Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/73893
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorChartchai Khanongnuch-
dc.contributor.authorKamphon Nainen_US
dc.date.accessioned2022-08-16T15:18:44Z-
dc.date.available2022-08-16T15:18:44Z-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/73893-
dc.description.abstractLactobacillus plantarum D1X1 is a genetically modified from an amylolytic lactic acid bacterium L. plantarum S21 by deletion of L-lactic acid producing genes. Investigation for growth and lactic acid production found that L. plantarum D1X1 has ability to produce optically pure D-lactic acid of 8.56 g/L which is calculated to be 0.85 gegs of lactic acid production efficiency and 0.97 of lactic acid yield, when cultivated at 37 *C for 48 hours in modified MRS broth containing 10 g/L of starch as carbon source. The maximum viable cell of 10' CFU/mL and maximum amylase activity of 8.4 U/mL were achieved at 12 hours and 48 hours of cultivation, respectively. The optimum incubation temperature and initial pH of medium for lactic acid production were 37*C and 6-7, respectively. The pH controlling value at 6-7 with NaOH during fermentation period showed the increasing of viable cell growth and amylase activity when compared with non-controlled condition. The appropriate low-cost carbon and nitrogen source to replace the high-cost ingredient composed in mMRS were cassava starch and com steep liquor powder (CSLP), respectively. The evaluation of the most significant medium compositions effecting on lactic acid production was conducted by Plackett-Burman design (PBD). It was found that only cassava starch and CSLP showed the significantly positive effect on lactic acid production. The low-cost production medium obtained from central composite design (CCD) composing of 140.5 g/L cassava starch and 120 g/L CSLP, respectively. The maximum lactic acid produced from low-cost production medium was 64.9 g/L with productivity at 24 and 48 hours of fermentation were 1.47 and 1.35 g/L-h, production efficiency 0.46 gp/gs, and 0.82 gp/gs of lactic acid yield. To improve the production efficiency, the effect of inoculum size and optimized medium for inoculum were investigated. The result found that 10% (v/v) of inoculum showed the highest amylase activity at 3.65 U/mL in low-cost production medium. The lactic acid production in modified MRS medium was used for comparison, the productivity at 24 and 48 hours of fermentation were 4.12 and 2.45 g/Lㆍh, lactic acid yield 0.88 gp/gs and generated more lactic acid at 118.88 g/L with production efficiency of 0.84 gpgs. This result was better than lactic acid production in low-cost production medium. Then, the low-cost inoculum medium was conducted with PBD revealed that cassava starch and CSLP were the two factors significantly influencing amylase activity and the low-cost inoculum medium composition obtained from CCD were 116 g/L cassava starch and 110 g/L CSLP. The reduction of 10 g/L CSLP in the improved medium made the