WPŁYW STĘŻENIA GLUKOZY NA SYNTEZĘ KWASU

Acta Sci. Pol., Biotechnologia 13 (4) 2014, 19-28
ISSN 1644–065X (print) ISSN 2083–8654 (on-line)
WPŁYW STĘŻENIA GLUKOZY NA SYNTEZĘ KWASU
SZCZAWIOWEGO PRZEZ ASPERGILLUS NIGER1
Ewa Walaszczyk, Karol Dawidowicz,
Elżbieta Gąsiorek, Waldemar Podgórski
Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu
Streszczenie. Celem pracy było zbadanie wpływu stężenia glukozy, jako jedynego źródła
węgla, na tworzenie produktu w procesie syntezy kwasu szczawiowego przez Aspergillus
niger we wgłębnej hodowli okresowej. Badania prowadzono w podłożach syntetycznych
zawierających glukozę rozcieńczoną do poziomu 100, 125, 150 i 175 g·dm-3. Najwyższe
stężenie produktu, wynoszące 64,2 g·dm-3, uzyskano w podłożu zawierającym glukozę
w ilości 150 g·dm-3. W wariancie tym stwierdzono także obecność kwasów towarzyszących: cytrynowego w stężeniu 15,4 g·dm-3 i glukonowego w stężeniu 28,7 g·dm-3. Współczynnik homofermentatywności procesu wyniósł 59,2%. Najwyższą szybkość tworzenia
produktu i najwyższą wydajność substratową, wynoszące odpowiednio 2,9 g·dm-3·d-1
i 61,6%, uzyskano w podłożu ze stężeniem substratu na poziomie 100 g·dm-3. Uznano, że
optymalne stężenie glukozy w podłożu, ze względu na maksymalizację stężenia produktu,
wynosi 150 g·dm-3.
Słowa kluczowe: kwas szczawiowy, Aspergillus niger, biosynteza, glukoza
WSTĘP
Kwas szczawiowy jest najprostszym dikarboksylowym kwasem organicznym występującym w każdym produkcie spożywczym pochodzenia roślinnego [Massey 2007]. Jest
kwasem mocnym, łatwo kompleksującym metale, tworzącym nietoksyczne produkty
rozkładu. Ze względu na właściwości redukujące i chelatujące znajduje zastosowanie
w wielu gałęziach przemysłu [Gadd i in. 2014]. W przemyśle spożywczym jest czynnikiem zapobiegającym enzymatycznemu brązowieniu warzyw i owoców [Zheng i Tian
2006, Yoruk, Marshall 2009] oraz opóźniającym starzenie się owoców przechowywanych zarówno chłodniczo [Jin i in. 2014, Li i in. 2014], jak i w temperaturze pokojowej
© Copyright by Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Adres do korespondencji – Corresponding author: Ewa Walaszczyk, Katedra Bioutylizacji
Odpadów Rolno-Spożywczych, Instytut Chemii i Technologii Żywności, Uniwersytet Ekonomiczny
we Wrocławiu, ul. Komandorska 118-120, 53-345 Wrocław, e-mail: [email protected]
20
E. Walaszczyk i in.
[Zheng i in. 2012, Huang i in. 2012]. W przemyśle włókienniczym kwas szczawiowy stosuje się do farbowania odzieży, usuwania przebarwień, wywabiania plam oraz wybielania
m.in. skór, drewna, słomy i piór. W przemyśle metalurgicznym znajduje zastosowanie do
usuwania rdzy, polerowania metali i tworzenia powłok anodowych [Sawada i Murakami
2000]. W ostatnich latach duże zainteresowanie wśród badaczy budzi możliwość wykorzystania kwasu szczawiowego pochodzącego z hodowli Aspergillus niger do wybielania kaolinu [Aghaie i in. 2009, Musiał i in. 2011] oraz biologicznego ługowania metali
[Behera i in. 2011, Biswas i in. 2013]. Metody te uznawane są za tańsze niż tradycyjnie
stosowane, a ponadto przyjazne środowisku.
Kwas szczawiowy na skalę przemysłową jest obecnie produkowany tylko metodami
chemicznymi. Możliwe jest jednak syntezowanie go na drodze mikrobiologicznej. Jest
on wtórnym metabolitem wielu gatunków grzybów, wśród których za najlepszego producenta uznaje się pleśnie z gatunku Aspergillus niger [Podgórski i Leśniak 2003, Foryś
i Podgórski 2004, Musiał i in. 2008, 2011].
W poszukiwaniu najlepszego źródła węgla testowano przydatność szeregu substratów
węglowodanowych, a w tym m.in.: glukozę [Bomstein i Johnson 1952, Cleland i Johnson
1956, Mandal i Banerjee 2005], cukier biały [Foryś i Podgórski 2004, Podgórski i in.
2004], serwatkę [Cameselle i in. 1998, Santoro i in. 1999], melasę [Podgórski i Leśniak
2003, Podgórski i in. 2004], a także surowce odpadowe z produkcji biodiesla: glicerol
[Andre i in. 2010, Musiał i in. 2011, Walaszczyk i in. 2011], porafinacyjne kwasy tłuszczowe [Musiał i in. 2005, 2006, 2008, 2011], olej rzepakowy [Rymowicz i Lenart 2003]
czy makuchy: rzepakowy [Gąsiorek i in. 2007] i słonecznikowy [Gąsiorek i in. 2013].
Spośród cukrów najszybciej przyswajanym źródłem węgla jest glukoza, zużywana
zazwyczaj w pierwszej kolejności przez Aspergillus niger do wzrostu i syntezy metabolitów [Strasser i in. 1994, Musiał i in. 2005]. Pierwsze badania dotyczące tworzenia kwasu
szczawiowego przez A. niger zaprezentowano w latach 50. ubiegłego wieku. Stężenie
produktu osiągało wartości największe dla najwyższego stężenia glukozy, wynoszącego
162 g·dm-3 [Bomstein i Johnson 1952, Cleland i Johnson 1956]. W latach 90. lepsze
wyniki uzyskano, stosując sacharozę i laktozę [Strasser i in. 1994, Cameselle i in. 1998,
Santoro i in. 1999]. Natomiast w procesie produkcji kwasu cytrynowego przez A. niger,
w którym kwas szczawiowy jest produktem ubocznym, sacharozę uznano za korzystniejszy substrat niż glukozę ze względu na represję kataboliczną glukozy w obecności
cytrynianu. Stwierdzono ponadto, że najkorzystniejsze stężenie substratów węglowodanowych do produkcji kwasu cytrynowego mieści się w granicach 13–18%, dochodząc
nawet do 22% [Podgórski 2002, Papagianni 2007].
W opisywanych w literaturze badaniach nad biosyntezą kwasu szczawiowego stężenie glukozy lub sacharozy w podłożu wynosi zazwyczaj 100 lub 150 g·dm-3 [np. Strasser
i in. 1994, Cameselle i in. 1998, Foryś i Podgórski 2004, Mandal i Banerjee 2005, Musiał i in. 2005]. Jedyne opracowania dotyczące wpływu początkowego stężenia glukozy
w podłożu na syntezę tego metabolitu były prowadzone w połowie XX w. [Bomstein
i Johnson 1952, Cleland i Johnson 1956]. Od tamtej pory znacznie poszerzono wiedzę
w zakresie identyfikacji szlaków metabolicznych prowadzących do nadprodukcji kwasu
szczawiowego przez A. niger [Kubicek i in. 1988, Ruijter i in. 1999, Pedersen i in. 2000].
Pozyskano także nowe, bardziej wydajne szczepy tej pleśni [Foryś i Podgórski 2004,
Walaszczyk i in. 2011, Gąsiorek i in. 2013].
Acta Sci. Pol.
Wpływ stężenia glukozy...
21
Celem badań, których wyniki przedstawiono w niniejszej pracy, było określenie
wpływu początkowego stężenia glukozy w podłożu, jako źródła węgla i energii, na ilość
kwasu szczawiowego syntezowanego przez szczep Aspergillus niger W78C we wgłębnej
hodowli okresowej.
