เอกสารประกอบการสอนportal5.udru.ac.th/ebook/pdf/upload/17FFcDL1Y5h69LI55FjO.pdfแผนบร หารการสอนประจ าบทท

เอกสารประกอบการสอน

รายวชา BT02301 เทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม

(Industrial Biotechnology)

ปรญญพนธ เพชรจรส

วท.ม. เทคโนโลยชวภาพ

สาขาวชาเทคโนโลยชวภาพ

คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏอดรธาน

๒๕๕๗

ค ำน ำ

เอกสารประกอบการสอนรายวชา BT02301 เทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรมเปนรายวชา เอกบงคบ ส าหรบนกศกษาหลกสตรวทยาศาสตรบณฑต สาขาวชาเทคโนโลยชวภาพ หลกสตร พ.ศ. ๒๕๕๕ ซงผเขยนมงหวงใหนกศกษาสาขาวชาเทคโลยชวภาพ คณะเทคโนโลย มหาวทยาลย ราชภฏอดรธาน ไดมเอกสารทมเนอหาตามรายละเอยดในค าอธบายรายวชา

เอกสารประกอบการสอนเลมน ไดเรยบเรยงขนจากการศกษาคนควาจากเอกสาร ต ารา งานวจย และสออเลกทรอนกสท งภายในและตางประเทศ ภายในเลมประกอบดวยเนอหาทงหมด ๙ บท โดยเนอหาในแตละบทจะมแผนบรหารการสอนประจ าบท ภาพประกอบ และค าถามทายบท เพอทบทวนและชวยใหนกศกษามความเขาใจในเนอหามากยงขน ผเขยนขอขอบคณบดามารดา และอาจารยวศรต เพชรจรส ส าหรบการสนบสนนและก าลงใจ ความดงามของเอกสารประกอบการสอนเลมน ผเขยนขอมอบใหผเรยบเรยงเอกสาร ต ารา และงานวจยดงทไดอางองไวในบรรณานกรม อยางไรกตาม หากเอกสารประกอบการสอนเลมนมความผดพลาดประการใด ผเขยนขอนอมรบและขออภยมา ณ ทน

ปรญญพนธ เพชรจรส

ตลาคม ๒๕๕๗

iii

สารบญ

หนา

ค าน า i

สารบญ iii

สารบญรป vii

สารบญตาราง xi

รายละเอยดของรายวชา 1

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 1 11

บทท 1 ความรเบองตนเกยวกบเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม

1. ความหมายของเทคโนโลยชวภาพ

2. ความหมายและขอบเขตของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

3. ประวตและพฒนาการของเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม

4. ผลตภณฑจากจลนทรยทมความส าคญทางอตสาหกรรม

5. การผลตเชอเพลงโดยจลนทรย

6. การผลตสารปฏชวนะและวคซน

7. การสรางจลนทรยชนดใหม โดยเทคนคพนธวศวกรรม

8. สรปบทบาทของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

ค าถามทายบท เฉลยค าถามทายบท

เอกสารอางอง

13

15

15

20

26

26

27

29

31

32

35


บทท 2 การคดเลอกและการเกบรกษาสายพนธจลนทรย

1. จดประสงคในการคดเลอกเชอจลนทรย

2. หลกเกณฑในการคดเลอกชนดของจลนทรยเพอใชในอตสาหกรรมการหมก

3. แหลงในการคดเลอกสายพนธจลนทรย

4. วธการคดแยกสายพนธเชอจลนทรย 5. การเกบรกษาสายพนธจลนทรย 6. การเกบรกษาจลนทรยในประเทศไทย



42

42

43

45

51

57

58

59

61

iv

สารบญ (ตอ)

หนา


บทท 3 การผลตเครองดมแอลกอฮอล 1. ชวเคมของการการหมกแอลกอฮอล

2. การผลตเบยร

3. การผลตไวน 4. การผลตสรากลน



65

66

73

77

82

83

85


บทท 4 การผลตกรดอะมโน

1. การคนพบกรดอะมโน

2. การใชประโยชนจากกรดอะมโน

3. วธการผลตกรดอะมโน

4. การผลตกรดอะมโนโดยจลนทรย

5. ปจจยทมผลตอการผลตกรดอะมโนโดยจลนทรย

6. การผลตกรดกลตามก ค าถามทายบท เฉลยค าถามทายบท


89

90

92

93

94

97

102

103

104


บทท 5 การผลตกรดอนทรย

1. การผลตกรดอะซตก

2. การผลตกรดแลคตก

3. การผลตกรดซตรก



107

117

121

127

128

130

v


หนา


บทท 6 การผลตสารปฏชวนะและวตามน

1. การผลตสารปฏชวนะ

2. การผลตวตามน



133

140

150

151

152


บทท 7 การผลตเอนไซม

1. ความหมายและสมบตของเอนไซม

2. แหลงของเอนไซมในอตสาหกรรม

3. ลกษณะของจลนทรยทใชผลตเอนไซมในอตสาหกรรม

4. การผลตเอนไซมจากจลนทรยในอตสาหกรรม

5. ปจจยทมผลตอการผลตเอนไซมโดยจลนทรย

6. การใชประโยชนจากเอนไซมในอตสาหกรรม



155

156

157

158

164

165

168

169

170


บทท 8 การผลตกลาเชอ

1. ความหมายของกลาเชอ 2. การคดเลอกจลนทรยทจะใชเปนกลาเชอ

3. คณสมบตของกลาเชอ

4. ลกแปง

5. กลาเชอแบคทเรยแลคตก



173

174

175

176

179

186

187

189

vi


หนา


บทท 9 การผลตอาหารสตวและปยชวภาพ

1. ความรทวไปเกยวกบการผลตอาหารสตว

2. การใชสารกระตนการเจรญเตบโตในอาหารสตว

3. ตวอยางการใชโพรไบโอตกสในอตสาหกรรมการเลยงสตว

4. การผลตปยชวภาพ



193

196

201

202

210

211

213

บรรณานกรม 215

ภาคผนวก 219

บทปฏบตการท 1 221




vii

ix

สารบญตาราง

ตารางท หนา 1.1 การใชประโยชนจากผลตภณฑทสรางโดยจลนทรย 20

4.1 การใชประโยชนจากกรดอะมโน 91

4.2 ตวอยางจลนทรยทใชผลตกรดอะมโนทางการคา 95

5.1 สารอาหารทจ าเปนส าหรบกระบวนการหมกกรดอะซตก 113

5.2 เกรดของกรดแลคตกและการน าไปใชประโยชน 118

5.3 วตถดบทใชเปนแหลงคารบอนส าหรบการผลตกรดซตรก 122

5.4 สภาวะทเหมาะสมในการเพาะเลยงเซลลจลนทรยใหเหมาะสมตอการผลต กรดซตรกในระดบอตสาหกรรม

126

6.1 วตามนทจ าเปนส าหรบมนษย 140

6.2 สตรอาหารส าหรบการผลตวตามนบ 12 ดวย Pseudomonas denitrificans 145

7.1 ชนดของจลนทรยทผลตเอนไซมทใชในอตสาหกรรม 157

7.2 ตวอยางการใชประโยชนของเอนไซมจากจลนทรย 167

8.1 ทเหมาะสมตอการเจรญของแบคทเรยแลคตก 183

vii

สารบญรป

รปท หนา

1.1 ความเปนสหวทยาการของเทคโนโลยชวภาพ 14

1.2 โครงสรางของกรดซตรก 16

1.3 การยบย งการเจรญของแบคทเรยโดยเชอรา Penicillium sp. 17

1.4 ภาพจ าลองลกษณะถงหมก (fermenter) ทใชในการผลตยาปฏชวนะ 18

1.5 จลนทรยทใชเปนเชอตงตน (Starter) ในการหมกโยเกรต 21

1.6 ลกษณะของเนยแขงชนดตางๆ 22

1.7 ลกษณะของเซลลยสต Saccharomyces cerevisiae ทใชในการท าขนมปง และสราชนดตางๆ

23

1.8 ขนตอนการเพาะเลยงสาหรายเกลยวทอง 24

1.9 ขนตอนการการตดตอจนเพอผลตอนซลนจากมนษยใหแกแบคทเรย 28

2.1 การทดสอบความสามารถในการผลตเอนไซมอะไมเลส 46

2.2 ขนตอนการคดแยกแบคทเรยทผลตเอนไซมโดยใชอาหารแขง 47

2.3 แผนภาพแสดงวธการแยกเชอทสามารถผลตสารปฏชวนะได 48

2.4 แผนภาพแสดงวธการแยกเชอทสามารถผลตกรดอะมโนได 50

2.5 แสดงขนตอนการเกบรกษาเชอโดยวธเกบรกษาจลนทรยในหลอดอาหาร 52

2.6 แสดงขนตอนการเกบรกษาเชอโดยวธการท าแหงแบบเยอกแขง (Freeze-drying) 56

3.1 แผนภาพแสดงกระบวนการทางชวเคมของยสตในการหมกเอทานอล 66

3.2 ลกษณะของดอกฮอปและฮอปอดเมด 67

3.3 ลกษณะของ Saccharomyces cerevisiae และ Saccharomyces uvarum 68

3.4 แผนภาพขนตอนการผลตเบยรของบรษทบญรอดบรวเวอร จ ากด 71

3.5 ตวอยางของ Ale beer และ Lager beer ทมจ าหนาย 72

3.6 ลกษณะของไวนยสตทมจ าหนายในทองตลาด 73

3.7 แผนภาพขนตอนการผลตไวนในอตสาหกรรม 75

3.8 ลกษณะของถงบมไวนทท าจากไมโอค 76

3.9 แผนภาพสรปขนตอนการผลตไวนขาวและไวนแดง 77

3.10 ลกแปงหรอกอนแปงทใชเปนหวเชอในการผลตสรากลน 78

3.11 ขนตอนการผลตมอลตวสกในโรงงานสรา 80

3.12 เครองกลนวสกแบบหมอตม (Pot still) 81

viii

สารบญรป (ตอ)

หนา

4.1 การใชเอนไซมในการผลต L-amino acid จาก DL-amino acid 92

4.2 กลไกการผลตกรดอะมโนภายในเซลล Corynebacterium glutamicum 93

4.3 วถการสงเคราะหกรดอะมโนชนดตางๆ ของ Brevibacterium flavum 97

4.4 ลกษณะของเซลล Corynebacterium glutamicum ภายใตกลองจลทรรศนอเลคตรอน

98

4.5 กระบวนการชวสงเคราะหของกรดกลตามกจากกลโคส 99

4.6 ปฏกรยา Reductive amination ของ α-ketoglutarate 99

4.7 การเปลยน α-ketoglutarate ไปเปนกรดกลตามก 100

5.1 การเปลยนแปลงทางชวเคมภายในเซลลจลนทรยเพอผลตกรดอะซตก 108

5.2 ลกษณะรปรางของ Acetobacter aceti 112

5.3 ลกษณะของถงหมกแบบ Orleans Process ทใชในการผลตน าสมสายช 114

5.4 ลกษณะของ Trickling Generator ทใชในการผลตน าสมสายช 115

5.5 ลกษณะของ Submerged Fermenter ทใชในการผลตกรดอะซตก 116

5.6 ปฏกรยาทางชวเคมของการเกดกรดแลคตก 121

5.7 วถการสงเคราะหกรดซตรกภายในเซลลจลนทรย 123

5.8 การเปลยนแปลงปรมาณน าตาล จ านวนเซลลจลนทรย และปรมาณกรดซตรก ในระหวางการหมก

124

5.9 การผลตกรดซตรกในระดบอตสาหกรรมโดย Aspergillus niger 125

6.1 ลกษณะของเชอรา Penicillium chrysogenum 134

6.2 กลมยาปฏชวนะเพนซลลนทไดจากธรรมชาต 136

6.3 สตรโครงสรางของเพนซลลนทไดจากกระบวนการกงสงเคราะห 137

6.4 แผนภาพกระบวนการผลตเพนซลลนในระดบอตสาหกรรม 138

6.5 แผนภาพขนตอนการเกบเกยวและท าใหเพนนซลลนบรสทธ 139

6.6 สตรโครงสรางของวตามนบ 12 (Cyanocobalomin) 142

6.7 รปแบบของผลตภณฑวตามนบ 12 ทมจ าหนาย 143

6.8 ลกษณะเซลลของ Pseudomonas denitrificans ทใชผลตวตามนบ 12 ในระดบอตสาหกรรม

144

6.9 ขนตอนการผลตวตามนบ 12 โดย Ps. denitrificans ในระดบโรงงานตนแบบ 146

ix

สารบาญรป (ตอ)

หนา

7.1 ขนตอนการผลตเอนไซมในอตสาหกรรมโดยกระบวนการผลต

แบบใชอาหารเหลว

158

7.2 ไดอะแกรมของถงหมกทใชในการผลตเอนไซมโดยใชอาหารเหลว 159

7.3 แผนภาพกระบวนการผลตเอนไซมแบบอาหารเหลว 159

7.4 ถงหมกทใชในการผลตเอนไซมโดยใชอาหารแขง 160

7.5 แผนภาพกระบวนการผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขง 161

7.6 ขนตอนการท าใหเอนไซมบรสทธในระดบอตสาหกรรม 163

8.1 ตวอยางของกลาเชอจลนทรยแบบดงเดม 174

8.2 ลกษณะของลกแปงจนทใชท าไวนขาว 176

8.3 ลกษณะโคโลนของเชอรา Amylomeces rouxii และ Rhizopus oryzae ทพบในลกแปง

177

9.1 แนวโนมความตองการอาหารสตวของไทย ระหวาง พ.ศ. 2547 – 2555 195

9.2 แสดงกลไกการท างานของโพรไบโอตกสในล าไสสตว 198

9.3 รปแบบของโพรไบโอตกสทใชในอาหารสตว 201

9.4 การสรางปมของแบคทเรยสกลไรโซเบยมกบพชตระกลถว 203

9.5 การตรงไนโตรเจนและการเขาสรากพชของแบคทเรยตรงไนโตรเจน 203

9.6 แสดงการแบงประเภทของปยชวภาพ 206

รายละเอยดของรายวชา

ชอสถาบนอดมศกษา มหาวทยาลยราชภฏอดรธาน

วทยาลย/คณะ/ภาควชา คณะเทคโนโลย สาขาวชาเทคโนโลยชวภาพ

หมวดท 1 ขอมลทวไป

1 รหสและชอรายวชา

BT02301 เทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม (Industrial Biotechnology)

2 จ านวนหนวยกต

3(2-2-5)

3 หลกสตรและประเภทของรายวชา

วทยาศาสตรบณฑต สาขาวชาเทคโนโลยชวภาพ หมวดวชาเอกบงคบ

4 อาจารยผรบผดชอบรายวชา

อ.ปรญญพนธ เพชรจรส

5 ภาคการศกษา / ชนปทเรยน

ภาคการศกษาท 1 ชนป 3

6 รายวชาทตองเรยนมากอน (Pre-requisite) (ถาม) ไมม

7 รายวชาทตองเรยนพรอมกน (Co-requisite) (ถาม) ไมม

8 สถานทเรยน

คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏอดรธาน

9 วนทจดท าหรอปรบปรงรายละเอยดของรายวชาครงลาสด

20 ตลาคม พ.ศ. 2556

2

หมวดท 2 จดมงหมายและวตถประสงค

1 จดมงหมายของรายวชา

เพอใหมความรความเขาใจเกยวกบบทบาทของเทคโนโลยชวภาพในกระบวนการทางอตสาหกรรม การใชเทคโนโลย ชวภาพในอตสาหกรรมเครองดมแอลกอฮอล กรดอะมโน กรดอนทรย สารปฏชวนะ เอนไซม กลาเชอ อาหารสตว ปยชวภาพและวตามน

2 วตถประสงคในการพฒนา/ปรบปรงรายวชา

1. มความรความเขาใจในหลกและวธการใชจลนทรยและกระบวนการทางเทคโนโลยชวภาพในการสรางผลตภณฑตางๆ ในระดบอตสาหกรรม

2. สามารถคดเลอกและเกบรกษาสายพนธจลนทรยทสรางผลตภณฑทตองการไดในหองปฏบตการ 3. มทกษะในการน าจลนทรยมาสรางผลตภณฑบางชนดและวเคราะหคณสมบตบางประการของ

ผลตภณฑนนได ในระดบหองปฏบตการ

4. ตระหนกถงอนตรายของการใชจลนทรยและกระบวนการทางเทคโนโลยชวภาพในการสรางผลตภณฑทอาจมผลกระทบตอมนษยและสงแวดลอม

5. มความรบผดชอบตอหนาทและงานทไดรบมอบหมาย

หมวดท 3 สวนประกอบของรายวชา

1 ค าอธบายรายวชา การศกษาบทบาทของเทคโนโลยชวภาพในกระบวนการทางอตสาหกรรม การใชเทคโนโลย ชวภาพ

ในอตสาหกรรมเครองดมแอลกอฮอล กรดอะมโน กรดอนทรย สารปฏชวนะ เอนไซม กลาเชอ อาหารสตว ปยชวภาพและวตามน

2 จ านวนชวโมงทใช/ภาคการศกษา

บรรยาย

64 ชวโมง

สอนเสรม

ไมม

การฝกปฏบต/งานภาคสนาม/การฝกงาน

ไมม

การศกษาดวยตนเอง

80 ชม. 3 จ านวนชวโมงตอสปดาหทอาจารยจะใหค าปรกษาและแนะน าทางวชาการแกนกศกษาเปนรายบคล

1-2 ชวโมงตอสปดาหขนอยกบอาจารย และนกศกษาทวางตรงกนเปนรายบคคลหรอกลม (เฉพาะรายทตองการ)

3

หมวดท 4 การพฒนาผลการเรยนรของนกศกษา

1 คณธรรม จรยธรรม

1.1 คณธรรม จรยธรรมทตองพฒนา

1. ตระหนกในคณคาและคณธรรม จรยธรรม เสยสละและซอสตยสจรต

2. มวนย ตรงตอเวลา และความรบผดชอบตอตนเองและสงคม เคารพกฎระเบยบและขอบงคบ

3. เคารพสทธและรบฟงความคดเหน บทบาท และหนาทของเพอนในชนเรยน ทงในกลม และนอกกลม

4. มจรรยาบรรณทางวชาการและวชาชพ

1.2 วธการสอนทจะใชพฒนาการเรยนร

1. บรรยายพรอมยกตวอยางผลตภณฑทเกยวของกบเทคโนโลยชวภาพ

2. บรรยายกระบวนการผลตผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ ในระดบอตสาหกรรม

3. นกศกษาคนควากระบวนการผลตผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ และน าเสนอในชนเรยน

4. สอดแทรกเรองคณธรรม จรยธรรมในการเรยนการสอน

5. สอดแทรกกจกรรมและด าเนนการใหมการเรยนรดานคณธรรม จรยธรรม โดยผานสอทางดานตางๆ

6. อาจารยปฏบตตนเปนตวอยาง ใหความส าคญตอจรรยาบรรณวชาชพ การมวนยเรองเวลา การเปดโอกาสใหนกศกษาแสดงความคดเหนและรบฟงความคดเหนของนกศกษา การเคารพและใหเกยรตแกอาจารยสอดแทรกเรองคณธรรม จรยธรรมในการเรยนการสอน

1.3 วธการประเมนผล

1. ตรวจสอบการมวนยตอการเรยน การตรงตอเวลาในการเขาเรยน และสงงานทไดรบมอบหมายตามขอบเขตทใหและตรงเวลา

2. ประเมนผลการเรยนการสอนโดยการกลางภาคและปลายภาค

3. ใหนกศกษาน าเสนอกระบวนการผลตผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ 2 ความร

2.1 ความรทจะไดรบ 1. มความรความเขาใจในหลกและวธการใชจลนทรยและกระบวนการทางเทคโนโลยชวภาพ

ในการสรางผลตภณฑตางๆ ในระดบอตสาหกรรม

2. สามารถคดเลอกและเกบรกษาสายพนธจลนทรยทสรางผลตภณฑทตองการไดในหองปฏบตการ

3. มทกษะในการน าจลนทรยมาสรางผลตภณฑบางชนดและวเคราะหคณสมบตบางประการของผลตภณฑนนได ในระดบหองปฏบตการ

4

4. ตระหนกถงอนตรายของการใชจลนทรยและกระบวนการทางเทคโนโลยชวภาพในการสรางผลตภณฑทอาจมผลกระทบตอมนษยและสงแวดลอม

2.2 วธการสอน

1. บรรยายเนอหารายวชาโดยใชสอการสอน เปน power point เอกสารแปล และ text books

2. แสดงตวอยางผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ ในระดบอตสาหกรรม

3. การซกถามทบทวนเนอหาเดมกอนเรยนหวขอใหม 4. มอบหมายงานใหคนควากระบวนการผลตผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ และน าเสนอตอ

ชนเรยน 5. การท าปฏบตการทเกยวของกบเนอหาวชา

6. การท าใบงานทเกยวของกบเนอหาวชา


1. การเขาเรยนตรงตอเวลา และการสงงานตรงเวลา ตามก าหนด 2. คนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ และน าเสนอภายในชนเรยน

3. การเขยนรายงานปฏบตการ

4. สอบกลางภาค ดวยขอสอบ 5. สอบปลายภาค ดวยขอสอบ

3 ทกษะทางปญญา

3.1 ทกษะทางปญญาทตองพฒนา

1. สามารถบรณาการความรมาใชในการผลตและเพมมลคาทางการเกษตรและอตสาหกรรม การรกษาสงแวดลอมและการบรการไดอยางเหมาะสม

2. สามารถใชความร ความเขาใจพนฐานในการผลตผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ 3.2 วธการสอน

1. การบรรยายโดยใชสอการสอนโดยมเอกสารประกอบการสอนท power point เปนเอกสารแปล และ text books

2. การซกถามทบทวนเนอหาเดมกอนเรยนหวขอใหมทกครง 3. ใหนกศกษาท าการคนควาและน าเสนอตอหนาชนเรยน

3.3 วธการประเมนผลทกษะทางปญญาของนกศกษา

1. การเขาเรยนตรงตอเวลา และการสงงานตรงเวลา ตามก าหนด 2. การน าเสนอการคนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ ตามกลม

3. สอบกลางภาค ดวยขอสอบ 4. สอบปลายภาค ดวยขอสอบ

5

4 ทกษะความสมพนธระหวางบคคลและความรบผดชอบ

4.1 ทกษะความสมพนธระหวางบคคลและความสามารถในการรบผดชอบ

1. พฒนาทกษะในการสรางสมพนธภาพระหวางผเรยนดวยกน

2. พฒนาการเรยนรดวยตนเอง และมความรบผดชอบในงานทมอบหมายใหครบถวนตามก าหนดเวลา


1. การบรรยายโดยใชสอการสอนโดยมเอกสารประกอบการสอนท power point เปนเอกสารแปล และ text books

2. การคนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพเปนกลม และน าเสนอตอหนาชนเรยน

3. การสาธตการท าปฏบตการและการสงเกตผเรยนในขณะท าปฏบตการ

4.3 วธการประเมน

1. ประเมนการมสวนรวมในชนเรยน

2. ประเมนความรบผดชอบการน าเสนอในชนเรยน พรอมทงการสงงานทไดรบมอบหมาย ตามเวลา

3. ประเมนการมสวนรวมในการท าปฏบตการ

5 ทกษะการวเคราะหเชงตวเลข การสอสาร และการใชเทคโนโลยสารสนเทศ

5.1 ทกษะการวเคราะหเชงตวเลข การสอสาร และการใชเทคโนโลยสารสนเทศทตองพฒนา

1. มความสามารถในการอาน การคนควา การน าเสนอผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ 2. สามารถใชภาษาในการสอสารอยางถกตองตามมาตรฐาน และเหมาะสมกบโอกาสและวาระ

3. สามารถค านวณผลการทดลองในการท าปฏบตการแตละครง


1. ใหนกศกษาคนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ และน าเสนอตอหนาชนเรยน

2. ผสอนอธบายและใหนกศกษาค านวณผลการทดลอง และน าเสนอในรายงานปฏบตการ

3. อภปรายและซกถาม เกยวกบผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพในระดบอตสาหกรรม


1. ประเมนจากการน าเสนอการคนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ 2. ประเมนจากรายงานปฏบตการ

6

หมวดท 5 แผนการสอนและการประเมนผล

1 แผนการสอน

สปดาหท

หวขอ/รายละเอยด จ านวนบรรยาย (ชม.)

จ านวนปฏบต (ชม.)

กจกรรมการเรยน

การสอนและสอทใช

ผสอน

1 บทน า : บทบาทของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม


2-3 การคดเ ลอกและเกบรกษาสายพนธจลนทรยในอตสาหกรรม

4 6 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม ปฏบตการ เรอง การคดเลอกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสได


4-5 ก า ร ผ ล ต เ ค ร อ ง ด มแอลกอฮอล

4 6 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบและใชสอประสม ปฏบตการ เรอง การผลตไวน


6-7 การผลตกรดอะมโน 4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม


8 น าเสนอการคนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ ครงท 1

4 น าเสนอและอภปราย อ.ปรญญพนธ เพชรจรส

7

9 สอบกลางภาค 2

9-10 การผลตกรดอนทรย 4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม


10-11 การผลตสารปฏชวนะและวตามน

4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม


12-13 การผลตเอนไซม 4 4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม ท าแบบฝกหดและทดสอบยอย

ปฏบตการ เรอง การผลตเอนไซมอะไมเลส


14 การผลตกลาเชอ 4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบและใชสอประสม ท าแบบฝกหดและทดสอบยอย


15 การผลตอาหารสตวและปยชวภาพ

4 บรรยาย การเขยนกระดาน ยกตวอยางประกอบ และใชสอประสม ท าแบบฝกหด


16 น าเสนอการคนควาผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ ครงท 2

6 อ.ปรญญพนธ เพชรจรส

รวม 64

8

2 แผนการประเมนผลการเรยนร

ผลการเรยนร*

กจกรรมการประเมน (เชน รายงานและภาพถายวดโอ

ทน าเสนอ การสอบปลายภาค)

ก าหนดการประเมน

(สปดาหท)

สดสวนของ

การประเมนผล

2.3, 3.3 สอบกลางภาค 9 30%

2.3, 3.3 สอบปลายภาค 16 30%

1.3, 2.3,

3.3, 4.3

การเขาชนเรยน การมสวนรวม อภปราย เสนอความคดเหนในชนเรยน

ตลอดภาคการศกษา

10%

5.3, 2.3, 3.3 น าเสนอการคนควาของนกศกษาตอหนาชนเรยน

8 และ 16

30%

* ระบผลการเรยนรหวขอยอยตามแผนทแสดงการกระจายความรบผดชอบตอผลการเรยนร

หมวดท 6 ทรพยากรประกอบการเรยนการสอน

1 ต าราและเอกสารหลกทก าหนด

ก าเนด สภณวงศ. (2532). จลชววทยาอตสาหกรรม. เชยงใหม: ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม.

ดวงพร คนธโชต. (2530). จลชววทยาอตสาหกรรม: ผลตภณฑจากจลนทรย. กรงเทพฯ: โอ. เอส. พรนตงเฮาส.

ดษณ ธนะบรพฒน. (2538). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ภาควชาชววทยาประยกต คณะวทยาศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง.

นภา โลหทอง. (2535). กลาเชออาหารหมกและเทคโนโลยการผลต. พมพครงท 2. กรงเทพฯ: ฟนน พบบลชชง.

บษบา ยงสมทธ. (2542). จลชววทยาของการหมกวตามนและสารส. พมพครงท 2. กรงเทพฯ: ส านกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

ลดดาวลย รศมทต. (2536). จลชววทยาอตสาหกรรม: จลนทรยกบอตสาหกรรมอาหาร. ชลบร: ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา.

สมบรณ ธนาศภวฒน. (2539). เทคนคการเกบรกษาจลนทรย. กรงเทพฯ: ส านกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย.

สมใจ ศรโภค. (2540). เทคโนโลยการหมก. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. สมใจ ศรโภค. (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ.

9

สาโรจน ศรศนสนยกล. (2547). เทคโนโลยชวภาพอาหาร การหมกและสงแวดลอม. กรงเทพฯ: ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะอตสาหกรรมเกษตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

สาวตร ลมทอง. 2539. ยสตและยสตเทคโนโลย. ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

สรนดา ยนฉลาด. (2546). เทคโนโลยชวภาพพนฐาน เลมท 1. ขอนแกน: ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยขอนแกน.

ส านกวจยพฒนาปจจยการผลตทางการเกษตร. (2555). ปยชวภาพและผลตภณฑปยชวภาพ. สบคนเมอ 2 กมภาพนธ 2556, จาก http://www.doa.go.th/apsrdo/index.php?option=com_

content&view=article&id=64:2010-02-19-01-57-12&catid=48:2010-02-19-01-20-26

อรพน ภมภมร. 2526. จลนทรยในเครองดมประเภทแอลกอฮอลและอาหารหมกพนเมอง. กรงเทพฯ: ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะอตสาหกรรมเกษตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and

Applications. Judhpur: Agrobios (India).

Alcomo, I. E. (1991). Fundamentals of Microbiology. 3rd. ed. Redwood City: The Benjamin/

Cummings Publishing Company, Inc.

Kandel, J. and L. McKane. (1986). Microbiology Essentials and Applications. New York:

McGraw-Hill.

Madigan, M. T., J. M. Martinko and J. Parker. (1997). Brock Biology of Microorganisms. 8th.

ed. New Jersey: Prentice-Hall Inc.

Phetcharat, P. and M. Wasuntrawat. 2013. Screening of Thermotolerant Yeast from Thai

Traditional Starters for Ethanol Production. Proceeding -Science and Engineering : 67 – 73.

Phetcharat, P. and A. Duangpaeng. 2012. Screening of Endophytic Bacteria from Organic

Rice Tissue for Indole Acetic Acid Production. Procedia Engineering : 177 - 183.

Ratledge, C. and B. Kristiansen. (2006). Basic Biotechnology. 3rd

ed. Cambridge : Cambridge

University Press.

2 เอกสารและขอมลส าคญ

ไมม

3 เอกสารและขอมลแนะน า

ไมม

http://www.doa.go.th/apsrdo/index.php?option=com_%20content&view=article&id=64:2010-02-19-01-57-12&catid=48:2010-02-19-01-20-26


10

หมวดท 7 การประเมนรายวชาและกระบวนการปรบปรง

1 กลยทธการประเมนประสทธผลโดยนกศกษา

1. การสนทนากลมระหวางผสอนและผเรยน

2. การสะทอนคด จากพฤตกรรมของผเรยน

3. แบบประเมนผสอน และแบบประเมนรายวชา

2 กลยทธการประเมนการสอน

1. การสงเกตพฤตกรรมของผเรยน

2. ผลการสอบ

3. การทวนสอบผลประเมนการเรยนร

3 การปรบปรงการสอน

1. สมมนาการจดการเรยนการสอน

4 การทวนสอบมาตรฐานผลสมฤทธรายวชาของนกศกษา

1. มการตงคณะกรรมการในสาขาวชา ตรวจสอบผลการประเมนการเรยนรของนกศกษา โดยตรวจสอบขอสอบ รายงาน วธการใหคะแนนสอบ และการใหคะแนนพฤตกรรม

5 การด าเนนการทบทวนและวางแผนการปรบปรงประสทธผลของรายวชา ปรบปรงรายวชาทกป ตามขอเสนอแนะและผลการทวนสอบมาตรฐานผลสมฤทธตามขอ 4

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 1

ความรเบองตนเกยวกบเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม 4 ชวโมง

หวขอเนอหา



2.1 ความหมายของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

2.2 ขอบเขตของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม



4.1 การผลตอาหารและเครองดม

4.1.1 ผลตภณฑนมหมก 4.1.2 ผลตภณฑอนทท าจากนม

4.1.3 ขนมปง

4.1.4 เครองดมทมแอลกอฮอล

4.1.5 น าสมสายชหมก

4.1.6 ผลตภณฑอาหารจากจลนทรย

4.2 การผลตผลตภณฑทางอตสาหกรรม

4.2.1 การผลตกรดแลคตก

4.2.2 การผลตกรดซตรก 4.2.3 การผลตกรดอะมโน

4.2.4 การผลตเอนไซม


6. ผลตสารปฏชวนะและวคซน



ค าถามทายบท เอกสารอางอง

12

วตถประสงคเชงพฤตกรรม

หลงจากเรยนบทนจบแลวผเรยนควรมความสามารถดงตอไปน

1. อธบายความหมายและขอบเขตเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรมได

2. เปรยบเทยบความแตกตางระหวางเทคโนโลยชวภาพดงเดมกบเทคโนโลยชวภาพสมยใหมได

3. สรปพฒนาการของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรมได

4. เขยนแผนภาพแสดงความสมพนธของเชอจลนทรยกบผลตภณฑทางอตสาหกรรมชนดตางๆ ทเชอสรางขนได

5. ตดสนถงความเหมาะสมในการใชจลนทรยธรรมชาตกบจลนทรยทปรบปรงสายพนธโดยวธทางพนธวศวกรรมเพอสรางผลตภณฑทางอตสาหกรรมได

วธการสอนและกจกรรมการเรยนการสอน

1. อธบายค าอธบายรายวชา เนอหา กฎระเบยบตางๆ รวมทงเกณฑใหคะแนน และการประเมนผล

2. น าเขาสบทเรยนโดยการบรรยายเนอหา และสอบนคอมพวเตอรดวยโปรแกรมเพาเวอรพอยต

3. ระหวางการบรรยาย มการน าเสนอตวอยาง เปดโอกาสใหผเรยนซกถาม อภปรายและสรปเนอหารวมกบอาจารย และเพอนในชนเรยน

4. ทบทวนเนอหาโดยการท าค าถามทายบท

สอการเรยนการสอน

1. รายละเอยดของรายวชา (มคอ. 3)

2. เอกสารประกอบการสอนวชาเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม

3. คอมพวเตอร และโปรแกรมเพาเวอรพอยต

การวดผล

1. การมสวนรวมในกจกรรมการเรยนการสอน

2. การตอบค าถามทายบท


1. ความสนใจ และกระตอรอรน ของการเขารวมกจกรรมและการตอบค าถาม

2. ความถกตองของการตอบค าถามทายบท ไมนอยกวา 80%

13

บทท 1

ความรเบองตนเกยวกบเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

บทน า

มนษยรจกน าความรทางเทคโนโลยชวภาพมาใชประโยชนเปนเวลานานมาแลว โดยเปนการถายทอดความรหรอภมปญญาของชมชนหรอทองถนจากรนหนงไปสอกรนหนง เชน ความรในการผลตเครองดมแอลกอฮอล การท าขนมปง การท าน าปลา ซอว ผลตภณฑอาหารหมก ผลตภณฑนมเปรยว โยเกรต เนยแขง เปนตน ความรเหลานจดเปนเทคโนโลยชวภาพสมยเกาทอาศยกระบวนการหมกแบบดงเดม แตในปจจบนน เมอกลาวถงเทคโนโลยชวภาพมกจะหมายถง เทคโนโลยสมยใหมทมวทยาศาสตรหลากหลายสาขาวชาเปนพนฐาน และน าความรเหลานนมาประยกตใชประโยชนจากสงมชวต ไมวาจะเปนจลนทรย พชและสตว หรอแมแตผลตภณฑจากสงมชวตเหลาน เชน เอนไซม หรอโปรตนชนดตางๆ กลวนแลวแตถกน ามาใชใหเกดประโยชนกบมนษย เชน ใชในการผลตอาหาร เครองดม ยารกษาโรค ตลอดจนการวนจฉยหรอพยากรณโรคตางๆ ทจะเกดกบมนษยได


เทคโนโลยชวภาพ (Biotechnology) คอ การศกษาและน าความรทางชววทยา จลชววทยา เคม ชวเคม เกษตรศาสตร วศวกรรมศาสตร และพนธศาสตรโมเลกลทเกยวกบสงมชวตตางๆ เชน จลนทรย พชและสตวมาใชประโยชน หรอกลาวไดวา เทคโนโลยชวภาพ คอ การน าความรเกยวกบสงมชวต หรอระบบของสงมชวตมาใชใหเกดประโยชน ในการสรางหรอดดแปลงผลตภณฑ โดยอาศยกระบวนการและเทคโนโลยทางวทยาศาสตร เพอเปลยนแปลงวตถดบใหเปนผลตภณฑ ทเราตองการ ซงอาจรวมไปถงการจดการ การใชหรอเปลยนแปลงโมเลกลของดเอนเอดวย (นทรยา อนตาพรหม ,

2547) เทคโนโลยชวภาพมพฒนาการทแบงออกไดเปน 2 ชวงใหญๆ คอ เทคโนโลยชวภาพแบบ

ด งเดม ซงเปนเทคโนโลยเกาแกทใชกนมาพรอมกบประวตศาสตรของมนษยชาตกคอเทคโนโลย การหมก (Fermentation Technology) และเทคโนโลยชวภาพสมยใหม คอ วทยาการตดแตงพนธกรรม (Recombinant DNA Technology) หรอพนธวศวกรรม (Genetic Engineering) ทงน เทคโนโลยชวภาพแบบดงเดม พฒนามาจากการใชจลนทรยเพอเปนตวกลางในการสรางผลตภณฑชวภาพชนดตางๆ หรอมพฒนาการมาจากจลชววทยาอตสาหกรรม (Industrial Microbiology) ซงอาศยการท างานของจลนทรยในการหมกเพอสรางผลตภณฑชวภาพมาจ าหนายในระดบอตสาหกรรม โดยอาศยความรดาน จลชววทยา รวมกบความรดานชวเคม และวศวกรรมเคมชวภาพเปนส าคญ ในขณะทเทคโนโลยชวภาพสมยใหม คอ การใชกระบวนการทางพนธศาสตรเปนเครองมอในการปรบปรงลกษณะทางพนธกรรม

14

ของสงมชวตใหมประโยชนตามทตองการ เพอใชในการผลตอาหาร ยา หรอผลตภณฑอนๆ ซงการปรบปรงลกษณะทางพนธกรรมน น อาจท าไดโดยวธการเพมเขาไป หรอการเอาออกมา ของหนวยพนธกรรม (DNA หรอ genes) ทเลอกแลว เพอใหเกดลกษณะตามตองการ เปนการเลอกหนวยพนธกรรมทเฉพาะเจาะจง จงมความแมนย ากวาวธปรบปรงพนธตามปกต และเปนการเพมทางเลอกในการพฒนาการผลตพช หรอสตว และผลตภณฑจากสงมชวตทกชนด

รปท 1.1 ความเปนสหวทยาการของวชาเทคโนโลยชวภาพ

ทมา : http://biotech-educ219.blogspot.com/

หากกลาวถงเทคโนโลยชวภาพในปจจบน จงหมายถงสาขาวชาทรวบรวมเอาความรมา บรณาการในรปแบบของสหวทยาการเชงประยกตทไดวว ฒนาการไปตามความกาวหนาของวทยาศาสตรชวภาพชนสง (รปท 1.1) โดยอาศยความรดานชวเคม จลชววทยา วศวกรรมศาสตร ชววทยาของเซลลและโมเลกล พนธวศวกรรมศาสตร และชวสารสนเทศ เพอการสรางผลตภณฑใหม หรอเพมประสทธภาพการผลตใหเพยงพอและเหมาะสมแกความตองการของมนษยเพอพฒนาเปนเทคโนโลยในระดบอตสาหกรรมทอาศยกลไกและความสามารถในการท างานของตวเรงทางชวภาพ (Biocatalyst) ซงอาจอยในรปของเซลล เ นอเยอ หรอในรปของเอนไซม หรออกนยหนง เทคโนโลยชวภาพอาจหมายถงเทคนคในระดบเชงพาณชยทอาศยตวเรงทางชวภาพเพอการสรางผลตภณฑ และเพอปรบปรงคณสมบตของพชและสตวในทางเศรษฐกจ รวมทงเพอพฒนาจลนทรย ทเหมาะสมตอสภาพแวดลอม ดงนน เทคโนโลยชวภาพสมยใหมจงเปนการรวบรวมกฎเกณฑของศาสตรหลายสาขาวชาดงกลาว เพอประยกตใชไดในอตสาหกรรมประเภทตางๆ เชน การผลตเครองดมแอลกอฮอล สารใหความหวาน กรดอนทรย กรดอะมโน เอนไซม และวตามนตางๆ ทมความส าคญ ทางเศรษฐกจ การผลตยาปฏชวนะ ผลตอนซลน (Insulin) ฮอรโมน (Hormone) อนเทอรฟรอน

15

(Interferon) วคซนปองกนโรค (Vaccines) และแอนตบอด (Monoclnal antibody) ทมความส าคญ ทางการแพทยและเภสชกรรม หรอการพฒนาพนธพชทตานทานโรคและพนธสตวทใหผลผลตสง ซงมความส าคญทางเศรษฐกจ เปนตน (สาโรจน ศรศนสนยกล และ ประวทย วงศคงคาเทพ, 2538)


2.1 ความหมายของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

เทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม (Industrial Biotechnology) เปนศาสตรทมความใกลชดกบจลชววทยาอตสาหกรรม (Industrial Microbiology) เปนการศกษาวธการน าจลนทรยมาใชในการสรางผลตภณฑทมประโยชนในระดบอตสาหกรรม โดยอาศยกระบวนการหมกในการผลต แยก ปรบปรงและประยกตใชจากผลตภณฑทไดจากสงมชวต เชน จลนทรย พชและสตว (Schmidt-Kastner,

1978 อางโดย ดษณ ธนะบรพฒน, 2538)

2.2 ขอบเขตของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม

การใชประโยชนจากจลนทรยเพอสรางผลตภณฑทมมลคาทางอตสาหกรรมไดมพฒนาการทตอเนองเรอยมาตงแตสมยกอนครสตกาล โดยเรมจากการใชจลนทรยเพอสรางผลตภณฑตางๆ ตามทตองการ การคดเลอกสายพนธจลนทรยทมประสทธภาพในการผลตสง การพฒนากระบวนการและเครองมอในการหมก การคดเลอกหรอสรางจลนทรยสายพนธใหมทมความสามารถในการสรางผลตภณฑตางๆ ทมคณคาทางเศรษฐกจ โดยอาศยเทคนคทางพนธวศวกรรม เชน การสรางแบคทเรยทสามารถผลตฮอรโมนอนซลน เปนตน ดงนน การศกษาเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรมจงมขอบเขตตงแตการศกษาชนดและผลตภณฑของจลนทรย การคดเลอกสายพนธจลนทรย การศกษากระบวนการหมกแบบตางๆ การพฒนากระบวนการและเครองมอในการหมก การปรบปรงสายพนธจลนทรยใหมประสทธภาพในการสรางผลตภณฑทตองการ ตลอดจนกระบวนการเกบเกยวและท าใหผลตภณฑบรสทธกอนน าออกจ าหนายในทองตลาด


มนษยรจกใชจลนทรยใหเปนประโยชนในการผลตอาหารและผลตภณฑตางๆ มาตงแตโบราณ ตวอยางเชน แอลกอฮอล นมเปรยว เนยแขง ขนมปง เปนตน โดยอาศยกระบวนการหมกทเกดขนเองตามธรรมชาตจากจลนทรยในอากาศหรอตดมากบวตถดบทใชในการผลต ซงการใชประโยชนจากจลนทรยทางอตสาหกรรมในปจจบน กไดอาศยพนฐานการเรยนรและพฒนามาจากกระบวนการหมกในสมยโบราณนนเอง

การน าจลนทรยมาใชประโยชนมมาตงแตประมาณ 7,000 ปกอนครสตกาล โดยชาวซเมเรยนและบาบโลเนยน น าเอาน าตาลมาหมกเปนเครองดมแอลกอฮอลคอเบยรได และตอมาประมาณ 4,000 ป

16

กอนครสตกาล ชาวอยปตพบวายสตทใชในการผลตเบยรนน สามารถสรางกาซคารบอนไดออกไซดและสามารถน ามาท าขนมปงได

ศตวรรษท 14 ประเทศจนและตะวนออกกลางพบวธการกลนแอลกอฮอลทไดจากกระบวน การหมก และในชวงระยะเวลานยงมการคนพบการหมกผลตภณฑอนๆ ในหลายบรเวณทวโลก เชน นมเปรยว เนยแขง อาหารหมกจ าพวกเนอและผก การเพาะเลยงสาหรายสไปรลนา (Spirulina sp.)

