Primjena metode odzivnih površina radi optimiranja proizvodnje mliječne kiseline: obogaćivanje podloge, kontrola temperature i pH-vrijednosti

Abstract

Two response surface methodologies involving central composite designs have been successfully applied to evaluate the effect of cheese whey, corn steep liquor, ammonium sulphate, temperature and pH control on lactic acid fermentation by Lactobacillus sp. LMI8 isolated from cassava flour wastewater. In the first central composite design, corn steep liquor and ammonium sulphate were investigated as low-cost nitrogen sources in combination with other components to substitute yeast extract for economical production. The best results were obtained with 55 g/L of lactose, 15 g/L of corn steep liquor and 5.625 g/L of ammonium sulphate. At the maximum point, the lactic acid concentration reached 18.68 g/L. After defining the optimal nutritional conditions for lactic acid production, a second central composite design was performed to determine the extent to which temperature and pH influence the lactic acid production with the aim of improving the fermentation process. The second-order polynomial regression model determined that the maximum lactic acid production of 52.37 g/L would be obtained when the optimum temperature and pH were 39.6 °C and 5.9, respectively. Comparing the lactic acid production in shake flask fermentation, there was an increase of 180 % after 30 h of processing, with a conversion efficiency of about 86.12 % of the initial lactose. In addition, lactic acid produced from whey lactose by Lactobacillus sp. LMI8 was optically almost pure D-lactic acid (over 98 % of total lactic acid produced).U radu su uspješno primijenjene dvije metode odzivnih površina, uključujući centralno složeni dizajn, za procjenu učinka koncentracije sirutke, ekstrakta kukuruza, amonijeva sulfata, temperature i pH-vrijednosti na mliječno-kiselu fermentaciju uz pomoć bakterije Lactobacillus sp. LMI8, izolirane iz otpadnih voda nakon proizvodnje brašna kasave. U prvom centralno složenom dizajnu ispitani su ekstrakt kukuruza i amonijev sulfat kao jeftini izvori dušika. Utvrđeno je da se u kombinaciji s ostalim sastojcima mogu upotrijebiti kao ekonomični nadomjestak za kvaščev ekstrakt. Najbolji su rezultati postignuti uporabom 55 g/L laktoze, 15 g/L ekstrakta kukuruza i 5,625 g/L amonijeva sulfata, pri čemu je proizvedeno 18,68 g/L mliječne kiseline. Nakon što je određen optimalni sastav hranjiva, proveden je drugi složeno centralno složeni dizajn kako bi se ispitao utjecaj temperature i pH-vrijednosti na proizvodnju mliječne kiseline i poboljšao proces fermentacije. Polinomskim regresijskim modelom drugoga reda određeno je da se maksimalna proizvodnja mliječne kiseline od 52,37 g/L može postići pri temperaturi od 39,6 °C i pH-vrijednosti od 5,9. U usporedbi s fermentacijom na tresilici, koncentracija mliječne kiseline nakon 30 h bila je 180 % veća, a uspješnost konverzije laktoze iznosila 86,12 %. Također je više od 98 % mliječne kiseline proizvedene iz laktoze sirutke s pomoću Lactobacillus sp. LMI8 bila skoro optički čista D-mliječna kiselina