แบบจำลองจลนพลศาสตร์ของการผลิตเอนไซม์ไซโคลเด็ซ์ทรินไกลโคซิลทรานสเฟอเรสจากแป้ง มันสำปะหลัง โดย Bacillus circulans ATCC 9995

Kinetic model of the cyclodextrin glycosyltransferase production from tapioca starch by Bacillus circulans ATCC 9995

Name: พิชญา ภู่พนิตพันธ์

ThaSH: ไซโคลเดกซตริน

ThaSH: เอนไซม์

Abstract: วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อใช้ในการอธิบายจลนพลศาสตร์ของการผลิตเอนไซม์ไซโคลเดกซ์ทรินไกลโคซิลทรานสเฟอเรสจากแป้งมันสำปะหลัง โดย Bacillus circulans ATCC 9995 ในถังหมักแบบไม่ต่อเนื่อง โดยงานวิจัยแบ่งออกเป็น 3 ส่วนคือ ศึกษาภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิต CGTase โดยพบว่าเชื้อมีการเจริญเติบโตและผลิตเอนไซม์ได้ดีเมื่อทำการเพาะเลี้ยงแบบไม่ควบคุม พีเอซ (พีเอซเริ่มต้น 8) และความเข้มข้นของแคลเซียมคาร์บอเนต 0.5%น้ำหนักโดยปริมาตร ความเร็วรอบในการกวน 400 รอบต่อนาที เป็นภาวะที่เหมาะสมให้ค่าอัตราเร็วการสร้างผลิตภัณฑ์สูงสุด ส่วนที่สอง เป็นการทดสอบแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมเพื่อใช้อธิบายจลนพลศาสตร์ของการผลิต CGTase โดยทำการเลี้ยงเชื้อในถังปฏิกรณ์แบบไม่ต่อเนื่องที่ความเข้มข้นของแป้งเริ่มต้นต่างกันตั่งแต่ 1.46 ถึง 8.2 กรัมต่อลิตร จากการทดสอบพบว่าแบบจำลองของ Moser µ = µ[subscript m] S[superscript n] / K[superscript n] [subscript h] + S[superscript n] ให้ความสอดคล้องในการอธิบายจลนพลศาสตร์ การเจริญเติบโตเซลล์ดีที่สุด โดยมีค่าพารามิเตอร์ของแบบจำลองได้แก่ µ[subscript max] = 0.32 ต่อซม. K[subscript h] = 1.98 กรัมต่อลิตร และ n = 2 ส่วนค่าผลได้ของเซลล์จากสารอาหารเพื่อการเจริญเติบโตเฉลี่ย (Y[subscript X/S,G,avg]) ค่าผลได้ของผลิตภัณฑ์จากเซลล์เฉลี่ย (Y[subscript P/X,avg]) ค่าอัตราการใช้สารอาหารเพื่อการดำรงชีวิตเฉลี่ย (m[subscript S,avg]) และค่าคงที่การสร้างผลิตภัณฑ์ในกรณีที่ไม่สัมพันธ์กับการเจริญเติบโตเฉลี่ย (b[subscript avg]) มีค่าเท่ากับ 0.67 กรัมเซลล์ต่อกรัมแป้ง 555.97 ยูนิตต่อกรัมเซลล์, 0.005 กรัมแป้งต่อกรัมเซลล์•ชม. และ 3.66 ยูนิตต่อกรัมเซลล์•ชม. ตามลำดับ ส่วนสุดท้าย เป็นการนำแบบจำลองของ Moser ไปทำนายการเปลี่ยนแปลงปริมาณเซลล์ ปริมาณแป้งและ กิจกรรมของ CGTase ตามเวลา เปรียบเทียบกับผลการทดลอง พบว่าแบบจำลองใช้ทำนายได้ดีที่ความเข้มข้นของแป้งเริ่มต้น 6.57 ถึง 11.33 กรัมต่อลิตร และแบบจำลองจะใช้ได้ดีขึ้นเมื่อใช้ผลได้ของแต่ละการทดลองมาใช้ร่วมกับแบบจำลอง และจากการนำแบบจำลองของ Moser ไปใช้ในการจำลองการผลิต CGTase ในถังปฏิกรณ์แบบต่อเนื่อง โดย B. circulans ATCC 9995 จากแป้งมันสำปะหลัง พบว่า ที่อัตราการเจือจาง 0.24 ต่อชม. ความเข้มข้นของแป้งในกระแสป้อน 8.2 กรัมต่อลิตร จะให้อัตราเร็วผลิตชีวมวล และ CGTase สูงสุด เท่ากับ 0.71 กรัมต่อลิตร•ชม. และ 327.17 ยูนิตต่อลิตร•ชม. ตามลำดับ ซึ่งมีค่ามากกว่าอัตราการผลิตแบบไม่ต่อเนื่องถึง 3 เท่า

