بررسی تاثیر و بهینه‌یابی کمیت فسفات آمونیوم، سولفات پتاسیم و مخمر ساکارومایسز سرویزیه در تولید اسید استیک در فرمانتور ناپیوسته با استفاده از روش سطح پاسخ

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

دوره 18، شماره 4 - شماره پیاپی 76، مهر و آبان 1401، صفحه 397-413   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.2021.70315.1043

نویسندگان

مرجان تیموری منش¹؛ هاجر عباسی^{* 2}

¹گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

²گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.

چکیده

تولید سرکه شامل دو مرحله تخمیر الکلی و اکسیداسیون استیکی می‌باشد. یکی از بارزترین عوامل مؤثر در افزایش راندمان تولید اسید استیک، مواد مغذی موجود در سوبسترا جهت فعالیت بیشتر میکروارگانیسم است. در این پژوهش اثر افزودن فسفات آمونیوم (75/0- صفر گرم)، سولفات پتاسیم (75/0- صفر گرم) و مخمر ساکارومایسز سرویزیه (5/1- صفر گرم) با هدف افزایش راندمان تولید اسید استیک توسط استوباکتر مورد بررسی قرار گرفت. تیمارها با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی با چهار نقطه مرکزی ایجاد و پس از سپری شدن مراحل تولید، از نظر اسیدیته اولیه، اسیدیته نهایی، فعالیت، الکل باقی مانده و اندیس اکسیداسیون ارزیابی شدند. شرایط بهینه متغیرهای مستقل مشخص گردید و نتایج حاصل از ارزیابی ویژگی‌های کیفی محصول منتخب (مواد جامد نامحلول، قند احیاء، فنول کل، اسید آسکوربیک، دی‌اکسید گوگرد و فلزات سنگین) با نمونه شاهد مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش غلظت مخمر و فسفات آمونیوم باعث افزایش اسیدیته اولیه و نهایی، فعالیت و اندیس اکسیداسیون و کاهش میزان الکل باقی مانده در محصول می‌شود. اثر افزایش غلظت سولفات پتاسیم خصوصا در سطح بالای مورد بررسی بر اسیدیته اولیه و نهایی، فعالیت و اندیس اکسیداسیون کاهنده ارزیابی گردید. سطوح بهینه متغیرهای مورد بررسی شامل 5/1 گرم مخمر ساکارومایسز سرویزیه، 75/0 گرم فسفات آمونیوم و 38/0 گرم سولفات پتاسیم در نظر گرفته شد. نمونه بهینه تولیدی از نظر اسیدیته اولیه و نهایی، فعالیت، میزان الکل باقی مانده و اندیس اکسیداسیون تفاوت معنی‌داری (05/0p>) با نمونه دارای فعال‌کننده صنعتی (آستازوم) نشان نداد. در حالیکه این نمونه دارای محتوی فنول کل بیشتر (mg/L 5/6) و میزان دی‌اکسید گوگرد (mg/kg 25/6)، سرب (mg/kg 0075/0)، روی (mg/kg 45/0) و مس (mg/kg 225/0) کمتری نسبت به نمونه شاهد بود (05/0p<).