MATERIAŁ I METODY
Drobnoustroje. W badaniach stosowano szczep Aspergillus niger W78C pochodzący z kolekcji Instytutu Chemii i Technologii Żywności Uniwersytetu Ekonomicznego
we Wrocławiu. Szczep przechowywano na słupkach ziemniaczanych w temperaturze
4°C i pasażowano co 6 miesięcy.
Podłoże i warunki hodowli. Hodowle prowadzono na podłożach syntetycznych,
w których glukozę rozcieńczano wodą destylowaną do stężeń: 100, 125, 150 i 175 g·dm-3.
Na podstawie przeprowadzonych wcześniej badań i po ustaleniu optymalnego składu
podłoża [dane niepublikowane], uzupełniano je źródłami makro- i mikroelementów
w ilości: NH4NO3 – 1,89 g·dm-3, KH2PO4 – 0,32 g·dm-3, MgSO4·7H2O – 0,64 g·dm-3,
ZnSO4·7H2O – 0,97 mg·dm-3, CuSO4·5H2O – 0,86 mg·dm-3, FeSO4·7H2O – 1,64 mg·dm-3
i MnSO4·H2O – 1,02 mg·dm-3.
Procesy prowadzono w temperaturze 30°C w kolbach o pojemności 750 cm3 wypełnionych 125 cm3 podłoża, umieszczonych na wstrząsarce posuwisto-zwrotnej. Moment
zakończenia procesu ustalano na podstawie braku przyrostu wartości kwasowości ogólnej
mierzonej poprzez miareczkowanie 2 cm3 płynu hodowlanego, za pomocą 0,1 M KOH.
Hodowle ze stężeniem glukozy na poziomie 100 g·dm-3 trwały 22 dni, z substratem w stężeniu 125 g·dm-3 28, a pozostałe 30 dni. Odczyn podłoży ustalono i regulowano na poziomie 6 za pomocą 8 N KOH od 6 dnia procesu.
Metody analityczne. Próby do analizy stężenia kwasów organicznych pobierano
w 12. i 18. dobie oraz po zakończeniu procesu w ilości 2 cm3. Po odwirowaniu i przefiltrowaniu płyn rozcieńczano wodą chemicznie czystą. Objętość próby analitycznej wynosiła 20 μl. Kwasy organiczne oznaczano ilościowo i jakościowo metodą wysoko sprawnej
chromatografii cieczowej HPLC (Perkin Elmer) przy użyciu kolumny Aminex HPX-87H
(Bio-Rad), specjalizowanej do oznaczania kwasów organicznych, oraz detektora UV/
VIS o długości fali 210 nm (Perkin Elmer). Fazą mobilną był 5 mM H2SO4. Szybkość
przepływu wynosiła 0,6 cm3·min-1. Oznaczenia wykonywano w temperaturze pokojowej.
Składniki identyfikowano jakościowo na podstawie czasów retencji, a ich stężenie obliczano z równania krzywych wzorcowych na podstawie powierzchni odpowiedzi detektora. Suchą masę grzybni oznaczano po zakończeniu procesu przez odfiltrowanie biomasy
i jej suszenie w temp. 105°C do stałej masy.
Obliczenia. Produktywność procesu (QP) obliczano ze wzoru:
P
QP =
t
gdzie:
QP – szybkość tworzenia produktu (kwasu szczawiowego) [g·dm-3·d-1],
P – stężenie kwasu szczawiowego [g·dm-3],
t – czas [d].
Biotechnologia 13 (4) 2014
22
E. Walaszczyk i in.
Wydajność substratową (YP/S) obliczano ze wzoru:
P
YP /S = ⋅100
S
gdzie:
YP/S – wydajność substratowa [%],
P – stężenie kwasu szczawiowego [g·dm-3],
S – stężenie substratu przed procesem [g·dm-3].
Współczynnik homofermentatywności procesu obliczano ze wzoru:
P
HF =
⋅100
P + CA + GA
gdzie:
HF – współczynnik homofermentatywności biosyntezy kwasu szczawiowego [%],
P – stężenie kwasu szczawiowego [g·dm-3],
CA – stężenie kwasu cytrynowego [g·dm-3],
GA – stężenie kwasu glukonowego [g·dm-3].
