STT Thành phần môi trường
Nồng độ
Môi trường sinh tổng hợp canthaxanthin (YTN) 1 NH4SO4 (g/l) 0.8 2 KH2PO4 (g/l) 4.5 3 MgSO4 (g/l) 1 4 Biotin (g/l) 0.1 5 Monosodium Glutamate (g/l) 6.47 6 CoCl2 (mg/l) 2 7 FeSO4 (g/l) 1 8 Bột nấm men (g/l) 30 9 Sucrose (g/l) 17.5 10 Sodium malate (g/l) 1.89 11 NaCl (g/l) 17.5 12 Canthaxanthin dự đốn (mg/g) 7.82
13 Sinh khối dự đốn (g/l) 12.12
Nhóm nghiên cứu tiến hành thực nghiệm lên men sinh tổng hợp canthaxannthin bằng chủng P.carotinifaciens VTP20181 sử dụng các công thức môi trường đề xuất
thu được từ kết quả với thể tích dịch lên men 3 lít, nhiệt độ 280C, pH=7, thời gian lên men 48h. Kết quả thực nghiệm được trình bày ở hình sau:
Hình 4.1.5. Thực nghiệm lên men sinh tổng hợp canthaxanthin
Biểu đồ trên cho thấy sản lượng canthaxanthin sinh tổng hợp bằng
P.carotinifaciens VTP20181 trên mơi trường YTN có kết quả xấp xỉ theo tính tốn, với
hàm lượng canthaxanthin trung bình đạt 7.62 mg/g sinh khối khơ, hàm lượng sinh khối đạt 11.9 g sinh khối khơ/lít.
4.1.2. Nghiên cứu tối ưu điều kiện sinh tổng hợp canthaxanthin
4.1.2.1. Sàng lọc mức ảnh hưởng của điều kiện lên men sinh tổng hợp canthaxanthin
Nhóm nghiên cứu tiến hành tìm tâm thí nghiệm khảo sát các điều kiện lên men sinh tổng hợp canthaxanthin bởi chủng P.carotinifaciens VTP20181. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở hình sau:
Hình 4.1.6. Ảnh hưởng điều kiện lên men đến khả năng sinh tổng hợp canthaxanthin
Kết quả thu được cho thấy điều kiện thích hợp sinh tổng hợp canthaxanthin bởi
P.carotinifaciens VTP20181 là pH 7÷8; nhiệt độ từ 25300C; tỷ lệ giống từ 0.75÷1%; tốc độ lắc từ 100300 rpm; thời gian từ 60÷72 giờ. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đó về P.carotinifaciens của Martín [110].
Mức độ ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp canthaxanthin của P.carotinifaciens VTP20181 được sàng lọc và đánh giá sơ bộ trên ma trận Factorial Min-Run Resolution IV với 2 mức thí nghiệm thấp và cao sử dụng tâm thí nghiệm đã khảo sát ở thí nghiệm trước đó. Kết quả khảo sát được trình bày ở bảng sau:
Bảng 4.1.3. Ma trận Min Run Screening và mức ảnh hưởng đến hàm đáp ứng Cx và Biomass
Tham số Cx (mg/g) Biomass (g/l)
F-value p-value Coefficient F-value p-value Coefficient
Model 305.15 <0.0001 696.69 99.57 < 0.0001 9.42 A - pH 88.04 < 0.0001 - 44.42 425.48 < 0.0001 3.33 B - Nhiệt độ 515.09 < 0.0001 110.97 18.37 0.0052 0.7150 C - Thời gian 103.61 < 0.0001 - 49.77 8.4152 0.0432 0.8075 D - Tỷ lệ giống 42.39 0.0006 30.82 11.00 0.0224 0.7231 E - Tốc độ lắc 109.24 < 0.0001 51.10 12.51 0.0123 0.5900
Mơ hình có p-value <0.05, chứng tỏ mơ hình có ý nghĩa thống kê. Các yếu tố tỷ lệ giống, nhiệt độ và thời gian có ảnh hưởng lớn đến hàm đáp ứng Cx trong khi tất cả các yếu tố được khảo sát đều có ảnh hưởng đến hàm đáp ứng Biomass.
Từ các kết quả khảo sát, 5 yếu tố pH, nhiệt độ, tốc độ lắc, tỷ lệ giống và thời gian được sử dụng trong các thí nghiệm tối ưu hóa.
4.1.2.2. Tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp canthaxanthin bằng mơ hình RSM-CCD. CCD.
Thí nghiệm tối ưu hóa các yếu tố môi trường lên men sinh tổng hợp canthaxanthin bằng P.carotinifaciens VTP20181 sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt, kế hoạch chu bản bậc hai Box-Hunter. Dựa vào các kết quả đã được khảo sát ở phần trước, chúng tôi lựa chọn các biến công nghệ được nghiên cứu gồm pH, nhiệt độ, tốc độ lắc, tỷ lệ giống và thời gian lên men mức thí nghiệm (-α; -1; 0; +1; + α). Trong đó số thí nghiệm tại tâm n0 = 6 và cánh tay đòn α = 2. Kết quả được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 4.1.4. Giá trị biến thực và biến mã hóa trong kế hoạch thực nghiệm Box – Hunter (CCD) Biến thực Biến mã hóa Khoảng biến thiên (Δ) Mức khảo sát -α -1 0 +1 +α Độ pH A 0.75 5.75 6.5 7.25 8 8.75 Nhiệt độ (0C) B 5 15 20 25 30 35
Thời gian (giờ) C 12 36 48 60 72 84
Tỷ lệ giống (%) D 2.5 2.5 5 7.5 10 12.5
Tốc độ lắc (vòng/phút)
E 100 100 200 300 400 500
Với α = 2.0
Hai hàm mục tiêu được nghiên cứu tối ưu bao gồm Y1 (mg/g) là hàm lượng canthaxanthin trong sinh khối và Y2 (mg Cx/l) là hiệu suất tạo canthaxanthin. Kết quả ma trận kế hoạch thực nghiệm xây dựng được thể hiện ở bảng sau: