Deproteinization of natural rubber by the coupling action of protease and microwave energy

การลดปริมาณโปรตีนของยางธรรมชาติโดยโปรตีนเอสร่วมกับพลังงานไมโครเวฟ

Name: Punsunan Chainrungsang

ThaSH: Latex

ThaSH: Rubber

Abstract: Protein allergens in NRL and NRP may cause life threatening (latex allergy) Type I in hypersensitive users. Thus, the purpose of this research is to develop a new grade of natural rubber with low protein allergen by using protease and microwave energy. The criterion of deproteinization is determined by monitoring from reduction of per cent nitrogen content from initial % nitrogen content in fresh latex. Based on hypothesis that microwave energy IS a high frequency electromagnetic field (2450 MHz) that induces the polar molecules in latex to rotate due to alternate change of electromagnetic field resulting rapid and homogenous heating. The rubber particles and proteins associated with rubber particle were deformed and loosen. Addition of protease thereafter should lead to more rapid enzyme activity and higher efficiency. It is expected that deproteinization of latex will be accomplished in shorter time. The results show that use of microwave energy and papain can reduce 80% protein in latex within 10 minutes as measured by total nitrogen content compared with the initial nitrogen content Scaling up of the reaction volume to 5 liter of latex, using the same process. DPNR obtained showed 0.18 g% of the nitrogen content or 60% nitrogen reduction from the initial value, and the volatile matters were reduced equally to 0.18%. The other non-rubber components namely ash (0.31%). dirt (0.03%) and color index (3.6) were slightly higher than control (CDPNR). The results show that protein and lipid in DPNR were significantly decreased. The processibility properties such as initial plasticity (Po=27), plasticity retention index (PRI=63%) were lower than standard specifications of STR5L (Po=35, PRI=65), but the Mooney viscosity (58) does not change. The results show that in the compounding of DPNR to make rubber products, more antioxidant should be added to increase the shelf life. The water extractable protein (WEP=143 µg/g) is significantly lower than control deproteimzed natural rubber (CDPNR-413 µg/g) and STR5L (640 µg/g). The WEP from DPNR is significantly lower than concentrated latex 60% and some glove samples. Analysis of molecular size of WEP from DPNR by SDS-PAGE showed no protein band in the range of 14-30 kD. Results from Enzyme allergosorbent test (EAST) indicated that there was no protein antigen in DPNR that reacted with latex specific-lgE in 41 serum samples previously checked with in the concentrated latex 60%. Using skin prick test (SPT) to compare the wheal size in one latex sensitive person confirmed that no wheal was obseived with WEP from DPNR. while positive wheals were observed with protein allergen from CDPNR and gloves. EAST was used to study the prevalence of rubber allergic hypersensitivity in the 3-group of human serum samples (100 persons/group): Group 1. genera! healthy persons: Group 2. the general atopic patients: and Group 3, the healthcare workers. Positive EAST to WEP from concentrated latex 60% used as standard protein allergen, was 13.7% (41/300 samples) which is divided to 3%of Group 1 (3/100 samples). 8% of Group 2 (8/100 samples) and 30% of Group 3 (3000 samples). The result is similar to the reports in other countries for general healthy person but higher than other reports in the healthcare workers (Group 3). In conclusion, microwave energy improves the efficiency of papain in removing protein from natural rubber, by decreasing the WEP. in the molecular weight range of 14-30 kD which are protein allergen, yielding DPNR which is safe for high-risk allergic people and healthcare workers who are involved with NRP.