Wszystkie wyniki przedstawione w niniejszej pracy są wartościami średnimi otrzymanymi z co najmniej dwóch niezależnych eksperymentów, różniących się o nie więcej
niż 10%. Jeśli różnice były większe, eksperymenty powtarzano. W obliczaniu parametrów procesu uwzględniono odparowanie, wahające się w zakresie 11–15%.
OMÓWIENIE WYNIKÓW
W przeprowadzonych hodowlach pleśnie A. niger wydzielały do podłoża trzy kwasy organiczne: szczawiowy, cytrynowy i glukonowy (rys. 1). Najwyższe stężenie produktu,
wynoszące 64,2 g·dm-3, uzyskano w podłożu zawierającym glukozę w ilości 150 g·dm-3,
nieco niższe: 62,3 i 61,6 g·dm-3 w wariantach z substratem w stężeniach odpowiednio
125 i 100 g·dm-3, a najniższe, wynoszące 56,5 g·dm-3, w podłożu z najwyższym stężeniem glukozy, czyli 175 g·dm-3. We wszystkich wariantach stwierdzono obecność kwasu
cytrynowego w ilości od 10,1 do 17,2 g·dm-3, natomiast kwas glukonowy w ilości 10,3–
33,9 g·dm-3 był obecny w podłożach, w których stężenie glukozy zmieniało się z zakresie
od 125 do 175 g·dm-3. Należy zauważyć, że stężenie kwasu glukonowego w płynie pohodowlanym rosło wraz ze wzrostem stężenia substratu.
Kształtowanie się stężenia suchej substancji grzybni, produktywności, wydajności
substratowej i współczynnika homofermentatywności procesu w zależności od stężenia
glukozy przedstawiono na rysunku 2. Stężenie suchej substancji grzybni w podłożach
z glukozą w ilościach 100 i 125 g·dm-3 było zbliżone i wynosiło odpowiednio 10,4
i 10,2 g·dm-3; w dwóch pozostałych wariantach było nieco niższe, równe 9,2 i 8,8 g·dm-3,
odpowiednio w podłożach z substratem w stężeniach 150 i 175 g·dm-3. Produktywność
syntezy kwasu szczawiowego i wydajność substratowa były najwyższe w podłożu z glukozą w stężeniu 100 g·dm-3 i wyniosły odpowiednio 2,9 g·dm-3·d-1 oraz 61,6%. W pozostałych wariantach ich wartości kształtowały się w zakresach: produktywność 1,9–
2,2 g·dm-3·d-1, wydajność substratowa 32,3–49,8%. Współczynnik homofermentatywności procesu przyjmował wartości najwyższe, równe 90,8% dla najniższego zastosowanego w badaniach stężenia glukozy, a najniższe, wynoszące 53,6% dla stężenia
najwyższego.
Acta Sci. Pol.
Wpływ stężenia glukozy...
23
Wartości stężeń poszczególnych kwasów organicznych w czasie trwania hodowli
w wariancie z najwyższym końcowym stężeniem kwasu szczawiowego przedstawiono na
rysunku 3. W 12. dobie procesu stężenie kwasu glukonowego (28,1 g·dm-3) było wyższe
niż stężenie pozostałych kwasów, co było skutkiem dominacji procesu biotransformacji
glukozy do kwasu glukonowego przez A. niger w warunkach nielimitowanego stężenia
tlenu rozpuszczonego [Cameselle i in. 1998, Podgórski 2005]. Tworzenie się tego kwasu
jest wskazywane w literaturze jako główny problem związany ze stosowaniem glukozy
lub sacharozy jako substratów w procesach biotechnologicznych z udziałem grzybów
strzępkowych [Musiał i in. 2008]. Stężenie kwasu glukonowego rosło w czasie trwania
procesu, osiągając wartość 35,8 g·dm-3 w 18. dobie, a w końcowej fazie, tj. w 30. dobie uległo obniżeniu do 28,7 g·dm-3. Zjawisko to jest prawdopodobnie skutkiem wtórnej
asymilacji źródła węgla i energii przez drobnoustroje w warunkach wyczerpywania się
podstawowego substratu, jakim była glukoza [Cameselle i in. 1998].
