Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19586| Title: | การแยกและคัดเลือกแบคทีเรียแลคติกและการหาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการผลิตกรดแลคติกไอโซมอร์ดีและแอลจากน้ำคั้นและกากลำต้นปาล์มน้ำมันด้วยระบบการย่อยพร้อมการหมัก |
| Other Titles: | Isolation and Screening of Lactic Acid Bacteria and Optimization for D- and L-Lactic Acid Production from Oil Palm Sap and Trunk Residues throughSimultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) |
| Authors: | เบญจมาส เชียรศิลป์ อัสมา บิลถะเต๊ะ Faculty of Agro-Industry (Industrial Biotechnology) คณะอุตสาหกรรมเกษตร ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรม |
| Keywords: | แบคทีเรียกรดแล็กติก;ปาล์มน้ำมัน |
| Issue Date: | 2019 |
| Publisher: | มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |
| Abstract: | Lactic acid (LA) is an organic acid produced by lactic acid bacteria (LAB) and can be used as a monomer feedstock for biodegradable plastic. There are two optical isomers of lactic acid, L(+) and D(-)-lactic acid. This study investigated the process integration strategy for LA production from oil palm sap (OPS) and oil palm trunk (OPT) as mixed substrates through simultaneous saccharification and fermentation (SSF). OPS contained high sugar concentration of 38-40 g/L (26.90±0.06 g/L glucose, 9.18+0.25 g/L fructose, 4.39+0.25 g/L sucrose, 3.04±0.06 g/L xylose) and nitrogen concentration of 0.6-0.7 g/L. It can be used as both carbon and nitrogen source. OPS at sugar concentration of 30 g/L was used as a sole medium for screening of LAB with high LA production. The cultivation was performed at 37°C, 100 rpm for 72 h under condition with and without pH control at 5.5. LAB produced higher LA under pH control condition than uncontrolled pH condition. Lactobacillus acidophilus TISTR 1338 and Lactobacillus kefiri KF1 could grow well in OPS and gave the highest LA production of 21.98±3.36 g/L (L-isomer 62.7%) and 19.31±1.11 g/L (D-isomer 75.4%), respectively, with LA yield of 0.80±0.12 and 0.75±0.04 g/g-available sugar, respectively under condition with pH control. The OPT residues could be separated in to vascular bundle (OPT-VB) (0.75-2.0 mm) and parenchyma (OPT-PA) (<0.75 mm). As OTP-VB contained 56.60% cellulose, 23.44% hemicellulose, 13.70% lignin and 4.76% starch. OPT-PA contained 37.1% cellulose, 29.8% hemicellulose, 18.4% lignin and 25.09% starch. OPS added with OTP were used as a sole medium for LA production. The cultivation was performed at 37°C, 200 rpm and pH 5.5 for 120 h. The optimal conditions for LA production by L. acidophilus TISTR 1338 and L. kefiri KF1 through SSF were OPT loading at 10% w/v in OPS and cellulase loading at 15 FPU/g-OPT. The highest LA production obtained were 64.94±0.51 g/L and 23.45±0.35g/L, respectively, with LA yield of 0.68+0.01 and 0.30±0.01 g/g-available sugar, respectively. The medium cost of LA production |
| Abstract(Thai): | กรดแลคติกเป็นกรดอินทรีย์ที่ได้จากกระบวนการหมักของแบคทีเรียแลคติกสามารถใช้ เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพลาสติกชีวภาพได้ กรดแลคติกมีสองไอโซเมอร์ คือ กรดแลคติก ไอโซ เมอร์แอล (+) และ ไอโซเมอร์ดี (1) งานวิจัยนี้ศึกษาการผลิตกรดแลคติกจากน้ําคั้นลําต้นปาล์มและ กากลําต้นปาล์มโดยวิธีการย่อยพร้อมการหมัก น้ําคั้นลําต้นปาล์มประกอบไปด้วยน้ําตาลอิสระ 38- 40 กรัมต่อลิตร โดยมีองค์ประกอบของน้ําตาลกลูโคส น้ําตาลฟรุกโตส น้ําตาลซูโครส และน้ํา 1 และน้ําตาล ไซโลส ที่ความเข้มข้น 26.90±0.06, 9.18±0.25, 4.39±0.25 และ 3.04±0.06 กรัมต่อลิตร ตามลําดับ นอกจากนี้ยังมีปริมาณไนโตรเจนเท่ากับ 0.6-0.7 กรัมต่อลิตร ซึ่งสามารถใช้เป็นทั้งแหล่งคาร์บอน และแหล่งไนโตรเจนสําหรับเลี้ยงเชื้อแบคทีเรียแลคติกเพื่อผลิตกรดแลคติก จากการคัดเลือกแบคทีเรียแลคติกที่สามารถเจริญและผลิตกรดแลคติกได้ดีเมื่อเลี้ยงในน้ําคั้นลําต้นปาล์ม โดยใช้ความเข้มข้นน้ําตาลเริ่มต้นเท่ากับ 30 กรัมต่อลิตร เลี้ยงภายใต้สภาวะควบคุม และไม่ควบคุมพีเอชที่ 5.5 เป็นเวลา 72 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส กวนด้วยความเร็ว 100 รอบต่อนาที