การเพิ่มอัตราผลผลิต P(3HB-co-3HV) โดยการเลี้ยง Alcaligenes sp. A-O4 แบบกึ่งต่อเนื่องเพื่อให้มีความหนาแน่นเซลล์สูง

Abstract

การผลิตโคพอลิเมอร์ P(3HB-co-3HV) โดย Alcaligenes sp.สายพันธ์ A-04 ในระดับขวดเขย่า และในถังหมักขนาด 5 ลิตรแบบแบช พบว่าเมื่อเลี้ยงเชื้อในอาหารสำหรับเตรียมกล้าเชื้อ มีการเจริญในช่วงการเจริญแบบทวีคูณอยุ่ระหว่างชั่วโมงที่ 18-30 น้ำหนักเซลล์สูงสุดในชั่วโมง36 เมื่อนำกล้าเชื้ออายุ 18 24 30 และ 36 ชั่วโมง มาเลี้ยงในอาหารเพื่อการผลิตโคพอลิเมอร์ ได้ผลว่ากล้าเชื้อที่เหมาะสมคือกล้าเชื้ออายุ 24 ชั่วโมง ภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเลี้ยงเชื้อในถังหมักแบบแบช ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ได้แก่ปริมาณกล้าเชื้อเท่ากับ 1.7 กรัมต่อลิตร ได้พบว่าการผลิต P(3HB-co-3HV) โดยมีการควบคุมค่าความเป็นกรดด่าง ได้อัตราผลผลิตสูงกว่าเมื่อไม่ควบคุมค่าความเป็นกรดด่าง โดยค่าความเป็นกรดด่างที่เหมาะสม เท่ากับ 7.0 องค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อ และภาวะการเลี้ยงเชื้อที่เหมาะสม มีดังนี้ อัตราส่วนของแหล่งคาร์บอนผสมซึ่งได้แก่ ฟรักโตสและกรดวาเลอริก เท่ากับ 18:2 กรัมต่อลิตร ปริมาณแอมโมเนียมซัลเฟตเท่ากับ 1.0 กรัมต่อลิตร อัตรส่วน KH₂PO₄: Na₂HPO₄ เท่ากับ 1.0:0.3 กรัมต่อลิตร ปริมาณแมกนีเซียมซัลเฟต เท่ากับ 0.1 กรัมต่อลิตร อัตราการให้อากาศเท่ากับ 1.8 ปริมาณอากาศต่อปริมาตรอาหารต่อนาที อัตราการกวน เท่ากับ 600 รอบต่อนาที ได้ค่าความหนาแน่นเซลล์สูงสุดเท่ากับ 10.91 กรัมต่อลิตร ปริมาณโคพอลิเมอร์สูงสุดเท่ากับ 5.94 กรัมต่อลิตรในชั่วโมงที่ 36 ได้อัตราผลผลิตเท่ากับ 0.16 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง เมื่อนำค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ที่ได้จากการเลี้ยงเชื้อในถังหมักแบบแบช ได้แก่ อัตราการเจริญจำเพาะ เท่ากับ 0.1 ต่อชั่วโมง มวลเซลล์ที่ไม่ร่วมพอลิเมอร์ เท่ากับ 4.09 กรัมต่อลิตร ผลผลิตมวลเซลล์ต่อสารอาหารที่ใช้เท่ากับ 0.54 กรัมต่อกรัมมาคำนาณเพื่อหาอัตราการเติมสารอาหารได้ค่าอัตราการเติมสารอาหารเท่ากับ 4.52 มิลลิลิตรต่อชั่วโมง ในการเลี้ยงเชื้อ Alcaligenes sp. A-04 แบบเฟตแบชในถังหมักขนาด 5 ลิตร ซึ่งบรรจุอาหารเลี้ยงเชื้อปริมาณ 2.0 ลิตร เมื่อเติมสารอาหารเฉพาะแหล่งคาร์บอน พบว่าความหนาแน่นเซลล์ ปริมาณโคพอลิเมอร์ และอัตราผลผลิตเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย เมื่อเติมสารอาหารที่มีทั่งแหล่งคาร์บอนและแหล่งไนโตรเจนโดยมีอัตราส่วน C/N ตั้งแต่ 5-300 โมลต่อโมล พบว่าอัตราส่วนของ C/N ที่เหมาะสม เท่ากับ 100 โมลต่อโมล พบว่าความหนาแน่นของเซลล์ และการผลิตโคพอลิเมอร์เพิ่มขึ้นได้แก่ ความหนาแน่นของเซลล์เท่ากับ 12.66 กรัมต่อลิตร ปริมาณ P(3HB-co-3HV) เท่ากับ 7.89 กรัมต่อลิตร และอัตราผลผลิตเท่ากับ 0.22 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง พบว่าอัตราส่วนของ C/N มีผลต่อองค์ประกอบของโคพอลิเมอร์ โดยอัตราส่วนของ C/N ที่มีค่าสูงทำให้สัดส่วนของดมโนเมอร์ 3HV สูงขึ้น เมื่อเติมสารอาหารที่ประกอบด้วยแหล่งคาร์บอน แหล่งไนโตรเจน และแร่ธาตุที่จำเป็น โดยเติมแหล่งคาร์บอนและแหล่งไนโตรเจนทุก 6 ชั่วโมง ตั้งแต่ชั่วโมงที่ 12-42 เติมแร่ธาตุที่จำเป็น ที่ชั่วโมงที่ 12 และ 30 มีผลทำให้ความหนาแน่นของเซลล์ และการผลิตโคพอลิเมอร์ P(3HB-co-3HV) โดย Alcaligenes sp. A-04 เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน คือ ความหนาแน่นของเซลล์เพิ่มขึ้นเป็น 24.38 กรัมต่อลิตร ได้ปริมาณโคพอลิเมอร์เพิ่มขึ้นเป็น 15.28 กรัมต่อลิตร คิดเป็น 62 เปอร์เซ็นต์ต่อน้ำหนักเซลล์แห้ง และได้อัตราผลผลิต เพิ่มขึ้นเป็น 0.42 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง