Bioconversion of Agricultural Residues to Fermentable Sugars by a Multienzyme Complex Producing Bacterrium

การเปลี่ยนวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรไปเป็นน้ำตาลด้วยเชื้อแบคทีเรียผลิตเอนไซม์เชิงซ้อน

Name: Paripok Phitsuwan

keyword: Multienzyme Complex Producing Bacteria

Abstract: A number of soil sample collected from a shrimp farm in Bangkhuntein area, Bangkok wee screened for mutienzyme complex probucing bacteria. Of all bacteria tested, a bacterium, designated as BT14, was selected as the active stain. The bacterium was able to grow on corn hulls at pH 9 and 60C under anaerobic conditions. The specific activities of endoglucanases and xylanaes for BT1 cells could effectively hydrolyze filter papers and corn hulls and gave high yields of reducing sugars. The amounts of reducing sugars released from 1% (w/v) filter papers adn corn hulls were 593.51 and 695.28 mg/g protein, respectively after incubation BT14 cells with those materials for 7 days. The analysis of native-PAGE of the BT14 cells culture supernatant of day 7 showed that there were 3 protein bands. On native CMC and xylan zymograms, there were only one large protein band present on the gels indicating that the enzymes exhibition both endoglucanase and xylanse activities. In the case of CMC-denature zymogram, there were at least 8 protein bands while there were 7 protein bands on xylan-denaturing zymogram.Celluloytic and xylanotic activites were investigated and it was found that the multienzyme complex produced by BT14 cells comprised both cellulolytic and xylanalytic activities. The cellulolytic enzymes contained endoglucanase,cellobiohydrolase and B-glucosidase, whereas xylanotic enzymes were xylanase,acetyl esterase, arabinofuranosidase and B-xylosidase. BT14 cells possessed binding capability to adhere insoluble polysaccharide. They could best bond to corn hulls, following with avicel and xylan. Hydrolysis of agricultural residues by the multienzyme complex from BT14 cells was investigated in term of reducing sugars released. The amounts of reducing sugars derived from 1% (w/v) corn hulls, corn cobs, rice straws, rice brans and sugarcanes were 92.66, 68.19, 66.99, 55.35 and 54.55 mg/g protein, respectively. On the other hand, the yield of reducing sugars was 695.28 mg/m protein when BT14 cells were grown on corn hulls for 7 days. From TLC analysis, the reducing sugars derived from corn hulls after incubation with BT14 cells for 7 days were determined as xylobiose and cellobiose, together with some oligosaccharides. By the use of GC analysis, the organic acids and volatile fatty acids present in day 7 culture supernatant were ethanol, acetic acid, propinoic acid, isobutyric acid and butryric acid with 29.64, 48.60, 3.64, 1.75 and 2.04 mM, respectively when BT14 cells were grown on corn hull at pH 9 and 60 ํC under anaerobic conditions. According to the study of morphological and physiological charaters, BT14 cell was Gram-positive, rod-shaped and spore-forming. It was astrictly anaerobic bacterium and could grow under alkalothermophilc conditions.