เปนตน

การศกษาการใชประโยชนจากจลนทรยเรมขนอยางจรงจงประมาณศตวรรษท 17 เมอมการประดษฐกลองจลทรรศนไดส าเรจ โดยแอนโทน แวน ลเวนฮค (Antony van Leeuwenhoek)

นกวทยาศาสตรจงเรมมการศกษาถงคณสมบตตางๆ ของจลนทรยทเกยวของกบกระบวนการหมก และสภาวะแวดลอมตางๆ ทเกยวของกบกระบวนการผลตเพมมากขน

กลางศตวรรษท 19 หลยส ปาสเตอร (Louise Pasteur) ไดลมลางทฤษฎ Spontaneous generation

โดยรายงานวา สงมชวตเกดจากสงมชวตและกระบวนการหมกตางๆ เชน น าสมสายช กรดบวทรก กรดแลคตกและแอลกอฮอลเกดจากจลนทรยตางชนดกน และถามเชออนปะปนลงไปกจะท าให การหมกเสยหายได ดงน นเราจงสามารถท าใหเกดกระบวนการหมกทตองการไดโดยการท าลายจลนทรยทมอยในวตถดบดวยความรอน (Pasteurization) แลวท าใหเกดผลตภณฑทตองการไดโดยการใสจลนทรยชนดทจ าเพาะลงไป เพอใหเชอสรางผลตภณฑทมคณคาทางเศรษฐกจตามทตองการ

ปลายศตวรรษท 19 เอดเวรด บชเนอร (Edward Buchner) ไดน าเอาน าทเลยงยสต (Yeast juice)

มากรองเอาเฉพาะสวนน าใส (Filtrate) แลวเตมน าตาลลงไป ปรากฏวาน าตาลสามารถเปลยนเปนแอลกอฮอลได การทดลองนเทากบเปนการคนพบเอนไซมจากยสตทเปลยนน าตาลเปนแอลกอฮอลได ชวงเวลาเดยวกนน เปนระยะทชาวองกฤษผลตยสตอดแขงจ าหนาย ป ค.ศ. 1923 บรษท Pfizer สามารถผลตกรดซตรกโดยใชเชอรา Aspergillus niger ไดส าเรจ ในชวงนนคนสวนใหญเชอวาจลนทรยสามารถผลตสารทมโครงสรางงายๆ ไดเทานน (รปท 1.2)

รปท 1.2 โครงสรางของกรดซตรก

ทมา : http://web.horacemann.org/academics/science/ahom/pages/citacid.htm

17

ป ค.ศ. 1930-1960 Raistrick และคณะ ซงท างานดานการแพทยในกรงลอนดอน พบวา จลนทรยสามารถสรางสารประกอบเชงซอนไดจากอาหารเลยงเชอทมโมเลกลงายๆ ได ในเวลาเดยวกน Alexander Fleming (1928) คนพบวา เชอรา Penicillium sp. ทเจรญบนผวของผลไม สามารถยบย ง การเจรญของแบคทเรยทกอโรคกบมนษยได ถอเปนการคนพบยาปฏชวนะเปนครงแรก ซงตอมาในป ค.ศ.1940 Florey, Heatly และ Chain สามารถสกดสารนนออกมาได และเรยกวา “เพนซลลน (Penicillin)”

รปท 1.3 การยบย งการเจรญของแบคทเรยโดยเชอรา Penicillium sp.

ทมา: http://botit.botany.wisc.edu/toms_fungi/nov2003.html

ชวงสงครามโลกครงท 2 มความตองการยาปฏชวนะเปนจ านวนมาก จงตองท าการผลต ยาปฏชวนะในระดบอตสาหกรรมขนาดใหญ (Large scale production) โดยเปลยนจากการเพาะเลยง เชอราบนอาหารแขงมาเพาะเลยงในอาหารเหลวทบรรจในถงหมก (Fermenter) ดงแสดงในรปท 1.4 โดยภายในถงหมกจะมการใหอากาศและการกวน เพอใหเชอราและอาหารสามารถคลกเคลากน ไดทวถง และเชอราไดรบอาหารและอากาศอยางสม าเสมอ ดงนน จงตองอาศยวศวกรเคมมาชวยในการออกแบบถงหมกใหมประสทธภาพสงและชวยแกปญหาตางๆ ในกระบวนการหมกได ในป ค.ศ. 1944 จงเรมมการผลตเพนซลลนในระดบอตสาหกรรม

ในขณะเดยวกน Waksman (1944) คนพบยาปฏชวนะสเตรปโตมยซน (Streptomycin) จากเชอ Streptomyces griseus จากนนกมการคนพบยาปฏชวนะอนๆ อกมากมาย เชน เตตราซยคลน (Tetracycline) เทอรามยซน (Terramycin) เปนตน และมการสรางผลตภณฑอนจากจลนทรยออกสตลาดอก เชน วตามนบ 2 วตามนบ 12 และผงชรส เปนตน

ในชวงสงครามโลกครงท 2 นเอง Weizmann สามารถผลตอะซโตน (Acetone) ไดโดยใชแบคทเรย Clostridium tetani ซงเปนแบคทเรยทไมตองการออกซเจนอยางแทจรง (Obligate anaerobe)

ถอเปนพฒนาการของการหมกแบบไมตองการออกซเจน

18

รปท 1.4 ภาพจ าลองลกษณะถงหมก (fermenter) ทใชในการผลตยาปฏชวนะ

ทมา: http://homepage.ntlworld.com/diamonddove/02a_Manufacture/Manufacture.htm

หลงจากท Watson และ Crick ไดเสนอโครงสรางของดเอนเอ ในป ค.ศ. 1953 แลว พฒนาการทางจลชววทยาอตสาหกรรมกเปลยนแปลงไป โดยไดอาศยความรดานพนธศาสตรและพนธวศวกรรมมาใชในการปรบปรงสายพนธจลนทรยใหมลกษณะตามทตองการได

ป ค.ศ. 1973 สามารถท าจนโคลนนง (Gene Cloning) ไดส าเรจเปนครงแรก

ป ค.ศ. 1980 ศาลสงสหรฐอเมรกาประกาศวาจลนทรยทสรางโดยมนษยเปนสงทสามารถ จดลขสทธได

ป ค.ศ. 1983 สถาบนสขอนามยแหงชาต สหรฐอเมรกา อนญาตใหเผยแพรจลนทรยทผาน การปรบปรงพนธโดยพนธวศวกรรมออกมาสสงแวดลอมได

19

จากประวตและพฒนาการของวชาเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรมทกลาวมาทงหมด สามารถสรปการเปลยนแปลงเปนชวงเวลาไดดงน

1) ชวงประมาณ 4000-7000 ป กอนครสตกาล มนษยรจกการท าอาหารหมกทมอยแลวในแตละทองถน เชน การผลตเบยร การท าขนมปง การท าโยเกรต เปนตน

2) ชวงศตวรรษท 19 หลงจากการประดษฐกลองจลทรรศนแลว มนษยรจกเชอจลนทรย มการคดเลอกเชอบรสทธ รจกเทคนคปลอดเชอ (Aseptic technique) และรจกการปองกนการปนเปอน(Contamination) จากเชอจลนทรยอนทไมตองการ

3) ชวงตนศตวรรษท 20 โดยเฉพาะในชวงสงครามโลกครงท 2 เกดพฒนาการดานเทคนคในการเพาะเลยงจลนทรยในระดบอตสาหกรรม โดยมวศวกรเคมเขามาชวยสรางเครองมอและแกไขปญหาทเกยวกบกระบวนการหมกขนาดใหญ จนเกดแขนงวชา Bioengineering หรอ Biochemical

Engineering

4) ชวงกลางศตวรรษท 20 หลงจากการคนพบโครงสรางของดเอนเอในป ค.ศ. 1953 มนษย มความรเกยวกบชววทยาโมเลกลเพมมากขน ท าใหเขาใจถงกลไกการท างานของจลนทรยในระดบโมเลกลภายในเซลล สามารถน าความรมาใชในการปรบปรงสายพนธจลนทรยเพอใชงานในระดบอตสาหกรรมได

ส าหรบแนวโนมของพฒนาการทางเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรมในอนาคต (Future trends) นน องคการเพอความรวมมอทางเศรษฐกจและการพฒนา หรอโออซด (Organization for Economic

Co-operation and Development; OECD) ไดมความเหนรวมกน ดงปรากฏในเอกสารการประชมเรอง The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy Agenda ในป ค.ศ. 2009 โดยไดสรปวาในชวงเวลาตงแตปจจบนจนถงป ค.ศ. 2030 นาจะมการมงเนนพฒนาผลตภณฑตางๆ ดงน

1. มการพฒนาผลตภณฑเอนไซมเพอใชในการสรางผลตภณฑจ าพวกสารเคมตางๆ 2. มการพฒนาสายพนธจลนทรยทสามารถสรางผลตภณฑหลายๆ ชนดไดพรอมกน

ในขนตอนเดยว โดยอาศยความรดานพนธศาสตรโมเลกล

3. มการผลตไบโอเซนเซอร (Biosensors) หรอหววดแบบเรยลไทม (Real time) เพอใชตรวจวดสารมลพษหรอใชตรวจสอบเอกลกษณบคคล

4. มการผลตเชอเพลงชวภาพจากออย และสารชวมวลทมเซลลโลสเปนองคประกอบ

5. มการขยายตลาดผลตภณฑวสดทางชวภาพ เชน ไบโอพลาสตก โดยเฉพาะในกลมผบรโภคทมความตองการผลตภณฑประเภทน

20


กระบวนการทางชวเคมทเกดขนภายในเซลลของจลนทรย ไมวาจะเปนการสรางหรอการสลายโมเลกลของสาร จะเกดขนเพอประโยชนในการด าเนนชวตของจลนทรย ในขณะเดยวกนกไดผลผลตตางๆ เกดขนอกเปนจ านวนมาก ทสามารถสรางผลตภณฑท มความส าคญ สามารถน าไปผลต เพอจ าหนายในระดบอตสาหกรรมได ดงแสดงในตารางท 1.1

ตารางท 1.1 การใชประโยชนจากผลตภณฑทสรางโดยจลนทรย

ผลตภณฑทางสขภาพ สารปฏชวนะ วตามน เอนไซม กรดอะมโน โพลแซคคาไรด (เดกซแทรน) นวคลโอไทด อลคาลอยด สารเคมทใชในการวนจฉยโรค เปนตน

ผลตภณฑทางอตสาหกรรม

กรดซตรก กรดแลคตก กรดกลโคนก กรดมาลก กรดอะมโน นวคลโอไทด เอนไซม ไบโอโพลเมอร เปนตน

ผลตภณฑทางการเกษตร สารก าจดศตรพชชวภาพ (Biopesticides) การปรบปรงสายพนธพชและสตว เปนตน

ผลตภณฑทางพลงงาน เอทานอล อะซโตน บวทานอล ไบโอแกส เปนตน

ผลตภณฑทางอตสาหกรรมเคม

เคมของเอทานอล เอทลน อะเซตลดไฮด อะซโน บวทานอล เปนตน

วศวกรรมเอนไซม อาหารและการเกษตร

ไอโซกลโคส กลโคสไซรป เปนตน

การใชความรดานพนธวศวกรรมและการเพาะเลยงเซลล Genetic Engineering and Cell Cultures

ประโยชนดานอาหารและการเกษตร

การผลตโปรตนเซลลเดยว (Single cell protein) การเพาะเลยงโคลน (Clones) เปนตน

ประโยชนดานสขภาพ การผลตอนเตอรฟรอน ฮอรโมน วคซน โมโนโคลนอลแอนตบอด เปนตน

ทมา : ดดแปลงจาก Agrawal and Parihar (2006).

21

4.1 การผลตอาหารและเครองดม

อาหารและเครองดมหลายชนดเกดจากการกระท าของจลนทรย ซงมนษยไดใชประโยชนมาเปนเวลานานแลว อาหารทเกดจากการหมกของจลนทรย เรยกวา อาหารหมก (Fermented food) เชน แหนม ไสกรอก กะหล าปลดอง แตงกวาดอง โยเกรต เนยแขง เปนตน ผลตภณฑอาหารเหลานเกดจากการกระท าของแบคทเรยทสรางกรดแลคตก (Lactic acid bacteria) โดยแบคทเรยเหลานอาจมอยตามธรรมชาตในวตถดบ หรอเราตงใจใสเชอนนลงไปเพอใหเกดการเปลยนแปลงในอาหารกได นอกจากอาหารหมกแลว ยงมผลตภณฑอนๆ ทเกดจากการกระท าของจลนทรย ไดแก ขนมปง จลนทรยโปรตนเซลลเดยว น าสมสายช เบยร ไวน สราตางๆ เปนตน

4.1.1 ผลตภณฑนมหมก (Fermented milk) มจ าหนายทวโลกหลากหลายชนด ทนยมกนมากในปจจบน ไดแก เนยแขง นมเปรยวหรอโยเกรต (Yogurt) นมบตเตอร นมคเฟอร เปนตน รสเปรยวของนมหมกเกดจากการหมกน านมสดดวยแบคทเรยทสรางกรดแลคตก (Lactic acid bacteria) ทสามารถหมกน าตาลแลกโทสใหเปนกรดแลคตกได และกรดนจะท าใหโปรตนในน านมตกตะกอนเปนลม ทเรยกวา เครด (Curd) มรสเปรยว และมกลนหอมนารบประทาน การรบประทานนมเปรยวหรอโยเกรต เชอวาชวยใหอายยนยาว เสรมภมตานทาน ปองกนการเจบปวย ในการผลตนมเปรยวจะใช เชอตงตน (Starter) คอ Streptococcus thermophilus และ Lactobacillus bulgaricus เตมลงในน านม พาสเจอรไรซและบมไวทอณหภมประมาณ 43C เปนเวลา 7 - 8 ชวโมง จนวดความเปนกรดไดประมาณ 0.9 % และท าใหเยนลงอยางรวดเรว เพอหยดปฏกรยาการหมก

(ก) Streptococcus thermophilus (ข) Lactobacillus bulgaricus

รปท 1.5 จลนทรยทใชเปนเชอตงตน (Starter) ในการหมกโยเกรต

ทมา : http://www.sciencephoto.com/media/536604/view

และ http://www.visualphotos.com/image/.../lactobacillus_acidophilus_lactobacillus

http://www.sciencephoto.com/media/536604/view

http://www.visualphotos.com/image/.../lactobacillus_acidophilus_lactobacillus

22

4.1.2 ผลตภณฑอนทท าจากนม ไดแก เนยเหลว (Butter) ท าจากไขมนในนม โดยน าน านมมาปนจนไขมนนมรวมตวกนเปนเมด แลวกรองเอาสวนทเปนน าออกไป จากนนน าสวนของไขมนมาเตมเชอแบคทเรย ไดแก Streptococcus lactis รวมกบ Leuconostoc citrovorum ซงท าให เนยเหลวมกลนและรสชาตเฉพาะตว สวนการท าเนยแขง (Cheese) ซงมหลายชนดแตกตางกนนน จะมการเตมแบคทเรยทเปนเชอตงตนตางชนดกน เชน S. lactis หรอ S. cremoris ท าใหไดเนยแขงตางชนดกน แตละชนดมรสชาตและเนอของเนยทแตกตางกน กรดทแบคทเรยแตละชนดสรางขน จะชวยให นมจบตวเปนกอนเครด หลงจากนนเตมเอนไซมเรนนนลงไป เพอชวยเรงปฏกรยาการแขงตวของนม เกดการแยกชนของเนยแขงกบสวนทเปนของเหลวหรอหางนมออก สวนหางนมนเรยกวาเวย (Whey)

จากนนจงบบเอาสวนหางนมออกท าใหเนยแขงขน โดยน าไปตมไลความชนและใสเกลอ เพอดงน าออกและชวยปองกนการเจรญของจลนทรย ทไมตองการ หลงจากนจงน าไปบมดวยแบคทเรยหรอเชอราแลวแตชนดของเนยแขง

รปท 1.6 ลกษณะของเนยแขงชนดตางๆ

ทมา : http://idiva.com/news-work-life/how-to-buy-store-serve-different-types-of-cheese/8943

4.1.3 ขนมปง การท าขนมปงอาศยการท างานของยสตขนมปง (Baker’s yeast) โดยผสมยสตขนมปงลงในแปงทจะท าขนมปงแลวนวด เ มอวางทงไวระยะหนงยสตจะเกดกระบวนหมก ใหกาซคารบอนไดออกไซด และแปงอมกาซนไว จงท าใหแปงออนนมและพองตว แปงขนมปงทขนฟ เรยกวา โด (Dough) เมอน าแปงโดไปอบ จงท าใหขนมขนฟ การคดเลอกสายพนธ Baker’s yeast ทด จะท าใหขนมปงมกลนรสทดและสามารถหมกน าตาลไดมากและรวดเรว คณภาพของขนมปง นอกจากขนกบการเลอกชนดยสตแลว ยงขนอยกบสภาพการบมเชอและชนดของวตถดบทใชดวย

4.1.4 เครองดมทมแอลกอฮอล เชน เบยร ไวน รวมทงสรากลนชนดตางๆ ซงใชวตถดบแตกตางกน คอ เบยรท าจากมอลต ไวนท าจากองน สรากลนสามารถใชวตถดบไดหลายชนด เชน

http://idiva.com/news-work-life/how-to-buy-store-serve-different-types-of-cheese/8943

23

กากน าตาล ธญพช พชทใหแปงและน าตาล โดยจลนทรยทใชในการหมกไดแก ยสต โดยเฉพาะ สายพนธ Saccharomyces cerevisiae ซงจะเปลยนน าตาลในพชหรอผลไมใหเปนแอลกอฮอลและ กาซคารบอนไดออกไซด และเกดการเปลยนแปลงสรางสารอนๆ ท าใหไดรสชาตด เครองดมแอลกอฮอลแตละชนดมรสชาตตางกน เนองจากใชวตถดบ วธการผลตและสายพนธยสตทตางกน

(ก) เซลลยสตภายใตกลองจลทรรศนก าลงขยาย 1000 X

(ข) เซลลยสตภายใตกลองจลทรรศนอเลคตรอนแบบสองกราด (SEM)

รปท 1.7 ลกษณะของเซลลยสต Saccharomyces cerevisiae ทใชในการท าขนมปงและสราชนดตางๆ

ทมา : http://www.uwyo.edu/virtual_edge/lab13/fungi_results.htm และ

http://www.musee-afrappier.qc.ca/en/index.php?pageid=3411-html&image=3411_levures1

4.1.5 น าสมสายชหมก ใชส าหรบเปนเครองปรงรส ผลตจากวตถดบพวกแปงและน าตาล เชน น าผลไม น าเชอม กากน าตาล โดยมการเปลยนแปลง 2 ขนตอน คอ การหมกน าตาลใหเปนเอทลแอลกอฮอลในสภาพไมใชออกซเจน โดยอาศยยสต Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus

และขนตอนทสองเปนการออกซไดซแอลกอฮอลใหเปนกรดน าสม หรอกรดแอซตก โดยแบคทเรย

Acetobacter และ Gluconobacter

4.1.6 ผลตภณฑอาหารจากจลนทรย จลนทรยพวกแบคทเรย ยสต สาหราย อาจใชเปนแหลงอาหารของมนษยและสตวได ทงนเนองจากจลนทรยหลายชนดสามารถเจรญไดอยางรวดเรว ท าใหไดผลผลตสง มปรมาณโปรตนจ านวนมากและมคณภาพด เพราะประกอบดวยกรดอะมโนจ าเปนและยงมวตามนในปรมาณสงดวย อาหารเลยงเชอจลนทรยอาจใชของเสยจากโรงงานอตสาหกรรม โรงงานกระดาษ กากน าตาลจากออย วสดเหลอทงจากการเกษตร หางน านมหรอเวย (Whey) จากอตสาหกรรมนม เปนตน จงท าใหตนทนการผลตต าลงและเปนการก าจดของเสยทท าให เกดมลภาวะไดอกดวย

(ก) (ข)

http://www.uwyo.edu/virtual_edge/lab13/fungi_results.htm

24

การผลตอาหารจากจลนทรยเซลลเดยว จงเรยกวา กระบวนการผลตโปรตนเซลลเดยว (Single Cell Protein, SCP) ตวอยางแบคทเรยทน ามาใชประโยชน ไดแก Pseudomonas spp. ขอดของการใชแบคทเรยเปนโปรตนเซลลเดยว คอ สามารถใชวตถดบในการเลยงไดหลายชนด มชวงชวตส นและผลตโปรตนปรมาณมาก แตกมขอเสย คอ เซลลมขนาดเลก เกบเกยวผลผลตยาก และมปรมาณกรดนวคลอกอยมาก ท าใหรบกวนทางเดนอาหาร ดงนน จงนยมใชยสตผลตเปนโปรตนเซลลเดยวมากกวา เนองจากมปรมาณกรดนวคลอกต ากวา เกบเกยวผลผลตงายกวา เจรญในอาหาร ตงตนหรอซบสเตรต (Substrate) ทม pH ต า ไดรบการยอมรบวาเปนอาหารมากกวาแบคทเรย และยงมวตามนปรมาณสงดวย ยสตทนยมใช ไดแก Candida utilis นอกจากนยงมสาหรายสเขยวแกมน าเงนหรอไซยาโนแบคทเรย (Cyanobacteria) ไดแก สไปรไลนา (Spirulina sp.) หรอสาหรายเกลยวทองทมโปรตนสงมากถง 63-68% คารโบไฮเดรต 18-20% ไขมน 2-3% จงเปนทนยมเพาะเลยงเพอจ าหนาย ในระดบอตสาหกรรม (รปท 1.8)

รปท 1.8 ขนตอนการเพาะเลยงสาหรายเกลยวทอง

ทมา : ณฐภาส ผพฒน และคณะ (2557)

สวนสาหรายอนๆ ทน ามาใชเปนอาหาร ไดแก สาหรายน าจด และสาหรายทะเลหลายชนด เชน เทา หรอเทาน า หรอผกไก กคอ สาหรายน าจด สไปโรไจรา (Spirogyra sp.) สาหรายคลอเรลลา

25

(Chlorella sp.) ใหโปรตนสงมากถง 55% ไขมน 7.5% คารโบไฮเดรต 17.8% นอกจากนยงมวตามนซ (กรดแอสคอรบก) วตามนบ 1 (ไทอามน) วตามนบ 2 (ไรโบเฟลวน) ไนอะซน และวตามนบ 6

(ไพรดอกซน) รวมทงสาหราย ซนเดสมส (Scenedesmus sp.) เปนสาหรายสเขยวอกชนดหนงทใหโปรตนมากกวา 50% ของน าหนกแหง ซงมากกวาโปรตนจากถวเหลอง (ถวเหลองใหโปรตน 34.5%)

4.2 การผลตผลตภณฑทางอตสาหกรรม

ผลตภณฑทางอตสาหกรรมหลายชนดทเกดจากการกระท าของแบคทเรย ไดแก

4.2.1 การผลตกรดแลคตก ทใชรกษาโรคขาดแคลเซยม ในรปแคลเซยมแลกเตต (calcium

lactate) รกษาโรคโลหตจาง โดยใชในรปไอเอนแลคเตต , (iron lactate) และใชเปนตวท าละลาย แลคเกอรในรปเอนบวทลแลคเตต (N-butyl lactate) การผลตกรดแลคตก ใชวตถดบพวกแปงขาวโพด มนฝรง กากน าตาล หางนมทไดจากอตสาหกรรมนม ถาวตถดบเปนแปงจะถกยอยเปนกลโคสกอนดวยกรดหรอเอนไซม ชนดของแบคทเรย ทใชขนอยกบชนดของวตถดบ เชน ใชเชอ L. bulgaricus เมอใชหางนมเปนวตถดบ บางครงอาจตองเตมสารประกอบไนโตรเจนหรอสารอนเพอชวยใหเชอเจรญไดด

ระหวางการหมกจะเตมแคลเซยมไฮดรอกไซด เพอท าปฏกรยากบกรดแลคตกใหเปนกลางไดแคลเซยมแลคเตต หลงจากนนจงแยกแคลเซยมแลคเตต ออกมาและท าใหเขมขนขน

4.2.2 การผลตกรดซตรก ทใชในอตสาหกรรมอาหาร เปนเครองปรงรสอาหาร ใชในอตสาหกรรมน าหมก สยอม และใชในวงการแพทย มเชอราหลายชนดทเปลยนน าตาลเปนกรดซตรกได แตเชอราทนยมใชกนอยางกวางขวาง คอ Aspergillus niger

4.2.3 การผลตกรดอะมโน จลนทรยหลายชนดสามารถสงเคราะหกรดอะมโนจากสารประกอบไนโตรเจน ซงอาจสงเคราะหไดมากเกนความตองการ จงขบออกมาในอาหารเลยงเชอ

จลนทรยบางชนดสงเคราะหกรดอะมโนไดมากจนผลตเปนการคาได เชน แอล-ไลซน (L-lysine) ผลตโดยเชอ Enterobacter aerogenes กรดแอล-กลตามก (L-glutamic acid) โดยแบคทเรย Micrococus,

Arthrobacter เปนตน

4.2.4 การผลตเอนไซม มราและแบคทเรยหลายชนดทสงเคราะหเอนไซมและขบออกจากเซลลมาอยในอาหาร ในทางอตสาหกรรม สามารถเลยงเชอราและแบคทเรยใหสรางเอนไซมและ ท าใหเอนไซมบรสทธได เชน

1) เอนไซมอะไมเลส (Amylase) ไดจาก Rhizopus delemar, Mucor rouxii,

Aspergillus oryzae ใชยอยแปงใหเปนเดกซทรนและน าตาล จงใชเอนไซมนในการเปลยนแปงใหเปนน าตาล เพอการผลตแอลกอฮอล ใชในการท าใหไวน เบยร และน าผลไมใสขนเอนไซมอนเวอรเทส

(Invertase) ไดจากยสต S. cerevisiae ใชยอยซโครสใหเปนกลโคสกบฟรกโทส จงใชในอตสาหกรรม ท าลกกวาด ไอศกรม

26

2) โปรตเอส (Protease) เปนค าเรยกเอนไซมทยอยโปรตน ซงมหลายชนด ไดจาก

Bacillus subtilis และ A. oryzae ใชในอตสาหกรรมเครองหนง การท ากาว การท าใหเนอนม ท าใหเครองดมใส

3) เอนไซมเพกทเนส (Pectinase) ไดจาก Aspergillus niger, Penicillium spp.,

Rhizopus spp. ใชในการท าใหน าผลไมใส และยอยเพกทนในการแชตนแฟลกซ เพอท าผาลนน


การเกดเชอเพลงธรรมชาตในรปถานหน น ามน กาซธรรมชาตตองใชเวลานบลานๆ ป โดยเกดจากการทบถมของซากพชซากสตวทตายรวมกนเปนตะกอน โดยอาศยอณหภมสงและแรงกดดน รวมทงการกระท าของจลนทรย เชอเพลงเหลาน เปนทรพยากรธรรมชาตชนดสนเปลอง และก าลงลดปรมาณลงอยางรวดเรว ในขณะทโลกมความตองการพลงงานจากเชอเพลงมากขน ท าใหอาจเกดปญหาการขาดแคลนพลงงานได ดงนน ทวโลกจงหนมาสนใจหาแหลงพลงงานทดแทนในหลายๆ รปแบบ ทงน การผลตเชอเพลงโดยอาศยกระบวนการท างานของจลนทรย เปนอกวธการหนงทไดรบความสนใจ และมการพฒนากระบวนการผลตอยางตอเนอง ตวอยางของเชอเพลงในกลมน ไดแก แอลกอฮอล มเทน และไฮโดรเจน เปนตน

นอกจากจลนทรยจ าพวกยสต จะสามารถเกดกระบวนการหมกคารโบโฮเดรตใหไดแอลกอฮอล เพอใชผลตเปนเครองดมชนดตางๆ ดงทไดกลาวแลว เรายงสามารถใชยสตมาหมกแอลกอฮอลเพอใชเปนตวท าละลาย และใชเปนเชอเพลงได โดยการน าเอทลแอลกอฮอลทมความบรสทธ 99.5-99.9

เปอรเซนต มาผสมกบน ามนเบนซน ในอตราสวนตางๆ เพอผลตเปนเชอเพลงทเรยกวา แกสโซฮอล (Gasohol)

พลงงานทไดจากการท างานของเชอจลนทรยอกชนดหนงไดแก กาซชวภาพ (Biogas) ซงสวนใหญเปนกาซมเทน (CH4) ทไดจากการหมกมลสตวและของเสยจากสตว สามารถผลตไดโดยรวบรวมของเสยเหลานใสในถงหมกทมเชอจลนทรยอย ทงไวใหเกดปฏกรยาในทไมมอากาศ จลนทรยจะใชสารอนทรยในของเสยและสรางกาซมเทนขน กาซนสามารถน าไปใชเปนเชอเพลงในการปรงอาหารและกระบวนการอนๆ ทตองการใชความรอน

6. การผลตสารปฏชวนะและวคซน

สารปฏชวนะ หมายถง สารทใชรกษาโรคตางๆ ทสรางไดจากจลนทรยชนดหนง เพอไปยบย งหรอท าลายการเจรญของจลนทรยอกชนดหนง โดยไมท าอนตรายตอผใช ตวอยางของสารปฏชวนะ ทสรางจากจลนทรย เชน สเตรปโตมยซน (Streptomycin) คลอเตตราซยคลน (Chlortetracycline) หรอออรโอมยซน (Oreomycin) ออกซเตตราซยคลน (Oxytetracycline) หรอเทอรามยซน (Terramycin)

27

คลอแรมเฟนคอล (Chloramphenicol) อรโธรมยซน (Erythromycin) แอมโฟเทอรซน (Amphotericin)

บาซตราซน (Bacitracin) เปนตน การฉดวคซนเปนวธปองกนโรควธหนง โดยกระตนใหรางกายสรางภมคมกนขนเอง ดงนน การควบคมโรคตดเชอ จงจ าเปนตองผลตวคซนจ านวนมากโดยอาศยการผลตในลกษณะเปนการคาหรอระดบอตสาหกรรม วคซนทฉดเขาไปจะท าหนาทเปนแอนตเจนทกระตนใหรางกายสรางแอนตบอด ทจ าเพาะกบแอนตเจนนนๆ ออกมาเพอเปนภมค มกนของรางกายนนเอง ภมคมกนทสรางขนจะอยในรางกายไดนานเทาใดขนอยกบชนดของแอนตเจนทเขาไปกระตน เชน วคซนทเตรยมจากเชอตายแลว จะมภมคมกนไดจ ากดเพยง 6 เดอนถง 2 ป ไดแก วคซนไทฟอยด อหวาตกโรค ไอกรน โรคพษสนขบา ไขหวดใหญ สวนวคซนทเตรยมจากเชอทมชวตหรอเชอทออนก าลงลงจะใหผลคมกนในระยะนาน ไดแก วคซนโปลโอชนดกน หด หดเยอรมน คางทม นอกจากนยงใชทอกซนทหมดพษแลว ทเรยกวา ทอกซอยด มาท าเปนวคซนได เพราะยงสามารถกระตนใหเกดภมคมกนได เชน ทอกซอยดของโรคคอตบ และบาดทะยก ทงน แอนตบอดจะถกสรางขนโดยพลาสมาเซลล (Plasma cell) ทเปลยนแปลงมาจาก บลมโฟไซต (B lymphocyte) เมอแอนตบอดจบกบแอนตเจนแลวจงกระตนใหเมดเลอดขาวชนดฟาโกไซตมาจบกนดวยวธฟาโกไซโทซส (Phagocytosis)

การทแอนตบอดจบกบแอนตเจนทจ าเพาะเจาะจงนน จงท าใหแอนตบอดปองกนโรคไดเพยงชนดเดยว เมอเชอโรคถกก าจดออกไปแลว แอนตบอดจะลดนอยลง พลาสมาเซลลจะเปลยนเปนเมมมอรเซลล (Memory cell) ซงมอายยนกวา และจะเปลยนกลบไปเปนพลาสมาเซลล เมอถกกระตนดวยแอนตเจน หรอเชอชนดเดมอกเปนครงทสอง ท าใหสรางแอนตบอดไดปรมาณมากกวา และรวดเรวกวา จงท าลายเชอโรคนนไดทนทวงท


ความตองการพฒนาสายพนธใหมๆ ของจลนทรยเพอใชประโยชนทางการเกษตร

อตสาหกรรมและทางการแพทย ท าใหเกดการคนหาจลนทรยสายพนธใหมมากยงขน เพอเพมประสทธภาพใหแกกระบวนการสรางผลตภณฑทางอตสาหกรรมตามทตองการ ซงการคดเลอกและพฒนาหาจลนทรยสายพนธใหมๆ ทมคณสมบตตามทเราตองการ เชน มความสามารถในการผลตสง ใชระยะเวลาในการหมกนอย ใหผลผลตในปรมาณสง อาจท าไดโดยการปรบปรงสตรอาหารเลยงเชอ สภาพแวดลอมในการเพาะเลยงเชอ การท าใหเชอเกดการกลายพนธหรอมวเตชน (Mutation) เพอใหไดสายพนธใหม ส าหรบในปจจบนมเทคนคการตดตอจนในจลนทรย ทเรยกวา เทคนครคอมบแนนท ดเอนเอ (Recombinant DNA technology) หรอพนธวศวกรรม (Genetic engineering) ท าใหสามารถ ตดตอจนทตองการจากสงมชวตชนดหนงและน าไปใสในสงมชวตอกชนดหนง โดยสงมชวตทเปนตวรบจนนน นยมใชเชอจลนทรยทสามารถเจรญและเพมจ านวนไดอยางรวดเรว ท าใหเพมจ านวนจนไดมากขน จงท าใหเพมผลผลตของจนนน ในปรมาณมากไดตามตองการ

28

เทคนคพนธวศวกรรม เปนการเปลยนแปลงสารพนธกรรมโดยการตดตอจนหรอ DNA โดยอาศยเอนไซมตดจ าเพาะ (Restriction enzyme) ท าหนาทตด DNA ตรงบรเวณทมล าดบเบสเฉพาะเจาะจง เอนไซมตดจ าเพาะแตละชนดจะท าหนาทตด DNA ตรงจดตดจ าเพาะตางๆ กน ดงนนจงอาจน าจนของคน สตว พช จลนทรย มาตดตอเขากบ DNA ของสงมชวตบางชนด เชน ไวรสของแบคทเรย (Bacteriophage) หรอพลาสมดของแบคทเรย (Plasmid) ใหท าหนาทเปนพาหะ (Vector) ท าใหได DNA ลกผสมหรอ รคอมบแนนทดเอนเอ แลวจงน า DNA ลกผสมใสเขาไปในสงมชวตอกชนดหนง (ซงมกเปนแบคทเรย) เพอใหสงมชวตนนสรางสารผลตภณฑหรอโปรตนทตองการในปรมาณมาก ตวอยางเชน การตดตอจนเพอผลตอนซลนจากมนษยใหแกแบคทเรย ดงแสดงในรปท 1.9

รปท 1.9 ขนตอนการการตดตอจนเพอผลตอนซลนจากมนษยใหแกแบคทเรย

ทมา : http://www.bbc.co.uk/bitesize/standard/biology/biotechnology/reprogramming_

microbes/revision/2/

http://www.bbc.co.uk/bitesize/standard/biology/biotechnology/reprogramming_

29

เทคนคพนธวศวกรรมกอใหเกดผลดตออตสาหกรรมการเกษตร อตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมเครองดมทมแอลกอฮอล ตลอดจนอตสาหกรรมทางการแพทยและเภสชกรรม เพราะเทคนคนชวยใหคดเลอกหาจลนทรยทมลกษณะทตองการและสรางสารตางๆ ไดในปรมาณมาก

ตวอยางของการใชพนธวศวกรรมในการพฒนาจลนทรยสายพนธใหม เพอน ามาสรางผลตภณฑตางๆ ในระดบอตสาหกรรม ไดแก

1. การผลตฮอรโมนทส าคญบางชนด และมความตองการสง เชน อนซลน (Insulin) ทใชรกษาโรคเบาหวาน โกรทฮอรโมน (Growth hormone) ทชวยใหรางกายเจรญเตบโต อนเตอรเฟยรอน (Interferon) ทชวยใหรางกายมความตานทานตอไวรส ปจจบนการผลตฮอรโมนดงกลาวท าในแบคทเรยและยสต

2. การผลตวคซน เชน วคซนปองกนโรคตบอกเสบชนด บ (Hepatitis B vaccine) วคซนปองกนโรคปากและเทาเปอยในสตว (Foot and mouth disease vaccine) วคซนโรคกลวน า (Rabies

vaccine) เปนตน การผลตวคซนโดยวธน นอกจากจะไดปรมาณมากแลว ยงไดวคซนทดกวา โดยการก าจดสวนของแอนตเจนทเปนพษทงไป ท าใหไดวคซนทดและปลอดภยมากขน

3. การปรบปรงสายพนธจลนทรย เพอใหไดสายพนธทมประสทธภาพในการสรางผลผลตสงเพอน าไปใชในอตสาหกรรมตางๆ เชน การผลตสารปฏชวนะ วตามน กรดอะมโน ใหไดปรมาณมาก หรอปรบปรงสายพนธจลนทรยทใชก าจดแมลงศตรพช ศตรสตว การสรางจลนทรยทยอยสลายคราบน ามน และจลนทรยทตรงไนโตรเจนใหกบธญพช เพอเปนการปรบปรงดนดวย


การใชจลนทรยเพอสรางผลตภณฑในระดบอตสาหกรรม แตเดมจะเรมจากการคดเลอกสายพนธจลนทรยทสามารถสรางผลตภณฑทตองการได แลวอาศยกระบวนการทางชวเคมภายในเซลลจลนทรยรวมกบวธการเพาะเลยงจลนทรยอยางเหมาะสม เพอชกน าใหจลนทรยสรางผลตภณฑทตองการออกมาเปนจ านวนมาก ดงนน บทบาทของเทคโนโลยชวภาพทเกยวของกบการสรางผลตภณฑทางอตสาหกรรม สามารถสรปไดดงน

1. การปรบปรงสายพนธจลนทรยใหสรางผลตภณฑไดปรมาณสงขน โดยอาศยการชกน าใหจลนทรยเกดการกลายพนธ การท าโพรโตพลาสตฟวชน รวมถงการสรางจลนทรยสายพนธใหมโดยอาศยกระบวนการทางพนธวศวกรรม

2. การปรบปรงกระบวนการหมกในระดบอตสาหกรรม สามารถท าไดตงแตการหาวตถดบทเหมาะสม การศกษาสภาวะในการหมกทเหมาะสม การออกแบบและการขยายขนาดของกระบวน การหมก

30

3. การปรบปรงกระบวนการเกบเกยวและท าใหผลตภณฑบรสทธ ขนตอนนถอวามความส าคญและมคาใชจายสงมาก ดงนน เราจงตองหาวธการทเหมาะสมและมคาใชจายนอยทสด เพอใหไดผลตภณฑทบรสทธตามมาตรฐานและมมลคาการซอขายทเหมาะสม

4. การสรางความเขาใจเกยวกบผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพ เนองจากในปจจบนผลตภณฑทางเทคโนโลยชวภาพหลายชนดทมการผลตออกมาจ าหนายในระดบอตสาหกรรมนน อาศยจลนทรยทผานการตดตอยนในการผลต เชน อนซลน เอนไซมบางชนด หรอแมกระทงอาหาร GMOs

ดงนน จงมความจ าเปนทนกเทคโนโลยชวภาพจะตองมความเขาใจและสามารถอธบายถงประโยชนและโทษ หรอขอจ ากดของการใชสงมชวต GMOs ในการสรางผลตภณฑ เพอทจะไดสรางความเขาใจ ความมนใจใหกบผบรโภคได

31

ค าถามทายบท

1. จงอธบายความหมายและขอบเขตของเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรมมาใหเขาใจ

2. จงเปรยบเทยบความแตกตางของเทคโนโลยชวภาพดงเดมกบเทคโนโลยชวภาพสมยใหม 3. จงเรยงล าดบพฒนาการของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรมจากอดตถงปจจบนใหถกตอง

4. จงจบคชอเชอจลนทรยกบผลตภณฑทางอตสาหกรรมทใชเชอนนในการผลต โดยน าอกษรหนาชอเชอมาใสในชองวางใหถกตอง

1. ยาปฏชวนะเพนซลลน ก. Clostridium tetani

2. อะซโตน ข. Streptomyces griseus

3. กรดซตรก ค. Aspergillus niger

4. อนซลน ง. Lactobaciluus acidophilus

5. เบยร จ. Bacillus subtilis

6. กรดกลตามก ฉ. Penicillium notatum

7. ยาปฏชวนะสเตรปโตมยซน ช. Escherichia coli

8. นมเปรยวหรอโยเกรต ซ. Corynebactetium glutamicum

9. วตามนบ 12 ฌ. Saccharomyces cerevisiae

10. เอนไซมโปรตเอสทใชในผงซกฟอก ญ. Propionibacterium shermanii

5. จงอธบายวาการใชจลนทรยธรรมชาตกบจลนทรยทผานการปรบปรงสายพนธทางพนธวศวกรรมในการสรางผลตภณฑตางๆ มขอด-ขอเสยแตกตางกนอยางไร

32

เฉลยค าถามทายบท

1. เทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรม (Industrial Biotechnology) เปนการศกษาวธการน าเชอจลนทรยมาใชในการสรางผลตภณฑทมประโยชนในระดบอตสาหกรรม โดยอาศยกระบวนการหมกในการผลต แยก ปรบปรงและประยกตใชจากผลตภณฑทไดจากสงมชวต เชน การผลตไวนโดยใชยสต Sacchromyces cerevisiae การผลตยาเพนซลลนโดยใชเชอรา Penicillium chrysogenum เปนตน

ส าหรบขอบเขตของการศกษาเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม มดงน เรมจากการศกษาชนดและผลตภณฑของจลนทรย การคดเลอกสายพนธจลนทรย การศกษากระบวนการหมกแบบตางๆ การพฒนากระบวนการและเครองมอในการหมก การปรบปรงสายพนธจลนทรยใหมประสทธภาพ ในการสรางผลตภณฑทตองการ ตลอดจนกระบวนการเกบเกยวและท าใหผลตภณฑบรสทธกอนน าออกจ าหนายในทองตลาด

2. ความแตกตางของเทคโนโลยชวภาพดงเดมกบเทคโนโลยชวภาพสมยใหม สามารถเปรยบเทยบไดดงตารางตอไปน

ความแตกตาง เทคโนโลยชวภาพดงเดม เทคโนโลยชวภาพสมยใหม

ศาสตรหลกทเกยวของ จลชววทยา, เทคโนโลยการหมก พนธศาสตรโมเลกล, พนธวศวกรรม

จลนทรยทใช จลนทรยทคดเลอกไดจากแหลงธรรมชาต

จลนทรยทไดจากการดดแปลงพนธกรรม

ชนดของผลตภณฑ อาหารหมกและเครองดมแอลกอฮอล เอนไซม ยาปฏชวนะ วตามน เปนตน

ผลตภณฑทางการแพทยและเภสชกรรม เชน อนซลน อนเตอรฟรอน โมโนโคลนอลแอนตบอด และสเตมเซลล เปนตน

33

3. ล าดบพฒนาการของเทคโนโลยชวภาพทางอตสาหกรรมจากอดตถงปจจบน มรายละเอยดดงน

1) ชวงประมาณ 4000-7000 ป กอนครสตกาล มนษยรจกการท าอาหารหมกทมอยแลวในแตละทองถน เชน การผลตเบยร การท าขนมปง การท าโยเกรต เปนตน

2) ชวงศตวรรษท 19 หลงจากการประดษฐกลองจลทรรศนแลว มนษยรจกเชอจลนทรย มการคดเลอกเชอบรสทธ รจกเทคนคปลอดเชอ (Aseptic technique) และรจกการปองกนการปนเปอน(Contamination) จากเชอจลนทรยอนทไมตองการ

3) ชวงตนศตวรรษท 20 โดยเฉพาะในชวงสงครามโลกครงท 2 เกดพฒนาการดานเทคนคในการเพาะเลยงจลนทรยในระดบอตสาหกรรม โดยมวศวกรเคมเขามาชวยสรางเครองมอและแกไขปญหาทเกยวกบกระบวนการหมกขนาดใหญ จนเกดแขนงวชา Bioengineering หรอ Biochemical Engineering

4) ชวงกลางศตวรรษท 20 หลงจากการคนพบโครงสรางของดเอนเอ มความรเกยวกบชววทยาโมเลกลเพมมากขน ท าใหเขาใจถงกลไกการท างานของจลนทรยในระดบโมเลกลภายในเซลล สามารถน าความรมาใชในการปรบปรงสายพนธจลนทรยเพอใชงานในระดบอตสาหกรรมได

4. จงจบคชอเชอจลนทรยกบผลตภณฑทางอตสาหกรรมทใชเชอนนในการผลต โดยน าอกษรหนาชอเชอมาใสในชองวางใหถกตอง

ฉ 1. ยาปฏชวนะเพนซลลน ก. Clostridium tetani

ก 2. อะซโตน ข. Streptomyces griseus

ค 3. กรดซตรก ค. Aspergillus niger

ช 4. อนซลน ง. Lactobaciluus acidophilus

ฌ 5. เบยร จ. Bacillus subtilis

ซ 6. กรดกลตามก ฉ. Penicillium notatum

ข 7. ยาปฏชวนะสเตรปโตมยซน ช. Escherichia coli

ง 8. นมเปรยวหรอโยเกรต ซ. Corynebactetium glutamicum

ญ 9. วตามนบ 12 ฌ. Saccharomyces cerevisiae

จ 10. เอนไซมโปรตเอสทใชในผงซกฟอก ญ. Propionibacterium shermanii

34

5. การใชจลนทรยธรรมชาตกบจลนทรยทผานการปรบปรงสายพนธทางพนธวศวกรรมในการสรางผลตภณฑตางๆ มขอด-ขอเสยแตกตางกนดงตอไปน

ประเภทของจลนทรย ขอด ขอเสย

จลนทรยธรรมชาต - เปนจลนทรยทมอยแลวในธรรมชาต ไมตองเสยเวลาและคาใชจายในการตดตอพนธกรรม

- เสยเวลาและคาใชจายในการคดแยกหาเชอจลนทรยทมคณสมบตตามทตองการ

- เชอตามธรรมชาตมกจะสรางผลตภณฑไดนอย

จลนทรยทผานการปรบปรงสายพนธทางพนธวศวกรรม

- สามารถคดเลอกหาจลนทรยทมคณสมบตตามตองการอยางแมนย า

- มความสามารถในการผลตสง - ใชระยะเวลาในการหมกนอย - ใหผลผลตในปรมาณสง

- มคาใชจายในการท าพนธวศวกรรมคอนขางสง

- อาจไดรบการกดกนทางการคา เนองจากเปนสงมชวต GMOs

35


ดษณ ธนะบรพฒน. (2555). จลชววทยาอตสาหกรรม. พมพครงท 4. กรงเทพฯ: คณะ

วทยาศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง. ณฐภาส ผพฒน ลลดา สระรตนชย รจา สารคณ และพรกมล ค าหาญ. (2557). การผลตสาหราย

เกลยวทอง. สบคนเมอ 25 มนาคม 2557, จาก http://www.rdi.ku.ac.th/kasetresearch52/01-

celebrate/natpas/celebrate_00.html

นทรยา อนตาพรหม. (2547). บทเรยนท 1 เรองเทคโนโลยชวภาพ(Biotechnology). สบคนเมอ 30 มกราคม 2556, จาก http://student.nu.ac.th/nick_edu/lesson1.html

วราวธ ครสง. (2529). เทคโนโลยชวภาพ. กรงเทพฯ: โอเดยนสโตร. สาโรจน ศรศนสนยกล และ ประวทย วงศคงคาเทพ. (2538). วศวกรรมเคมชวภาพพนฐาน 1.

