Mathematical model of high purity c-phycocyanin extraction from spirulina platensis

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการสกัดสารไฟโคไซยานินความบริสุทธิ์ สูงจากสาหร่ายสไปรูลิน่า

Name: Sakawduan Kaewdam

keyword: สาหร่ายสไปรูลินา

ThaSH: Spirulina platensis

; ซี-ไฟโคไซยานิน

ThaSH: C-phycocyanin

; การทำบริสุทธิ์

ThaSH: Purification

; การสกัดด้วยสารละลายน้ำสองสถานะ

ThaSH: Aqueous Two Phase Extraction

; แบบจำลองทางคณิตศาสตร์

ThaSH: Mathematical mode

Abstract: ซี-ไฟโคไซยานิน (CPC) เป็นสารสีธรรมชาติที่สามารถสร้างได้จากสาหร่ายสไปรูลิน่า ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายทั้งในอุตสาหกรรมอาหาร ยา และเครื่องสำอาง ในการศึกษานี้จึงมุ่งเน้นที่จะศึกษาและพัฒนากระบวนการผลิตสารสกัดซี-ไฟโคไซยานินที่มีความบริสุทธิ์สูงตั้งแต่ต้นน้ำ (การเลี้ยง) ไปจนถึงกลางน้ำ (กระบวนการผลิต) ของห่วงโซ่การผลิตสาหร่ายสไปรูลิน่า เพื่อให้ได้สารสกัดซี-ไฟโคไซยานินความบริสุทธิ์สูงที่จะสามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์ต่อไปได้การเพาะเลี้ยงแบบเป็นรอบที่มีการเติมสารอาหาร (Fed-batch cultivation) คือการเพาะเลี้ยงที่มีการเติมสารอาหารเพิ่มระหว่างการเลี้ยงซึ่งเป็นกลยุทธ์ที่ถูกใช้เพื่อช่วยเพิ่มอัตราการเจริญเติบโตและการสะสมสารซี-ไฟโคไซยานินภายในเซลล์ของสำหร่าย โดยในการศึกษานี้ได้ศึกษาการเลี้ยงแบบเป็นรอบ (Batch cultivation) เทียบกับการเลี้ยงแบบเป็นรอบที่มีการเติมสารอาหารพบว่า ในการเลี้ยงแบบเป็นรอบเมื่อเพิ่มปริมาณไนโตรเจน สามารถช่วยเพิ่มการสะสมสารซี-ไฟโคไซยานินได้และต่ำสูงสุดคือ 2.258 g/L เมื่อเลี้ยงด้วยโซเดียมไนเตรตความเข้มข้น 3.5 g/L สำหรับการเลี้ยงแบบเป็นรอบที่มีการเติมสารอาหาร จะได้ปริมาณสารซี-ไฟโคไซยานินสูงสุดและค่าผลิตภาพ (Productivity) คือ 4.354 g/L และ 97.53 mg/L.d ตามลำดับ เมื่อเติมด้วยแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตควำมเข้มข้น 3.0 mM โดยแบบจำลองจลนศาสตร์สามารถอธิบายอัตราการเจริญเติบโต และการสะสมสำรซี-ไฟโคไซยำนินที่สัมพันธ์กับปริมาณไนโตรเจนที่เหลืออยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพการสกัดด้วยสารละลายน้ำสองสถานะ (Aqueous Two Phase Extraction: ATPE) เป็นกระบวนกำรทำบริสุทธิ์ที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อใช้สารละลายโพลีเอทิลีนไกลคอลร่วมกับสารละลายโพแทสเซียมฟอตเฟส นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้วิธีATPE ร่วมกับการลาดชันของอุณหภูมิ(Temperature gradient: TG) เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดให้มากยิ่งขี้น โดยศึกษาผลของการลาดชันของอุณหภูมิ(TG) ที่มีต่อค่าความบริสุทธิ์(Extract purity: EP) การแยกเฟส และ สัมประสิทธิ์การแพร่มวลสาร ซึ่งพบว่า สภาวะที่ดีที่สุดของการทำบริสุทธิ์คือการใช้TG25 โดยค่าความบริสุทธิ์ของสารสกัดซี-ไฟโคไซยานินเพิ่มขี้นจาก 1.106 เป็น 