Stężenie kwasu cytrynowego zwiększało się w czasie trwania procesu, osiągając wartość maksymalną na poziomie 15,4 g·dm-3. Stosunkowa słaba dynamika tworzenia tego
metabolitu wynikała z wysokich wartości regulacyjnych pH podłoża [Strasser i in. 1994,
Cameselle i in. 1998]. Analizując szybkość tworzenia kwasu szczawiowego, stwierdzono, że do około 12. doby była ona niższa niż szybkość tworzenia kwasu glukonowego.
Jednakże w dalszej fazie hodowli odnotowano przyspieszenie jego syntezy, pozwalające
na uzyskanie 50,1 g·dm-3 w 18. dobie hodowli oraz 64,2 g·dm-3 w dobie 30.
Badania nad biosyntezą kwasu szczawiowego z wykorzystaniem glukozy i sacharozy
były prowadzone także przez innych autorów, jednak otrzymywali oni zdecydowanie niższe końcowe stężenia produktu, zarówno w hodowlach wstrząsanych, jak i bioreaktorowych. W procesach syntezy kwasu szczawiowego z użyciem glukozy, prowadzonych na
wstrząsarce przez Bomsteina i Johnsona [1952] oraz Clelanda i Johnsona [1956], stosowano stężenia substratu w zakresie 38–162 g·dm-3. Z przedstawionych danych wynika, że
najwyższe stężenia produktu, wynoszące 22,5 g·dm-3, uzyskano w podłożu zawierającym
najwyższą ilość glukozy. Strasser i in. [1994] uzyskali 35,9 g·dm-3 kwasu szczawiowego
w hodowli wstrząsanej oraz 38,4 g·dm-3 w hodowli bioreaktorowej w podłożu z sacharozą w ilości 100 g·dm-3, Cameselle i in. [1998] z sacharozy w stężeniu 150 g·dm-3 otrzymali odpowiednio 29,0 i 33,8 g·dm-3 produktu, natomiast Musiał i in. [2005] uzyskali
46,0 g·dm-3 kwasu szczawiowego w hodowli bioreaktorowej w wariantach zarówno z glukozą, jak i sacharozą w ilości 150 g·dm-3. Otrzymane przez tych badaczy ilości produktu
były w każdym przypadku niższe niż ilości syntezowanego równolegle niepożądanego
kwasu glukonowego. Prowadzono także badania nad produkcją kwasu szczawiowego
z glukozy z udziałem unieruchomionych komórek Aspergillus niger, jednakże procesy te
charakteryzowały się stosunkowo słabą efektywnością, pozwalającą na uzyskanie stężenia
produktu na poziomie 20,6 g·dm-3 ze 105,5 g·dm-3 glukozy [Mandal i Banerjee 2005].
W opisywanych w niniejszej pracy badaniach, prowadzonych metodą hodowli wstrząsanej, otrzymano w podłożach z glukozą w ilości 150 g·dm-3 maksymalne stężenie kwasu
szczawiowego na poziomie 64,2 g·dm-3. Podobne stężenie produktu (65,7 g·dm-3) uzyskane zostało przez tych samych autorów w podłożu z sacharozą z tym samym stężeniem początkowym substratu [Foryś i Podgórski 2004]. Równie wysokie stężenia kwasu
szczawiowego w zakresie 64,4–68,1 g·dm-3 otrzymali także inni badacze, jednakże ich
eksperymenty były realizowane na podłożach naturalnych zawierających porafinacyjne
kwasy tłuszczowe w stężeniu 50 g·dm-3 lub surowy olej rzepakowy w ilości 60 g·dm-3
[Rymowicz i Lenart 2003, Musiał i in. 2005].