กรงเทพฯ: ส านกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย. สมณฑา พรหมบญ. (2556). แหลงพนธกรรมจลนทรย: ความส าคญของจลนทรย. สบคนเมอ

30 มนาคม 2556, จาก http://www2.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html

Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and Applications.

Judhpur: Agrobios (India).

Michael J. W., N. L. Morgan., J. S. Rockey and G. Higton. (2001). Industrial Microbiology: An

Introduction. Blackwell Science Ltd.: Oxford.

OECD International Futures Project. (2009). The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy

Agenda. สบคนเมอ 30 มนาคม 2556, จาก http://www2.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html

http://biotech-educ219.blogspot.com/ สบคนเมอ 15 มถนายน 2557

http://botit.botany.wisc.edu/toms_fungi/nov2003.html สบคนเมอ 10 พฤษภาคม 2556

http://idiva.com/news-work-life/how-to-buy-store-serve-different-types-of-cheese/8943 สบคนเมอ 15 มถนายน 2557

http://homepage.ntlworld.com/diamonddove/02a_Manufacture/Manufacture.htm สบคนเมอ 10 พฤษภาคม 2556


microbes/revision/2/ สบคนเมอ 25 มนาคม 2557

http://www.sciencephoto.com/media/536604/view สบคนเมอ 18 มถนายน 2557

http://www.visualphotos.com/image/1x3745784/lactobacillus_acidophilus_lactobacillus สบคนเมอ 18 มถนายน 2557

http://student.nu.ac.th/nick_edu/lesson1.html

http://www2.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html

http://www.google.co.th/search?tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Michael+J.+Waites%22

http://www.google.co.th/search?tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Neil+L.+Morgan%22

http://www.google.co.th/search?tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22John+S.+Rockey%22

http://www.google.co.th/search?tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Gary+Higton%22


http://biotech-educ219.blogspot.com/

http://botit.botany.wisc.edu/toms_fungi/nov2003.html

http://idiva.com/news-work-life/how-to-buy-store-serve-different-types-of-cheese/8943

http://homepage.ntlworld.com/diamonddove/02a_Manufacture/Manufacture.htm



http://www.visualphotos.com/image/1x3745784/lactobacillus_acidophilus_lactobacillus%20สบคน


การคดเลอกและการเกบรกษาสายพนธจลนทรย 10 ชวโมง





3.1 แหลงธรรมชาตทวไป

3.2 แหลงธรรมชาตทมสภาวะรนแรง

3.3 แหลงทเกดจากกจกรรมของสงมชวต

3.4 แหลงผลตภณฑอตสาหกรรมและทอยอาศย 4. วธการคดแยกสายพนธเชอจลนทรย

4.1 วธการแยกเชอโดยใชคณสมบตทตองการเปนปจจยในการเลอก

4.2 วธการแยกเชอโดยไมไดใชคณสมบตทตองการเปนปจจยในการเลอก

5. การเกบรกษาสายพนธจลนทรย 5.1 หลกเกณฑในการพจารณาเลอกใชเทคนคในการเกบรกษาจลนทรย

5.2 วธการเกบรกษาจลนทรย

5.2.1 การเกบรกษาจลนทรยในหลอดอาหารเลยงเชอ 5.2.2 การเกบรกษาจลนทรยในสภาพทมเมแทบอลซมต า 5.2.3 การเกบรกษาจลนทรยในสภาพแหง 5.2.4 การเกบรกษาจลนทรยในสภาพเยนจด 5.2.5 การเกบรกษาจลนทรยโดยวธการท าแหงแบบเยอกแขง

6. การเกบรกษาจลนทรยในประเทศไทย

ค าถามทายบท เอกสารอางอง

38



1. อธบายจดประสงคและหลกเกณฑในการคดเลอกเชอจลนทรยได 2. ยกตวอยางแหลงทมาของจลนทรยทจะน ามาใชในการคดเลอกสายพนธได 3. เขยนสรปขนตอนการคดแยกสายพนธเชอจลนทรยทตองการได

4. บอกความแตกตางของวธการเกบรกษาจลนทรยแตละวธได 5. มทกษะในการคดเลอกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสไดในหองปฏบตการ


1. ทบทวนเรองทเรยนครงทแลว เนองจากมความสมพนธกบบทน

2. น าเขาสบทเรยนโดยการบรรยายเนอหา และสอบนคอมพวเตอร

3. บรรยายใหเนอหา โดยระหวางการบรรยายเนอหา ผสอนถามค าถาม และเปดโอกาสใหผเรยนถาม และอภปรายเนอหา

4. อธบายและสาธตปฏบตการ เรอง การคดเลอกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสได เพอเปนแนวทางใหนกศกษาไดลงมอท าปฏบตการเอง

5. แบงผเรยนกลมละ 4 คน ใหผเรยนลงมอท าปฏบตการ เรอง การคดเลอกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสได

6. ผเรยนสรปผลการทดลองและน าเสนอกบอาจารย และเพอนๆ ในชนเรยน

7. มอบหมายใหผเรยนเขยนรายงานปฏบตการ เรอง การคดเลอกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลส

8. ใหท าค าถามทายบทเรยน


1. เอกสารประกอบการสอน รายวชาเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม


3. อปกรณและสารเคม

4. บทปฏบตการ เรอง การคดเลอกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลส

39




3. การท าการทดลองตามบทปฏบตการ



2. ความถกตองของการใชเครองมอ อปกรณ และสารเคม ในการท าปฏบตการ

3. ความถกตองของการเขยนรายงานปฏบตการ


40

41

บทท 2 การคดเลอกและการเกบรกษาสายพนธจลนทรย

บทน า

จลนทรยมกจกรรมทางชวเคมมากมายทเปนประโยชนตอมนษยและสงแวดลอม เชน การสรางผลตภณฑอาหารแปรรปจากนม อาหารหมก เครองดมแอลกอฮอล กรดอนทรย วตามน สารปฏชวนะ และเอนไซม ตลอดจนน ามาใชในกระบวนการบ าบดน าเสย ซงการน าจลนทรยมาใชประโยชนมขอดคอ เราสามารถน าจลนทรยมาเพาะเลยงเพอเพมจ านวนไดมาก ในระยะเวลาสน ไมสนเปลองพนทในการเพาะเลยง นอกจากน จลนทรยยงสามารถใชวตถดบเพอเปนแหลงอาหารไดหลากหลาย และใชวตถดบราคาถกไดอกดวย อยางไรกตาม จลนทรย เปนสงมชวตทมจ านวนชนดหรอสปชส (Species) มากทสดเมอเทยบกบสงมชวตชนดอน นอกจากน จลนทรยยงมความหลากหลายทางชวภาพ (Biological

diversity) ในเชงความหลากหลายของชนด (Species diversity) ความหลากหลายทางพนธกรรม

(Genetic diversity) และความหลากหลายของแหลงทอยอาศย (Ecological diversity) สงมากเมอเทยบกบสงมชวตกลมอน เชอกนวาจ านวนจลนทรยทงหมดทนกจลชววทยาพบและศกษาจนถงปจจบน คดเปนประมาณ 1 เปอรเซนตของจ านวนจลนทรยทงหมดบนโลกเทานน ดงนน การคดเลอกหาจลนทรย ทมคณสมบตตามทเราตองการเพอน าไปใชประโยชนในทางอตสาหกรรม จงไมใชเรอง ทจะกระท าไดงาย จ าเปนตองใชเทคนควธการคดแยก ชนดของอาหารเลยงเชอ ตลอดจนสภาวะในการเพาะเลยงทเหมาะสม

การคดเลอกเชอ (Screening) เพอใชประโยชนในอตสาหกรรมการหมก จะเรมตนดวยขนตอนการแยกเชอ (Isolation) ซงในบางกรณการแยกเชอสามารถใชวธการงายๆ ในขนตอนเดยว แตในบางกรณกอาจจะตองใชวธการสมแยกเชอทมแนวโนมวาจะสรางผลตภณฑทตองการไดออกมากอน จากนนจงน ามาทดสอบความสามารถในการสรางผลตภณฑทตองการในขนตอไป หลงจากทแยกไดจลนทรยทสามารถสรางผลตภณฑทตองการไดแลว กน ามาคดเลอกสายพนธทเหมาะสมส าหรบการผลตในระดบอตสาหกรรม โดยพจารณาจากความสามารถในการสรางผลตภณฑควบคไปกบความประหยดของกระบวนการทใช (สมใจ ศรโภค, 2544) และเมอสามารถคดเลอกหาเชอทมคณสมบตตามทตองการแลว กจ าเปนตองหาวธการทเหมาะสมในการเกบรกษาจลนทรยนนใหอยในสภาพทมชวต (Viable) ปราศจากการปนเปอนจากจลนทรยชนดอน (Contamination) และไมเกดการเปลยนแปลงทางพนธกรรม ซงจะท าใหสญเสยคณสมบตทตองการ และยงสามารถเกบรกษาเชอนนไวใชเปนเชอ ตนตอ (Stock culture) ไดเปนระยะเวลายาวนานอกดวย

42


ดงทไดกลาวแลววา จลนทรยในโลกน มความหลากหลายมาก (Diversity) ซงถอวาเปนขอด เพราะท าใหจลนทรยมคณสมบตทแตกตางกนมากมาย เพราะแมแตจลนทรยชนด (Species) เดยวกน แตคนละสายพนธ (Strains) กมคณสมบตทแตกตางกน ท าใหเพมโอกาสในการคดเลอกหาสายพนธทมคณสมบตตางๆ ตามความตองการได ทงน การคดเลอกสายพนธจลนทรยจากแหลงตางๆ มจดประสงคทส าคญ 3 ประการคอ

1.1 เพอการศกษาและคนหาจลนทรยชนดใหมๆ ทยงคนพบนอยมากเมอเทยบกบจ านวนจลนทรยในโลกทงหมด โดยมประมาณการวา ในโลกนมจลนทรยอยประมาณ 3,000,000 ชนด แตมเพยง 2,000 – 3,000 ชนด เทานน ทถกคดแยก และน ามาใชประโยชน

1.2 เพอคนหาสายพนธจลนทรยทมคณสมบตใหมๆ ทเปนประโยชนในทางอตสาหกรรม เชน ความสามารถในการสรางผลตภณฑชนดใหม โดยเฉพาะผลตภณฑทเปนสารเมทาบอไลตทตยะภม (Secondary metabolites)

1.3 เพอคนหาสายพนธจลนทรยทมคณสมบตตามทตองการ และน ามาปรบปรงสายพนธ ใหมคณสมบตในการสรางผลตภณฑไดด มประสทธภาพสง ชวยลดคาใชจายในกระบวนการผลต เชน มความสามารถในการทนรอน ทนกรด ทนสารละลายความเขมขนสง เปนตน


จลนทรยทน ามาใชประโยชนในการสรางผลตภณฑตางๆ ในอตสาหกรรมการหมกน น

มหลากหลายชนดและสายพนธ ไมวาจะเปนแบคทเรย ยสต เชอรา รวมทงสาหราย ซงจลนทรยเหลาน มความตองการสารอาหารและสภาวะในการเจรญทแตกตางกน ดงน น การคดเลอกหาสายพนธจลนทรยทมคณสมบตตรงตามตองการ และสามารถน ามาใชในอตสาหกรรมไดจรง จ าเปนตองมหลกเกณฑทน ามาใชในการพจารณาคดเลอก ดงตอไปน

2.1 ความตองการอาหารของจลนทรย ควรเลอกจลนทรยทใชสารอาหารหรอซบสเตรท (Substrate) ทมราคาถก หรอสามารถใชอาหารชนดทเราตองการใหใชได เชน เมทานอล กากน าตาล ชานออย ตลอดจนสามารถใชวสดเหลอทงชนดอนๆ เพอเปนแหลงคารบอนหรอแหลงพลงงานได

2.2 ความคงตวทางพนธกรรม (Genetic stability) จลนทรยทคดเลอกไดควรมความคงตวทางพนธกรรมสง เพอใหเกดกจกรรมตางๆ ทตองการได ในขณะเดยวกนกมความเปนไปไดในการปรบปรงคณสมบตใหดขนไดโดยไมยงยาก เชน การชกน าใหเกดการกลายพนธ หรอปรบเปลยนโครงสรางทางพนธกรรมได

2.3 อตราการเจรญของจลนทรย ควรเลอกใชเชอจลนทรยทมอตราการเจรญสง เมอน าไปเพาะเลยงในระบบการผลตทเลอกใช

43

2.4 อณหภมทเหมาะสม ในกระบวนการหมกโดยใชถงหมกขนาดใหญในระดบอตสาหกรรม หากเราเลอกใชจลนทรยทมอณหภมทเหมาะสมตอการเจรญ (Optimum temperature) สงกวา 40

C

จะชวยลดคาใชจายในการท าใหเยน (Cooling) ลงไดเปนอยางมาก

2.5 ปฏกรยาระหวางจลนทรยกบเครองมอทใช ควรเลอกจลนทรยทไมท าใหเกดปฏกรยาใดๆ กบเครองมอทใช และมความเหมาะสมกบกระบวนการผลตทใช

2.6 ความสามารถในการสรางผลตภณฑ (Productivity) โดยวดไดจากความสามารถในการเปลยนแปลงซบสเตรตไปเปนผลตภณฑตอหนวยเวลา จลนทรยควรสรางผลตภณฑทตองการไดในระยะเวลาส น และสม าเสมอทกครง ผลตภณฑทไดควรมปรมาณและคณภาพตามความตองการของทองตลาด

2.7 การเกบเกยวและท าใหผลตภณฑบรสทธ ควรท าไดงาย ขนตอนไมยงยาก รวมทงสามารถดดแปลงผลตภณฑใหมลกษณะตามตองการได

2.8 ความเปนพษ จลนทรยไมควรสรางสารทเปนผลพลอยได (byproduct) มากเกนไป ไมควรสรางสารพษ ควรมความปลอดภยตอผใช โดยตองท าการทดสอบความเปนพษของจลนทรยและผลตภณฑกอนทจะน าไปใชในกระบวนการผลตในระดบอตสาหกรรม

2.9 ความบรสทธของสายพนธ ควรเปนจลนทรยสายพนธบรสทธทปราศจากการถกบกรกของไวรส เชน แบคเทอรโอฟาจ (Bacteriophage) ในขณะเดยวกนกตองสามารถตานทานและแขงขนกบเชออนได ไดหากมการปนเปอนจากจลนทรยภายนอกทปะปนมากบกระบวนการผลต


เปนททราบกนดวาจลนทรยสามารถพบไดทวไปในธรรมชาต ทงในดน อากาศ น า อาหาร และสงแวดลอมทไมมชวต จลนทรยบางชนดมแหลงทอยอาศยเฉพาะ เชน จลนทรยในกลมแอคตโนมยซท (Actinomycetes) จะตรวจพบมากทสดในดน จลนทรยกลม Aeromonads จะตรวจพบมากทสดในน า เชอราทสามารถยอยสลายลกนน (Ligninolytic fungi) จะตรวจพบตามแหลงทมการผพงของไมอย สวนในน าพรอนมกจะตรวจพบจลนทรยทชอบเจรญในอณหภมสง เปนตน (สรนดา ยนฉลาด, 2546)

ดงนน หากเรามความรเบองตนเกยวกบแหลงทอยอาศยของจลนทรยแลว จะท าใหสามารถวางแผนการคดแยกชนดหรอสายพนธของจลนทรยทตองการไดงายขน แหลงของการคดแยกเชอจลนทรยมมากมายหลายแหลง ดงน

3.1 แหลงธรรมชาตทวไป (Natural source or natural habitat) หมายถงแหลงทเปนสภาพภมประเทศของโลก ไดแก

3.1.1 แหลงทเปนภาคพนดนทวๆ ไป ดนจากปา ดนจากการเกษตรกรรม

3.1.2 แหลงทเปนภาคพนน า ไดแก แหลงน าทวไป จากแมน า ล าคลอง หนอง บง ทะเลสาบน าจด น าเคม น ากรอย น าทะเล

44

3.1.3 แหลงทเปนภาคอากาศ ไดแก อากาศ และฝ นละอองในอากาศ

3.2 แหลงธรรมชาตทมสภาวะรนแรง (Extreme environment habitat) หมายถงบรเวณทมปจจยทางสภาวะแวดลอมทผดไปจากปกต เชน อณหภม pH ความเคม ความดนอากาศ ความแหง การไดรบการแผรงส เปนตน ตวอยางของบรเวณเหลาน ไดแก

3.2.1 บรเวณทมอณหภมสงกวา 40 C เชน น าพรอน บอน าแร เปนตน

3.2.2 บรเวณทมความดนมากกวา 1 บรรยากาศ (1 atm) เชน ดนทอยใตพนผวลกๆ น าใตดน เปนตน

3.2.3 บรเวณทมเกลอความเขมขนสง หรอมความเคมสง เชน นาเกลอ ทะเล dead sea

บรเวณทมดนเคม เปนตน

3.2.4 บรเวณทมสภาวะความเปนกรดหรอดางสง เชน ดนทเปนกรดสง ดนบรเวณทม การผลตเยอกระดาษ ดนบรเวณโรงงานอตสาหกรรมซเมนต และมกพบวาแหลงทมความเปนดางสง มกจะมการสะสมของเกลอสงดวย เชน Na2CO3, NaCl ท าใหเกดสภาพแวดลอมทเรยกวา Alkaline

saline environment

3.2.5 แหลงทมอณหภมต ากวา 25 C จนถงต ากวา 0 C ซงสามารถแบงไดเปน 2 ลกษณะ คอ แหลงทมอณหภมต าตลอดเวลา เชน ขวโลกเหนอ ขวโลกใต ภเขาน าแขง กบแหลงทมอณหภมเปลยนแปลงทงสงและต า

3.3 แหลงทเกดจากกจกรรมของสงมชวต ไดแก แหลงทมการทบถมของซากพช ซากสตว มลสตว จลนทรยทอยรวมกบพชในบรเวณราก (Rhizophere) จลนทรยทอาศยอยในรางกายมนษย เชน ในชองปาก ล าไส หรอระบบสบพนธซงไมไดเปนเชอกอโรคหรอเชอทเปนอนตรายตอมนษย เราเรยกเชอกลมนวาเชอประจ าถน (Normal flora) รวมทงเชอจลนทรยทอาศยอยรวมกบสตว เชน ในระบบทางเดนอาหาร ทเราเรยกวาเปนพวก Animal flora

3.4 แหลงผลตภณฑอตสาหกรรมและทอยอาศย ไดแก

3.4.1 ผลตภณฑอาหารหมกทยงมเชอจลนทรยทรอดชวตอย เชน นมเปรยวโยเกรต แหนม ไสกรอก ผกดอง เปนตน

3.4.2 ผลตภณฑตางๆ ทเกดการเนาเสย (Spoilage)

3.4.3 จากบรเวณโรงงานอตสาหกรรม เชน ดน น า น าทง ตะกอนจากบอดกตะกอน กากวตถดบ กากสา รวมทงของเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมตางๆ

3.4.4 จากขยะและทอน าทงจากบานเรอนทอยอาศย หรอทอระบายน าฝน

45

4. วธการคดแยกสายพนธเชอจลนทรย การคดแยก (Isolation) สายพนธเชอจลนทรยจากแหลงตางๆ ถอวาเปนขนตอนเรมตนทส าคญ

ในการเขาถงเชอจลนทรยทสามารถสรางผลตภณฑทมมลคาทางเศรษฐกจ เชน เอนไซม กรดอะมโน ยาปฏชวนะ วตามน รวมทงผลตภณฑสารเมแทบอไลตอนๆ ดงนน การคดแยกสายพนธเชอจลนทรย จงหมายถงการเสาะหาและคดแยกเอาเฉพาะสายพนธทมคณสมบตทตองการ ซงเปนเชอทยงคงมชวต หรอด ารงชวตอยในธรรมชาตตามแหลงตางๆ โดยจะอาศยอยรวมกนกบจลนทรยสายพนธอนๆ อยางไรกตาม การคดแยกเชอจลนทรยมหลกการทส าคญ 3 ขอ ดงน

1. ตองก าหนดคณสมบตหรอคณลกษณะทพงประสงคของจลนทรยทตองการอยางชดเจน เพอเปนแนวทางในการวางแผนการคดแยกเชอ

2. ตองก าหนดแหลงตวอยางทจะน ามาคดแยกเชอ โดยอาศยคณสมบตของจลนทรยทตองการเปนตวก าหนดแหลงตวอยางในการคดแยกทสอดคลองกน

3. ตองก าหนดเทคนคและวธการคดแยกจลนทรยทเหมาะสมทจะไดสายพนธจลนทรย ทตองการ

วธการคดแยกเชอจลนทรย ควรเรมดวยการเกบตวอยางเชอจากแหลงตางๆ ทคาดวาจะมจลนทรยชนดทตองการ เชน ดน น า น าทง หรอผลตภณฑตางๆ ตามทไดกลาวมาแลว จากนนน าตวอยางมาเจอจางใหเหมาะสม แลวเพาะเลยงในอาหารเลยงเชอและสภาวะการเพาะเลยงทเหมาะสม แลวใชวธการงายๆ ในการทดสอบสมบตหรอลกษณะเฉพาะทตองการ เชน ความสามารถในการเจรญบนสบสเตรตบางอยาง หรอในอาหารทมสารประกอบบางอยาง หรอความสามารถในการเจรญภายใตสภาวะบางอยางทแตกตางไปจากจลนทรยอน (สมใจ ศรโภค, 2544)

วธการคดแยกจลนทรยทตองการออกจากประชากรจลนทรยท งหมด สามารถแบงไดเปน 2 วธการ คอ วธการแยกเชอโดยใชคณสมบตทตองการเปนปจจยในการคดเลอก และวธการท ไมสามารถใชลกษณะเฉพาะมาเปนปจจยในการคดเลอก มรายละเอยด ดงน

4.1 วธการแยกเชอโดยใชคณสมบตทตองการเปนปจจยในการเลอก

วธการนเปนการใชผลตภณฑทตองการมาเปนปจจยใชในการคดเลอกหาเชอทสรางผลตภณฑนน อยางเฉพาะเจาะจง เชน เชอทผลตเอนไซมตางๆ เปนตน สามารถท าไดหลายวธ ดงน

4.1.1 การแยกเชอดวยอาหารเหลวโดยใช Selective enrichment culture

ในสภาวะแวดลอมธรรมชาตนน จลนทรยตามแหลงตางๆ จะอยรวมกนเปนกลมหรอเปนประชากรจลนทรยทหลากหลาย เราจะตองท าการคดแยกเอาเฉพาะสายพนธหรอชนด ของจลนทรยทเราตองการออกมา และน ามาเพาะเลยงจนไดสายพนธบรสทธ (Pure culture) ซงสามารถท าไดโดยการใชวธ Selective enrichment technique ทจะชวยเออใหจลนทรยมโอกาสแสดงกจกรรม

46

ทเกดจากคณสมบตทเราตองการหรอมอตราการเจรญไดมากกวาจลนทรยอนๆ (สรนดา ยนฉลาด, 2546) วธการนสามารถท าไดโดยการเพาะเลยงเชอในอาหารเหลวทเตมสารบางอยางทเหมาะสมตอการเจรญของเชอทตองการลงไป หรอเตมสารบางอยางทไมเหมาะสมตอการเจรญของเชออนทไมตองการ เรยกวา Enrichment liquid culture เชน การเตมสบสเตรตทเหมาะสมตอการเจรญของจลนทรยทตองการ หรอการเตมสารปฏชวนะทยบย งเชออนแตไมมผลตอเชอทตองการ

อยางไรกตาม ในขณะทท าการแยกเชอ อาจมการเปลยนแปลงเกดขนในอาหาร ท าใหมเชอทไมตองการเจรญขนมาได จงจ าเปนตองถายเชอลงในอาหาร Enriched medium ทมสวนประกอบเหมอนเดมซ าหลายๆ ครง โดยตองเลอกถายเชอลงในอาหารใหมในชวงเวลาทเชอ ทตองการก าลงเจรญอยเปนจ านวนมากกวาจลนทรยอน (สมใจ ศรโภค, 2544) หลงจากนนจงน าเชอทแยกไดจากอาหาร Enriched medium มาเพาะเลยงใหไดเชอบรสทธ น าไปเกบรกษาในอาหารเลยงเชอทเหมาะสม เพอใชในการศกษาคณสมบตและใชในการสรางผลตภณฑตอไป

4.1.2 การแยกเชอดวยอาหารแขง (Solidified medium)

ในการแยกเชอดวยอาหารแขงน มกจะใชสภาวะแวดลอมทมผลตอการเจรญ เชน อณหภม คา pH ของอาหารเลยงเชอ สภาวะความตองการออกซเจน รวมทงความตองการสารอาหารบางอยาง มาเปนปจจยชวยในการคดแยกเชอดวย ยกตวอยางเชน หากตองการคดแยกจลนทรยทมความสามารถในการผลตเอนไซม จะมการเตมสบสเตรตของเอนไซมชนดทตองการลงในอาหาร เลยงเชอ เชน การคดแยกจลนทรยทผลตเอนไซมอะไมเลส จะเตมแปงลงไปในอาหารเลยงเชอ และทดสอบความสามารถในการยอยแปงโดยการราดทบโคโลนดวยสารละลายไอโอดน เชอทสามารถสรางเอนไซมอะไมเลสได จะยอยแปงและเกดวงใส (Clear zone) รอบๆ โคโลน ดงแสดงในรปท 2.1 หรอการคดแยกเชอจลนทรยททนรอนได กจะน าเชอไปบมทอณหภมสง เปนตน

รปท 2.1 การทดสอบความสามารถในการผลตเอนไซมอะไมเลส

ทมา : http://carnegiescience.edu/first_light_case/horn/MSI/MSIenzymes/enzymesmsi.html

ส าหรบ รปท 2.2 แสดงตวอยางขนตอนการคดแยกเชอจลนทรยดวยอาหารแขง โดยท าการแยกเชอ Bacillus sp. ทผลตเอนไซม Alkaline protease จากดน ซงสามารถท าไดโดย

47

น าดนมาพาสเจอไรสเพอก าจดจลนทรยทไมสรางเอนโดสปอรออกไปเสยกอน จากนนน าไปเพาะเลยงบนอาหารแขงทมคา pH 9-10 และมโปรตนทไมละลายน าเปนสวนผสมอย เชอทสรางเอนไซม Alkaline protease ไดจะเจรญบนจานอาหารและท าใหเกดวงใส (Clear zone) รอบๆ โคโลน จากนน น าเชอทสราง Clear zone ไปเพาะเลยงในอาหารเหลวเพอทดสอบความสามารถในการผลตเอนไซม ขนตอนนเปนการแยกเชอขนตน (Primary screening) เพอใหไดจลนทรยทมความสามารถในการผลตสารทตองการได (สมใจ ศรโภค, 2544)

รปท 2.2 ขนตอนการคดแยกแบคทเรยทผลตเอนไซมโดยใชอาหารแขง

Phetcharat และ Wasuntrawat (2013) ไดท าการศกษาการแยกสายพนธยสตทนรอนจากลกแปงเพอใชผลตเอทานอล โดยใชลกแปงจ านวน 6 ตวอยาง คดแยกโดยใชอาหาร YM agar

(pH4.5) บมทอณหภม 45 C เปนเวลา 48 ชวโมง สามารถคดแยกยสตไดทงหมด 33 ไอโซเลต น ายสตทงหมดไปศกษาการเจรญ โดยการเพาะเลยงในอาหารเลยงเชอ YM broth (pH 4.5) บนเครองเขยา ความเรวรอบ 150 รอบ/นาท อณหภม 45C เปนเวลา 48 ชวโมง พบวาม 10 ไอโซเลตทมการเจรญสงสด คอ NK1-4 , NK3-5, NK3-6, NK3-10, NK3-13, NK3-14, UD1-1, UD2-2 และ UD2-3 จากนน น ายสตทง 10 ไอโซเลต มาศกษาความสามารถในการหมกเอทานอลทอณหภม 35, 40 และ 45 C เปนเวลา 12 วน โดยใชอาหารดดแปลงทเตมกากน าตาล 20 เปอรเซนต พบวา เมอบมเชอทอณหภม 35 C ยสตสามารถเจรญและผลตเอทานอลได แตเมอบมทอณหภม 40 และ 45 C ยสตสามารถเจรญได แตไมมการผลตเอทานอล โดยเชอยสตทสามารถผลตเอทานอลไดทอณหภม 35 C มจ านวน

48

4 ไอโซเลต คอ NK1-4, NK3-5, NK3-10 และ NK3-14 โดยสามารถผลตเอทานอลไดสงสด 7.4, 2.3,

2.4 และ 2.4 เปอรเซนตโดยปรมาตร ในวนท 4, 12, 12 และวนท 12 ตามล าดบ จากนน จงน ายสต ไอโซเลต NK1-4 มาขยายขนาดการหมกโดยใชอาหารดดแปลงทเตมกากน าตาล 20 เปอรเซนต ปรมาตรรวม 3,000 มลลลตร ในสภาวะการหมกเชนเดม โดยใชเชอตงตน 10 เปอรเซนต พบวา ยสต ไอโซเลต NK1-4 สามารถสรางเอทานอลไดสงสดในวนท 5 โดยมปรมาณเอทานอล 8.3 เปอรเซนต โดยปรมาตร มน าหนกเซลลแหง 35.6 กรม/ลตร และอตราการเจรญจ าเพาะเทากบ 0.1233 ตอชวโมง

4.2 วธการแยกเชอโดยไมไดใชคณสมบตทตองการเปนปจจยในการเลอก

ผลผลตบางชนดของจลนทรยไมสามารถน ามาใชเปนปจจยในการคดแยกเชอไดโดยตรง ดงนน การคดแยกเชอกลมนตองเรมจากการสมแยกเชอทมแนวโนมวาจะสรางผลตภณฑไดออกมากอน แลวจงใชเทคนคเฉพาะทสามารถคดเลอกจลนทรยทสรางผลตภณฑทตองการออกมาไดภายหลง เชน การแยกจลนทรยเพอใชในการผลตสารปฏชวนะ สารสงเสรมการเจรญ กรดอะมโน และนวคลโอไทด เปนตน โดยมวธการคดแยกเชอ ดงน

4.2.1 การคดแยกเชอจลนทรยเพอใชในการผลตสารปฏชวนะ

ท าไดโดยน าจลนทรยทตองการตรวจสอบความสามารถในการผลตสารปฏชวนะไปเพาะเลยงบนจานอาหารแขงทมเชอจลนทรยทดสอบ (Test organism) อย แลวตรวจผลการเจรญของเชอทดสอบ ถาเชอทดสอบถกยบย งการเจรญ กแสดงวาจลนทรยนนสามารถสรางสารปฏชวนะได ดงแสดงวธการทดสอบเชอในรปท 2.3

รปท 2.3 แผนภาพแสดงวธการแยกเชอทสามารถผลตสารปฏชวนะได

49

อกวธการหนงอาจท าไดโดยเพาะเลยงจลนทรยในอาหารเหลว จากนนแยกเซลลจลนทรยออกจากน าหมกโดยการกรองหรอปนเหวยง (Centrifuge) แลวจงน าของเหลวทได (Cell-free

broth หรอ Supernatant) ไปตรวจสอบความสามารถในการยบย งการเจรญของเชอทดสอบดวยวธการ Paper disc diffusion method ตวอยางของเชอทดสอบทนยมใช ไดแก Bacillus subtilis, Streptomyces

virichromogenes, Clostridium pasteurianum เปนตน

4.2.2 การคดแยกเชอจลนทรยเพอใชในการผลตสารสงเสรมการเจรญ

ความสามารถในการผลตสารสงเสรมการเจรญ เชน กรดอะมโนและนวคลโอไทด เปนคณสมบตทยากตอการน ามาใชในการคดแยกเชอไดโดยตรง ดงนน การคดแยกเชอทสามารถผลตสารสงเสรมการเจรญ จงตองเรมตนจากการสมแยกเชอทมแนวโนมวาจะผลตสารทตองการออกมากอน แลวจงน าไปทดสอบวาเชอสรางสารสงเสรมการเจรญชนดทตองการหรอไม โดยใชจลนทรยสายพนธออกโซโทรป (auxotroph) ทตองการสารสงเสรมการเจรญชนดนนเปนเชอทดสอบ ทงนเนองจากตามปกตจลนทรยสายพนธออกโซโทรปจะไมสามารถสรางสารสงเสรมการเจรญชนดนนไดเอง ตองเตมสารชนดนนลงในอาหารเลยงเชอ ดงนน หากเชอทคดเลอกไดสามารถสรางสารสงเสรมการเจรญ ทตองการ เมอน าจลนทรยสายพนธออกโซโทรปมาเพาะเลยงรวมกน จลนทรยสายพนธออกโซโทรป กจะเจรญขนมาได

ในป ค.ศ. 1976 Daoust อธบายวธการตรวจหาเชอจลนทรยทสามารถผลตกรด อะมโนได (รปท 2.4) โดยใชอาหารแขงทเตมสารยบย งการเจรญของเชอรา เชน ไซโคลเฮกซไมด (cycloheximide) ในการสมแยกเชอขนแรก หลงจากนน น าจานเพาะเชอทมจลนทรยประมาณ 30-50

โคโลน ไปท า Replica plating บนอาหารแขงทสามารถสงเสรมการผลตกรดอะมโนได บมไว 2-3 วน เพอใหเชอเจรญขนมาเปนโคโลน แลวจงน าไปฆาเชอดวยแสงอลตราไวโอเลต เททบผวหนาเชอ (Overlay) ดวยอาหารแขงทมเชอออกโซโทรปทตองการกรดอะมโนชนดนนในการเจรญผสมอย บมไว 1 วน ถาจลนทรยชนดใดผลตกรดอะมโนได จะมการเจรญของเชอชนดออกโซโทรปอยรอบๆ โคโลนของจลนทรยนน จากนนท าการแยกเชอทผลตกรดอะมโนไดจากโคโลนในจานเพาะเชอเดม (Original

plate) ทใชเปนตนแบบในการท า Replica plate น าไปเพาะเลยงในอาหารเหลว แลววเคราะหปรมาณกรดอะมโนทเชอผลตได เพอคดเลอกจลนทรยทใหผลผลตกรดอะมโนสงตอไป (สมใจ ศรโภค, 2544)

นอกจากน Phetcharat and Duangpaeng (2012) สามารถคดแยกเชอเอนโดไฟตกแบคทเรย (Endophytic bacteria) จากนาขาวในเขตอ าเภอกดจบ จงหวดอดรธาน สามารถใชอาหารแขงท าการแยกเชอแบคทเรย ทผลตกรดอนโดลอะซตก (Indole acetic acid; IAA) ซงเปนฮอรโมนสงเสรมการเจรญของพชไดอกดวย

50

รปท 2.4 แผนภาพแสดงวธการแยกเชอทสามารถผลตกรดอะมโนได

51

5. การเกบรกษาสายพนธจลนทรย

การแยกและคดเลอกจลนทรยเพอน ามาใชในกระบวนการหมกเพอสรางผลตภณฑทตองการ ในระดบอตสาหกรรมนน ตองสนเปลองเวลาและเสยคาใชจายสงมาก ดงนน หลงจากทคดเลอกจนไดจลนทรยชนดทตองการแลว จงจ าเปนตองเกบรกษาจลนทรยนนใหอยในสภาพท มชวต ปราศจากการปนเปอนจากจลนทรยชนดอน และตองระมดระวงไมใหเกดการเปลยนแปลงทางพนธกรรม ซงจะท าใหสญเสยคณสมบตทตองการ และยงสามารถเกบรกษาเชอนนไวใชเปนเชอตนตอ (Stock culture) ไดเปนเวลานานดวย

หลกการในการเกบรกษาสายพนธของจลนทรย คอ การลดกระบวนการเมแทบอลซมของจลนทรยใหต าลง โดยการจ ากดปรมาณสารอาหารในอาหารเลยงเชอ จ ากดปรมาณน าและออกซเจน ตลอดจนลดอณหภมทใชในการเกบรกษา ซงจะท าใหจลนทรยรอดชวตได แตเชอจะไมเจรญมากจนท าใหอาหารหมด หรอสรางสารพษทท าลายตวเอง

5.1 หลกเกณฑในการพจารณาเลอกใชเทคนคในการเกบรกษาจลนทรย

ในการพจารณาเลอกใชเทคนควธการในการเกบรกษาสายพนธจลนทรยใหเหมาะสมกบหองปฏบตงานหรอหนวยงานนน มหลกเกณฑในการพจารณาหลายประการ ดงน

1. การรกษาใหจลนทรยรอดชวต

2. การเปลยนแปลงพนธกรรม

3. ความบรสทธของเชอ

4. คาใชจายในการเกบรกษาเชอ

5. ปรมาณเชอ

6. คณคาของเชอ

7. การบรการและขนสงเชอ

8. ความถของการใชเชอ

5.2 วธการเกบรกษาจลนทรย

การเลอกใชวธการเกบรกษาจลนทรยในแตละหองปฏบตการจะแตกตางกนไป ขนกบปจจยหลายอยาง ไดแก ธรรมชาตของจลนทรย ความพรอมของอปกรณในหองปฏบตการ ความช านาญของผปฏบต วตถประสงคของการเกบรกษาเชอ และระยะเวลาทตองการเกบเชอ ทงน อาจจะใชวธการงายๆ โดยการถายเชอจากอาหารเกาใสลงในอาหารใหมเปนระยะ (Subculture) แตขอเสยของวธการนคอ การถายเชอลงสอาหารใหมในแตละครง จะมโอกาสเกดการปนเปอนและมโอกาสเกดการกลายพนธได จงไมนยมใชวธการนในการเกบรกษาเชอทใชในอตสาหกรรมการหมก ดงนน เพอใหเชอจลนทรยทมคณสมบตตามทตองการ สามารถเกบรกษาไวไดนาน โดยไมมการเปลยนแปลงคณสมบต จงจ าเปนตองเลอกใชวธการในการเกบรกษาเชอใหเหมาะสม

