Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การหาจุดที่เหมาะสมของการผลิตกรดดี-แลคติกโดย Terrilactibacillus laevilacticus SK5-6 และการขยายส่วนกระบวนการหมักในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 30 ลิตร

Year (A.D.)

2017

Document Type

Thesis

First Advisor

Nuttha Thongchul

Second Advisor

Sitanan Thitiprasert

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Biotechnology

DOI

10.58837/CHULA.THE.2017.55

Abstract

PLA, which is one of biodegradable plastic stereocomplex is made by block polymerization of optically pure L- and D-lactic acid. With stereoblock structure, heat and mechanical properties of PLA products can be improved. Thus, the demand of D-lactic acid has been increased. However, the market supply is still limited. In-house work reported that Terrilactibacillus laevilacticus SK5-6, the novel bacterium has been isolated from soil and later identified as the potent D-lactic acid producer. Moreover, it could produce high D-lactic acid from glucose with high optical purity in flask scale. To improve the fermentation performance, further process optimization was conducted in a 5 L stirred fermentor. The effects of inoculum size, seed age and volume of seed on D-lactic acid production were determined for establishing the platform. This work shows that the novel strain could produce high concentration of D-lactic acid with high yield and optical purity as well as the flask scale production. It was observed that 88.0 g/L of D-lactic acid with yield of 0.87 g/g glucose and productivity of 1.83 g/L/h were obtained with the mid log phase of 1% inoculum size and 10% seed transfer. Furthermore, the high optical purity of 99.3% could also be obtained from this isolate in the 5 L fermentor operation with above conditions. To develop the fermentative process scale up platform for D-lactic acid in the 30 L stirred fermentor. The seed train was developed for fermentation by used the conditions that had optimized in 5 L fermentor. In addition, the engineering parameters were tested as scale up factors by assuming constant mass transfer pattern in both scales. The results of testing scale up in 30 L fermentor show that T. laevilacticus SK5-6 could produce 81.5 g/L of D-lactic acid and productivity of 2.09 g/L/h, which was higher than 5 L scale slightly. They were obtained with 10% preculture seed transfer (seed in 250 mL flask) and using power input per volume (P/V) for agitation criteria. In addition, the high optical purity of 99.3% could also be obtained in the 30 L fermentor as well as production in 5 L scale. Therefore, the novel D-lactic acid producer, T. laevilacticus SK5-6 should be suggested as the potential strain for D-lactic acid production in the industrial scale.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ในการผลิตพอลิแลคติกแอซิดซึ่งเป็นพลาสติกชีวภาพชนิดหนึ่งจะใช้กรดแอล-แลคติกและกรดดี-แลคติกที่มีความบริสุทธิ์สูงผ่านกระบวนการพอลิเมอไรเซชันเกิดเป็นโครงสร้างสเตอริโอบล็อก ซึ่งมีความสามารถในการทนความร้อนที่สูงขึ้น ดังนั้นกรดดี-แลคติกจึงมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมการผลิตพลาสติกชีวภาพ อย่างไรก็ตามงานวิจัยที่เกี่ยวกับกรดดี-แลคติกยังมีจำกัดเพราะโดยทั่วไปกรดแลคติกมักเป็นแอล-แลคติก ในงานก่อนหน้านี้ของกลุ่มวิจัยเองได้มีการคัดแยกเชื้อสายพันธุ์ใหม่ Terrilactibacillus laevilacticus SK5-6 โดยคัดแยกได้จากดินในประเทศไทยและสามารถผลิตกรดดี-แลคติกได้สูงจากกลูโคสและให้ค่าความบริสุทธิ์สูงด้วยในระดับขวดเขย่า ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงศึกษาการผลิตกรดดี-แลคติกจากการหมักด้วยเชื้อ T. laevilacticus SK5-6 ซึ่งจะหาภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร โดยทำการทดลองหาภาวะที่เหมาะสมต่อการหมักโดยทำการทดสอบตัวแปรที่ส่งผล คือ ขนาดของหัวเชื้อเริ่มต้น, อายุของกล้าเชื้อ, และขนาดของกล้าเชื้อ ผลที่ได้คือ ที่ภาวะเหมาะสมนั่นคือใช้ ขนาดหัวเชื้อ 1% และขนาดกล้าเชื้อ 10% เมื่อกล้าเชื้อเข้าสู่ช่วงกลางของระยะแบ่งตัวแบบทวีคูณ สภาวะดังกล่าวสามารถผลิตกรดดี-แลคติกได้ความเข้มข้น 88.0 กรัมต่อลิตร ด้วยอัตราผลผลิตต่อกลูโคส 0.87 กรัมต่อกรัม ให้อัตราการผลิต 1.83 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง รวมไปถึงค่าความบริสุทธิ์ที่ 99.3% เมื่อได้ภาวะที่เหมาะสมแล้ว จึงทดสอบการขยายส่วนกระบวนการหมักต่อในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 30 ลิตร ในขั้นนี้ได้ทดลองการพัฒนาการสร้างกล้าเชื้อโดยใช้ภาวะที่ได้ในก่อนหน้านี้ รวมไปถึงทดสอบการกำหนดค่าการปั่นกวนด้วยการยึดตัวแปรทางวิศวกรรมเมื่อขยายระดับเพื่อให้การถ่ายโอนมวลสารคงสภาวะเดิมจากระดับ 5 ลิตร จากการทดลองพบว่า ขนาดของกล้าเชื้อที่เลี้ยงในขวดเขย่า 250 มิลลิลิตร ที่เหมาะสม คือ 10% เพื่อใช้ถ่ายเชื้อไปยังขวดเขย่าขนาด 2 ลิตร และตัวแปรที่เหมาะสมต่อการกำหนดการปั่นกวนเพื่อทำการขยายส่วนกระบวนการหมัก คือ ค่ากำลังที่ใช้ต่อปริมาตร ภาวะดังกล่าวให้ความเข้มข้นกรดดี-แลคติกที่ 81.5 กรัมต่อลิตร ด้วยอัตราผลผลิตต่อกลูโคส 0.93 กรัมต่อกรัม ให้อัตราการผลิต 2.09 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ซึ่งสูงกว่าในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร เล็กน้อย รวมไปถึงค่าความบริสุทธิ์ที่ 99.3% ดังนั้น T. laevialacticus SK5-6 จึงมีความสามารถสูงในการผลิตกรดดี-แลคติก สามารถพัฒนาเพื่อใช้ในระดับอุตสาหกรรมต่อไปได้

Included in

Biotechnology Commons

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.