PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
2011 | 10 | 1 |

Tytuł artykułu

Application of immobilized cell preparation obtained from biomass of Gluconacetobacter xylinus bacteria in biotransformation of glycerol to dihydroxyacetone

Warianty tytułu

PL
Zastosowanie immobilizowanego preparatu komórkowego pozyskanego z biomasy bakterii Gluconacetobacter xylinus w biotransformacji glicerolu do dihydroksyacetonu

Języki publikacji

EN

Abstrakty

EN
Introduction. Dihydroxyacetone (DHA), being a product of glycerol oxidation by acetic acid bacteria, is an important compound widely applied in the cosmetic, food, and pharmaceutical industry, as well as in medicine. Biotransformation of glycerol to DHA is catalyzed by glycerol dehydrogenase (GlyDH, EC 1.1.1.6) bound with the cytoplasmic membrane of bacteria. An attempt was undertaken in this study to conduct glycerol biotransformation with immobilized fractions of a celi preparation with GlyDH activity. The content of dihydroxyacetone obtained with the celi preparation was compared with its content achieved in the reaction with immobilized viable cells of G. xylinus. Materiał and methods. Cell walls of Gluconacetobacter xylinus bacteria were disinte- grated enzymatically. The resultant preparation was immobilized on calcium alginate or first separated into two fractions (precipitate and supematant) by centrifugation and then immobilized. DHA content was determined colorimetrically after the reaction with 3,5-dinitrosalicilic acid. Glycerol content was assayed with the refractometric method. Results. After 20 days of the process, the concentration of DHA obtained with immobilized whole cells reached 25 g/1. In tum, the content of DHA obtained in the same period with immobilized fractions of the celi preparation accounted for 16.9 g/1 and 8.95 g/1 (depending on the fraction applied). Conclusions. DHA may be obtained in the process independent of G. xylinus metabolic activity using a preparation which displays the catalytic activity of glycerol dehydrogenase and obtained as a result of disintegration of live bacterial cells. The application of such a preparation may in the futurę eliminate technological problems posed by the presence of bacterial cells and their metabolites in the culture medium.
PL
Wstęp. Dihydroksyaceton (DHA), będący produktem utleniania glicerolu przez bakterie octowe, jest ważnym związkiem mającym zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, spożywczym, farmaceutycznym oraz medycynie. Biotransformacja glicerolu do DHA jest katalizowana przez związaną z błoną cytoplazmatyczną bakterii dehydrogenazę glicerolową (GlyDH, EC 1.1.1.6). W pracy podjęto próbę przeprowadzenia biotransformacji glicerolu z udziałem immobilizowanych frakcji preparatu komórkowego o aktywności GlyDH. Zawartość dihydroksyacetonu otrzymanego z udziałem preparatu komórkowego porównano z zawartością otrzymaną w reakcji z wykorzystaniem immobilizowanych całych komórek G. xylinus. Materiał i metody. Przeprowadzono enzymatyczną dezintegrację ścian komórkowych bakterii Gluconacetobacter xylinus. Uzyskany w ten sposób preparat immobilizowano w alginianie wapnia lub rozdzielano na dwie frakcje, poprzez wirowanie, a następnie unieruchamiano. Zawartość DHA oznaczono kolorymetrycznie po reakcji z kwasem 3,5-dinitrosalicylowym. Glicerol oznaczono refraktometrycznie. Wyniki. Po 20 dniach procesu stężenie DHA, uzyskanego z udziałem całych unieruchomionych komórek, wynosiło 25 g/1. W tym samym czasie zawartość DHA otrzymana z udziałem immobilizowanych frakcji preparatu komórkowego wynosiła 16,9 g/1 oraz 8,95 g/1 (w zależności od użytej frakcji). Wnioski. DHA można uzyskać w procesie niezależnym od aktywności życiowej G. xylinus, wykorzystując preparat o aktywności katalitycznej dehydrogenazy glicerolowej, otrzymany w wyniku dezintegracji żywych komórek bakterii. Wykorzystanie takiego preparatu w przyszłości może wyeliminować problemy technologiczne związane z obecnością w podłożu komórek bakterii oraz wytwarzanych przez nie metabolitów.

Słowa kluczowe

Wydawca

-

Rocznik

Tom

10

Numer

1

Opis fizyczny

p.35-49,fig.,ref.