52

วธการทใชในการเกบรกษาเชอ สามารถแบงออกได 5 วธการใหญๆ ไดแก การเกบรกษาจลนทรยในหลอดอาหารเลยงเชอ (Subculture) การเกบรกษาจลนทรยในสภาพทมเมแทบอลซมต า (Reduced metabolism and periodic transfer) การเกบรกษาจลนทรยในสภาพแหง (Drying) การเกบรกษาจลนทรยในสภาพเยนจด (Freezing) และการเกบรกษาจลนทรยโดยวธการท าแหงแบบเยอกแขง (Freeze-Drying หรอ Lyophilization) โดยมรายละเอยด ดงน

5.2.1 การเกบรกษาจลนทรยในหลอดอาหารเลยงเชอ (Subculture)

ท าไดโดยเพาะเลยงจลนทรยในอาหารแขงทเหมาะสมตอการเจรญของจลนทรย แตละชนด โดยบรรจภายในขวดหรอหลอดทปดฝา แลวน าไปบม ณ อณหภมทเหมาะสม เพอใหเชอจลนทรยเจรญเตมท จากนน จงน าไปเกบรกษาในสภาวะทเหมาะสม โดยจะตองตอเชอลงบนอาหารใหมเปนระยะกอนทเชอในอาหารเกาจะตาย ดงแสดงในรปท 2.5

การเกบรกษาเชอในหลอดอาหาร ควรเกบไวในตเยนทมอณหภมประมาณ 5-8 oC

ในกลองหรอถงทปดสนท ยกเวน แบคทเรย Neisseria sp. ตองเกบรกษาทอณหภม 37 oC ระยะเวลาใน

การเกบรกษาเชอกอนทจะตอเชอใหมนน ขนกบชนดของจลนทรย

� � �

� � � �

� � �

� �

รปท 2.5 แสดงขนตอนการเกบรกษาเชอโดยวธเกบรกษาจลนทรยในหลอดอาหาร

ขอดของการเกบรกษาเชอโดยวธการนคอ อาหารเลยงเชอและอปกรณราคาถก วธการท าไดงาย เชออยในหลอดอาหารทสมบรณท าใหพรอมใชงาน และวธการนยงใชกบเชอหลายชนดไดอยางกวางขวาง

53

ขอเสยของวธการนคอ ถาตองมการตอเชอบอยๆ หรอตองตอเชอจ านวนมากกจะเปนการสนเปลองแรงงาน อาจเกดปญหาจากการปนเปอนจากเชออนในขณะตอเชอ การตอเชอบอยๆ อาจท าใหเกดการเปลยนแปลงลกษณะของเชอได ดงนน จงไมเหมาะทจะใชวธนส าหรบเกบรกษาเชอไวเปนเวลานาน

5.2.2 การเกบรกษาจลนทรยในสภาพทมเมแทบอลซมต า (Reduced metabolism and

periodic transfer)

การเกบรกษาจลนทรยเพอใหอยในสภาพทมเมแทบอลซมต า ท าไดดงน

1. การเกบรกษาจลนทรยโดยใชน ามน (Mineral oil)

ท าไดโดยการเทน ามน เชน Mineral oil หรอพาราฟนเหลว (Liquid paraffin)

เททบลงบนผวหนาอาหาร โดยใชไดทงกบอาหารแขงและอาหารเหลว โดยใหน ามนอยเหนอผวหนาอาหารประมาณ 1 เซนตเมตร ความสงของน ามนจะมผลตอการเกบรกษา เชน ในการเกบรกษาเชอรา ถาน ามนสงไมมากพอ จะท าใหใยราโผลพนมาเหนอน ามน ท าใหเชอราไดรบอากาศจงสามารถเจรญและใชอาหารหมดได แตถาน ามนสงเกนไป จะจ ากดการแพรของออกซเจนกบคารบอนไดออกไซดระหวางเซลลกบอากาศ ท าใหเชอตายได

น ามนทใชควรเปนน ามนทมคณภาพด เชน British Pharmacopoeia medicinal

paraffin oil ทมความถวงจ าเพาะ 0.865-0.890 น ามนทใชตองผานการฆาเชอทอณหภม 170 oC เปน เวลา

1-2 ชวโมง ควรเกบรกษาหลอดเชอในลกษณะตงหลอดตรง เกบไวทอณหภมหอง (25 oC), 15

oC หรอ

ต ากวาน พบวาท อณหภม 5 oC จะชวยลดกระบวนการเมแทบอลซมใหต าลงและยดอายการเกบรกษา

เชอใหยาวนานขน

การน าเชอกลบไปใชใหม ท าไดโดยใชเขมเขย (Needle) จมลงไปยงเชอทอยใตน ามน และน ามาใสในอาหารเลยงเชอใหม น ามาบม ณ อณหภมทเหมาะสม เชอกจะกลบมาเจรญไดดงเดม

2. การเกบรกษาจลนทรยในน า

วธการนนยมใชในการเกบรกษาเชอรา ท าไดโดยเพาะเลยงเชอราใหเจรญเปนโคโลนในจานอาหารแขง เมอเชอราเจรญดแลว ตดเอาใยรา (Mycelium) ทบรเวณขอบโคโลนใหเปนแผนกลมเสนผานศนยกลางประมาณ 0.5 เซนตเมตร จากนนน าแผนวนทมใยรามาใสในขวดทม น ากลนฆาเชออย แลวปดฝาเกลยวใหแนน และเกบรกษาไวในทเยน

การน าเชอกลบมาใชใหม ท าไดโดยน าแผนวนทมใยราทเกบรกษาไว มาวางลงบนจานอาหารแขง โดยคว าแผนว นใหใยราสมผสกบผวหนาอาหาร แลวน าไปบมในอณหภม ทเหมาะสม เสนใยราเมอไดรบอาหารกจะเจรญเปนโคโลนใหมได อายการเกบรกษาเชอราโดยวธการน สามารถเกบไวไดโดยเฉลยประมาณ 5 ป

54

5.2.3 การเกบรกษาจลนทรยในสภาพแหง (Drying)

วธการเกบรกษาจลนทรยในสภาพแหงจะท าการก าจดน าออกจากเซลลและท าใหเซลลแหง ใชไดดกบเชอราทสรางสปอรและแอคตโนมยซท วธการนมขอดคอเปนวธการทประหยดและเหมาะกบหองปฏบตการทมอปกรณจ ากด

1. การท าใหแหงโดยใชดน มวธการดงน

1) น าดนทรายกบดนสวนทฆาเชอแลวมาผสมใหเขากน ในอตราสวน 1 : 1 เตมน า ทฆาเชอแลวลงไปใหมความชน 20% น าไปบรรจในขวดแกว (Vial) ประมาณ 1 ใน 3 ของขวด

2) เตรยมสปอรของเชอราทตองการเกบรกษา แลวถายลงไปในดนทเตรยมไวขวดละ 1 มลลลตร ปดฝาขวดใหสนท บมใหเชอราเจรญในขวดเปนเวลา 1-2 วน ทอณหภมหอง 3) จากนนตงขวดทงไวทอณหภมหองจนดนแหง โดยคลายเกลยวของฝาขวดออกเลกนอย เมอดนแหง ดแลว น าไปเกบรกษาในตเยน

4) การน าเชอกลบมาใชใหมท าไดโดยน าดนในขวดมาโรยลงบนผวหนาอาหารเลยงเชอใหมทเหมาะสม

2. การท าใหแหงโดยใชซลกาเจล มวธการดงน

1) ขนตอนการเตรยมซลกาเจล โดยน าซลกาเจลทมขนาด 6-22 เมช (Mesh) ปรมาณ 5 กรม มาใสลงในขวด vial แลวน าไปอบฆาเชอทอณหภม 180 o

C เปนเวลา 1-2 ชวโมง แลวเกบไวในโถแกวดดความชน (Desiccator)

2) ขนตอนการเตรยมจลนทรย ท าการเพาะเลยงจลนทรยทตองการใหเจรญเปนสารแขวนลอยในอาหารเหลว 10% Skim milk ทเตม 3% Meso-inositol หรอเตมน าผง 5% โดยเพาะเลยงใหไดเซลลประมาณ 108 เซลลตอมลลลตร

3) ขนตอนการเกบรกษาเชอ น าสารแขวนลอยของเชอทเตรยมไดในขนตอนท 2) มาหยดลงบน ซลกาเจลในขวดทเตรยมไว โดยตองท าในอางน าแขง เนองจากเมอซลกาเจลดดความชนจากอาหารเลยงเชอจะเกดการคายความรอนออกมา ท าใหอณหภมสงจนอาจเปนอนตรายตอเชอได จากนนน าขวดเชอมาปนเพอไมใหซลกาเจลจบตวเปนกอน แลวน ามาท าใหแหงในโถแกวดดความชนทมซลกาเจล สน าเงนหรอเตม Phosphorus pentoxide (P2O5) วางไวในอณหภมหองประมาณ 1 สปดาห แลวจงน าไปเกบรกษาไวในตเยน อณหภมประมาณ 5-10 oC 4) การน าเชอกลบมาใชใหม ท าไดโดยน าเอาซลกาเจลทมเชอเกาะอยมาใสลงในอาหารเหลว ทเหมาะสม จนเชอเจรญกลบคนมาได

55

3. การท าใหแหงโดยใชลกปด มวธการดงน

1) ขนตอนการเตรยมลกปด โดยน าลกปดทมเสนผาศนยกลาง 2-5 มลลเมตร มาใสลงในขวด Vial

แลวน าไปอบฆาเชอทอณหภม 180 oC เปนเวลา 1-2 ชวโมง

2) ขนตอนการเตรยมจลนทรย ท าการเพาะเลยงจลนทรยทตองการใหเจรญเปนสารแขวนลอยในอาหารเหลว 20% Sucrose ทเตม 5% Meso-inositol โดยเพาะเลยงใหไดเซลลประมาณ 108 เซลลตอมลลลตร

3) ขนตอนการเกบรกษาเชอ น าลกปดทฆาเชอแลวจากขนตอนท 1) มาใสลงในขวดสารแขวนลอย ในขนตอนท 2) เชอจะมาเกาะอยบนผวลกปด จากนนยายลกปดทมเชอเกาะอยไปใสลงในขวด Vial

ใหมทมซลกาเจลสน าเงนบรรจอยครงขวดและมชนของแผนใยแกว (Glass wool) หนา 1 เซนตเมตร ปดทบอย แลวปดฝาใหสนท ตงทงไวทอณหภมหอง เปนเวลา 1 สปดาห แลวจงน ามาเกบไวทตเยน อณหภม 4-10 o

C

5.2.4 การเกบรกษาจลนทรยในสภาพเยนจด (Freezing)

ท าไดตามขนตอนตอไปน

1) เพาะเลยงจลนทรยทตองการลงบนอาหารวนทเหมาะสม จนเชอเจรญด

2) ถายเชอทเจรญดแลวมาผสมกบสารทชวยรกษาสภาพเซลล (Cryoprotective agent) เชน กลเซอรอล

Dimethyl sulphoxide

3) จากนนถายเชอมาบรรจลงในหลอดเกบเซลลขนาดเลก (Cryotube) ทใชกบเครองลดอณหภม

4) น าหลอดเชอเขาไปตดต งในเครองลดอณหภม (Freezer) ทมการต งคาใหลดอณหภมอตโนมต โดยลดลง 1 o

C ตอ 1 นาท จนกระทงอณหภมลดลงมาถง –20 oC

5) น าหลอดเชอไปแชไวในถงไนโตรเจนเหลว ทมอณหภม –196 oC

6) การน าเอาเชอกลบมาใชใหมท าไดโดยน าเอาหลอดเชอมาท าใหอณหภมคอยๆ เพมขนอยางชาๆ (Thawing)

วธการนมขอเสยคอ ไนโตรเจนเหลวระเหยได ตองมการเตมลงไปอยางสม าเสมอ ท าใหมคาใชจายสง

5.2.5 การเกบรกษาจลนทรยโดยวธการท าแหงแบบเยอกแขง (Freeze-drying หรอ Lyophilization)

มวธการดงน

1) เพาะเลยงเชอใหเจรญด ในอาหารวนทเหมาะสม

2) ผสมเชอเขากบของเหลวทใชเปนตวกลาง (freeze-drying suspending medium) เชน ซรมจากมา (horse serum) หรอ 20% skim milk ของเหลวตวกลางจะชวยไมใหเซลลถกท าลายในขนตอนการแชเยอกแขง

3) ถายเชอจากขอ 2 มาใสในหลอดแอมพล (ampule) ส าหรบบรรจเชอในการท าเยอกแขง

56

4) น าหลอดแอมพลไปตดตงเขากบเครองท าเยอกแขง (Lyophilizer) ซงการท างานของเครองจะท าใหน าภายในเซลลกลายเปนน าแขง อณหภมประมาณ –30 o

C จากนนเปนขนตอนการระเหดน าออกจากเซลล ภายใตสภาพทเปนสญญากาศ

5) จะไดเซลลแหงทอยภายในหลอดแอมพล สามารถเกบไวไดนาน (10-20 ป)

รปท 2.6 แสดงขนตอนการเกบรกษาเชอโดยวธการท าแหงแบบเยอกแขง (Freeze-drying) ทมา : ดดแปลงจาก Malik K. A. (2014).

การเตรยมเชอจลนทรย

เขยเชอจลนทรยลงในอาหารเหลว

น าไปบมในอณหภมทเหมาะสม

เกบเกยวเซลลจลนทรย

เตรยมเซลลเพอท าใหเปนเนอเดยว

กบสารทชวยรกษาเซล

ท าใหเชอกระจายตวในแอมพล

โดยเตมสาร prefrozen (0.5 มล.)

แชแขงทอณหภม -30 C, 2-3 ชวโมง

A ท า Primary Drying ,2-3 ชวโมง

ยายแอมพลไปใสในหลอดแกว

ทวางในซลกาเจล

B ท า Secondary Drying ,2-3 ชวโมง

C ปดฝาแอมพล

ใตสภาวะสญญากาศ

เกบรกษาไว

ทอณหภม 4-10 C

การเตรยมแอมพลบรรจเชอ

ท าความสะอาดแอมพลโดยใชกรด

เตมสารละลาย Skim milk ความเขมขน 20% ปรมาตร 0.5 มล.

ฆาเชอทอณหภม 115 C, 13 นาท

แชแขงทอณหภม -30 C, 2-3 ชวโมง

ท าการแชเยอกแขง จะไดเชอ ทมลกษณะขน อยภายในแอมพล

ตดฉลากและแชแขง

ทอณหภม -30 C, 1-2 ชวโมง

57

6. การเกบรกษาจลนทรยในประเทศไทย

ประเทศไทยไดจดตงศนยเกบรกษาและรวบรวมขอมลจลนทรย ขนทสถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย ตงแตป พ.ศ. 2519 มชอเรยกวา ศนยเกบรกษาและรวบรวมขอมล

จลนทรย (Microbiological Resources Center, MIRCEN) ท าหนาทรวบรวมและจดเกบจลนทรยนอกถนก าเนดแบบถาวร ไดแก แบคทเรย ยสต รา และสาหราย ทมประโยชนและมความส าคญทางดานอตสาหกรรม เกษตร และสงแวดลอม รวบรวมขอมลสายพนธจลนทรยดวยระบบคอมพวเตอร และจดท าเอกสารบญชรายชอจลนทรย ส าหรบใชเปนคมอนกวจย การใหบรการสายพนธจลนทรยและขอมลจลนทรย เพองานวจย การเรยนการสอน และการผลตในอตสาหกรรม ใหบรการจ าแนกชนดจลนทรย การผลตจลนทรยในปรมาณมาก จดหาและสงซอ จลนทรยจากศนยเกบรกษาจลนทรยในตางประเทศ ใหบรการฝกอบรมบคลากรเกยวกบเทคโนโลยการเกบรกษาและจ าแนกชนดจลนทรย

ใหบรการค าปรกษาและแกไขปญหาเกยวกบ จลนทรยในดานตางๆ และบรการแลกเปลยนขอมลจลนทรยกบศนยขอมลจลนทรยในตางประเทศ

นอกจากศนยเกบรกษาและรวบรวมขอมลจลนทรย ทสถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทยแลว ยงมหนวยปฏบตการเกบรกษาสายพนธจลนทรยเฉพาะทางทไดจดตงขนโดย ศนยพนธวศวกรรมและเทคโนโลยชวภาพแหงชาต ในป พ.ศ.2539 มวตถประสงคในการใหบรการจดเกบรกษาสายพนธจลนทรยทแยกไดในประเทศ โดยเนนเฉพาะจลนทรยลกษณะพเศษ เชน

ราทท าใหเกดโรคในแมลง ราน า ราในกลมไซลาเรยซอ แบคทเรยพวกแอคตโนมยซส แบคทเรย แลคตก และสาหรายขนาดเลก นอกจากนยงพฒนา วธเกบเชอแบบถาวรใหเหมาะกบจลนทรย แตละกลม เชน เทคนคการแชแขงทอณหภม -80 C และ -196 C การท าแหงแบบเยอกแขง การเกบภายใตพาราฟนเหลวทอณหภมหอง โดยมการควบคมคณภาพของจลนทรยทเกบรกษาไวดวยการตรวจสอบการมชวตและความบรสทธของจลนทรย

58


1. การคดเลอกเชอจลนทรยจากแหลงตางๆ มจดประสงคเพออะไร

2. จงสรปแหลงทมาของจลนทรยทจะน ามาใชในการคดเลอกสายพนธ

3. คณสมบตใดของเชอทสามารถน ามาใชเปนปจจยในการคดแยกเชอทตองการออกจากเชออนได

4. การเกบรกษาสายพนธจลนทรยมกวธ วธใดบาง

5. การเตมสาร Cryoprotective agent เชน กลเซอรอล ในการเกบรกษาเซลลจลนทรยในสภาพเยนจด มวตถประสงคเพออะไร

6. จงอธบายความแตกตางของวตถประสงคในการเกบรกษาเชอจลนทรยของหนวยงานในประเทศไทย 2 แหง คอ ศนยเกบรกษาและรวบรวมขอมลจลนทรย (MIRCEN) กบหนวยปฏบตการเกบรกษาสายพนธจลนทรย BIOTEC

59


1. จดประสงคของการคดเลอกเชอจลนทรยจากแหลงตางๆ ไดแก

1) เพอการศกษาและคนหาจลนทรยชนดใหมๆ ทในปจจบนยงมการคนพบนอยมากเมอเทยบกบจ านวนจลนทรยในโลกทงหมด

2) เพอคนหาสายพนธจลนทรยทมคณสมบตใหมๆ ทเปนประโยชนในทางอตสาหกรรม เชน ความสามารถในการสรางผลตภณฑชนดใหม

3) เพอคนหาสายพนธจลนทรยทมคณสมบตตามทตองการ และน ามาปรบปรงสายพนธใหมคณสมบตในการสรางผลตภณฑไดด มประสทธภาพสง ลดคาใชจายในกระบวนการผลต เชน มความสามารถในการทนรอน ทนกรด ทนสารละลายความเขมขนสง เปนตน

2. แหลงทมาของของจลนทรยทจะน ามาใชในการคดเลอกหาสายพนธจลนทรยทตองการมหลายแหลง ไดแก

1. แหลงธรรมชาตทวไป หมายถงแหลงทเปนสภาพภมประเทศของโลก ไดแก ดนจากแหลงตางๆ น าจากแหลงน าทวไปทงน าจด น ากรอย น าเคม รวมทงอากาศและฝ นละอองในอากาศ

2. แหลงธรรมชาตทมสภาวะรนแรง (Extreme environment habitat) หมายถงบรเวณทมปจจยทางสภาวะแวดลอมทผดไปจากปกต เชน อณหภมสง pH ต า มความเคมสง ความดนอากาศมากกวาความดนบรรยากาศ มความแหง หรอเปนบรเวณทไดรบการแผรงส เปนตน

3. แหลงทเกดจากกจกรรมของสงมชวต ไดแก แหลงทมการทบถมของซากพช ซากสตว มลสตว จลนทรยทอยรวมกบพชในบรเวณราก (Rhizophere) จลนทรยทอาศยอยในรางกายมนษยหรอสตว เปนตน

4. แหลงผลตภณฑอตสาหกรรมและทอยอาศย ไดแก ผลตภณฑอาหารหมกตางๆ ผลตภณฑทมการเนาเสย ของเหลอทง ดน น า จากโรงงานอตสาหกรรมตางๆ รวมทงขยะหรอน าทงจากบานเรอน เปนตน

3. คณสมบตของเชอทสามารถน ามาใชเปนปจจยในการคดแยกเชอทตองการออกจากเชออนได มหลายลกษณะ ไดแก ความสามารถในการผลตเอนไซม ความสามารถในการทนอณหภมสง ความสามารถในการทนความเปนกรดหรอดาง และความสามารถในการทนสารละลายความเขมขนสง เชน เกลอ หรอน าตาล เปนตน

60

4. การเกบรกษาสายพนธจลนทรยทนยมปฏบตม 5 วธการใหญๆ ไดแก

1. การเกบรกษาจลนทรยในหลอดอาหารเลยงเชอ (Subculture)

2. การเกบรกษาจลนทรยในสภาพทมเมแทบอลซมต า (Reduced metabolism and periodic transfer)

3. การเกบรกษาจลนทรยในสภาพแหง (Drying)

4. การเกบรกษาจลนทรยในสภาพเยนจด (Freezing)

5. การเกบรกษาจลนทรยโดยวธการท าแหงแบบเยอกแขง (Freeze-Drying หรอ Lyophilization)

5. การเตมสาร Cryoprotective agent เชน กลเซอรอล ในการเกบรกษาเซลลจลนทรยในสภาพเยนจด มวตถประสงคเพอชวยในการปองกนรกษาเซลลจลนทรยไมใหไดรบอนตรายจากความเยนจด

6. วตถประสงคในการเกบรกษาเชอจลนทรยของหนวยงานในประเทศไทย 2 แหง คอ ศนยเกบรกษาและรวบรวมขอมลจลนทรย (MIRCEN) กบหนวยปฏบตการเกบรกษาสายพนธจลนทรย BIOTEC มความแตกตางกน ดงน

ศนยเกบรกษาและรวบรวมขอมลจลนทรย (MIRCEN) มวตถประสงคเพอรวบรวมและจดเกบจลนทรยนอกถนก าเนด (นอกประเทศไทย) ทมประโยชนและมความส าคญทางดานอตสาหกรรม

เกษตร และสงแวดลอม

หนวยปฏบตการเกบรกษาสายพนธจลนทรย BIOTEC มวตถประสงคในการใหบรการจดเกบรกษาสายพนธจลนทรยทแยกไดในประเทศ โดยเนนเฉพาะจลนทรยลกษณะพเศษ เชน ราทท าใหเกดโรค ในแมลง ราน า ราในกลมไซลาเรยซอ แบคทเรยพวกแอคตโนมยซส แบคทเรย แลคตก และสาหรายขนาดเลก ซงเปนจลนทรยทคดแยกไดจากงานวจยในประเทศเปนหลก

61


วราวธ ครสง. (2529). เทคโนโลยชวภาพ. กรงเทพฯ: โอเดยนสโตร. สมใจ ศรโภค. (2540). เทคโนโลยการหมก. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. สมใจ ศรโภค. (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. สาโรจน ศรศนสนยกล และ ประวทย วงศคงคาเทพ. (2538). วศวกรรมเคมชวภาพพนฐาน 1.

กรงเทพฯ: ส านกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย. สรนดา ยนฉลาด. (2546). เทคโนโลยชวภาพพนฐาน เลมท 1. ขอนแกน: ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ

คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยขอนแกน.


McGraw-Hill.

Madigan, M. T., J. M. Martinko and J. Parker. (1997). Brock Biology of Microorganisms. 8th. ed.

New Jersey: Prentice-Hall Inc

Malik K. A. (2014). Freeze-drying of Microorganism Using a Simple Apparatus. สบคนเมอ 30 กนยายน 2557, จาก http://webworld.unesco.org/gcexhibition2003/167/TECHNICAL_

INFORMATION_ SHEET/info7.html


Traditional Starters for Ethanol Production. Proceeding -Science and Engineering :

67 – 73.

Phetcharat, P. and A. Duangpaeng. 2012. Screening of Endophytic Bacteria from Organic Rice

Tissue for Indole Acetic Acid Production. Procedia Engineering : 177 - 183.

Stanbury, P. F., A. Whitaker and S. Hall. (1999). Principles of Fermentation Technology.2nd

ed.

Burlington : Butterworth-Heinemann.

http://webworld.unesco.org/gcexhibition2003/167/TECHNICAL_


การผลตเครองดมแอลกอฮอล 10 ชวโมง


1. ชวเคมของการการหมกแอลกอฮอล


2.1 วตถดบทใชในการผลตเบยร

2.2 ยสตทใชในการหมกเบยร

2.3 กระบวนการผลตเบยร

2.4 ชนดของเบยร

3. การผลตไวน 3.1 ยสตทใชในการหมกไวน 3.2 กระบวนการหมกไวน

4. การผลตสรากลน

4.1 ยสตทใชในการผลตสรากลน

4.2 วตถดบทใชในการผลตสรากลน

4.3 การผลตสกอตวสก





1. อธบายกระบวนการทางชวเคมของยสตในการหมกแอลกอฮอลได

2. เขยนสรปขนตอนการผลตเบยรได

3. เปรยบเทยบความแตกตางของเบยรแตละชนดได

4. เขยนสรปขนตอนการผลตไวนได

5. บอกความแตกตางของกระบวนการหมกไวนขาวกบไวนแดงได

6. ค านวณหาความเขมขนของสรากลนในระบบตางๆ ได

7. มทกษะปฏบตในการท าปฏบตการ เรอง การผลตไวน

64




3. อธบายและสาธตปฏบตการ เรอง การผลตไวน เพอเปนแนวทางใหนกศกษาไดลงมอท าปฏบตการเอง

4. แบงผเรยนกลมละ 4 คน ใหผเรยนลงมอท าปฏบตการ เรอง การผลตไวน 5. มอบหมายใหผเรยนเขยนรายงานปฏบตการ เรอง การผลตไวน 6. ใหทบทวนความรโดยการท าค าถามทายบท





4. บทปฏบตการ เรอง การผลตไวน

การวดผล 1. การมสวนรวมในกจกรรมการเรยนการสอน



การประเมนผล 1. ความสนใจ และกระตอรอรน ของการเขารวมกจกรรมและการตอบค าถาม




65

บทท 3

การผลตเครองดมแอลกอฮอล

บทน า

เครองดมแอลกอฮอลทมการผลตทวโลกมหลากหลายชนดแตกตางกนไป โดยวตถดบทใชในการผลตเครองดมแอลกอฮอลสวนใหญไดแกวตถดบทมน าตาล เชน น าผลไม น าผง หรอพชทมน าตาล นอกจากน ยงสามารถน าวตถดบทมแปงเปนสวนประกอบมาใชในการผลตไดดวย เชน เมลดธญพช พชหวชนดตางๆ ซงจะตองน ามายอยใหเปนน าตาลกอนโดยใชจลนทรยทเหมาะสม ภายหลงกระบวนการหมกสนสดลง ของเหลวทไดจะมแอลกอฮอลปรมาณตางๆ กน แลวแตชนดของเครองดมแอลกอฮอลทตองการผลต

เครองดมแอลกอฮอลทผลตไดสามารถน ามาดมไดทนท แตสวนใหญแลวมกจะน ามาบมหรอเกบรกษาไวระยะหนงเพอใหมกลนรสดขน นอกจากน ยงสามารถน ามากลนตอเพอใหไดปรมาณแอลกอฮอลทสงขน และน ามาผลตเปนเหลาตางๆ เชน วสก บรนด วอดกา จน รมและอนๆ ซงจะมปรมาณแอลกอฮอลระหวาง 40-50% ทงน เครองดมแอลกอฮอลทมความส าคญในระดบอตสาหกรรมและมการผลตทวโลก ไดแก เบยรและไวน นอกจากน ยงมการผลตเครองดมแอลกอฮอลชนดตางๆ แลวแตความนยมในทองถนอกมากมาย

1. ชวเคมของการการหมกแอลกอฮอล

จลนทรยทใชในการหมกแอลกอฮอลสวนใหญ คอ ยสต Saccharomyces cerevisiae และ S. carlsbergensis ยสตสองสายพนธนแตกตางกนตรงท S. carlsbergensis สามารถใชน าตาลราฟ ฟโนสได สวน S. cerevisiae ไมสามารถใชน าตาลนได ยสตทงสองสามารถเปลยนน าตาลเปนแอลกอฮอลได ดงสมการ

กระบวนการหมกแอลกอฮอล (Alcoholic fermentation) เรมจากไกลโคไลซส (Glycolysis) เชนเดยวกบการสลายกลโคสโดยใชออกซเจน จะไดผลตภณฑเปนกรดไพรวก 2 โมเลกล พรอมกบ มการปลดปลอย ATP 2 โมเลกล และไฮโดรเจน 4 อะตอม ตอจากนนกรดไพรวกจะเปลยนเปน แอซทล ดไฮด ( Acetaldehyde) เ ปนสารประกอบท มคา รบอน 2 อะตอม และไดก าซคารบอนไดออกไซด โดยเอนไซมไพรเวตดคารบอกซเลส ( Pyruvate decarboxylase) ปฏกรยาตอไป

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 ยสต

http://www.pw.ac.th/main/website/sci/glossary.htm#30

66

แอซทลดไฮดจะถกออกซไดซดวย NADH + H+ เปนเอทลแอลกอฮอลหรอเอทานอล โดยเอนไซม

แอลกอฮอลดไฮโดรจเนส (Alcohol dehydrogenase) สรปกระบวนการหมกแอลกอฮอลเปนการปลดปลอยพลงงานแบบไมใชออกซเจน เกดขนในไซโทพลาสซม โดยใชไพรเวตจากไกลโคไลซสเปนสารตงตน ปฏกรยาทเกดขนในขนตอนการหมกจะมการสราง NAD

+ ขนมาใหม แตจะไมมการสราง ATP เพมอก ดงนนการสลายกลโคสแบบ

ไมใชออกซเจนจงสราง ATP ไดเพยง 2 โมเลกล จากไกลโคไลซสเทานน นอกจากน ยสตจะหมกแอลกอฮอลไดสงสดประมาณ 12% โดยปรมาตร เนองจากถาแอลกอฮอลปรมาณสงกวานจะเปนอนตรายตอเซลล

รปท 3.1 แผนภาพแสดงกระบวนการทางชวเคมของยสตในการหมกเอทานอล

ทมา : http://bio-respriation502.blogspot.com/2011/08/oxygen.html


เบยรเปนเครองดมแอลกอฮอลชนดแรกของโลก ความหมายดงเดมของเบยรหมายถงเครองดมแอลกอฮอลทไดจากระบวนการหมกของมอลต ดอกฮอปและยสต แตในปจจบนในหลายประเทศยกเวนเยอรมน จะมการเตมธญพชอนๆ เชน ขาวโพด ขาว ขาวสาล ผสมกบมอลตเพอลดตนทนการผลต เนองจากมอลตมราคาสง

2.1 วตถดบทใชในการผลตเบยร

1. มอลต (Malt) มอลต เตรยมไดจากขาวบารเลย (Barley) ซงปลอยใหงอกภายใตสภาวะควบคมความชน

และอากาศ ในระหวางการงอก ภายในเมลดขาวบารเลยจะเกดการเปลยนแปลงจากการท างานของเอนไซมหลายอยาง จนกระทงกลายเปนมอลต จากนนน าไปอบใหแหง

67

มอลตจะถกใชเปนแหลงคารโบไฮเดรต โปรตน และย งมเอนไซมคารโบไฮเดรส (Carbohydrase) และโปรตเอส (Protease) ชวยยอยสลายคารโบไฮเดรตและโปรตนในมอลตไดน าตาลและกรดอะมโนตามล าดบ ซงจะถกใชเปนธาตอาหารส าหรบการเจรญและเมแทบอลซมของยสต

2. แอดจงก (Adjuncts)

แอดจงก คอธญพชชนดตางๆ ทเตมลงไปเพอเปนแหลงคารโบไฮเดรตและยงมสารอนๆ เชน ไขมน โปรตนและเอนไซมเจอปนอย สวนใหญมกใชขาวโพดซงนยมเตรยมเปน Maltose syrup

โดยการยอยดวยกรด หรอยอยสลายดวยเอนไซม นอกจากนนอาจใชขาวหรอขาวโพดทผานการขดสแลว

3. ดอกฮอป (Hop)

ดอกฮอปเปนวตถดบส าคญในการผลตเบยร ชวยท าใหเบยรมกลนรสเฉพาะตวทด การใชดอกฮอปอาจใชในรปของของฮอปแหงทงดอก บดใหเปนผงแลวเตรยมเปนเมด (Pellet) หรอสารสกดจากดอกฮอป

ตนฮอป เปนไมเลอยทมชอวทยาศาสตรวา Humulus lupulus ในการผลตเบยรจะใชดอกฮอปตวเมย มลกษณะคลายฝกขาวโพด และใชชนดทไมมเมลด ซงจะมน ามนหอมระเหย (Essential oil)

และอลฟาเรซน (Alpha resin) ทโคนกลบดอก น ามนหอมระเหยในดอกฮอปมเพยง 1% แตจะใหกลนเฉพาะแกเบยร เนองจากมสวนผสมเปนไฮโดรคารบอนจ าพวกเทอรปน (Terpene) หลายชนด สวนสารอลฟาเรซนทโคนกลบดอกเปนสารทใหความขมแกเบยร และยงชวยไมใหเบยรเนาเสยเนองจากแบคทเรยบางชนด

ภาพท 3.2 ลกษณะของดอกฮอป (ก) และฮอปอดเมด (ข) ทมา : http://www.brewedforthought.com/?p=6306 และ

http://www.northernbrewer.com/shop/us-goldings-hop-pellets.html

(ก) (ข)

http://www.brewedforthought.com/?p=6306


68

4. น า

น า เปนวตถดบทมความส าคญมากอยางหนง เพราะเบยรแตละชนดใชน าทมคณภาพตางกน น าทใชท าเบยรตองเปนน าทปราศจากตะกอนขน ส กลน รส สารอนทรยรวมทงจลนทรยทปะปนมา ตลอดจนตองปราศจากเหลก โลหะหนก ซลไฟตและไนไตรท นอกจากน แคลเซยมและแมกนเซยม ในรปของเกลอคารบอเนต ทมผลตอความกระดางของน า จะมผลตอคณภาพของเบยรเปนอยางมาก

5. องคประกอบอนๆ องคประกอบอนๆ นอกจากทกลาวมาขางตนนน จะแตกตางกนไปแลวแตโรงงาน เชน

บางโรงงานเตมธาตอาหารส าหรบยสต เพอชวยใหการหมกรนแรงขน การผลตเบยรบางชนดอาจมการเตมสารประเภท Chill proofing agent เชน เอนไซมปาเปน (Papain) โบรมลน (Bromolin) กอนบมเบยร หรอเตมโปแตสเซยมเมตาไบซลไฟต (Potassium metabisulfite; KMS) ความเขมขนต า (50 ppm.)

เพอชวยไลออกซเจนและชวยในการยบย งการเจรญของจลนทรยทปนเปอนมากบวตถดบ เปนตน

2.2 ยสตทใชในการผลตเบยร ยสตทใชในการผลตเบยร เรยกวา Brewer’s yeast นยมใชสายพนธ Saccharomyces cerevisiae

และ Saccharomyces uvarum (carlsbergensis) โดยมลกษณะทส าคญดงน

1. สามารถใชน าตาลไดหลายชนด

2. ผลตเอทานอลและทนตอเอทานอลได (Ethanol tolerance)

3. ใหกลนหอม (aroma) และใหกลนรส (Flavor) เฉพาะตว

4. มความสามารถในการตกตะกอน (Flocculation)

5. มอตราการหมกสง

6. มความคงตวทางพนธกรรม

รปท 3.3 ลกษณะของ Saccharomyces cerevisiae (ก) และ Saccharomyces uvarum (ข)

ทมา : http://www.visualphotos.com/image/..../sachharomyces_cerevisiae_yeast_saccharomyces

และ http://www.thescrewybrewer.com/p/yeast-in-your-beer.html

(ก) (ข)

69

นอกจากน เราสามารถแบงประเภทของยสตทใชในการผลตเบยรไดเปน 2 ชนด ตามความแตกตางของการหมก คอ Top fermenting yeast กบ Bottom fermenting yeast ซงมลกษณะแตกตางกนดงน

1. Top fermenting yeast ไดแก Saccharomyces cerevisiae ทใชผลต Top fermented beer

ลกษณะทไดจากการหมกคอ ในระหวางการหมกเชอจะกระจายอยางสม าเสมอในน าเวรท (Wort) จากนนกาซคารบอนไดออกไซดจะดนยสตใหขนมาอยผวหนา การหมกโดยใช Top fermenting yeast

จะเกดทอณหภม 14-23 C การหมกจะสมบรณภายใน 5-7 วน เมอหมกเสรจจะน าเบยรไปบมทอณหภม

4-8 C ซงในชวงนจะมการสรางกลนรสเฉพาะของเบยรชนดน

2. Bottom fermenting yeast ไดแก Saccharomyces uvarum (carlsbergensis) ซงลกษณะการหมกจะเกดขนรนแรง เซลลจะกระจายทวไปในถงหมก แตเมอการหมกสนสด เซลลจะตกตะกอนลงสกนถงหมก การหมกโดย Bottom fermenting yeast จะเกดขนท 6-12

C การหมกจะสมบรณภายใน

8-14 วน เมอการหมกสมบรณแลว เบยรจะถกปมออกมาใสลงในถงขนาดใหญ และเกบทอณหภมประมาณ 1

C เปนเวลาหลายสปดาห

2.3 กระบวนการผลตเบยร

กระบวนการผลตเบยรประกอบดวยขนตอนตางๆ ไดแก การผลตมอลต การบรววง การหมก การบมและการบรรจ โดยมรายละเอยด ดงน

2.3.1 การผลตมอลต (Malting)

เปนกระบวนการผลตมอลตจากขาวบารเลย แตเดมเปนขนตอนทตองท าในโรงงานเบยร แตปจจบนมผผลตมอลตจ าหนาย โดยการผลตมอลตจะเรมดวยการน าขาวบารเลยมาท าความสะอาด แลวเกบไวระยะหนง เนองจากขาวบารเลยทเกบใหมๆ จะมการงอกไมสม าเสมอ ท าใหไดมอลตทมคณภาพไมด จากนนรอนแยกขาวบารเลยเอาเฉพาะทเมลดขนาดใหญและขนาดกลางมาเพาะ โดยน าไปแชในน าอณหภมต าประมาณ 12-15

C เปนเวลา 2-3 วน โดยจะตองเปลยนน าแช 3-6 ครง เพอลด

จ านวนจลนทรยทตดมากบขาวบารเลย และเพอเพมปรมาณออกซเจนทละลาย หลงจากทแชขาวบารเลยแลว 7-8 วน ขาวบารเลยจงจะเรมงอก ในขณะงอกจะมการสรางเอนไซมแอลฟาอะไมเลสและโปรตเอส แลวจงน ามาอบใหแหงทอณหภม 50

C ใหมความชนเหลอประมาณ 5% หรอต ากวาน จากนนจงน า

มอลตไปอบตอทอณหภม 80 C หรอสงกวาน เพอใหไดมอลตทมสเขม (Dark malt) สและกลนของ

มอลตจะถกสรางขนมาในระยะน จากนนจะน ามอลตมารอนผานตะแกรงเพอแยกมอลตทจบกนเปนกอนออกไป

2.3.2 การบรววง (Brewing)

กระบวนการผลตเบยรในขนตอนทเรยกวาบรววง (Brewing) ประกอบดวยการบดมอลตและการตมมอลต มรายละเอยด ดงน

70

1. การบดมอลต (Milling) เปนการน ามอลตมาบดใหเปนผง ดวยเครองโมหรอเครองบด

2. การตมมอลต (Mashing) ท าไดโดยน ามอลตทบดแลวมาผสมกบน า ใสลงในถง ทองแดงหรอสแตนเลสขนาดใหญ ถามการใชแอดจงก จะตองท าการตมเพอท าใหแปงในแอดจงกเปลยนเปนเจลาตน (Gelatinized) แลวจงผสมรวมกบมอลต จากนนใหความรอนระหวาง 45-60

C

ซงเปนอณหภมทเหมาะสมตอการท างานของเอนไซม Malt protease จากนนเพมอณหภมเปน 60-65 C

เพอใหเอนไซม Malt amylase ท างาน ในตอนนแปงจะเกดการเปลยนสภาพเปนของเหลว (Liquefaction) เนองจากการท างานของเอนไซมแอลฟา อะไมเลส จากนนจะเกดการเปลยนเปนน าตาล (Saccharification) โดยเอนไซมแอลฟาอะไมเลสและเบตาอะไมเลส ท าใหไดของผสมทประกอบดวยน าตาลมอลโตส แมนโนส โอลโกแซคคาโรดและเดกซตรนปะปนอย จากนนหยดการท างานของเอนไซมโดยเพมอณหภมจนถง 75

C แลวจงน าสวนผสมไปผานเครองกรองเพอแยกกากมอลตออก

จะไดเปนของเหลวคลายน าเชอม มสน าตาลทมความหวานเรยกวา เวรท (Wort) หรอสวท เวรท (Sweet

wort) จากนนจงปมเวรทไปยงหมอตมและเตมฮอปลงไปตมใหเดอด ขณะนเอนไซมในขนตอนการตม (Mashing) จะเสยสภาพ สารตางๆ ในฮอปจะถกสกดออกมา รวมทงจะเกดสารอนๆ ทตกตะกอนได ซงเมอถกความรอนกจะถกจะแยกออกมาดวย และจะถกก าจดออกไปในขนตอนสดทายของการตม โดยใชการกรองหรอเซนตรฟวจ จากนนปมเวรทไปยงถงหมกตอไป

2.3.3 การหมก (Fermentation)

หลงจากทเวรทถกปมมายงถงหมกแลว จะตองท าใหเวรทเยนลง โดยมอณหภม ประมาณ 10-15

C จากนนจงเตมเชอยสตลงไป ซงเรยกขนตอนนวา Pitching โดยใหมความเขมขนของเซลลยสต

ประมาณ 106 เซลลตอมลลลตร การหมกจะเกดขน 2 ขนตอน คอ การหมกครงแรก (Primary

fermentation) และการหมกครงทสอง (Secondary fermentation) มรายละเอยด ดงน

1. การหมกครงแรก ในระหวางการหมกยสตจะมการเจรญและสรางแอลกอฮอล กาซคารบอนไดออกไซด และสารประกอบตางๆ ทใหกลนรสกบเบยร สภาวะในการหมกทตองควบคมคอ อณหภม (10-15

C) และมการใหอากาศ การหมกครงแรกจะสมบรณเมอน าตาลในเวรทถกใชไป

แลว โดยถาเปน Top yeast กจะเหนเซลลยสตลอยขนมาบนผวหนาน าหมก แตถาเปน Bottom yeast

เซลลยสตกจะจมลงสกนถงหมก เมอการหมกครงแรกสนสดลง ลดอณหภมของถงหมกใหเยนลงจนถง 0 C ของเหลวทไดเรยกวา Young beer หรอ Green beer ซงจะถกปมไปยงถงเกบอณหภม 0-2

