การพัฒนาระบบการผลิตกรดแกมมาอะมิโนบิวทีริกโดยเทคโนโลยีเชื้อบริสุทธิ์เริ่มต้นระดับขยายขนาด

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้เป็นการนำเทคโนโลยีเชื้อบริสุทธิ์เริ่มต้นมาประยุกต์ใช้ในการผลิตกรดแกมมาอะมิโนบิวทีริกให้บริสุทธิ์ (GABA) โดยอาศัยเอนไซม์กลูตาเมตดีคาร์บอกซีเลสที่ผลิตได้จากเชื้อแบคทีเรียแลคติก Micrococcus varians และสารตั้งต้นของกรดกลูตามิกจากหอมหัวใหญ่อบแห้ง ได้ผลิตภัณฑ์เป็นสารละลาย GABA ชนิดหยาบ (Crude GABA) มาศึกษาต่อยอดในการพัฒนาระบบการผลิตในระดับขยายขนาด การทำให้สารละลาย Crude GABA บริสุทธิ์ด้วยเทคนิคโครมาโตกราฟแบบแลกเปลี่ยนประจุ การเพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้บริสุทธิ์ด้วยเครื่องต้นแบบ การผลิต GABA ในรูปแบบผงโดยการเติมสารช่วยยึดเกาะและกระบวนการทำแห้งด้วยวิธีต่างๆ อีกทั้งการศึกษาความคงตัวของผง GABA ในบรรจุภัณฑ์ชนิดเคลือบและไม่เคลือบอะลูมิเนียมในสภาวะเร่ง เป็นระยะเวลา 120 วัน เพื่อคำนวณหาจลนพลศาสตร์ของการเปลี่ยนแปลงสาร GABA ในระหว่างการเก็บรักษา และการทำนายอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์การผลิตสารละลาย Crude GABA ที่เหมาะสมที่สุด คือ การใช้น้ำหอมหัวใหญ่สกัดจากหอมหัวใหญ่อบแห้ง (Dried Onion Extract; DOE) มาเป็นสารตั้งต้นในการผลิต GABA หลังจากการหมักด้วยเชื้อ M. varians เป็นระยะเวลา 6 วัน ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ได้ปริมาณ Crude GABA ที่อยู่ในสารละลายในช่วง 800-1,200 ไมโครกรัม/มิลลิลิตร จากการศึกษาการทำให้สารละลาย Crude GABA บริสุทธิ์ด้วยวิธีการแยกสารด้วยเทคนิคโครมาโตกราฟแบบแลกเปลี่ยนประจุด้วยเรซิ่นชนิด Strong Cation-exchange resin โดยการศึกษาปริมาณของเรซิ่นที่ใช้ในการแยกสาร GABA พบว่า สัดส่วนของเรซิ่นต่อตัวอย่างสารละลาย Crude GABA เท่ากับ 1:1 (w/v) มีประสิทธิภาพในการแยกสาร GABA ได้ดีที่สุด นอกจากนี้ ปัจจัยที่มีผลต่อการแยกสาร GABA ด้วยเรซิ่น ได้แก่ การเตรียม เรซิ่นก่อนและหลังการใช้งานด้วยกรดและด่าง ความเข้มข้นของปริมาณ NaCl ใน Crude GABA ค่า pH เริ่มต้นของ Crude GABA การลำดับความเข้มข้นของสารละลายตัวชะ (NH3) สัดส่วนของปริมาณเรซิ่นต่อปริมาณตัวอย่าง และความถี่ในการสุ่มสารละลายหลังจากผ่านเรซิ่นออกมา ซึ่งผลการทำให้บริสุทธิ์เบื้องต้นสามารถแยกสารละลาย GABA ที่มีค่าความบริสุทธิ์ออกมาได้ร้อยละ 19.5 จากความบริสุทธิ์ของสาร GABA ตั้งต้นร้อยละ 5.4 เมื่อเปรียบเทียบความบริสุทธิ์เบื้องต้นพบว่า เพิ่มขึ้น 3.6 เท่าการผลิต GABA ในรูปแบบผง พบว่า เทคนิคการทำแห้งด้วยวิธีทำแห้งแบบพ่นฝอยที่อุณหภูมิขาเข้า 180 