کشت سلولی میکروجلبک اسپیرولینا (Spirulina platensis) و مقایسه راندمان روش‌های آنزیمی، اولتراسوند، انجماد-انجمادزدایی و حلال معدنی در استخراج رنگدانه فیکوسیانین

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 6، دوره 19، شماره 5 - شماره پیاپی 83، آذر و دی 1402، صفحه 649-661   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.2023.78800.1204

نویسندگان

رضا صفری^{* 1}؛ سهیل ریحانی پول²

¹پژوهشکده اکولوژی دریای خزر، موسسه تحقیقات علوم شیلاتی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ساری، ایران

²گروه فراوری محصولات شیلاتی، دانشکده شیلات و محیط‌زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

جهت استخراج رنگدانه­ها از جلبک­های دریایی از تکنیک­های مختلفی استفاده می­شود که هر تکنیک علاوه بر داشتن معایب و مزایایی، راندمان متفاوتی دارد. یکی از این رنگدانه­ها، فیکوسیانین است که از روش­های مختلفی جهت استخراج آن استفاده می­گردد. هدف پژوهش حاضر کشت میکروجلبک اسپیرولینا پلاتنسیس و استخراج فیکوسیانین از آن با استفاده از چهار روش اولتراسوند، انجماد-انجمادزدایی، آنزیمی و حلال معدنی بود. در مراحل بعد، میزان راندمان هر روش از طریق اندازه­گیری غلظت و خلوص فیکوسیانین ارزیابی شد. ضمن اینکه اثر اعمال فرایند خالص­سازی با سولفات آمونیوم نیز بر غلظت و خلوص رنگدانه مستخرج مورد سنجش قرار گرفت. نتایج نشان داد رشد میکروجلبک از زمان صفر تا 14 روز، دارای روند صعودی و تغییرات حاصله نیز در تمامی زمان­ها، بجز روزهای 14 و 16، معنی­دار بوده است (05/0>p). همچنین جلبک بعد از سپری­کردن فاز سکون کوتاه (2 روز)، وارد مرحله رشد لگاریتمی شد و تا روز 14 به رشد خود ادامه داد اما بین روزهای 14 و 16، رشد تقریبا روند ثابتی بخود گرفت. در ادامه مشخص شد که میزان توده تولیدشده پس از 16 روز، 1120 میلی­گرم بر لیتر می­باشد. غلظت فیکوسیانین استخراج­شده در روش­های آنزیمی و اولتراسوند (به ترتیب 815/1 و 786/1 میلی­گرم در میلی­لیتر) فاقد اختلاف معنی­دار (05/0<p) و در سطح بالاتری از دو روش دیگر قرار داشت (05/0>p)؛ ضمن اینکه غلظت رنگدانه در تکنیک انجماد-انجمادزدایی (535/1 میلی­گرم در میلی­لیتر) بیشتر از روش حلال معدنی (121/1 میلی­گرم در میلی­لیتر) بود (05/0>p). پس از خالص­سازی رنگدانه با استفاده از سولفات آمونیوم، غلظت و خلوص رنگدانه به صورت معنی­داری در هر روش افزایش یافت (05/0>p). نتایج تحقیق حاضر نشان داد که با انتخاب روش بهینه و همچنین اعمال فرایند خالص­سازی با سولفات آمونیوم، می­توان راندمان استخراج فیکوسیانین از میکروجلبک اسپیرولینا پلاتنسیس را افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

میکروجلبک اسپیرولینا؛ استخراج فیکوسیانین؛ روش اولتراسوند؛ تکنیک آنزیمی؛ آنزیم لیزوزیم