C เพอ

ท าการบมเบยร ซงอาจเรยกไดหลายอยาง คอ Aging, Fassing, Lagering, Conditioning หรอ Rush

storage

2. การหมกครงทสอง จะเกดในระหวางการบม โดยการหมกเกดในอตราต ามาก เนองจากอณหภมต าและปรมาณเซลลยสตและคารโบไฮเดรตเหลอนอย โดยยสตจะเปลยนน าตาลเปนคารบอนไดออกไซดอยางชาๆ ท าใหเบยรมคารบอนไดออกไซดเตมท

71

รปท 3.4 แผนภาพขนตอนการผลตเบยรของบรษทบญรอดบรวเวอร จ ากด

ทมา : http://www.boonrawd.co.th/brewing/index.html

2.3.4 การบม (Aging)

การบมมจดประสงคเพอท าใหเบยรใสและปรบกลนรสใหเหมาะสม การท าใหใสนนอาจท าไดโดยแยกเอาเซลลทเหลอและสารโมเลกลขนาดใหญ เชน สารประกอบเชงซอนของโปรตนและแทนนนออกจากเบยร โดยท าใหเกดลกษณะเปนวนเมอมอณหภมต าแลวจงแยกออกไป โดยการกรองหรอเซนตรฟวจ โดยทการแยกแทนนนจะท าใหเบยรมรสชาตกลมกลอมยงขน เวลาทใชในการบมเบยรจะแตกตางกนแลวแตชนดของเบยร เบยรทไดหลงจากการบมเรยกวาเบยรสด ซงอาจจะบรรจลงถงจ าหนายในรปของเบยรสดเลยหรอท าการบรรจขวดหรอกระปอง หรอน ามาบรรจขวดหรอกระปองแลวน ามาพาสเจอไรซท 62

oC 15 นาท จงน าออกจ าหนาย

http://www.boonrawd.co.th/brewing/index.html

72

2.4 ชนดของเบยร

เบยรแบงเปน 2 ชนด ตามความแตกตางของยสตทใชการหมก ดงน

1. Top fermented beer

หมกโดย Top fermenting yeast เบยรชนดนสวนใหญเรยกวา Ale beer ผลตมากในประเทศองกฤษและอาณานคมขององกฤษ

Ale beer มหลายชนด แบงตามสและ Body ของเบยร ไดแก 1) Pale ale ซงเปนเบยรทมสออนและรสขมมาก 2) Mild ale เปนชนดทมรสขมปานกลาง มสเขมกวาและหวานกวา Pale ale

3) Stout เปนชนดทมสเขมมาก ความขมของฮอปคอนขางต าและม Full body บางครงเรยกวา Porter

4) Weissbeir ผลตในเยอรมน โดยเฉพาะกรงเบอรลน ท าจากมอลตทผลตจากขาวสาล สออน มลกษณะเปน Light body และมยสตอยทกนขวดดวย

2. Bottom fermented beer

หมกโดย Top fermenting yeast เรยกโดยทวไปวา Lager beer ซงแบงตามสและ Body ของเบยรไดเปน Light beer และ Dark beer

Lager beer เปนเบยรทมการผลตมากทสดในปจจบน โดยผลตในอเมรกา เยอรมน สแกนดเนเวย เนเธอรแลนด รวมทงประเทศไทย ในยโรปนน ชอของเบยรจะมชอเรยกเฉพาะทแตกตางกนไปแลวแตเมองทผลต เนองจากความแตกตางของวตถดบทใช เชน เบยร Pilsener เปนเบยรทผลตในเมอง Pilsener แมในปจจบนจะมการผลตเบยรทมลกษณะแบบนทอน กยงคงเรยกชอ Pilsener อย

รปท 3.5 ตวอยางของ Ale beer และ Lager beer ทมจ าหนาย

ทมา : http://www.brewsnews.com.au/2010/11/is-this-australias-most-influential-beer/

และ http://thepkitchen.files.wordpress.com/2010/12/3680721.jpg

(ข) Ale beer (ก) Lager beer

http://www.brewsnews.com.au/2010/11/is-this-australias-most-influential-beer/

73

3. การผลตไวน

ไวน (Wine) เปนเครองดมแอลกอฮอลทไดจากการหมกน าองนโดยยสต ไวนทผลตจากทองถนตางๆ จะมกลนรสเฉพาะทตางกนไป ขนกบสายพนธองนทใช วธการปลก การเกบเกยว ตลอดจน การหมกและการบมไวน ถาเปนไวนทหมกจากน าผลไมอนทไมใชองน จะเรยกวาไวนผลไม (Fruit

wine) เชน ไวนสบปะรด ไวนแอปเปล ไวนกระเจยบ เปนตน

ฝรงเศส เปนประเทศทมการผลตไวนมากเปนอนดบหนงของโลก รองลงมาคออตาล ส าหรบประเทศไทยมโรงงานผลตไวนทมชอเสยง เชน เขาใหญไวนเนอร ชาโต เดอ เลย ชาตองตไวน เปนตน

3.1 ยสตทใชในการหมกไวน ยสตทใชในการหมกไวน หรอไวนยสต (Wine yeast) ความหมายเดมคอยสตทพบบนผลองน

และมสวนรวมในการหมกน าองน ในปจจบนหมายถงยสตสายพนธทเหมาะสมส าหรบการหมกไวน ทถกเพาะเลยงใหเปนเชอบรสทธเพอน ามาใชในการผลตไวน และพบวาไวนยสตเกอบทงหมดเปนเชอ Saccharomyces cerevisiae

ยสตทใชผลตไวน มจ าหนายทงในรปของเชอสดทเลยงบนอาหารวนเอยงหรออาหารเหลว และยสตแหงทมความชนประมาณ 5-7.5% ส าหรบยสตแหงน น เมอจะน าไปใชจะตองน ามาท าให มความชนภายในเซลลเพมขน โดยน ามาผสมกบน าเยนหรอน าอน อณหภม 40

oC

รปท 3.6 ลกษณะของไวนยสตทมจ าหนายในทองตลาด

ทมา : http://www.mountainhomebrew.com/whitelabswlp760cabernetredwineyeast.aspx

http://www.americanbrewmaster.com/Lalvin-RC-212-Red-Wine-Yeast

(ข) ยสตสดทเพาะเลยงในอาหารเหลว (ก) ยสตแหงทบรรจในซอง

74

ลกษณะทส าคญของไวนยสต มดงน

1. มความสามารถในการหมกแอลกอฮอลไดสง (18-20% โดยปรมาตร)

2. ทนตอเอทานอล

3. ทนตอความเปนกรด

4. ทนความเยน โดยหมกไดท 4 oC

5. ทนตอซลไฟต

6. ส าหรบยสตทใชผลตไวนแดงตองทนตอแทนนนดวย

7. สามารถผลต Sparkling wine คอสามารถเกดการหมกเพอสรางกาซคารบอนไดออกไซดไดภายใตความดนสง ทอณหภมต า จนกระทงน าตาลหมด

8. มการสรางแผนฝา (Film)

9. ทนตอน าตาลความเขมขนสง

10. หมกไดท 30-32 oC

11. ผลตกรดระเหย (Volatile acid) ไดนอย

3.2 กระบวนการหมกไวน

ผลผลตจากการกระบวนการหมกไวนทส าคญคอ เอทานอลและกาซคารบอนไดออกไซด ซงไดมาจากการเปลยนน าตาลในน าองน คอน าตาลกลโคสและฟรคโตส โดยทวไป น าจากองนทแกจดจะมน าตาล 20-24 องศาบรกซ (o

Brix) ถาน าองนมปรมาณน าตาลต าอาจตองเตมน าตาลซโครสลงไป ซโครสจะถกเปลยนเปนกลโคสและฟรคโตสอยางรวดเรว โดยเอนไซมอนเวอรเตส (Investase) ทยสตสรางขน ปกตแลวความเขมขนของแอลกอฮอลในไวน นยมระบเปนเปอรเซนตโดยปรมาตร (% v/v) ซงโดยทวไปไวนจะมเอทานอล 10-12% โดยปรมาตร

นอกจากเอทานอลและคารบอนไดออกไซดแลว ในระหวางการหมกไวนยงเกดผลพลอยไดอกหลายชนดทมผลตอรสชาต กลน และ Body ของไวน เชน กลเซอรอล กรดอนทรยตางๆ อะเซตลดไฮด เมทานอล เอสเทอร และ Higher alcohol หรอ Fusel oil ซงเปนสารทเกดขนมากทสดและมผลตอกลนและรสชาตของไวนเปนอยางมาก

ขนตอนในการท าไวนประกอบดวย การเตรยมน าองนหรอน าผลไม การหมก (Fermentation)

การถายไวน (Raking) การบม (Aging) และการบรรจ (Packing) ดงแสดงในรปท 3.7 มรายละเอยด ดงน

3.2.1 การเตรยมน าองน

เรมจากน าองนทเกบเกยวแลวมาบบ ตหรอปนใหแตกและแยกกานองนออก (Crushing

and destemming) ถาเปนไวนแดงจะท าจากองนแดง โดยไมตองแยกเปลอกออก แตถาเปนไวนขาวจะท าจากองนขาวหรอองนแดงทตองแยกเอากากและเมลดออก น าองนทผานการบบแลวเรยกวา มสต (Must)

จากนนท าการฆาเชอทตดมากบองนโดยเตมซลเฟอรไดออกไซด 50-200 ppm. โดยอาจใชในรปของ

75

โพแตสเซยมเมตาไบซลไฟต (KMS) แลวแชไวนานขามคน เพอใหซลเฟอรไดออกไซด (SO2) ระเหยออกไปกอนจะเตมยสตทเปนเชอตงตน (Starter) ลงไป

รปท 3.7 แผนภาพขนตอนการผลตไวนในอตสาหกรรม

ทมา : ดดแปลงจาก http://www.centurywine.8m.com

3.2.2 การหมก

หลงจากเตรยมน าองนเรยบรอยแลว เตมยสตลงไป โดยทวไปมกจะเตรยมในรปของ Starter ทเจรญในน าองนหรอน าผลไม โดยใชปรมาตร 10% ของน าผลไมทงหมดทจะใชหมก จากนนยสตจะเจรญและเกดการหมก

ไวนขาวจะหมกทอณหภม 15 oC เปนเวลา 5 วน หรออณหภม 10

oC จะใชเวลานาน 20-

30 วน จากนน ไวนจะมความเขมขนของน าตาลลดลงต ามากและการหมกจะยงคงเกดขนอยางชาๆ จนกระทงน าตาลหมดอยางสมบรณ โดยอาจตองใชเวลานาน 4-6 สปดาห ซงโดยทวไปไวนขาวจะหมกจน dry คอมน าตาลเหลออยไมเกน 0.2%

สวนการหมกไวนแดงจะเกดทอณหภม 24-29 oC เปนเวลา 4-6 วน จนน าตาลลดลงเหลอ

ประมาณ 2-4 o Brix ในการหมกไวนแดงทมเปลอกองนปนอยดวยน จะท าใหสของเปลอกองน กลนรส

และแทนนนถกสกดออกมาจากผวองน จากนนแยกเอาไวนออกจากกาก โดยอาจมการบบคนกากเพอใหไดไวนทมสเขมและมรสฝาด

องน

บบคนองน ทงเปลอกและเมลด

เตมยสต

หมกในถงหมกไวน

ถงบมในบารเรล

ท าใหใสแลวกรองไวน บรรจขวด

76

3.2.3 การถายไวน (Raking)

โดยคอยๆ รนไวนออกหรอท าโดยวธกาลกน า ถาไวนทไดยงไมใสอาจตองตกตะกอนโดยใชเจลาตนหรอเบนโทไนต แลวจงรนสวนใสออกมา แลวจงท าการกรอง

3.2.4 การบม (Aging)

การบมไวนจะท าทอณหภมระหวาง 18-20 oC ในระยะนจะเกดการเปลยนแปลงดาน

กลนรส คอจะมการสรางกรดมาลกทจะเปลยนไปเปนกรดแลคตกและคารบอนไดออกไซด เนองจากการกระท าของแบคทเรยทปะปนมา เรยกวา Malolactic fermentation ในขนตอนนใชเวลา 2-3 สปดาห หลงจากนน ท าการตกตะกอนไวนอกครง และอาจมการเตมกลนไมโอคโดยใชโอคชป หรอบมในถงไมโอค (Oak barrel) เพอใหไดกลนรสทด จากนนน าไวนมาพาสเจอไรซและบรรจขวดตอไป

รปท 3.8 ลกษณะของถงบมไวนทท าจากไมโอค

ทมา : http://en.wikipedia.org/.../File:Oak-wine-barrel-at-toneleria-nacional-chile.jpg

77

รปท 3.9 แผนภาพสรปขนตอนการผลตไวนขาวและไวนแดง

ทมา : ดดแปลงจาก http://www.chem.shef.ac.uk/chm131-1999/cha99cab/fermentation.html

4. การผลตสรากลน

สรากลนเกดขนครงแรกในประเทศจนเมอประมาณ 1,000 ปทผานมา โดยเปนการหมกคารโบไฮเดรตโดยใชยสตแลวกลนแยกเอทานอลความเขมขนตางๆ ออกมา น ามาผสมและใชเปนเครองดมทมแอลกอฮอล การแบงประเภทของสรากลนตามความเขมขนของแอลกอฮอลจะแบงออกไดเปน นวทรล สปรต (Neutral spirit) และวสก (Whisky)

เกบเกยวองน

ก าจดกงกานองนออก

บบคนองน

ไวนขาว

ทงน าองนไวเพอสกดส กลนรสในน าองน

ไวนแดงหรอไวนโรเซ

ท าการหมกพรอมทงสกดส กลนรสในน าองน

บบคนเอาเฉพาะน าองน

ถาเปนไวนแดงจะสกดสกลนรส

เปนเวลานาน ถาเปนไวนโรเซ

จะใชเวลานอยกวา

บบคนเอาเฉพาะน าองน

ท าการหมก การหมกสมบรณ หมกแบบมาโลแลคตก

(ท าหรอไมกได)

บรรจขวด

บมใหไวนมคณภาพด

และท าใหไวนใส

บมตอ เพอใหไวนอยตว

78

นวทรล สปรต เปนผลตภณฑทผลตโดยใชวตถดบทเปนธญพชหลายชนด เชน ขาวโพด ขาวสาล ขาวไรย เมอน ามากลนดสทลเลท (Distillate) จะไดแอลกอฮอลออกมา 190 Proof หรอสงกวา ส าหรบความหมายของค าวา Proof เปนการวดปรมาณแอลกอฮอลตามระบบอเมรกนคอปรมาณแอลกอฮอลทกลนไดจะเทากบสองเทาของเปอรเซนตแอลกอฮอลโดยปรมาตร หรอเทากบสองเทาของระบบดกร (Degree) ทใชในยโรป เชน 100 Proof เทากบ 50% โดยปรมาตรหรอเทากบ 50 ดกร ตวอยางของ Neutral spirit เชน Grain spirit กลนไดจาก Grain mash ทผานการหมกแลวน ามาบมในถงไมโอค และเมอน ามาบรรจขวดตองปรบใหมแอลกอฮอลไมต ากวา 80 Proof

วสก คอสรากลนทผลตจากธญพช (Grain mash) เมอกลนดสทลเลทแลวจะไดแอลกอฮอล 190

Proof นอกจากนนในกระบวนการกลนนนท าใหไดดสทลเลททมกลนรสและลกษณะเฉพาะของวสก จากนนตองน าไปบมในถงบารเรลทท าจากไมโอคใหมๆ ยกเวน Corn whisky ตองบมจากถงไมโอคทใชแลว ตวอยางเชน Rye whisky, Malt whisky หรอ Wheat whisky นน หลงจากกลนแลว ดสทลเลททไดตองมแอลกอฮอลไมเกน 160 Proof โดยคารโบไฮเดรตทใชหมกจะตองมธญพชตางๆ นน ผสมอยไมต ากวา 51% แลวน าไปบมในถงทท าจากไมโอคทเผาจนไหมเกรยม ตองมแอลกอฮอลไมเกน 125 Proof

โดยบมนาน 4 ป เมอจะบรรจขวดตองมแอลกอฮอลไมต ากวา 80 Proof และถาจะบมนอยกวา 4 ป ตองระบใหชดเจน

4.1 ยสตทใชในการผลตสรากลน

ยสตทน ามาใชในการผลตสรากลน ไดแก Saccharomyces cerevisiae สายพนธทเหมาะสมส าหรบผลตสรากลนแตละชนด ทงน ยสตท าหนาทส าคญ 2 ประการคอ

1. ผลตแอลกอฮอล 2. ผลตสารคอนจเนอร (Congener) ซงเปนสารประกอบทผสมอยในสรากลนท งหมด

โดยอาจจะมาจากธญพชทใชเปนวตถดบหรอเปนสารทยสตหรอแบคทเรยแลกตก สรางขนในระหวางการหมก ไดแก อลดไฮด กรดอนทรย เอสเทอรและ Fusel oil หรอ Higher alcohol หลายชนด

รปท 3.10 ลกแปงหรอกอนแปงทใชเปนหวเชอในการผลตสรากลน

ทมา : http://surathai.wordpress.com/category/บทความวชาการ/สราแช

http://surathai.wordpress.com/category/%E0%B8%9A%E0%B8%97%E0%B8%84%E0%B8%A7%E0%B8%B2%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%8A%E0%B8%B2%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3/%E0%B8%AA%E0%B8%B8%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B9%81%E0%B8%8A%E0%B9%88

79

4.2 วตถดบทใชในการผลตสรากลน

วตถดบทใชเปนแหลงคารโบไฮเดรตในการผลตสรากลนม 2 ประเภท คอ ธญพชและวตถดบ ทไมใชธญพช เชน น าออย กากน าตาล เปนตน

4.3 การผลตสกอตวสก วสกชนดน เรมผลตในประเทศสกอตแลนด โดยก าหนดวาตองใชวตถดบทเปนเมลดธญพช

และการยอยแปงในวตถดบเพอใหไดน าตาลจะตองเกดโดยเอนไซมจากมอลต และเมอกลนแลวตองมการบมอยางนอย 3 ป สกอตวสกม 2 ชนดคอ มอลตวสก (Malt whisky) และ เกรนวสก (Grain whisky)

ทงนวสกทมจ าหนายโดยทวไป มกเปน Blend whisky ทไดจากการผสมมอลตวสกกบเกรนวสก ในทนจะอธบายรายละเอยดของการผลตมอลตวสก ดงน

4.3.1 การผลตมอลตวสก มอลตวสก (Malt whisky) ผลตจากแหลงคารโบไฮเดรต คอ มอลตเพยงอยางเดยว และ

มอลตยงเปนแหลงของเอนไซมส าหรบยอยสลายแปงใหเปนน าตาลเพอเปลยนเปนแอลกอฮอล กระบวนการผลตประกอบดวยขนตอนตางๆ คอ มอลตง แมชชง การหมก การกลน และการบม ดงแผนภาพในรปท 3.11 มรายละเอยด ดงน

1. มอลตง (Malting) เปนขนตอนการผลตมอลตจากขาวบารเลย เชนเดยวกบการผลตเบยร โดยทในขนตอนการอบมอลตทจะใชท าวสกนน แตเดมนยมท าใหแหงโดยใชความรอนจากการเผาถานหน มอลตจะดดซบควนจากถานหนเอาไวท าใหมกลนเฉพาะทเรยกวา Peated malt โดยควบคมอณหภมไมใหเกน 70

C เพอไมใหเอนไซมในมอลตถกท าลาย แตในปจจบนนยมท าใหมอลตแหงใน

เตาเผาทใชน ามนซงสะดวกกวา

2. แมชชง (Mashing) เปนขนตอนการเตรยมเวรท โดยน ามอลตมาบด แลวเตมน าทไดจากน าลางครงสดทายของการท าแมสชงครงลาสด ทมอณหภม 65-70

C ผสมใหเขากน ทงไว 1 ชวโมง

ทอณหภม 64 C ระหวางนเอนไซมในมอลตจะเปลยนแปงเปนน าตาล ท าใหไดเวรทออกมา ซงเวรทจะ

ไหลผานชองเลกๆ ทเรยกวา slotted plate ออกมาและถกลดอณหภมลงเหลอ 20-24 C แลวสงไปยง

ถงหมก ทงนตองลางถงทใชตมเวรท 1-2 ครง น าทไดจากการลางจะถกสงไปเกบไวส าหรบตมเวรท (Mashing) ในครงตอไป

3. การหมก (Fermentation) แบงได 3 ระยะคอ ระยะแรกยสตจะเจรญอยางรวดเรว (Log phase) ใชเวลาสน ประมาณ 12 ชวโมง จ านวนเซลลจะเพมขนประมาณ 10 เทา และอณหภมเพมขนเปนประมาณ 33

C ระยะทสอง คอ Stationary phase ระยะนน าตาลจะถกเมตาบอไลซจนหมด

ภายในเวลา 16 ชวโมง แตการสรางแอลกอฮอลจะยงคงด าเนนตอไป จนถง 32 ชวโมง อณหภมจะแปรผนอยระหวาง 20-30

C ระยะทสาม จ านวนเซลลยสตทมชวตเรมลดลง ความเขมขนของเอทานอลทได

จากการหมกประมาณ 10% ระยะนแบคทเรยแลคตกเรมเจรญและสรางกรด ท าให pH ของ Mash ลดลง

80

รปท 3.11 ขนตอนการผลตมอลตวสกในโรงงานสรา

ทมา : ดดแปลงจาก http://www.dcs.ed.ac.uk/home/jhb/whisky/glossary.html

4. การกลน (Distillation) นยมใชเครองกลนแบบหมอตม (Pot still) เพอรกษาสารทใหกลนรสทเกดในระหวางการหมกไว ในการกลนครงแรกนน ไอของแอลกอฮอลกบน าจะผานคอของเครองกลนเขาไปยงทอทองแดงทขดเปนเกลยวและแชอยในน าเยน แอลกอฮอลและน าจะควบแนนผสมกนอย ไดเปน Low wine จากนน Low wine จะถกสงไปยงเครองกลนสปรต (Spirit still) ซงเปนเครองกลนครงทสอง การกลนครงทสองเพอเพมความเขมขนของแอลกอฮอลใหได 140-160 Proof และแยกสารทไมตองการออกไป ดสทลเลททผานเครองกลนสปรตเทานนทสามารถใชเปนสรากลนได

การผลตมอลต การตมมอลต การหมก

การกลน การบมและเกบรกษาสรา

81

รปท 3.11 เครองกลนวสกแบบหมอตม (Pot still)

ทมา : สาวตร ลมทอง (2549)

5. การบม (Maturation) เปนขนตอนการผสมปรงแตงและบรรจขวด ดสทลเลททไดหลงจากการกลนตองน าไปบมในถงไมโอคอยางนอย 3 ป แตสวนใหญนยมบม 8 ป โดยในระหวางการบม ตองลดปรมาณแอลกอฮอลใหไดประมาณ 100 Proof นอกจากนในระหวางบมดสทลเลทจะหายไปประมาณ 15% โดยการระเหย และอาจมการเปลยนแปลงส กลน รสได เมอครบเวลาบม ดลทลเลทจะถกน ามาผสมปรงแตงตามสตรของแตละโรงงาน เมอผสมแลวจะปลอยไวอกหลายเดอนเพอใหมการผสมเขากนสมบรณ (Marry) จากนนท าใหเยน กรองตะกอนแลวจงน าไปบรรจขวด

82


1. จากภาพทใหมา จงอธบายกระบวนการทางชวเคมของยสตในการหมกแอลกอฮอล

2. ในมอลตทน ามาใชในการผลตเบยรนน มเอนไซมชนดใดบาง ทจะชวยในการยอยมอลตในขณะตมใหเปนเวรท

3. ในดอกฮอปจะมสารทส าคญคอน ามนหอมระเหย และอลฟาเรซน สารทง 2 ชนดน มบทบาทในการผลตเบยรอยางไร

4. เบยรมกประเภท และมความแตกตางกนอยางไร

5. การเตมโปแตสเซยมเมตาไบซลไฟต (KMS) ลงในน าผลไมทใชผลตไวนเพอจดประสงคใด

6. การหมกแบบ Malolactic fermentation ทเกดขนในขณะบมไวน จะสงผลดตอไวนอยางไร

7. จงอธบายความแตกตางในการผลตไวนขาวกบไวนแดง

8. สรากลนชนดนวทรล สปรต (Neutral spirit) และวสก (Whisky) มความแตกตางกนอยางไร

9. การกลนสราจะใชเครองกลน 2 ชนด คอ ชนดใดบาง

10. สราความเขมขน 100 Proof เทากบความเขมขนกดกร

ก. 100 ดกร ข. 75 ดกร

ค. 50 ดกร ง. 25 ดกร

83


1. กระบวนการทางชวเคมของยสตในการหมกแอลกอฮอล เรมจากยสตจะเกดการยอยสลายกลโคสผานวถไกลโคไลซสไดผลตภณฑเปนกรดไพรวก 2 โมเลกล จากนนกรดไพรวกจะเปลยนเปนอะเซตลโคเอนไซม เอ แลวเขาสกระบวนการหมกเพอสรางแอลกฮฮอลโดยยสต (Alcohol fermentation) จะไดผลตภณฑเปนเอทานอล 2 โมเลกล พรอมดวย ATP และ CO2 อยางละ 2 โมเลกล

2. ในมอลตทน ามาใชในการผลตเบยร จะมเอนไซมทส าคญ ไดแก แอลฟาอะไมเลส เบตาอะไมเลส และโปรตเอส โดยทแอลฟาอะไมเลส จะชวยยอยแปงใหเหลว (Liquefaction) และใสกลายเปนเจลาตน สวน เบตาอะไมเลส จะชวยยอยใหเจลาตนกลายเปนน าตาลชนดตางๆ และโปรตเอสจะชวยยอยโปรตนในมอลตเปนกรดอะมโน เพอเปนธาตอาหารของยสต 3. น ามนหอมระเหย และอลฟาเรซน ทอยในดอกฮอป มบทบาทในการผลตเบยรคอ น ามนหอมระเหย

จะใหกลนเฉพาะแกเบยร เนองจากมสวนผสมเปนไฮโดรคารบอนจ าพวกเทอรปน (Terpene) หลายชนด สวนสารอลฟาเรซนชวยใหความขมแกเบยร และยงชวยไมใหเบยรเนาเสยเนองจากแบคทเรยบางชนด

4. เบยรม 2 ประเภท คอ Top fermented beer กบ Bottom fermented beer มความแตกตางกนคอ Top

fermented beer หมกโดย Top fermented yeast เมอสนสดการหมก Top fermented yeast จะรวมตวกนลอยขนบนผวหนาน าหมก ไดเบยรทเรยกวา Ale beer สวน Top fermented beer หมกโดย Bottom

fermented yeast ทหลงจากการหมกสนสดแลว จะรวมตวกนจมลงสกนถงหมก ไดเบยรทเรยกวา Lager

beer

5. การเตมโปแตสเซยมเมตาไบซลไฟต (KMS) ลงในน าผลไมทใชผลตไวนเพอชวยในการท าลายเชอจลนทรยทปนเปอนมากบวตถดบ

6. การหมกแบบ Malolactic fermentation ทเกดขนในขณะบมไวน จะสงผลดตอไวน คอ จะเกดการเปลยนแปลงดานกลนรส โดยจะมการสรางกรดมาลกขน จากนนจะเปลยนไปเปนกรดแลคตกและคารบอนไดออกไซด

7. ความแตกตางในการผลตไวนขาวกบไวนแดง คอ ไวนขาวจะใชองนขาวในการหมก ใชอณหภมในการหมกต า ระยะเวลานาน และหมกจนน าตาลเกอบหมด (Dry) สวนไวนแดงจะหมกโดยใชองนแดง ใชอณหภมสงกวาการหมกไวนขาว เพอสกดสออกมาจากเปลอกองนใหไดมากทสด ระยะเวลาในการหมกสนกวาและมปรมาณน าตาลเหลอมากกวาไวนขาว

8. นวทรล สปรต (Neutral spirit) และวสก (Whisky) มความแตกตางกน คอ นวทรล สปรต เปนผลตภณฑทผลตไดจากวตถดบหลายชนด เมอน ามากลนดสทลเลท (Distillate) จะไดแอลกอฮอลออกมา 190 Proof หรอสงกวา สวนวสก คอสรากลนทผลตจาก Grain mash เมอกลนดสทลเลทแลวจะได

84

แอลกอฮอล 190 Proof นอกจากนนในกระบวนการกลนนนท าใหไดดสทลเลททมกลนรสและลกษณะเฉพาะของวสก

9. การกลนสราจะใชเครองกลน 2 ชนด คอ เครองกลนแบบหมอตม (Pot still) เพอรกษาสารทใหกลนรสทเกดในระหวางการหมกไว แลวผานดสทลเลทไปยงเครองกลนสปรต (Spirit still) ซงเปนเครองกลนครงทสอง การกลนครงทสองเพอเพมความเขมขนของแอลกอฮอลใหได 140-160 Proof และแยกสารทไมตองการออกไป

10. ค. สราความเขมขน 100 Proof เทากบความเขมขน 50 ดกร

85


สมใจ ศรโภค. (2540). เทคโนโลยการหมก. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. _____________. (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. สรนดา ยนฉลาด. (2546). เทคโนโลยชวภาพพนฐาน เลมท 1. ขอนแกน: ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ

คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยขอนแกน.

วราวธ ครสง. (2529). เทคโนโลยชวภาพ. กรงเทพฯ: โอเดยนสโตร. สาวตร ลมทอง. (2549). ยสต : ความหลากหลายและเทคโนโลยชวภาพ. กรงเทพฯ: ส านกพมพ

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. สาโรจน ศรศนสนยกล. (2547). เทคโนโลยชวภาพอาหาร การหมกและสงแวดลอม. กรงเทพฯ: ภาควชา

เทคโนโลยชวภาพ คณะอตสาหกรรมเกษตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and Applications.


Madigan, M. T., J. M. Martinko and J. Parker. (1997). Brock Biology of Microorganisms. 8th. ed.

New Jersey: Prentice-Hall Inc.

http://bio-respriation502.blogspot.com/2011/08/oxygen.html สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.americanbrewmaster.com/Lalvin-RC-212-Red-Wine-Yeast สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.boonrawd.co.th/brewing/index.html สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.brewedforthought.com/?p=6306 สบคนเมอ 20 กนยายน 2557

http://www.brewsnews.com.au/2010/11/is-this-australias-most-influential-beer/ สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.centurywine.8m.com สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.chem.shef.ac.uk/chm131-1999/cha99cab/fermentation.html สบคนเมอ 20 กนยายน 2557

http://en.wikipedia.org/wiki/Barrel#mediaviewer/File:Oak-wine-barrel-at-toneleria-nacional-chile.jpg

สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.mountainhomebrew.com/whitelabswlp760cabernetredwineyeast.aspx สบคนเมอ 20 กนยายน 2557

http://www.northernbrewer.com/shop/us-goldings-hop-pellets.html สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://surathai.wordpress.com/category/บทความวชาการ/สราแช สบคนเมอ 10 พฤษภาคม 2557

http://thepkitchen.files.wordpress.com/2010/12/3680721.jpg สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.thescrewybrewer.com/p/yeast-in-your-beer.html สบคนเมอ 10 กนยายน 2557

http://bio-respriation502.blogspot.com/2011/08/oxygen.html%20%20สบคน

http://www.americanbrewmaster.com/Lalvin-RC-212-Red-Wine-Yeast

http://www.boonrawd.co.th/brewing/index.html

http://www.brewedforthought.com/?p=6306

http://www.brewsnews.com.au/2010/11/is-this-australias-most-influential-beer/

http://www.centurywine.8m.com/

http://www.chem.shef.ac.uk/chm131-1999/cha99cab/fermentation.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Barrel#mediaviewer/File:Oak-wine-barrel-at-toneleria-nacional-chile.jpg

http://www.mountainhomebrew.com/whitelabswlp760cabernetredwineyeast.aspx


http://surathai.wordpress.com/category/บทความวชาการ/สราแช

http://thepkitchen.files.wordpress.com/2010/12/3680721.jpg

http://www.thescrewybrewer.com/p/yeast-in-your-beer.html

86

http://www.visualphotos.com/image/..../sachharomyces_cerevisiae_yeast_saccharomyces สบคนเมอ

10 กนยายน 2557

http://www.visualphotos.com/image/..../sachharomyces_cerevisiae_yeast_saccharomyces


การผลตกรดอะมโน 4 ชวโมง





3.1 การยอยสลายวตถดบทมโปรตนสง

3.2 การสงเคราะหโดยวธทางเคม

3.3 การใชจลนทรยในการผลต



5.1 สายพนธของจลนทรย 5.2 สวนประกอบของอาหารเลยงเชอ

5.3 สภาพแวดลอมในการหมก

6. การผลตกรดกลตามก 6.1 จลนทรยทใชผลตกรดกลตามก 6.2 การสงเคราะหกรดกลตามกจากกลโคสโดย Glutamic acid bacteria

6.3 ปจจยทมผลตอการผลตกรดกลตามก





1. เขยนสรปล าดบการคนพบและวธการผลตกรดอะมโนได

2. อธบายประโยชนและการน ากรดอะมโนไปใชประโยชนในดานตางๆได

3. เปรยบเทยบความแตกตางของการผลตกรดอะมโนแตละวธได

4. อธบายคณสมบตของเชอแบคทเรยทใชในการผลตกรดอะมโนได

5. เขยนสรปขนตอนทางชวเคมในการสงเคราะหกรดกลตามกโดยแบคทเรยได

88



2. ใหเนอหา โดย ระหวางใหเนอหา ผสอนถามค าถาม เปดโอกาสใหผเรยนถาม และอภปรายในชนเรยน

3. ทบทวนเนอหาหลงการบรรยายโดยการใหใหท าค าถามทายบทเรยน


1. เอกสารประกอบการสอนรายวชาเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม





2. ความถกตองของการตอบค าถามทายบท ไมนอยกวา 80 %

89

บทท 4

การผลตกรดอะมโน

บทน า

กรดอะมโนเปนหนวยยอยของโปรตนซงเปนสารทเปนองคประกอบส าคญของสงมชวต ตามปกตในธรรมชาตจะพบกรดอะมโน 20 ชนด โดยมทงกรดอะมโนชนดจ าเปน (essential amino

acid) ซงรางกายมนษยไมสามารถสงเคราะหเองได ตองไดรบจากอาหารทรบประทานเขาไป ไดแก เมไทโอนน ไอโซลวซน ลวซน เฟนลอะลานน อารจนน ทรโอนน ฮสทดน ทรปโตเฟน และวาลน กบกรดอะมโนชนดไมจ าเปน (non-essential amino acid) ซงเปนชนดทรางกายสามารถสงเคราะหเองได

เมอเรารบประทานอาหารทมโปรตนเขาไป รางกายจะยอยสลายโปรตนไดเปนกรดอะมโน ทงน รางกายจะดดซมกรดอะมโนในรปแบบอสระ (Free-from) และน าไปใชไดเลย กรดอะมโนแตละชนดมประโยชนแตกตางกนออกไป ทงในแงของการสงเสรมระบบภมคมกนไปจนถงการลดความจ าเปนในการใชยา รวมทงรางกายจะน ากรดอะมโนไปใชประโยชนตางๆ ไดแก สงเคราะหโปรตนทรางกายตองการ สงเคราะหสารอน เชน เปนตวต งตนของการสรางสารสงสญญาณประสาท (Neurotransmitter) สงเคราะหฮอรโมนธยรอกซน และเอนไซม เปนสารตงตนหรอตวกลางในการสงเคราะหกรดอะมโนตวอนๆ ชวยเพมการสะสมไกลโคเจนและไขมน สรางกลโคสในยามทรางกายขาดแคลน ใหพลงงานแกรางกายเมอรางกายขาดคารโบไฮเดรตและไขมน


การคนพบกรดอะมโนในครงแรกเกดจากการทชาวญปนใชสาหรายทะเลทเรยกวา คอนบ (Konbu) เพอปรงรสชาตของอาหารมาเปนเวลานาน ตอมา Ikeda (1908) พบวารสชาตของคอนบเกดจากกรดอะมโน L-glutamic acid จากนนในป ค.ศ. 1908 บรษทอายโนะโมะโตะ จงไดมการผลตผงชรสหรอโมโนโซเดยมกลทาเมต (monosodium glutamate; MSG) โดยการใชกรดยอยสลาย (hydrolyzed) โปรตนในขาวสาล (wheat gluten) และโปรตนในถวเหลอง (soybean protein) หลงจากนนประมาณ 50 ป Konishita และคณะ (1957) พบวา แบคทเรย Corynebecterium glutamicum สามารถผลต กรดอะมโนไดในปรมาณสง จงเรมมการผลตโมโนโซเดยมกลทาเมตโดยอาศยกระบวนการหมก ดวยจลนทรย จนสามารถผลตในระดบอตสาหกรรมได จากนนเปนตนมาจงเรมมผสนใจศกษาเกยวกบการผลตกรดอะมโนชนดตางๆ โดยจลนทรยอยางกวางขวาง ในปจจบนพบวาการผลตกรดอะมโนเกอบทกชนดอาศยกระบวนการหมกโดยจลนทรย ยกเวน ไกลซน ซสเทอน และซสทน ตอมาเมอมความตองการกรดอะมโนเพมมากขน จงมการผลตกรดอะมโนโดยการสงเคราะหทางเคม เชน การผลตโดยกระบวนการดปองต (Dupont) ซงเปนการสงเคราะห DL-glutamate จากอะเซทลน หรอกระบวนการ

90

อายโนะโมะโตะ (Ajinomoto process) โดยใชอะครโลไนไทรล (acrylonitrile) ในการสงเคราะห DL-glutamate ซงใหผลผลตสง


ความตองการกรดอะมโนมปรมาณเพมมากขนทกป ในประเทศสหรฐอเมรกามการท านายมลคาการซอขายกรดอะมโนในระหวางป ค.ศ. 2004-2009 วาจะมมลคาสงถง 1.2 พนลานเหรยญสหรฐ (http://www.bharatbook.com/detail.asp?id=8477) โดยกรดอะมโนทมมลคาการซอขายสงสดคอ เมไทโอนน รองลงมาคอ ไลซน และทรปโตเฟน ซงกรดอะมโนทง 3 น ถกน าไปใชเปนอาหารสตว เพอสงเสรมการเจรญเตบโต อยางไรกตาม เมอพจารณาในแงของปรมาณการผลตแลว กรดอะมโนทมปรมาณการผลตสงทสดในโลกคอ กรดกลตามก รองลงมาคอ เมไทโอนน และไลซน ซงกรดอะมโน ทง 3 ชนดน มปรมาณการผลตคดเปน 95% ของการผลตกรดอะมโนทงหมด โดยกรดอะมโนจะถกน าไปใชในอตสาหกรรมอาหารและเครองดมประมาณ 66% ใชเปนสวนผสมในอาหารสตว 31% และใชประโยชนดานอนๆ อก 3%

ในประเทศไทยมโรงงานผลตโมโนโซเดยมกลตาเมตหรอผงชรสทน ามาใชปรงแตงรสชาต ของอาหารอยหลายโรงงาน เชน อายโนะโมะโตะ ราชาชรส และอายะโนะทาการะ โดยในป พ.ศ. 2548

มปรมาณการสงออก 22,304 เมทรกซตน คดเปนมลคาประมาณ 540 ลานบาท นอกจากน บรษท อายโนะโมะโตะยงมโรงงานผลตแอลไลซน (L-lysine) เพอน ามาใชเสรมในอาหารสตว ซงปจจบน มก าลงการผลต 4,500 ตนตอป ในขณะทในตลาดโลกมความตองการมากถง 100,000 ตนตอป (http://www.doa.go.th/fieldcrops/cas/pro/p002.pdf )

แนวทางการใชประโยชนจากกรดอะมโนสามารถแบงได 3 ลกษณะใหญๆ ไดแก การใชประโยชนในอตสาหกรรมอาหาร การใชประโยชนทางการแพทย และการใชประโยชนทางอตสาหกรรมเคม สามารถสรปไดดงตารางท 4.1

d

http://www.bharatbook.com/detail.asp?id=8477

http://www.doa.go.th/fieldcrops/cas/pro/p002.pdf

91

ตารางท 4.1 การใชประโยชนจากกรดอะมโน

ชนดของกรดอะมโน การใชประโยชน

1. ทางอตสาหกรรมอาหาร

Monosodium Glutamate

Alanine และ Glycine

Cysteine

Tryptophan และ Histidine

Aspatame, L-aspartyl-L-phenylalanine

methyl ester

Lysine, Methionine, Threonine

ผงชรส ปรงแตงรสอาหาร

เปนสารใหความหวานในน าผลไม

ปรบปรงคณภาพของการอบขนมปง, เปน antioxidant ในน าผลไม

เปน antioxidant ปองกนการหนในนมผง

เปนสารใหความหวานพลงงานต า

เปนสารเสรมในอาหารสตว (feed additives)

2. ทางการแพทย

L-arginine

L-cysteine

L-glutamine และ L-histidine

L-arginine, L-isoleucine, L-leucine,

L-phenylalanine, L-proline, L-tryptophan,

L-tyrosine, L-valine

ระงบอาการ hyperammonia และอาการผดปกตของตบโดยไปเพมกจกรรมของเอนไซมอารจเนสในตบ

รกษาหลอดลมอกเสบ หรออาการหวดน ามกไหล

รกษาอาการเปนแผลในกระเพาะอาหาร

ใชฉด (infusion) ใชกบผปวยทตองการ

กรดอะมโนนน

3. ทางเคม Alanine

Lysine

Histidine

Glycine

Threonine

N-acyl derivative ของกรดอะมโนบางชนด

ใชผลต polyalanine fiber

ใชผลต lysine isocyanate resin

ใชผลตกรดยโรคานกเพอใชเปน suntanning agent

เปนสารตงตนในการผลตไกลโฟเสท (glyphosate) เพอก าจดศตรพช

เปนสารตงตนในการผลตแอซทรโอแนม (azthreonam) เพอใชเปนสารก าจดวชพช

ใชในการผลตเครองส าอาง

ทมา : ดดแปลงจาก ดวงพร คนธโชต, 2530 หนา 145 และสมใจ ศรโภค, 2544 หนา 325-327

92


การผลตกรดอะมโนทางการคาอาจท าไดโดยตรงโดยการยอยสลายวตถดบทมโปรตนสง หรอการสงเคราะหโดยวธการทางเคม หรอการผลตโดยอาศยกระบวนการหมกโดยจลนทรย ซงมรายละเอยดดงน

3.1 การยอยสลายวตถดบทมโปรตนสง โดยทวไปจะใชกรดยอยสลาย (hydrolyzed) โปรตนจากพช เชน กลเตนจากขาวสาล หรอโปรตนจากถวเหลอง ซงเปนวธการผลตกรดอะมโนในระยะแรกๆ โดยกรดอะมโนทยงคงใชวธการนในการผลต ไดแก ซสเทอน ซสทน ลวซน แอสพาราจน และ ไทโรซน

3.2 การสงเคราะหโดยวธทางเคม ในการผลตกรดอะมโนบางชนด เชน อะลานน เมไทโอนน ทรปโตเฟน และไกลซน นยมใชวธการทางเคม เนองจากมตนทนในการผลตต า แตกรดอะมโนทผลตโดยวธการทางเคมจะมทงในรป D- และ L- isomer ถาตองการน ามาใชเปนสวนผสมในอาหารมนษยและสตวจะตองเปลยนใหอยในรป L-isomer กอน โดยใชเอนไซม aminoacylase ดงรปท 4.1