Biotechnologia 13 (4) 2014
24
E. Walaszczyk i in.
Stężenie kwasów organicznych [g·dm-3]
Organic acids concentration
70
60
50
40
30
20
10
0
100
125
150
175
Stężenie glukozy [g·dm-3]
Glucose concentration
kwas cytrynowy – citric acid
kwas szczawiowy – oxalid acid
kwas glukonowy – glucinic acid
12
120
10
100
8
80
6
60
4
40
2
20
0
0
100
125
150
Homofermantatywność [%] – Chemical selectivity HF
Wydajność substratowa [%] – Substrate yield YP/S
Produktywność [g·dm-3 d-1] – Productivity Qp
Stężenie suchej masy [g·dm-3 ] – Dry mass concentration
Rys. 1. Profil tworzonych kwasów organicznych w zależności od stężenia glukozy w podłożu
Fig. 1. Organic acids synthesis in different glucose concentrations in fermentation medium
175
Stężenie glukozy [g·dm-3] – Glucose concentration
X
Qp
YP/S
HF
Rys. 2. Kształtowanie się parametrów procesu w zależności od stężenia glukozy w podłożu
Fig. 2. Process parameters’ values in different glucose concentrations in fermentation medium
Acta Sci. Pol.
Wpływ stężenia glukozy...
25
Stężenie kwasów organicznych [g·dm-3]
Organic acids concentration
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Czas [doba] – Time [day]
kwas szczawiowy – oxalid acid
kwas cytrynowy – citric acid
kwas glukonowy – gluconic acid
Rys. 3. Stężenie kwasów organicznych w trakcie hodowli w podłożu ze 150 g·dm-3 glukozy
Fig. 3. Organic acids concentration in time in medium with 150 g·dm-3 of glucose
WNIOSKI
Glukoza jest dobrym źródłem węgla do procesu syntezy kwasu szczawiowego przez
A. niger. W wyniku eksperymentów przeprowadzonych z użyciem tego substratu w ilościach od 100 do 175 g·dm-3 uzyskano wysokie końcowe stężenia produktu, w zakresie
od 56,5 do 64,2 g·dm-3. Najwyższe stężenie kwasu szczawiowego otrzymano w podłożu
z glukozą w ilości 150 g·dm-3. To początkowe stężenie substratu zostało uznane za najkorzystniejsze ze względu na maksymalizację ilości tworzonego produktu w procesie
biosyntezy kwasu szczawiowego przez A. niger we wstrząsanej hodowli okresowej.
PIŚMIENNICTWO
Aghaie E., Pazouki M., Hosseini M.R., Ranjbar M., Ghavipanejeh F., 2009. Response surface methodology (RSM) analysis of organic acid production for Kaolin beneficiation by Aspergillus
niger. Chemical Engineering Journal, 147, 245–251.
Andre A., Diamantopoulou P., Philippoussis A., Sarris D., Komaitis M., Papanikolaou A., 2010.
Biotechnological conversions of bio-diesel derived waste glycerol into added-value compounds
by higher fungi: production of biomass, single cell oil and oxalic acid. Industrial Crops and
Products, 31, 407–416.
Biotechnologia 13 (4) 2014
26
E. Walaszczyk i in.
Behera S.K., Panda P.P., Singh S., Pradhan N., Sukla L.B., Mishra B.K., 2011. Study on reaction
mechanism of bioleaching of nickel and cobalt from lateritic chromite overburdens. International Biodeterioration and Biodegradation, 65, 1035–1042.
Biswas S., Dey R., Mukherejee S., Banerjee P.C., 2013. Bioleaching of nickel and cobalt from lateritic chromite overburden using the culture filtrate of Aspergillus niger. Applied Biochemistry
and Biotechnology, 170, 1547–1559.
Bomstein R.A., Johnson M.J., 1952. The mechanism of formation of citrate and oxalate by Aspergillus niger. The Journal of Biological Chemistry, 198, 1, 143–153.
Cameselle C., Bohlmann J.T., Nunez M.J., Lema J.M., 1998. Oxalic acid production by Aspergillus
niger. Part I: Influence of sucrose and milk whey as carbon source. Bioprocess Engineering,
19, 247–252.
Cleland W.W., Johnson M.J., 1956. Studies on the formation of oxalic acid by Aspergillus niger.
