การคัดแยกสายพันธุ์จุลินทรีย์และกระบวนการผลิตเซลลูโลสจากแบคทีเรียที่อุดมด้วยจุลินทรีย์ โพรไบโอติกโดยใช้น้ำสับปะรด

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Strains isolation and production of bacterial cellulose enriched with probiotic by using pineapple juice

Author

ชญาภรณ์ ตันติธรรม, คณะวิทยาศาสตร์

Year (A.D.)

2021

Document Type

Thesis

First Advisor

ชื่นจิต ประกิตชัยวัฒนา

Second Advisor

ชาลีดา บรมพิชัยชาติกุล

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Department (if any)

Department of Food Technology (ภาควิชาเทคโนโลยีทางอาหาร)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เทคโนโลยีทางอาหาร

DOI

10.58837/CHULA.THE.2021.457

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อพัฒนาแนวทางการใช้สับปะรดตกเกรดผลิตเซลลูโลสจากแบคทีเรียที่อุดมด้วยจุลินทรีย์โพรไบโอติก เพื่อเป็นเครื่องดื่มฟังก์ชั่น งานวิจัยประกอบด้วย (i) ประเมินความเป็นไปได้ในการใช้น้ำสับปะรดเต็มส่วน (pH 4.0) เพื่อผลิต Bacterial cellulose (BC) โดยเติมเพียงแอมโมเนียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (0.6 % (w/v)) สำหรับชักนำการทำงานของเอนไซม์ cellulose synthase โดยทดลองหมักด้วยแบคทีเรียมาตรฐาน 4 สายพันธุ์ ได้แก่ Gluconacetobacter xylinus TISTR 1064 (ATCC 23767), Komagataeibacter xylinus TISTR 086, K. xylinus TISTR 428 และ K. xylinus TISTR 1061 พบว่า แต่ละสายพันธุ์ผลิต BC ในน้ำสับปะรดได้แตกต่างกัน โดย TISTR 428 ผลิต BC ได้มากที่สุด (105.10±0.08 g/L) (p<0.05) จึงเลือกมาประเมินสภาวะการหมัก โดยแปรพื้นที่ผิวสัมผัสอากาศ และปริมาตรของน้ำสับปะรด พบว่า ค่า BC yield (y) มีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงกับอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวสัมผัสอากาศต่อปริมาตรน้ำหมัก (x) ดังสมการ y =19.422x + 25.936 (R2 = 0.9346) และพบว่า เมื่ออัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวสัมผัสอากาศต่อปริมาตรของน้ำหมักเพิ่มขึ้น Hardness และ Cohesiveness มีค่าลดลง (p<0.05) ในขณะที่ Springiness, Gumminess และ Chewiness มีค่าเพิ่มขึ้น (p<0.05) (ii) คัดแยกแบคทีเรียผลิต BC เพื่อพัฒนาเป็นสายพันธุ์จำเพาะในการหมักน้ำสับปะรด โดยคัดแยกจากน้ำหมักสมุนไพรที่มีส่วนผสมของน้ำและ/หรือเนื้อสับปะรดที่มีอายุการหมัก 8 ปี 5 ปี และ 10 เดือน พบว่า สามารถคัดแยกแบคทีเรียที่มีสมบัติสร้างสารคล้าย BC ในน้ำสับปะรดทั้งหมด 4 ไอโซเลท จากน้ำหมักอายุ 10 เดือน เมื่อระบุชนิดด้วยการวิเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ตำแหน่ง 16s rDNA/RNA พบว่า ไอโซเลท K1, K4, K8 และ K3 ที่สร้างสารคล้าย BC คือ Kodamaea ohmeri (98.33%) Acinetobacter sp. (73.97%) Enterobacter cloacae (82.31%) และ G. xylinus (80.16%) ตามลำดับ เลือก K3 ที่มีสมบัติทางจีโนไทป์ที่ตรงกับสายพันธุ์ทางการค้า และเมื่อนำมาศึกษาสมบัติการสร้าง BC ในน้ำสับปะรด พบว่า สามารถสร้าง BC ได้มากกว่าและเร็วกว่าสายพันธุ์ TISTR ถึง 2 เท่า จึงนำไอโซเลท K3 มาพัฒนาเป็นสายพันธุ์จำเพาะในการผลิต BC ในน้ำสับปะรด โดยเพาะเลี้ยงภายใต้สภาวะที่ประเมินได้จาก (i) และแปรปริมาณแหล่งคาร์บอน (ซูโครส) ปริมาณแหล่งไนโตรเจน (เพพโทน) และปริมาณสารชักนำ (โซเดียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต) โดยใช้แผนการทดลองแบบ 3x2x2 แฟคทอเรียล พบว่า สภาวะที่มีปริมาณซูโครส เพพโทน และโซเดียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตที่ความเข้มข้น 5, 0.5 และ 0 % (w/v) ตามลำดับ มีปริมาณ BC ภายหลังการหมักสูงที่สุด (188.27±0.50 g/L) BC ที่ได้มีปริมาณความชื้นและค่า Aw สูงกว่าสภาวะอื่น (p<0.05) และเมื่อวิเคราะห์เนื้อสัมผัส (Texture profile analysis) พบว่า มีค่า Hardness ต่ำที่สุด และค่า Springiness สูงที่สุด น้ำสับปะรดหลังหมักประกอบด้วย กรดอินทรีย์หลักมากที่สุด คือ กรดซิตริก กรดมาลิก และกรดแอซิติก ตามลำดับ น้ำตาลประกอบด้วยฟรักโทสมากที่สุด รองลงมา คือ กลูโคส และซูโครส ตามลำดับ อีกทั้งมีปริมาณสารประกอบฟีนอลิกสูงที่สุด (p<0.05) และมีฤทธิ์ต้านออกซิเดชั่นสูงที่สุด (p<0.05) (iii) นำสภาวะที่ประเมินได้จาก (ii) มาใช้ในการผลิต BC ที่อุดมด้วยโพรไบโอติก โดยการเพาะเลี้ยง K3 ร่วมกับจุลินทรีย์ Lactobacillus plantarum FTCU10621 พบว่า BC ที่ได้มีปริมาณน้อยลง (26.40±0.80 g/L) และเป็น young BC และตรวจวัด L. plantarum FTCU10621 ในส่วน BC พบจำนวน 8.42±0.52 log CFU/g BC และในน้ำสับปะรดจำนวน 8.33±0.03 log CFU/ml ภาพถ่ายทางสัณฐานวิทยาของผิวหน้า BC พบเซลล์โพรไบโอติกถูกตรึงอยู่ใน BC คิดเป็น 7.08 log cell/g BC เมื่อวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีของ BC ด้วยเทคนิค FTIR พบว่า สเปกตรัม IR ของหมู่ไฮดรอกซิลมี % transmittance ต่ำ ส่งผลให้ BC มีลักษณะอ่อนนุ่ม และน้ำสับปะรดหลังหมักประกอบด้วยกรดอินทรีย์หลักมากที่สุด คือ กรดแลคติก กรดซิตริก กรดซัคซินิค และกรดมาลิก ตามลำดับ น้ำตาลประกอบด้วยฟรักโทสมากที่สุด รองลงมา คือ กลูโคส และซูโครส ตามลำดับ