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิขาออก 80 องศาเซลเซียส ร่วมกับการเติมมอลโตเด็กซ์ตรินร้อยละ 5 เป็นสารช่วยยึดเกาะ ได้ผงละเอียด ละลายง่าย และปริมาณ GABA เหลืออยู่ในปริมาณที่ไม่แตกต่างกันจากการทำแห้งด้วยวิธีการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง อีกทั้งเป็นสารยึดเกาะที่เหมาะสมที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้อินูลิน และฟรุกโตโอลิโกแซคคาไรด์ การผลิตสารละลาย Crude GABA ระดับขยายขนาด พบว่า การหมักในถังหมักชีวภาพระดับขยายขนาดส่งผลต่ออัตราของการผลิต GABA เท่ากับ 297.6 ไมโครกรัม/มิลลิลิตรต่อวัน ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับอัตราของการผลิต GABA ที่ผลิตได้ในระดับห้องปฏิบัติการซึ่งมีอัตราของการผลิต GABA เท่ากับ 16.60 ไมโครกรัม/มิลลิลิตรต่อวัน คิดเป็น 17.5 เท่า ของปริมาณอัตราการผลิต GABA ที่เพิ่มขึ้น สำหรับการทดสอบการผลิตสารละลายบริสุทธิ์ GABA จากเครื่องต้นแบบ GABA Purification พบว่า ข้อจำกัดในการเลือกใช้วัสดุในการผลิตเครื่องต้นแบบนั้นต้องเลือกใช้วัสดุที่มีประสิทธิภาพในการทนกรดและด่างสูงได้เป็นอย่างดี เช่น แก้ว สแตนเลส และซิลิโคน หลังจากการทดสอบประสิทธิภาพของเครื่องต้นแบบ พบว่า สามารถแยกสารละลาย GABA ออกมาให้มีค่าของความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ 43 โดยประสิทธิภาพของการทำให้บริสุทธิ์ของเครื่องต้นแบบ GABA purification สามารถทำให้สารละลาย Crude GABA มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้นร้อยละ 23.5 จากเดิมที่ผลิตได้ในระดับห้องปฏิบัติการการศึกษาความคงตัวของผง GABA ที่ผลิตได้ในบรรจุภัณฑ์ 2 ชนิด คือ ถุงโพลิเอทิลีนชนิดเคลือบ และไม่เคลือบอะลูมิเนียม แล้วเก็บรักษาในสภาวะเร่ง เป็นเวลา 120 วัน พบว่า การเก็บผง GABA ที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส ด้วยบรรจุภัณฑ์ทั้งสองชนิด ส่งผลให้ระยะเวลาที่ปริมาณ GABA จะลดลงร้อยละ 50 ไม่แตกต่างกัน อยู่ประมาณ 14 วัน แต่อย่างไรก็ตามในกรณีที่อุณหภูมิในการเก็บรักษาสูงขึ้นมากกว่า 35 องศาเซลเซียส การเก็บด้วยบรรจุภัณฑ์ชนิดไม่เคลือบอะลูมิเนียมจะเหมาะสมมากกว่า สำหรับผลการทำนายอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ผง GABA ที่เก็บไว้ในบรรจุภัณฑ์ชนิดเคลือบ และไม่เคลือบอะลูมิเนียม พบว่า ในกรณีที่เก็บไว้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง -18 องศาเซลเซียส คาดว่าปริมาณ GABA ลดลงมากกว่าร้อยละ 50 เมื่อเก็บผลิตภัณฑ์ไว้นานกว่า 153 และ 132 วัน ตามลำดับ แต่เมื่อเก็บผง GABA ไว้ที่อุณหภูมิสูงขึ้นระยะเวลาในการเก็บรักษาก็ค่อยๆ ลดลงตามลำดับ

คำสำคัญ