Phung Thi Bich Hoa * , Ngo Duc Quoc , Ho Thi Dieu Hien and Dinh Thi Hoa

* Corresponding author: (ptbhoa@hueuni.edu.vn)

Abstract

This study aimed to determine the optimal conditions for the extraction and partial purification of protease from Bacillus  sp.. Protease activity was monitored from 12 to 96 hours to evaluate the effect of cultivation duration. In addition, different precipitation methods were assessed, including ethanol and acetone at extract-to-solvent ratios of 1:2, 1:3, and 1:4 (v/v), as well as ammonium sulfate precipitation at saturation concentrations from 30% to 80%. The results indicated that 72 hours post-inoculation was the optimal time point for protease recovery, with the enzyme activity reaching the highest level (62.38%). Among the purification methods tested, ammonium sulfate precipitation at 70% saturation yielded the highest enzyme recovery (558.9 U/mL) and maintained superior enzymatic activity compared to other salt concentrations and organic solvents. These findings provide valuable experimental data for developing an efficient protocol for protease production from Bacillus sp..
Keywords: Bacillus sp., Ammonium sulfate, Purification, Protease, Solvent

Tóm tắt

Nghiên cứu này nhằm xác định các điều kiện tối ưu để thu nhận và tinh sạch sơ bộ enzyme protease từ chủng Bacillus sp.. Protease được thu nhận từ dịch nuôi cấy ở các thời điểm khác nhau (12–96 giờ sau lên men) nhằm đánh giá ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hoạt tính enzyme. Bên cạnh đó, hiệu quả của các phương pháp kết tủa khác nhau cũng được khảo sát, bao gồm sử dụng ethanol và acetone ở các tỷ lệ (dịch trích: dung môi) 1:2, 1:3 và 1:4 (v/v), cũng như kết tủa bằng ammonium sulfate ở các nồng độ bão hòa từ 30% đến 80%. Kết quả cho thấy, thời điểm 72 giờ sau nuôi cấy là tối ưu cho việc thu nhận protease, cho hoạt độ enzyme đạt mức cao nhất (660,4 U/mL). Trong các phương pháp tinh sạch sơ bộ được khảo sát, kết tủa bằng ammonium sulfate ở nồng độ bão hòa 70% cho hiệu suất thu hồi enzyme cao nhất (62,38%) và duy trì hoạt tính enzyme vượt trội so với các điều kiện còn lại. Những kết quả này cung cấp cơ sở thực nghiệm quan trọng cho việc phát triển quy trình sản xuất protease hiệu quả từ Bacillus sp..
Từ khóa: Bacillus sp., Ammonium sulfate, Dung môi, Protease, Tinh sạch

Article Details

References

Alzobaidy, H. N., Hasan, G. M., Al-Magsoosi, S. K., & Awda, J. M. (2024). Isolation, Purification, and Characterization of Protease from a Local Bacillus Strain Adapted to Extreme Temperatures in Southern Iraq: Bacillus protease & climate change adaptation. Journal of Scientific & Industrial Research (JSIR), 83(7), 741–747.

Chandrasekaran, S., Kumaresan, S. S., & Manavalan, M. (2015). Production and optimization of protease by filamentous fungus isolated from paddy soil in Thirvarur District Tamilnadu. J App Biol Biotechnol, 3(6), 66–69.

Geethanjali, S., & Subash, A. (2013). Comparative study on precipitation techniques for protease isolation and purification from Labeo rohita viscera. Journal of Aquatic Food Product Technology, 22(2), 121–128.

Hussein, H. A., Saleh, B. H., & Zbar, N. S. (2024). Production and purification of protease produced by UV-mutated Pseudomonas aeruginosa. Journal of Emergency Medicine, Trauma & Acute Care, 2024(5), 5.

Jisha, V. N., Smitha, R. B., Pradeep, S., Sreedevi, S., Unni, K. N., Sajith, S., ... & Benjamin, S. (2013). Versatility of microbial proteases. Advances in Enzyme Research, 1(3), 39–51.

Kam, N., & Karn, S. K. (2014). Evaluation and characterization of protease production by Bacillus spp. induced by UV-mutagenesis. Enzyme Engineering, 3(1), 119:1–5.

Mohammed, Y. H. I. (2015). Isolation of protease producing microorganisms from food waste. J. Bio. Innov, 4(6), 322–346.

Moussi, K., Azzouz, Z., Benhoula, M., và cộng sự (2025). Enhanced protease production by Aspergillus candidus strain MKA05 using response surface methodology. Biomass Conversion and Biorefinery, 15, 4819–4834.

Ngô Đức Quốc, Hồ Thị Diệu Hiền, Đinh Thị Hòa, Phùng Thị Bích Hòa (2024). Ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy đến quá trình sinh trưởng và sinh protease ngoại bào của chủng Bacillus subtilis NT20. Hội nghị khoa học toàn quốc về Công nghệ sinh học 2024, tr. 392–396.

Secades, P., & Guijarro, J. A. (1999). Purification and characterization of an extracellular protease from the fish pathogen Yersinia ruckeri and effect of culture conditions on production. Applied and Environmental Microbiology, 65(9), 3969–3975.

Shad, A. A., Ahmad, T., Iqbal, M. F., Asad, M. J., Nazir, S., Mahmood, R. T., & Wajeeha, A. W. (2024). Production, Partial Purification and Characterization of Protease through Response Surface Methodology by Bacillus subtilis K-5. Brazilian Archives of Biology and Technology, 67, e24210355.

Singh, P., Rani, A., & Chaudhary, N. (2015). Isolation and characterization of protease producing Bacillus sp from soil. Int. J. Pharm. Sci. Res., 6, 633–639.

Song, P., Zhang, X., Wang, S., Xu, W., Wang, F., Fu, R., & Wei, F. (2023). Microbial proteases and their applications. Frontiers in Microbiology, 14, 1236368.

Sun D., Wang M., Wen X., Mao S., Cheng A., Jia R., et al. (2019). Biochemical characterization of recombinant Avihepatovirus 3C protease and its localization. Virol. J. 16:54.

Sun, B., Zou, K., Zhao, Y., Tang, Y., Zhang, F., Chen, W., ... & Zheng, Y. (2023). The fermentation optimization for alkaline protease production by Bacillus subtilis BS-QR-052. Frontiers in Microbiology14, 1301065.

Takami, H., Akiba, T., & Horikoshi, K. (1989). Production of extremely thermostable alkaline protease from Bacillus sp. No. AH-101. Applied Microbiology and Biotechnology, 30(2), 120–124.

Vanitha, N., Rajan, S., & Murugesan, A. (2014). Optimization and production of alkaline protease enzyme from Bacillus subtilis 168 isolated from food industry waste. Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci., 3, 36–44.

Whitaker, J. R., & Bernard, R. A. (1972). Experiments for: An introduction for enzymology. The Whiber Press.

Ye, M., Sun, M., Huang, D., Zhang, Z., Zhang, H., Zhang, S., ... & Jiao, W. (2019). A review of bacteriophage therapy for pathogenic bacteria inactivation in the soil environment. Environment International, 129, 488–496.