Isolating Bacillus subtilis and optimizing its fermentative medium for GABA and nattokinase production

Abstract

The objective of this study was to create an optimized culture medium that would maximize the productivity of both γ-aminobutyric acid (GABA) and nattokinase in bacteria. First, Bacillus subtilis was screened from rice straw. Different media compositions were then optimized for GABA and nattokinase production using the Taguchi experimental design method, and the effects of different nitrogen and carbon sources were investigated. Of the various key ingredients tested in the media, fructose and yeast extract were found to have the most significant effect on GABA and nattokinase production. The optimal pH value and temperature for GABA production were found to be 7.0 and 37°C, respectively, after 72 h. The maximum GABA yield from B. subtilis under flask culture was 15.40 mg/mL. For nattokinase production, the optimal pH and temperature were found to be 8.0 and 30°C, respectively, after 48 h, which yielded approximately 130.96 units/mL of nattokinase.

El objetivo del presente estudio se orientó a crear un medio de cultivo optimizado que maximizara la productividad de GABA [ácido aminobutírico gama] y de nattokinasa en bacterias. El primer paso fue cerner Bacillus subtilis de paja de arroz. Luego, se optimizaron distintas composiciones de medios para la producción de GABA y de nattokinasa, para lo que se usó el método de diseño experimental Taguchi, investigándose los efectos de distintas fuentes de nitrógeno y de carbono. En lo que respecta a los diferentes ingredientes clave probados en dichos medios, se encontró que los extractos de fructosa y de levadura tuvieron el efecto más significativo en la producción de GABA y de nattokinasa. Asimismo, después de 72 horas, se observó que el valor de pH y la temperatura óptimos para la producción de GABA fueron 7,0 y 37° C, respectivamente, constatándose que el máximo rendimiento de GABA de B. subtilis en cultivo de matraz fue de 15,40 mg/mL. En cuanto a la producción de nattokinasa, después de 48 horas se encontró que el valor de pH y la temperatura óptimos fueron 8,0 y 30° C, respectivamente, mostrando un rendimiento aproximado de 130,96 unidades/mL de nattokinasa.

Keywords:

• GABA
• nattokinase
• Taguchi experimental design
• Bacillus subtilis
• optimization
• L₉ orthogonal array

Palabras claves:

• GABA
• nattokinasa
• diseño experimental Taguchi
• Bacillus subtilis
• optimización
• matriz ortogonal L₉

Acknowledgments

This research was supported by the National Science Council of Taiwan (project no. NSC 101-2622-E-020-007-CC3).