การสกัดแอลคาไลน์โพรทีเอสจากน้ำหมัก โดยใช้ระบบสารละลายน้ำสองวัฏภาคในหอสกัด

Extraction of alkaline protease from fermentation broth using aqueous two-phase systems in extracting column

Name: วิไลวรรณ ช่วยยก

ThaSH: การสกัด (เคมี)

ThaSH: อัลคาไลน์โปรติเอส

ThaSH: การแยก (เทคโนโลยี)

Abstract: ศึกษาการแยกแอลคาไลน์โพรทีเอสโดยตรงจากน้ำหมัก จากเชื้อ Bacillus Subtilis TISTR 25 โดยใช้ระบบสารละลายน้ำสองวัฏภาคของ PEG 1000 และโพแทสเซียมฟอสเฟต โดยแบ่งงานวิจัยนี้ออกเป็นสามส่วนใหญ่ๆ คือ ส่วนที่หนึ่งศึกษาอิทธิพลของค่าความเป็นกรด-ด่างของระบบ (7.5 8.5 9.5 และ 10.5) สัดส่วนเชิงปริมาตรของวัฏภาคบนต่อวัฏภาคล่าง (22:1 3:1 1:1 1:3 1:25) และความเข้มข้นของปริมาณน้ำหมัก (10 20 30 40 และ 50% โดยน้ำหนักของระบบ) ที่มีผลต่อค่าสัมประสิทธิ์การแยก ค่ากิจกรรมจำเพาะของแอลคาไลน์โพรทีเอส และเปอร์เซนต์ผลได้ พบว่าภาวะที่เหมาะสมต่อการสกัดแอลคาไลน์โพรทีเอส คือ ที่ค่าความเป็นกรด-ด่างเท่ากับ 7.5 สัดส่วนเชิงปริมาตรของวัฏภาคบนต่อวัฏภาคล่างเท่ากับ 1:25 และความเข้มข้นของน้ำหมักเท่ากับ 50% โดยน้ำหนักของระบบ ให้ประสิทธิภาพการสกัด ค่ากิจกรรมจำเพาะ และเปอร์เซนต์ผลได้ ซึ่งมีค่าเท่ากับ 48.3 และ 17.7 หน่วยต่อ มก. โปรตีนและ 62.2% ตามลำดับ ส่วนที่สองคือการเลือกชนิดและออกแบบหอสกัด โดยใช้ปริมาตรไหลผ่าน จำนวนขั้นตอนสมดุล คุณสมบัติทางกายภาพ สัดส่วนของอัตราไหลเชิงปริมาตรของวัฏภาค ปริมาณของแข็งในระบบ ความง่ายในการทำความสะอาด และสามารถดูแลรักษาและซ่อมบำรุงได้ง่าย พบว่าหอสกัดแบบ Oldshue Rushton เป็นหอสกัดที่เหมาะสมที่สุด โดยออกแบบให้มีความสูง 500 มม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 46 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด 18 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของวงแหวน 23 มม. และระยะห่างระหว่างวงแหวน 23 มม. ส่วนที่สามซึ่งเป็นส่วนสุดท้ายของงานวิจัยนี้คือ ศึกษาอิทธิพลของความเร็วรอบในการปั่นกวนของใบพัด (0 50 100 150 และ 200 รอบต่อนาที) อัตราไหลเชิงปริมาตรของวัฏภาคกระจายตัว (1.0 2.1 3.4 และ 5.3 มล. ต่อนาที) และอัตราไหลเชิงปริมาตรของวัฏภาคต่อเนื่อง (17.9 และ 11.8 มล. ต่อนาที) และความเข้มข้นของน้ำหมักเริ่มต้นที่เติมในวัฏภาคต่อเนื่อง (20 40 60 และ 72%โดยน้ำหนัก) ที่มีผลต่อจำนวนเท่าความบริสุทธิ์ เปอร์เซนต์ผลได้และประสิทธิภาพการสกัด โดยสกัดแบบต่อเนื่องในหอสกัด โดยให้วัฏภาคกระจายตัวซึ่งมีองค์ประกอบของ PEG 1000 เท่ากับ 42.5% (w/w) และโพแทสเซียมฟอสฟอต เท่ากับ 2.5% (w/w) น้ำ 55.0%(w/w) ไหลขึ้นสวนทางกับวัฏภาคต่อเนื่องที่ไหลลง ซึ่งมีองค์ประกอบของโพแทสเซียมฟอสเฟต เท่ากับ 28.0% (w/w) และน้ำ (หรือน้ำหมัก) 72.0% (w/w)ซึ่งพบว่าที่ภาวะที่เหมาะสมต่อการสกัดแอลคาไลน์โพรทีเอสในหอสกัดแบบ OldshueRushton คือ ที่ความเร็วรอบในการปั่นกวนเท่ากับ 100 รอบต่อนาที อัตราไหลเชิงปริมาตรของวัฏภาคกระจายตัวและวัฏภาคต่อเนื่อง เท่ากับ 3.4 และ 11.8 มิลลิลิตรต่อนาที ตามลําดับ และมีความเขมขนของน้ำหมักเริ่มต้นเท่ากับ 20เปอร์เซนต์โดยน้ำหนักของวัฏภาคต่อเนื่อง ซึ่งให้จํานวนเท่าความบริสุทธิ์ เปอร์เซนต์ผลได้ และประสิทธิภาพการสกัดเท่ากับ 6.0 73.7 เปอร์เซนต์ และ 0.79 ตามลําดับ และพบว่าแอลคาไลน์โพรทีเอสที่ผ่านการสกัดแล้วซึ่งอยู่ในวัฏภาคกระจายตัว มีกิจกรรมลดลง 12.9 9.2 6.2 เปอร์เซนต์ เมื่อเก็บไว้เป็นเวลา 1 เดือน ที่ 32 ? 2 4 -20 องศาเซลเซียสตามลําดับ และภาวะที่เหมาะสมจากการสกัดแอลคาไลน์โพรทีเอสในหอสกัดแบบ Oldshue Rushton ในงานวิจัยนี้สามารถนําไปคํานวณหาค่าอุทกพลศาสตร์ของของเหลวและข้อมูลการถ่ายเทมวล เพื่อใช้ในการออกแบบและขยายขนาดหอสกัดต่อไป

