Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19563
Full metadata record
DC Field | Value | Language |
---|---|---|
dc.contributor.advisor | Aran H-Kittikun | - |
dc.contributor.author | Pattarapon Paitaid | - |
dc.date.accessioned | 2024-07-25T03:31:00Z | - |
dc.date.available | 2024-07-25T03:31:00Z | - |
dc.date.issued | 2019 | - |
dc.identifier.uri | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19563 | - |
dc.description | Doctor of Philosophy (Biotechnology), 2019 | en_US |
dc.description.abstract | Seven isolates of fungi were screened for the ability to produce an extracellular lipase. The tested isolates were cultivated in the submerged fermentation with the basal medium containing 1% (w/v) palm oil, 2% peptone, 0.2% NaNO3, KH2PO4, 0.05% MgSO4 and pH 6 at 37°C and 150 rpm for 3 days. Only isolate ST11 grew and produced an extracellular lipase (12.2 U/ml). The ST11 was selected for optimization of the lipase production. The optimum conditions for lipase production was 1% olive oil, 1% lactose, 2% peptone, 1% NaNO3 (w/v) at pH 6. The inoculum (10' spores/ml) was applied into 100 ml of the medium. The fermentation was carried out at 37°C and 150 rpm for 4 days. The lipase unit after optimization was 31 U/ml The molecular and morphological techniques were used to identify the selected fungus (ST11). In this study, the ITS 1/ITS4 primers were used for amplifying the ITS region. It showed that the ST11 belonged to Aspergillus group. However, this technique could not differentiate the A. flavus from A. oryzae. So, the fungal morphology was studied. The morphological growth of Aspergillus could be differentiated on the malt extract agar and Czapek yeast agar. From the observation of conidia and conidiophore of the fungus ST11, it confirmed that this isolate was Aspergillus oryzae. Therefore, it was designated as Aspergillus oryzae ST11. After cultivating 4. oryze ST11 in the optimized medium, the crude lipase was purified by chilled acetone precipitation, anion exchange column chromatography (Q-HiTrap) and hydrophobic column chromatography (Butyl Toyopearl 650M). The yield of the purified lipase was 7.9% with the 13 purification folds. The molecular mass of the purified lipase was 25 kDa. The purified lipase was stable between pH 7-8 with the optimum activity at pH 7.5, it showed a good stability in the temperature between 30- 37°C and the maximum activity was at 37°C. The activity drastically dropped at 55°C.For the effect of metal ions on the lipase activity, it showed that in the presence of Ca2+, K+ and Mg2+ promoted the lipase activity whereas in the presence of Hg2+, Zn2+ and Cu2+ decreased the lipase activity. For the effect of surfactants and inhibitors on the lipase activity, it showed that all surfactants tested including Triton X-100, Tween-20, Tween-80, SDS and Arabic gum decreased the lipase activity. In contrast, the inhibitors (EDTA, PMSF and B-mercaptoethanol) did not decrease the lipase activity. Next study was the effect of solvents on the lipase stability. The hydrophilic solvents such as methanol and ethanol showed the