کلیدواژه‌ها

اسید استیک؛ استوباکتر؛ ساکارومایسز سرویزیه؛ روش سطح پاسخ

مراجع

1. (2000). Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists. 10th ed. Vol 2. American Association of Cereal Chemists, St. Paul, MN; 2000: 02-31.01.
2. Abdolalizadeh, M. S., Vasheghani- Farahani, E., Khodabandeh, M., and Hashemi- Najafabadi, S. (2010). Optimization of Lactic Acid Production Conditions in Batch Fermentation of Whey by Lactobacillus casei. Food Science and Technology (JFST), 7 (2), 96-102.
3. Adachi, O., and Yakushi, T. (2016). Membrane-bound dehydrogenases of acetic acid bacteria. In: Matsushita, K., Toyama, H., Tonouchi, N., and Okamoto-Kainuma, A. editors. Acetic acid bacteria: Ecology and physiology. Tokyo: Springer Japan, pp. 273-97. https://doi.org/10.1007/978-4-431-55933-7_13
4. Aguilar Uscanga, M. G., Escudero Abarca, B. I., Rodriguez, J. G., and Garcia, R. C. (2006). Carbon sources and their effect on growth, acetic acid and ethanol production by brettanomyces bruxellensis in batch culture. Journal of food process Engineering, 30 (1), 13-23. https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2007.00097.x
5. Alben, E., and Erkmen, O. (2004). Production of Citric Acid from a New Substrate, Undersized Semolina, by Aspergillus niger. Food Technol. Biotechnol. 42 (1), 19–22.
6. (2002), Official Methods ofAnalysis of AOAC International, 17th Edn., AOAC International, Maryland.
7. Ataye Salehi, E., Haddad Khodaparast, M. H., Lame, S. H., Habibi Najafi, M. B., and Fatemi, S. H. (2010). Utilization of Date Seed Powder as Supplementary Nutrient in the Alcoholic Fermentation of Cider Vinegar Production. Food Technology and Nutrition, 7 (3), 28-34.
8. Awad, H. M., Diaz, R., Malek, R. A., Othman, N. Z., Aziz, R. A., and EL Enshasy, H. A. (2012). Efficient Production Process for Food Grade Acetic Acid by Acetobacter aceti in Shake Flask and in Bioreactor Cultures. E-Journal of Chemistry, 9 (4), 2275-2286.
9. Balali-Mood, M., Riahi-Zanjani, B., Mahdizadeh, A., Moradi, V., and Fazeli-Bakhtiyari, (2018). Arsenic and Lead Contaminations in Commercial Fruit Juices of Markets in Mashhad, Iran. Iranian Journal of Toxicology, 12, 16-20.
10. Budak, N. H., Aykin, E., Seydim, A.C., Greene, A. K., and Seydim, Z. B. G. (2014). Functional properties of vinegar. Journal of Food Science, 79, 757–764.
11. Cevrimli, B. S., Kariptas, E., and Ciftci, H. (2009). Effects of Fermentation Conditions on Citric Acid Production from Beet Molasses by Aspergillus niger. Asian Journal of Chemistry, 21 (4), 3211-3218.
12. Dahdouh, L., Wisniewski, C., Ricci, J., Vachoud, L., Dornier, M., and Delalonde, M. (2016). Rheological study of orange juices for a better knowledge of their suspended solids interactions at low and high concentration. Journal of Food Engineering, 174, 15-20. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.11.008
13. Ding , and Tan, T. (2006). L-lactic acid production by Lactobacillus casei fermentation using different fed-batch feeding strategies. Process Biochemistry, 41, 1451-1454. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2006.01.014
14. Gorji, M. A., Nahvi Emtiazi, G., and Bidram, H. The study of effective factors in improving the fermentation yield of wheat starch. Pajouhesh and Sazandegi, 74, 79- 89.
15. Hafzan, Y., Saw, J. W. and Fadzilah, I. (2017). Physicochemical properties, total phenolic content, and antioxidant capacity of homemade and commercial date (Phoenix dactylifera ) vinegar. International Food Research Journal, 24 (6), 2557- 2562.
16. Haq, I., Ali, S., Qadeer, M., and Iqbal, J. (2002). Effect of copper ions on mould morphology and citric acid productivity by Aspergillus niger using molasses based media. Process Biochem, 37, 1085-1090. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(01)00322-3