รปท 4.1 การใชเอนไซมในการผลต L-amino acid จาก DL-amino acid

ทมา : สมใจ ศรโภค, 2544 หนา 328

3.3 การใชจลนทรยในการผลต โดยอาศยกระบวนการหมกของจลนทรยทเพาะเลยงในแหลงคารบอนทมราคาถก เชน กลโคส ซโครส กากน าตาล อะซเทต อลเคน เปนตน จลนทรยจะมวถ

+ RCOOH

+ H2O

Aminoacylase

(Aspergillus oryzae)

+

Racemization

DL-R-CHCOOH

NHCOR

L-R-CHCOOH

NH2

93

เมแทบอลซมทจะเปลยนแหลงคารบอนไปเปนกรดอะมโนชนดตางๆ ไดตามตองการ นอกจากนอาจจะใชเอนไซมจากจลนทรยเพอเปลยนสารตงตนบางอยางใหเปนกรดอะมทตองการกได โดยอาจจะใชจลนทรยทงในรปของเซลลอสระ (Free cells) หรอเซลลหรอเอนไซมทถกตรง (immobilized cells หรอ immobilized enzyme)


จลนทรยหลายชนดสามารถสงเคราะหกรดอะมโนจากแหลงคารบอนและสารประกอบไนโตรเจน ซงอาจสงเคราะหไดมากเกนความตองการ จงขบออกมาในอาหารเลยงเชอ จลนทรยบางชนดสงเคราะหกรดอะมโนไดมากจนผลตเปนการคาได เชน แอล-ไลซน (L-lysine) ผลตโดยเชอ

Enterobacter aerogenes กรดแอล-กลตามก (L-glutamic acid) โดยแบคทเรย Micrococus, Arthrobacter

เปนตน (http://www.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html)

อยางไรกตาม จลนทรยสายพนธธรรมชาต (wild type) จะผลตกรดอะมโนไดปรมาณนอยมาก และมกรดอะมโนบางชนดเทานนทจลนทรยสายพนธธรรมชาตสามารถผลตและปลดปลอยออกมา ในอาหารเลยงเชอ ไดแก กรดกลตามก อะลานน และวาลน ดงทไดแสดงกลไกการผลตกรดอะมโนภายในเซลลในรปท 4.2

รปท 4.2 กลไกการผลตกรดอะมโนภายในเซลล Corynebacterium glutamicum

ทมา : http://aem.asm.org/content/78/3/865/F1.expansion.html

http://www.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html

94

ตวอยางของจลนทรยสายพนธธรรมชาตทผลตกรดอะมโนในระดบอตสาหกรรมได เชน Corynebacterium glutamicum และ Brevibacterium flavum ใชในการผลตกรดกลตามก และ Pseudomonas No. 483 ทใชในการผลตอะลานน

การทแบคทเรยสายพนธธรรมชาตผลตกรดอะมโนไดในปรมาณนอยมสาเหตจากการมกลไกการควบคมแบบยอนกลบ (feedback control) ดงนน ในการผลตกรดอะมโนอนๆ ในระดบอตสาหกรรมจงตองมการปรบปรงสายพนธจลนทรยใหสามารถผลตกรดอะมโนในปรมาณสง โดยน าเอาจลนทรยสายพนธกลาย (mutant) จ าพวกออกโซโทรป (auxotrophic mutant) ทตองการกรดอะมโน วตามน หรอไนโตรจนสเบส ในการเจรญมาปรบปรงสายพนธ โดยน ามาศกษาวถของการสงเคราะหสาร (biosynthetic pathway) และศกษาลกษณะทางพนธศาสตร จนสามารถปรบปรงสายพนธจลนทรย ใหผลตกรดอะมโนในปรมาณสงไดตามตองการ


5.1 สายพนธของจลนทรย ในการผลตกรดอะมโนแตละชนดจะตองคดเลอกสายพนธจลนทรยใหเหมาะสม จงจะท าใหไดผลผลตทตองการสง จลนทรยทใชในการผลตกรดอะมโนสวนใหญมกเปนจลนทรยสายพนธกลาย (mutant) ดงนน จงตองเลอกใชสายพนธทมความคงตวทางพนธกรรมดวย ตวอยางของจลนทรยทใชในการผลตกรดอะมโนทางการคา แสดงในตารางท 4.2

5.2 สวนประกอบของอาหารเลยงเชอ ไดแก

5.2.1 แหลงคารบอน โดยทวไปจะใชกลโคสหรอซโครส ความเขมขน 10-20 เปอรเซนต โดยในระดบอตสาหกรรมนยมใชในรปของกากน าตาล หรอแปงทยอยแลว (starch hydrolysate)

5.2.2 แหลงไนโตรเจน นยมใชกาซแอมโมเนยและเกลอแอมโมเนย เชน แอมโมเนยมคลอไรด แอมโมเนยมซลเฟต หรออาจจะใชยเรยในกรณทเชอสามารถยอยสลายยเรยได และอาจมการเตมสารประกอบอนทรยเชงซอนเพอเปนแหลงไนโตรเจนดวย เชน yeast extract, meat extract, peptone,

polypeptone, NZ-amine (casein hydrolysate), soybean meal hydrolysate และ corn steep liquor

5.2.3 ธาตอาหาร โดยทวไปนยมเตม KH2PO4, K2HPO4, MgSO4, FeSO4 และ MnSO4 ลงไปในอาหารเลยงเชอ เพอเปนแหลงของธาตอาหารตางๆ นอกจากน อาจมการเตมแรธาตอนๆ เพมเตมอก เชน KCl, MgCl2, MnCl2, CaCl2, H3BO3, CuSO4, Na2MoO4, CoNO3, NaH2PO4 และ CoCl2

5.2.4 วตามน ในอาหารเลยงเชอทใชผลตกรดอะมโน อาจมการเตมวตามนบางชนด เชน ไบโอตน ไทอะมน นโคตนาไมด แคลเซยมแพนโทธเนต ไรโบฟลาวน และวตามนบ 12 โดยเฉพาะอยางยง ไบโอตนเปนสารทมส าคญในการผลตกรดกลตามก

5.2.5 กรดอะมโน เนองจากจลนทรยทใชในการผลตกรดอะมโนสวนใหญเปนสายพนธกลายชนดออกโซโทรปทตองการกรดอะมโนบางอยางในการเจรญ จงจ าเปนตองเตมกรดอะมโนชนดทเชอ

95

ตองการลงไปในอาหารเลยงเชอดวย โดยเตมในปรมาณทเพยงพอตอการเจรญ แตไมท าใหเกดการยบย งแบบยอนกลบ

ตารางท 4.2 ตวอยางจลนทรยทใชผลตกรดอะมโนทางการคา

ชนดของ

กรดอะมโน

สายพนธจลนทรย ลกษณะเฉพาะ

ทางพนธกรรม

ผลไดของ

กรดอะมโน (กรมตอลตร)

แหลงคารบอน

DL-Alanine Microbacterium

ammoniaphilum

ArgHxR 60 Glucose

L-Alanine Pseudomonas No.483 Wild type 17.5 Glucose

L-Arginine Serratia marcescens AT 428

(aru argR2 argA2)

Transduction

CanavanineR

50 Glucose

L-Aspartic

acid

Escherichia coli K1-1023* 56 Fumaric

acid

L-Glutamic

acid

Corynebacterium glutamicum

Brevibacterium flavum

Arthrobacter paraffineus

Wild type 100 Glucose

L-Histidine S. marcescens L120 (pSH 368) rDNA 40 Sucrose

L-Isoleucine Brevibacterium flavum EthR 30 Acetate

L-Leucine Brevibacterium lactofermentum Ile- Met

- TA

R 28 Glucose

L-lysine Brevibacterium lactofermentum

AJ 11204

Brevibacterium flavum

AECR

Ala- CCL

R

MLR FP

S

Homleakly

Thr-

70

75

Glucose

Acetate

L-Methionine Corynebacterium glutamicum

KY 9726

Thr- Eth

R

MetHXR

2 Glucose

L-Ornithine Corynebacterium glutamicum Arg- 26 Glucose

L-

Phenylalanine

Brevibacterium lactofermentum 5MTR PEP

R

DecR Thr

- Met

-

25 Glucose

96

L-Proline Corynebacterium

acetoacidophilum

Uncharacterized

mutant

108 Glucose

+ Glutamic

acid

L-Serine Brevibacterium lactofermentum SGR 4.5 Glucose

L-Threonine E. coli VL344 (pYN7) rDNA 55 Sucrose

L-Tryptophan E. coli JP 4114 rDNA 23.5 Glucose

L-Tyrosine Corynebacterium glutamicum

Pr-20

Phe- PEP

R PEP

R

PATR TyrHX

R

18 Glucose

L-Valine Brevibacterium lactofermentum

No. 487

TAR 31 Glucose

ทมา : ดดแปลงจาก สมใจ ศรโภค, 2544 หนา 329-330.

หมายเหต

*Technique used for the production of L-aspartic acid between 1960-1973.

Resistance: AEC, S-(β-aminoethyl –L-cysteine): AgrHX, arginine hydroxamate; CCL, α-

chlorocaprolactam; Dec, decoyinine; Eth, ethionine; FP, β -fluoropyruvate ; MetHx, methionine

hydroxamate; ML, γ-methyl-L-lysine; 5MT, 5-methyltryptophan; PAP, p-amino-phenylalanine; PAT,

p-amino-tyrosine; PEP, p-fluoro-phenylalanine; SG, sulfaguanidine; TA, 2-thiazolalanine; TyrHX,

tyrosine hydroxamate;

Auxotroph: Ala, alanine; Arg, arginine; Hom, homoserine, Ile, isoleucine; Met, methionine; Phe,

phenylalanine; Thr, threonine; Tyr, tyrosine; aru, block in arginine degradation; argR, biosynthetic

enzyme is depressed; argA, N-acetylglutamate synthesis is sensitive to feedback inhibition by

arginine.

5.3 สภาพแวดลอมในการหมก

5.3.1 อณหภม โดยทวไปจะควบคมอณหภมใหอยระหวาง 28-38 C โดยขนกบชนดของจลนทรยและชนดของกรดอะมโนทตองการผลต เชน การผลตกรดกลตามกจาก Corynebacterium

glutamicum จะควบคมอณหภมใหอยระหวาง 32-38 C และการผลตไลซนจาก Brevibacterium flavum

จะควบคมอณหภมใหอยระหวาง 28-33 C เปนตน

97

5.3.2 pH คาความเปนกรดดางทเหมาะสมตอการผลตกรดอะมโนจะอยในชวง 6.8-8.0 เชน การผลตกรดกลตามกจะควบคม pH ใหอยในชวง 7-8 และการผลตไลซนจะควบคม pH ใหอยในชวง 6.8-7.5 เปนตน

5.3.3 การใหอากาศ การสงเคราะหกรดอะมโนเปนกระบวนการทตองการออกซเจน เนองจาก วถการสงเคราะหกรดอะมโนโดยแบคทเรยนน จะเปลยนแปลงมาจากสารตวกลางในวฏจกรเครปส ซงเปนวฏจกรทตองการออกซเจน (รปท 4.3) ดงนน การใหอากาศ (aeration) จงเปนปจจยทส าคญ ในการผลตกรดอะมโนเปนอยางมาก

รปท 4.3 วถการสงเคราะหกรดอะมโนชนดตางๆ ของ Brevibacterium flavum

ทมา : Stanbury และคณะ (1999)

6. การผลตกรดกลตามก กรดกลตามกมการผลตเปนการคาครงแรกโดยการไฮโดรไลซวตถดบจ าพวกโปรตนจากพชดวยกรด ตอมามการผลตโดยใชกรดอนทรยคอ -ketoglutarate หรอ citrate เปนสบสเตรท โดยใชเอนไซมจากจลนทรย แตไมเพยงพอ เมอมการคนควาตอมาจงใชวธการหมกโดยตรงจากแหลงคารบอนและแอมโมเนยโดยใชจลนทรย

6.1 จลนทรยทใชผลตกรดกลตามก ไดแกแบคทเรยกลม Corynebacteriaceae หรอ Glutamic acid bacteria มลกษณะทวไปคอ

1. รปรางไมแนนอน อาจมทรงกลม ปอม หรอรปแทง

2. Catalase positive

98

3. ตดสแกรมบวก

4. ไมสรางสปอร

5. ตองการออกซเจนในการเจรญ

6. ไมเคลอนท ไมมแฟลกเจลลา

7. ตองการไบโอตนในการเจรญ

8. สะสมกรดกลตามกไดในอาหารทมคารโบไฮเดรต, NH4

+ และมออกซเจน

9. มคา G+C content อยในชวงแคบคอ 51.2 - 54.4 mol%

ตวอยางของแบคทเรยกลม Glutamic acid bacteria ทสรางกรดกลตามกปรมาณสง ไดแก จนส Corynebacterium เชน C. glutamicum จนส Brevibacterium เชน B. aminogenes, B. flavum จนส Microbacteium เชน M. Flavum var. glutamicum และจนส Arthrobacter เชน A. globiformis และ A. aminofaciens

รปท 4.4 ลกษณะของเซลล Corynebacterium glutamicum ภายใตกลองจลทรรศนอเลคตรอน

ทมา : http://bacmap.wishartlab.com/organisms/485

6.2 การสงเคราะหกรดกลตามกจากกลโคสโดย Glutamic acid bacteria

กระบวนการชวสงเคราะห (biosynthesis) เพอสรางกรดกลตามกจากกลโคสโดยแบคทเรยจะเกยวของกบวถไกลโคไลซส หรอ Embden-Meyerhof-Parnas pathway (EMP) และวถ Pentose-

phosphate pathway โดยสวนหนงจะเขาสวฏจกรเครปสหรอ Tricarboxylic acid (TCA) cycle (รปท 4.5)

สารตงตนทเปนกญแจส าคญในการผลตกรดกลตามกคอ -ketoglutarate ซงถกสงเคราะหขนใน TCA

cycle โดยผาน citrate และ isocitrate หลงจากนน จะถกเปลยนเปนกรดกลตามกโดยกระบวนการ Reductive amination กบ แอมโมเนยมไอออนอสระ ดงแสดงในรปท 4.6 และ 4.7

99

รปท 4.5 กระบวนการชวสงเคราะหของกรดกลตามกจากกลโคส

ทมา : Nakayama (1982) อางโดย ดษณ ธนะบรพฒน (2537 หนา 12-13)

รปท 4.6 ปฏกรยา Reductive amination ของ α-ketoglutarate

ทมา : Crueger และ Crueger (1990)

100

รปท 4.7 การเปลยน α-ketoglutarate ไปเปนกรดกลตามก

ทมา : ดษณ ธนะบรพฒน, 2537 หนา 12-14

สายพนธจลนทรยทใชในการผลตกรดกลตามกเปนการคาจะตองมลกษณะขาดแคลนเอนไซม -ketoglutarate dehydrogenase จงจะชวยใหเกดการสงเคราะหกลตาเมตได เนองจากการขาดแคลนเอนไซมน ท าให TCA cycle ไมครบวงจร นอกจากน ถาในอาหารเลยงเชอมกลโคสแตไมมแอมโมเนยมไอออนกจะท าใหเกดการสะสม -ketoglutarate แทนการสะสมกลตาเมต

ในระหวางการเจรญของจลนทรย กรดกลตามกทเกดขนจะสะสมอยภายในเซลลจนถงจดอมตว (50 มลลกรมตอกรมน าหนกเซลลแหง) และเมอเกดการขาดแคลนไบโอตนจะท าใหกรดกลตามก ถกสงผานเยอหมเซลลออกมาปนอยในอาหารเลยงเชอ แตถาในอาหารเลยงเชอมกากน าตาล ซงมปรมาณไบโอตนมาก การเตมยาปฏชวนะหรอกรดไขมนจะชวยใหมการปลดปลอยกรดกลตามก ออกมานอกเซลลได

6.3 ปจจยทมผลตอการผลตกรดกลตามก

6.3.1 แหลงคารบอน คารโบไฮเดรตหลายชนด สามารถน ามาใชเปนแหลงคารบอนส าหรบการผลตกรดกลตามกได โดยเฉพาะกลโคสและซโครส แตในระดบอตสาหกรรมจะใชน าแปงทถกยอยแลว ภายใตสภาวะทเหมาะสม แบคทเรยจะเปลยนคารโบไฮเดรตไปเปนกรดกลตามกไดประมาณ 50%

แตถาอยในสภาวะไมเหมาะสมจะไมมการผลตกรดกลตามกเลย แตจะมปรมาณเซลลมากและ มผลตภณฑอนๆ เกดขนแทน เชน กรดแลคตก -ketoglutarate และ N-acetylglucosamine เปนตน ในทางอตสาหกรรมสามารถผลตกรดกลตามกได 30-50 กรมจากกลโคส 100 กรม ในอาหารเลยงเชอปรมาตร 1 ลตร

101

6.3.2 แหลงไนโตรเจน ไดแกแอมโมเนยมซลเฟต แอมโมเนยมคลอไรด แอมโมเนยมฟอสเฟต แอมโมเนยเหลว กาซแอมโมเนยและยเรย โดยจะคอยๆ เตมลงไปในถงหมก เพราะหากมปรมาณมากเกนไปจะไปยบย งการเจรญและการผลตกรดกลตามกได

6.3.3 เกลออนนทรย ไดแก โปแตสเซยม แมกนเซยม เหลก แมงกานส ฟอสเฟต ซลเฟตและ คลอไรด ซงเหลก โปแทสเซยม โดยเฉพาะแมงกานส มความส าคญในการผลตใหไดกรดกลตามก ปรมาณมาก

6.3.4 pH ทเหมาะสม คอ 7.0-8.0 ซงการเตมแอมโมเนยมไอออนในอาหารเลยงเชอตลอดเวลา จะชวยปรบ pH ได

6.3.5 อณหภมทเหมาะสม คอ 30-35 oC

6.3.6 การใหอากาศ การผลตกรดกลตามกเปนกระบวนการหมกทตองการอากาศ ถาออกซเจนไมเพยงพอจะท าใหผลผลตต าและเกดกรดแลคตกและซกซนกในปรมาณมาก แตถาออกซเจนมากเกนไปจะเกดการสราง -ketoglutarate แทน

6.3.7 ปรมาณไบโอตน นบวาเปนปจจยทส าคญมากในการผลตกรดกลตามก โดยการเตม ไบโอตนในอาหารเลยงเชอทใชส าหรบผลตกรดกลตามกนน จะตองเตมในปรมาณทต ากวาปรมาณ ทเหมาะสมตอการเจรญ โดยทวไปจะใชปรมาณนอยกวา 5 ไมโครกรมตออาหาร 1 ลตร ถาไบโอตน มมากเกนไป (25-30 ไมโครกรมตอลตร) จะท าใหเกดผลตภณฑอนแทน เชน แลคเตทและซกซเนต ในอาหารเลยงเชอบางชนด เชน กากน าตาลจะมปรมาณไบโอตนสงเกนไป (0.4-1.2 มลลกรมตอกโลกรม) แกไขไดโดยการเตมยาปฏชวนะเพนซลลนหรอ อนพนธของกรดไขมน เชน tween 60

จะชวยใหเชอผลตกรดกลตามกไดมากขน นอกจากนพบวา การใช oleate แทนไบโอตนในการเจรญของจลนทรย จะชวยใหการผลตกลตามกสงขนไดเชนกน

102


1. การผลตกรดอะมโนทางการคาสามารถท าไดกวธ และแตกตางกนอยางไรบาง 2. ตามปกตจลนทรยสายพนธธรรมชาต (wild type) จะผลตกรดอะมโนไดในปรมาณนอยมาก แตมกรดอะมโนบางชนดทจลนทรยสายพนธธรรมชาตสามารถผลตออกมาไดในปรมาณสง ไดแกกรดอะมโนชนดใดบาง

3. เชอแบคทเรยชนด Lysine auxotroph มลกษณะอยางไร

4. แบคทเรยกลม Glutamic acid bacteria ทสรางกรดกลตามกปรมาณสง ไดแก จนสใดบาง

5. สภาวะหรอปจจยใดบางทจะตองจดใหเหมาะสม เพอใหสามารถผลตกรดกลตามกไดในปรมาณสง 6. จงเขยนสรปขนตอนทางชวเคมในการสงเคราะหกรดกลตามกโดยแบคทเรย

103


1. การผลตกรดอะมโนทางการคาสามารถท าได 3 วธ ซงมความแตกตางกนดงน

1) การยอยสลายวตถดบทมโปรตนสง โดยทวไปจะใชกรดยอยสลาย โปรตนจากพช เชน กลเตนจากขาวสาล หรอโปรตนจากถวเหลอง

2) การสงเคราะหโดยวธทางเคม ในการผลตกรดอะมโนบางชนด เชน อะลานน เมไทโอนน ทรปโตเฟน และไกลซน

3) การใชจลนทรยในการผลต โดยอาศยกระบวนการหมกของจลนทรยทเพาะเลยงในแหลงคารบอนทมราคาถก

2. กรดอะมโนทจลนทรยสายพนธธรรมชาตสามารถผลตออกมาไดในปรมาณสง ไดแก กรดกลตามก อะลานน และวาลน

3. เชอแบคทเรยชนด Lysine auxotroph มลกษณะส าคญคอ ไมสามารถสรางกรดอะมโนไลซนได จ าเปนตองเตมไลซนลงในอาหารเลยงเชอ ไมเชนนนเชอจะไมสามารถเจรญได

4. แบคทเรยกลม Glutamic acid bacteria ทสรางกรดกลตามกปรมาณสง ไดแก แบคทเรยในจนสตอไปน

1) Corynebacterium เชน C. glutamicum

2) Brevibacterium เชน B. aminogenes, B. flavum

3) Microbacteium เชน M. Flavum var. glutamicum

4) Arthrobacter เชน A. globiformis และ A. aminofaciens

5. สภาวะหรอปจจยใดบางทจะตองจดใหเหมาะสม เพอใหสามารถผลตกรดกลตามกไดในปรมาณสง 1) แบคทเรยตองเปนสายพนธทขาดแคลนเอนไซม -ketoglutarate dehydrogenase จงจะชวยให

เกดการสงเคราะหกลตาเมตได เนองจากการขาดแคลนเอนไซมน ท าให TCA cycle ไมครบวงจร 2) ถาในอาหารเลยงเชอตองมแอมโมเนยมไอออน จงจะเกดสามารถเปลยน -ketoglutarate ไปเปน

กรดกลตามกได 3) เชอตองอยในสภาวะทขาดแคลนไบโอตน จงจะท าใหกรดกลตามกถกสงผานเยอหมเซลลออกมา

ปนอยในอาหารเลยงเชอได 6. ขนตอนทางชวเคมในการสงเคราะหกรดกลตามกโดยแบคทเรย สรปไดดงน

การสรางกรดกลตามกจากกลโคสโดยแบคทเรยจะ เรมจากวถไกลโคไลซส และวถ Pentose-

phosphate pathway โดยสวนหนงจะเขาสวฏจกรเครปส ไดสารตวกลางทจะใชเปนสารตงตนในการผลตกรดกลตามกคอ -ketoglutarate หลงจากนน -ketoglutarate จะถกเปลยนเปนกรดกลตามกโดยกระบวนการ Reductive amination กบ แอมโมเนยมไอออนอสระ

104


ดาวลย ฉมภ (2555). ชวเคม. พมพครงท 5. กรงเทพฯ : ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย. ดวงพร คนธโชต. (2530). จลชววทยาอตสาหกรรม: ผลตภณฑจากจลนทรย. กรงเทพฯ: โอ. เอส.

พรนตงเฮาส. ดษณ ธนะบรพฒน. (2538). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ภาควชาชววทยาประยกต

คณะวทยาศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง. นนทยา จงใจเทศ. (2549). ความส าคญของกรดอะมโน. สบคนเมอ 25 มกราคม 2556, จาก

http://nutrition.anamai.moph.go.th/temp/main/view.php?group=3&id=80

สมใจ ศรโภค. (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. Crueger, W and A. Crueger. (1990). Biotechnology - A Textbook of Industrial Microbiology

(2nd.

ed.). Sunderland : Sinauer Associates.



University Press.


ed.


http://aem.asm.org/content/78/3/865/F1.expansion.html สบคนเมอ 20 สงหาคม 2556

http://www.bharatbook.com/detail.asp?id=8477 สบคนเมอ 20 สงหาคม 2556

http://www.doa.go.th/fieldcrops/cas/pro/p002.pdf สบคนเมอ 24 สงหาคม 2556

http://www.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html online: 19 March 2007 สบคนเมอ 24 สงหาคม 2556


http://aem.asm.org/content/78/3/865/F1.expansion.html%20สบคนเมอ%2020%20สงหาคม%202556

http://www.bharatbook.com/detail.asp?id=8477%20สบคน

http://www.doa.go.th/fieldcrops/cas/pro/p002.pdf%20%20สบคน


การผลตกรดอนทรย 4 ชวโมง



1.1 วตถดบทใชในการผลตกรดอะซตก

1.2 กลไกทางชวเคมในการผลตกรดอะซตก

1.3 ขนตอนการผลตกรดอะซตก

1.3.1 การเตรยมวตถดบในการหมก 1.3.2 เชอจลนทรยทเกยวของในการหมก

1.3.3 กระบวนการหมกกรดอะซตก

1.4 น าสมสายช


2.1 วธการสงเคราะหกรดแลคตกทางชวภาพ

2.2 การใชประโยชนจากกรดแลคตก

2.3 กระบวนการหมกแบบแลคตก


3.1 จลนทรยทใชในการผลตกรดซตรก

3.2 วตถดบทใชในการผลตกรดซตรก

3.3 การเปลยนแปลงทางชวเคมภายในเซลลจลนทรยเพอผลตกรดซตรก

3.4 การเจรญเตบโตและการสรางกรดซตรกของจลนทรย

3.5 กระบวนการผลตกรดซตรก

3.6 สภาวะทเหมาะสมในการผลตกรดซตรก





1. ยกตวอยางวตถดบทเหมาะสมส าหรบใชในการผลตกรดอะซตกได

2. เขยนสรปกลไกทางชวเคมในการผลตกรดอะซตกได

106

3. เปรยบเทยบความแตกตางของการหมกกรดอะซตกแบบตางๆ ได

4. เขยนแผนภาพสรปวธการสงเคราะหกรดแลคตกทางชวภาพได

5. ยกตวอยางการประโยชนของกรดแลคตกในดานตางๆ ได

6. เขยนสรปกลไกทางชวเคมการผลตกรดซตรกได

7. มทกษะในการท าปฏบตการเรองการผลตน าสมสายชหมกจากขาว


1. น าเขาสบทเรยนโดยการบรรยายเนอหา โดยระหวางการบรรยายเนอหา ผสอนถามค าถาม และเปดโอกาสใหผเรยนถาม และอภปรายเนอหา

2. อธบายและสาธตปฏบตการ เรอง การผลตน าสมสายชหมกจากขาว เพอเปนแนวทางใหนกศกษาไดลงมอท าปฏบตการเอง

3. แบงผเรยนกลมละ 4 คน ใหผเรยนลงมอท าปฏบตการ เรอง การผลตน าสมสายชหมกจากขาว

4. มอบหมายใหผเรยนเขยนรายงานปฏบตการ เรอง การผลตน าสมสายชหมกจากขาว

5. ทบทวนเนอหาโดยใหท าค าถามทายบท





4. บทปฏบตการ เรอง การผลตน าสมสายชหมกจากขาว










107

บทท 5

การผลตกรดอนทรย

บทน า

กรดอนทรย (Organic acid) เปนสารอนทรยทมฤทธเปนกรด พบในอาหารทวไปตามธรรมชาต หรอเกดจากกระบวนการหมกโดยเชอจลนทรย สามารถน ามาใชประโยชนในการถนอมอาหาร (Food

preservation) ใชปรบ pH ของอาหารใหเปนอาหารปรบกรด (Acidified food) หรอใชเปนสารกนเสย (Preservative) ปองกนการเจรญเตบโตของจลนทรยทท าใหอาหารเนาเสย (Food spoilage) และจลนทรยกอโรค (Pathogen) กรดอนทรยทส าคญในอาหาร ไดแก กรดไขมน (Fatty acid) กรดแลคตก (Lactic

acid) กรดอะซตก (Acetic acid) กรดฟอรมก (Formic acid) กรดมาลก (Malic acid) กรดซตรก (Citric

acid) และกรดออกซาลก (Oxalic acid) เปนตน (พมพเพญ พรเฉลมพงศ และนธยา รตนาปนนท, 2556)


กรดอะซตกเปนกรดอนทรยทเปนสวนประกอบหลกของน าสมสายช (Vinegar) หรออาจเรยกวา กรดน าสม การผลตกรดอะซตกสามารถท าไดทงวธทางเคมและวธการทางชวภาพโดยการหมกดวยแบคทเรยทผลตกรดอะซตก (Acetic acid bacteria)

กระบวนการผลตกรดอะซตกโดยใชวธทางชวภาพ จะเกดไดโดยการออกซไดซเอทานอลไปเปนกรดอะซตกโดยอาศยวถของแบคทเรยอะซตก ทใชในการสรางพลงงาน ซงเกดขนอย 2 ขนตอน คอ

ขนตอนแรกใชเอนไซม Alcohol dehydrogenase เปลยนเอทานอลไปเปนอลดไฮด และขนตอนทสอง จะเปลยนอลดไฮด ไปเปนกรดอะซตก ดวยเอนไซม Aldehyde dehydrogenase การท างานของเอนไซมทงสองชนดเกดทเยอหมเซลล โดยมสารชอ ไพโรโลควโนไลน (Pyrroloquinoline: PQQ) ท าหนาทเปนโคเอนไซม คอรบไฮโดรเจน แลวเกดการรดวซไซโตโครม การขนยายอเลคตรอนมผลท าใหเกด แรงขบเคลอนโปรตอนขามเยอหมเซลลและถกน าไปใชในการสงเคราะห ATP

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0333/food-preservation-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%96%E0%B8%99%E0%B8%AD%E0%B8%A1%E0%B8%AD%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%B2%E0%B8%A3

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0333/food-preservation-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%96%E0%B8%99%E0%B8%AD%E0%B8%A1%E0%B8%AD%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%B2%E0%B8%A3

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0585/acidified-food-%E0%B8%AD%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%9B%E0%B8%A3%E0%B8%B1%E0%B8%9A%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0447/preservative-%E0%B8%A7%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%96%E0%B8%B8%E0%B8%81%E0%B8%B1%E0%B8%99%E0%B9%80%E0%B8%AA%E0%B8%B5%E0%B8%A2

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1232/food-spoilage-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%AA%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%A1%E0%B9%80%E0%B8%AA%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B8%AD%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%B2%E0%B8%A3

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0429/pathogen-%E0%B8%88%E0%B8%B8%E0%B8%A5%E0%B8%B4%E0%B8%99%E0%B8%97%E0%B8%A3%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B9%8C%E0%B8%81%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B9%82%E0%B8%A3%E0%B8%84

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0800/fatty-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B9%84%E0%B8%82%E0%B8%A1%E0%B8%B1%E0%B8%99

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1539/lactic-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B9%87%E0%B8%81%E0%B8%97%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1539/lactic-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B9%87%E0%B8%81%E0%B8%97%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0581/acetic-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B9%81%E0%B8%AD%E0%B8%8B%E0%B8%B5%E0%B8%95%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1571/formic-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B8%9F%E0%B8%AD%E0%B8%A3%E0%B9%8C%E0%B8%A1%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/2034/malic-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B8%A1%E0%B8%B2%E0%B8%A5%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1339/citric-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B8%8B%E0%B8%B4%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1339/citric-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B8%8B%E0%B8%B4%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B8%B4%E0%B8%81

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/3311/oxalic-acid-%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%81%E0%B8%8B%E0%B8%B2%E0%B8%A5%E0%B8%B4%E0%B8%81

108

การผลตกรดอะซตกดวยวธการหมกโดยทวไปจะเรมจากการเตรยมวตถดบใหอยในรปสารละลายทมน าตาลหรอเตรยมในรปน าเชอม แลวเปลยนน าตาลใหเปนเอทานอลโดยยสต จากนนเตมจลนทรยทผลตกรดอะซตก ซงจะออกซไดซเอทานอลไปเปนกรดอะซตกในสภาวะทมออกซเจน เอทานอลในน าหมกจะแพรผานเยอหมเซลลชนนอกเขาสชองวางระหวางเยอหมเซลลชนนอกและเยอหมไซโตพลาสซมซงเอทานอลจะถกเปลยนเปนอะเซตลดไฮดและกรดอะซตกตามล าดบ แลวเซลลจะท าการขบกรดอะซตกออกนอกเซลล ดงรปท 5.1

1.1 วตถดบทใชในการผลตกรดอะซตก วตถดบทสามารถน ามาใชในการผลตกรดอะซตกหรอน าสมสายช มหลายประเภท ดงน

1. ผลไม เชน องน แอปเปล สม แพร เปนตน

2. พชทมแปงเปนองคประกอบหลก เชน มนเทศ มนฝรง มนส าปะหลง ทงน แปงทอยในพช ตองผานการน าไปแปรสภาพ (Pretreatment) ใหเปนน าตาลเสยกอน

3. ธญพชตางๆ เชน ขาวบารเลย ขาวไรย มอลต ขาวสาล ขาวเหนยว ขาวเจา ขาวโพด เปนตน

4. วตถดบจ าพวกน าตาล เชน กากน าตาล น าผง น าออย น าเชอม

รปท 5.1 การเปลยนแปลงทางชวเคมภายในเซลลจลนทรยเพอผลตกรดอะซตก

ทมา : www.hotlinkfiles.com/files/426827_7kjzp/2007-TempAcetic.pdf

109

5. แอลกอฮอล สามารถน ามาใชในการหมกโดยตรง เชน เอทลแอลกอฮอลเจอจาง แอลกอฮอลทเสยสภาพแลว (Denatured ethyl alcohol) รวมทงน าทงจากโรงงานเครองดมแอลกอฮอล เชน โรงงานเบยร ซงมปรมาณแอลกอฮอลหลงเหลออย

วตถดบทใชจะเปนตวบงชคณภาพของกรดอะซตกหรอน าสมสายช ดงน น ในการผลต จงจ าเปนตองเลอกวตถดบทมคณภาพ เชน ถาใชผลไมเปนวตถดบ ผลไมจะตองสกและแกจด แตถาใชไวนหรอแอลกอฮอลเปนวตถดบ ไวนหรอแอลกอฮอลนนจะตองมความสะอาด ใส และปราศจากสงเจอปน เปนตน

1.2 กลไกทางชวเคมในการผลตกรดอะซตก

กลไกทางชวเคมในการผลตกรดอะซตกหรอน าสมสายชโดยใชวตถดบประเภทน าตาล ม 2 ขนตอน คอ

1. การหมกน าตาลใหเปนเอทานอล ซงเปนกระบวนการหมกแบบไมใชอากาศ และอาศยยสต Saccharomyces cerevisiae ดงสมการ

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

แตในสภาวะของการหมกจรง นอกจากจะไดเอทานอลเปนผลตภณฑแลว ยงมผลพลอยไดอนๆ เกดขนหลายชนด เชน กลเซอรอล รวมทงมกรดอะซตกเกดขนดวย แตมปรมาณนอย

2. การเปลยนแอลกอฮอลใหเปนกรดอะซตก โดยอาศยแบคทเรยกลม Acetic acid bacteria ท าการหมกในสภาวะมอากาศ และเกดปฏกรยาออกซเดชน 3 ขนตอน ดงน

ขนตอนแรก เปนการเปลยนแอลกอฮอลใหเปนอะเซตลดไฮด (Acetaldehyde) โดยอาศยเอนไซม Alcohol dehydrogenase เปนตวเรงปฏกรยา ดงน

C2H5OH + O CH3CHO + H2O

ขนตอนทสอง เปนการเปลยนอะเซตลดไฮดใหเปนไฮเดรตอะเซตลดไฮด (Hydrate acetal

dehyde) โดยอาศยเอนไซม Acetaldehyde dehydrogenase เปนตวเรงปฏกรยา ดงน

กลโคส เอทานอล

เอทานอล อะเซตลดไฮด

110

ขนตอนทสาม เปนขนตอนการสรางกรดอะซตก โดยเกดปฏกรยาการสงโปรตอน 2 ตว ของ ไฮเดรตอะเซตลดไฮด ไปยงอะตอมของออกซเจน จนเกดกรดอะซตกออกมา โดยอาศยเอนไซม Aldehyde dehydrogenase เปนตวเรงปฏกรยา ดงน

ดงนน สามารถสรปปฏกรยาการเปลยนแอลกอฮอลใหเปนกรดอะซตกไดดงน

C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O

นอกจากนแลว การสงเคราะหกรดอะซตกอาจเกดขนโดยอาศยปฏกรยาการรวมตวของ อะเซตลดไฮด 2 โมเลกล เราเรยกปฏกรยานวา Cannizzaro reaction ดงสมการ

อะเซตลดไฮด

CH3CHO + H2O CH3 C

H

OH

OH

ไฮเดรต อะเซตลดไฮด

CH3 C

H

OH

OH

+ O CH3 COOH + H2O

ไฮเดรต อะเซตลดไฮด

กรดอะซตก

เอทานอล กรดอะซตก

CH3CHO + CH3CHO CH3COOH + C2H5OH

กรดอะซตก อะเซตลดไฮด อะเซตลดไฮด เอทานอล

111

1.3 ขนตอนการผลตกรดอะซตก

1.3.1 การเตรยมวตถดบในการหมก ในการผลตกรดอะซตกหรอน าสมสายชโดยใชในวตถดบประเภทสารละลายทมน าตาล

เปนสวนประกอบ เชน กากน าตาล น าแชขาวโพด และน าผง หากวตถดบมความเขมขนของน าตาลสง จะตองน ามาเจอจางดวยน าใหมน าตาลประมาณ 10-15% (w/v) และตองลดการปนเปอนจากจลนทรยดวยการปรบ pH เปน 4.5 – 5.0 ดวยกรดซลฟรก และอาจมการเตมสารอาหารใหแกยสตโดยใชแอมโมเนยมซลเฟต แลวฆาเชอดวยการพาสเจอไรส

การใชวตถดบจ าพวกผลไม รวมทงแอปเปลและองน จะตองน ามาสกดเปนน าผลไมโดยการสบหรอตปน แลวเตมเอนไซมเพคตเนสเพอยอยสลายเพคตน ซงจะท าใหไดปรมาณน าผลไมมากขน สวนวตถดบทมแปงเปนองคประกอบและวตถดบพวกธญพช ตองน ามาเปลยนใหเปนน าตาลกอน ส าหรบในประเทศญปนมการใชขาวเปนวตถดบในการผลตน าสมสายช (Rice vinegar) ดวยการเลยงเชอรา Aspergillus oryzae บนขาวทน ามานงเพอผลตเปนโคจ (Koji) ทเปนแหลงของเอนไซมอะไมเลส จากนนจะน ามาผสมกบขาวทนงแลวในอตราสวน 1 ตอ 3 ของเหลวทไดจะมน าตาลเปนองคประกอบ สามารถน าไปใชในการผลตแอลกอฮอล และเปลยนเปนกรดอะซตกไดตอไป

สวนการผลตน าสมสายชจากไวน (Wine vinegar) ซงเปนน าสมสายชอกชนดหนงทมความส าคญในยโรป ผลตมาจากไวนทมแอลกอฮอลต า (7-9%) หรอไวนทมปรมาณกรดระเหย (Volatile

acid) สง หากไวนทใชมปรมาณแอลกอฮอลสงเกนไป จะมผลยบย งการเจรญของแบคทเรย Acetobacter

รวมทงหากมปรมาณซลเฟอรไดออกไซดหรอไวนทผานการตกตะกอนมาก กจะเปนปญหาตอการผลตน าสมสายชดวย ซงในการหมกขนาดเลก จะน าไวนมาผสมในถงไมรวมกบหวเชอน าสมสายช (Mother

vinegar) และจะไมปดถงใหแนน เพอใหอากาศผานเขาไปได ท าใหเกดการหมกตามธรรมชาต จนกระทงไดปรมาณกรดอะซตกอยในชวง 7 - 8% (w/v) สวนในการหมกทมขนาดใหญขน จะสามารถผลตใหไดปรมาณกรดสงกวา 6% (w/v) และมปรมาณเอทานอลเหลอนอยกวา 1.5% (v/v)

1.3.2 เชอจลนทรยทเกยวของในการหมก

ในการผลตกรดอะซตกหรอน าสมสายชโดยใชวตถดบตางๆ ทไมใชแอลกอฮอล จะตองมการน าวตถดบเหลานนมาหมกใหไดแอลกอฮอลกอนดวยเชอยสต จากนนจงน าแอลกอฮอลทไดมาหมกเพอผลตกรดอะซตกอกตอหนง โดยอาศยเชอแบคทเรยในกลมทผลตกรดอะซตก (Acetic acid

bacteria) ดงนน เชอจลนทรยทเกยวของในการผลตกรดอะซตก จงแบงออกเปน 2 กลม ไดแก

1. ยสต ยสตทใชในการหมกแอลกอฮอลเพอผลตกรดอะซตกเปนชนดเดยวกบทใชในการ

ผลตเครองดมแอลกอฮอล ซงในปจจบนไดมการคดเลอกสายพนธยสตทใชผลตแอลกอฮอลเพอน าไปผลตกรดอะซตกโดยตรง เชน การผลตน าสมสายชจากไวน (Wine vinegar) ใชยสต Saccharomyces

cerevisiae var. ellipsoideus ทคดเลอกมาใหหมกไวน และไดน าสมสายชทมกลนรสด เมอน าไวนนนมา

112

หมกทอณหภม 25-30 C นอกจากน ยงมยสตทใชหมกแอลกอฮอลเพอเปนวตถดบในการหมกน าสมสายชอกหลายสายพนธ โดยเปนยสตสกล Saccharomyces เชนกน ไดแก S. cerevisiae,

S. diastaticus และ S. carlsbergensis เปนตน

2. แบคทเรย

แบคทเรยทมบทบาทในการผลตกรดอะซตกหรอน าสมสายชอยในสกล Acetobacter

ซงเดมคนพบเชอนจากไวนทเกดรสเปรยว และอกสกลหนงคอ Gluconobacter โดยแบคทเรยทงสองสกลนมความแตกตางกนคอ Gluconobacter สามารถออกซไดซเอทานอลไดเปนกรดอะซตกเพยงอยางเดยว ในขณะท Acetobacter สามารถออกซไดซเอทานอลไดเปนกรดอะซตก และออกซไดซกรด อะซตกตอไปไดเปนคารบอนไดออกไซดและน า (Overoxidation)

รปท 5.2 รปรางของ Acetobacter aceti

ทมา : http://www.vinegarman.com/page23/files/stacks_image_394.png

แบคทเรยทนยมใชผลตกรดอะซตกในระดบอตสาหกรรม ไดแก Acetobacter aceti, A. pasteurianus, A. peroxidans และ Gluconobacter oxydans ซงเปนแบคทเรยทผลตกรดอะซตกไดสง และทนกรดไดด แตแบคทเรยพวกนตายไดงายเมออยในสภาพขาดออกซเจนหรอขาดเอทานอล ดงนน การใชแบคทเรยเหลานในการผลตจงตองควบคมสภาวะในการเพาะเลยงเชออยางระมดระวง และตองมเอทานอลอยในอาหารเลยงเชออยางนอย 0.2% ส าหรบการปองกนการเกด Overoxidation ในกระบวนการหมกกรดอะซตก สามารถท าไดโดยการรกษาระดบความเขมขนของกรด อะซตกใหสงกวา 6 % และใหมเอทานอลอยดวยเสมอ

1.3.3 กระบวนการหมกกรดอะซตก

การหมกกรดอะซตกโดยใชวตถดบบางอยาง เชน ไวน หางนม มอลต หรอน าเชอม ไซเดอรทมแอลกอฮอลเจอจางนน ไมจ าเปนตองเตมสารอาหารเพมเตม แตในกรณทใชแอลกอฮอล

113

จากการหมกธญพช พชใหแปง หรอแอลกอฮอลบรสทธ จ าเปนตองเตมสารอาหารบางอยางลงไปเพอใหเชอเจรญไดดขน ดงตารางท 5.1

ตารางท 5.1 สารอาหารทจ าเปนส าหรบกระบวนการหมกกรดอะซตก

ชนดของสารอาหาร

ปรมาณทตองเตม (กรมตอลกบาศกเมตรของสารอาหาร)

กระบวนการหมกแบบ

Surface process

กระบวนการหมกแบบ Submerged process

สารละลายน าตาลทไดจากการยอยธญพช 200 1000

แอมโมเนยมซลเฟต 96 480

แมกนเซยมซลเฟต 24 120

แคลเซยมซเตรท 24 120

แคลเซยมแพนโทธเนต 0.24 1.2

ทมา : ดดแปลงจาก Creuger and Creuger (1989).

