Effect of sucrose concentration on oxalic acid biosynthesis by Aspergillus niger

• Autorzy: Walaszczyk E. , Gasiorek E. , Podgorski W.

Warianty tytułu

PL

Wpływ stężenia sacharozy jako źródła węgla w procesie biosyntezy kwasu szczawiowego przez Aspergillus niger

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the work was to determine the influence of initial sucrose concentration in fermentation medium on oxalic acid synthesis by Aspergillus niger W78C in submerged batch culture. Cultivations were conducted in synthetic medium containing sucrose in the concentration of 100, 125, 150, 175 or 200 g·dm⁻³. As the result of the present investigation, the optimal sucrose concentration was found at the level of 125 g·dm⁻³. In medium containing this amount of carbon source, 70.2 g·dm⁻³ of oxalic acid was obtained. When substrate concentration was the highest, 200 g dm⁻³, the amount of product was only 5.2 g·dm⁻³ higher than in medium with 125 g·dm⁻³ of sucrose. Moreover, an increase of the initial sucrose concentration resulted in process time extension, an increase of citric and gluconic acids concentration and a decrease of productivity and oxalic acid yield.

PL

Celem badań było określenie wpływu początkowego stężenia sacharozy, będącej jedynym źródłem węgla, na proces biosyntezy kwasu szczawiowego przez Aspergillus niger metodą wgłębnej hodowli okresowej. W badaniach stosowano szczep A. niger W78C. Hodowle prowadzono w podłożach syntetycznych zawierających sacharozę w stężeniu 100, 125, 150, 175 lub 200 g·dm⁻³. W podłożu o najniższym początkowym stężeniu sacharozy, tj. 100 g·dm⁻³, uzyskano najniższe stężenie kwasu szczawiowego, tj. 59,3 g·dm⁻³. Podwyższenie stężenia substratu do 125 g·dm⁻³ spowodowało zwiększenie ilości produktu do 70,8 g·dm⁻³, czyli o 19,1%. Dalszy wzrost stężenia cukru w podłożu nie był już tak skuteczny, gdyż w wariancie z najwyższym początkowym stężeniem sacharozy, tj. 200 g·dm⁻³, uzyskano tylko o 5,2 g·dm⁻³ (czyli o 7,4%) więcej kwasu szczawiowego niż w podłożu, w którym ilość substratu była równa 125 g·dm⁻³. Wzrost początkowego stężenia substratu ze 100 do 200 g·dm⁻³ powodował wydłużenie czasu procesu, wzrost stężenia kwasów towarzyszących: cytrynowego i glukonowego, oraz spadek wydajności kwasu szczawiowego i szybkości jego tworzenia. Na podstawie uzyskanych stężeń produktu w podłożach z różnym początkowym stężeniem substratu oraz po analizie parametrów procesu (wydajności kwasu szczawiowego i objętościowej szybkości jego produkcji) uznano, że najkorzystniejsze stężenie sacharozy w tym procesie wynosi 125 g·dm⁻³.

Słowa kluczowe

EN

oxalic acid; biosynthesis; Aspergillus niger; sucrose concentration; carbon source

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2017
• Tom: 588
• Opis fizyczny: p.129-138,fig.,ref.

Twórcy

autor

Walaszczyk E.

• Wroclaw University of Economics, Wroclaw, Poland

autor

Gasiorek E.

• Wroclaw University of Economics, Wroclaw, Poland

autor

Podgorski W.

