Сравнительное исследование с использованием методологии поверхности отклика и искусственной нейронной сети для оптимизации производства меланина Aureobasidium pullulans AKW.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13545 (2023) Цитировать эту статью

302 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Влияние трех независимых переменных (т.е. тирозина, сахарозы и времени инкубации) на выработку меланина Aureobasidium pullulans AKW было раскрыто с помощью двух различных подходов: методологии поверхности отклика (т.е. дизайна Бокса Бенкена (BBD)) и искусственной нейронной сети (ANN). в этом исследовании впервые используется простой носитель. Что касается BBD, сахароза и инкубационные интервалы действительно оказывали значительное влияние на выход (уровень меланина), однако тирозин не оказывал такого влияния. Процесс проверки показал высокую согласованность парадигм BBD и ANN с экспериментальным производством меланина. Что касается ANN, предсказанные значения меланина были в значительной степени сопоставимы с экспериментальными значениями, с небольшими ошибками, конкурирующими с BBD. Высоко сопоставимые экспериментальные значения меланина были достигнуты при использовании BBD (9,295 ± 0,556 г/л) и ANN (10,192 ± 0,782 г/л). ANN точно предсказал выработку меланина и показал большее улучшение выработки меланина примерно на 9,7% выше, чем BBD. Структура очищенного меланина была подтверждена методами сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), рентгенограммы (XRD) и термогравиметрического анализа (TGA). Результаты подтвердили иерархическую архитектуру частиц в виде маленьких компасов с помощью SEM-анализа, межслоевое расстояние в XRD-анализе, максимальный атомный % для атомов углерода и кислорода в EDX-анализе, а также высокую термическую стабильность в TGA-анализе. очищенный меланин. Интересно, что нынешний новый эндофитный штамм был тирозин-независимым, а уникально примененная парадигма ANN была более эффективной при моделировании продукции меланина с увеличением количества на простой среде за относительно короткое время (168 часов), что предполагает дополнительные исследования по оптимизации для дальнейшей максимизации. производства меланина.

Интерес к натуральным пигментам, особенно микроорганизмам, привлек потребителей, поскольку распространение синтетических красителей в косметике, пищевой промышленности, текстиле и фармацевтике стало ограниченным из-за их канцерогенности, гипераллергенности и токсигенности1,2. Ценность микробных пигментов заключается в их высокой стабильности, выходе и простоте производства, а также в их низкой стоимости и простоте культивирования микробов3. Производство микробного меланина является перспективной областью исследований в связи с ростом промышленности, требующей натуральных пигментов как безопасных, легко разлагаемых и экологически чистых продуктов1.

Меланин представляет собой темно-коричневый пигмент, который образуется в результате окислительной полимеризации фенольных соединений, таких как глутаминил-3,4-дигидроксибензол, катехол, 3,4-дигидроксинафталин или 3,4-дигидроксифенилаланин, в ходе метаболических путей грибов, другой путь — это путь 3,4-дигидроксифенилаланина, где тирозин катализируется тирозиназой и лакказой с образованием дофахинона, который окисляется и автополимеризуется в меланин3,4. Кроме того, выработка меланина зависит от внутри- и/или внеклеточных ферментов тирозиназы, с помощью которых в нескольких исследованиях был установлен кинетический процесс активации, инактивации, индукторов и ингибиторов фермента тирозиназы во время роста Penicillium chrysogenium, Trichderma reesei и Trichoderma harzianum2,5.

Среди микробных продуцентов меланина грибы имеют превосходство в построении меланина и доступны в качестве мощного источника, поскольку они умеют производить высокий выход вещества в недорогой культуральной среде, что делает биопроцесс экономически целесообразным в промышленном масштабе3. ,4. Сообщалось, что некоторые аскомицетовые грибы продуцируют меланин, например, Aureobasidium pullulans, Neophaeotheca triangularis, Trimmatostroma salinum и Hortaea werneckii6,7. По сравнению с бактериями эти грибы имеют потенциальные преимущества из-за преобладания двух ключевых ферментов (тирозиназы и лакказы), которые играют важную роль в производстве меланина8.