مراجع

1. Barbarino, E., & Lourenço, S.O. )2005(. An evaluation of methods for extraction and quantification of protein from marine macro-and microalgae. Journal of Applied Phycology, 17(5), 447-460. https://doi.org/10.1007/s10811-005-1641-4
2. Bleakley, S., & Hayes, M. )2017(. Algal proteins: extraction, application, and challenges concerning production. Foods, 6(5), 33. https://doi.org/10.3390%2Ffoods6050033
3. Barzegar, H., Alizadeh Behbahani, B., Zanganeh, N., & Abdolnabipoor, E. )2021(. Effect of Spirulina platensis microalgae powder as an egg white substitute on the sponge cake properties. Journal of Food Science and Technology, 108(17), 31-44. https://dx.doi.org/10.52547/fsct.17.108.31
4. Coustets, M., Al-Karablieh, N., Thomsen, C., & Teissié, J. )2013(. Flow process for electroextraction of total proteins from microalgae. The Journal of Membrane Biology, 246(10), 751-760. https://doi.org/10.1007/s00232-013-9542-y
5. De Jesús, C., Gutiérrez-Rebolledo, G.A., & Hernández-Ortega, M. )2016(. Methods for extraction, isolation and purification of C-phycocyanin: 50 years of research in review. International Journal of Food and Nutritional Science, 3(3), 2-10. https://doi.org/10.15436/2377-0619.16.946
6. Faraji, D., Rezaei, K., & Golmaei, M. )2012(. Optimization of phycocyanin production from spirulina algae under culture conditions. Master's thesis in the field of food industry. Islamic Azad University, Varamin branch.
7. Graverholt, O.S., & Eriksen, N.T. )2007(. Heterotrophic high-cell-density fed-batch and continuous-flow cultures of Galdieria sulphuraria and production of phycocyanin. Applied Microbiology and Biotechnology, 77(1), 69-75. https://doi.org/10.1007/s00253-007-1150-2
8. Goettel, M., Eing, C., Gusbeth, C., Straessner, R., & Frey, W. )2013(. Pulsed electric field assisted extraction of intracellular valuables from microalgae. Algal Research, 2(4), 401-408. https://doi.org/10.1016/j.algal.2013.07.004
9. Harnedy, P.A., & FitzGerald, R.J. (2013). Extraction of protein from the macroalga Palmaria palmata. LWT-Food Science and Technology, 51(1), 375-382. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.09.023
10. Hadiyanto, H., & Suttrisnorhadi, S. (2016). Response surface optimization of ultrasound assisted extraction (UAE) of phycocyanin from microalgae Spirulina platensis. Emirates Journal of Food and Agriculture, 227-234. https://dx.doi.org/10.9755/ejfa.2015-05-193
11. Ismaiel, M., El-Ayouty, Y.M., & Piercey-Normore, M.D. (2014). Antioxidants characterization in selected cyanobacteria. Annals of Microbiology, 64(3), 1223-1230. https://doi.org/10.1007/s13213-013-0763-1
12. Joubert, Y., & Fleurence, J. (2008). Simultaneous extraction of proteins and DNA by an enzymatic treatment of the cell wall of Palmaria palmata (Rhodophyta). Journal of Applied Phycology, 20(1), 55-61. https://doi.org/10.1007/s10811-007-9180-9
13. Joshi, S.M., Bera, M.B., & Panesar, P.S. (2014). Extrusion cooking of maize/spirulina mixture: factors affecting expanded product characteristics and sensory quality. Journal of Food Processing and Preservation, 38(2), 655-664. https://doi.org/10.1111/jfpp.12015
14. Jerley, A.A., & Prabu, D.M. (2015). Purification, characterization and antioxidant properties of C-Phycocyanin from Spirulina platensis. Scrutiny International Research Journal of Agriculture, Plant Biotechnology and Bio Products, 2(1), 7-15.
15. Kamble, S.P., Gaikar, R.B., Padalia, R.B., & Shinde, K.D. (2013). Extraction and purification of C-phycocyanin from dry Spirulina powder and evaluating its antioxidant, anticoagulation and prevention of DNA damage activity. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 3(8), 149-153. https://dx.doi.org/10.7324/JAPS.2013.3826
16. Kuddus, M., Singh, P., Thomas, G., & Al-Hazimi, A. (2013). Recent developments in production and biotechnological applications of C-phycocyanin. BioMed Research International, 1-9. https://doi.org/10.1155/2013/742859
17. Kumar, D., Kumar, N., Pabbi, S., Walia, S., & Dhar, D.W. (2013). Protocol optimization for enhanced production of pigments in Spirulina. Indian Journal of Plant Physiology, 18(3), 308-312. https://doi.org/10.1007/s40502-013-0045-8
18. Kumar, D., Dhar, D.W., Pabbi, S., Kumar, N., & Walia, S. (2014). Extraction and purification of C-phycocyanin from Spirulina platensis (CCC540). Indian Journal of Plant Physiology, 19(2), 184-188. https://doi.org/10.1007/s40502-014-0094-7
19. Leema, J.M., Kirubagaran, R., Vinithkumar, N.V., Dheenan, P.S., & Karthikayulu, S. (2010). High value pigment production from Arthrospira (Spirulina) platensis cultured in seawater. Bioresource Technology, 101(23), 9221-9227. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.06.120
