ผลของแหล่งคาร์บอนและแหล่งไนโตรเจนต่อการเติบโตของ Bacillus sp. BA-019 และการผลิตพอลิ(3-ไฮดรอกซีบิวทิเรต-โค-3-ไฮดรอกซีวาเลอเรต)

Abstract

ในการศึกษาการผลิตโคพอลิเมอร์ P(3HB-co-3HV) โดย Bacillus sp.BA-019 พบว่ากล้าเชื้อที่เหมาะสมสำหรับการเติบโตและการผลิตโคพอลิเมอร์เป็นกล้าเชื้ออายุ 24 ชั่วโมง ที่เลี้ยงในอาหารเลี้ยงกล้าเชื้อซึ่งประกอบด้วยฟรุกโตสปริมาณ 10 กรัมต่อลิตร และปริมาณกล้าเชื้อเริ่มต้นที่ใช้เท่ากับ 0.18 กรัม (น้ำหนักเซลล์แห้ง) ต่อปริมาตรอาหาร 50 มิลลิลิตร โดยเลี้ยงเชื้อในอาหาร MSM ซึ่งประกอบด้วยแหล่งคาร์บอน 20 กรัมต่อลิตร และแอมโมเนียมซัลเฟต 1.0 กรัมต่อลิตรเป็นแหล่งไนโตรเจนเพื่อการสังเคราะห์และสะสมโคพอลิเมอร์ P(3HB-co-3HV) เลี้ยงเชื้อนานเป็นเวลา 36 ชั่วโมง ได้ศึกษาการใช้กรดอินทรีย์บางชนิดและเกลือของกรดอินทรีย์เป็นแหล่งคาร์บอนเดี่ยว พบว่ามีการเติบโตและได้ปริมาณโคพอลิเมอร์สูงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ประกอบด้วยกรดโพรพิโอนิก กรดบิวทิริก และกรดวาเลอริก ซึ่งได้สัดส่วนของโมโนเมอร์ 3HV อยู่ในช่วง 5-70 โมลเปอร์เซ็นต์ ได้ปริมาณ P(3HB-co-3HV) สูงสุดเมื่อใช้กรดโพรพิโอนิกเป็นแหล่งคาร์บอน (17.30 เปอร์เซ็นต์ ต่อน้ำหนักเซลล์แห้ง) เมื่อใช้แหล่งคาร์บอนผสมระหว่างน้ำตาลชนิดต่างๆ กับกรดอินทรีย์ พบว่าได้ปริมาณ P(3HB-co-3HV) ใกล้เคียงกันในอาหารที่ประกอบด้วยน้ำตาลทรายขาวหรือน้ำตาลทรายแดงผสมกรดบิวทิริก ( 39.17 และ 38.09 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักเซลล์แห้งตามลำดับ) Bacillus sp. BA-019 มีการเติบโตได้ใกล้เคียงกันในแหล่งคาร์บอนผสมที่เป็นกรดอินทรีย์ 2 ชนิด (กรดโพรพิโอนิกกับกรดบิวทิริก กรดโพรพิโอนิกกับกรดวาเลอริก และกรดบิวทิริกกับกรดวาเลอริก) ได้ปริมาณโคพอลิเมอร์สูงสุดในอาหารที่แหล่งคาร์บอนผสมเป็นกรดวาเลอริก กับกรดบิวทิริก เท่ากับ 29.30 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักเซลล์แห้ง ได้สัดส่วนโมโนเมอร์ 3HV สูงสุดเท่ากับ 30 โมลเปอร์เซ็นต์เมื่อใช้แหล่งคาร์บอนผสมเป็นกรดโพรพิโอนิกกับกรดวาเลอริก พบว่ากากน้ำตาลกับกรดโพรพิโอนิกเป็นแหล่งคาร์บอนผสมที่มีผลให้การเติบโตและการสังเคราะห์ P(3HB-co-3HV) ได้สูงสุดโดยได้น้ำหนักเซลล์แห้งและปริมาณโคพอลิเมอร์เท่ากับ 5.67 กรัมต่อลิตร และ 53.43 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักเซลล์แห้งตามลำดับ แหล่งไนโตรเจน (แอมโมเนียมซัลเฟต) ปริมาณจำกัดสำหรับการเติบโตและการผลิต P(3HB-co-3HV) เท่ากับ 0.1 กรัมต่อลิตรเมื่อใช้แหล่งคาร์บอนเป็นกากน้ำตาลและกรดโพรพิโอนิก โดยได้น้ำหนักเซลล์แห้งและปริมาณโคพอลิเมอร์สูงสุดเท่ากับ 5.06 กรัมต่อลิตร และ 54.54 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักเซลล์แห้งตามลำดับ ได้สัดส่วนโมโนเมอร์ 3HV เท่ากับ 16 โมลเปอร์เซ็นต์ อัตราส่วนระหว่างคาร์บอน (กากน้ำตาลกับกรดโพรพิโอนิก) ต่อไนโตรเจนที่เหมาะสมเท่ากับ 300โมลต่อโมล โดยได้น้ำหนักเซลล์แห้งเท่ากับ 6.75 กรัมต่อลิตร ได้ปริมาณ P(3HB-co-3HV) เท่ากับ 50.38 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักเซลล์แห้ง และได้สัดส่วนของโมโนเมอร์ 3HV เท่ากับ 16 โมลเปอร์เซ็นต์ น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของโคพอลิเมอร์ที่ผลิตได้อยู่ในช่วง 2.98 x 10⁵- 4.63 x 10⁶ ค่าดัชนีการกระจายของน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยที่ต่ำสุดของโคพอลิเมอร์บางชนิดที่นำไปวิเคราะห์เท่ากับ 1.39 พบว่าแผ่นฟิลม์โคพอลิเมอร์ที่ผลิตโดย Bacillus sp. BA-019 ซึ่งมีสัดส่วนโมโนเมอร์ต่างกันมีสมบัติทางกายภาพบางประการแตกต่างกันขึ้นอยู่กับสัดส่วนโมโนเมอร์ของ 3HB และ 3HV ที่เป็นองค์ประกอบ