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Optimizing the immobilization of biosurfactant-producing

J Pharm Pharmacogn Res 7(6): 413-420, 2019.

Original Article | Artículo Original

Optimizing the immobilization of biosurfactant-producing Pseudomonas aeruginosa in alginate beads

[Optimización de la inmovilización de Pseudomonas aeruginosa productora de biosurfactantes en perlas de alginato]

Gholamreza Dehghannoudeh1,2, Kioomars Kiani1, Mohammad Hassan Moshafi1, Negar Dehghannoudeh3, Majid Rajaee1, Soodeh Salarpour1, Mandana Ohadi2*

1Department of Pharmaceutics, Faculty of Pharmacy, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran.
2Pharmaceutics Research Center, Institute of Neuropharmacology, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran.
3Faculty of Arts and Science, University of Toronto, 100 St George St, M5S3G3, Toronto, Ontario, Canada.
Abstract

Context: Biosurfactants are amphipathic molecules that reduce surface tension. The major reasons to economically production of the biosurfactant are their health, safety, environmental management, and promising applications.

Aims: To optimize the immobilization of Pseudomonas aeruginosa as a biosurfactant producer in alginate beads.

Methods: Biosurfactant production by P. aeruginosa was confirmed through the hemolysis test, emulsification index, and surface activity measurement. Calcium alginate encapsulation technique was used in order to entrap the P. aeruginosa cells. Full factorial design was employed to optimize bead preparation. Furthermore, the morphology and the stability of beads were evaluated.

Results: It was proved that immobilized cells can be preserved the viability and biosurfactant production. Application of full factorial design indicated that the values of three parameters sodium alginate 3%, CaCl2 1% (w/v), and hardening time of 35 min, was found to be too stable for minimum surface tension and stable alginate gel beads.

Conclusions: The alginate gel beads showed stability during the growing process and the immobilized cells efficiently were viable. Alginate source, hardening time, and the interaction between CaCl2 concentration and hardening time influenced on the bead preparation.

Keywords: alginate beads; biosurfactants; immobilization; optimizing; Pseudomonas aeruginosa.

Resumen

Contexto: Los biosurfactantes son moléculas anfipáticas que reducen la tensión superficial. Las principales razones para la producción económica del biosurfactante son la salud, seguridad, gestión ambiental y aplicaciones prometedoras.

Objetivos: Optimizar la inmovilización de Pseudomonas aeruginosa como productora de biosurfactantes en perlas de alginato.

Métodos: La producción de biosurfactantes por P. aeruginosa se confirmó mediante la prueba de hemólisis, el índice de emulsión y la medición de la actividad de la superficie. Se utilizó la técnica de encapsulación de alginato de calcio para atrapar las células de P. aeruginosa. Se empleó un diseño factorial completo para optimizar la preparación de las perlas de alginato. Además, se evaluó la morfología y la estabilidad de las perlas.

Resultados: Se demostró que las células inmovilizadas pueden preservar la viabilidad y la producción de biosurfactantes. La aplicación del diseño factorial completo indicó que los valores de tres parámetros de alginato de sodio al 3%, CaCl2 al 1% (p/v), y un tiempo de endurecimiento de 35 min, resultaron ser estables para una tensión superficial mínima y perlas de gel de alginato estables.

Conclusiones: Las perlas de gel de alginato mostraron estabilidad durante el proceso de crecimiento y las células inmovilizadas fueron viables de manera eficiente. La fuente de alginato, el tiempo de endurecimiento y la interacción entre la concentración de CaCl2 y el tiempo de endurecimiento influyeron en la preparación de las perlas.

Palabras Clave: biosurfactantes; inmovilización; optimización; perlas de alginato; Pseudomonas aeruginosa.

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Citation Format: Dehghannoudeh G, Kiani K, Moshafi MH, Dehghannoudeh N, Rajaee M, Salarpour S, Ohadi M (2019) Optimizing the immobilization of biosurfactant-producing Pseudomonas aeruginosa in alginate beads. J Pharm Pharmacogn Res 7(6): 413–420.

© 2019 Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research (JPPRes)

Jojoba oil extraction yield modeling and optimization

J Pharm Pharmacogn Res 7(5): 357-380, 2019.

Original Article | Artículo Original

Modeling and optimization of jojoba oil extraction yield using Response Surface Methodology

[Modelado y optimización del rendimiento de extracción de aceite de jojoba mediante la metodología de superficie de respuesta]

Iyad Al-Sheikh1, Jehad A.A. Yamin2*

1Department of Pharmacy, Faculty of Pharmacy, Al-Zaytoonah University of Jordan, Amman 11733, Jordan.
2Mechanical Engineering Department, School of Engineering, The University of Jordan, Amman 11942, Jordan.
Abstract

Context: Jordan is looking for a cheap and locally affordable source for its cosmetics, fuel and medical applications. Jojoba offers one solution to such problems. It is considered as a good medicinal plant that can be used for several applications.

Aims: To evaluate the effect of parameters as mixing speed, temperature, feedstock grain size, mixture ratio and mixing time on the jojoba yield.

Methods: The mathematical model combining the effect of all the above variables was then used to find the optimum combination for maximum yield. Response Surface Methodology (RSM) technique was used for modeling and optimization. Based on the Pareto chart of parameters effect, the seed size was the most significant followed with temperature effect.

Results: It was found that the optimum values obtained for best yield were seed size of about 0.48 mm, the temperature of about 65°C and mixing time of 2.8 hours maximum yield of about 56% wt can be obtained.

Conclusions: A mathematical model was successfully built and tested for the Jojoba oil yield under different conditions. The optimum parameters that produced the highest yield were also found.

Keywords: ANOVA; DOE; experimental model; optimization; response surface methodology; yield.

Resumen

Contexto: Jordania está buscando una fuente barata y localmente asequible para sus cosméticos, combustible y aplicaciones médicas. Jojoba ofrece una solución a tales problemas. Esta se considera una buena planta medicinal que se puede utilizar para varias aplicaciones.

Objetivos: Evaluar el efecto de parámetros como la velocidad de mezcla, la temperatura, el tamaño de grano de la materia prima, la relación de mezcla y el tiempo de mezcla en el rendimiento de jojoba.

Métodos: El modelo matemático que combina el efecto de todas las variables anteriores se utilizó para encontrar la combinación óptima para obtener el máximo rendimiento. Se utilizó la técnica de metodología de superficie de respuesta (RSM) para el modelado y la optimización. Basado en la gráfico de Pareto del efecto de los parámetros, el tamaño de semilla fue el más significativo seguido del efecto de la temperatura.

Resultados:Se encontró que los valores óptimos para el mejor rendimiento fueron el tamaño de semilla de aproximadamente 0,48 mm, la temperatura 65°C y el tiempo de mezcla de 2,8 horas, y se obtiene un rendimiento máximo de aproximadamente 56% en peso.

Conclusiones: Se construyó y probó con éxito un modelo matemático para el rendimiento del aceite de jojoba en diferentes condiciones. También se encontraron los parámetros óptimos que produjeron el mayor rendimiento.

Palabras Clave: ANOVA, DOE; método de superficie de respuesta; modelo experimental; optimización; rendimiento.

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Citation Format: Al-Sheikh I, Yamin JAA (2019) Modelling and optimization of jojoba oil extraction yield using Response Surface Methodology. J Pharm Pharmacogn Res 7(5): 367–380.

© 2019 Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research (JPPRes)