Twórcy

autor
  • Department of Food Biotechnology and Microbiology, Warsaw University of Life Sciences, Nowoursynowska 159 C (build. 32), 02-787 Warsaw, Poland

Bibliografia

  • Adachi O., May J.W., 1988. Enzymatic determination of pyrroloąuinoline quinone with a quinoprotein glycerol dehydrogenase. Agric. Biol. Chem. 52 (8), 2081-2082.
  • Ahnert P., Hommel R.K., Richard K., 2000. Encyclopedia of food microbiology. Academic Press New York, I, 1-7.
  • Alberts B., Bray D., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P., 1999. Essential celi biology. New York, 160-161.
  • Bauer R., Katsikis N., Varga S., Hekmat D., 2005. Study of the inhibitory effect of the product dihydroxyacetone on Gluconobacter oxydans in a semi-continuous two-stage repeated-fedbatch process. Biopr. Biosyst. Eng. 28 (1), 37-43.
  • Biodini P.A., Passero E., Koncin S., Bemardi C., Chiesa L.M., 2007. Selective determination of dihydroxyacetone in self-tanning creams by HPLC as pentafluorobenzyloxime derivative. Chromatogr. 65 (1-2), 65-68.
  • Chamey W., Montelair N.J., 1978. Process for the production of dihydroxyacetone. US Patent no. 4076589.
  • Claret C., Bories A., 1994. Physiology of Gluconobacter oxydans during dihydroxyacetone production from glycerol. Appl. Microb. Biotech. 41 (3), 359-365.
  • Claret C., Bories A., Soucaille P., 1992. Glycerol inhibition of growth and dihydroxyacetone production by Gluconobacter oxydans. Curr. Microbiol. 28 (3), 149-155.
  • Cortez M., Torgan C., Brozinick J., Miller R., 1991. Effects of pyruvate and dihydroxyacetone consumption on growth and metabolic State of obese Zucker rats. Am. J. Clin. Nutr. 53 (4), 847-853.
  • De Muynck C., Pereira C.S.S., Naessens M., Paementier S., Soetaert W., Vandamme E.J., 2007. The genus Gluconobacter oxydans: Comprehensive overview of biochemistry and biotechnological applications. Crit. Review. Biotech. 27 (3), 147-171.
  • Deppenmeier U., Hoffmeister M., Prust C., 2002. Biochemistry and biotechnological applications of Gluconobacter strains. Appl. Microbiol. Biotech. 60 (3), 233-242.
  • Flickinger M.C., Perlman D., 1977. Application of oxygen-enriched aeration in the conversion of glycerol to dihydroxyacetone by Gluconobacter melanogenus IFO 3293. Appl. Environ. Microbiol. 33 (3), 706-712.
  • Garbayo I., Vilchez C., Vega J.M., Nava-Saucedo J.E., Barbotin J.N., 2004. Influence of immobilization parameters on growth and lactic acid production by Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus co-immobilized in calcium alginate gel beads. Biotechnol. Lett. 26 (23), 1825-1827.
  • Gatgens C., Degner U., Bringer-Meyer S., Herrmann U., 2007. Biotransformation of glycerol to dihydroxyacetone by recombinant Gluconobacter oxydans DSM 2343. Appl. Microbiol. Biotechnol. 76 (3), 553-559.
  • Hekmat D., Bauer R., Fricke J., 2003. Optimization of the microbial synthesis of dihydroxyacetone from glycerol with Gluconobacter oxydans. Bioproc. Biosyst. Eng. 26 (2), 109-116.
  • Holst O., Lundback H., Mattiasson B., 1985. Hydrogen peroxide as an oxygen source for immobilized Gluconobacter oxydans converting glycerol to dihydroxyacetone. Appl. Microbiol. Biotechnol. 22 (6), 382-388.
  • Hölscher T., Görisch H., 2006. Knockout and overexpression of pyrroloąuinoline ąuinine biosynthetic genes in Gluconobacter oxydans 621H. J. Bacteriol. 188 (21), 7668-7676.
  • Kluyver A.J., 1931. Process for the preparation of organie compounds by means of bacterial oxidation, US Patent no. 1.833.716.
  • Jack T.R., Zajic J.E., 2006. The immobilization of whole cells. Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 5/1977, Springer Berlin, 125-145.
  • Lapenaite I., Kurtinaitiene B., Razumiene J., Laurinavicius V., Marcinkeviciene L., Bachmatova I., Meskys R., Ramanavicius A., 2005. Properties and analytical application of PQQ-dependent glycerol dehydrogenase from Gluconobacter sp. 33. Anal. Chim. Act. 549 (1-2), 140-150.