The Journal of Biological Chemistry, 220, 2, 595–606.
Foryś E., Podgórski, W. 2004. Application of replicated 23 full factorial central composite circumscribed design of experiment (CCC DOE) for optimization for oxalate biosynthesis by Aspergillus niger W78C. Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia, 3 (1–2) 2004, 43–53.
Gadd M.G., Bahri-Esfahani J., Li Q., Rhee Y.J., Wei Z., Fomina M., Liang X., 2014. Oxalate production by fungi: significance in geomycology, biodeterioration and bioremediation. Fungal
Biology Reviews, 28, 36–55.
Gąsiorek E., Fronia J., Firuta P., Podgórski W. 2007. Makuch rzepakowy jako substrat do biosyntezy kwasu szczawiowego metodą solid state. Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia,
6 (3), 27–32.
Gąsiorek E., Walaszczyk E., Podgórski W., 2013. Makuch słonecznikowy jako substrat w równoczesnej syntezie kwasu szczawiowego i enzymów celulolitycznych przez pleśnie Aspergillus
niger. Nauki Inżynierskie i Technologie, 4 (11), 39–49.
Huang H., Jing G., Guo L., Zhang D., Yang B., Duan X., Ashraf M., Jiang Y., 2013. Effect of oxalic
acid on ripening attributes of banana fruit during storage. Postharvest Biology and Technology,
84, 22–27.
Jin P., Zhu H., Wang L., Shan T., Zheng Y., 2014. Oxalic acid alleviates chilling injury in peach fruit
by regulating energy metabolism and fatty acid contents. Food Chemistry, 161, 87–93.
Kubicek C.P., Schreferl-Kunar G., Wohrer W., Rohr M. 1988. Evidence for a cytoplasmic pathway
of oxalate biosynthesis in Aspergillus niger. Applied and Environmental Microbiology, 54, 3,
633–637.
Li P., Zheng X., Liu Y., Zhu Y., 2014. Pre-storage application of oxalic acid alleviates chilling injury
in mango fruit by modulating proline metabolism and energy status under chilling stress. Food
Chemistry, 142, 72–78.
Mandal S.K., Banerjee P.C., 2005. Submerged production of oxalic acid from glucose by immobilized Aspergillus niger. Process Biochemistry, 40, 1605–1610.
Massey L.K. 2007. Food oxalate: Factors affecting measurement, biological variation, and bioavailability. Journal of Dietetic Association, 107, 1191–1194.
Musiał I., Cibis E., Rymowicz W., 2011. Designing a process of kaolin bleaching in an oxalic acid
enriched medium by Aspergillus niger cultivated on biodiesel-derived waste composed of glycerol and fatty acids. Applied Clay Science, 52, 277–284.
Musiał I., Rymowicz W., Lenart D., Witkowska D., 2005. Wykorzystanie porafinacyjnych kwasów
tłuszczowych do biosyntezy kwasu szczawiowego przez Aspergillus niger w warunkach obniżonego pH. Biotechnologia, 2 (2), 37–45.
Musiał I., Rymowicz W., Witkowska D., 2006. Effect of Span 20 concentration on oxalic acid
production from post-refinery fatty acids by Aspergillus niger XP. Chemical Papers, 60 (5),
388–390.
Acta Sci. Pol.
Wpływ stężenia glukozy...
27
Musiał I., Rymowicz W., Witkowska D., 2008. Biosynteza kwasu szczawiowego z porafinacyjnych
kwasów tłuszczowych przez Aspergillus niger w hodowlach półciągłych. Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia, 7 (2), 3–11.
Papagianni M., 2007. Advances in citric acid fermentation by Aspergillus niger: biochemical
aspects, membrane transport and modeling. Biotechnology Advances, 25, 244–263.
Pedersen H., Christiansen B., Hjort C., Nielsen J. 2000. Construction and characterization of an
oxalic acid nonproducing strain of Aspergillus nger. Metabolic Engineering, 2, 34–41.
Podgórski W., 2002. Kształtowanie aktywności oddechowej i kwasotwórczej Aspergillus niger
podczas produkcji kwasu cytrynowego w podłożach z melasą trzcinową. Praca habilitacyjna.
