การออกแบบและคุณลักษณะของถังปฎิกรณ์ชีวภาพโดยใช้สัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลของออกซิเจนสำหรับการผลิตชีวมวลและกรดไขมันของ Aurantiochytrium limacinum Buchaxm 122

Design and characterization of bioreactor based on oxygen mass transfer coefficient for biomass and fatty acid production of aurantiochytrium limacinum buchaxm 122

Name: กนกสิณี ศิริรักษ์

ThaSH: มหาวิทยาลัยบูรพา.สาขาวิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

Classification :.DDC: 541.39

ThaSH: ดีเอ็นเอ

ThaSH: ปฏิกิริยาเคมี

Abstract: Aurantiochytrium limacinum BUCHAXM 122 เป็นจุลินทรีย์ทะเลกลุ่มทรอสโทไคตริดส์ สามารถผลิตเอนไซม์ได้หลายชนิด ได้แก่ โปรติเอส ไลเปส ยูรีเอส แอลฟากลูโคซิเดส และฟอสฟาเทส เมื่อศึกษาการเจริญด้วยอาหารเหลว GYP ในฟลาสก์บนเครื่องเขย่าควบคุมอุณหภูมิที่ 200 รอบต่อนาที 25 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 168 ชั่วโมง ให้ชีวมวลสูงสุดเท่ากับ 26.17±0.23 กรัมต่อลิตรที่เวลา 108 ชั่วโมงและกรดไขมันพบหลากหลายชนิด โดยชนิดที่สามารถนำไปใช้ในการผลิตเป็นพลังงานทดแทน (Biodiesel) ได้แก่ พีเอ (Palmitic acid, PA) มีปริมาณสูงสุดเท่ากับ 211.62±24.56 มิลลิกรัมต่อกรัมน้ำหนักแห้ง (42.87±1.06 เปอร์เซ็นต์ของกรดไขมันทั้งหมด) ส่วนกรดไขมันกลุ่มโอเมก้า -3 ชนิดดีเอชเอ (Docosahexaenoic acid, DHA) มีปริมาณสูงสุดเท่ากับ 156.91±8.69 มิลลิกรัมต่อกรัมน้ำหนักแห้ง (30.31±5.88 เปอร์เซ็นต์ของกรดไขมันทั้งหมด) สำหรับธาตุองค์ประกอบของเซลล์มีคาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ไนโตรเจน (N) ออกซิเจน (O) และซัลเฟอร์ (S) มีค่าเป็นเปอร์เซ็นต์เท่ากับ 57, 9, 4, 29 และ 1 ตามลำดับ การเพิ่มศักยภาพการผลิตมุ่งเน้นไปที่การออกแบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพ 3 แบบ ได้แก่ ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใบกวน แบบอากาศลอยตัว และแบบอากาศยกโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ การถ่ายเทมวลของออกซิเจนด้วยวิธีซัลไฟต์ในน้ำกลั่น เปรียบเทียบกับเครื่องเขย่าควบคุมอุณหภูมิ พบว่า สภาวะที่ให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลของออกซิเจนสูงสุดในถังปฏิกรณ์ชีวภาพทั้งสามชนิด คือ การใช้หัวทรายละเอียดสูง จำนวน 8 หัว โดยถังแบบใบกวนใช้ที่ความเร็วรอบ 600 รอบต่อนาที ให้อากาศ 3 vvm ถังแบบอากาศลอยตัวและถังแบบอากาศยกใช้การให้อากาศ 3 vvm เมื่อวิเคราะห์ขอ้ มูลทางสถิติพบว่า ถังแบบใบกวนมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลของออกซิเจนสูงสุด (p< 0.05) จากนั้นศึกษาการเจริญของ A. limacinum BUCHAXM 122 ที่สภาวะที่เหมาะสมดังกล่าวในแต่ละถัง พบปัญหาการเกิดฟองระหว่างการเลี้ยงเชื้อจึงต้องใช้สภาวะดังนี้ ให้อากาศ 2 vvm ในถังแบบใบกวนและแบบอากาศลอยตัว 1.5 vvm ในถังแบบอากาศยก พบว่า ถังแบบใบกวนให้ชีวมวลสูงสุดที่เวลา 48 ชั่วโมง (43.05±0.35 กรัมต่อลิตร) ซึ่งมีค่าที่สูงกว่าระยะเวลาของการเลี้ยง และถังปฏิกรณ์แบบอื่น ๆ อย่างมีนัยสำ คัญทางสถิติ (p< 0.05) ในขณะที่ถังแบบอากาศยกและแบบอากาศลอยตัวมีค่าสูงสุดและใกล้เคียงกันที่เวลา 120 ชั่วโมง เท่ากับ 37.60±4.60 กรัมต่อลิตร และ 38.55±3.82 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ ส่วนเครื่องเขย่าควบคุมอุณหภูมิมีชีวมวลน้อยสุด โดยมีค่าสูงสุดที่ 32.90±0.28 กรัมต่อลิตรที่เวลา 120 ชั่วโมง ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำในระหว่างการเลี้ยงเชื้อส่งผลต่อการเจริญและผลิตกรดไขมัน จึงปรับปรุงการให้อากาศระหว่างการเลี้ยง A. limacinum BUCHAXM 122 ในถังแบบใบกวนที่สภาวะดังนี้ 1) เติมอากาศเพียงอย่างเดียว 2) ให้อากาศและออกซิเจนบริสุทธิ์ร่วมกันในอัตราส่วน 1:1 และ 3) ให้อากาศร่วมกับออกซิเจนบริสุทธิ์ในอัตรา 1:1 และมีการลดทั้งอากาศและออกซิเจนบริสุทธิ์ในชั่วโมงที่ 48-120 พบว่า ที่เวลา 48 ชั่วโมง สภาวะที่ 1 และ 3 มีชีวมวลไม่ต่างกัน (p> 0.05) โดยมีค่าเท่ากับ 29.95±0.07 กรัมต่อลิตรและ 29.25±2.90 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ชีวมวลที่เลี้ยงในสภาวะที่ 3 ที่เวลา 48 ชั่วโมงและ 72 ชั่วโมง มีค่าไม่แตกต่างกัน (p> 0.05) สำหรับปริมาณพีเอและดีเอชเอมีค่าสูงสุดในสภาวะที่ 1 ที่เวลา 48 ชั่วโมง โดยมีค่าเท่ากับ 403.20±20.83 มิลลิกรัมต่อกรัม น้ำหนักแห้ง (59.87±4.98 เปอร์เซ็นต์ของกรดไขมันทั้งหมด) และ 129.72±6.42 มิลลิกรัมต่อกรัม น้ำหนักแห้ง (19.26±1.56 เปอร์เซ็นต์ของกรดไขมันทั้งหมด) ตามลำดับ

