รายงานการวิจัยชื่อเรื่องการปรับปรุงกระบวนการผลิตน้ำตาลจากมวลลิกโนเซลลูโลสด้วยเอนไซม์เซลลูเลสที่ทนทานต่อไอออนิคลิควิดที่ผลิตจากกลุ่มประชากรแบคทีเรียที่ทนเกลือ

การปรับปรุงกระบวนการผลิตน้ำตาลจากมวลลิกโนเซลลูโลสด้วยเอนไซม์เซลลูเลสที่ทนทานต่อไอออนิคลิควิดที่ผลิตจากกลุ่มประชากรแบคทีเรียที่ทนเกลือ

Improved in situ saccharification of lignocellulose biomass with ionic liquid-tolerant cellulases from salt-tolerant bacterial consortium

Name: มาลินี ศรีอริยนันท์

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. บัณฑิตวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์นานาชาติสิรินธร ไทย-เยอรมัน

Email : macintous@gmail.com

keyword: ไอออนิคลิควิด

ThaSH: ลิกโนเซลลูโลส

Classification :.LCCS: TP156.H82

ThaSH: การแยกสลายด้วยน้ำ

ThaSH: เชื้อเพลิงจากของเสียทางการเกษตร

ThaSH: พลังงานชีวมวล

Abstract: กระบวนการควบรวมขั้นตอนเดียวของการปรับสภาพและการไฮโดรไลซิสมวลลิกโนเซลลูโลสเป็นวิธีการที่กำลังถูกพัฒนาเพื่อทำให้กระบวนการการกลั่นทางชีวภาพนั้นมีประสิทธิภาพที่ดีและสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมได้ งานวิจัยนี้ได้ทำการผลิตเอนไซม์จากกลุ่มประชากรจุลินทรีย์ KS-22 ที่คัดแยกได้มาจากตัวอย่างดินธรรมชาติในประเทศไทยที่เป็นแหล่งที่มีความเค็ม เมื่อทำการทดสอบประสิทธิภาพของเอนไซม์ในสารละลายไอออนิคลิควิด EMIM-Ac ความเข้มข้น 20% w/v พบว่าถึงแม้ประสิทธิภาพจะลดลงเหลือ 63.63% แต่ก็มีค่าสูงกว่าเอนไซม์เซลลูเลสทางการค้า CelluClast 1.5L ถึง 2.65 เท่า จากนั้นเอนไซม์ KS-22 จึงถูกนำไปวิเคราะห์คุณสมบัติพบว่าสามารถทำงานได้ดีที่ 55 °C, pH 4.0 และมีค่าคุณสมบัติทางจลพลศาสตร์ได้แก่ ค่า Km และ Vmax ที่ 1727.180 uM และ 0.603 mM/min เมื่อทำการเติม EMIM-Ac ลงไปในปฏิกิริยาพบว่า ค่า Km และ Vmax ลดลงจากนั้นเอนไซม์ถูกทำการแยกส่วนด้วย Sephacryl S-100 column chromatrography และวิเคราะห์ enzyme activity ต่อสับสเตรต CMC, Avicel และ cellobiose จากนั้นนำตัวอย่างเอนไซม์ไป วิเคราะห์ด้วย SDS-PAGE และ zymogram analysis โดยการใช้ substrate CMC โดยพบว่าเอนไซม์มีขนาด 40 kDa เมื่อนำเอนไซม์ไปประยุกต์ในกระบวนการควบรวมชั้นตอนเดียวที่รวมการปรับสภาพมวลฟางข้าวด้วยสารสะลาย EMIM-Ac และไฮโดรไลซิสพบว่า เมื่อไม่มี EMIM-Ac เอนไซม์ KS-22 มี Specific enzyme activity เท่ากับ 0.090 U/mg และมีค่าเท่ากับ 0.320 U/mg ในกรณีที่มี EMIM-Ac เข้มข้น 2.0 M ซึ่งเมื่อเทียบกับ CelluClast 1.5L ในสภาวะเดียวกันก็มีค่าสูงกว่า 10 เท่า และเมื่อทำการเติม KS-22 ลงในชุดทดลองการผลิตก๊าซชีวภาพในชุดทดลองแบบกะ ก็พบว่าสามารถเพิ่มการผลิตก๊าซได้ถึง 1.71 เท่าเทียบกับชุดควบคุม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการพัฒนาการใช้งานกลุ่มประชากร KS-22 และเอนไซม์ในกระบวนการกลั่นชีวภาพในด้านต่างๆต่อไป

Abstract: Consolidated processing concept for biorefinery application has been developed to combine the pretreatment and hydrolysis of lignocellulosic biomass in one step. Previously, cellulase-producing microbial consortium KS-22 was screened and enriched from salted soil in Thailand. In this study, the activity of cellulase produced from KS-22 was observed in buffer containing an ionic liquid (IL), so called EMIM-Ac, at 20% EMIM-Ac concentration. The result showed that the cellulase activity was reduced to 63.63%, which was higher than that of commercial cellulase, CelluClast 1.5L, for 2.65 in the same condition. KS-22 cellulase was further characterized for the optimal condition to be at 55 °C, pH 4.0 for enzymatic hydrolysis reaction. The enzymatic kinetic study based on Michaelis-Menten equation and Line-Weaver Burk plot showed that Km and Vmax were 1,727.180 uM and 0.603 mM/min. When EMIM-Ac was added into the reaction, Km and Vmax were reduced. KS-22 cellulase was fractionated with Sephacryl S-100 column chromatrography and the active fractions were analyzed for endoglucanase, exoglucanase and beta-glucosidase activities. The endoglucanase active fraction appeared to have 40 kDa size in SDS-PAGE and zymogram analysis. Then KS-22 cellulase was applied in consolidated reactions of rice straw pretreatment and hydrolysis with EMIM-Ac. When EMIM-Ac absent, the specific enzyme activity of KS-22 cellulase was 0.090 U/mg. The specific enzyme activity of KS-22 cellulase was increased to 0.320 U/mg in consolidated reaction containing 2.0 M EMIM-Ac, which was higher than CelluClast 1.5L for 10 times in the same condition. In addition, KS-22 culture could improve the production of biogas from rice straw for 1.71 time compared to control set. Altogether, this study demonstrate the potential application of KS-22 in consolidated biorefinery of lignocellulosic biomass by combining pretreatment and hydrolysis reactions in the same reactor successfully.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากทุนบูรณาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

Role: ผู้ให้ทุน

Created: 2561

Modified: 2022-04-19

Issued: 2565-04-12

งานวิจัย/Research report

application/pdf

tha

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B17546059.pdf	1.66 MB	7	2025-05-12 19:49:03

ใช้เวลา

0.016893 วินาที