การผลิตไซลิทอลจากน้ำตาลไซโลสโดยวิธีการหมัก

Titleการผลิตไซลิทอลจากน้ำตาลไซโลสโดยวิธีการหมัก
Publication TypeReport
Year of Publication2000
Authorsศิริศันสนียกุล, สาโรจน์
Series Editor-
Series Title-
Date Published2000
Institutionมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
City-
Typeโครงการวิจัย
Report NumberPDF4080068
ISBN NumberPDF4080068
KeywordsCandida mogii ATCC 18364, kinetic modelling, xylitol, xylose, แบบจำลองทางคณิตศาสตร์, ไซลิทอล, ไซโลส
Abstract

วัตถุประสงค์ประกอบด้วย 1. ศึกษาผลของพีเอชและแบบจำลองของพีเอชต่อการผลิตไซลิทอล 2.
ศึกษาการผลิตไซลิทอลแบบต่อเนื่องระบบหมุนเวียนเซลล์ 3. ศึกษาการผลิตไซลิทอลด้วยแบบจำลองทาง
คณิตศาสตร์ โดยศึกษาผลของพีเอชต่อการเพาะเลี้ยง Candida mogii ATCC 18364 แบบเบ็ดเสร็จ ใน
ถังหมักขนาด 2 ลิตร ที่อุณหภูมิ 30 oC และความเข้มข้นไซโลสเริ่มต้น 30 g l-1 ภายใต้ภาวะที่มีอากาศ
เพียงพอและออกซิเจนจำกัด และศึกษาผลของอัตราหมุนเวียนในการผลิตไซลิทอลแบบต่อเนื่องระบบ
หมุนเวียนเซลล์ ภายใต้ภาวะที่มีอากาศอย่างเพียงพอและออกซิเจนจำกัด ที่อุณหภูมิ 30 oC และ pH 5.0
ผลการทดลองพบว่า Candida mogii ATCC 18364 เติบโตและผลิตไซลิทอลได้ดีที่ pH 4.5 และ 6.0 ใน
การเพาะเลี้ยงแบบเบ็ดเสร็จ ซึ่งให้ผลได้ไซลิทอลเท่ากับ 0.55 g g-1 (อากาศเพียงพอ) และ 0.71 g g-1
(ออกซิเจนจำกัด) ในการผลิตไซลิทอลแบบต่อเนื่องระบบหมุนเวียนเซลล์ เมื่อลดอัตราส่วนการหมุนเวียน
ลง ทำให้ผลได้เซลล์สูงขึ้น 1.76 เท่า (อากาศเพียงพอ) และผลได้และอัตราจำเพาะการผลิตของไซลิทอล
เพิ่มขึ้น 3 และ 1.5 เท่า (ออกซิเจนจำกัด) พบว่าระบบหมุนเวียนเซลล์ที่มีเซลล์เริ่มต้นสูงให้อัตราการผลิต
ไซลิทอลสูงกว่าระบบที่มีเซลล์เริ่มต้นต่ำ 3.3 เท่า และสูงกว่าการผลิตไซลิทอลแบบเบ็ดเสร็จ 5.2 เท่า จึง
สรุปได้ว่าการผลิตไซลิทอลแบบเบ็ดเสร็จควรแบ่งเป็น 2 ระยะ คือ การผลิตเซลล์ที่ pH 4.5 (อากาศอย่าง
เพียงพอ) และการผลิตไซลิทอลที่ pH 6.0 (ออกซิเจนจำกัด) การเติมกลูโคสทำให้ผลได้ไซลิทอลและอัตรา
การผลิตไซลิทอลเพิ่มขึ้น 23.59 และ 58.82 % ส่วนการผลิตไซลิทอลแบบต่อเนื่องระบบหมุนเวียนเซลล์
ภายใต้ภาวะออกซิเจนจำกัด ให้อัตราจำเพาะการผลิตไซลิทอลสูงสุด (qP= 0.028 g g-1 h-1) ที่ D = 0.067
h-1, R = 0.50 และอัตราการผลิตไซลิทอลเชิงปริมาตรสูงสุด (QP= 0.160 g l-1 h-1) ที่ D = 0.067 h-1, R =
0.76 ซึ่งการผลิตไซลิทอลแบบต่อเนื่องระบบหมุนเวียนเซลล์ภายใต้ภาวะออกซิเจนจำกัด สามารถให้อัตรา
การผลิตไซลิทอลเพิ่มขึ้นเมื่อใช้ความเข้มข้นเซลล์เริ่มต้นสูง และการใช้กลูโคสเป็นสับสเทรตร่วม การ
ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเอนไซม์ไซโลสรีดักเทสและไซลิทอลดีไฮโดรจีเนสจะทำให้เข้าใจถึงกลไกการ
ผลิตไซลิทอลภายในเซลล์เพื่อใช้อธิบายการผลิตไซลิทอลด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เชิงโครงสร้าง
ต่อไป

Objectives is study on pH and kinetic model for pH affecting xylitol production, study on
continuous production of xylitol with cell recycle and Kinetic modelling of the production of xylitol.
Candida mogii ATCC 18364 was used in both batch and continuous culture with cell
recycle for xylitol production from D-xylose under aerobic and oxygen-limited conditions. In batch
culture, the effects of pH (3.0-7.0) on growth and xylitol production were investigated with an
initial xylose concentration of 30 g l-1 and 30 oC. In continuous culture with cell recycle, xylitol
production was investigated under at controlled pH 5.0 and 30 oC with a feed xylose
concentration of 30 g l-1 at D = 0.06-0.07 h-1 and at recycle ratios (R) of 0.50 and 0.75.
Candida mogii ATCC 18364 found its optimal growth and xylitol formation in batch culture
at pH 4.5 and 6.0, respectively. As a result, the xylitol yield in aerobic and oxygen-limited
conditions were 0.55 and 0.71 g g-1, respectively. In continuous culture with cell recycle, an
decrease of recycle ratio (R), increased the biomass yield 1.76 times under aerobic condition,
while the xylitol yield and productivity were increased 3 and 1.5 times under oxygen-limited
condition. As compared to cell recycling system with low cell density and to batch culture, the cell
recycling system with high cell density enhanced the productivity of xylitol 3.3 and 5.2 times
under oxygen-limited condition, respectively.
In batch culture, the production of biomass and xylitol should be performed at pH 4.5
(aerobic) and pH 6.0 (oxygen-limited), respectively. Glucose feeding improves both xylitol yield
(23.59%) and productivity (58.82%) in oxygen-limited batch culture. In oxygen-limited continuous
culture with cell recycle, maximum specific rate of xylitol production (qP= 0.028 g g-1h-1) was
obtained at D = 0.067 h-1 and R = 0.50, while maximum volumetric productivity (QP = 0.160 g l-1
h-1) was found at a higher recycle ratio (R = 0.76).
In oxygen-limited continuous culture with cell recycle, xylitol productivity can be improved
with using higher initial cell density and glucose as co-substrate. The study of intracellular xylose
reductase and xylitol dehydrogenase affecting xylitol formation is necessary to develop structured
model describing the production of xylitol by fermentation.

URLhttp://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=PDF4080068
Alternate TitleProduction of Xylitol from Xylose by Fermentation