  • Levy S.B., 2000. Tanning preparations. Dermal. Clin. 18 (4), 591-596.
  • Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J., 1951. Protein measurement with the Folin-Phenol reagents. J. Biol. Chem. 193 (1), 265-275.
  • Ma L., Lu W., Xia Z., Wen J., 2010. Enhancement of dihydroxyacetone production by a mutant of Gluconobacter oxydans. Biochem. Eng. J. 49 (1), 61-67.
  • Martynenko N.N., Gracheva I.M., 2003. Physiological and biochemical characteristics of immobilized champagne yeasts and their participation in champagnizing processes: A review. Appl. Biochem. Microbiol. 39 (5), 439-445.
  • Matsushita K., Fujii Y., Ano Y., Toyama H., Shinjoh M., Tomiyama N., Miyazaki T., Sugisawa T., Hoshino T., Adachi O., 2003. 5-keto-D-gluconate production is catalyzed by a quinoprotein glycerol dehydrogenase, major polyol dehydrogenase, in Gluconobacter species. Appl. Environ. Microbiol. 69 (4), 1959-1966.
  • Mishra R., Jain S.R., Kumar A., 2008. Microbial production of dihydroxyacetone. Biotech. Advanc. 26 (4), 293-303.
  • Nabe K., Izuo N., Yamada S., Chibata I., 1979. Conversion of glycerol to dihydroxyacetone by immobilized whole cells of Acetobacter xylinum. Appl. Enviro. Microbiol. 38 (6), 1056-1060.
  • Niknahad H., Ghelichkhani E., 2002. Antagonism of cyanide poisoning by dihydroxyacetone. Toxicol. Lett. 132 (2), 95-100.
  • Omar A., Bittar S., Hwalla N., 2005. Effect of diet supplementation with glutamine, dihydroxyacetone, and leucine on food intake, weight gain, and postprandial glycogen metabolism of rats. Nutr. 21 (2), 224-229.
  • Petersen A.B., Na R., Wulf HC., 2003. Sunless skin tanning with dihydroxyacetone delays broad-spectrum ultraviolet photocarcinogenesis in hairless mice. Mutat. Res. 542 (1-2), 129-138.
  • Rainbow B. S., 1961. The biochemistry of Acetobacter. Prog. Industr. Microbiol. 3, 43-56.
  • Raška J., Skopał F., Komersk K., Machek J., 2007. Kinetics of glicerol biotransformation to dihydroxyacetone by immobilized Gluconobacter oxydans and effect of reaction conditions. Collect. Czech. Chem., Commun. 72 (9), 1269-1283.
  • Ruzheinikov S.N., Burke J., Sedelnikowa S., Baker P.J., Taylor R., Bullough P.A., Muir N.M., Gore M.G., Rice D.W., 2001. Glycerol dehydrogenase structure specificity and mechanism of a family III polyol dehydrogenase. Struct. 9 (9), 789-802.
  • Shipar A.FL, 2006. Formation of the heyns rearrangement products in dihydroxyacetone and glycine Maillard reaction: A computational study. Food Chem. 97 (2), 231-243.
  • Stryer L., 2000. Biochemia. PWN Warszawa, 201-205.
  • Summer J.B., 1921. Dinitrosalicylic acid: a reagent for the estimation of sugar in norma land diabetic urine. J. Biol. Chem. 47 (59), 4-9.
  • Survase S.A., Annapure U.S., Singhol R.S., 2010. Gellan gum as an immobilization matrix for the production of cyclosporin a. J. Microbiol. Biotechnol. 20 (7), 1086-1091.
  • Tkač J., Navrátil M., Sturdik E., Gemeiner P., 2001. Monitoring of dihydroxyacetone production during oxidation of glycerol by immobilized Gluconobacter oxydans cells with an enzyme biosensor. Enz. Microb. Technol. 28 (4-5), 383-388.
  • Wei S., Song Q., Wei D., 2007. Production of Gluconobacter oxydans cells from low-cost culture medium for conversion to dihydroxyacetone. Prep. Biochem. Biotechnol. 37 (2), 113-121.
  • Wong K.A., Nsier N., Acker J.P., 2009. Use of supematant refractive index and supematant hemoglobin concentration to assess residual glycerol concentration in cryopreserved red blood cells. Clin. Chim. Acta. 408 (1-2), 83-86.

Uwagi

PL
Rekord w opracowaniu.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikatory

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.dl-catalog-8fe93c65-d663-4be0-811c-991ba5309391
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.