応答面法を用いた限外ろ過膜を用いたキシロース還元酵素分離のための運転パラメータの最適化

/ /

日本語AIでPubMedを検索

PubMedの提供する医学論文データベースを日本語で検索できます。AI(Deep Learning)を活用した機械翻訳エンジンにより、精度高く日本語へ翻訳された論文をご参照いただけます。

Biotechnol Rep (Amst).2020 Sep;27:e00498. S2215-017X(20)30051-5. doi: 10.1016/j.btre.2020.e00498.Epub 2020-06-29.

応答面法を用いた限外ろ過膜を用いたキシロース還元酵素分離のための運転パラメータの最適化

Optimization of operating parameters for xylose reductase separation through ultrafiltration membrane using response surface methodology.

Santhana Krishnan
B Noor Suzana
Zularisam Abdul Wahid
Mohd Nasrullah
Mimi Sakinah Abdul Munaim
Mohd Fadhil Bin Md Din
Shazwin Mat Taib
Yu You Li

PMID: 32670809 PMCID: PMC7341114. DOI: 10.1016/j.btre.2020.e00498.

抄録

キシロース還元酵素(XR)をバイオテクノロジーの発展に応用するためには、効率的かつ大規模な酵素分離技術が必要である。本研究では、応答表面法(RSM)の中央複合設計(CCD)を用いて限外ろ過膜(UF)技術によるキシロース還元酵素(XR)の精製プロセスを最適化することを目的とした。ろ過時間(0-100),膜圧(TMP)(1-1.6bar),交差流速(CFV)(0.52-1.2cm/s)の3つのパラメータを解析し、それらを組み合わせることで、膜ファウリングの可能性を抑えた高フラックスを得ることができることを明らかにした。実験的検討の結果、ろ過時間、操作膜圧、交差流速の最適化範囲は、それぞれ30分、1.4バール、1.06cm/sであり、これらの条件が最も高い膜透過率(56.03Lmh-bar)とキシリトール含有量(15.49g/l)をもたらすことが明らかになった。分散分析(ANOVA)によると、p値(<0.0001)は、設計されたモデルが非常に有意であることを示した。また、膜透過率及びキシリトール量の実測値と予測値の誤差率は、それぞれ2.21%及び4.85%であり、いずれも予測値に近い値であることがわかった。検証実験の結果、膜透過率は57.3Lmh-bar、キシリトール量は16.29g/lとなり、膜の応答を予測するモデルの開発に成功したことが示された。

The application of the xylose reductase (XR) enzyme in the development of biotechnology demands an efficient and large scale enzyme separation technique. The aim of this present work was to optimize xylose reductase (XR) purification process through ultrafiltration membrane (UF) technology using Central composite design (CCD) of response surface methods (RSM). The three effective parameters analyzed were filtration time (0-100), transmembrane pressure (TMP) (1-1.6 bar), cross flow velocity (CFV) (0.52-1.2 cm/s) and its combined effect to obtain high flux with less possibility of membrane fouling. Experimental studies revealed that the best range for optimization process for filtration time, operational transmembrane pressure and cross flow velocity was 30 min, 1.4 bars and 1.06 cm/s, respectively as these conditions yielded the highest membrane permeability (56.03 Lmh- bar) and xylitol content (15.49 g/l). According to the analysis of variance (ANOVA), the p-value (<0.0001) indicated the designed model was highly significant. The error percentage between the actual and predicted value for membrane permeability and xylitol amount (2.21 % and 4.85 % respectively), which both were found to be close to the predicted values. The verification experiments gave membrane actual permeability of 57.3 Lmh- bar and 16.29 g/l of xylitol production, thus indicating that the successfully developed model to predict the response.