การผลิตกรดซักซินิกจากแป้งมันและกากมันสำปะหลังด้วยเชื้ออีโคไลที่ผ่านการดัดแปลงกระบวนการสร้างและสลายสายพันธุ์ KJ122

บทคัดย่อ

ซักซิเนตถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี และการผลิตซักซิเนตจากเชื้อจุลินทรีย์เป็นทางเลือกที่เป็นที่ต้องการมาก ทั้งนี้ความเป็นไปได้ในการผลิตซักซิเนตด้วยกระบวนการทางชีวภาพในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่นั้น จะขึ้นอยู่กับการใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานทดแทนที่ราคาถูกกว่า ดังนั้น การนำวัตถุดิบที่ได้จากมันสำปะหลังมาใช้ในกระบวนการหมักเพื่อผลิตซักซิเนตอาจทำให้สามารถเพิ่มการแข่งขันทางเศรษฐกิจได้มากขึ้น ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการผลิตซักซิเนตจากเชื้อ E. coli KJ122 โดยใช้กากมันสำปะหลังและแป้งมันสำปะหลังเป็นแหล่งคาร์บอนในระหว่างกระบวนการย่อยและการหมักแบบขั้นตอนเดียว (SSF) และการย่อยและการหมักที่แยกออกจากกัน (SHF) จากการศึกษาการใช้กากมันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตซักซิเนตโดยเชื้อ E. coli KJ122 ที่ผ่านการดัดแปลงวิถีการสร้างและการสลาย ด้วยกระบวนการ SHF ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนอย่างง่าย พบว่าซักซิเนตที่ผลิตได้มีความเข้มข้นเท่ากับ 41.46?0.05 g/L มีค่าผลได้เท่ากับ 82.33?0.14 g/100 g กากมันสำปะหลังแห้ง และมีอัตราผลผลิตเท่ากับ 0.84?0.02 g/L/h สำหรับการผลิตซักซิเนตด้วยเชื้อ E. coli KJ122 โดยการใช้กระบวนการ SSF แบบกะ ซึ่งใช้กากมันสำปะหลังที่ความเข้มข้น12% (w/v) เป็นแหล่งคาร์บอนและใช้เอนไซม์อะไมโลกลูโคซิเดส (AMG) 2% และเอนไซม์เซลลูเลส (Cel) 3% (w/v) ในการย่อย ภายใต้สภาวะความเป็นกรด-ด่าง เท่ากับ 6.5 ที่อุณหภูมิ 39 องศาเซลเซียส พบว่าสามารถผลิตซักซิเนตที่มีความเข้มข้นเท่ากับ 80.86?0.49 g/L มีค่าผลผลิตได้เท่ากับ 70.34?0.37 g/100 g กากมันสำปะหลังแห้ง พร้อมด้วยอัตราการผลิตเท่ากับ 0.84?0.01 g/L/h และเมื่อใช้กระบวนการ SSF แบบกึ่งกะในการผลิตซักซิเนต พบว่าสามารถช่วยทำให้ความเข้มข้นของซักซิเนตที่ผลิตได้มีค่าเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ โดยมีค่าเท่ากับ 98.63?0.12 g/L มีค่าผลผลิตได้เท่ากับ 71.64?0.97 g/100 g กากมันสำปะหลังแห้ง และมีอัตราการผลิตเท่ากับ 1.03?0.01 g/L/h จากผลการทดลองที่ได้นี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพและความคุ้มทุนในการผลิตซักซิเนตจากกากมันสำปะหลังด้วยกระบวนการ SHF และ SSF โดยเชื้อ E. coli KJ122 เมื่อพิจารณาในส่วนของการนำแป้งมันสำปะหลังมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตซักซิเนตจากเชื้อ E. coli KJ122 จากการศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดของตัวแปรต่างๆ ที่มีผลต่อการผลิตซักซิเนต โดยซักซิเนตที่ผลิตได้จากกระบวนการ SSF แบบกะภายใต้สภาวะในการผลิตที่เหมาะสมที่สุดในถังหมักขนาด 2 ลิตร มีค่าเท่ากับ 70.1?0.10 g/L มีค่าผลได้เท่ากับ 1.00?0.01 g/g กลูโคส และมีอัตราการผลิตเท่ากับ 0.97?0.01 g/L/h เมื่อทำการปรับปรุงการผลิตซักซิเนตต่อไปโดยใช้กระบวนการ SSF แบบกึ่งกะ พบว่าสามารถช่วยทำให้ค่าความเข้มข้นของซักซิเนตที่ผลิตได้ (82.5?0.7 g/L) ค่าผลผลิตได้ (1.03?0.01 g/g กลูโคส) ค่าเฉลี่ยอัตราการผลิต (1.15?0.01 g/L/h) และค่าอัตราการผลิตจำเพาะ (456 mg/g CDW/h) มีค่าเพิ่มขึ้นตามลำดับ เชื้อ E. coli KJ122 สามารถผลิตซักซิเนตที่มีค่าผลผลิตได้ทางทฤษฎีสูงสุดเท่ากับ 92% และให้ค่าอัตราการผลิตจำเพาะสูงที่สุดเท่าที่เคยมีรายงานมา ทั้งนี้ค่าผลผลิตได้ของซักซิเนตและค่าอัตราการผลิตจำเพาะที่ได้จากการใช้แป้งมันสำปะหลังในการศึกษานี้มีค่าสูงกว่าค่าที่ได้จากการศึกษาก่อนหน้านี้เป็นอย่างมาก ฉะนั้น เชื้อ E. coli KJ122 อาจสามารถใช้เป็นเชื้อตั้งต้นในการผลิตซักซิเนตเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพและความคุ้มทุนในทางเศรษฐศาสตร์ได้

คำสำคัญ