วัตถุดิบการเกษตรสู่การผลิตกรดแลกติก
ด้วยกระบวนการหมัก : สารตั้งต้นการผลิตพลาสติกที่ย่อยสลายได้

วิเชียร กิจปรีชาวนิช สุธาสินี ปราณีตรัตนานนท์
โยชิฮิโตะ ชิไร และ บูษบา ยงสมิทธิ์
ภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

      กรดแลกติกและอนุพันธุ์ของกรดแลกติกได้มีการใช้อย่างกว้างขวางทั้งในอุตสาหกรรมอาหาร เภสัชกรรม และอุตสาหกรรมเคมี รวมถึงเป็นสารตั้งต้นสำหรับการผลิตพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ เชื้อรา Rhizopus เป็นจุลินทรีย์ อีกชนิดที่มีศักยภาพสำหรับการผลิตกรดแลกติกเนื่องจากเชื้อราใช้อาหารที่มีองค์ประกอบง่ายทำให้ง่ายต่อการทำให้บริสุทธิ์ และกรดที่ได้อยู่ในรูปแอล-แลกติก ดังนั้นการวิจัยนี้เป็นการศึกษาการผลิตแลกติกจากเชื้อรา Rhizopus จากแป้งมันสำปะหลัง ซึ่งประกอบด้วยการแยกคัดเลือก และปรับปรุงสายพันธุ์ Rhizopus เพื่อได้สายพันธุ์ที่ผลิตกรดแลกติกได้ดีจากแป้งมันสำปะหลัง ตลอดจนการศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตกรดแลกติกและพัฒนากระบวนการหมัก

       เมื่อแยกและคัดเลือกเชื้อ Rhizopus จากตัวอย่างลูกแป้งและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากลูกแป้งที่สามารถผลิตได้ดีกรดแลกติกจากแป้ง พบว่าจากเชื้อรา Rhizopus จำนวน 29 สายพันธุ์ มีเพียง 7 สายพันธุ์ที่ผลิตกรดแลกติกได้ดี และในจำนวนนี้ได้ เลือก Rhizopus . oryzae DMKU 12 ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ผลิตกรดแลกติกได้สูงสุด และกรดที่ผลิตได้ อยู่ในรูปแอลแลกติกมากที่สุด และมีความทนร้อนได้ดี เมื่อปรับปรุงสายพันธุ์โดยคัดเลือกสายพันธุ์กลายของเชื้อรา R. oryzae DMKU 12 ที่ถูกเหนี่ยวนำให้กลายพันธุ์ด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตเพื่อให้ได้สายพันธุที่ผลิตกรดแลกติกได้สูงภายใต้สภาวะในสภาวะเขย่าช้าเพียง 100 รอบต่อนาที จากสายพันธุ์กลายทั้งหมด 123 ไอโซเลทที่มีอัตราการรอดชีวิตอยู่ในช่วงระหว่าง 0.0001-0.07 เปอร์เซ็นต์ พบว่าเชื้อรา R. oryzae KPS 106 เป็นสายพันธุ์กลายที่ผลิตกรดแลกติกได้สูงสุด ซึ่งสอดคล้องกับกิจกรรมจำเพาะของเอนไซม์ lactate dehydrogenase จากส่วนที่สกัดจากเซลล์ของเชื้อสายพันธุ์กลาย R oryzae KPS 106  

                                     Rhizopus oryzae DMKU12    ถังหมัก การเพาะเลี้ยงเชื้อรา

                              
       ความเข้มข้นที่เหมาะสมขององค์ประกอบอาหารต่อการผลิตกรดแลกติกจากแป้งมันสำปะหลังที่ทำให้เหลวด้วยเอนไซม์อัลฟาอไมเลส โดยเชื้อรา R.oryzae DMKU12 และ Roryzae KPS 106 ภายใต้สภาพการเขย่า ต่างกันเล็กน้อย พบว่า การผลิตกรดแลกติกเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสับสเตรตเพิ่มขึ้น เชื้อสายพันธุ์กลายใช้สับสเตรตได้น้อยกว่าสายพันธุ์พ่อแม่ เกลือ แอมโมเนียมชัลเฟตซึ่งเป็นแหล่งไนโตรเจนมีความจำเป็นต่อการผลิตกรดแลกติก พบว่าที่ความเข้มข้น 3.2- กรัมต่อลิตรให้ผลผลิตสูงสุด

       การเติมแคลเซี่ยมคารบอเนต ช่วยให้การผลิตกรดแลกติกเพิ่มขึ้น เนื่องจากแคลเซียมไปช่วยปรับพีเอชของอาหารเลี้ยงเชื้อได้สูงขึ้นพอที่เชื้อสามารถผลิตเอนไซม์กลูโคอไมเลสเพื่อใช้แป้งสำหรับการเจริญ และ ผลิตกรดแลกติกพอแตสเซียมซัลเฟต และซิงค์ซัลเฟตมีผลต่อการผลิตกรดแลกติกอย่างมีนัยสำคัญ ส่วนแมกนิเซียมซัลเฟตไม่มีผลต่อการผลิตกรด เชื้อรา R .oryzae DMKU12 ผลิตกรดแลกติกได้ 95.6 กรัมต่อลิตร ซึ่งเมื่อคิดเป็นค่า Yp/s เท่ากับ 0.66

       และเมื่อเพาะเลี้ยงในอาหารที่ประกอบด้วยแป้งมันสำปะหลังที่ผ่านการย่อยด้วยเอนไซม์แอลฟาอะไมเลส 150 กรัมต่อลิตร แอมโมเนียมซัลเฟต 3.2 กรัมต่อลิตร แมกนิเซียมซัลเฟต 0.75 กรัมต่อลิตรโปตัสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต 0.3 กรัมต่อลิตร และซิงค์ซัลเฟต 0.04 กรัมต่อลิตร และแคลเซียมคาร์บอเนต 50 กรัมต่อลิตร ที่อุณหภูมิ 35 ในสภาพที่เหมาะสมต่อการผลิตกรดแลกติกโดยเชื้อรา R. oryzae DMKU 12 คือ อัตราการกวน 400 รอบต่อนาที อัตราการให้อากาศ 1.30 ปริมาตรอากาศต่อปริมาตรอาหารต่อนาที และอุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส ขณะที่ R oryzae KPS 106 ผลิตกรดแลกติกได้สูงสุดท่ากับ ในอาหารชนิดเดียวกัน ด้วยอัตราการกวนที่เท่ากันแต่อัตราการให้อากาศน้อยกว่า เพียง 1.0 ปริมาตรอากาศต่อปริมาตรอาหารต่อนาที

       เชื้อรา R. oryzae KPS 106 ที่ถูกตรึงด้วยแคลเซียมอัลจิเนทในถังหมักแบบ jar fermentor สามารถผลิตกรดแลกติกได้สูงที่สุดคือ 95.9 กรัมต่อลิตร ซึ่งคิดเป็นค่า Yp/s เท่ากับ 0.75 เมื่อเพาะเลี้ยงเป็นเวลา 72 ชั่วโมง ในสภาวะอัตราการกวน 100 รอบต่อนาที อัตราการให้อากาศ 1.0 ปริมาตรอากาศต่อปริมาตรอาหารต่อนาที อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส และควบคุมพีเอชตลอดการหมักให้มีค่าเท่ากับ 7 กรดแลกติกที่ผลิตได้เป็นกรดแอล(+)-แลกติกประมาณ 99.6 เปอร์เซ็นต์