decreasing of enzyme inhibitor in the medium and the amylase activity obtained from low-cost inoculum medium was raised to 7.97 U/mL which was higher than using low- cost production medium as inoculum around 2.5 times. The lactic acid fermentation in 1-L fermenter using the low-cost production medium with 10% (v/v) low-cost inoculum medium was carried out at 37 *C for 48 hours with pH controlled at 6.5. It was found that the maximum lactic acid was 110.12 g/L, 0.78 gp/gs production efficiency, and 0.82 gp/gs of lactic acid yield. The productivity at 24 and 48 hours of fermentation were 3.82 and 2.29 g/Lㆍh which closed to modified MRS medium at 4.12 and 2.45 g/L-h. Lactic acid fermentation in large scale was investigated in 10-L fermenter with the same medium in 1-L scale. The highest lactic acid was 109.67 g/L with productivity at 24 and 48 hours of fermentation 3.58 and 2.28 g/L h, production efficiency 0.78 gp/gs, and 0.83 ge/gs of lactic acid yield. Moreover, L. plantarum D1X1 showed the ability to produce lactic acid in repeated batch fermentation. The average lactic acid concentration was around 109.67 g/L with stable production efficiency and lactic acid yield around 0.78 giegs and 0.80 gpgs. The pure D-lactic acid was maintained at 99% along the 5 cycles of fermentation process. In the part of lactic acid purification, solvent extraction technique was used for preliminary extracting lactic acid from fermentation broth using ethyl acetate as an extractant. The result found that D-lactic acid was successfully purified from the fermentation broth with final concentration of 815.10 g/L and approximately 99% of lactic acid solution purity from preliminary test. The results obtained from these experiments revealed the optimum condition for D-lactic acid fermentation by L.plantarum D1X1. The low-cost inoculum medium and low-cost production medium for D-lactic acid production were cheaper than mMRS approximately 35 times. The production process was successfully substantiated in 1-L and 10-L scales. Moreover, the repeated batch fermentation process was also validated. All fermentation processes shows the stable of production efficiency and yield of lactic acid. In addition, D-lactic acid purification from fermentation broth was successfully achieved and obtained the high lactic acid concentration and solution purity. It can conclude that, the knowledge that achieved from this experiment can be applied for D-lactic acid production and purification for industrial scale.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.subjectLactobacillus plantarum D1X1en_US
dc.titleD-lactic acid production from starch by Lactobacillus plantarum D1X1 and purificationen_US
dc.title.alternativeการผลิตกรดแลกติกรูปดีจากสตาร์ช โดย Lactobacillus plantarum D1X1 และ การทำบริสุทธิ์en_US
dc.typeThesis-
thailis.controlvocab.lcshStarch-
thailis.controlvocab.thashLactobacillus plantarum D1X1-
thailis.controlvocab.thashMicroorganisms-
thailis.controlvocab.thashLactic acid-
thesis.degreemasteren_US