ส าหรบกระบวนการหมกเพอผลตกรดอะซตก สามารถท าได 2 กระบวนการ ทส าคญคอ การหมกแบบ Surface process กบ การหมกแบบ Submerged process มรายละเอยด ดงน

1. การหมกแบบ Surface process

สามารถแบงไดเปน 2 รปแบบ คอ Slow process กบ Quick process ดงน

1) Slow process หรอ Orleans process

เปนกระบวนการหมกดงเดมทพฒนาขนทบรเวณ Orleans ในประเทศฝรงเศส โดยบรรจไวนลงในถงบารเรลขนาดใหญ ตงทงไวใหสมผสกบอากาศ ท าใหจลนทรยมการเจรญอย ทผวหนาของไวน การผลตน าสมสายชดวยวธน จะท าใหไดน าสมสายชทมกลนรสด แตใชเวลานานประมาณ 1-3 เดอน ในปจจบนจงไมนยมใชในการผลตระดบอตสาหกรรม

114

รปท 5.3 ลกษณะของถงหมกแบบ Orleans Process ทใชในการผลตน าสมสายช

ทมา : ดษณ ธนะบรพฒน (2538)

2) Quick process หรอ German process

เปนกระบวนการหมกทพฒนาขนในประเทศเยอรมน โดยใช Trickling generator

ซงภายในบรรจดวยตวกลาง เชน ขเลอย เพอเปนทยดเกาะของแบคทเรย กระบวนการหมกท าไดโดยการพนอาหารลงจากดานบนของถงหมก ปลอยใหไหลหยดผานตวกลางลงมาทางดานลาง ในระหวางนแบคทเรยทยดเกาะอยทตวกลางจะออกซไดซเอทานอลไปเปนกรดอะซตก โดยใชออกซเจนทไดจากชองใหอากาศทางดานลางทสวนขนมาทางดานบนของถงหมก เมอทออาหารไหลลงมาถงดานลาง กจะถกท าใหเยนและสบหมนเวยนขนไปพนลงมาทางดานบนของถงหมกซ าอกถาย งเกดการออกซเดชนไมสมบรณ การผลตกรดอะซตกดวยวธนใชเวลาเรวขนมาก สามารถผลตน าสมสายชทมกรดอะซตกรอยละ 12 ได ภายในเวลาประมาณ 3 วน ในปจจบนยงคงนยมใชวธการนในการผลตน าสมสายชในระดบอตสาหกรรม

�

�

�

�

�

115

รปท 5.4 ลกษณะของ Trickling Generator ทใชในการผลตน าสมสายช

ทมา : สมใจ ศรโภค (2544)

2. การหมกแบบ Submerged process

ในป ค.ศ. 1949 ไดมการพฒนากระบวนการหมกน าสมสายชแบบ Submerged

process ขนโดยบรษท H. Frings ในประเทศเยอรมน โดยใชถงหมกทออกแบบพเศษเพอการผลตกรดอะซตกโดยเฉพาะ ถงหมกแบบนมระบบการกวนและการใหอากาศอยทางดานลาง และมทอ Suction tube ตดตงอยกลางถงหมกเพอชวยใหฟองอากาศกระจายตวไดสม าเสมอ ทวถงหมก มระบบก าจดฟองโดยวธกลตดตงอยดานบน และมระบบระบายความรอนแบบ Plate heat exchanger ตดตงอยภายในถงหมก

การผลตกรดอะซตกโดย submerged process นยมใชระบบ Semi-continuous ซงควบคมอยางอตโนมต โดยใชอาหารเรมตนทมกรดอะซตก 7-10% และเอทานอล 5% ควบคมอณหภมระหวางการหมกใหอยในชวง 27-32 C เมอเอทานอลมความเขมขนลดลงเหลอประมาณ 0.1-0.3% (จะใชเวลาประมาณ 35 ชวโมง) จะมการถายอาหารออก 50-60% แลวเตมอาหารใหมเขาไปแทนท โดยใชอาหารใหมทมกรดอะซตก 2% และเอทานอล 10-15% ดวยวธการน จะท าใหสามารถออกซไดซเอทานอลไปเปนกรดอะซตกไดสงถง 98%

116

รปท 5.5 ลกษณะของ Submerged Fermenter ทใชในการผลตกรดอะซตก

ทมา : สมใจ ศรโภค (2544)

1.4 น าสมสายช (Vinegar)

น าสมสายชหรอกรดอะซตก (Acetic acid) เปนของเหลวทใชเปนสารปรงรสในอาหารและผลตภณฑอาหารระดบอตสาหกรรม ปกตแลวน าสมสายชทวไปมความเขมขนของกรดอะซตกตงแต 4-8% โดยปรมาตร น าสมสายชหมกตามธรรมชาตอาจมกรดชนดอนๆ ในปรมาณเลกนอย เชน กรด ทารทารก (Tartaric acid) และกรดซตรก (Citric acid) น าสมสายชเปนผลตภณฑทรจกกนตงแตสมยโบราณเชนเดยวกบไวน เนองจากพบวาน าสมสายชเกดมาจากการเนาเสยของไวนนนเอง โดยเกดจากการปนเปอนของแบคทเรยในสกล Acetobacter ทกอใหเกดปฏกรยาเปลยนแอลกอฮอลในไวนใหเปนกรดอะซตกไดในสภาวะทมออกซเจน ท าใหไวนมรสเปรยว จงท าใหเรยกน าสมสายชวา “Vinegar” ทมาจากภาษาฝรงเศสวา Vinaigre ทแปลวาไวนเปรยว (Sour wine)

คณสมบตของน าสมสายชทใชปรงอาหารน จะตองเปนของเหลวใส ปราศจากส และสงเจอปน ในกรณทมส จะตองเปนสจากวตถดบทใชเทานน ส าหรบคณสมบตอนๆ ไดแก ความหนาแนน จดเดอด จดเยอกแขง ความตงผว และความหนด เมอเทยบกบน าบรสทธแลว จะมคามากหรอนอยขนอยกบความ

117

เขมขนของกรดอะซตก และชนดของวตถดบทใชผลตเปนส าคญ สวนคาพเอชของน าสมสายชควรอยระหวาง 2-3.5

ประเภทของน าสมสายช น าสมสายชทมจ าหนายในทองตลาด สามารถแบงประเภทตามพระราชบญญตควบคมคณภาพ

อาหาร (พ.ศ. 2523) ไดเปน 3 ชนด ไดแก

1. น าสมสายชหมก (Fermented vinegar) หมายถง น าสมสายชทไดจากการหมกธญพช ผลไม หรอน าตาล ดวยสาหรอยสตเพอใหไดแอลกอฮอล แลวหมกตอดวยเชอน าสมสายช น าสมสายชหมกจดเปนน าสมสายชทมกลนหอมและรสชาตด มสตางกนตามสของวตถดบ กลนหอมของน าสมสายชหมกนมาจากสารบางชนดทเกดขนในกระบวนการหมก และกลนรสจะดยงขนเมอเกบรกษาไวเปนเวลานาน

2. น าสมสายชกลน (Distilled vinegar หรอ Spirit vinegar หรอ White vinegar) ท าจากการน าสราขาวเจอจางหรอแอลกอฮอลเจอจางมาหมกกบเชอน าสมสายช โดยมการเตมเกลอแรและอาหารเสรมทจ าเปนตอการเจรญของเชอลงไปดวย นอกจากนอาจจะผลตโดยการน าน าสมสายชหมกมากลนอกครงหนง น าสมสายชกลนทไดจะมลกษณะใส ไมมส และขาดกลนรสบางอยางทพบในน าสมสายชหมก

3. น าสมสายชเทยม เปนสารละลายทไดจากน ากรดอะซตกซงสงเคราะหขนทางเคม มาผสมกบน าบรสทธใหมความเขมขนไมนอยกวา 4 - 7% (w/v) ทอณหภม 27 C น าสมสายชเทยมมราคาถก มความบรสทธสง แตขาดกลนรสทด


กรดแลคตก (Lactic acid) เปนกรดอนทรยทเปนองคประกอบส าคญในการเพมรสชาตและชวยปองกนการเนาเสยของอาหารหมกดองและผลตภณฑนมหมกทเรานยมบรโภคกนทวไป กรดแลคตกถกคนพบครงแรกในนมเปรยวโดยนกเคมชาวสวเดน ในป ค.ศ. 1780 ท าใหเราทราบวากรดแลคตกเปนผลตผลทเกดจากกระบวนการหมกโดยจลนทรย ในปจจบน การผลตกรดแลคตกสามารถกระท าไดท งโดยกระบวนทางเคมและและกระบวนการหมกโดยจลนทรยซงเปนวธการทนยมมากกวา กรดแลคตกทผลตไดสวนใหญประมาณ 85% น ามาใชในอตสาหกรรมอาหาร โดยน ามาใชเปนตวปรบสภาพความเปนกรดและใหรสเปรยวแกอาหารและเครองดมตามความตองการ รวมทงมการน ามาใชในอาหารแปรรปและขนมอบ และยงมคณสมบตเปนสารกนบดปองกนการเสอมเสยของของผลตภณฑอาหารไดดวย นอกจากใชในอตสาหกรรมอาหารแลว ยงมการประยกตใชกรดแลคตกในเวชภณฑ อตสาหกรรมสงทอ (Textile)

118

ใชเปนสวนผสมของแลคเกอรและสารโพลเมอร โดยเฉพาะใชเปนสวนผสมในโพลแลคเทต (Polylactate) ทใชผลตพลาสตกทยอยสลายไดทางชวภาพทดแทนพลาสตกจากอตสาหกรรมปโตรเคม

ตารางท 5.2 เกรดของกรดแลคตกและการน าไปใชประโยชน

ระดบคณภาพ คณสมบตของกรดแลคตก การน าไปใชประโยชน Technical grade มสน าตาลออน

ปราศจากธาตเหลก

ความบรสทธ 20-80%

ใชในการก าจดแคลเซยม

ใชในอตสาหกรรมสงทอ

ใชในโรงงานผลตเอสเทอร

Food grade ปราศจากส ปราศจากกลน

ความบรสทธมากกวา 80%

สารปรงแตงรสอาหาร

เพมความเปนกรดแกอาหาร

ใชปองกนการเนาเสยของแปงและโด (dough)

Pharmacopoeia grade ปราศจากส ปราศจากกลน

ความบรสทธมากกวา 90%

เถา (ash) นอยกวา 0.1%

ใชรกษาโรคทางเดนอาการ

ใชเพอประโยชนทางสขอนามย

ใชเตรยมเกลอแลคเตทของโลหะตางๆ

Plastic grade ปราศจากส เถา (ash) นอยกวา 0.01%

ใชผลตแลคเกอร สารฟอกขาว

ใชผลตโพลเมอรทยอยสลายได

ทมา : Ratledge and Kristiansen (2006)

2.1 วธการสงเคราะหกรดแลคตกทางชวภาพ

จลนทรยทใชในการผลตกรดแลคตกระดบอตสาหกรรม ไดแก แบคทเรยทผลตกรดแลคตก (Lactic Acid Bacteria) โดยอาศยวถไกลโคไลซส (Glycolysis) และวถการหมกกรดแลคตก (Lactic

Acid Fermentation) ซงสามารถสรางกรดแลคตกได 2 โมเลกล จากกลโคส 1 โมเลกล ตวอยางของแบคทเรยกลมน ไดแก Lactobacillus delbrueckii ทสามารถใชน าตาลกลโคสทไดจากการยอยแปงดวยเอนไซม หรอใชน าตาลซโครสจากโมลาสเพอเปนวตถดบในการหมกไดเปนอยางด แตถาแหลงวตถดบเปนน าตาลแลคโตสจากหางนม จะเหมาะสมตอการหมกโดยเชอ Lactobacillus bulgaricus ในขณะท Lactobacillus lactis สามารถใชไดทงน าตาลกลโคส ซโครส แลกโทสและมอลโทส และยงพบวามแบคทเรยบางสายพนธทสามารถใชแปงเปนวตถดบไดโดยตรง เชน Lactobacillus amylophilus และ Lactobacillus amylovorus ท าใหกระบวนการผลตกรดแลคตกดวยวธการหมกมทางเลอกมากขน นอกเหนอไปจากการทตองเตรยมสารละลายน าเชอมจากการยอยแปงดวยเอนไซมเสยกอน

119

ปจจยส าคญของการผลตกรดแลคตกคอ สภาวะทเหมาะสมตอการเจรญเตบโตของแบคทเรยแลคตก ซงตองการวตามนและสารอาหารเรงการเตบโตทจ าเปนบางชนด ตลอดจนอณหภมทเหมาะสมตอการเจรญ โดยพบวาแบคทเรยแลคตกสวนใหญชอบอณหภมปานกลาง (28-45 C) และมบางกลมชอบอณหภมสง (45-62 C)

2.2 การใชประโยชนจากกรดแลกตก

กรดแลคตกถกน าไปใชประโยชนในงานดานตางๆ หลายดาน ดงน

1. ดานอาหารและเครองดม มการน ากรดแลคตกมาใชในอตสาหกรรมอาหารมากกวารอยละ 50 ของปรมาณกรดแลคตก

ทงหมด สวนใหญจะใชกรดแลคตกเปนสวนประกอบในอาหารโดยตรง (Food ingredient) ใชปรบสภาพความเปนกรดเพอใหเกดรสเปรยวตามตองการและมการใชกรดแลคตกรวมกบกรดซตรกและพรอพาโนอกเพอท าใหเกดรสเปรยวในอาหาร แตอาจมความจ าเปนตองใชกรดแลคตกเพยงชนดเดยวส าหรบผลตภณฑทตองการกลนและรสชาตทจ าเพาะ

ในการท าขนมปงจะใช Compound sodium lactate (CSL) เปนตวปรบสภาวะแปงหมก (Dough conditioner) ซงเมอ CSL รวมตวกบกลเตนในแปงหมกท าใหสามารถทนตอสภาวะการกวนและสภาวะตาง ๆ ในระหวางกรรมวธการผลตขนมอบไดดขน สวนกรดแลคตกทอยในรปของ Stearoyl-2 lactylate (SSL) มคณสมบตเปนอมลซไฟเออร (Emulsifier) ไดด และสามารถยดอายการเกบรกษาของผลตภณฑขนมอบได นอกจากน กรดแลคตกยงใชเปนสวนประกอบในเนยแขงชนดตาง ๆ และผลตภณฑบางชนด เชน Salami กมกรดแลคตกเปนองคประกอบ นอกจากนนมการน ากรดแลคตกไปใชในอตสาหกรรมเครองดมแทนกรดซตรก ฟอสฟอรก และกรดอนๆ ส าหรบอตสาหกรรมเบยรและการผลตขนมหวานกมการใชกรดแลคตกในการปรบความเปนกรด – ดางของน าทใชในการผลต

2. ดานการเกษตร

มการใชกรดแลคตกในการท าภาชนะปลกพช ใชเปนวสดหอหมและปลดปลอยยาฆาแมลง ยาฆาวชพช หรอปยตามชวงเวลาทก าหนด

3. ดานบรรจภณฑ

ใชท าบรรจภณฑทใชแลวทง ภาชนะบรรจอาหาร ขวดน า ถงพลาสตก กลองโฟม ฟลมส าหรบหบหอ เมดโฟมกนกระแทก และตวเคลอบภาชนะกระดาษ เปนตน

4. ดานเสนใย และแผนผาแบบ non-woven

ใชท าผลตภณฑอนามย ผาออมส าเรจรป เสอผาและเครองนงหม เสนใยส าหรบบรรจในเครองนอน

120

5. ดานยานยนต

ใชผลตอปกรณลดแรงกระแทก (bumpers) แผนรองพน (floor mats) และอปกรณตกแตงภายใน

6. ดานการแพทย

เนองจาก Poly lactic acid (PLA) เปนพอลเมอรยอยสลายไดทางชวภาพ (biodegradable)

สามารถเขากบเนอเยอ (biocompatible) และสามารถถกดดซม (bioresorbable) ไดโดยระบบชวภาพ (biological system) ในรางกาย จงท าให PLA เปนวสดทมศกยภาพสงส าหรบงานทางการแพทย และถกน ามาใชทางดานนมานานกวา 2 ทศวรรษ เชน ไหมเยบแผล (sutures) ตวเยบแผล (staples) วสดปดแผล (wound dressing) อปกรณฝงในรางกาย (surgical implants) อปกรณส าหรบยดกระดก (orthopedic fixation devices) วสดส าหรบน าพาหรอปลดปลอยตวยา ซงสามารถควบคมอตราและระยะเวลาในการปลดปลอยยาไดอยางมประสทธภาพ

7. ดานอนๆ ตวอยางเชนการน ากรดแลคตกไปใชเปนสารตงตนส าหรบการผลตโพลแลคเทต ซงเปน

พลาสตกทสามารถยอยสลายไดทางชวภาพเพอใชแทนพลาสตกสงเคราะห ทไดจากอตสาหกรรม ปโตรเคม

2.3 กระบวนการหมกแบบแลคตก

กระบวนการหมกแบบแลคตก (Lactic acid fermentation) เพอสรางกรดแลคตกโดยเชอแบคทเรยแลคตก (Lactic acid bateria) สามารถเกดขนได 2 กระบวนการ คอ

1. Homofermentative เปนกระบวนการทเกดกรดแลคตคเปนสวนใหญ โดยสามารถผลต กรดแลคตกไดในปรมาณ 85 % หรอมากกวาจากการหมกคารโบไฮเดรต ขนตอนการผลตกรดแลคตกเรมจากน าตาลแลคโตสจะผานเขาเซลลของ Lactic acid bacteria โดยอาศยเอนไซมทอยบรเวณเยอหม ไซโตพลาสซมทเรยกวา Phosphoenol-Pyruvate Dependent Phosphotransferase System (PEP-PST) ท าใหแลคโตสเกดปฏกรยาเตมหมฟอสเฟต (Phosphorylation) อยในรปแลคโตส Lactose-6-Phosphate

กบ Glucose-6-Phosphate จากนนจะถกเอนไซม Phospho--Galactosidase ไฮโดรไลซไดเปน Galactose -6-Phasphate กบ Glucose ซง Glucose จะถกสงเขาสกระบวนการตางๆ โดย D-Tagatose-6-

Phosphate Pathway ไดเปน Tagatose-1,6-Diphosphate และเปลยนเปน Dihydroxyacetone-Phosphate

ทายสดเอนไซม Tagatose-1,6-Aldolase ซงจะเปลยนเปน Glyceraldehyde-3-Phosphate โดยเอนไซม Triose Phosphate Isomerase ซง Glyceraldehyde-3-Phosphate เปนสารตวกลางในกระบวนการ EMP

pathway แลกเปลยนเปนแลคโตสในทสด ตวอยางของแบคทเรย Homofermentative lactic acid

bacteria ทมการหมกแบบน ไดแก Lactobacillus sake, L. acidilactici, L. casei, เปนตน

121

2. Heterofermentative เปนกระบวนการทเกดกรดแลคตคประมาณ 50% จะไดผลตภณฑอนรวมดวย เ ชน กรดอะซ ตก เอทลแอลกอฮอล และคา รบอนไดออกไซดโดยจ ลนทรยพวก Heterofermentative lactic acid bacteria ในกลมนจะมเอนไซมอลโดเลส (Aldolase) ซงเปนเอนไซมในกระบวนการไกลโคไลซส จงท าใหไมสามารถยอยสลาย Fructose-1,6-Diphosphate เปน Triose-

Phosphate ได จงตองออกซไดซ Glucose-6-Phosphate ไดเปน 6-Phosphogluconate จากนนเกดปฏกรยา Decaboxylation ไดเปน Pentose-Phosphate กบคารบอนไดออกไซดซง Pentose Phosphate จะแตกตวเปน Triose-Phosphate และ Acetyl-Phosphate โดยเอนไซม Phosphoketolase จากนน Triose-Phosphate

จะเปลยนไปเปนแลคเทต (Lactate) สวน Acetyl-Phosphate จะเปลยนอะเซตลดไฮด (Acetyldehyde) แบคทเรยทมการหมกแบบน ไดแก Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L .brevis เปนตน

รปท 5.6 ปฏกรยาทางชวเคมของการเกดกรดแลคตก

ทมา : Madigan และคณะ (1997)


กรดซตรก (Citric acid) เปนกรดออนใชประโยชนเพอการถนอมอาหาร โดยมบทบาทส าคญในการเพมรสชาตใหกบอาหารใหมรสเปรยว และมกลนหอมชวนรบประทาน ไดรบการยอมรบโดยทวไปวามความปลอดภยในการบรโภค สามารถเตมลงไปในอาหารโดยไมเกดอนตราย และสามารถยอยสลายไดงายและไมเปนพษตอสงแวดลอม กรดซตรกพบไดตามธรรมชาตโดยทวไปในผกและผลไมทมรสเปรยว โดยเฉพาะพชตระกลมะนาว สบปะรด และสม ซงมสดสวนกรดซตรกเปนองคประกอบสง ในระยะแรกๆ การผลตกรดซตรกท าโดยคนมะนาวโดยตรง เพอใหไดน ามะนาว ซงสวนประกอบจะมกรดซตรกประมาณรอยละ 7-9 โดยโรงงานผลตกรดซตรกในปจจบนนยมผลต

122

กรดซตรกดวยวธการสงเคราะหจากน าตาลกลโคสผานวถไกลโคไลซส (Glycolysis Pathway) ไดเปนสารออกซาโลอะซเตท (Oxaloacetate) แลวสะสมเปนกรดซตรก โดยจลนทรยทนยมใชในการผลตแบงเปน 2 ประเภท คอ เชอรา Aspergillus niger และยสต Candida lypolitica

กรดซตรก (Citric acid) หรอกรดสม เปนสารมธยนตร (Intermediate) ในวฏจกรเครบส พบทวไปในผลไมรสเปรยว เชน มะนาว สม สบปะรด และอนๆ กรดซตรกไดรบการยอมรบวาปลอดภยสามารถใชเปนสวนผสมในอาหารหรอใชเปนสารเคมในสวนผสมของยา เชน กรดซตรกเปนสวนผสมในยาลดกรดในกระเพาะอาหาร ชวยปองกนการเกดออกซเดชนในการเตรยมวตามน นอกจากนกรดซตรกยงมความส าคญตออตสาหกรรมอน เชน ใชเปนสวนประกอบในน าหมก สยอม ผงซกฟอก น ายาดดผม ครมนวดผม น ายาท าความสะอาดผวหนาและโลชน

3.1 จลนทรยทใชในการผลตกรดซตรก

จลนทรยทใชในการผลตกรดซตรกมทงยสตและรา ยสตทส าคญในการผลตกรดซตรก ไดแก Candida guilliermondii และ Candida lipolytica ส าหรบราไดแก Aspergillus niger และ Penicillium สวนใหญการผลตกรดซตรกในระดบอตสาหกรรมนยมใชรา Aspergillus niger ซงมกเปนสายพนธ ทชกน าใหเกดการกลายพนธเพอใหสามารถผลตกระดซตรกไดสง

3.2 วตถดบทใชในการผลตกรดซตรก

วตถดบทใชในการผลตกรดซตรกโดยการหมกของจลนทรยมกเปนผลผลตทางการเกษตรจ าพวกแปงหรอน าตาลหรอของเสยทมสวนประกอบจ าพวกน าตาลปะปน เชน โมลาส แปง น าเชอม น าทงจากการผลตเบยร วตถดบเหลานเปนแหลงคารบอนใหกบจลนทรย

ตารางท 5.3 วตถดบทใชเปนแหลงคารบอนส าหรบการผลตกรดซตรก

Blackstrap molasses Cotton waste

Cane molasses Whey permeate

Bagasse Brewery waste

Starch Sweet potato pulp

Date syrup Pineapple waste water

Apple pomace Banana extract

Carob sugar

ทมา : Ratledge และ Kristiansen (2006)

123

3.3 การเปลยนแปลงทางชวเคมภายในเซลลจลนทรยเพอผลตกรดซตรก

การสงเคราะหกรดซตรกจากน าตาลกลโคสแบงเปน 3 ขนตอน คอ ขนแรกเปนการยอยสายกลโคสผานวถไกลโคไลซสไดไพรเวทและอะซตลโคเอ โดยกลโคสในอาหารทใชส าหรบเลยงเชอแพรผานเยอหมเซลลเขาสไซโตพลาสซม จากนนกลโคสจะถกเปลยนเปนไพรเวทซงจะแพรเขาสไมโทคอนเดรย ข นสองเอนไซมไพรเวทคารบอกซ เลสเรงปฏก รยาการรวมตวของไพรเวทกบคารบอนไดออกไซดไดออกซาโลอะซเทรต จ านวนมาก ขนตอนสดทายเปนการสรางกรดซตรกจากการท างานของเอนไซมซเทรตซนเทส (citrate synthase) อาจเรยกปฏกรยานวา Tricarboxylic acid

cycle (TCA cycle) หรอ Citric acid cycle หรอ Kreb’s cycle โดยออกซาโลอะซเทรตทเกดขนจ านวนมากมผลไปยบย งการท างานของเอนไซมในวฎจกรเครบสทเกยวของกบการแคแทบอไลซกรด ซตรก ไดแก Isocitrate dehydrogenase และ Aconitase ท าใหเกดการสะสมกรดซตรก ขณะเดยวกน ออกซาโลอะซเทรตจ านวนมากยงกระตนการท างานของเอนไซม citrate synthase ท าใหเกดการสงเคราะหกรดซตรกมากขน ขนตอนทสองและสามเกดขนภายในเมทรกซของไมโทคอนเดรย จากนนกรดซตรกจะถกขบออกภายนอกเซลล ดงรปท 5.7

รปท 5.7 วถการสงเคราะหกรดซตรกภายในเซลลจลนทรย


pH 2

pH 7 Oxalic acid

124

3.4 การเจรญเตบโตและการสรางกรดซตรกของจลนทรย

จากการเพาะเลยงจลนทรยในอาหารสงเคราะหเปนเวลา 300 ชวโมง แสดงดงรปท 5.8

เมอเวลาผานไปปรมาณน าตาลซงเปนองคประกอบในอาหารเลยงเซลลและเปนสารตงตนในการสงเคราะหกรดซตรกมปรมาณลดลง ขณะทกรดซตรกจะเพมขนพรอมกนกบการเจรญของจลนทรย

รปท 5.8 การเปลยนแปลงปรมาณน าตาล จ านวนเซลลจลนทรย และปรมาณกรดซตรก

ในระหวางการหมก ทมา : Ratledge และ Kristiansen (2006)

3.5 กระบวนการผลตกรดซตรก

โดยทวไปการผลตกรดซตรก แสดงดงรปท 5.9 เรมจากการเพาะเลยงจลนทรยในอาหารประกอบดวยคารโบไฮเดรต โพแทสเซยมฟอสเฟต แมกนเซยมซลเฟต คอปเปอร และเหลก ปรบ pH

ในอาหารใหเปน 1.8-2.0 เตมหวเชอ ในทนคอเชอ Aspergillus niger ปลอยใหเกดการหมกทอณหภม 27-33C ประมาณ 5-14 วน เมอการหมกสนสดท าการเกบเกยวกรดซตรกใหมความบรสทธโดยเตมสารสม (Lime) เพอใหกรดซตรกอยในรปแคลเซยมซเทรต กรองเอาตะกอนแคลเซยมซเทรตออก จากนนแยกกรดซตรกออกโดยเตมกรดซลฟรก กรองตะกอนแคลเซยมซลเฟต ออกจะไดกรดซตรกในรปสารละลาย น าไปท าใหแหงในสภาพสญญากาศ สดทายไดผลกของกรดซตรก

biomass

sugar

citric

125

รปท 5.9 การผลตกรดซตรกในระดบอตสาหกรรมโดย Aspergillus niger

ทมา : ดดแปลงจาก Dubey (2007)

เตรยมอาหารเลยงเชอโดยใชคารโบไฮเดรต

เตม KH2PO4, MgSO4 7H2O, Cu, Fe

ปรบ pH เปน 1.8-2.0

ท าการหมกในถงหมก

อณหภม 27-33 C, 5-14 วน

เตมเชอตงตน Aspergillus niger

น าหมกทมกรดซตรก

เตม CaOH2

ไดเกลอ Calcium citrate

เตมกรดซลฟรก

ได Calcium sulphate + citric acid

กรอง

ไดกรดซตรก

ระเหยน าออกดวยเครอง Vacuum evaporator

ไดผลกกรดซตรก

และกรดซตรกทยงละลายอย

กรดซตรกทยงละลายอย น าไประเหยน าอกครง

ไดผลตภณฑในรปผลก

ปนเหวยง

ไดผลกเกลอของกรดซตรก

ทปราศจากน า

126

3.6 สภาวะทเหมาะสมในการผลตกรดซตรก

โดยทวไปการผลตกรดซตรกในระดบอตสาหกรรมสงส าคญคอการควบคมสภาวะการหมก ใหเหมาะสมตอการผลตกรดซตรกในระหวางการหมกดงตารางท 5.4 เชน ความเขมขนของน าตาล ธาตอาหาร ปรมาณออกซเจน ความเปนกรดดาง ความเขมขนของฟอสเฟต เกลอแอมโมเนย และระยะเวลาในการหมก

ตารางท 5.4 สภาวะทเหมาะสมในการเพาะเลยงเซลลจลนทรยใหเหมาะสมตอการผลตกรดซตรก ในระดบอตสาหกรรม

Sugar concentration 120 – 250 g/l

Trace metal ion limitation Mn 10-8

M

Zn 10-6

- 10-7

M

Fe 10-4

M

Dissolved oxygen tension 140 mbar

pH 1.6 – 2.2

Phosphate concentration 0.2 – 1.0 g/l

Ammonium salts 2.0 g/l

Time 160 -240 hrs


127


1. จงยกตวอยางวตถดบทเหมาะสมส าหรบใชในการผลตกรดอะซตกได พรอมทงบอกเหตผลดวย

2. จงอธบายขนตอนการหมกเพอสรางกรดอะซตกโดยจลนทรย

3. กระบวนการหมกเพอผลตกรดอะซตก สามารถท าไดกกระบวนการ และมความแตกตางกนอยางไร

4. การปองกนการเกด overoxidation ในขณะหมกกรดอะซตก สามารถท าไดอยางไร

5. แบคทเรยทผลตกรดแลคตก (Lactic Acid Bacteria) จะเกดการหมกเพอสรางกรดแลคตกผานกลไกทางชวเคมแบบใดบาง

6. กรดแลคตกถกน าไปใชประโยชนในงานดานใดบาง 7. การหมกแบบแลคตก (Lactic acid fermentation) แบงได 2 ลกษณะ คอ Homofermentative กบ

Heterofermentative การหมกทง 2 ลกษณะน มความแตกตางกนอยางไร

8. โรงงานผลตกรดซตรกในปจจบนนยมผลตกรดซตรกดวยวธการใด

9. จงอธบายขนตอนการเกบเกยวและท าใหกรดซตรกบรสทธ 10. สภาวะทเหมาะสมในการหมกเพอผลตกรดซตรก ไดแก ปจจยใดบาง

128


1. ตวอยางของวตถดบทเหมาะสมส าหรบใชในการผลตกรดอะซตก มหลายประเภท เชน ผลไม พชทมแปงเปนองคประกอบหลกและธญพชตางๆ ซงตองน าไปแปรสภาพใหเปนน าตาลเสยกอน สวนวตถดบจ าพวกน าตาล เชน กากน าตาล น าผง น าออย น าเชอม รวมทง แอลกอฮอล สามารถน ามาใชในการหมกโดยตรง แตอยางไรกตาม วตถดบทใชจะเปนตวบงชคณภาพของกรดอะซตกหรอน าสมสายช ดงนน ในการผลตจงจ าเปนตองเลอกวตถดบทมคณภาพดทสด 2. การหมกเพอสรางกรดอะซตกเรมจากการทยสต เชน Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus

หรอ Saccharomyces cerevisiae จะใชน าตาลจากวตถดบผานวถไกลโคไลซส และเกดการหมกเพอสรางเอทานอล (Ethanol fermentation) ในสภาวะทไมใชออกซเจน จากนน แบคทเรยทผลตกรดอะซตก เชน Acetobacter, Gluconobacter จะออกซไดซเอทานอลไดเปนกรดอะซตก ในสภาวะทมออกซเจน

3. กระบวนการหมกเพอผลตกรดอะซตก สามารถท าได 2 กระบวนการ คอ การหมกแบบ Surface

process กบ การหมกแบบ Submerged process มความแตกตางกนคอ การหมกแบบ Surface process เปนการหมกแบบดงเดมทเชอแบคทเรยจะเจรญอยบนผวหนาอาหาร การหมกเกดไดชา ไดผลผลตต า

สวนการหมกแบบ Submerged process เปนการหมกในถงหมกทมระบบการกวนและการใหอากาศ ใชเวลานอย ใหผลผลตสง 4. การปองกนการเกด overoxidation สามารถท าไดโดยการรกษาระดบความเขมขนของกรดอะซตกในถงหมกใหสงกวา 6% และใหมเอทานอลอยดวยเสมอ

5. แบคทเรยทผลตกรดแลคตกจะอาศยวถไกลโคไลซส (Glycolysis) และวถการหมกกรดแลคตก (Lactic Acid Fermentation) ซงสามารถสรางกรดแลคตกได 2 โมเลกล จากกลโคส 1 โมเลกล ตวอยางของแบคทเรยกลมน ไดแก Lactobacillus delbrueckii 6. กรดแลคตกถกน าไปใชประโยชนในอตสาหกรรมตางๆ หลายดาน เชน

1) ดานอตสาหกรรมอาหาร

2) ดานการเกษตร

3) ดานบรรจภณฑ

4) ดานเสนใย และแผนผาแบบ non-woven

5) ดานยานยนต

6) ดานการแพทย

7. การหมกแบบแลคตก (Lactic acid fermentation) แบงได 2 ลกษณะ คอ Homofermentative กบ

Heterofermentative การหมกท ง 2 ลกษณะน มความแตกตางกนดงน Homofermentative คอ กระบวนการทเกดกรดแลคตคเปนสวนใหญ โดยสามารถผลตกรดแลคตกไดในปรมาณ 85 % หรอ

129

มากกวาจากการหมกคารโบไฮเดรต โดยจลนทรยพวก Heterofermentative lactic acid bacteria เชน Lactobacillus sake, L. acidilactici, L. casei, เปนตน

สวน Heterofermentative เปนกระบวนการทเกดกรดแลคตคประมาณ 50% จะไดผลตภณฑอนรวมดวย เชน กรดอะซตก เอธลอลกอฮอล และคารบอนไดออกไซดโดยจลนทรยพวก Heterofermentative

lactic acid bacteria เชน Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L .brevis เปนตน

8. การผลตกรดซตรกในปจจบนนยมใชวธการทางชวภาพโดยใชเชอจลนทรยในการหมก คอ การสงเคราะหจากน าตาลกลโคสผานวถไกลโคไลซส (Glycolysis Pathway) ไดเปนสารออกซาโล- อะซเตท (Oxaloacetate) แลวสะสมเปนกรดซตรก โดยจลนทรยทนยมใชในการผลตแบงเปน 2 ประเภท

คอ เชอรา Aspergillus niger และยสต Cadida lypolitica 9. เมอการหมกสนสดลง ท าการเกบเกยวและท าใหกรดซตรกใหมความบรสทธโดยเตมสารสม (lime)

เพอใหกรดซตรกอยในรปแคลเซยมซเตท แลวกรองเอาตะกอนแคลเซยมซเตทออก จากนนแยกเอากรดซตรกออกโดยเตมกรดซลฟรก กรองตะกอนแคเซยมซลเฟตออกจะไดกรดซตรกในรปสารละลายน าไปท าใหแหงในสภาพสญญากาศ สดทายจะไดผลกของกรดซตรก

10. ปจจยตางๆ ทควรควบคมเพอใหเหมาะสมตอการผลตกรดซตรก ไดแก ความเขมขนของน าตาล ธาตอาหาร ปรมาณออกซเจน ความเปนกรดดาง ความเขมขนของฟอสเฟต เกลอแอมโมเนย และระยะเวลาในการหมก

130




พมพเพญ พรเฉลมพงศ และนธยา รตนาปนนท. (2556). Organic acid /กรดอนทรย. สบคนเมอ 30

มกราคม 2556, จาก http://student.nu.ac.th/nick_edu/lesson1.html _____________________________________. (2556). Lactic acid bacteria / แบคทเรยผลตกรด

แลกตก. สบคนเมอ 15 ธนวาคม 2556, จาก http://www.foodnetworksolution.com/wiki/ word/0782/lactic-acid-bacteria

สมใจ ศรโภค. (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. Crueger, W and A. Crueger. (1990). Biotechnology - A Textbook of Industrial Microbiology

(2nd.


Dubey, R. C. (2007). A Textbook of Biotechnology. S Chand & Co Ltd.


ed.




