Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/74013
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorChartchai Khanongnuch-
dc.contributor.advisorSaisamorn Lumyong-
dc.contributor.advisorSupavaj Maniyom-
dc.contributor.authorAugchararat Klongklaewen_US
dc.date.accessioned2022-08-29T15:20:22Z-
dc.date.available2022-08-29T15:20:22Z-
dc.date.issued2020-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/74013-
dc.description.abstractThis research aimed to isolate the furfural tolerant lactic acid-producing bacterial strain which is capable of utilizing lignocellulosic material as substrate and producing optically pure L- or D-lactic acids. Among the 407 lactic acid bacterial isolates obtained from Miang, a traditional fermented tea from north Thailand, 25 isolates were selected according to their ability to grow in MRS broth containing both glucose and xylose as the sole carbon source. Identification of these isolates indicated that 20 isolates were Lactobacillus pentosus, 2 isolates were Lactobacillus fermentum, and 2 isolates were Lactobacillus lactis and the remaining was Pediococcus pentosaceus. All isolates were capable of furfural tolerance and utilizing both glucose and xylose as the carbon sources, however only 17 isolates produced high level of total acids (>10 g/L) from MRS containing 20 g/L glucose as a carbon source. Study on lactic acid production in MRS containing mixed glucose and xylose as the carbon sources found that only 4 isolates, L. pentosus Y23, L. pentosus CMY28, L. pentosus A1-1 and L. pentosus CMY46 showed the conversion of mixed sugar to lactic acid higher than 70%, growth in MRS broth supplemented with 6 g/L furfural. However, all 17 isolates produced mixed L- and D- lactic acid as the final products. The study on bacteria from the gut of Eri silkworm found totally 3.95 x 107 CFU/g of bacteria. From random selection of 790 isolates, 654 isolates were capable of growth on nutrient agar (NA) containing xylose as a sole carbon source but there were only 504 isolates showed acid producing ability. However, among 504 isolates, only 51 isolates were able to grow and produced acid in de Man Rogosa Sharpe (MRS) agar containing xylose as a carbon source. Thirty-nine from 51 isolates showed the ability in acid production within 12 h and there were only 12 isolates (WES1, WXI, WX3, WG1, WG2-3, WX1-4, WX2, UDX1, SC1, SX2, SCT2 and MJG2) were able to grow and produced optically L-lactic acid both at 45°C. The isolate WX1 was found to produce optically pure L-lactic acid from glucose, xylose and arabinose and also able to grow in MRS medium supplemented with 2 g/L furfural. The strain WX1 was identified to be Enterococcus mundtii based on 16S rRNA gene sequence analysis. The study of optically L-lactic acid production by E. mundti WX1 in the various ratios of mixed glucose and xylose at 37°C indicated an occurring of glucose repression effect on xylose consumption due to glucose was firstly utilized in bacterial growth and production of L-lactic acid while xylose was also utilized with the low consumption rate. To overcome the limitation of mixture sugar utilization, the co-culture of E. mundti WX1 and Lactobacillus