Optimization of an Industrial Medium and Culture Conditions for Probiotic Weissella cibaria JW15 Biomass Using the Plackett-Burman Design and Response Surface Methodology

响应面法 食品科学 Plackett–伯曼设计 化学 蔗糖 发酵 酵母抽提物 中心组合设计 生物量(生态学) 益生菌 色谱法 生物 细菌 遗传学 农学
作者
Hyung-Seok Yu,Na‐Kyoung Lee,Won-Ju Kim,Do-Un Lee,Jongha Kim,Hyun‐Dong Paik
出处
期刊:Journal of Microbiology and Biotechnology [Springer Science+Business Media]
卷期号:32 (5): 630-637 被引量:2
标识
DOI:10.4014/jmb.2202.02020
摘要

The objective of this study was to optimize industrial-grade media for improving the biomass production of Weissella cibaria JW15 (JW15) using a statistical approach. Eleven variables comprising three carbon sources (glucose, fructose, and sucrose), three nitrogen sources (protease peptone, yeast extract, and soy peptone), and five mineral sources (K2HPO4, potassium citrate, L-cysteine phosphate, MgSO4, and MnSO4) were screened by using the Plackett-Burman design. Consequently, glucose, sucrose, and soy peptone were used as significant variables in response surface methodology (RSM). The composition of the optimal medium (OM) was 22.35 g/l glucose, 15.57 g/l sucrose, and 10.05 g/l soy peptone, 2.0 g/l K2HPO4, 5.0 g/l sodium acetate, 0.1 g/l MgSO4·7H2O, 0.05 g/l MnSO4·H2O, and 1.0 g/l Tween 80. The OM significantly improved the biomass production of JW15 over an established commercial medium (MRS). After fermenting OM, the dry cell weight of JW15 was 4.89 g/l, which was comparable to the predicted value (4.77 g/l), and 1.67 times higher than that of the MRS medium (3.02 g/l). Correspondingly, JW15 showed a rapid and increased production of lactic and acetic acid in the OM. To perform a scale-up validation, batch fermentation was executed in a 5-l bioreactor at 37°C with or without a pH control at 6.0 ± 0.1. The biomass production of JW15 significantly improved (1.98 times higher) under the pH control, and the cost of OM was reduced by two-thirds compared to that in the MRS medium. In conclusion, OM may be utilized for mass producing JW15 for industrial use.
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