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This study aimed to develop functional drinks from unqualified pineapple juice containing BC enriched with probiotic. The study was divided into 3 parts. (i) Evaluation of BC production from 100% pineapple juice (pH 4.0) by adding only ammonium dihydrogen phosphate (0.6% (w/v)) for inducing cellulose synthase activity. The medium was fermented with 4 standard strains including Gluconacetobacter xylinus TISTR 1064 (ATCC 23767), Komagataeibacter xylinus TISTR 086, K. xylinus TISTR 428, and K. xylinus TISTR 1061. Each strain displayed different properties in BC production under pineapple condition. Results demonstrated that TISTR 428 yielded the highest BC production (105.10±0.08 g/L) (p<0.05) and therefore was selected to assess the fermentation conditions by varying the surface areas. The results indicated that BC yield (y) was linearly related to the surface area to volume ratio (x); y = 19.422x + 25.936 (R2 = 0.9346). With the increase in surface area to volume ratio, hardness and cohesiveness were decreased while springiness, gumminess, and chewiness were increased (p<0.05). (ii) BC-producing strains from fermented herbal juice containing pineapple which aged 8 years, 5 years, and 10 months were isolated. Four isolates producing BC-like substance in pineapple juice were obtained from 10th months fermented herbal juice. Through 16s rDNA/RNA gene sequence analysis, K1, K4, K8, and K3 were Kodamaea ohmeri (98.33%), Acinetobacter sp. (73.97%), Enterobacter cloacae (82.31%), and G. xylinus (80.16%), respectively. K3 that genotypic properties matched commercial strain and generated BC twice time faster than TISTR strain was selected and developed as a BC-producing specific strain for pineapple juice fermentation. Culture conditions were assessed under various carbon sources (sucrose), nitrogen source (peptone) and inducer (sodium dihydrogen phosphate) using 3x2x2 factorial experimental design. It was found that condition with sucrose, peptone, and sodium dihydrogen phosphate at concentrations of 5, 0.5 and 0 % (w/v), respectively, yielded the highest BC production (188.27±0.50 g/L). Moisture content and Aw of this BC were higher than in other conditions (p<0.05). BC also had the lowest hardness and highest springiness. After fermentation, pineapple juice contained main organic acids including citric, malic, and acetic acids, respectively. Main sugars included fructose, glucose, and sucrose, respectively. The fermented juice had the highest phenolic compound and the highest antioxidant activity (p<0.05). (iii) Co-culture fermentation of K3 and Lactobacillus plantarum FTCU10621 with condition from ii were investigated. It was found that BC yield was lower (26.40±0.80 g/L) with young texture. BC contained L. plantarum FTCU10621 with 8.42±0.52 log CFU/g BC. L. plantarum FTCU10621 was observed in pineapple juice at 8.33±0.03 log CFU/ml. SEM showed probiotic cells embedded in the BC counted as 7.08 log cell/g BC. The chemical structure of the BC by FTIR provided that IR spectra of the hydroxyl groups had low % transmittance, hence BC allowing to be soft. After fermentation, pineapple juice contained main organic acids including lactic, citric, succinic, and malic acids, respectively. Also contained sugars including fructose, glucose, and sucrose, respectively.

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.

Recommended Citation

ตันติธรรม, ชญาภรณ์, "การคัดแยกสายพันธุ์จุลินทรีย์และกระบวนการผลิตเซลลูโลสจากแบคทีเรียที่อุดมด้วยจุลินทรีย์ โพรไบโอติกโดยใช้น้ำสับปะรด" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 4999.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/4999