rhamnosus SCJ-9, a homofermentative lactic acid bacterium capable of L-lactic acid production from only glucose, was performed in glucose/xylose mixture in a ratio of 60:40. L-Lactic acid production by co-culture was achieved up to 8.5 g/L from total sugar concentration of 10 g/L. To investigate the optimal medium for production of L-lactic acid by co-culture strategy, the statistical experimental Plackett-Burman design was applied to screen the significant influencing nutritional compositions on L-lactic acid production. Among eigh medium compositions based on MRS medium including Tween80, yeast extract, peptone, beef extract, MgS04-7H2O, K2HPO4 and ammonium sulfate, the result indicated that Tween80, MnSO4 and yeast extract were identified as the significant nutritional factors influence on L-lactic acid production (p<0.05). The optimal concentrations of these three variables revealed by central composite design (CCD) and response surface methodology (RSM) were 20.42 g/L yeast extract, 9.8 g/L Tween80 and 1.18 g/L MnSO4 with a predicted value of 18.8 g/L L-lactic acid from 20 g/L carbon source (glucose/xylose mixture in a ratio of 60:40). Furthermore, investigation on the effect of sugar mixture concentration in the rage of 20-100 g/L on L-lactic acid production by co-culture found that high L-lactic acid yield 0.98 g/g at 24 h when cultivated using 20 g/L of mixed sugar and high yield of 0.8 g/g was also observed at 40 g/L of mixed sugars. Corn stover was used as substrate for L-lactic acid production by co-culture of E. mundtii WX1 and L. rhamnosus SCJ-9. The chemical composition of corn stover was analyzed and found 27.16% hemicellulose, 31.39% cellulose, and 4.14% lignin. Pretreatment process with 1-4% H2SO4 and formic acid were investigated. The dilute acid pretreatment using 1% H2SO4 and formic acid followed by heating with steam at 121°C for 30 min showed the highest remaining of hemicellulose and cellulose in the substrate. In order to investigate changes in sugar released from substrate, the enzymatic hydrolysis of pretreated corn stover by using Cellic CTec2 was applied at the rage of 10-40 FPU/g DM followed by incubation at 50°C for 48 h. The maximum released sugar was 35 g/L from corn stover hydrolysis by 30 and 40 FPU/g DM. The 250 g of corn stover pretreated with 1% H2SO4 at 121°C, 30 min followed by enzymatic hydrolysis with Cellic CTec2 30 FPU/g DM at 50°C, for 48 h were investigated and fermenting sugar released was glucose 67.18 g and xylose 15.75 g. Then, L-lactic acid fermentation by co-culture strategy using pretreated corn stover as carbon source supplemented with optimum medium was investigated at 37°C for 48 h in 2.5 L jar fermenter. The L-lactic acid of 66.25 g was obtained at 48 h of fermentation, which was calculated to the yield of 0.8 g/g and the maximum productivity was 1.1 g/L/h at 24 h of fermentation time. The purification of L-lactic acid from 7 L fermentation broth was performed using ion- exchange and electrodialysis, the purified L-lactic acid was achieved with 50.18% recovery.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.titleLactic acid production by Furfural-Tolerant Lactic acid bacteriaen_US
