Study on the optimal production and partial purification of alkaline protease from alkalotolerant Bacillus sp. B12: Feasibility as a commercial detergent additive
DOI:
https://doi.org/10.14456/jmu.2021.4Keywords:
Alkalotolerant Bacillus sp., Alkaline protease, Detergent, Partial protease purificationAbstract
Microorganisms, especially the genus of Bacillus show important roles on the production of commercial alkaline protease. Preliminary study revealed that alkalotolerant Bacillus sp. B12 can produce alkaline protease with the highest activity at 0.44 Unit/ml. The objects of this this study were (1) to investigate the optimal condition to produce alkaline protease by alkalotolerant Bacillus sp. B12 and (2) to study the effect of saturated ammonium sulfate concentration on partial purification of crude alkaline protease (CP), as well as study the compatibilities of CP and partially purified protease (PPP) with commercial detergents. Alkaline protease was produced by alkalotolerant Bacillus sp. B12 and the optimal parameters, including carbon and nitrogen sources, the amount of potassium nitrate, pH, temperature and shaking speed were determined. CP was partial purified by precipitation with various concentrations of saturated ammonium sulfate. The optimal pH and temperature of PPP were investigated. Moreover, the compatibilities of the alkaline protease (CP and PPP) and commercial detergents at 500C for 90 min were determined.
The results showed that the most suitable medium for the alkaline protease production was a mixture of 0.5% soybean meal as carbon source and 0.5% KNO3 as nitrogen source with initial pH 9.0. The most suitable condition to produce the highest yield of the alkaline protease was an incubation at 370C for 24 hr with the agitation at 200 rpm. With that condition, alkalotolerant Bacillus sp. B12 produced the highest alkaline protease at 0.63 Unit/ml which was a 1.4-fold increase in protease activity. The most suitable concentration of saturated ammonium sulfate for partial purification of the CP was 40-60% with a 6.9-fold increase in protease purity. The optimal pH and temperature of PPP were pH 8.0 - 11.0 and 40 - 700C, respectively. The highest stability of PPP was at pH 8.0 and 10.0, 300C and 500C for 1 hr. For the compatibility of the alkaline proteases and commercial detergents, PPP was active in Baby best, Baby mild and Essence detergents but it was not stable in St’Luke’s and Fineline detergents. While CP was active in Baby best, Baby mild, Essence, St’Luke’s and Fineline and it was highly stable in 1.0 - 5.0% Baby best, 3.0% Baby mild and 1.0% Essence detergents. Therefore, the crude alkaline protease from alkalotolerant Bacillus sp. B12 could be a potential candidate as an additive in detergent formulations.
References
จิตธนา แจ่มเมฆ, สายสนม ประดิษฐดวง, ทะนง ภัครัชพันธุ์, ปรียา วิบูลย์เศรษฐ์, เนื้อทอง วนานุวัธ, มาลัยวรรณ อารยะสกุล, ศิวาพร ศิวเวชช, สมจิตร สุรพัฒน์, นภาศรี ไวศยะนันท์, สุคนธ์ชื่น ศรีงาม, อรอนงค์ นัยวิกุล, วรรณวิบูลย์ กาญจนกุญชร, โชคชัย ธีรกุลเกียรติ, อนุกูล วัฒนสุข, ธนะบูลย์ สัจจาอนันตกุล, วราภา มหากาญจนกุล, สิรี ชัยเสรี และปริศนา สุวรรณาภรณ์. (2540). วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอาหาร. พิมพ์ครั้งที่ 2. กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
พิมล จำนงค์. (2546). การทำให้อัลคาไลน์โปรตีเอสจาก alkalotolerant Bacillus sp. B12 บริสุทธิ์และศึกษาสมบัติต่างๆ. (วิทยานิพนธ์ปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี).
สุดารัตน์ ดุลสวัสดิ์ และ สิรอร กิจธำรงวรกุล. (2540). การผลิตเอนไซม์แอลคาไลน์โปรตีเอสจากเชื้อ Bacillus sp. ในดิน. (รายงานวิจัยปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี).
Anson, M.L. (1938). Estimation of pepsin, papain and cathepsin with hemoglobin. Journal of General Physic, 22, 79- 89.
Anwar, A. and Saleemuddin, M. (1998). Alkaline proteases: A review. Bioresource Technology, 64(3), 175-183.
Asha, B. and Palaniswamy, M. (2018). Optimization of alkaline protease production by Bacillus cereus FT 1 isolated from soil. Journal of Applied Pharmaceutical Science 80(2), 119-127.
Beg, Q.K. and Gupta, R. (2003). Purification and characterization of an oxidation-stable, thiol-dependent serine alkaline protease from Bacillus mojavensis. Enzyme and Microbial Technology, 32(2), 294-304.
Ferero, M.A., Castro, G.R., Abate, C.M., Baigori, M.D. and Sineriz, F. (1996). Thermostable alkaline protease of Bacillus licheniformis MIR29: isolation, production and characterization. Applied Microbiology and Biotechnology, 45(3), 327-332.
Gomaa, E, Z. (2013). Optimization and characterization of alkaline protease and carboxymethyl-cellulase produced by Bacillus pumillus grown on Ficus nitida wastes. Brazilian Journal of Microbiology, 44(2), 529-537.
Joo, H.S. and Chang, C.H. (2005). Production of protease from a new alkalophilic Bacillus sp. I-312 grown on soybean meal: Optimization and some properties, 40(3), 1263-1270.
