การผลิตกรด 6-อะมิโนเพนนิซิลานิก ในหอปฏิกิริยาแบบฟลูอิดไดซ์เบด โดยใช้เซลล์ Escherichia coli ที่ถูกตรึง

Abstract

Escherichia coli ATCC 9637 สามารถผลิตเพนนิซิลิน เอซิเลส (E.C.3.5.1.11) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาไฮโดรล์เพนนิซิลิน จี ไปเป็นกรด 6-อะมิโนเพนนิซิลานิก (6-APA) ซึ่งนิยมใช้เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการสังเคราะห์อนุพันธ์เพนนิซิลิน จากการทดลองศึกษาวิธีการและสภาวะของการตรึงเซลล์ E. coli โดยวิธีกักขังในแคปปาคาร์ราจีแนนผสมวุ้นที่เสริมด้วยกลูตา รัลดีไฮด์และเฮกซาเมทธิลลีนไดอามีนเมื่อติดตามเปรียบเทียบแอคติวิตี, strength รวมทั้งความเสถียรของเซลล์ตรึง เมื่อแปรผันความเข้มข้นของวัสดุตรึง พีเอช และเวลา ตลอดจนอุณหภูมที่ใช้ตรึง พบว่าการตรึงเซลล์ E. coli (10-15% น้ำหนักต่อปริมาตร) ในแคปปาร์คาจีแนนผสมวุ้น อัตราส่วน 2.5:1.5% (น้ำหนักต่อปริมาตร) ด้วยระบบตัวทำละลาย 2 เฟส (น้ำกับบิวทิลอะซิเตท) แล้วเสริมด้วยกลูตารัลดีไฮด์และเฮกซาเมทธิลลีนไดอามีนความเข้มข้นเท่ากับ (0.1 โมลาร์ จะให้ strength ของเซลล์ตรึงแคปปาคาร์ราจีแนนผสมวุ้นสูงกว่าเซลล์ตรึงคาร์ราจีแนนและวุ้นอย่างเดียวประมาณ 2-3 เท่า ตามลำดับ อุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการไฮโดรไลซ์เพนนิซิลิน จี ของเซลล์ตรึงทั้ง 3 ชนิด มีช่วงกว้างกว่าเซลล์อิสระ (50-55 ซ) การตรึงเซลล์ไม่มีผลต่อ pH ที่เหมาะสมต่อการเร่งปฏิกิริยา แต่มีผลทำให้ความเสถียีรต่อ pH เพิ่มขึ้นเป็นช่วงกว้างกว่าเซลล์อิสระอย่างชัดเจน (5.0-9.0 สำหรับเซลล์ตรึง และ 6.0-7.0 สำหรับเซลล์อิสระ) เซลล์ตรึงมีความเสถียรต่อการเก็บรักษาสูงมากเมื่อเทียบกับเซลล์อิสระ เช่น ที่อุณหภูมิ 4 ซ c]t 27 ซ ในสารละลาย 0.3 โมลาร์โปแตสเซียมคลอไรด์ จะเก็บได้นานถึง 50 วัน โดยไม่สูญเสียแอคติวิตีของเอนไซม์เลย เฉพาะเอนไซม์ตรึงแคปปาคาร์ราจีแนนผสมวุ้นสามารถเก็บรักษาไว้ที่ 4 ซ ในสภาวะเดียวกันได้นานถึง 210 วัน การนำเอาเอนไซม์ตรึงเก็บไว้นี้มาใช้ทดลองในหอปฏิกิริยาฟลูอิดไดซ์เบด (24 ชั่วโมงต่อ 1 รอบ ที่อุณหภูมิห้อง) สลับกับการเก็บรักษาสามารถใช้ได้นานถึง 17 รอบ โดยไม่มีการสูญเสียแอคติวิตีของเอนไซม์แต่อย่างใด สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการผลิต 6-APA ในหอปฏิกิริยาฟลูอิดไดซ์เบดปริมาตร 1.2 ลิตร คือใช้เซลล์ตรึงแคปปาคาร์ราจีแนนผสมวุ้นหนัก 135 กรัม ความเข้มข้นของเพนนิซิลินจี 0.47 กรัมเปอร์เซ็นต์ โดยมีอัตราการไหลเข้าสู่หอปฏิกิริยา 80 มิลลิลิตรต่อชั่วโมง และอัตราความเร็วของอากาศ 2-3 ลิตรต่อนาที จะสามารถผลิต 6-APA ได้นาน 5 วันต่อเนื่องโดยไม่มีการลดผลผลิตลงเลย