ผลกระทบของ pH ต่อการสังเคราะห์ลีแวนจาก Bacillus siamensis ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกะ

วิทวัส แจ้งเอี่ยม; สุภัค  นาคทองคำ; พงษ์ธร เพ็งน้อย; ศุภศิลป์  ทวีศักดิ์; โกสินทร์  ทีปรักษพันธ์

ผู้แต่ง

วิทวัส แจ้งเอี่ยม ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
สุภัค นาคทองคำ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
พงษ์ธร เพ็งน้อย ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
ศุภศิลป์ ทวีศักดิ์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
โกสินทร์ ทีปรักษพันธ์ หลักสูตรรายวิชาวิทยาศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย

คำสำคัญ:

เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ, ลีแวน, พอลิแซ็กคาไรด์, Bacillus siamensis

บทคัดย่อ

ลีแวนเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่สังเคราะห์จากซูโครสด้วยเอนไซม์ลีแวนซูเครส (Levansucrase) โครงสร้างของลีแวนประกอบด้วยโมเลกุลฟรุกโตสเป็นสายหลัก ปลายสายหลักประกอบไปด้วยกลูโคส 1 โมเลกุล เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ β-(2,6) glycosidic มีลักษณะเป็นผงสีขาวหรือสีเหลืองและสามารถละลายได้ทั้งในน้ำและน้ำมัน ลีแวนถูกใช้งานในด้านเทคโนโลยีชีวภาพและอุตสาหกรรมเคมีอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม จากงานวิจัยที่ผ่าน ลีแวนถูกสังเคราะห์ด้วยเอนไซม์ลีแวนซูเครสจาก Bacillus siamensis ในระดับห้องปฏิบัติการด้วยขวดรูปชมพู่ปริมาตร 250 มิลลิลิตร โดยไม่มีการสังเกตและควบคุม pH ให้คงที่ตลอดระยะเวลาที่ดำเนินการสังเคราะห์ เพื่อตอบโจทย์ต่อการหมักแบบแม่นยำ (Precision fermentation) และการขยายกำลังการผลิต (Scale-up) งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นเปรียบเทียบระหว่างการสังเคราะห์ลีแวนโดยใช้ขวดรูปชมพู่กับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ เพื่อศึกษาผลกระทบของสภาวะที่มีการควบคุม pH เป็น 5.0 และไม่มีการควบคุม pH ต่อการสังเคราะห์ลีแวนด้วย B. siamensis ผลการทดลอง พบว่า การสังเคราะห์ลีแวนโดยใช้ขวดรูปชมพู่และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่สภาวะควบคุม pH เป็น 5.0 มีการเจริญของ B. siamensis สูงกว่าที่สภาวะไม่ควบคุม pH อย่างมีนัยสำคัญเชิงสถิติ (p < 0.05) อย่างไรก็ตาม ปริมาณลีแวนที่สังเคราะห์ในขวดรูปชมพู่และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพในสภาวะไม่ควบคุม pH มีปริมาณสูงกว่าในสภาวะที่ควบคุม pH เป็น 5.0 โดยสามารถผลิตลีแวนในขวดรูปชมพู่และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพได้สูงสุด 16.2 และ 21.8 % (w/v) ตามลำดับ อย่างมีนัยสำคัญ (p < 0.05)

เอกสารอ้างอิง

Srikanth R, Reddy CHS, Siddartha G, Ramaiah MJ, Uppuluri KB. Review on production, characterization and applications of microbial levan. Carbohydr Polym 2015;120:102-14.

Jang KH, Kang SA, Cho Y, Kim YY, Lee YJ, Hong K, et al. Prebiotic properties of levan in rats. J Microbiol Biotechnol 2003;13(3):348-53.

Thakham N, Thaweesak S, Teerakulkittipong N, Traiosot N, Kaikaew A, Lirio GA, et al. Structural characterization of functional ingredient Levan synthesized by Bacillus siamensis isolated from traditional fermented food in Thailand. International Journal of Food Science. 2020;2020(1):7352484.

Sima F, Mutlu EC, Eroglu MS, Sima LE, Serban N, Ristoscu C, et al. Levan nanostructured thin films by MAPLE assembling. BOMAF6 2011;12(6):2251-6.

Anguluri K, La China S, Brugnoli M, De Vero L, Pulvirenti A, Cassanelli S, et al. Candidate acetic acid bacteria strains for levan production. Polymers 2022;14(10):2000.

Silbir S, Dagbagli S, Yegin S, Baysal T, Goksungur Y. Levan production by Zymomonas mobilis in batch and continuous fermentation systems. Carbohydr Polym 2014;99:454-61.

Dahech I, Belghith KS, Hamden K, Feki A, Belghith H, Mejdoub H. Oral administration of levan polysaccharide reduces the alloxan-induced oxidative stress in rats. Int J Biol Macromol 2011;49(5):942-7.

Phengnoi P, Sattavanich S, Charoensup C, Nuengnoon S, Janthorn K, Teerakulkittipong N, et al. Production and characterization of levan by Bacillus siamensis at flask and bioreactor. EAEF 2023;16(1):15-23.

Meidong R, Doolgindachbaporn S, Jamjan W, Sakai K, Tashiro Y, Okugawa Y, et al. A novel probiotic Bacillus siamensis B44v isolated from Thai pickled vegetables (Phak-dong) for potential use as a feed supplement in aquaculture. J Gen Appl Microbiol 2017;63(4):246-53.

Sumpavapol P, Tongyonk L, Tanasupawat S, Chokesajjawatee N, Luxananil P, Visessanguan W. Bacillus siamensis sp. nov., isolated from salted crab (poo-khem) in Thailand. Int J Syst Evol Microbiol 2010;60(10):2364-70.

El-Refai HA, Abdel-Fattah AF, Mostafa FA. Enzymic synthesis of levan and fructo-oligosaccharides by Bacillus circulans and improvement of levansucrase stability by carbohydrate coupling. World J Microbiol Biotechnol 2009;25(5):821-7.

Maier RM, Pepper IL. Bacterial growth. Environ. Microbiol: Elsevier; 2015. p. 37-56.

Amin I, Elsakka M, Oterkus S, Nguyen CT, Ozdemir M, El-Aassar A-H, et al. Computational fluid dynamics-based design of anoxic bioreactor zone in wastewater treatment plant. Desalin. Water Treat 2022;253:9-23.

Phengnoi P, Thakham N, Rachphirom T, Teerakulkittipong N, Lirio GA, Jangiam W. Characterization of levansucrase produced by novel Bacillus siamensis and optimization of culture condition for levan biosynthesis. Heliyon 2022;8(12) e12137.

Garrote Achou C, Cantalejo Díez MJ, Diaz Cano J, Molinos Equiza X. Evaluation of different nutritional sources in lactic acid bacteria fermentation for sustainable postbiotic production. Foods 2025;14(4):649.

Zhao CC, Eun JB. Isolation and identification of hyper-ammonia-producing bacteria from commercial fermented skates (Raja kenojei). J Food Sci Technol 2018;55(12):5082-90.

Gojgic-Cvijovic G, Jakovljevic D, Loncarevic B, Todorovic N, Pergal MV, Ciric J, et al. Production of levan by Bacillus licheniformis NS032 in sugar beet molasses-based medium. Int J Biol Macromol 2019;121:142-51.

Nasir A, Sattar F, Ashfaq I, Lindemann SR, Chen M-H, Van den Ende W, et al. Production and characterization of a high molecular weight levan and fructooligosaccharides from a rhizospheric isolate of Bacillus aryabhattai. LWT 2020;123:109093.