lower in the activity compared to the hydrophobic solvents such as isooctane and hexane. For the substrate specificity, many natural oils were tested, it showed that the olive oil gave the highest activity. The partially purified lipase was prepared by precipitation with chilled acetone. It was immobilized on different materials for biodiesel production. The first material was the magnetic nanoparticle. The lipase was immobilized via the cross- linked enzyme aggregate technique with bovine serum albumin (BSA) (6 mg/ml) and 20 mM glutaraldehyde. The immobilized lipase on magnetic nanoparticle produced the highest biodiesel conversion (95%) after 24 h of reaction with the stepwise addition of methanol. The immobilized lipase was reused for 5 times with 60% remained activity. The next material was the electrospun nanofibrous membrane prepared by co-solvent between polystyrene and trimethylolpropane tris [poly (propylene glycol) amine terminated] ether. The 0.15 U/mg-support was obtained at the optimum immobilization conditions. It was stable to the wide range of pH and temperature compared to the free lipase. The highest biodiesel conversion was 95% with stepwise addition of methanol. It retained the ability to produce biodiesel at 81% at the 10th cycle. The last material used for immobilization was the electropun polyacrylonitrile (PAN) nanofibrous membrane. The lipase was precipitated on the surface of modified PAN nanofibrous membrane by ammonium sulfate with the addition of BSA. After glutaraldehyde cross linking, the highest immobilized activity was 87% compared to 42% of non-BSA addition. The immobilized lipase on PAN nanofibrous membrane was used for biodiesel production and compared with the commercially immobilized lipase (Novozym 435). The biodiesel conversion from immobilized lipase was 95% which was higher than that of Novozym 435 (52%) at 24 h. Moreover, the immobilized lipase on PAN nanofibrous membrane catalyzed the transesterification reaction with the one step addition of methanol (3.5 mole of methanol per 1 mole of palm oil). The immobilized lipase retained 83% activity after 10 cycles of use. Aspergillus oryzae ST11 lipase shows the potential for biodiesel production. It could be used to replace the chemical catalysts. The lipase could be immobilized on many different materials for reducing the cost of the biodiesel production process. The use of lipase also reduced the environment problem from the waste of biodiesel production process. | en_US |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Prince of Songkla University | en_US |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ | * |
dc.subject | Fungi Biotechnology | en_US |
dc.subject | Fungi Cultures and culture media | en_US |
dc.title | Production and Characterization of Lipase form Aspergillus oryzae ST11, Immobilization with Magnetic Nanoparticles and Nanofibers, and Application for Biodiesel Production | en_US |
dc.title.alternative | การผลิตและการศึกษาสมบัติของไลเปสจาก Aspergillus oryzae ST11 การตรึงเอนไซม์กับอนุภาคนาโนแม่เหล็กและนาโนไฟเบอร์ และการประยุกต์ใช้ในการผลิตไบโอดีเซล | en_US |