Joo, H.S., Kumar, C.G., Park, G., Paik, S.R. and Chang, C.H. (2004). Bleach-resistant alkaline protease produced by a Bacillus sp. isolated from the Korean polychaete, Periserrula leucophryna. Process Biochemistry, 39(11), 1441-1447.
Joo, H.S., Kumar, C.G., Park, G.C., Kim, K.T., Paik, S.R. and Chang, C.S. (2002). Optimization of the production of an extracellular alkaline protease from Bacillus horikoshi. Process Biochemistry, 38, 155-159.
Kumar, C.G. and Takagi, H. (1999). Microbial alkaline proteases: From a bioindustrial viewpoint. Biotechnology Advances, 17(7), 561-594.
Kumar, C.G. (2002). Purification and characterization of a thermostable alkaline protease from alkalophilic Bacillus pumilus. Letters in Applied Microbiology, 34, 13-17.
Kumar, S., Ananthan, G. and Arun, J. (2015). Production, purification and characterization of alkaline protease by ascidian associated Bacillus subtilis GA CAS8 using agricultural wastes. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 4, 214-220.
Lakshmi, B.K.M., Muni Kumar, D. and Hemalath, K.P.J. (2018). Purification and characterization of alkaline protease with novel properties from Bacillus cereus strain S8. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 16(2), 295-304.
Sharma, M., Gat, Y., Arya, S., Kumar, V., Panghal, A. and Kumar A. (2019). A review on microbial alkaline protease: an essential tool for various industrial approaches. Journal of Industrial Biotechnology, 15(2), 69-78.
Moreira, K.A., Porto, T.S., Teixeira, M.F.S., Porto, A.L.F. and Filho, J.L. (2003). New alkaline protease from Nocardiopsis sp.: partial purification and characterization. Process Biochemistry, 39(1), 67-72.
Oskouie, S.F.G., Yakhchali, F.T.B. and Eftekhar, F. (2008). Respond surface optimization of medium composition for alkaline protease production by Bacillus clausii. Biochemical Engineering, 39(1), 37-42.
Özçelik, B., Aytar, P., Gedikli, S., Yardımcı, E., Çalışkan, F., Çabu, A. (2014). Production of an alkaline protease using Bacillus pumilus D3 without inactivation by SDS, its characterization and purification. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, 29(3), 388-396.
Patel, A.R., Mokashe, N.U., Chaudhari, D.S., Jadhav, A.G. and Patil, U.K. (2019). Production optimization and characterization of extracellular protease secreted by newly isolated Bacillus subtilis AU-2 strain obtained from Tribolium castaneum gut. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 19(101122), 1-9.
Ratanakhanokchai, K., Kaneko J., Kamio Y., and Izaki K. (1992). Purification and properties of a maltotetrose- and maltotriose-producing amylase from Chloroflexus aurantiacus. Applied and Environmental Microbiology, 58(8), 2490-2494.
Rekik, H., Jaouadi, N.Z., Gargourii, F., Bejar W., Frikar, F., Jmal, N., Bejar S. and Jaouadi, B. (2019). Production, purification and biochemical characterization of a novel detergent-stable serine alkaline protease from Bacillus safensis strian RH12. International Journal of Biological Macromolecules, 121, 1227-1239.
Singh, J., Batra, N. and Sobi, R.C. (2001). Serine alkaline protease from a newly isolated Bacillus sp. SSR1. Process Biochemistry, 36(8-9), 781-785.
Downloads
Published
Issue
Section
License
ข้อความลิขสิทธิ์ (Copyright text)
บทความที่ได้รับการตีพิมพ์เป็นลิขสิทธิ์ของวารสาร Mahidol R2R e-Journal กองทรัพยากรบุคคล มหาวิทยาลัยมหิดล อนุญาตให้นำข้อความ เนื้อหา รูปภาพ ไปพิมพ์เผยแพร่ได้ แต่ห้ามนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ หรือมีเจตนาเอื้อผลประโยชน์ในทางธุรกิจใดๆ
ข้อความที่ปรากฏในบทความแต่ละเรื่องในวารสารวิชาการเล่มนี้เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่าน ความรับผิดชอบ องค์ประกอบทั้งหมดของบทความแต่ละเรื่องเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใด ๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว
ผลประโยชน์ทับซ้อน (Conflicts of Interest)
ผู้ประพันธ์ต้องเปิดเผยเป็นลายลักษณ์อักษร (ระบุในรายงาน)ถึงทุกปัจจัยรวมทั้งปัจจัยด้านการเงินที่อาจมีอิทธิผลต่อ การศึกษาผลการศึกษาหรือข้อสรุปจากรายงานการศึกษาวิจัย และจำเป็นต้องระบุหากได้รับการสนับสนุนทางการเงินจาก แหล่งทุนภายนอกเพื่อให้สอดคล้องกับคำประกาศของบรรณาธิการ ผู้ร่วมประพันธ์ทุกท่านต้องมีส่วนร่วมในผลงานการศึกษาวิจัย และควรมีการระบุไว้อย่างชัดเจนในหนังสือปะหน้าประกอบการส่งเรื่องที่จะตีพิมพ์ รวมทั้งระบุไว้ในส่วนของกิตติกรรมประกาศ (acknowledgements) ในตอนท้ายของรายงานต้นฉบับ