Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ENHANCEMENT OF L(+)-LACTIC ACID PRODUCTION IN Rhizopus oryzae NRRL395 BY INHIBITION OF ETHANOL METABOLIC PATHWAY

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การเพิ่มผลผลิตกรดแอล(+)-แลกติกใน Rhizopus oryzae NRRL395 โดยการยับยั้งเมแทบอลิซึมในการสร้างเอทานอล

Year (A.D.)

2013

Document Type

Thesis

First Advisor

Nuttha Thongchul

Second Advisor

Sarintip Sooksai

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Doctor of Philosophy

Degree Level

Doctoral Degree

Degree Discipline

Biotechnology

DOI

10.58837/CHULA.THE.2013.854

Abstract

The regulation of pyruvate decarboxylase (PDC) and alcohol dehydrogenase (ADH) in the living culture of Rhizopus oryzae was studied. The in vitro enzyme inhibitors were selected from the literatures. They were added into the fermentation of immobilized R. oryzae and their concentration effects on growth, metabolite production, and changes in the specific enzyme activities were investigated during the shake flask culture. It was found that 1,2-diazole and 2,2,2-trifluoroethanol were found to be the effective ADH regulators. Nevertheless, regulating only ADH could not fully limit ethanol during fermentation by R. oryzae. PDC was further suppressed by various regulators. It was found that among the regulators studied, 0.1 mM 4-methylpyrazole and 1.0 μM β-hydroxypyruvate successfully provided the enhancement of lactic acid production as well as the decreasing ethanol formation. Later on, all of these potential 4 regulators were tested with dissolved oxygen for their combinatorial effects on growth, metabolite production, and the specific enzyme activities in the static bed bioreactor. The results revealed that the effect of enzyme regulators was more profound at the higher DO level. It was found that DO level of 80% in the fermentation medium containing 2,2,2-trifluoroethanol exhibited the highest lactic acid production as well as reducing ethanol production. This was about 24% increasing yield when compared with that of the control fermentation. However, the results shown in this study implied that the regulation of ethanol fermentative pathway by adding the regulators during fermentation did not only affect the targeted enzymes but it also caused the dynamic change in the conversion of all metabolites in the living R. oryzae in order to maintain the balanced flux for cellular growth and maintenance.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ในการศึกษาการควบคุมวิถีเมแทบอลึซึมของการผลิตเอทานอลในการตรึงเซลล์ Rhizopus oryzae NRRL395 เพื่อการเพิ่มผลผลิตกรดแอล-แลกติก นั้นศึกษาโดยการใช้สารควบคุมเอนไซม์ไพรูเวทดีคาร์บอกซีเลสและแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส ซึ่งสารควบคุมได้ถูกคัดเลือกมาจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ซึ่งสารควบคุมชนิดต่างๆจะถูกศึกษาเปรียบเทียบอิทธิพลของการเติมในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีชนิดที่แตกต่างกันต่อการผลิตผลิตภัณฑ์และการทำงานของเอนไซม์ ซึ่งจากการศึกษาการควบคุมการทำงานของเอนไซม์แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนสในระดับขวดเขย่า พบว่า 1,2-diazole และ 2,2,2-trifluoroethanol คือสารควบคุมที่มีประสิทธิภาพที่ส่งผลควบคุมต่อการทำงานของเอนไซม์แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส อย่างไรก็ตาม การใช้สารทั้ง 2 ชนิดไม่เพียงพอต่อการควบคุมการผลิตเอทานอล ซึ่งเอทานอลยังคงถูกผลิตอยู่ในเชื้อราสายพันธุ์นี้ ดังนั้นจึงทำการศึกษาการควบคุมการทำงานของเอนไซม์ไพรูเวทดีคาร์บอกซีเลสซึ่งเป็นเอนไซม์อีกชนิดที่เกี่ยวข้องในการผลิตเอทานอล ซึ่งพบว่า 4-methylpyrazole ความเข้มข้น 0.1 มิลลิโมลาร์ และ β-hydroxypyruvate ความเข้มข้น 1 ไมโครโมลาร์ ส่งผลต่อการเพิ่มการผลิตกรดแอล-แลกติก อีกทั้งลดการผลิตเอทานอลใน R. oryzae จากนั้นสารควบคุมเอนไซม์ทั้ง 4 ชนิดดังกล่าว ได้ถูกนำมาศึกษาต่อในระดับถังหมักแบบเบดสถิต โดยทำการแปรความเข้มข้นของค่าการละลายออกซิเจน พบว่า การเติม 2,2,2-trifluoroethanol ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อและทำการควบคุมค่าการละลายออกซิเจนที่ 80 เปอร์เซ็นต์ นั้นส่งผลต่อการเพิ่มการผลิตกรดแอล-แลกติกได้มากที่สุดอีกทั้งยังช่วยลดการผลิตเอทานอล ซึ่งเมื่อทำการเปรียบเทียบกับการหมัก R. oryzae โดยที่ไม่มีการเติมสารควบคุมลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ พบว่าสารดังกล่าวเพิ่มการผลิตกรดแอล-แลกติกขึ้น 24 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ในการศึกษาอิทธิพลของสารควบคุมดังกล่าวต่อกิจกรรมจำเพาะของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในวิถีเมทาบอลิซึมของ R. oryzae NRRL395 นั้น การเติมสารควบคุมลงในอาหารเลี้ยงเชื้อโดยตรงนั้นไม่เพียงแต่จะส่งผลควบคุมเอนไซม์เป้าหมาย แต่สารควบคุมนั้นยังส่งผลต่อวิถีเมแทบอลึซึมที่เกี่ยวข้องกันอีกด้วย

Link to Full Text

Share

COinS