dc.type | Thesis | en_US |
dc.contributor.department | Faculty of Agro-Industry (Industrial Biotechnology) | - |
dc.contributor.department | คณะอุตสาหกรรมเกษตร ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรม | - |
dc.description.abstract-th | เชื้อราจํานวน 7 ไอโซเลทถูกนํามาทดสอบ เพื่อศึกษาว่ามีไอโซเลทใดบ้างที่มี ความสามารถในการผลิตไลเปส โดยเลี้ยงเชื้อราในอาหารเหลวที่ประกอบด้วย น้ํามันปาล์ม 1% เปปโตน 2% โซเดียมไนเตรท 0.2% ไดไฮโดรเจน โปแทสเซียมฟอสเฟตและ 1% แมกนีเซียม ซัลเฟต 0.05% (น้ําหนัก/ปริมาตร) ปรับพีเอชเป็น 6 โดยเลี้ยงที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียสและเขย่าที่ ความเร็ว 150 รอบต่อนาที เป็นเวลา 3 วัน พบว่ามีเพียงเชื้อรา ไอโซเลท ST11 เท่านั้นที่สามารถเจริญ และผลิตเอนไซม์ไลเปสปล่อยออกนอกเซลล์โดยมีกิจกรรมของเอนไซม์ไลเปส 12.2 ยูนิตต่อ และเอนไซม์หยาบจากเชื้อดังกล่าวสามารถเร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นได้ จึงนํา มิลลิลิตร เชื้อรา ST11 ไปศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอนไซม์ไลเปส พบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือ การใช้อาหารที่ประกอบด้วย น้ํามันมะกอก 1% น้ําตาลแลกโตส 1% เปปโตน 2% และโซเดียมไน เตรท 0.2% (น้ําหนัก/ปริมาตร) พีเอช 6 จํานวนสปอร์เชื้อราที่ใส่ลงไปในอาหาร 10 สปอร์ต่อ มิลลิลิตร ในปริมาตรอาหาร 100 มิลลิลิตร เลี้ยงเชื้อที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียสและเขย่าที่ 150 รอบ ต่อนาที เป็นเวลา 4 วัน เชื้อ ST11 ผลิตเอนไซม์ไลเปส ได้ 31 ยูนิตต่อมิลลิลิตร ทําการจัดจําแนกเชื้อรา ST11 ใช้ทั้งวิธีแบบการวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของเชื้อและ วิธีทางชีวโมเลกุลเข้าร่วม โดยวิธีทางโมเลกุลใช้ไพรเมอร์ ITS1 และ ITS4 เมื่อวิเคราะห์ส่วนของ ITS พบว่าเชื้อ ST11 อยู่ในในกลุ่มของ Aspergillus ซึ่งไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นสปีชีส์ใดระหว่าง 4. flavus กับ A. oryzae จึงศึกษาต่อโดยใช้วิธีทางสัณฐานวิทยา ทําการเพาะเลี้ยงบนอาหารแข็ง 2 ชนิด คือ malt extract agar และ Czapek yeast agar และสังเกตลักษณะของ conidia และ conidiophore ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบว่าเชื้อรา ST11 มีลักษณะของ Aspergillus oryzae จึงกําหนดให้เป็น 4. Oryzae ST11 หลังจากนั้นนําเชื้อราดังกล่าวไปเลี้ยงในอาหารเหลวเพื่อผลิตและแยกเอนไซม์ให้ บริสุทธิ์ โดยการตกตะกอนด้วยแอซีโทนแช่เย็น ผ่านคอลัมน์แบบแลกเปลี่ยนประจุลบ (Q-HiTrap) และคอลัมน์แบบไม่ชอบน้ํา (Butyl Toyopearl 650M) ได้ผลผลิตเอนไซม์ไลเปสสุทธิ 7.9% และมี ความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น 13 เท่า เอนไซม์บริสุทธิ์ที่ได้มีขนาด 25 kDa จากนั้นจึงนําไปศึกษาคุณสมบัติ เอนไซม์ พบว่าเอนไซม์ไลเปสบริสุทธิ์มีความเสถียรที่พีเอชระหว่าง 7-8 และมีพีเอชที่เหมาะสมต่อ การทํางานที่พีเอช 7.5 มีอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการทํางานที่ 37 องศาเซลเซียสและเอนไซม์ทนต่อ อุณหภูมิระหว่าง 30-37 องศาเซลเซียส แต่กิจกรรมเอนไซม์ไลเปสจะลดลงมากที่ 55 องศาเซลเซียส ในการทดสอบผลของไอออนโลหะในระบบพบว่า Car, K และ Mg ที่ความเข้มข้น 1.0 mM ช่วย ให้การทํางานของเอนไซม์ไลเปสเพิ่มขึ้น แต่การทํางานลดลงในระบบที่มี Hg Zn และ Cu” ใน ส่วนของสารลดแรงตึงผิวและตัวยับยั้งการทํางานของเอนไซม์ พบว่า Triton X-100, Tween-20, Tween-80, SDS และ Arabic gum ทําให้การทํางานของเอนไซม์ลดลง ขณะที่ EDTA, PMSF และ B-mercaptorthanol ไม่มีผลต่อการทํางานของเอนไซม์ สําหรับการศึกษาผลของตัวทําละลาย พบว่าตัวทําละลายที่มีขั้วเช่นเอทานอลและเมทานอลมีผล อินทรีย์ต่อการทํางานของเอนไซม์ไลเปส ยับยั้งการทํางานของเอนไซม์ไลเปสเมื่อเทียบกับตัวทําละลายที่ไม่มีขั้วเช่น ไอโซออกเทน เฮกเซน ในด้านความจําเพาะต่อซับสเตรท ในบรรดาน้ํามันพืชที่ใช้ทดสอบนั้น เอนไซม์มีความสามารถใน การเร่งปฏิกิริยาสูงสุดเมื่อใช้น้ํามันมะกอกเป็นซับสเตรท เมื่อนําเอนไซม์ไลเปสของ A. oryzae ST11 ในรูปของเอนไซม์เข้มข้นจากการ ตกตะกอนด้วยแอซีโทนเย็น มาตรึงบนวัสดุต่างๆ ด้วยวิธีที่แตกต่างกัน เพื่อนําไปใช้ในการผลิตไบ โอดีเซล โดยวัสดุชนิดแรกคือ วัสดุผงแม่เหล็กขนาดนาโนโดยตรึงเอนไซม์ด้วยวิธี magnetic cross linked enzyme aggregate ที่มีการเติม bovine serum albumin (BSA) (6 มิลลิกรัม/มิลลิลิตร) และ สารละลาย glutaraldehyde (20 mM) แล้วนําเอนไซม์ตรึงรูปไปใช้เร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิ เคชั่น จากการหาสภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตไบโอดีเซลพบว่า สามารถผลิตไบโอดีเซลได้สูงสุด 95 % ที่ 24 ชั่วโมง โดยการเติมเมทานอลครั้งละ 1 โมล จนครบ 3 โมล เอนไซม์ตรึงรูปนี้สามารถใช้ งานซ้ําได้ 5 รอบ และยังสามารถเร่งปฏิกิริยาได้มากกว่า 60% วัสดุชนิดที่สองคือ เส้นใยที่ผลิตจาก พอลิเมอร์ผสมระหว่าง polystyrene กับ trimethylolpropane tris (poly (propylene glycol) amine terminated] ether โดยวัสดุดังกล่าวสามารถตรึงเอนไซม์ไลเปสได้ 0.15 ยูนิตต่อมิลลิกรัมของวัสดุ เอนไซม์ตรึงรูปมีความสเถียรต่อความเป็นกรดด่างและอุณหภูมิในช่วงที่กว้างกว่าเอนไซม์อิสระ เมื่อนํามาใช้เร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นเพื่อผลิตไบโอดีเซล พบว่าผลิตไบโอดีเซลสูงสุดได้ 95% ภายใน 24 ชั่วโมง เมื่อมีการเติมเมทานอลครั้งละ โมล จนครบ 3 โมล และยังสามารถนํากลับมา ใช้ใหม่ได้ 10 รอบ โดยยังมีกิจกรรมเอนไซม์ที่ 81% วัสดุสุดท้ายที่นํามาใช้ตรึงเอนไซม์ไลเปสคือ เส้นใยนาโนจากพอลิเมอร์ polyacrylonitrile (PAN) โดยในการทดลองนี้ทําการตกตะกอนเอนไซม์ ไลเปสบนเส้นใยนาโนด้วยแอมโมเนียมซัลเฟตและมีการเติม BSA เพื่อช่วยการจับตัวเป็นกลุ่มของ ไลเปสหลังจากการเติมสารละลาย glutaraldehyde พบว่า สามารถตรึงไลเปสได้ถึง 87% ในขณะที่ ไม่มีการเติม BSA ได้ 42% เมื่อนําเอนไซม์ตรึงรูปบนเส้นใยนาโน PAN ที่ได้มาใช้เร่งปฏิกิริยาเพื่อ ผลิตไบโอดีเซลเปรียบเทียบกับเอนไซม์ตรึงรูปทางการค้า (Novozym 435) พบว่าเอนไซม์ตรึงรูป บนเส้นใยนาโน PAN ผลิตไบโอดีเซลได้สูงสุด 95% ในเวลา 18 ชั่วโมง ขณะที่ Novozym 435 ผลิตไบโอดีเซลได้ในปริมาณที่น้อยกว่ามากในเวลาที่เท่ากัน ในการทดลองนี้สามารถเติมเมทานอล เพียงครั้งเดียว (3.5 โมลของเมทานอลต่อ 1 โมล ของน้ํามัน) และสามารถนําเอนไซม์ตรึงรูปกลับมา ใช้ได้ 10 ครั้ง โดยยังมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาได้ถึง 83% จากการศึกษาทั้งหมดที่กล่าวไป เอนไซม์ไลเปสจากเชื้อรา Aspergillus oryzae ST11 นั้นมี ศักยภาพในการผลิตไบโอดีเซล เพื่อทดแทนการเร่งปฏิกิริยา โดยตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี ที่ใช้สภาวะใน การเร่งปฏิกิริยาที่มีความเป็นกรดด่างสูง รวมถึงอุณหภูมิของระบบที่สูง อีกทั้งยังสามารถลด ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากของเสียของกระบวนการผลิตไบโอดีเซล เอนไซม์ไลเปสที่ได้ยัง สามารถนําไปตรึงบนวัสดุเพื่อให้สามารถนํากลับมาใช้ใหม่ได้ทําให้สามารถลดต้นทุนของการ ผลิตไบโอดีเซล | en_US |
Appears in Collections: | 853 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
435363.pdf | 8.15 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License