โครงการการใช้เอนไซม์ในกระบวนการเตรียมผ้าฝ้าย : รายงานวิจัยฉบับสมบูรณ์

Abstract

การผลิตแอลฟา-อะไมเลสโดย Bacillus subtilis TISTR 25 ในระดับขวดเขย่าและถังหมักแบบไม่ต่อเนื่อง ขนาด 5 ลิตร สูตรอาหารที่เหมาะสมในการผลิตเอนไซม์ระดับขวดเขย่าประกอบด้วยแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนที่เหมาะสมคือ แป้งมันสำปะหลัง 0.5% และกากถั่วเหลืองที่ย่อยด้วยกรดซัลฟุริกที่มีปริมาณไนโตรเจน 0.05% KH[subscript2]PO[subscript4] 0.3% (w/v), MgSO[subscript4]7H[subscript2]O 0.02%(w/v) และ CaC1[subscript2]2H[subscript2]O 0.017% (w/v) ภาวะที่เหมาะสมของการเลี้ยงเชื้อคือ ค่าความเป็นกรด-ด่างเท่ากับ 7.0 อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส อัตราการเขย่า 250 rpm การผลิตเอนไซม์ในถังหมักแบบไม่ต่อเนื่อง 5 ลิตร มีสูตรอาหารเหมือนกับการเลี้ยงในระดับขวดเขย่า โดยมีภาวะควบคุมเพิ่มเติมคือปริมาณเชื้อเริ่มต้นเท่ากับ 1.0 (v/v) และอัตราการให้อากาศ 1.0 vvm การกรองดวยวิธีอัลตราฟิวเตรชั่นและตกตะกอนด้วนแอมโมเนียซัลเฟตทำให้เอนไซม์บริสุทธิ์เพิ่มขึ้น 3.5 เท่า เอนไซม์ที่ได้มีค่าความเป็นกรด-ด่างและอุณหภูมิที่เหมาะสมเท่ากับ 7.0 และ 60 องศาเซลเศียว เมื่อบ่มเอนไซม์ที่อุณหภูมิ 6. องศาเซลเซียสใน 0.2 M ฟอสเฟตบัฟเฟอร์ pH 7.0 แอคติวิตีของเอนไซม์จะลดลงครึ่งหนึ่งที่เวลา 35 นาที และ 60 นาที เมื่อไม่มีการเติม และเติมแคลเซียมคลอไรด์ 5 mM ตามลำดับ ค่า Km และ Vmax ของการย่อยแปังมันฝรั่งที่ละลายน้ำได้เท่ากับ 0.64 mg/ml และ 2.78 x 10[superscript -2] nmol/min เอนไซม์ผงและเอนไซม์เหลวสามารถเก็บรักษาที่อุณหภูมิ -20 และ 4 องศาเซลเซียส โดยสูญเสียแอคติวิตีเพียงเล็กน้อยเมื่อเก็บเป็นระยะเวลา 8 เดือน Bacillus subtilis TISTR 25 สามารถผลิตแอลคาไลน์โปรตีเอสได้ในปริมาณสูงเมื่อเลี้ยงในถังหมักขนาด 5 ลิตร โดยใช้สูตรเอาหารที่ประกอบด้วย Kh[subscript2]PO[subscript4]0.1%(w/v), MgSO[subscript4].7H[subscript2]O 0.05% (w/v), CaCl[subscript2].2H[subscript2]O 0.001% (w/v) แป้งมันสำปะหลัง 0.1%(w/v) และกากถั่วเหลืองผสมกากเมล็ดทานตะวันในสัดส่วน 1:1 ที่มีปริมาณไนโตรเจนเท่ากับ 0.3% (v/v) ในปริมาตรทั้งสิ้น 3.5 ลิตร ภาวะที่เหมาะสมสำหรับการหมักในการผลิตแอลคาไลน์โปรตีเอสคือ ใช้ปริมาณเชื้อเริ่มต้นเท่ากับ 0.5% (v/v) อัตราการให้อากาศเท่ากับ 1vvm อัตราเร็วในการกวนเท่ากับ 250 rpm อุณหภูมิในการเลี้ยงเท่ากับ 37 องศาเซลเซียส pH เริ่มต้นของการเลี้ยงเชื้อเท่ากับ 7.0 เชื้อสามารถผลิตเอนไซม์ได้สูงสุด 174.82 ยูนิต/กรัมน้ำหนักเซลล์แห้ง ในชั่วโมงที่ 84 Pseudomonas aeruginosa สามารถผลิตไลเปสได้เมื่อเลี้ยงในถังหมักขนาด 5 ลิตรโดยใช้สูตรเอาหารที่ประกอบด้วย (NH[subscript4])[subscript2]SO[subscript4] 0.13% (w/v), Fructose 2% (w/v), K[subscript2]HPO[subscript4] 