Production of extracellular α-galactosidase by Bacillus sp. LX-1 in solid state fermentation for application as a potential feed additive

Summary Background: a-galacto-oligosaccharides, including raffinose and stachyose, are present in soybean meal and used widely as a protein source in poultry diets. These compounds have anti-nutritive effects that ultimately reduce performance and value of birds. Thus, the addition of exogenous a-galactosidase to poultry diets -which can initiate the digestion of these non-digestible sugars- can be an effective strategy to solve the nutritional disorders associated with consumption of these oligosacharides. Solid state fermentation (SSF) has drawn attention for the production of microbial enzymes, due to the possibility of using cheap and abundant agro-industrial residues as substrates. Objective: to present information on a-galactosidase production under SSF conditions by an Antarctic bacterial isolate, Bacillus LX-1. Methods: initially, wheat bran, soybean meal, corn flour and the combinations of these individual substrates with nutritive supplements containing 1% galactose, 0.5% yeast extract, 1% tryptone, and 0.001% MnSO 4 4H 2 O were evaluated to select an optimal medium in SSF to produce extracellular a-galactosidase. Certain fermentation parameters involving incubation time, moisture content, and initial pH were investigated separately. Additional studies were conducted to evaluate the influence on enzyme production of different carbon sources (glucose, sucrose, galactose, lactose, and maltose) and nitrogen sources (peptone, tryptone, sodium nitrate and ammonium sulfate). Results: a medium containing soybean meal resulted in best a-galactosidase synthesis and was used for further SSF explorations with Bacillus sp . LX-1. Maximum enzyme production was observed at a growth period of 72 h, 75% moisture content and pH 8.0. Enzyme activity was enhanced in the presence of galactose or lactose as the carbon source, and tryptone or peptone as the nitrogen source. Conclusion: this SSF technique could be potentially used to produce a-galactosidase for poultry feed. Key words: a -galacto-oligosaccharides, enzyme, poultry feeds, soybean meal. Resumen Antecedentes: los α-galacto-oligosacaridos, incluyendo rafinosa y estaquiosa, estan presentes en la harina de soja, la cual es utilizada ampliamente como fuente de proteina en dietas de aves. Estos compuestos tienen efectos anti-nutricionales que reducen el rendimiento de las aves. La adicion de α-galactosidasa exogena a dietas de aves puede iniciar la digestion de esos azucares, resultando en una estrategia eficaz para resolver los desordenes nutricionales asociados con el consumo de dichos oligosacaridos. La fermentacion en estado solido (SSF) se puede usar para producir enzimas microbianas, debido a la posibilidad de utilizar residuos agro-industriales abundantes y baratos como sustrato. Objetivo: informar sobre la produccion de α-galactosidasas por una bacteria antartica ( Bacillus LX-1) bajo condiciones de SSF. M e todos: se evaluaron salvado de trigo, harina de soja, harina de maiz y las combinaciones individuales de estos sustratos con suplementos nutritivos conteniendo 1% de galactosa, 0,5% de extracto de levadura, 1% de triptona y 0,001% de MnSO 4 4H 2 O para seleccionar un medio optimo de SSF para producir α-galactosidasa extracelular. Ciertos parametros de fermentacion incluyendo tiempo de incubacion, contenido de humedad, y pH inicial se evaluaron por separado. Se realizaron estudios adicionales para evaluar la influencia de diferentes fuentes de carbono (glucosa, sucrosa, galactosa, lactosa y maltosa) y de nitrogeno (peptona, triptona, nitrato de sodio y sulfato de amonio) sobre la produccion enzimatica. Resultados: un medio con harina de soja resulto ser el mejor para la sintesis de α-galactosidasa y se utilizo para nuevas exploraciones de SSF con Bacillus sp . LX-1. La produccion maxima de la enzima se observo en un periodo de crecimiento de 72 h, a 75% de humedad y pH 8,0. La actividad enzimatica mejoro en presencia de galactosa o lactosa como fuente de carbono, y triptona o peptona como fuente de nitrogeno. Conclusi o n: la tecnica de SSF podria ser utilizada para producir α-galactosidasa destinada a la alimentacion de aves de corral. Palabras clave: α -galacto-ologisac a ridos, alimentaci o n en aves de corral, enzima, harina de soja. Resumo Antecedentes: os α-galacto-oligossacarideos, incluindo rafinose e estaquiose, estao presentes na farinha de soja, que e amplamente utilizado como uma fonte de proteina em dietas de aves domesticas. Estes compostos tem efeitos anti-nutricionais que reduzem o desempenho das aves. A adicao de α-galactosidase exogena em dietas de aves pode comecar a digerir estes acucares, resultando em uma estrategia eficaz para resolver os problemas nutricionais associados com o consumo desses oligossacarideos. A fermentacao em estado solido (SSF) pode ser usada para produzir enzimas microbianas, devido a possibilidade de utilizacao de residuos agroindustriais como substrato abundante e barato. Objetivo: relatar a producao de α-galactosidase por uma bacteria da Antartida ( Bacillus LX- 1) em SSF. M e todos: foram avaliados o farelo de trigo, farelo de soja, farelo de milho e combinacoes especificas destes substratos com suplementos nutricionais contendo 1% de galactose, 0,5% de extrato de levedura, 1% de triptona e 0,001% de MnSO44H2O para selecionar um meio ideal de SSF para produzir extracelular α-galactosidase. Certos parâmetros de fermentacao, incluindo tempo de incubacao, teor de umidade e pH inicial foram avaliados separadamente. Estudos adicionais foram conduzidos para avaliar a influencia de diferentes fontes de carbono (glucose, sacarose, galactose, lactose e maltose) e de azoto (peptona, triptona, nitrato de sodio e sulfato de amonio) na producao da enzima. Resultados: um meio com farelo de soja acabou por ser o melhor para a sintese de α-galactosidase e foi usado para uma maior exploracao de SSF com Bacillus sp. LX - 1. A producao maxima da enzima foi observada em um periodo de crescimento de 72 h, 75% de humidade e pH 8,0. Melhoria da atividade enzimatica na presenca de galactose ou lactose como fonte de carbono e de triptona e peptona como fonte de azoto. Conclus a o: A tecnica da SSF poderia ser usada para produzir α-galactosidase para a alimentacao de aves domesticas. Palavras chave: α-galacto-oligosacarideos, racao para aves, enzima, farelo de soja.