Optimization of the Medium Composition for Biomass Production of Pseudomonas stutzeri by Response Surface Methodology (RSM)

Received: 03-06-2021

Accepted: 03-05-2021

DOI:

Views

3

Downloads

1

Issue: Vol. 19 No. 11 (2021)

Section:

KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

How to Cite:

Hoang, T., Tho, L., Quang, V., Hoa, N., Thong, N., & Hoat, P. (2024). Optimization of the Medium Composition for Biomass Production of Pseudomonas stutzeri by Response Surface Methodology (RSM). Vietnam Journal of Agricultural Sciences, 19(11), 1509–1521. http://testtapchi.vnua.edu.vn/index.php/vjasvn/article/view/910

Optimization of the Medium Composition for Biomass Production of Pseudomonas stutzeri by Response Surface Methodology (RSM)

Truong Phuoc Thien Hoang (*) 1 , Le Phuoc Tho 2 , Vu Phu Quang 3 , Nguyen Phu Hoa 4 , Nguyen Van Thong 5 , Pham Cong Hoat 6

  • 1 Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM
  • 2 Công ty TNHH BiO Nông Lâm
  • 3 Khoa Khoa học Sinh học, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM
  • 4 Khoa Thủy sản, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM
  • 5 Công Ty TNHH Thương mại dịch vụ Thiên Phúc Thịnh
  • 6 Vụ Khoa học và Công nghệ các ngành kinh tế - kỹ thuật, Bộ Khoa học Công nghệ

    • Keywords

    Optimization, Pseudomonas stutzeri, RSM, Plackett - Burman, Box - Behnken

    Abstract


    The objective of this study was to find the optimal value of the factors that directly affect the bacterial population multiplication process as a premise to create products that apply in reality with emphasis on Pseudomonas stutzeriKL15 strain. Pseudomonas stutzeriKL15 grew and developed well when the bacterial culture rate was 2.5%, after a culture time of 36 hours at 30C. After that, appropriate nitrogen and carbon sources were selected as the basis for screening factors affecting the biomass collection of Pseudomonas stutzeriKL15by experimental design Plackett - Burman. The fermentation medium composition was optimized by the Response surface methodology (RSM) with Box - Behnken matrix, in which three factors, molasses, yeast extract and MgSO4were the the most influential factors (P <0.05). Results showed that the suitable media composition to receive Pseudomonas stutzeriKL15biomass included molasses 4.76 g/l, yeast extract 18.99 g/l and MgSO40.99 g/l. The actual concentration of Pseudomonas stutzeriKL15obtained was 2.37 ×1011CFU/ml in comparison withthe predicted maximum concentration of Pseudomonas stutzeriKL15of 2.45 × 1011CFU/ml (11,591 Log10.CFU/ml).

    References

    Ana M.Vidakovic, Olja Lj. Sovljanski, Aleksandra S. Ranitovic, Dragoljub D. Cvetkovi & Sinisa L. Markov (2017). Determination of culture medium composition for maximizing the biomass production of Pseudomonas stutzeri. Acta Periodica Technologiac. 48: 295-305.

    APHA (2012).Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water. 22ndedition. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation.

    Cao Ngoc Diep, Pham My Cam, Nguyen Hoai Vung, To Thi Lai & Nguyen Thi Xuan My (2009). Isolation of Pseudomonas stutzeriin wastewater of catfish fish-ponds in the Mekong Delta and its application for wastewater treatment. Bioresource Technology. 100: 3787-3791.

    Cao Ngọc Điệp & Nguyễn Thị Hoàng Nam (2012). Ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas stutzeri và Acinetobacter lwoffiiloại bỏ amoni trong nước thải từ rác hữu cơ. Tạp chí Khoa học. 22b: 1-8.

    Chi Chung Lin (1991). Metabolism of Maltodextrin in Pseudomonas elodeaduring Gellan Fermentation. Proceedings of the 1991 Annual Meeting of Society of Industrial Microbiology, Philadelphia, Pennsylvania, USA. p. 86.

    Đoàn Thị Tuyết Lê, Phạm Vũ Bảo, Nguyễn Ngọc Tùng & Đỗ Minh Anh (2020). Tối ưu hóa thành phần môi trường lên men rẻ tiền chủng Bacillus subtilisLH1 bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm phục vụ sản xuất Probiotic, Tạp chí Khoa học Lạc Hồng. 9: 37-40.

    Ferreira S.L.C., Bruns R.E., Ferreira H.S., Matos G.D., David J.M., Brandao G.C., da Silva E.G.P., Portugal L.A., dos Reis P.S., Souza A.S. & dos Santos W.N.L. (2007). Box-Bhenken design: An alternative for the optimization of analytical methods. Anal. Chim. Acta. 597: 179-186.