Abstract: To determine proper conditions for extraction of alkaline protease from fermentation broth of Bacillus Subtilis TISTR25 using aqueous two phase systems of PEG 1000 and potassium phosphate. The research was divided into three sections. The first section was to study effects of system pH (7.5, 8.5, 9.5, and 10.5), volume ratio of upper and lower phases (22:1, 3:1, 1:1 ,1:3 and 1:25), and fermentation broth concentrations (10, 20, 30, 40, 50% w/w) on partition coefficients and specific activity of alkaline protease. The optimal conditions for alkaline protease extraction were pH value of 7.5, volume ratio of 1:25, 50% w/w fermentation broth which gave the partition coefficient, specific activity, and yield percent of 48.3 , 17.7 U/mg protein, and 62.2, respectively. The second section was to select type and design suitable extraction column. The criteria used were: total throughput, numbers of equilibrium stages, physical properties of the aqueous two phase system, volumetric flow rate ratio, ability to handle solid, ease of cleaning, and low maintenance characteristic. Judging from all these criteria, Oldshue Rushton column was selected and designed for further study. The column was 500 mm. high with the column diameter of 45 mm., impeller diameter of 18 mm., ring internal diameter of 23 mm., and compartment height of 23 mm. The third and final section of this research was the study of impeller revolution speed (0, 50, 100, 150, and 200 rpm), dispersed (1.0, 2.1, 3.4, and 5.3 ml/min) and continuous phase flow rates (17.9 and 11.8 ml/min), and fermentation broth concentration (20, 40, 60, 72% w/w in continuous phase) effects on purity factor, yield percent, and column extraction efficiency. Extraction was done in continuous mode with dispersed phase composed of 42.5% w/w PEG1000, 2.5% w/w potassium phosphate, and 55.0% w/w water flowing upwards, and continuous phase of 28.0% potassium phosphate, and 72.0% w/w water flowing downwards. It was found that the optimal conditions for alkaline protease extraction in the Oldshue Rushton column were impeller speed of 100 rpm, dispersed and continuous phase flow rates of 3.4, and 11.8 ml/min, and 20% w/w of fermentation broth which gave purity factor, yield percent, and extraction efficiency of 6.0, 73.7, and 0.79, respectively. It was also found the activity of the extracted alkaline protease dissolve in PEG1000 rich phase system reduced from its initial activity 12.9, 9.2, and 6.2 percent when left at 32+-, 4 and -20ํC respectively, for one month. The proper conditions found for alkaline protease extraction in Oldshue Rushton column in this work can be used for further investigation to determine characteristic velocity, and mass transfer coefficient for the design of larger extractor

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

Address: กรุงเทพมหานคร (Bangkok)

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: สีรุ้ง ปรีชานนท์

Role: ที่ปรึกษา

Name: นภา ศิวรังสรรค์

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2544

Issued: 2547-12-13

Modified: 2006-05-15

วิทยานิพนธ์/Thesis

URL: http://thailis-db.car.chula.ac.th/CU_DC/June2004/Thesis/Wilaiwan.pdf

ISBN: 9740311156

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเคมี

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Wilaiwan.pdf	1.88 MB	90	2024-07-26 13:40:51

ใช้เวลา

0.022551 วินาที