การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยแบคทีเรียตรึงบนไคโตซานในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบแพคเบด

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มผลผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจาก Bacillus subtilis GY30 ด้วยการใช้เซลล์ตรึงบนไคโตซานในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบแพคเบด และปรับปรุงสูตรอาหารสำหรับการผลิตด้วยวิธีการวิเคราะห์การตอบสนองเชิงพื้นผิว ทั้งนี้ได้คัดเลือก B. subtilis GY30 มาศึกษา เนื่องจากเป็นแบคทีเรียที่ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้สูงกว่าแบคทีเรียที่นำมาทดสอบสายพันธุ์อื่น คือ 0.96 กรัมต่อลิตร และเป็นแบคทีเรียที่ไม่ก่อโรค เมื่อใช้อาหารเบซัลที่มีปริมาณน้ำมันถั่วเหลือง 2%v/v เป็นแหล่งคาร์บอน ในขวดเขย่า พบว่าเซลล์ตรึงมีประสิทธิภาพการผลิตสูงกว่าเซลล์อิสระ 43% ผลการออกแบบการทดลองแบบบ็อก-เบห์นเคนพบว่าอาหารที่เหมาะสมประกอบด้วยน้ำมันถั่วเหลือง 2.7% v/v สัดส่วนแหล่งคาร์บอนต่อไนโตรเจน 14.75:1 เหล็กซัลเฟต 50 มิลลิกรัมต่อลิตร และแมงกานีสซัลเฟต 0.3 กรัมต่อลิตร ซึ่งให้ผลผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพเพิ่มขึ้นเป็น 1.64 กรัมต่อลิตร หลังจากผลิต 3 วัน เมื่อนำสูตรอาหารนี้มาใช้ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบแพคเบดขนาด 2 ลิตร โดยกำหนดอัตราการให้อากาศ 1.5 vvm อัตราการไหลของอาหารผ่านแพคคอลัมน์ 0.6 มิลลิลิตรต่อนาที และปริมาณไคโตซานในแพคคอลัมน์ 80 กรัม พบว่าได้ผลผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพเท่ากับในขวดเขย่า แต่ใช้เวลาลดลงเหลือ 1 วัน อย่างไรก็ดีเมื่อนำส่วนของเซลล์ตรึงที่อยู่ในแพคคอลัมน์มาใช้ผลิตซ้ำ พบว่าได้ผลผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพสูงขึ้นเป็น 1.81 กรัมต่อลิตร จึงมีแนวโน้มที่จะผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแบบต่อเนื่องได้ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจาก B. subtilis GY30 มีสมบัติการเป็นสารก่ออิมัลชันและสารกระจายน้ำมันที่ดีกับน้ำมันพืชและน้ำมันดิบ มีค่าความเข้มข้นวิกฤตไมเซลล์เท่ากับ 420.5 มิลลิกรัมต่อลิตร และมีประสิทธิภาพในภาวะตั้งแต่ pH 6 ถึง 10 อุณหภูมิ -20 ถึง 121 องศาเซลเซียส และความเข้มข้นเกลือ 0 ถึง 10 % w/v สมบัติเหล่านี้แสดงว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ได้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในงานด้านต่างๆได้