0.09% (w/v) KH[subscript2]PO[subscript4] 0.06% (w/v), MgSO[subscript4].7H[subscript2]O 0.02% (w/v) และ Yeast extract 0.01% (w/v) ในปริมาตรทั้งสิ้น 4 ลิตร ภาวะที่เหมาะสมสำหรับการหมักในการผลิตไลเปสคือ ใช้ปริมาณเชื้อเริ่มต้นเท่ากับ 0.5% (v/v) อัตราการให้อากาศเท่ากับ 1.0 vvm, อัตราเร็วในการกวนเท่ากับ 250 รอบต่อนาที อุณหภูมิในการเลี้ยงเท่ากับ 37 องศาเซลเซียส และควบคุมค่าความเป็นกรด-ด่างที่ 7.0 เชื้อสามารถผลิตไลเปสได้สูงสุด 1,476.50 ยูนิตต่อมิลลิลิตร ในชั่วโมงที่ 48 นำเอนไซม์มากรองด้วยวิธีอัลตราฟิลเตรชั่น และทำให้เป็นงด้วยวิธีไลโอฟิไลเซชั่น ได้แอคติวิตีของเอนไซม์ผงเท่ากับ 98.04 ยูนิตต่อมิลลิกรัมเอนไซม์ การคัดเลือกเชื้อจุลินทรีย์เพื่อใช้ในการผลิตเอนไซม์เซลลูเลสและไซแลนเนสของเชื้อจุลินทรีย์ 3 ชนิด คือ T.reesei สายพันธุ์ QM สายพันธุ์ C และเชื้อ A. pullulans พบว่า T.reesei สายพันธุ์ QM ผลิตเอนไซม์หลักคือเซลลูเลสได้แอคติวิตีสูงสุด 0.296 U/ml ขณะที่มีไซแลนเนสเพียงเล็กน้อย (0.089 U/ml) T.reesei สายพันธุ์ C ผลิตเอนไซม์ผสมทั้ง 2 ได้ดีมากคือเซลลูเลสสูงที่สุด 5.365 U/ml ขณะที่ A. pullulans ผลิตไซแลนเนสเป็นหลักได้ถึง 7.344 (U/ml) แต่ผลิตเซลลูเลสได้ได้น้อยมากในระดับ 0.091 U/ml ดังนั้นจะเห็นได้ว่า T.reesei สายพันธุ์ C เหมาะสำหรับการผลิตเอนไซม์ผสมที่มีแอคติวิตีของทั้ง 2 เอนไซม์ได้ดีที่สุด เมื่อนำ crude enzyme มาตกตะกอนด้วย (NH[subscript4])[subscript2]SO[subscript4]80% ได้เอนไซม์เซลลูเลสที่มีendoglucanase สูงกว่า exoglucanase และ beta-glucosidase อยู่มาก เนื่องจากเชื้อ T.reesei สายพันธุ์ C เป็นเชื้อที่เหมาะสมในการผลิตเอนไซม์ทั้งสองจึงได้มีการเพิ่มกำลังการผลิตเป็นขนาด 1 ลิตร และในระดับถังหมักขนาด 5 ลิตร พบว่าภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอนไซม์จาก T.reesei สายพันธุ์ C คือที่ pH 5.0 และอุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสเหมาะต่อการทำงานของเอนไซม์เซลลูเลสและไซแลนเนสดีที่สุด โดยเฉพาะ endoglucanase มีแอคติวิตีสูงที่สุด การนำเอนไซม์ที่ผลิตได้ทั้งห้าชนิดมาใช้ในขั้นตอนต่าง ๆ ในการเตรียมผ้า สำหรับการลอกแป้ง เอนไซม์อะไมเลสที่ผลิตขึ้นไม่เหมาะสมที่จะใช้สำหรับการลอกแป้งบนผ้าทอ จำเป็นต้องใช้เอนไซม์อะไมเลสที่สามารถลอกแป้งที่อุณหภูมิสูงได้ ในส่วนขั้นตอนการกำจัดสิ่งสกปรกสามารถใช้เอนไซม์กำจัดสิ่งสกปรกได้ผลดีเทียบเท่าการใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ และสามารถใช้เอนไซม์ที่ผลิตขึ้นกำจัดสิ่งสกปรกได้ผลดีในแง่การดูดซึมน้ำเทียบเท่าการใช้เอนไซม์ที่จัดหามาสำหรับการฟอก เอนไซม์ที่ใช้ฟอกผ้ายังมีประสิทธิภาพการฟอกให้ผ้าขาวไม่เท่ากับการฟอกด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสเป็นเอนไซม์ชนิดเดียวที่สามารถฟอกผ้าให้ขาวได้มากที่สุดเมื่อเทียบกับเอนไซม์ชนิดอื่น ๆ