17. Institute of Standards and Industrial Research of Iran, Liquid fruit and vegetable products determination of sulphur dioxide content. ISIRI no 4308. 1^st; 2017.
18. Institute of Standards and Industrial Research of Iran, Spice and condiment– Vinegar– Test methods. ISIRI no 1394. 1^st; 2003.
19. Joshi, V. K., Yadav, J., Sharma, R., Joshi, D., and Gupta, R. K. (2016). Effect of Nutrients and Growth Stimulators on Acetic Acid Fermentation using Natural Consortia. International Journal of Food Fermentation Technology, 6 (1), 81-95.
20. Maris, A. J. A., Abbott, D. A., Bellissimi, E., Brink, J., Kuyper, M., Luttik, M. A. H., and Pronk, J. T. (2006). Alcoholic fermentation of carbon sources in biomass hydrolysates by Saccharomyces cerevisiae: Current status. Antonie van Leeuwenhoek, 90, 391–418. https://doi.org/10.1007/s10482-006-9085-7
21. Mazaheri Asadi, M., and Nikkhah Maman, M. (2003). Investigation of citric acid production from date waste using Aspergillus niger. Medical scholar, 11 (47), 57-66.
22. Nadeem, A., Jafri, S. A., Baig, S., Irfan, M., and Syed, Q. (2017). Optimization of Substrate Concentration for Enhanced Citric Acid Production using Aspergillus niger M-101. Pakistan Journal of Scientific and Industrial Research, 52 (5), 275- 277.
23. Nascimento, R. A. d. A., Ferretti, L. P., and Gonçalves, A. R. (2005). Determination of Organic Acids and Ethanol in Commercial Vinegars. Brazilian Journal of Food Technology, 5, 51-6.
24. Ozturk, I., Caliskan, O., Tornuk, F., Ozcan, N., Yalcin, H., Baslar, M., and Sagdic, O. (2015). Antioxidant, antimicrobial, mineral, volatile, physicochemical and microbiological characteristics of traditional home-made Turkish vinegars. LWT– Food Science and Technology, 63, 144–151. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2015.03.003
25. Plessi, M. (2003). Vinegar. In Encyclopedia of food Science and nutrition leds B Caballero, Trugo, L.C., and Finge, P. M. Oxford. Academic PP. 5996-6003.
26. Pooja, S., and Soumitra, B. (2013). Optimization of process parameters for vinegar production using banana fermentation. International Journal of Research in Engineering and Technology, 2, 501–514.
27. Rao, P. R., and Reddy, M. K. (2013). Production of Citric Acid by Aspergillus Niger Using Oat Bran as Substrate. International Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 3 (3), 181-190.
28. Rashidi, H., and Mazaheri Asadi, M. (2008). Optimization of conditions for citric acid production from date waste using liquid phase method. Microbiological knowledge, 1 (1), 1-11.
29. Robert, W. H. (2006). Microbiology and technology of fermented foods. Blackwell publishing. pp. 397-417.
30. Rosada, K. K. (2018). Enhanced acetic acid production from manalagi apple (Malus sylvestris mill) by mixed cultures of Saccharomyces cerevisiae and Acetobacter aceti in submerged fermentation. Journal of Physics: Conference Series, 1013, 1-7.
31. Sarkar, D., and Das, K. (2017). Optimization of citric acid production from aspergillus niger using pineapple waste as feedstock in submerged fermentation. World Journal of Pharmaceutical Research, 6 (17), 810-818.
32. Sharifi, M., Saeedi Asl, M. R., Haddad Khodaparast, M. H., Jahed, E., Abedinia, A. R., and Sardarian, A. (2015). The investigation of stimulating effects of Kbkab and Mrdasng palm seed powder on Saccharomyces cerevisiae in the apple cider vinegar production. Journal of Innovation in Food Science and Technology, 6 (22), 10-18.
33. Zhang, H., Li, J., Zhang, Q., Zhu, S., Yang, S., and Zhang, Z. (2020). Effect of Substrate Concentration on Photo-Fermentation Bio-Hydrogen Production Process from Starch-Rich Agricultural Leftovers under Oscillation. Sustainability, 12, 1-8.