dc.title.alternativeการผลิตกรดแลกติกโดยแบคทีเรียกรดแลกติกที่ทนต่อเฟอฟิวรอลen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.lcshLactic acid-
thailis.controlvocab.lcshBacteria -- Classification-
thailis.controlvocab.lcshBacteria-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อคัดแยกสายพันธุ์แบคทีเรียที่ทนต่อเฟอฟิวรอล และสามารถ ผลิตกรดแลกติกรูปดีหรือแอลที่สามารถใช้สารประกอบลิกโนเซลลูโลสเป็นสารตั้งด้น จากจำนวน แบคทีเรียกรดแลกติก 407 ไอโซเลตที่แยกได้จากเมี่ยงซึ่งเป็นชาหมักพื้นบ้านทางภาคเหนือของ ประเทศไทย ทำการคัดเลือก 25 ไอโซเลตที่สามารถเจริญในอาหารเหลว MRS ที่มีกลูโสหรือไซโลส เป็นแหล่งคาร์บอนเพียงแหล่งเดียว การจัดจำแนกสายพันธุ์ทั้ง 25 ไอโซเลตโดยวิธีการวิเคราะห์ลำดับ นิวคลีโอไทค์ของยืน 16S rRNA พบว่า จำนวน 20 ไอโซเลตคือ Lactobacillus pentosus, 2 ไอโซเลต คือ Lactobacillus fermentum, 2 ไอโซเลต คือ Lactobucillhs lacis และอีก 1 ไอโซเลต คือ Pediococcus pentosaceus ทั้งหมดสามารถทนเฟอฟิวรอลและสามารถใช้ทั้งน้ำตาลกลูโคส และน้ำตาลไซโลสเป็น แหล่งคาร์บอน อย่างไรก็ตามมีเพียง 17 ไอโซเลตที่สามารถผลิตกรดแลกติกได้สูง (มากกว่า 10 กรัม ต่อลิตร) ในอาหารที่มีน้ำตาลกลูโคสเป็นแหล่งคาร์บอน การศึกษาการผลิตกรดแลกติกในอาหาร MRS ที่มีน้ำตาลผสมกลูโคสและไซโลส มีเพียง 4 ไอโซเลต คือ L. pentosus Y23, L. pentosus CMY28, L. pentosus A1-1 และ L. pentosus CMY46 ที่ผลิตกรดแลกติกและสะสมในน้ำเลี้ยงได้มากกว่าร้อยละ 70 จากน้ำตาลผสมกลูโคสและไซโลส และสามารถทนเฟอฟิวรอลได้ที่ความเข้มข้น 6 กรัมต่อลิตร อย่างไรก็ ตามพบว่าแบคทีเรียทั้ง 17 ไอโซเลตผลิตกรดแลกติกแบบผสมรูปดีและรูปแอล การศึกษาแบคทีเรียจากลำไส้หนอนอีรี่พบว่า จากจำนวนแบคที่เรียทั้งหมด 3.95X 107 CFU/g จากการสุ่มตัวอย่งแบคทีเรียทั้งหมด 790 ไอโซเลต ตรวจพบ 654 ไอโซเลต ที่สามารถเจริญในอาหาร NA ที่มีน้ำตาลไซโลสเป็นแหล่งคาร์บอน แต่มีเพียง 504 ไอโซเลตที่สามารถสร้างกรด อย่างไรก็ตาม จาก 504 ไอโซเลต มีเพียง 51 ไอโซเลต ที่สามารถผลิตกรดในอาหาร MRS ที่มีน้ำตาลไซโลสเป็น แหล่งคาร์บอน โดย 39 ไอโซเลต สามารถผลิตกรดแลกติกภายใน 12 ชั่วโมง และมีเพียง 12 ไอโซเลต (WES1, WXI, WX3 WG1, WG2-3, WX1-4, WX2, UDXI, SCI, SX2, SCT2 และ MJG2) ที่สามารถ เจริญและผลิตกรดแลกติกที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส โดยไอโซเลต WX1 ผลิตกรดแลกติกรูปแอล ร้อยละ 100 และสามารถใช้น้ำตาลกลูโคส ไซโลส และอาราบิโนสได้ดีที่สุด ไอโซเลต WX1 สามารถ ทนเฟอฟิวรอลที่ความเข้มข้น 2 กรัมต่อลิตร การจัดจำแนกโดยการวิเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์ของ ยืน 16S rRNA พบว่าไอโซเลต WX1 เป็นแบคที่เรีย Enterococcus mundii การศึกษาการผลิตกรดแลก ติกรูปแอล โดย E. mundtii WX1 ในอัตราส่วนต่างๆของน้ำตาลผสมกลูโคสและไซโลสที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส พบปรากฏการณ์การยับยั้งการใช้น้ำตาลไซโลสโดยกลูโคส โดยกลูโคสถูกนำไปใช้ใน การเจริญของแบคทีเรียและการผลิตกรดแลกติกรูปแอลอย่างรวดเร็ว ขณะที่ไซโลสถูกนำไปใช้ใน อัตราการที่ต่ำ เพื่อเป็นการแก้ปัญหาดังกล่าวจึงทดลองใช้ E. mundtii WX1 หมักร่วมกับ L. rhamnosus SCJ-9 ที่เป็นโฮโมเฟอร์เมนต์เททีฟแบคทีเรียและสามารถผลิตกรดแลกดิกรูปแอลจากน้ำตาลกลูโคส โดยใช้น้ำตาลผสมกลูโคสและไซโลสในอัตราส่วน 60:40 เป็นซับสเตรต ผลการทคลองพบว่าสามารถ ผลิตกรดแลกติกได้ 7.56 กรัมต่อลิตร จากปริมาณน้ำตาลผสมทั้งหมด 10 กรัมต่อลิตร การหาสภาวะที่เหมาะสมของการผลิตกรดแลกติกโดยการหมักร่วมของแบคที่เรีย L. rhamnosus SCJ-9 และ E. mundtii WX1 ในอาหาร MRS ที่ประกอบไปด้วย Tween80, Yeast extract, Peptone, Beef extract, MgSO4 7H2O, K2HPO,MnSO4H2O และ (NH4)2HPO4 ผลการทคลองจาก Plackett-Burman Design บ่งชี้ว่า Tween80, MnSO4, H2O และ Ycast cxtract เป็นปัจจัยที่มีผลต่อการ ผลิตกรดแลกติกอย่างมีนัยสำคัญ (p < 0.05) การหาปริมาณที่เหมาะสมของ Tween80, Yeast extract และ MnSO4, H2O โดยการใช้แผนการทดลอง Central composite design (CCD) ร่วมกับ Response surface methodology (RSM) พบว่าปริมาณที่เหมาะสมของ Yeast exiract, Tween80 และ MnSO4 H2O คือ 20.42. 