Abstract: The overall aim of this research project was to study kinetic model of cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) production from tapioca starch by Bacillus circulans ATCC 9995. The study consists of three main parts. The first part was to investigate suitable cultivating conditions for the production of CGTase. High cell growth and CGTase production were observed under uncontrolled pH conditions (initial pH of 8), 0.5%w/v CaCO₃, and agitation speed of 400 rpm. The second part was to determine mathematical model that is most suitable in explaining kinetics of CGTase production based ob batch cultivation data from experiments with varied initial starch concentrations from 1.46 to 8.2 g/l. Moser’s model µ[subscript m] S[superscript n] / K[superscript n] [subscript h] + S[superscript n] was found to give the best goodness of fit with parameters µ[subscript max], K[subscript h], and n of 0.32 hr⁻₁, 1.98 g/l, and 2, respectively. Average kinetics parameters, Y[subscript X/S,G,avg], Y[subscript P/X,avg], m[subscript S,avg] (maintenance energy requirement) and b[subscript avg] (nongrowth-associated product constant), were also experimentally determined at .067 g-cell/g-starch, 555.97 unit/g-cell, 0.005 g-starch/g-cell•hr, and 3.66 unit/g-cell•hr respectively. The final part of the project dealt with comparison of simulation result from Moser’s model and data obtained from batch experiments. It was found that Moser’s model calculated using average kinetic parameter gave good prediction with initial starch concentrations from 6.57 to 11.33 g/l. However, better prediction could be obtained using kinetic parameter obtained directly from each batch data. Simulation of Moser’s model in continuous operation for CGTase production by B circulans ATCC 9995 from tapioca starch at dilution rate of 0.24 hr⁻₁ and feed starch concentration of 8.2 g/l showed the maximum cell and CGTase productivity of 0.71 g/l•hr and 327.17 unit/l•hr, respectively. It was, moreover, found that continuous operation gave threefold higher productivity that batch operation.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: สีรุ้ง ปรีชานนท์

Role: ที่ปรึกษา

Name: เปี่ยมสุข พงษ์สวัสดิ์

Role: ที่ปรึกษา

Modified: 2560-07-04

Created: 2544

Issued: 2560-07-04

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/23620

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเคมี

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Pichaya_po_front.pdf	4.14 MB	1	2018-06-08 22:16:41
2	Pichaya_po_ch1.pdf	892.14 KB	1	2018-06-08 22:16:42
3	Pichaya_po_ch2.pdf	8.72 MB	1	2018-06-08 22:16:43
4	Pichaya_po_ch3.pdf	6.87 MB	1	2018-06-08 22:16:46
5	Pichaya_po_ch4.pdf	2.47 MB	1	2018-06-08 22:16:49
6	Pichaya_po_ch5.pdf	13.05 MB	1	2018-06-08 22:16:50
7	Pichaya_po_ch6.pdf	960.58 KB	1	2018-06-08 22:16:53
8	Pichaya_po_back.pdf	6.55 MB	1	2018-06-08 22:16:54

ใช้เวลา

0.027784 วินาที