    George Box& Donald Behnken (1960). Some new three level designs for the study of quantitative variables. Technometrics.2: 455-475.

    Guan X. & Yao. H. (2008). Optimizationof Viscozyme L-assisted extraction of oat bran protein using response surface methodology. Food Chemistry. 106(1): 345-351.

    Hujanen M., Linko S., Linko Y.Y. & Leisola M. (2001). Optimization of media and cultivation conditions for L (+) (S)-lactic acid production by Lactobacillus caseiNRRL B-441. Applied Microbiology and Biotechnology.56: 126-130.

    Montgomery D.C. (1984). Design and Analysis of Experiments. 2nd Edn., John Wiley, New York, ISBN: 0-471-86812-4.

    Myers H.R., Khuri A.I. & Carter W.H. (1989). Response Surface Methodology: 1966-1988. Technometrics. 31: 137-157.

    Norrman J. & Wober G. (1975) Comparative biochemistry of α-glucan utilization in Pseudomonas amyloderamosaand Pseudomonas saccharophila. Arch Microbiol. 102: 253-260.

    Ngô Thị Kim Toán (2012). Nghiên cứu phân lập tuyển chọn các chủng vi sinh vật ứng dụng xử lý nước thải giàu nitơ, photpho. Luận văn thạc sĩ khoa học. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội.

    Nguyễn Cảnh (2004). Quy hoạch thực nghiệm. Nhà xuất bản Đại Học Quốc gia TP.HCM.

    Nguyễn Thị Phi Oanh & Nguyễn Thị Trúc Mai (2019). Phân lập vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nitrite trong một số ao nuôi tôm ở Bạc Liêu. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ. 55(6B): 75-81.

    Park Y.S., Kang S.W., Lee J.S., Hong S.I. & Kim S.W. (2002). Xylanase production in solid state fermentation by Aspergillus nigermutant using statistical experimental designs. Applied Microbiology and Biotechnology.58: 761-766.

    Peekate L. &Gideon O. Abu(2017). Optimizing C: N Ratio, C:P Ratio, and pH for Biosurfactant Production by Pseudomonas fluorescens. Journal of Advances in Microbiology. 7(2): 1-14.

    Phạm Thanh Hà, Trần Đình Mấn & Trần Thị Hoa(2013).Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện nuôi cấy và lên men chủng vi khuẩn Pseudomonas putida để thu nhận enzyme Uricase, Tạp chí Khoa học và Công nghệ. 51(6): 709-718.

    Plackett R.L. & Burman J.P. (1946). The Design of Optimum Multifactorial Experiments Biometrika. 33(4): 305-325.

    Statistical Aspects of Microbiological Criteria Related to Foods (2016). Food and Agriculture Organization of the United Nations. World Health Organization.

    Tim Schuurman, Richard F. de Boer, Anna M.D. Kooistra-Smid & Anton A. van Zwet (2004). Prospective study of use of PCR amplification and sequencing of 16s ribosomal DNA from cerebrospinal fluid for diagnosis of bacterial meningitis in a clinical setting. Journal of Clinical Microbiology. 42(2): 734-74.

    Trần Linh Thước (2007). Phương pháp phân tích vi sinh vật trong nước, thực phẩm và mỹ phẩm. Nhà xuất bản Giáo dục.

    Trần Quốc Tuấn, Nguyễn Thị Thu Kiều, Lê Thị Thúy Ái, Đinh Minh Hiệp & Trần Cát Đông (2014). Tối ưu hóa thành phần môi trường lên men chủng Bacillus subtillisthu nhận nattokinase tái tổ hợp bằng phương pháp đáp ứng bề mặt. Tạp chí Sinh học. 36: 130-137.

    The Global Health Network (2013). Bacterial Indenfitication Using BioMerieux API Kits. COMRU-AHC.21p.

    Trịnh Hoài Vũ (2014). Phân lập và xác định khả năng khử đạm của vi khuẩn Pseudomonasstutzeri trong nước thải ao nuôi cá tra. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học An Giang. 2(1): 16-25.

    Yanjie Peng, Yanhui He, Zhansheng Wu, Jianjiang Lu & Chun Li (2014). Screening and optimization of low-cost medium for Pseudomonas putidaRs-198 culture using RSM. Brazilian Journal of Microbiology. 45(4): 1229-1237.

    Yu X., Hallet S.G., Sheppard J. & Watson A.K. (1997). Application of the Plackett-Burman experimental design to evaluate nutritional requirements for the production of Colletotrichumcoccodesspores. Applied Microbiology and Biotechnology. 47: 301-305.

    Zhang J., Wu P., Hao B. & Z. Yu. (2011). Heterotrophic nitrification and aerobic denitrification by the bacterium Pseudomonas stutzeriYZN–001. Bioresource Technology. 102: 9866-9.