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

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• رضا صفری ¹
• سهیل ریحانی پول ²

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

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

https://doi.org/10.22067/ifstrj.2023.78800.1204

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

موضوعات

• فناوری مواد غذایی

©2023 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

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