• Wroclaw University of Economics, Wroclaw, Poland

Bibliografia

• Abraham F., Arab-Chapelet B., Rivenet M., Tamain C., Granjean S., 2014. Actinide oxalates, solid state structures and applications. Coordin. Chem. Rev. 266–267, 28–68.
• Aghaie E., Pazouki M., Hosseini M.R., Ranjbar M., Ghavipanejeh F., 2009. Response surface methodology (RSM) analysis of organic acid production for Kaolin beneficiation by Aspergillus niger. Chem. Eng. J. 147, 245–251.
• Andersen M.R., Lehmann L., Nielsen J., 2009. Systemic analysis of the response of Aspergillus niger to ambient pH. Genome Biol. 10, 5, R47.
• Asghari I., Mousavi S.M., Amiri F., Tavassoli S., 2013. Bioleaching of spent refinery catalysts: a review. J. Ind. Eng. Chem. 19, 1069–1081.
• Betiku E., Emeko H.A., Solomon B.O., 2016. Fermentation parameter optimization of microbial oxalic acid production from cashew apple juice. Heliyon 2, e00082.
• Biswas S., Dey R., Mukherejee S., Banerjee P.C., 2013. Bioleaching of nickel and cobalt from lateritic chromite overburden using the culture filtrate of Aspergillus niger. Appl. Biochem. Biotech. 170, 1547–1559.
• Casamelle C., Bohlmann J.T., Nunez M.J., Lema J.M., 1998. Oxalic acid production by Aspergillus niger. Part I: Influence of sucrose and milk whey as carbon source. Bioprocess Eng. 19, 247–252.
• Cefola M., Pace B., 2015. Application of oxalic acid to preserve the overall quality of rocket and baby spinach leaves during storage. J. Food Process Pres. 39, 2523–2532.
• Emeko H.A., Olugbogi A.O., Betiku E., 2015. Appraisal of artificial neural network and response surface methodology in modelling and process variable optimization of oxalic acid production from cashew apple juice: a case of surface fermentation. BioResources 10, 2, 2067–2082.
• Foryś E., Podgórski W., 2004. Application of replicated 23 full factorial central composite circumscribed design of experiment (CCC DOE) for optimization of oxalate biosynthesis by Aspergillus niger W78C. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 3 (1–2), 43–53.
• Jin P., Zhu H., Wang L., Shan T., Zheng Y., 2014. Oxalic acid alleviates chilling injury in peach fruit by regulating energy metabolism and fatty acid contents. Food Chem. 161, 87–93.
• Kursunoglu S., Kaya M., 2015. Dissolution behaviour of Caldag lateritic nickel ore subjected to a sequential organic acid leaching method. Int. J. Min. Met. Mater. 22, 11, 1131–1140.
• Li P., Yin F., Song L., Zheng X., 2016. Alleviation of chilling injury in tomato fruit by exogenous application of oxalic acid. Food Chem. 202, 125–132.
• Mai H.T.N., Lee K.M., Choi S.S., 2016. Enhanced oxalic acid production from corncob by a methanol-resistant strain of Aspergillus niger using semi solid-state fermentation. Process Biochem. 51, 9–15.
• Mai F-L., Wu S-J., Lin F-M., 2015. Adsorption of copper (II) ions by chitosan-oxalate complex biosorbent. Int. J. Biol. Macromol. 72, 136–144.
• Mandal S.K., Banerjee P.C., 2005. Submerged production of oxalic acid from glucose by immobilized Aspergillus niger. Process Biochem. 40, 1605–1610.
• Massey L.K., 2007. Food oxalate: factors affecting measurement, biological variation, and bioavailability. J. Am. Diet. Assoc. 107, 1191–1194.
• Musiał I., Cibis E., Rymowicz W., 2011. Designing a process of kaolin bleaching in an oxalic acid enriched medium by Aspergillus niger cultivated on biodiesel-derived waste composed of glycerol and fatty acids. Appl. Clay Sci. 52, 277–284.
• Musiał I., Rymowicz W., Lenart D., Witkowska D., 2005. The use of post-refining fatty acids for oxalic acid production by Aspergillus niger at low pH. Biotechnologia – Monografie 2 (2) 37–45 [in Polish].
• Podgórski W., Leśniak W., 2003. Biochemical method of oxalic acid production from beet molasses. Chem. Pap. 57, 6, 408–412.
• Poulsen L., Andersen M.R., Lantz A.E., Thykaer J., 2012. Identification of a transcription factor controlling pH-dependent organic acid response in Aspergillus niger. PLOS ONE 7, 12, e50596.
• Ruiz-Jimenez J., Zapata P.J., Serrano M., Valero D., Martinez-Romero D., Castillo S., Guillen F., 2014. Effect of oxalic acid on quality attributes of artichokes stored at ambient temperature. Postharvest. Biol. Tec. 95, 60–63.
• Santoro R., Cameselle C., Rodriguez-Couto S., Sanroman A., 1999. Influence of milk whey, nitrogen and phosphorus concentration on oxalic acid production by Aspergillus niger. Bioprocess Eng. 20, 1–5.
• Strasser H., Burgstaller W., Schinner F., 1994. High-yield production of oxalic acid for metal leaching processes by Aspergillus niger. FEMS Microbiol. Lett. 119, 365–370.
• Sun L., Qiu K., 2012. Organic oxalate as leachant and precipitant for the recovery of valuable metals from spent lithium-ion batteries. Waste Manage. 32, 1575–1582.
• Walaszczyk E., Dawidowicz K., Gąsiorek E., Podgórski W., 2014. Influence of glucose concentration on oxalic acid synthesis by Aspergillus niger. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 13(4), 19–28 [in Polish].
• Walaszczyk E., Podgórski W., Gąsiorek E., 2015. Aspergillus niger strain selection for oxalic acid biosynthesis from sucrose. Res. Pap. of Wroclaw University of Economics 411, 133–139 [in Polish].
• Wang Z., Cao J., Jiang W., 2016. Changes in sugar metabolism caused by exogenous oxalic acid related to chilling tolerance of apricot fruit. Postharvest Biol. Tec. 114, 10–16.
• Wei S., Ren H., Li J., Shi J., Shao Z., 2013. Decolorization of organic dyes by zero-valent iron in the presence of oxalic acid and influence of photoirradiation and hexavalent chromium. J. Mol. Catal. A-Chem. 379, 309–314.

Identyfikatory

DOI

10.22630/ZPPNR.2017.588.12