Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Optimierung der Prozessparameter bei Feststofffermentation und Auslaugung zur Verbesserung der Xylanaseproduktion durch endophytische Streptomyces sp. ESRAA-301097

Mervat MA El-Gendy und Ahmed MA El-Bondkly

Im Laufe unseres Suchprogramms zu den mikrobiellen Endophyten von Heilpflanzen (Cympobogon proximus, Anethum graveolens, Artemisia judaica und Corchorus olitorius) erwies sich der aus Cympobogon proximus stammende endophytische Stamm Streptomyces sp. ESRAA-301097 als Hyperxylanaseproduzent. Das Screening verschiedener lokal verfügbarer agroindustrieller Rückstände als Substratträger für die Xylanaseproduktion unter SSF ergab eine Mischung aus Weizenkleie (WB); Zuckerrohrbagasse (SCB) mit Maiskolben (CC) im Verhältnis 0,5:1:1 als wirksamer Induktor zur Induktion der ESRAA-301097-Xylanase-Produktion, da es am 4. Tag der Fermentation die höchste Enzymproduktivität (2364 Ugds-1) ergab, verglichen mit einzelnen WB, SCB oder CC (1167, 1241 oder 1404 Ugds-1) nach 3, 4 und 4 Tagen Inkubation. Die Xylanase-Produktion wurde auf 3819 Ugds-1 gesteigert, nachdem die physikalischen Prozessparameter optimiert wurden, darunter Temperatur 30–40 °C, pH 7,0, ein Inokulumniveau von 107 Sporen-gds-1, 80–85 % anfänglicher Feuchtigkeitsgehalt und eine Substratpartikelgröße von 800 μm. Mit einer Mischung aus Sojabohnen- und Maisquellfeststoffen als Stickstoffquelle wurde eine Gesamtsteigerung der Enzymproduktion um 23,96 % erreicht, mit Kohlenstoff- oder Metallzusätzen war jedoch keine Steigerung zu erzielen. Während die Xylanaseausbeute durch Zugabe von Tween 20 auf 5709,2 Ugds-1 gesteigert werden konnte, unterdrückte SDS die Produktion auf 750,29 Ugds-1. Die optimierten Auslaugungsparameter für eine wirksame Extraktion von Xylanase (6312,45 Ugds-1) aus der fermentierten Feststoffmischung waren: Citratpuffer (0,1 M, pH 4,0) mit 0,2 % Tween 80 als Auslaugungsmittel, Extraktionsmittelvolumen 1:8 - 1:10 (Gewicht/Volumen), Einweichzeit 120 Minuten, Auslaugungs-pH 4 und Auslaugungstemperatur 50 °C unter Rühren bei 150 U/min. Das Gesamtniveau der 44,61-fachen Reinigung von Streptomyces sp. ESRAA-301097 und der Xylanase-Rückgewinnung von 32,52 % wurde mit einer spezifischen Aktivität von 493,48 Umg-1 erreicht. Das gereinigte Enzym zeigte auf SDS-PAGE ein einzelnes Proteinband, was auf die monomere Natur des Enzyms mit einem Molekulargewicht von ~31,5 kDa hinweist. Während die Inhibitoren von Cysteinprotease (1,10-Phenanthrolin und Dithiothreitol), Metalloprotease (EDTA und EGTA) und Thioprotease (Iodacetamid und p-Chlormercuribenzoat) keine bis nur geringe Wirkung auf die Xylanase-Aktivität hatten, verringerte der Serinprotease-Inhibitor (PMSF) diese deutlich.