2.337 ความเข้มข้นและผลผลิต (Recovery yield) เป็น 13.932 g/L และ 91.18% ตามลำดับ ซึ่งมากกว่าวิธีการแบบทั่วไป (ไม่มีผล ของ TG) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติเนื่องจาก TG ส่งผลต่อค่าความหนืดของระบบ โดยเมื่อค่าความหนืดของสารค่าลดลงจะทำให้ความสามารถในการละลายเพิ่มมากขึ้นและนอกจากนั้นยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในกำรแพร่ของสารมากขึ้นอีกด้วย โดยงานวิจัยนี้ ยังได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงสัมประสิทธิ์การแพร่ (Diffusion coefficient) เมื่อ TG เปลี่ยนแปลงไป โดยพบว่า ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ที่ อุณหภูมิคงที่ (Isothermal diffusion coefficient: Di) ค่า Soret effect (ST) และค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ความร้อน (Thermal diffusion coefficient: DT) มีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อค่ำ TG สูงขึ้นแต่ไม่ควรเกิน 25 นั้นแสดงให้เห็นว่าทำไมการใช้การลาดชันของอุณหภูมิจึงสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทำบริสุทธิ์ได้แบบจำลองการทางคณิตศาสตร์ของการทำบริสุทธิ์สารสกัดซี-ไฟโคไซยานินด้วยการใช้วิธี ATPE ที่สภาวะอุณหภูมิคงที่ (วิธีการแบบดั้งเดิม) และวิธีการ ATPE ร่วมกับ TG สามารถอธิบายได้โดยพฤติกรรมของการแยกเฟสของสารผสมเมื่อกระบวนการเข้าสู่สมดุลทางเคมีโดยศักย์ทางเคมีเป็นตัวบ่งชี้ ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระบบ ระบบจะเข้าสู่สมดุลก็ต่อเมื่อทั้งเฟสบนและเฟสล่างมีศักย์ทางเคมีที่เท่ากัน และสามารถทำนายสัมประสิทธิ์ของการแยกและความบริสุทธิ์ของสารสกัดได้อย่างแม่นยำโดยมีค่าความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า 10% ท้ายที่สุด การออกแบบเชิงแนวคิดของต้นแบบเครื่องทำบริสุทธิ์สารสกัดไฟโคไซยานินด้วยวิธีการ ATPE ร่วมกับ TG โดยสามารถวิเคราะห์ต้นทุนของเครื่องต้นแบบราคาประมาณ 1,200,000 บาท และการวิเคราะห์เศรษฐศาสตร์วิศวกรรมสำหรับผลิตภัณฑ์สารสกัดซี-ไฟโคไซยานินผงบริสุทธิ์ที่กำลังการผลิต 1,200 กรัมต่อวัน จะได้ระยะเวลาคืนทุนอยู่ที่ประมาณ 2 ปีซึ่งสามารถนำไปใช้ประกอบการตัดสินใจลงทุนของผู้ประกอบการได้

Address: CHIANG MAI

Email: mjudc@mju.ac.th

Name: Somkiat Jaturonglumlert

Role: Chair

Name: Jaturapatr Varith

Role: Committee

Name: Kanjana Narkprasom

Role: Committee

Created: 2020

Modified: 2566-03-27

Issued: 2566-02-16

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

Th

eng

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต สำขำวิชำวิศวกรรมอาหาร

Level: Doctoral Degree

Descipline: Doctor of Engineering in Food Engineering

Grantor: Maejo University

©copyrights Maejo University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	abstract.pdf	787.65 KB
2	fulltext.pdf	9.04 MB

ใช้เวลา

0.024567 วินาที