Prace Naukowe nr 914 Akademii Ekonomicznej we Wrocławiu. Monografie i Opracowania nr
144, Wrocław.
Podgórski W., 2005. Kinetyczny model wzrostu Aspergillus niger W78B w okresowym procesie
biotransformacji glukozy do kwasu glukonowego. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 44 (36),
79–80.
Podgórski W., Gąsiorek E., Leśniak W., Gadomski K., 2004. Bioutilization and biotransformation
of wastes and by-products from food industry into organic acids. Acta Scientiarum Polonorum.
Biotechnologia, 3 (1–2), 55–66.
Podgórski W., Leśniak W. 2003. Biochemical method of oxalic acid production from beet molasses.
Chemical Papers, 57, 6, 408–412.
Ruijter G.J.G., van de Vondervoort P.J.I., Visser J., 1999. Oxalic acid production by Aspergillus niger: an oxalate-non-producing mutant produces citric acid at pH 5 and in the presence
of manganese. Microbiology, 145, 2569–2576.
Rymowicz W., Lenart D., 2003. Oxalic acid production from lipids by a mutant of Aspergillus niger
at different pH. Biotechnology Letters, 25, 955–958.
Santoro R., Cameselle C., Rodriguez-Couto S., Sanroman A., 1999. Influence of milk whey, nitrogen and phosphorus concentration on oxalic acid production by Aspergillus niger. Bioprocess
Engineering, 20, 1–5.
Sawada H., Murakami T. 2000. Oxalic acid [in:] Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley-Interscience, New York (USA), 1–19.
Strasser H., Burgstaller W., Schinner F., 1994. High-yield production of oxalic acid for metal leaching processes by Aspergillus niger. FEMS Microbiology Letters, 119, 365–370.
Walaszczyk E., Podgórski W., Marzec D., 2011. Wpływ makroelementów na proces biosyntezy
kwasu szczawiowego z glicerolu przez Aspergillus niger. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 1 (74), 165–172.
Yoruk R., Marshall M.R., 2009. Importance of pH and antibrowning activity of oxalic acid. Journal
of Food Biochemistry, 33, 522–534.
Zheng X., Tian S., 2006. Effect of oxalic acid on control of postharvest browning of litchi fruit.
Food Chemistry, 96, 519–523.
Zheng X., Jing G., Liu Y., Jiang T., Jiang Y., Li J., 2012. Expression of expansion gene, MiExpA1,
and activity of galactoxidase and polygalacturonase in mango fruit as affected by oxalic acid
during storage at room temperature. Food Chemistry, 132, 849–854.
Biotechnologia 13 (4) 2014
28
E. Walaszczyk i in.
INFLUENCE OF GLUCOSE CONCENTRATION ON OXALIC ACID
SYNTHESIS BY ASPERGILLUS NIGER
Abstract. The aim of the work was to examine the influence of glucose concentration
as a sole carbon source on oxalic acid synthesis by Aspergillus niger in submerged fermentation. Cultivations were conducted in synthetic medium containing glucose diluted to 100, 125, 150 and 175 g·dm-3. The highest product concentration 64,2 g·dm-3
was obtained in medium containing 150 g·dm-3 of glucose. There were also 15,4 g·dm-3
of citric acid and 28,7 g·dm-3 of gluconic acid present. Chemical selectivity of the process
was 59,2%. The highest productivity and the highest substrate yield equalled respectively 2,9 g·dm-3·d-1 and 61,6% was obtained in medium containing 100 g·dm-3 of substrate.
In conclusion, optimal glucose concentration in medium was recognised as 150 g·dm-3 because of the highest product concentration.
Key words: oxalic acid, Aspergillus niger, biosynthesis, glucose
Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 31.12.2014
Do cytowania – For citation: Walaszczyk E., Dawidowicz K., Gąsiorek E., Podgórski W.,
2014. Wpływ stężenia glukozy na syntezę kwasu szczawiowego przez Aspergillus niger.
Acta Sci. Pol. Biotechnol., 13 (3), 19–28.
Acta Sci. Pol.