Abstract: โปรตีนแอลเลอเจนซึ่งอยู่ในนํ้ายางธรรมชาติมีผลทำให้คนที่ใช้ผลิตภัณฑ์ยางธรรมชาติเกิดอาการแพ้ประเภท 1 ซึ่งมีอันตรายถึงชีวิตได้ในคนประเภทภูมิไวเกิน ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้เพื่อพัฒนายางธรรมชาติโปรตีนแอลเลอเจนตํ่า โดยการใช้เอนไซม์ร่วมกับ พลังงานไมโครเวฟในการลดปริมาณโปรตีนและติดตามผลโดยวัดปริมาณไนโตรเจนที่ลดลง โดยมีสมมุติฐานว่าพลังงานไมโครเวฟซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง (2450 MHz) ทำให้โมเลกุลที่มีขั้วในน้ำยางหมุนตัวตามการสลับขั้วสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดความร้อนอย่าง รวดเร็วและทั่วถึง ทำให้อนุภาคยางและโปรตีนที่เกาะอยู่เกิดโครงสร้างคลี่ขยายออก เมื่อเติมเอนไซม์โปรตีนเอสทำให้เอนไซม์ทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้นจงคาดว่าจะได้ยางโปรตีนตํ่าในเวลาสั้น ผลการวิจัยพบว่าเมื่อใช้พลังงานไมโครเวฟและปาเปน สามารถลดโปรตีนในนํ้ายางวัดจากปริมาณไนโตรเจนทั่งหมดลงลงถึง 80% ของปริมาณไนโตรเจนตั้งต้นภายใน 10 นาที แต่เมื่อขยายส่วนปริมาตรนํ้ายางเริ่มต้นเป็น 5 ลิตรโดยกระบวนการเดียวกันได้ยางโปรตีนต่ำ (DPNR) ปริมาณไนโตรเจน 0.18 กรัม% ลดลง 60 % จากค่าตั้งต้นและปริมาณสิ่งระเหยลดลงเหลือ 0.18% เท่ากันแต่ปริมาณเถ้า (0.31%), สิ่งสกปรก (0.03%) และดัชนีสี (3.6) เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับยางควบคุมแสดงว่าโปรตีนและลิปิดในยางดิบลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ค่าความอ่อนตัวเริ่มต้น (Po=27) และดัชนีความอ่อนตัว (PRI=63%) ตํ่ากว่ามาตรฐานของยางแท่ง STR5L (Po=35, PRI=65) ในขณะที่ค่าความหนืดมูนี่ (58) ไม่แตกต่างจากเดิมแสดงว่าต้องเพิ่มแอนติออกชิแดนส์ไนการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ยางที่ด้องการความทนทาน เมื่อสกัดโปรตีนที่ละลายนี้าได้จาก DPNR พบว่าปริมาณโปรตีนที่ ละลายนํ้าได้ (143 ไมโครกรัมต่อกรัม) ตํ่ากว่ายางควบคุม (414 ไมโครกรัมต่อกรัม) และยาง STR5L (640 ไมโครกรัมต่อกรัม) อย่างมีนัยสำคัญ ปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้ใน DPNR ตํ่ากว่าในนํ้ายางข้น 60% (1120ไมโครกรัมต่อกรัม) และตัวอย่างถุงมือยาง เมื่อนำโปรตีนที่ละลายนํ้าได้มาแยกขนาดโมเลกุลโดยวิธี SDS-PAGE ไม่พบแถบโปรตีนในช่วงขนาดโมเลกุล 14-30 กิโลดาลตัน จากการใช้วิธีเอนไซม์อัลเลอโกซอบเบนท์ (EAST) ไม่พบโปรตีนแอนติเจนในยาง DPNR เมื่อให้ทำปฏิกริยากับ IgE จากตัวอย่างซีรั่ม 41 ตัวอย่างที่จำเพาะกับโปรตีน ในนำยางข้น 60% เมื่อใช้วิธีสกิดผิวหนัง (Skin prick test, SPT) เปรียบเทียบผื่นบนผิวหนังในผู้แพ้ยาง 1 คน ไม่พบผื่นแพ้โปรตีนแอลเลอเจนจากโปรตีนที่ละลายน้ำได้ของยาง DPNR ในขณะที่ได้พบผื่นแพ้โปรตีนแอลเลอเจนจากโปรตีนที่ละลายน้ำได้ของยางควบคุมและถุงมือยาง จากการศึกษาความชุกของโอกาสการแพ้ยางในประชากรคนไทยโดยวิธี EAST ในกลุ่มตัวอย่าง 3 กลุ่ม กลุ่มละ 100 คน แบ่งเป็นกลุ่ม1: คนทั่วไปไม่มีประวัติเป็นโรคภูมิแพ้ กลุ่ม 2 คนทั่วไปที่มีประวัติเป็นโรคภูมิแพ้และกลุ่ม 3: บุคลากรที่ทำงานในโรงพยาบาลพบว่ามีตัว อย่างซีรั่ม 13 7% ที่มี IgE จำเพาะต่อโปรตีนในนํ้ายางโดยแสดงผลบวกต่อโปรตีนแอลเลอเจนมาตรฐานจากน้ำยางข้น 60% (41/300 ตัวอย่าง) แบ่งเป็นกลุ่ม 1: 3% (3/100 ตัวอย่าง) กลุ่ม 2: 8% (8/100 ตัวอย่าง) และกลุ่ม 3: 30% (30/100 ตัวอย่าง) ซึ่งใกล้เคียงกับรายงานในประเทศอื่นๆสำหรับคนปกติแต่สูงกว่ารายงานอื่นๆ ในกลุ่มบุคคลากรที่ทำงานในโรงพยาบาล (กลุ่ม 3) ผลสรุปจากงานวิจัยนี้คือ พลังงานไมโครเวฟช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของปาเปนในการลดปริมาณโปรตีนในน้ำยางธรรมชาติโดยสามารถลดปริมาณโปรตีนที่ละลายนํ้าได้ในช่วงขนาดโมเลกุล 14-30 กิโลดาลตันซึ่งเป็นโปรตีนแอลเลอเจนทำให้ใด้ยางโปรตีนแอลเลอเจนตํ่าที่ปลอดภัยสำหรับกลุ่มผู้ป่วยภูมิแพ้และกลุ่มบุคลากรที่ทำงานในโรงพยาบาลที่ใช้ผลิตภัณฑ์จากยางธรรมชาติ

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Jariya Boonjawat

Role: Advisor

Name: Vinich Khamviwath

Role: Advisor

Created: 2000

Modified: 2564-09-09

Issued: 2021-08-18

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/71271

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Biotechnology

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Punsunan_ch_TDC.pdf	3.16 MB

ใช้เวลา

0.039233 วินาที