พบว่าการควบคุมพีเอชทําให้แบคทีเรียแลคติกมีการผลิตกรดแลคติกได้สูงกว่าสภาวะที่ ไม่ควบคุมพีเอช โดยพบว่าสายพันธุ์ที่ผลิตกรดแลคติกไอโซเมอร์แอลเป็นหลักคือ Lactobacillus acidophilus TISTR 1338 และสายพันธุ์ที่ผลิตกรดแลคติกไอโซเมอร์ดีเป็นหลักคือ Lactobacillus kefiri KF1 สามารถผลิตกรดแลคติกได้สูงสุดเท่ากับ 21.98±3.36 และ 19.31±1.11 กรัมต่อลิตร ตามลําดับ คิดเป็นผลผลิต 0.80±0.12 และ 0.75±0.04 กรัมต่อกรัม ตามลําดับ ส่วนกากลําต้นปาล์ม (oil palm trunk, OPT) หลังจากการคั้นน้ําสามารถแยกออกได้เป็น สองส่วนคือ ส่วนที่เป็นเส้นใย (vascular bundle, OPT-VB) (0.75-2.0 มิลลิเมตร) และส่วนที่เป็นผง (parenchyma, OPT-PA) (<0.75 มิลลิเมตร) โดย OPT-VB ประกอบด้วยเซลลูโลสร้อยละ 56.60 เฮมิ เซลลูโลสร้อยละ 23.44 ลิกนินร้อยละ 13.70 และแป้งร้อยละ 4.76 ในขณะที่ OPT-PA ประกอบด้วย เซลลูโลสร้อยละ 37.1 เฮมิเซลลูโลสร้อยละ 29.8 ลิกนินร้อยละ 18.4 และแป้งร้อยละ 25.09 จาก การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตกรดแลคติกโดยเชื้อ L. acidophilus TISTR 1338 และ L. kefiri KF1 จากน้ําคั้นลําต้นปาล์มและกากลําต้นปาล์ม (OPT-VB) โดยวิธีการย่อยพร้อมการหมัก พบว่าปริมาณกากลําต้นปาล์มร้อยละ 10 และการเติมเอนไซม์เซลลูเลส 15 ฟิลเตอร์เปเปอร์ยูนิตต่อ กรัม เป็นสภาวะที่ทําให้เชื้อผลิตกรดแลคติกได้สูงสุดเท่ากับ 64.94±0.51และ 23.440.35 กรัมต่อลิตร คิดเป็นผลผลิตเท่ากับ 0.68±0.01 และ 0.30±0.01 กรัมต่อกรัม ตามลําดับ โดยมีต้นทุนของอาหาร เลี้ยงเชื้อเท่ากับ 0.12 บาทต่อกรัมกรดแลคติก จากการเพิ่มอัตราการใช้กากลําต้นปาล์มโดยการย่อย พร้อมการหมักแบบกะซ้ําโดยเชื้อ L. acidophilus TISTR 1338 พบว่าสามารถผลิตกรดแลคติกได้ถึง 5 รอบการหมัก โดยปริมาณกรดแลคติกที่ผลิตได้ในแต่ละรอบเท่ากับ 63.0±0.44, 71.4±1.07, 67.2±1.71, 56.2±1.67 และ 50.5±0.47 กรัมต่อลิตร จากการศึกษาการเก็บเกี่ยวกรดแลคติกจากสารละลายกรดแลคติกโดยเรซิ่นแลกเปลี่ยน ประจุลบแบบเบสแก่ Amberlite IRA-402 พบว่าไอโซเทอมการดูดซับ (adsorption isotherm) สามารถทํานายได้ดีด้วยแบบจําลองแบบ Freundlich และเมื่อทําการเก็บเกี่ยวกรดแลคติกจากน้ําหมักโดยคอลัมน์ Amberlite IRA-402 ด้วยอัตราการไหล 2 มิลลิลิตรต่อนาที และชะด้วยสารละลาย กรดไฮโดรคลอริกที่มีความเข้มข้น 1 โมลาร์ ให้ผลการเก็บเกี่ยวเท่ากับร้อยละ 24.1 ของปริมาณกรด แลคติกทั้งหมดในน้ําหมัก นอกจากนี้งานวิจัยนี้ยังศึกษาความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้ผงลําต้นปาล์ม OPT-PA เป็นตัวพยุงสําหรับตรึงรูปเอนไซม์เซลลูเลส โดยพบว่า OPT-PA มีประสิทธิภาพการตรึงรูปถึงร้อย ละ 79.06 และยังมีความคงตัวทางความร้อนที่สูงกว่าเอนไซม์เซลลูเลสอิสระ ผลจากวิจัยนี้สามารถ ใช้เป็นแนวทางหนึ่งในการใช้ประโยชน์วัสดุเศษเหลือหรือชีวมวลจากการเกษตรเพื่อผลิตกรดอินทรีย์และตรึงรูปเอนไซม์ from OPS and OPT through SSF process was 0.12 Baht/g-LA. The repeated SSF was performed for five cycles for efficient utilization of OPT. The LA production by L. acidophilus TISTR 1338 using this strategy remained high at 63.05±0.44, 71.41±1.07, 67.21±1.71, 56.21±1.67 and 50.48+0.47 g/L, respectively. The recovery of lactic acid using strong base anion resin of Amberlite IRA-402 was performed. The adsorption isotherms were closely predicted by the Freundlich model. The fermentation broth containing lactate was loaded onto the column adsorption at the flow rate of 2.0 mL/min and desorbed by 1 M HCl at the flow rate of 2.0 mL/min resulted in percent recovery of 24.1% from fermentation broth. In addition, this study has explored the possibility to use OPT-PA as a carrier for immobilization of cellulase enzyme by physical adsorption resulting in immobilization efficiency of 79.06%. Comparative evaluation of the free and immobilized enzyme showed that the immobilized enzyme was more thermostable than the free form. This study has provided a promising strategy for efficient use of cellulosic agricultural wastes for production of organic acids and immobilization of enzyme. |
| Description: | วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (เทคโนโลยีชีวภาพ), 2019 |
| URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19586 |
| Appears in Collections: | 853 Thesis |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 437675.pdf | 3.36 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
