Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/51687
| Title: | การผลิตกรดแอล-แลกติกแบบต่อเนื่องโดย Rhizopus oryzae ที่ถูกตรึงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดสถิต |
| Other Titles: | Continuous production of L-lactic acid by immobilized Rhizopus oryzae in a static bed bioreactor |
| Authors: | วารุณี พิมทอง |
| Advisors: | ณัฏฐา ทองจุล ฤทัยรัตน์ บุญสมบัติ |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์ |
| Advisor's Email: | nuttha.t@chula.ac.th a_cnn@yahoo.com |
| Subjects: | แบคทีเรียกรดแล็กติก เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ Lactic acid bacteria Bioreactors |
| Issue Date: | 2554 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | งานวิจัยนี้ศึกษาความสามารถในการเจริญและการผลิตกรดแลกติกของ Rhizopus oryzae ที่ถูกตรึงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพชนิดเบดสถิตทั้งในการหมักแบบแบตช์และการหมักแบบต่อเนื่อง ในการหมักแบบแบตช์โดยเซลล์แขวนลอยในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพชนิดถังกวนพบว่า ลักษณะทางสัณฐานของราส่งผลต่อสมบัติการไหลของน้ำหมัก และการปั่นกวน ทำให้ยากต่อการควบคุมปัจจัยการหมัก ส่งผลให้กรดแลกติกที่ผลิตได้นั้นมีค่าผลผลิต และ อัตราการผลิตไม่สูงมากนัก จากการเปรียบเทียบการหมักกรดแลกติกแบบแขวนลอย การเซลล์ตรึงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพชนิดเบดสถิตทำให้ได้ลักษณะสัณฐานของราที่เหมาะสม ระบบมีการกวนและถ่ายเทออกซิเจนที่ประสิทธิภาพดีกว่า ดังนั้นทำให้ความหนาแน่นของเซลล์ภายในระบบสูง และผลิตกรดแลกติกได้สูงขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่า ประสิทธิภาพในการผลิตกรดแลกติกของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพชนิดนี้ขึ้นกับอัตราการกวน และอัตราการให้อากาศ โดยภาวะที่เหมาะสมในการเจริญเติบโตของ R. oryzae และการผลิตกรดแลกติกอยู่ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ค่าพีเอช 6 ที่อัตราการกวน 700 รอบต่อนาที และอัตราการให้อากาศ 0.5 ปริมาตรอากาศต่อปริมาตรอาหารต่อนาที โดยผลผลิต 65.51 เปอร์เซ็นต์ (น้ำหนักต่อน้ำหนัก) ค่าอัตราการผลิตกรดแลกติก 2.25 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง และค่าอัตราการผลิตกรดแลกติกจำเพาะ 0.14 ต่อชั่วโมง จากความเข้มข้นกลูโคสเริ่มต้นในระยะสร้างผลิตภัณฑ์ 70 กรัมต่อลิตร นอกจากนี้พบว่า เซลล์ที่ถูกตรึงนั้นมีความสามารถในการเจริญเติบโต และการผลิตกรดแลกติกที่ความเข้มข้นกลูโคสเริ่มต้นที่สูงขึ้นได้ถึง 150 กรัมต่อลิตร นอกจากนี้ได้ทำการศึกษาเสถียรภาพของการตรึงเซลล์ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพชนิดเบดสถิตในการหมักแบบต่อเนื่อง โดยพบว่า R. oryzae ที่ถูกตรึงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพชนิดนี้สามารถรักษาอัตราการเจริญ และแอคติวิตีของเซลล์ในระยะเพิ่มจำนวนได้ในระยะยาว อีกทั้งการตรึงเซลล์สามารถป้องกันการเกิดปรากฏการณ์ที่เซลล์ถูกถ่ายเทออกจากเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจนหมด จากการศึกษาพบว่าแอคติวิตีของเซลล์ที่ถูกตรึงนั้นสามารถรักษาเสถียรภาพของเซลล์ และรักษาระดับการผลิตกรดแลกติกได้ในระยะยาว ถึง 449 ชั่วโมงของการผลิต (ในภาวะเดียวกับการหมักแบบแบตช์) โดยสามารถผลิตกรดแลกติกได้ความเข้มข้นเฉลี่ย 72.20 กรัมต่อลิตร ค่าผลผลิต 58.05 เปอร์เซ็นต์ (น้ำหนักต่อน้ำหนัก) และอัตราการผลิตกรดแลกติก 0.72 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ในการเติมสารละลายกลูโคส (150 กรัมต่อลิตร) อย่างต่อเนื่อง ที่อัตราการเจือจางที่ 0.01 ต่อชั่วโมง และเมื่อทำการศึกษาการเติมยูเรีย (แหล่งไนโตรเจน) ลงในระยะการผลิตแบบต่อเนื่องที่ความเข้มข้น 0.15 และ 0.30 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ พบว่ายูเรียมีผลไปกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์มากกว่าการส่งเสริมการผลิตกรดแลกติก โดยความเข้มข้นเฉลี่ยกรดแลกติกที่ผลิตได้ 43.25 และ 41.07 กรัมต่อลิตร ค่าผลผลิต 31.10 และ 30.35 เปอร์เซ็นต์ (น้ำหนักต่อน้ำหนัก) และค่าอัตราการผลิตกรดแลกติก 0.43 และ 0.41 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ตามลำดับ ในการเติมสารละลายกลูโคส (150 กรัมต่อลิตร) อย่างต่อเนื่อง ที่อัตราการเจือจางที่ 0.01 ต่อชั่วโมง |
| Other Abstract: | This study investigated the ability of immobilized Rhizopus oryzae to grow and produce L-lactic acid in both batch and continuous operation in a static bed bioreactor. During batch fermentation of free cells, it was clear that fungal morphology had the profound effects on fermentation broth rheology and mixing in a conventional stirred tank bioreactor. This caused the difficulties in control and operating the bioreactor and eventually led to the low lactate yield and productivity. Comparing to free cells, immobilized cells in the static bed bioreactor proved that with a good morphological control, better mixing and oxygen transfer could be achieved. This resulted in a high cell density system and an improved lactate production rate by the immobilized cells in the static bed bioreactor. It was also found that the efficiency of the static bed bioreactor was significantly affected by agitation and aeration. A high lactate yield of 65.51% (w/w), productivity of 2.25 g/L·h and specific production rate of 0.14 h-1 were achieved from the fermentation with the initial glucose concentration of 70 g/L during the production phase when operating the static bed bioreactor at 30C, pH 6.0, 700 rpm, and 0.5 vvm air. Glucose tolerance was also observed in the immobilized cells in the static bed bioreactor. It was found that the immobilized cells could grow and produce lactic acid at the high initial glucose concentration up to 150 g/L. This led to the improved lactate production rate and final lactate liter. Later, immobilized cells in the static bed bioreactor were tested for the long term stability in producing lactic acid during continuous culture. It was found that by immobilization of R. oryzae on the cotton matrix provided in this bioreactor, the immobilized cells were actively kept in the prolonged exponential stage without any wash out phenomenon observed. In addition, the activity of the immobilized cells to produce lactic acid could also be maintained up to 449 h cultivation time when operating the bioreactor at the same conditions applied in the batch culture. This resulted in a high average lactate concentration up to 72.20 g/L with the lactate yield of 58.05% (w/w) and productivity of 0.72 g/Lh when feeding the glucose solution (150 g/L) continuously at the dilution rate of 0.01 h-1. In addition, urea at the different concentrations (0.15 and 0.30 g/L) was added during the continuous culture. It was evident that urea stimulated cell growth rather than promoted lactic acid production. This resulted in an average lactate concentration of 43.25 and 41.07 g/L with the lactate yield of 31.10 and 30.35% (w/w) and productivity of 0.43 and 0.41 g/Lh respectively when feeding the glucose solution (150 g/L) continuously at the dilution rate of 0.01 h-1 with 0.15 g/L and 0.30 g/L urea, respectively. |
| Description: | วิทยานิพนธ์ (วท.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2554 |
| Degree Name: | วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต |
| Degree Level: | ปริญญาโท |
| Degree Discipline: | เทคโนโลยีชีวภาพ |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/51687 |
| URI: | http://doi.org/10.14457/CU.the.2011.2104 |
| metadata.dc.identifier.DOI: | 10.14457/CU.the.2011.2104 |
| Type: | Thesis |
| Appears in Collections: | Sci - Theses |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| varunee_pi.pdf | 3.9 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.