass production of 12.75% and 12.46 g/L, respectively. Further, batch cultivation using 2-liter fermentor under the optimized conditions established previously yielded biomass and total lipid in dry weight of 17.23 g/L and 16.21%, respectively, which were approximately 38 and 27% higher than that obtained with shake flask (12.48 g/L biomass and 12.80% total lipid in dry weight). It may be deduced that the lipid production of X. dendrorhous could be improved by optimizing nutrient compositions using pineapple juice as a base medium. This study provides an optimized condition of batch fermentation that may be further employed to enhancing production of lipid as well as other lipid-related metabolites.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | TES/572.57/AND/o/041102864 |
| Subjects: | 500 Natural sciences and mathematics > 572 Biochemistry > 572.5 Miscellaneous chemicals |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 13 Oct 2011 10:09 |
| Last Modified: | 13 Oct 2011 10:09 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/157671 |
Actions (login required)
 |
View Item |