Abstract: Aurantiochytrium limacinum BUCHAXM 122is a marine microorganism from a group of thraustochytrids. It was capable of producing extracellular enzyme proteases, lipase, urease, α-Glucosidase and phosphatases. From the study of the growth of GYP broth incubator shaker at 200 rpm at 25°C for 168 hours a highest biomass was recorded at 26.17±0.23 g/L at 108 hours and found various kinds of fatty acids. Among the fatty acids that can be converted to a renewable energy source (Biodiesel) is PA (Palmitic acid, PA) with highest value at 211.62±24.56 mg/g DW (42.87±1.06% of total fatty acids) and DHA (Docosahexaenoic acid, DHA) Omega-3 measured highest value at 156.91±8.69 mg/g DW (30.31±5.88% of total fatty acids) with cell elements composed of Carbon (C)57%, Hydrogen (H) 9%, Nitrogen (N)4.45%, Sulfur (S)1% and Oxygen (O)29%. The increase in the efficiency of production towards desiging the three bioreactors: stirred type bioreactor, bubble column bioreactor and internal air lift type bioreactor is based on oxygen mass transfer coefficient by sulfite method in distilled water comparing with incubator shaker. It was found that the appropriate oxygen mass transfer coefficient within each bioreactor were by using 8 super fine bubble air stones therein. Stirred type bioreactor at 600 rpm, bubble column bioreactor with aeration rate at 3 vvm and in an internal loop airlift type bioreactor with aeration rate at 3 vvm. The results showed that only values from the stirred type bioreactor were higher than those of the shaker (p< 0.05). When culturing A. limacinum BUCHAXM 122, the appropriate state as mentioned in each bioreactor where air was introduced at 3 vvm leading to an overflow of air bubbles bubbling out of the bioreactor, consequently, air was later introduced at 2 vvm in the stirred type bioreactor and bubble column bioreactor and 1.5 vvm in the internal loop airlift type bioreactor it was found a highest biomassat 43.05±0.35 g/L in stirred type bioreactor at 48 hours, which was the highest cultured time in other bioreactors (p< 0.05). Whereas, in an air lift type bioreactor and bubble column bioreactor, the highest values were around the same at 37.60±4.60 g/L and 38.55±3.82 g/L 120 hours into the cultured time respectively and those in an incubator shaker with the lowest biomass measuring out at 32.90±0.28 g/L 120 hours into the cultured time. The dissolved oxygen level during culturing affects the growth and production of fatty acids. Consequently, adjustment was made to air levels during culture A. limacinum BUCHAXM 122 in stirrer bioreactor for 120 hours under the following 3 conditions: 1) Adding only air 2) Adding both air and pure oxygen at a ratio of 1:1; and 3) Adding air and pure oxygen at a ratio of 1:1 and reducing both air and pure oxygen at 48-120 hours into the experiment. The results of the 1st and 3 rd conditions, at the 48th hour into the experiment, had no significant differences on biomass (p> 0.05) where biomass values are 29.95±0.07 and 29.25±2.90 g/L respectively. However, the biomass in the 3rd condition at 48 hours and 72 hours into the experiment had no significantdifferences (p> 0.05). Large amounts of PA and DHA were found in the 1st condition, at 48 hours into the experiment, they have values 403.20±20.83 mg/g DW (59.87±4.98% of total fatty acids) and 129.72±6.42 mg/g DW (19.26±1.56% of total fatty acids) respectively

มหาวิทยาลัยบูรพา. สำนักหอสมุด

Address: ชลบุรี

Email: buulibrary@buu.ac.th

Name: สมถวิล จริตควร

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาหลัก

Name: สุดารัตน์ สวนจิตร

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาร่วม

Name: สรวิศ เผ่าทองสุข

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาร่วม

Created: 2562

Modified: 2565-05-12

Issued: 2565-05-12

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: ว 541.39 ก125ก

tha

DegreeName: ปรัชญาดุษฎีบัณฑิต

Level: ปริญญาเอก

Descipline: วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

Grantor: มหาวิทยาลัยบูรพา

©copyrights มหาวิทยาลัยบูรพา

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	56810015.pdf	3.46 MB	12	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.038099 วินาที