20. Moraes, C.C., Sala, L., Cerveira, G.P., & Kalil, S.J. (2011). C-phycocyanin extraction from Spirulina platensis wet biomass. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 28, 45-49. https://dx.doi.org/10.1590/S0104-66322011000100006
21. Muthulakshmi, M., Saranya, A., Sudha, M., & Selvakumar, G. (2012). Extraction, partial purification, and antibacterial activity of phycocyanin from Spirulina isolated from fresh water body against various human pathogens. Journal of Algal Biomass Utilization, 3(3), 7-11.
22. Pulz, O., & Gross, W. (2004). Valuable products from biotechnology of microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology, 65(6), 635-648. https://doi.org/10.1007/s00253-004-1647-x
23. Patil, G., Chethana, S., Sridevi, A.S., & Raghavarao, K.S.M.S. (2006). Method to obtain C-phycocyanin of high purity. Journal of Chromatography A, 1127(1-2), 76-81. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2006.05.073
24. Prabakaran, P., & Ravindran, A.D. (2013). Efficacy of different extraction methods of phycocyanin from Spirulina platensis. International Journal of Research in Pharmacy and Life Sciences, 1(1), 15-20.
25. Parniakov, O., Barba, F.J., Grimi, N., Marchal, L., Jubeau, S., Lebovka, N., & Vorobiev, E. (2015). Pulsed electric field assisted extraction of nutritionally valuable compounds from microalgae Nannochloropsis using the binary mixture of organic solvents and water. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 27, 79-85. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2014.11.002
26. Qaeni, M., Hashtroudi, M., & Qaderi, F. (2012). Investigation of chlorophyll a and carotenoids in spirulina microalgae. Journal of Marine Biology, 3(14), 1-7.
27. Shotipruk, A., Kaufman, P.B., & Wang, H.Y. (2001). Feasibility study of repeated harvesting of menthol from biologically viable menthaxpiperata using ultrasonic extraction. Biotechnology Progress, 17(5), 924-928.
28. Silveira, S.T., Burkert, J.D.M., Costa, J.A.V., Burkert, C.A.V., & Kalil, S.J. (2007). Optimization of phycocyanin extraction from Spirulina platensis using factorial design. Bioresource Technology, 98(8), 1629-1634. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.05.050
29. Salehifar, M., Shahbazizadeh, S., Khosravi, K., Bahmadi, H., & Ferdowsi, R. (2013). Possibility of using microalgae Spirulina platensis powder in industrial production of Iranian traditional cookies. Iranian Journal of Nutrition Sciences & Food Technology, 7(4), 63-72.
30. Sharma, G., Kumar, M., Ali, M.I., & Jasuja, N.D. (2014). Effect of carbon content, salinity and pH on Spirulina platensis for phycocyanin, allophycocyanin and phycoerythrin accumulation. Microbial and Biochemical Technology, 6(4), 202-206. https://dx.doi.org/10.4172/1948-5948.1000144
31. Sivasankari, S., & Ravindran, D. (2014). Comparison of different extraction methods for phycocyanin extraction and yield from Spirulina platensis. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 3(8), 904-909.
32. Sheykhinejad, A., Lababpour, A., & Moazami. (2015). Increasing cyanobacteria Spirulina production with mixing and cyanobacteria spirulina production with mixing and chemical composition of culture medium. Plant Research Journal, 28(2), 353-344.
33. Sarvaiya, A., & Mehta, J. (2016). Biomass estimation of Spirulina platensis under different physical and chemical environment. International Journal of Recent Biotechnology, 4(2), 14-24.
34. Safari, R., Raftani Amiri, Z., Reyhani Poul, S., & Ghaffari, H. (2022). Nanoencapsulation of phycocyanin extracted from the alga Spirulina (Spirulina platensis) and use of resulting nanoparticles in ice cream formulation. Iranian Journal of Food Science and Technology, 123(19), 145-159. https://dx.doi.org/10.52547/fsct.19.123.145
35. Vinatoru, M. (2001). An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs. Ultrasonics Sonochemistry, 8(3), 303-313. https://doi.org/10.1016/S1350-4177(01)00071-2
36. Wu, Q., Liu, L., Miron, A., Klímová, B., Wan, D., & Kuča, K. (2016). The antioxidant, immunomodulatory, and anti-inflammatory activities of Spirulina: an overview. Archives of Toxicology, 90(8), 1817-1840. https://doi.org/10.1007/s00204-016-1744-5
37. Ying, Z., Han, X., & Li, J. (2011). Ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from mulberry leaves. Food Chemistry, 127(3), 1273-1279. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2011.01.083
38. Yu, P., Wu, Y., Wang, G., Jia, T., & Zhang, Y. (2017). Purification and bioactivities of phycocyanin. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(18), 3840-3849. https://doi.org/10.1080/10408398.2016.1167668
39. Zanganeh, N., Barzegar, H., Alizadeh Behbahani, B., & Mehrnia, M. (2020). Investigation of the effect of different Spirulina platensis levels on nutritional, physicochemical and sensory properties of sponge cake. Iranian Food Science and Technology Research Journal, 16(2), 207-220. https://doi.org/10.22067/ifstrj.v16i2.81859