9.8 และ 1.18 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ ซึ่งสามารถผลิตกรดแลกติกได้ 26.83 กรัมต่อลิตร จาก น้ำตาลผสม 30 กรัมต่อลิตร (อัตราส่วนกลูโคสต่อไซโลส 60:40) การศึกษาผลของปริมาณน้ำตาลผสม เริ่มต้นที่ระดับ 20-100 กรัมต่อลิตร ต่อการผลิตกรดแลกติกโดยการหมักร่วม L. rhamnosus SCJ-9 และ E. mundtii WX1 ในอาหารที่เหมาะสม ที่ 37 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง พบว่าปริมาณ น้ำตาล 20 กรัมต่อลิตร ให้ผลผลิตกรดสูงที่สุด 0.98 กรัมต่อกรัมซับสเตรต ที่ 24 ชั่วโมง ขณะที่การใช้ น้ำตาลผสมเริ่มต้น 40 กรัมต่อลิตร ให้ปริมาณกรดแลกติกรูปแอล 0.8 กรัมต่อกรัมซับสเตรต การทดลองศึกษาการใช้ของเหลือทิ้งจากการผลิตข้าวโพดเป็นซับสเตรตในการผลิตกรดแลก ติกรูปแอลโดยการหมักร่วมของแบคที่เรีย L. rhamnosus SCJ-9 และ E. mundtii WX1 การวิเคราะห์ องค์ประกอบของเหลือทิ้งจากการผลิตข้าวโพดข้าวพบว่ามีปริมาณ (ร้อยละ) เฮมิเซลลูโลส 27.16, เซลลูโลส 31.39 และลิกนิน 4.14 ผลการศึกษาเปรียบเทียบการปรับสภาพด้วยกรดซัลฟิวริกและกรด ฟอร์มิก ที่ความเข้มขันร้อยละ 1-4 ที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส 30 นาที พบว่าการปรับสภาพด้วยกรด ฟอร์มิกและกรดซัลริกเข้มข้นร้อยละ 1 ให้ปริมาณเฮมิเซลลูโลสและเซลลูโลสหลงเหลือมากที่สุด และมีค่าใกล้เคียงกับการทคลองชุดควบคุม(น้ำ) การทดสอบเปรียบเทียบการปรับสภาพของเหลือทิ้ง จากการผลิตข้าวโพดด้วยกรดฟอร์มิกเข้มข้นร้อยละ 1 กรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อยละ 1 และน้ำตาม ด้วยการย่อยคั่วด้วยเอนไซม์ทางการค้า Cellic CTec2 ที่ปริมาณ 10- 40 ยูนิดต่อกรัมน้ำหนักแห้ง ที่ 50 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง พบว่าการปรับสภาพด้วยกรดซัลฟูริกเข้มข้นร้อยละ 1 และเอนไซม์ Cellic CTec2 ปริมาณ 30 และ 40 ยูนิตต่อกรัมน้ำหนักแห้ง ให้ปริมาณน้ำตาลสูงใกล้เคียงกันคือ ประมาณ 35 กรัมต่อลิตร โดยพบน้ำตาลกลูโคสและไซโลสในปริมาณร้อยละ 60 และ 40 ตามลำดับ ตรวจพบเฟอฟิวรอล 0.446 กรัมต่อลิตร การผลิตกรดแลกติกรูปแอลโดยใช้ของเหลือทิ้งจากการผลิต ข้าวโพด 250 กรัม ปรับสภาพด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อยละ 1 ที่อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียส เป็น เวลา 30 นาที และย่อยด้วยเอนไซม์ทางการค้า Celic CTec2 ปริมาณ 30 ยูนิตต่อกรัมน้ำหนักแห้งที่ อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง ได้น้ำตาลกลูโคส 67.18 กรัม และไซโลส 15.75 กรัม จากนั้นนำไปหมักต่อในถังหมักขนาด 2.5 ลิตร ในสูตรอาหารที่เหมาะสม ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเชียส โดยการหมักร่วมของแบคที่เรีย E. mundtii WX1 และ L. rhamnosus SCJ-9 พบว่าสามารถผลิตกรด แลกติกรูปแอลได้ 66.25 กรัม โดยมีค่าผลได้ 0.8 กรัมต่อกรัมน้ำตาลที่บ่อยได้และอัตราการผลิต 1.1 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง (ที่ชั่วโมงที่ 24) การทำบริสุทธิ์กรดแลกติกรูปแอลจากน้ำหมักปริมาตร 7 ลิตร โดยวิธีแลกเปลี่ยนไอออน และกระบวนอิเล็กโทรไดอะลิซิส ได้กรดแลกติกบริสุทธิ์ที่ร้อยละการ กลับคืน 50.18en_US
Appears in Collections:GRAD-Sciences and Technology: Theses



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