Abstract: งานวิจัยนี้คัดแยกเชื้อแบคทีเรียที่สามารถผลิตเอนไซม์เชิงซ้อนจากตัวอย่างดินที่เก็บจากบ่อเพาะเลี้ยงกุ้ง บริเวณเขตบางขุนเทียน กรุงเทพมหานคร จากการทดสอบเชื้อจากตัวอย่างดินทั้งหมดพบว่าเชื้อแบคทีเรีย BT14 เป็นเชื้อที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดโดยสามารถเจริญได้บนเปลือกข้าวโพด ที่ pH 9 อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส ภายใต้สภาวะปราศจากออกซิเจน ค่ากิจกรรมของเอนไซม์เอ็นโดกูลคาเนสและเอนไซม์เลนเนส เท่ากับ 2.3 และ 4.3 ยูนิตต่อมิลลิกรัมโปรตีน เชื้อแบคทีเรียสายพันธ์ BT14 สามารถย่อยกระดาษกรองและเปลือกข้าวโพดได้ดี ซึ่งปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์ที่ได้จากการย่อย 1% (w/v) ของกระดาษกรองและเปลือกข้าวโพดมีค่า 593.51 และ 695.28 มิลลิกรัม ต่อกรัมโปรตีน ตามลำดับ เมื่อเพาะบ่มเชื้อเป็นเวลา 7 วัน เมื่อตรวจสอบรูปแบบโปรตีนที่เชื้อแบคทีเรียสายพันธุ์ BT14 ผลิตและปล่อยออกมาในอาหารเล้ยงเชื้อในวันที่ 7 ด้วยเทคนิค naive-PAGE พบว่า มีแถบโปรตีนเกิดขึ้น 3 แถบ ขณะที่เมื่อใช้เทคนิค SDS-PAGE มีแถบโปรตีนปรากฏขึ้นอย่างน้อย 15 แถบ เมื่อตรวจสอบรูปแบบของเอนไซมด้วยเทคนิค zymogram พบว่า มีแถบโปรตีนขนาดใหญ่เกิดขึ้นเพียงแถบเดียวทั้งบน naive- zymogram ที่มีคาร์บอกซิเมธิลเซลลูโลสและไซแลนเป็นซับสเตรต แต่เมื่อทดสอบด้วยเทคนิค denaturing- zymogram พบว่า มีแถบโปรตีน 8 แถบบน denaturing zymogram ที่มีคาร์บอกซิเมธิลเซลลูโลสและแถบโปรตีน 7 แถบบน denaturing zymogram ที่มีไซแลนเป็นซับสเตรต ตามลำดับ เมื่อนำเอนไซม์เชิงซ้อนที่แบคทีเรียผลิตมาทดสอบกิจกรรมของเอนไซม์ พบว่า เอนไซม์เชิงซ้อนมีกิจกรรมทั้งเซลลูโลไลติกและไซแลนโนไลติก โดยกลุ่มเอนไซ์เซลลูโลไลติก ประกอบด้วยเอ็นโดกลูคาเนส เซลโลไบโอ ไฮโดรเลส และ เบต้า-กลูโคซิเดส ขณะที่เอนไซม์กลุ่ม ไซแลนโนไลติก ประกอบด้วย ไซแลนเนส อะเซทิลเอสเทอเรส อะราบิดนฟูราโนซิเดส และเบต้า-ไซดลซิเดส เชื้อแบคทีเรียสายพันธุ์ BT14 สามารถจับกับพอลิแซ็กคาไรด์ที่ไม่ละลายน้ำ โดยพบว่า สามารถจับกับเปลือกข้าวโพดได้ดีที่สุด รองลงมาคือ อะไวเซล และไซแลน ตามลำดับ เมื่อศึกษาการย่อย 1 % (w/v) ของวัสดุเหลือทิ้งทางงการเกษตรด้วยเอนไซม์เชิงซ้อนที่เชื้อผลิตขึ้น พบว่า เปลือกข้าวโพดถูกย่อยได้ดีที่สุด รองลงมาคือ ซังข้าวโพด ฟางข้าว รำข้าว และชานอ้อย โดยน้ำตาลรีดิวซ์ที่ได้จากการย่อยมีค่า 92.66, 68.19, 66.99, 55.35 และ 5455 มิลลิกรัมต่อกรัมโปรตีน ตามลำดับ ขณะที่น้ำตาลีดิวซ์ที่ได้จากการเลี้ยงเชื้อบนเปลือกข้าวโพดเป็นเวลา 7 วัน มีค่า 695.28 มิลลิกรัมต่อกรัมโปรตีน เมื่อนำน้ำตาลที่ได้จากการเลี้ยงเชื้อบนเปลือกข้าวโพดเป็นเวลา 7 วัน ไปตรวจสอบชนิดของน้ำตาลด้วยเทคนิค TLC พบว่า น้ำตาลที่ได้คือ ไซโลไบโอส เซลโลไบโอส และ น้ำตาลโอลิโกแซ็กคาไรด์ ขณะที่ตรวจสอบเอธานอลและกรออินทรีย์ที่ระเหยได้ในอาการเลี้ยงเชื้อวันที่ 7 ด้วยเครื่องแก๊สโครมาโตกราฟี พบว่า มีเอทานอล (26.67 mM) กรดอะซีติก (48.06 mM) กรอโพรพาโนอิก (3.64 mM) กรดไอไซบิวทิริก (1.75 mM) และกรดบิวทิริก (2.04 mM) เมื่อเลี้ยงเชื้อ BT14 ในอาหารที่มีเปลือกข้าวโพดเป็นแหล่งคาร์บอนที่ pH 9 อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส ภายใต้สภาวะปราศจากออกซิเจน จากการศึกษาคุณลักษณะของเชื้อแบคทีเรีย พบว่า แบคทีเรีย สายพันธุ์ BT14 เป็นเชื้อแกรมบวก รุปร่างท่อน สามารถสร้างสปอร์ และไม่ต้องการออกซิเจนในการเจริญเติบโต นอกจากนี้เชื้อสามารถเจริญได้ที่อุณหภูมิสูงและเป็นด่าง

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library.

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Khanok Ratanakhanokchai

Role: Advisor

Created: 2552-12-27

Modified: 2552-12-27

Issued: 2009-12-27

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: BCT197

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biochemical Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	BCT197.pdf	1.45 MB	122	2023-12-20 13:09:15
2	BCT197ab.pdf	44.33 KB	50	2021-12-06 23:56:45

ใช้เวลา

0.033374 วินาที