thesis.description.thaiAbstractLactobacillus plantarum D1X1 เป็นจุลินทรีย์ที่ผ่านการคัดแปลงพันธุกรรมมาจากแบคทีเรีย กรดแลกติก L. plantarum S21 โดยการกำจัดยีนส์ที่ควบคุมการผลิตกรดแลกติกรูปแอล การทคสอบ การเจริญและการผลิตกรดแลกติกในอาหาร mMRS ที่มีสตาร์ช 10 กรัมต่อลิตร เป็นแหล่งคาร์บอน พบว่า L. plantarum DIX1 สามารถเจริญได้ปริมาณเซลล์สูงสุดที่ 10' CFU/mL ภายในเวลา 12 ชั่วโมง ค่ากิจกรรมเอนไซม์สูงสุด 8.4 ยูนิตต่อมิลลิลิตร สามารถผลิตกรดแลกติกสูงสุดได้ 8.56 กรัมต่อลิตร ภายในเวลา 48 ชั่โมง คิดเป็นประสิทธิภาพการผลิตกรดแลกติก 0.85 กรัมต่อกรัม และผลได้กรดแลก ดิก 0.97 กรัมต่อกรัม กรดแลกติกทั้งหมดที่ผลิตเป็นกรดแลกติกรูปดีร้อยละ 99.9 จากการศึกษา อุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการผลิตกรดแลกติกคือ 37 องศาเซลเซียส และค่าพีเอชเริ่มดันของอาหารที่ เหมาะสมคือ 6-7 ตามลำคับ กรควบคุมค่าพีเอชให้อยู่ระหว่าง 6-7 ด้วยโซเดียมไฮครอกไซด์ตลอด ระยะเวลาของการหมักให้ค่าการเจริญของเซล์และค่ากิจกรรมเอนไซม์แอมิเลสที่สูงกว่าในสภาวะที่ไม่มีการควบคุม การศึกษาการคัดเลือกแหล่งอาหารต้นทุนต่ำเพื่อทดแทนสารราคาแพงในอาหาร mMRS พบว่า แหล่งคาร์บอนและแหล่งไนโตรเจนที่ทำให้เกิดการผลิตกรดแลกติกสูงที่สุดคือ แป้งมัน สำปะหลังและผงน้ำแช่ข้าวโพด ตามลำดับ ในการพัฒนาอาหารต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตกรดแลกติก ได้มีการศึกษาองค์ประกอบของอาหารที่มีผลต่อการผลิตกรดแลกติก โดยใช้แผนการทดลองทางสถิติ แบบ Plackett and Burman design พบว่า มีเพียงแป้งมันสำปะหลังและผงน้ำแช่ข้าวโพดเท่านั้นที่เป็น ปัจจัยเชิงบวกที่มีผลต่อการผลิตกรดแลกติก จากการศึกษาปริมาณที่เหมาะสมของแป้งมันสำปะหลัง และผงน้ำแช่ข้าวโพดในการผลิตกรดแลกติกโดยใช้แผนการทดลองทางสถิติแบบ central composite design พบว่า อาหารต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตกรดแลกติกประกอบไปด้วยแป้งมันสำปะหลัง 140.5 กรัมต่อลิตรและผงน้ำแช่ข้าวโพด 120 กรัมต่อลิตร โดยอาหารดังกล่าวสามารถให้ผลผลิตกรดแลกติ กสูงสุดที่ 60.73 กรัมต่อถิตร คิดเป็นคิดเป็นประสิทธิภาพการผลิตกรดแลกติก 0.46 กรัมต่อกรัม และผลไม้กรดแลกติก 0.82 กรัมต่อกรัม โดยมีผลิตภาพการผลิตกรดแลกติกในชั่วโมงที่ 24 และ 48 ของ กระบวนการหมักที่ 1.47 และ 1.35 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ในการปรับปรุงกระบวนการผลิตได้มีการ การศึกษาผลของปริมาณกล้าเชื้อเริ่มต้นและพบว่า การเติมหัวเชื้อร้อยละ 10 ของปริมาตรอาหาร ทั้งหมดลงในอาหารต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตกรดแลกติกสามารถทำให้ได้ผลผลิตกรดและค่า กิจกรรมเอนไซม์แอมิเลสสูงสุดที่ 3.65 ยูนิตต่อมิลลิลิตร แต่เมื่อเทียบกับการผลิตกรดแลกติกจาก อาหาร mMRS พบว่ามีผลิตภาพการผลิตกรดแลกติกในชั่วโมงที่ 24 และ 48 ของกระบวนการหมักอยู่ ที่ 4.12 และ 2.45 กรัมต่อลิตรต่อชั่โมง ผลิตกรดแลกติกได้สูงสุดที่ 118.88 กรัมต่อลิตร ภายในเวลา 48 ชั่วโมง คิดเป็นคิดเป็นประสิทธิภาพการผลิตกรดแลกติก 0.84 กรัมต่อกรัม และผลได้กรดแลกติก 0.88 กรัมต่อกรัม ซึ่งให้ผลที่ดีกว่าการใช้อาหารต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตกรดแลกติก จากการคัดเลือก แหล่งแหล่งใน โตรเจนต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตเอน ไซม์แอมิเลสในอาหารต้นทุนต่ำสำหรับการ เตรียมกล้ำาเชื้อโดยใช้แผนการทดลองทางสถิติแบบ Plackett and Burman design พบว่าผงน้ำแช่ ข้าวโพดเหมาะสมที่สุด การคัดเลือกองค์ประกอบของอาหารที่มีผลต่อการผลิตเอนไซม์แอมิเลส โดย ใช้แผนการทดลองทางสถิติแบบ central composite design พบว่าแป้งมันสำปะหลังและผงน้ำแช่ ข้าวโพดคือสองปัจจัยที่มีผลเชิงบวกต่อการผลิตเอนไซม์แอมิเลสอย่างมีนัยสำคัญ โดยความเข้มข้นที่ เหมาะสมที่ทำให้อาหารดันทุนต่ำสำหรับการเตรียมกล้าเชื้อได้ค่ากิจกรรมเอนไซม์สูงสุดประกอบด้วย แป้งมันสำปะหลัง 116 กรัมต่อลิตร และผงน้ำแช่ข้าวโพด 110 กรัมต่อลิตร การใช้ผงน้ำแช่ข้าวโพด ลดลงจากอาหารเคิม 10 กรัมต่อลิตร ช่วยลดสารที่มีผลในการขับยั้งการทำงานของเอนไซม์ลคลง ทำ ให้ค่ากิจกรรมเอนไซม์แอมิเลสสูงสุดเพิ่มขึ้นเป็น 7.97 ยูนิตต่อมิลลิลิตร ซึ่งมากกว่าในอาหารต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตกรดแลกติกถึง 2.5 เท่า การผลิตกรคในถังหมักขนาค 1 ลิตรด้วยอาหารต้นทุนต่ำ สำหรับการผลิตกรดแลกติกโดยใช้อาหารต้นทุนต่ำสำหรับการเตรียมกล้าเชื้อร้อยละ 10 ของปริมาตร อาหารทั้งหมด เป็นหัวเชื้อเริ่มดันบ่มที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเชียส เป็นเวล1 48 ชั่วโมง พบว่า สามารถ ผลิตกรดแลกติกได้ใกล้เคียงกับอาหาร mMRS โดยมีผลิตกรดแลกติก สูงสุดได้ที่ 110.12 กรัมต่อลิตร ด้วยผลิตภาพการผลิตกรดแลกติกในชั่วโมงที่ 24 และ 48 ของกระบวนการหมักที่ 3.82 และ 2.29 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง คิดเป็นผลได้กรดแลกติก 0.82 กรัมต่อกรัม การผลิตกรดแลกติกในถังหมักขนาด 10 ลิตร โดยใช้สูตรอาหารเดียวกัน บ่มที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง พบว่าสามารถผลิตกรดแลกติกสูงสุดไส้ที่ 109.67 กรัมต่อลิตร ด้วยผลิตภาพการผลิตกรดแลกติกในชั่วโมงที่ 24 และ 48 ของกระบวนการหมักอยู่ที่ 3.58 และ 2.28 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง คิดเป็นผลได้กรดแลกติก 0.83 กรัมต่อกรัม นอกจากนี้การผลิตกรดแลกติกด้วยกระบวนการหมักแบบหมักช้ำ พบว่า L. plantarum D1X1 สามารถผลิตกรดแลกติกรูปดีได้ 109.67 รัมต่อลิตร โดยมีผลได้ของแลกติกประมาณ 0.80 กรัมต่อกรัม และประสิทธิภาพการผลิตประมาณ 0.78 ตลอดกระบวนการหมักทั้ง 5 รอบ และยังรักษาความบริสุทธิ์ของกรดแลกติกที่ผลิตได้ โดยเกือบทั้งหมดเป็นกรครูปดีร้อยละ 99 ในขั้นตอนทดสอบการทำบริสุทธิ์กรดแลกติกเบื้องต้นด้วยเทคนิค solvent extraction technique โดยการใช้เอทิลแอซิเทตเป็นตัวกลางในการสกัด พบว่า สามารถสกัดกรดแลกติกออกจากน้ำหมักได้ โดยกรดที่ได้มีความเข้มข้น 815.10 กรัมต่อลิตร และมีความบริสุทธิ์ร้อยละ 99 จากการทดสอบความบริสุทธิ์ในเบื้องต้น ผลการทดลองที่ได้จากการวิจัชครั้งนี้ทำให้หราบถึงสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตกรดแลกติ กจากเชื้อ L. plantarum D1X1 และสูตรอาหารต้นทุนต่ำเพื่อใช้ในการเตรียมหัวเชื้อและผลิตกรค แลกดิกรูปดีจากแป้งมันสำปะหลังและน้ำแช่ข้าวโพด ซึ่งมีราคาถูกกว่าการใช้อาหาร mMRS ถึง 35 เท่า กระบวนการผลิตกรดแลกติกได้พิสูจน์ให้เห็นว่าสามารถใช้งานได้จริงทั้งในกระบวนการหมัก ขนาด 1 ลิตร และ 10 ถิตร ตลอดจนการทดสอบด้วยกระบวนการหมักแบบหมักซ้ำ ซึ่งการทดลอง ทั้งหมดให้ค่าประสิทธิภาพการผลิตและผลได้ของกรดแลกติกที่คงที่ นอกจากนี้ยังมีการทดสอบการ ทำบริสุทธิ์กรดในเบื้องต้นจากอาหารดังกล่าว ทำให้ใด้สารละลายกรดแลกติกรูปดีที่มีความเข้มข้น และความบริสุทธิ์สูง องค์ความรู้จากการวิจัยครั้งนี้มีความเป็นไปได้ที่จะนำไปต่อยอดเพื่อการผลิด กรดแลกติกและการทำบริสุทธิ์ในกระบวนการผลิตระดับอุตสาหกรรมได้en_US
Appears in Collections:GRAD-Sciences and Technology: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
619931006 กำพล ณะอิ่น.pdf4.64 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.