University Press.

http://www.vinegarman.com/page23/files/stacks_image_394.png สบคนเมอ 2 กมภาพนธ 2557

www.hotlinkfiles.com/files/426827_7kjzp/2007-TempAcetic.pdf สบคนเมอ 2 กมภาพนธ 2557


http://www.foodnetworksolution.com/wiki/

http://www.vinegarman.com/page23/files/stacks_image_394.png%20%20สบคนเมอ

http://www.hotlinkfiles.com/files/426827_7kjzp/2007-TempAcetic.pdf%20%20สบคน


การผลตสารปฏชวนะและวตามน 4 ชวโมง



1.1 คณสมบตของยาปฏชวนะ

1.2 กลไกการออกฤทธของยาปฏชวนะ

1.3 การผลตยาปฏชวนะเพนซลลน

1.4 ประเภทของเพนซลลน

1.5 กระบวนการผลตเพนซลลน


2.1 การคนพบวตามนบ 12

2.2 โครงสรางและคณสมบตของวตามนบ 12

2.3 ความส าคญของวตามนบ 12

2.4 จลนทรยทใชในการผลตวตามนบ 12

2.5 กระบวนการหมกวตามนบ 12 โดย Pseudomonas denitrificans

2.6 ปจจยทมผลตอการผลตวตามนบ 12

2.7 การเกบเกยววตามนบ 12





1. อธบายคณสมบตและกลไกการออกฤทธของยาปฏชวนะได

2. เปรยบเทยบความแตกตางของยาปฏชวนะเพนนซลลนในแตละกลมได

3. เขยนสรปขนตอนกระบวนการผลตยาปฏชวนะเพนนซลลนในระดบอตสาหกรรมได

4. ยกตวอยางประโยชนของวตามนชนดตางๆ ได 5. เขยนสรปขนตอนการผลตวตามนบ 12 โดยใชเชอจลนทรยได

6. เขยนแผนภาพสรปขนตอน

132




3. ทบทวนเนอหาหลงการบรรยายโดยการใหท าค าถามทายบท









2. ความถกตองของการท าค าถามทายบท ไมนอยกวา 80 %

133

บทท 6

การผลตสารปฏชวนะและวตามน

บทน า

จลนทรยหลายชนดสามารถผลตสารเมทาบอไลตทตยภม (Secondary metabolite) ซงเปนผลผลตทเกดขนตอจากกระบวนการเมแทบอลซมปฐมภม (Primary metabolism) โดยสารเมทาบอไลตทตยภมจะเกดในชวง Late lag phase และ Stationary phase ของการเจรญ เปนสารทไมทราบหนาทแนชด ไมทราบวาจลนทรยสรางขนเพอจดประสงคใด เปนสารสรางทขนภายใตสภาวะทเหมาะสม เปนสารทไมมความจ าเปนตอการเจรญของจลนทรย แตมความส าคญในทางอตสาหกรรม เชน ยบย งการเจรญเตบโตของจลนทรยชนดอนได เปนสารสงเสรมการเจรญเตบโต (Growth promoter) ตวอยางของสารในกลมนไดแก สารปฏชวนะ วตามน เมดส สารพษ อลคาลอยด ผลกโปรตน ฮอรโมนพชและสารปราบศตรพช เปนตน

สารปฏชวนะและวตามนเปนสารเมทาบอไลตทตยภมทมนษยน ามาใชประโยชนเปนเวลานาน โดยสวนใหญการผลตสารปฏชวนะและวตามนจะอาศยกระบวนการหมกโดยเชอจลนทรย ในสภาวะทเหมาะสม เชอจลนทรยจะเจรญและสรางสารปฏชวนะและวตามนทตองการออกมาจ านวนมาก นอกจากน ยงมการปรบปรงและคดเลอกสายพนธจลนทรยตลอดจนพฒนากระบวนการหมกใหมประสทธภาพสง จนสามารถผลตสารปฏชวนะและวตามนในระดบอตสาหกรรมได


สารปฏชวนะหรอยาปฏชวนะ (Antibiotics) หมายถง สารประกอบอนทรยทผลตขนโดยจลนทรย มฤทธ ในการยบย งการเจรญเตบโตหรอท าลายจลนทรยอนๆ ไดในปรมาณความเขมขนต า ยาปฏชวนะคนพบครงแรกโดยอเลกซานเดอร เฟลมมง (Alexander Fleming) ใน ค.ศ. 1929 โดยพบวา เชอรา Pennicillium notatum สามารถผลตยบย งการเจรญของแบคทเรย Staphylococcus aureus ได และใหชอวาเพนซลลน (Penicillin)

การใชเชอราในการผลตเพนซลลนบรสทธเกดขนเปนครงแรกในสหรฐอเมรกา เนองจากเชอราเปนจลนทรยพวก obligate aerobe จงตองใชวธการเพาะเลยงแบบ surface culture ซงเปนวธการ ทยงยากและเกดการปนเปอนของเชออนไดงาย จงมการพฒนามาใชถงหมกโดยใชอาหารเหลวทม การกวนและการใหอากาศซงเปนวธการทใชมาจนถงปจจบน เชอรา P. notatum ทใชในการผลตเพนซลลนในชวงแรก เปนเชอทใหผลผลตต า โดยผลต เพนซลลนไดเพยง 2 มลลกรมตออาหาร 1 ลตร ดงนน จงมการคดเลอกและพฒนาสายพนธเชอราทมความสามารถในการผลตสงมาใชงาน และพบวาเชอรา Penicillium chrysogenum เปนสายพนธทให

134

ผลผลตสงและสามารถปรบปรงสายพนธและกระบวนการผลตได โดยใหผลผลตไดสงกวา 20 มลลกรมตออาหาร 1 ลตร

รปท 6.1 ลกษณะของเชอรา Penicillium chrysogenum

ทมา : http://www.junglekey.fr/search.php?query=Penicillium+chrysogenum...=1&start=50

http://www.gopixpic.com/334/penicillium-chrysogenum/...._z*jpg/ และ


หลงจากทมการคนพบเพนซลลนแลว นกวทยาศาสตรไดสนใจศกษาหาเชอจลนทรยทสามารถผลตยาปฏชวนะอนเพมขน โดย Waksman และคณะไดคนพบเชอ Streptomyces griseus ทสามารถผลตสเตรปโตมยซนได Streptomyces จดอยในกลม Actinomyces ซงเปนแบคทเรยทมลกษณะเปนเสนใยคลายเชอรา ในปจจบนมการใช Actinomyces ในการผลตยาปฏชวนะชนดตางๆ กนอยางแพรหลาย เชน Aminoglycosides, Anthracyclines, Chloramphenical, -lactams, Macrolides และ Tetracyclines

ในปจจบนยาปฏชวนะบางชนดไดจากการสงเคราะหทางเคม เชน คลอแรมเฟนคอล แตยงคงนยมเรยกวายาปฏชวนะเชนเดม รวมทงอนพนธของยาปฏชวนะตางๆ ทสกดโดยวธการสงเคราะหหรอกงสงเคราะหกยงคงเรยกเปนยาปฏชวนะเชนกน

1.1 คณสมบตของยาปฏชวนะ

ยาปฏชวนะทถกสรางขนโดยเชอจลนทรย โดยทวไปจะมคณสมบตดงน

1. สามารถท าลายหรอยบย งจลนทรยทท าใหเกดโรคไดหลายชนด มฤทธฆาเชอไดกวาง (Broad spectrum)

2. เชอโรคทไวตอยาจะตองไมเกดการดอยา

3. เมอใชยาเปนเวลานานจะตองไมเกดอาการขางเคยง (Side effect) ตางๆ เชน ประสาทสมองถกท าลาย เกดอาการแพหรอระคายเคองตอระบบไตหรอระบบทางเดนอาหาร

(ก) ลกษณะโคโลน (ข) ลกษณะเสนใยภายใต

กลองจลทรรศน (ค) ลกษณะการยบย งการเจรญ

ของแบคทเรย

http://www.gopixpic.com/334/penicillium-chrysogenum/...._z*jpg/

135

4. ตองไมท าลายจลนทรยทเปนเชอประจ าถน (Normal flora) เพราะจะท าใหเสยสมดลของรางกาย อาจท าใหเกดโรคแทรกซอนได

5. ตองยงมฤทธเมออยในพลาสมาและของเหลวในรางกาย

6. ละลายน าไดและมความคงตว

7. ระดบการฆาเชอในรางกายตองเรวและคงอยเปนเวลานาน

1.2 กลไกการออกฤทธของยาปฏชวนะ

ยาปฏชวนะมกลไกการท าลายเชอโรคดวยวธการตางๆ ดงน

1. ยบย งการสรางผนงเซลล เชน Penicillin และ Cephalosporins จะท าใหการสรางผนงเซลลของแบคทเรยเกดไดไมสมบรณท าใหมความไวตอแรงดนออสโมซส (Osmotic pressure) มผลท าใหเซลลตาย

2. ยบย งการท างานของเยอหมเซลล เชน Polymycin B, Nystatin และ Amphotericin B ท าใหเยอหมเซลลสญเสยความสามารถในการควบคมสารผานเขาออกเซลล ท าใหภายในเซลลเสยสมดลและตายได

3. ย บย งการสงเคราะหกรดนวคลอก ท าใหเ ชอไมสามารถเจรญได เ ชน Rifampicin,

Novobiocin และ Griseofuvin

4. ยบย งการสงเคราะหโปรตน ยาปฏชวนะบางชนดมฤทธยบย งการสงเคราะหโปรตนของแบคทเรยโดยไมรบกวนการสงเคราะหโปรตนของมนษย บางชนดอาจจะมผลเพยงยบย งการเจรญของแบคทเรยไดแตเมอหยดใชยาหรอลดปรมาณการใชยาลงกระบวนการสรางโปรตนของแบคทเรยกจะกลบสสภาพเดม เชน Chloramphenical, Lincomycin, Clindamycin แตบางชนดสามารถท าใหการสงเคราะหกรดอะมโนผดปกตและกลบสสภาพเดมไมได เชน ยาในกลมอะมโนไกลโคซายด

5. รบกวนกระบวนการสรางพลงงาน หรอกระบวนการเมแทบอลซมของจลนทรย เชน Sulfonamide trimethoprim โดยไปรบกวนการสรางสาร Tetrahydrofolic acid (FAH4) เปนโคแฟกเตอรปฏกรยาการยอยสลายสารทมคารบอน 1 อะตอมทเปนองคประกอบในการสงเคราะหกรดอะมโน บางชนด

1.3 การผลตยาปฏชวนะเพนซลลน

เพนซลลนเปนยาปฏชวนะชนดแรกทคนพบและมการผลตเปนการคา และยงคงมการผลตและใชงานอยางกวางขวางในปจจบน โดยใชเชอรา P. notatum และ P. chrysogenum รวมทง เชอราอนๆ เพนซลลนมผลตอแบคทเรยแกรมบวก สไปโรคต (Spirochete) บางชนด และแบคทเรยไดคอคไค (Dicocci) ทมแกรมลบบางชนด เชน Neisseria sp.

136

เพนซลลนเปนยาปฏชวนะในกลม -lactams โดยเพนซลลนทกชนดมแกนกลางเปน 6-aminopenicillanic acid (6-APA) ทประกอบดวย -lactams – thiazolidine ring แตมความแตกตางกนทหมขาง (Side chain) ทท าใหเพนซลลนแตละชนดมคณสมบตตางกนไป (รปท 6.2)

1.4 ประเภทของเพนซลลน

เพนซลลนแบงออกไดเปน 2 กลม คอ

1. เพนซลลนทไดจากธรรมชาต (Natural penicillin) ไดจากการหมกโดยใชเชอรา ไดแก Penicillin G (Benzyl-penicillin), Penicillin V (Phenoxymethylpencillin) และ Penicillin F (2

-

Pentenylpencillin) ยาในกลมนสามารถใชในการรกษาโรคตดเชอตางๆ โดยเฉพาะทเกดจากแบคทเรยแกรมบวก แตยากลมนถกท าลายไดดวยเอนไซม -lactamase ท าใหยาหมดประสทธภาพในการท าลายเชอ Penicillin G นยมใชฉดเขาในหลอดเลอดด า ไมนยมรบประทาน เพราะถกท าลายไดดวยกรดในกระเพาะอาหาร สวน Pencillin V สามารถรบประทานได เพราะผลตมาในรปของเกลอโพแทสเซยม ททนกรด

รปท 6.2 กลมยาปฏชวนะเพนซลลนทไดจากธรรมชาต


2. เพนซลลนทไดจากกระบวนการกงสงเคราะห (Semisynthetic Penicillin) ในป ค.ศ. 1959

นกวจยของบรษท Beecham สามารถแยก 6-aminopenicillanic acid (6-APA) ทเปนแกนกลางหรอนวเคลยสของเพนซลลนได แลวน ามาเตมหมขางทเหมาะสม ท าใหไดเพนซลลนชนดใหมททนตอการถกท าลายของเอนไซม Penicillinase ได รวมทงสามารถปรบปรงใหสามารถท าลายแบคทเรยไดทง แกรมบวกและแกรมลบ ตวอยางของเพนซลลน ในกลมน เชน Phenethicillin, Methicillin และ Ampicillin (รปท 6.3)

Penicillin G

(Benzyl-penicillin)

Penicillin V

(Phenoxymethylpencillin)

Penicillin F

(2- Pentenylpencillin)

137

1.5 กระบวนการผลตเพนซลลน

จลนทรยชนดแรกทน ามาใชผลตเพนซลลนคอ P. notatum แตใหผลผลตต า จงไดมการศกษาเพอแยกเชอจลนทรยอนทสามารถผลตเพนซลลนได โดยพบวาเชอรา P. chrysogenum ทแยกไดจากแตงแคนตาลปในมลรฐอลลนอยส สหรฐอเมรกา เปนสายพนธทผลตเพนซลลนไดด จากนนจงไดมการปรบปรงสายพนธเพอใหมผลผลตสงขนโดยท าใหเกดการกลายพนธดวยสารกอใหเกดกลายพนธชนดตางๆ เชน รงสเอกซ แสงอลตราไวโอเลต ไนโตรเจนมสตารด และ ไนโตรโซกวนดน ซงเมอผานการกลายพนธแลวสามารถเพมผลผลตไดถง 400-500 มลลกรมตอลตร จากเดมทผลตไดเพยง 50 มลลกรมตอลตร อาหารเลยงเชอทใชในการผลตในระยะแรกใชน าแชขาวโพด (Corn steep liquor) ทม Phenylacetic acid ในปรมาณสง ซงเปนสารทชวยใหผลผลตของเพนซลลนสงขน แตในปจจบนจะใชอาหารสงเคราะหทมสารละลายกลโคสเปนอาหารแทนน าแชขาวโพด โดยใชระยะเวลาในการหมกประมาณ 7-8 วน จะไดผลผลตสงสด แผนภาพกระบวนการผลตแสดงในรปท 6.4

รปท 6.3 สตรโครงสรางของเพนซลลนทไดจากกระบวนการกงสงเคราะห


138

รปท 6.4 แผนภาพกระบวนการผลตเพนซลลนในระดบอตสาหกรรม


ถงหมกทใชในกระบวนการผลตเปนถงหมกทรงกระบอกท าจากเหลกกลาไรสนม (Stainless

steel) ความสงของถงหมกจะเปน 2 เทาของเสนผาศนยกลางของถง ตองมการใหอากาศปลอดเชอทพนขนมาจากดานลางของถงหมกเปนฟองอากาศขนาดเลก และตองมการควบคมอณหภมของถงหมกดวย รวมทงอาจตองเตม Phenylacetic aicd เพอกระตนใหเชอราผลตเพนซลลนไดมากขน เพนซลลนทหมกไดจะอยในรปเพนซลลน จ หลงจากกระบวนการหมกเสรจสนลง จะท าการแยกเสนใยราออกจาก น าหมกโดยการกรอง โดยตองระมดระวงไมใหเกดการปนเปอนแบคทเรยทสามารถสรางเอนไซม -lactamase ไดเพราะจะมผลท าใหเพนซลลนทผลตไดสญเสยไป

เครองมอทใชในการกรองน าหมกจะตองมประสทธภาพด เชน Rotary vacuum drum filter

ของเหลวทกรองไดจะน ามาลดอณหภมในเครองแลกเปลยนความรอน (Heat exchanger) ทอณหภม 0 – 4

C เพอชวยลดการถกยอยสลายดวยเอนไซมหรอการยอยสลายทางเคมในระหวางการสกดแยก

เพนซลลน จากนนน าของเหลวทแยกไดมาสกดแยกเพนซลลนโดยใชสารละลายทมประสทธภาพสง เชน เอมลอะซเตต (Amyl acetate) หรอบวทลอะซเตต (Butyl acetate) pH 2.5 – 3.0 อณหภม 0 - 4

C

การสกดจะตองท าอยางรวดเรวเพราะเพนซลลนไมคงตวท pH ต า หลงจากนนท าการสกดเพนซลลนอกครงใหอยในน าโดยการเตมดาง เชน โปแตสเซยมไฮดรอกไซดหรอโซเดยมไฮดรอกไซด หรอบฟเฟอรท pH 5.0 – 7.5 จากนนน าเพนซลลนทแยกไดมาท าใหอยในรปผลก ผลกทไดจะน ามาลางและท าใหแหง

139

ดวยแอนไฮดรสไอโซโพรพลแอลกอฮอล (Anhydrous isopropyl alcohol) บวทลแอลกอฮอล (Butyl

alcohol) หรอสารละลายทระเหยไดอนๆ ในกรณทตองการใชเพนซลลนในรปของยาฉดกจะบรรจ เพนซลลน ในหลอดแกวขนาดเลกทฆาเชอแลวในลกษณะทเปนผงหรอสารละลาย ถาจะใชรบประทานกจะน ามาท าเปนยาเมด แผนภาพขนตอนการเกบเกยวและท าใหเพนนซลลนบรสทธ แสดงดงรปท 6.5

รปท 6.5 แผนภาพขนตอนการเกบเกยวและท าใหเพนนซลลนบรสทธ


การผลตเพนซลลนโดยกระบวนการกงสงเคราะหจะเรมจากน า 6-aminopenicillanic acid

(6-APA) ทไดจากการสงเคราะห หรอการใชเอนไซมยอยเพนซลลนใหได 6-APA จากนนจงน า 6-APA

มาเปนสารตงตนในการหมกเพนซลลนโดยเชอรา

Filtering

Extracting

Adsorbing

Filtering

Broth

Drying

Centrifuging

Crystallizing

Filtering

Precipitating

Product

CaCl2

polyelectrolite

Amyl acetate

pH 2-3

Carbon

T = 5 C

Isopropanol

or butanol

Acetone

or salts

140


วตามนเปนสารอนทรยทรางกายตองการในปรมาณนอย แตมความจ าเปนตอการเจรญเตบโตและการด ารงชวต สงมชวตสวนใหญไมสามารถสงเคราะหวตามนเองได จงจ าเปน ตองไดรบจากแหลงอน ดงนน วตามนจงมความส าคญทงตอมนษย พช สตวและจลนทรย ซงมความตองการวตามนในปรมาณมากนอยแตกตางกนไป การขาดวตามนชนดใดชนดหนงทรางกายตองการจะท าใหเกดโรคได

วตามนแบงเปน 2 กลมใหญตามความสามารถในการละลายคอ วตามนทละลายไดในไขมน ไดแก วตามนเอ ด อ และเค กบวตามนทละลายในน า ไดแก วตามนบ1 บ2 และวตามนซ ส าหรบวตามนทมความจ าเปนตอมนษยแสดงในตารางท 6.1

ตารางท 6.1 วตามนทจ าเปนส าหรบมนษย

วตามน ชออน หนาท ละลายในไขมน

A Retinol เกยวของกบการมองเหน

D Choleccalciferol ชวยสรางแคลเซยมและฟอสเฟต

E -tocopherol Intracellular antioxidant

K Phylloquinone สงเคราะห Prothrombin

ละลายในน า

B1 Thiamine โคเอนไซมของ -keto acid decarboxylase และ transketolase

B2 Riboflavin โคเอนไซมของ oxidoreductase

B6 Pyridoxin โคเอนไซมของ transaminase และ amino acid

decarboxylase

B12 Cyanocobalamin โคเอนไซมของ isomerase และ THF-dependent

methyltransferase

C L-Ascorbic acid Co-substrate ของ monooxigenase

B5 Pantothenic acid โคเอนไซมของ acetyl transferase

H Biotin โคเอนไซมของ carboxylase และ carboxyltransferase

BC Folic acid โคเอนไซมของ formyltransferase

PP Niacin โคเอนไซมของ oxidoreductase


141

เนองจากรางกายไมสามารถสงเคราะหวตามนขนเองได จงตองไดรบจากแหลงอน เชน จากอาหารในรปของวตามนทสมบรณหรอในรปของโปรวตามน (Provitamin) ทจะถกเปลยนไปเปนวตามนเมอมสงกระตน เชน เอนไซม หรอแสงอลตราไวโอเลต เปนตน

แบคทเรยทอยในล าไสมนษยบางชนดสามารถสงเคราะหและปลดปลอยวตามนออกมาได แตไมเพยงพอตอความตองการของมนษย เชน วตามนเค วตามนพพ ไบโอตน หรอในบางกรณวตามนทจลนทรยสรางขนไมสามารถผานผนงล าไสออกไปยงระบบหมนเวยนของรางกายได เชน วตามนบ12

ดงนน จงจ าเปนทจะตองท าการผลตวตามนในระดบอตสาหกรรมใหไดปรมาณสงเพอน ามาใชในอตสาหกรรมอาหารและยา เชน การใชวตามนบรสทธเตมในขนมปงสขาว หรอการกนวตามนบรสทธชนดตางๆ เปนอาหารเสรม สวนวตามนทไมบรสทธจะใชเตมในอาหารสตวเพอเพมผลผลตของเนอ นม หรอไข เปนตน วตามนทกชนดสามารถสกดไดจากแหลงธรรมชาต เชน จากสวนประกอบของสตว ไดแก ไข น ามนตบปลา หรอจากพช ไดแก น ามนขาวโพด ร าขาวหรอร าขาวโพด กะหล าปล ผกโขม แครอท สม มะนาว หรอจากจลนทรย ไดแก บรวเวอรยสต และเบเกอรยสต เปนตน ซงการสกดวตามนจากแหลงธรรมชาตหลายชนดจะไดผลผลตคอนขางสง แตไมคมกบคาใชจาย จงตองใชวธการสงเคราะหทางเคมหรอวธชวสงเคราะหแทน

ในปจจบนการผลตวตามนสวนใหญอาศยวธการสงเคราะหทางเคม มวตามนเพยงบางชนดเทานนทอาศยกระบวนการสงเคราะหดวยจลนทรยเพอใชในทางการคา ไดแก ไรโบฟลาวน และวตามนบ 12 โดยทวตามนบ 12 ตองผลตโดยจลนทรยอยางเดยวเทานน เนองจากการสงเคราะหทางเคมมขนตอนยงยากซบซอน

2.1 การคนพบวตามนบ 12

ในป ค.ศ.1926 Minot และ Murphy ไดแสดงใหเหนวาการรบประทานตบสดจะชวยรกษาโรคโลหตจางชนดรายแรง (Pernicious anaemia) ได การคนพบนน าไปสการคนพบวตามนบ 12 ซงเปนสารทส าคญในตบ และในป ค.ศ. 1955 D. Hodgkin กไดคนพบโครงสรางของวตามนน การสงเคราะหวตามนบ 12 โดยวธทางเคมเกดขนในป ค.ศ. 1973 แตตองอาศยขนตอนทยงยากมากกวา 70 ขนตอน ดงนน การสงเคราะหวตามนบ 12 โดยวธการทางเคมจงไมไดรบความสนใจทจะน าไปสการผลตในระดบอตสาหกรรม การผลตวตามนบ 12 ทางการคาในระยะแรกเปนผลพลอยได (by product) จากกระบวนการผลตสเตรปโตมยซน คลอแรมเฟนคอล หรอนโอมยซน โดยเชอ Streptomyces แตไดผลผลตต า ตอมาจงมการคดเลอกเชอจลนทรยเพอน ามาผลตวตามนบ 12 ในปรมาณสงโดยตรง

142

2.2 โครงสรางและคณสมบตของวตามนบ 12

วตา มนบ 12 ม สตรโมเลกล คอ (C38H88O14PCo) และม ชอทาง เค มวา 5,6-

Dimethylbenzimidazolyl cobamide cyanide หรอเรยกสนๆ วา Cyanocobalamin มสตรโครงสรางทซบซอน ดงรปท 6.6 โมเลกลของวตามนบ 12 แบงออกเปน 2 สวนใหญๆ คอ Porphyrin-like planar

group กบ Nucleotide side chain

โดยสวนของ Porphyrin like planar group เปนสวนแกนกลางของโครงสรางทเรยกวา Corrin

ring หรอ Corrinoid ซงประกอบดวย Pyrrole ring 4 วง (tetrapyrrole ring) เชอมกน และมอะตอมของโคบอลตเปนแกนกลาง

รปท 6.6 สตรโครงสรางของวตามนบ 12 (Cyanocobalomin)

ทมา : http://pune.sancharnet.in/spr_keshri/b12.gif

A

B

C

D

http://pune.sancharnet.in/spr_keshri/b12.gif

143

ส าหรบ Nucleotide side chain ของวตามนบ 12 คอ 5,6-Dimethylbenzimidazole จะเชอมกบสวน Corrin ring 2 สวน คอ Phosphoric acid ของนวคลโอไทดจะเชอมกบ Propionamide group ของ Ring D ดวย Aminopropanol bridge และไนโตรเจนของนวคลโอไทดจะเชอมกบอะตอมของโคบอลตดวยพนธะ Co-ordinate ในแนวเกอบตงฉากกบ Corrin ring พนธะนจะถกท าลายไดงาย และเมอเตมไซยาไนดลงไปจะไดสารประกอบทเรยกวา Cyanocobalamin ซงเปนรปของวตามนบ 12 ทเสถยรทสด แตเมอรางกายรบเขาไปแลว จะเปลยนรปเปน 5’-Deoxyadenosylcobolamin (หรอ Baker’s coenzyme B12 หรอ Dibencozide) และ Methylcobalamin (หรอ Mecobalamin) รางกายจงจะน าไปใชได

วตามนบ 12 มลกษณะเปนผลกสแดงเขม สามารถละลายน าได มน าหนกโมเลกล 1355.42

สามารถละลายไดเลกนอยในแอลกอฮอลและฟนอล แตไมละลายในอะซโตน คลอโรฟอรม อเทอรและตวท าละลายอนทรยอนๆ

รปท 6.7 รปแบบของผลตภณฑวตามนบ 12 ทมจ าหนาย

ทมา : http://www.chemistwarehouse.com.au/product.asp?id=31334 และ

https://thinksteroids.com/news/abscess-from-anabolic-steroid-injections-or-b12/

2.3 ความส าคญของวตามนบ 12

วตามนบ 12 เปนองคประกอบของตบ ชวยท าใหเมดเลอดแดงเจรญเตบโต ชวยไมใหเปนโรคโลหตจางชนดรายแรง มนษยมความตองการวตามนบ 12 ในปรมาณนอยมาก เพยง 0.001 มลลกรมตอวน แตถาขาดจะท าใหโลหตจางและมอาการทางประสาทได ส าหรบประโยชนของวตามนบ 12 ในสตว พบวา การเตมวตามนบ 12 ลงในอาหารสตวเพยง 10-15 มลลกรมตอตน จะชวยใหหมและไกเจรญไดด

2.4 จลนทรยทใชในการผลตวตามนบ 12

จลนทรยทสามารถน ามาใชในการผลตวตามนบ 12 ในระดบอตสาหกรรมมหลายสายพนธ ไดแก Bacillus megaterium, Streptomyces olivaceus และ/หรอ S. griseus, Pseudomonas denitrificans,

(ข) วตามนบ 12 ในรปยาน าส าหรบฉด (ก) วตามนบ 12 ในรปยาเมด

ส าหรบรบประทาน

http://www.chemistwarehouse.com.au/product.asp?id=31334

144

Propionibacterium shermanii และ Pro. freudenreichii โดยการเพาะเลยงในอาหารทมแหลงคารบอนตางๆ เชน กลโคส แลคโตส โมลาส เมทานอล พาราฟน รวมทงเฮกซาเดคานอลดวย อยางไรกตามในปจจบนโรงงานผลตวตามนบ 12 บางแหงในสหรฐอเมรกาใชสายพนธกลายของ Pseudomonas

denitrificans ทใหผลผลตไดถง 60 มก.ตอลตร

รปท 6.8 ลกษณะเซลลของ Pseudomonas denitrificans ทใชผลตวตามนบ 12 ในระดบอตสาหกรรม

ทมา : http://www.mitushipharma.com/probiotics.html

2.5 กระบวนการหมกวตามนบ 12 โดย Pseudomonas denitrificans

การเจรญและการผลตวตามนบ 12 โดย Ps. denitrificans เปนกระบวนการทตองการอากาศ กระบวนการหมกจะกระท าในถงหมกเหลกกลาไรสนม ซงจะเปนกระบวนการหมกแบบกะ (Batch

fermentation) หรอแบบตอเนอง (Continuous fermentation) โดยแบคทเรย Ps. denitrificans จะมการเจรญควบคไปกบการสรางโคบาลามนภายใตสภาวะทมอากาศไปจนสนสดการหมก สตรอาหารทใชในการเพาะเลยง Ps. denitrificans เพอผลตวตามนบ 12 แสดงในตารางท 6.2 ทงนพบวา สารเบทะอนและโคลนทมอนมลเมทลมากจะมผลตอการผลตวตามนบ 12 นอกจากนยงพบวากรดกลตามกชวยเรงการเจรญของแบคทเรยนอกดวย ดงนนจงมการพฒนาสตรอาหารจากกากน าตาลทมราคาถก แตมเบทะอน และกรดกลตามกสงมาใชในการเตรยมอาหารเลยงเชอ ส าหรบแผนภาพขนตอนกระบวนการหมกวตามนบ 12 แสดงในรปท 6.9

145

ตารางท 6.2 สตรอาหารส าหรบการผลตวตามนบ 12 ดวย Pseudomonas denitrificans

ชนดของสารอาหาร อาหาร (กรมตอลตร) (ก) (ข) (ค)

กากน าตาล

ซโครส

เบทะอน

แอมโมเนยมฟอสเฟต

แอมโมเนยมซลเฟต

แมกนเซยมซลเฟต

สงกะสซลเฟต

5,6-dimethylbenzimidazole

โคบอลตคลอไรด

วน

น า (ลตร) พเอช

100

-

-

2

0.25

0.20

0.02

-

-

20

1

7.2

70

-

-

0.8

2.0

0.20

0.02

0.005

-

-

1

7.2

105

15

3

-

2.5

0.20

0.08

0.025

0.005

-

1

7.2

ทมา : บษบา ยงสมทธ (2542)

146

รปท 6.9 ขนตอนการผลตวตามนบ 12 โดย Ps. denitrificans ในระดบโรงงานตนแบบ

ทมา : บษบา ยงสมทธ (2542)

2.6 ปจจยทมผลตอการผลตวตามนบ 12

การผลตวตามนบ 12 โดยกระบวนการหมกของแบคทเรย มปจจยส าคญทเกยวของหลายประการ ทงปจจยทางกายภาพและทางเคม ซงจ าเปนตองจดใหเหมาะสมกบความตองการของแบคทเรยทใชในการผลต ปจจยตางๆ เหลานน ไดแก

เชอตงตน (Ps. denitrificans) อยในรปผงเชอไลโอฟไลซดวยหางนม

ขนตอเชอ

ถายเชอลงในหลอดอาหารวนสตร (ก)

บมท 30 C เปนเวลา 4 วน

ขนขยายเชอ-ขนแรก ถายเชอจากหลอดอาหาร (ก) 1 หลอด ลงในอาหารสตร (ข) ปรมาตรอาหาร 0.6 ลตร ทบรรจในฟลาสกกลมขนาด 2 ลตร

บมท 24 C เปนเวลา 48 ชวโมง บนเครองเขยา 120 รอบตอนาท

ขนขยายเชอ-ขนทสอง ถายเชอจากขนแรกปรมาณ 1-1.2% ลงในอาหารสตร (ข) ปรมาตร 25-50 ลตร ทบรรจในถงหมกเหลกกลาไรสนมขนาด 40-80 ลตร

บมท 32C เปนเวลา 25-30 ชวโมง ใชใบพดกวน 200 รอบตอนาท ความดน 0.2 บาร ใหอากาศ 0.5 vvm.

ขนผลตวตามนบ 12 ถายเชอจากอาหารสตร (ข) ปรมาณ 5% ลงในอาหารสตร (ค) 300 ลตร ทบรรจในถงหมกเหลกกลาไรสนมขนาด 500 ลตร

บมท 32 C เปนเวลา 140-160 ชวโมง

ใชใบพดกวนอยางรนแรงในระยะ 20-30 ชวโมงแรกเพอเรงการเจรญ และใหอากาศอยางเพยงพอตลอดเวลา จะไดวตามนบ 12 ปรมาณ 120-130 ไมโครกรมตอมลลลตร

147

1. โคบอลต เนองจากโครงสรางของวตามนบ 12 มโคบอลตเปนนวเคลยสของโมเลกล จงจ าเปนตองเตมโคบอลตลงไปในอาหารเลยงเชอ โดยอาจเตมในรปของโคบอลตคลอไรด หรอโคบอลตไนเตรท ปรมาณทใชขนกบชนดของแบคทเรย เชน Pseudomonas denitrificans ตองการโคบอลต 4-6 ppm. เชอ Bacillus megaterium ตองการ 0.3-0.6 ppm. สวน Streptomyces ตองการ 1-2 ppm.

ในขณะท Propionibacterium ตองการประมาณ 10-20 ppm. เปนตน

2. pH ของอาหารเลยงเชอ แบคทเรยแตละชนดทน ามาผลตวตามนบ 12 สามารถเจรญไดดในสภาวะทเปนกลางถงกรดเลกนอย เชน Propionibacterium มคา pH ทเหมาะสมอยระหวาง 6.8-7.2 สวน Bacillus megaterium มคา pH ทเหมาะสมอยระหวาง 6.5-7.0 ทงนพบวา ถา pH ของอาหารเลยงเชอสงกวา 8.5-9.0 จะท าใหวตามนบ 12 สลายตว ส าหรบสารเคมทน ามาใชในการปรบสภาพความเปนกรดดางไดแก แอมโมเนย แอมโมเนยมไฮดรอกไซด โซเดยมไฮดรอกไซด โปแทสเซยมไฮดรอกไซด กรด ซตรก หรอกรดฟอสโฟรก เปนตน

3. อณหภม แบคทเรยทใชผลตวตามนบ 12 จดเปนพวกทชอบอณหภมปานกลาง (Mesophile)

โดยมชวงอณหภมทเหมาะสมประมาณ 30-40 C โดยมความแตกตางกนเลกนอยในแบคทเรยแตละชนด เชน Pseudomonas denitrificans ชอบอณหภมประมาณ 30-32 C Bacillus megaterium ชอบอณหภมประมาณ 35-40 C Streptomyces มอณหภมทเหมาะสม 28-30 C และ Propionibacterium มอณหภมทเหมาะสม 30 C เปนตน

4. การใหอากาศ การผลตวตามนบ 12 โดยแบคทเรย Pseudomonas denitrificans และ Bacillus

megaterium เปนกระบวนการหมกทตองการอากาศ ดงนน จงนยมผลตโดยใช ถงหมกแบบมใบพดกวนทมระบบการเตมอากาศ หรอในภาชนะทมการเขยา ตวอยางเชน การผลตวตามนบ 12 โดย B.

megaterium ในถงหมกควรใหอากาศในอตรา 0.1-2 vvm. และใหใบพดหมนดวยความเรว 1,500 รอบตอนาท หากผลตโดยเพาะเลยงแบคทเรยในฟลาสกบนเครองเขยา ควรใชความเรวรอบ 250 รอบตอนาท ในขณะทแบคทเรย Propionibacterium จะมกรรมวธการหมกตางออกไป กลาวคอ เชอนจดเปน microaerophile ซงตองการออกซเจนเพยงเลกนอย หากเพาะเลยงในถงหมกกไมจ าเปนตองพนอากาศเขาไป เพยงแตใชใบพดหมนดวยความเรวประมาณ 300-500 รอบตอนาท เพอใหแบคทเรยกบอาหารเลยงเชอคลกเคลากนไดทวถงกเพยงพอแลว ส าหรบการผลตวตามนบ 12 โดยใช Streptomyces นน บษบา ยงสมทธ (2542) กลาววา การเพาะเลยงโดยใชเครองเขยาตรงซาย-ขวา (Reciprocal shaker)

ความเรว 200 ครงตอนาท จะใหผลดกวาการใชเครองเขยาแบบหมนวน (Rotary shaker)

5. วตถดบ ในการผลตวตามนบ 12 โดยแบคทเรย Pseudomonas denitrificans ใชวตถดบทส าคญคอกากน าตาล สวน Propionibacterium มใชวตถดบทเหมาะสมคอน าแชขาวโพด (Corn steep

liquor) ในขณะทการใช Propionibacterium freudenreichii ATCC13769 และ Streptomyces olivaceus

148

ในการผลตนน บษบา ยงสมทธ (2542) พบวาสามารถใชน าทงจากโรงงานผลตเตาหเปนแหลงวตถดบไดด

6. สารเรมตน จากความรเกยวกบโครงสรางโมเลกลของวตามนบ 12 ท าใหทราบวามสารตงตน (precursor) หลายชนดทชวยสงเสรมการผลตวตามนบ 12 เชน หมอลคล (-CH3) ซงเปนแขนของโมเลกลคอรรน (Corrin) จะไดจากการเตมเมไทโอนน สวนการเตมเบทะอนหรอโคลนมผลตอการสงเคราะหคอรรนในระยะแรก นอกจากน การเตม 5,6-dimethylbenzimidazole (DBI) หรอไรโบฟลาวนซงเปนสารเรมตนของ DBI รวมทงการเตมกรดเดลตาอะมโนลวลนก ลวนแตชวยเพมปรมาณของวตามนบ 12 ได

7. กระบวนการหมก ในการหมกวตามนบ 12 สามารถกระท าไดทงโดยกระบวนการหมกในอาหารเหลวและบนอาหารแขง โดยกระบวนการหมกในอาหารเหลวนยมหมกโดยวธการหมกแบบกะ หรอ Batch fermentation และไดมการพฒนาวธการหมกแบบเตมอาหารเปนระยะ (Fed batch

fermentation) โดยศาสตราจารย Saburo Fukui แหงมหาวทยาลยเกยวโต (อางโดย บษบา ยงสมทธ, 2542) ใชแบคทเรย Protaminobacter rubber FM-02T ทแยกไดจากดนทมน ามนในเขตเมองนอกาตะ ประเทศญปน พบวา การผลตวตามนบ 12 โดยใชเมทานอลเปนแหลงคารบอน โดยเรมใชเมทานอลความเขมขน 0.40 เปอรเซนตโดยปรมาตร และเพมขนเรอยๆ จนถง 1.38 เปอรเซนตโดยปรมาตร โดยใหสมพนธกบเซลลทก าลงเจรญ พบวาสามารถผลตวตามนบ 12 ไดสงถง 2,560 ไมโครกรมตอลตร ภายในเวลา 48 ชวโมง ในขณะทการหมกดวยวธการแบบกะจะไดผลผลตเพยง 172 ไมโครกรมตอลตร ในเวลา 72 ชวโมง

ส าหรบการหมกโดยใชอาหารแขง มการพฒนาโดยเลยนแบบจากกระบวนการหมกเทมเปหรอถวเนาโดยใชวสดเหลอทงทางการเกษตร หรอกากเหลอทงทางอตสาหกรรมตางๆ นอกจากนจงมการผลตโดยใชระบบตรงเซลล (Cell immobilization) โดยใช Propionibacterium sp. AKU1251 ตรงบนสารตรงเซลล เชน ยรเทน พรโพลเมอร (Urethane prepolymers), Photo-crosslinkable resin

prepolymers, วน (agar) เค-คาราจแนน (K-carragenan) หรอแคลเซยมแอลจเนต (calcium aiginate)

สามารถผลตวตามนบ 12 ไดด โดยตองเลอกใชปรมาณเซลล อายของเซลล สตรอาหาร ปรมาณสารเรมตน หรอปรมาณโคบอลตใหเหมาะสม

149

2.7 การเกบเกยววตามนบ 12

จลนทรยทใชในการผลตวตามนบ 12 ในอาหารเลยงเชอจะผลต Cobalamin ชนดอนๆ ปะปนออกมาดวย ซงจะตองถกเปลยนไปเปน Cyanocobalamin โดยการเตมไซยาไนดลงไป แลวจงสกดเอา

Cyanocobalamin ออกมา วตามนบ 12 ทไมบรสทธ (80%) จะใชเปนอาหารสตว สวนวตามนบ 12 ทบรสทธ (95-98%) จะใชในอตสาหกรรมยาส าหรบมนษย ขนตอนการสกดวตามนบ 12 ม 2 ขนตอน ดงน

1. การละลาย Cobalamin ชนดตางๆ และเปลยนใหเปน Cyanocobalamin โดยน าน าหมกมาท าใหรอนทอณหภม 80-120

C pH 6.5-8.5 เปนเวลา 10-30 นาท เซลลจะปลดปลอยถกยอยและ

ปลดปลอย Cobalamin ชนดตางๆ ออกมา แลวเตมสารละลายโปแตสเซยมไซยาไนดลงไปเพอเปลยนใหเปน Cyanocobalamin โดยมการเตมโซเดยมไนไตรตลงไปดวย

2. การสกดวตามนบ 12 เปนการแยกวตามนบ 12 ออกจากสารละลาย สามารถท าไดหลายวธ เชน

2.1 การดดซบ (Adsorption) โดยใชสารตางๆ เปนตวดดซบ เชน Amberite IRC 50, Dowex

1x2, alumina, silanized silica gel และ Amberite XAD2 หลงจากนนจงแยกเอา cyanocobalamin ออกมา โดยการชะดวยสวนผสมของน ากบแอลกอฮอล หรอน ากบฟนอล

2.2 การสกดสารละลายดวยฟนอลหรอครซอล (Cresol) อยางเดยว หรอผสมกบเบนซนหรอบวทานอล หรอสารละลายคลอรน เชน คารบอนเตตราคลอไรดหรอคลอโรฟอรม

2.3 การตกตะกอนสารละลายหรอการท าใหตกผลกในสารละลายทเหมาะสม เชน อะซโตน หรอเตมสารอน เชน กรดแทนนก หรอ พ-ครซอล (p-Cresol)

ตวอยางการสกดวตามนบ 12 อกวธหนงอาจท าไดดงน

1. น าน าหมกมาผานความรอนอณหภม 100

C เตมสารละลายเอทานอล 80% ทมโปแทสเซยมไซยาไนด 0.01% ลงไป

2. น าสารละลายทแยกไดมาปรบพเอชเปน 4.0 แลวท าใหบรสทธในคอลมนทบรรจเรซน Dowex 1x2

(Cl-)

3. น าสารละลายบรสทธทผานคอลมนแลวมาผานอกคอลมนหนงทบรรจถาน ซง Cyanocobalamin จะเกาะกบถาน แลวชะออกดวยสารละลายอะซโตน 75%

4. น าสารละลายทไดมาปรบพเอชเปน 3.5 โดยใชคอลมนทมเรซน Amberlite IRC 50

5. น าสารละลายทไดมาปรบพเอชใหเปน 7.0 โดยใชคอลมนถาน และชะเอา Cyanocobalamin ออกดวยสารละลายอะซโตน 75%

6. ท าใหสารละลายทแยกไดเขมขนขน โดยน ามาตกผลกดวยอะซโตนแหง จะไดวตามนบ 12 บรสทธ 99% และสามารถเกบเกยวผลผลตไดถง 92%

150


1. สารปฏชวนะมคณสมบตอยางไรเปนส าคญ 2. กลไกการออกฤทธของยาปฏชวนะในการยบย งการสงเคราะหโปรตน ยาปฏชวนะจะเขาไปท าใหเกดปฏกรยาใดกบแบคทเรย

ก. ยบย งการสงเคราะหโปรตนของแบคทเรยโดยไมรบกวนการสงเคราะหโปรตนของมนษย

ข. ท าใหเยอหมเซลลสญเสยความสามารถในการควบคมสารผานเขาออกเซลลเพอโปรตนจะไดเสยสภาพ

ค. ไปรบกวนการสรางสาร Tetrahydrofolic acid (FAH4) ทเปนโคแฟกเตอรปฏกรยาการยอยสลายสารทมคารบอน 1 อะตอมทเปนองคประกอบในการสงเคราะหกรดอะมโนบางชนด

ง. ท าใหการสรางผนงเซลลของแบคทเรยเกดไดไมสมบรณท าใหมความไวตอแรงดนออสโมซส มผลท าใหเซลลตาย

3. ยาปฏชวนะเพนนซลลนมกประเภท และมความแตกตางกนอยางไร

4. จากภาพทใหมาขางลางน จงอธบายขนตอนกระบวนการผลตยาปฏชวนะเพนนซลลน

5. โคบอลตมความจ าเปนตอปจจยในการผลตวตามนบ 12 อยางไร จงจ าเปนตองเตมลงในอาหารเลยงเชอเสมอ

6. ในการหมกวตามนบ 12 สามารถกระท าไดทงโดยกระบวนการหมกในอาหารเหลวและบนอาหารแขง โดยกระบวนการหมกในอาหารเหลวนยมหมกโดยวธใด

7. วตามนบ 12 มประโยชนและมโทษตอรางกายอยางไร

151


1. สารปฏชวนะมคณสมบตทส าคญ คอ เปนสารประกอบอนทรยทผลตขนโดยจลนทรย และ มฤทธ ในการยบย งการเจรญเตบโตหรอท าลายจลนทรยอนๆ ได โดยใชในปรมาณความเขมขนต า

2. ก. ยบย งการสงเคราะหโปรตนของแบคทเรยโดยไมรบกวนการสงเคราะหโปรตนของมนษย

3. ยาปฏชวนะเพนนซลลนแบงเปน 2 ประเภทใหญ ทมความแตกตางกน ดงน 3.1 ยาเพนซลลนทไดจากธรรมชาตโดยการหมกดวยเชอรา โดยใชวตถดบจากธรรมชาต

3.2 ยาเพนซลลนทไดจากกระบวนการกงสงเคราะห โดยใชสาร 6-Aminopenicillanic acid (6-

APA) เปนสารตงตน แลวน ามาเตมหมขางตามความตองการ

4. ขนตอนกระบวนการผลตยาปฏชวนะเพนนซลลน ดงรปทใหมา อธบายไดดงน

ขนตอนท 1 (A) เปนการเตรยมอาหารเลยงเชอโดยใชวตถดบจากธรรมชาต เชน น าแชขาวโพดทเตมธาตอาหารตางๆ ใหเหมะสม

ขนตอนท 2 (B) เปนการเตรยมเชอราในการหมก โดยเพาะเลยงเชอตงตนจากหลอดเชอลงในอาหารเหลวในฟลาสก แลวขยายขนาดใหมปรมาตรมากขนโดยเพาะเลยงในถงเลยงเชอ (Seed tank)

ขนตอนท 3 (C) เปนขนตอนการหมก โดยใชถงหมกทเปนถงหมกทรงกระบอกท าจากเหลกกลาไรสนม (stainless steel) มการใหอากาศปลอดเชอ และตองมการควบคมอณหภมของถงหมกดวย

ขนตอนท 4 (D) การเกบเกยวเพนซลลน หลงจากกระบวนการหมกเสรจสนลง ท าการแยกเสนใยราออกจากน าหมกโดยการกรอง เพนซลลนทไดจะอยในรปของเพนซลลน จ

5. เนองจากโครงสรางของวตามนบ 12 มโคบอลตเปนนวเคลยสของโมเลกล จงจ าเปนตองเตมโคบอลตลงไปในอาหารเลยงเชอ โดยอาจเตมใหอยในรปของโคบอลตซลเฟต

6. การหมกวตามนบ 12 นยมใชวธการหมกแบบกะ หรอ Batch fermentation โดยใชอาหารเหลว เนองจาก สามารถควบคมปจจยในการผลตไดงาย ใหผลผลตสง และสามารถเกบเกยวผลผลตไดอยางมประสทธภาพ

7. ประโยชนของวตามนบ 12 ส าหรบมนษย ใชเปนองคประกอบของตบ ชวยท าใหเมดเลอดแดงเจรญเตบโต ชวยไมใหเปนโรคโลหตจางชนดรายแรง โทษของการขาวตามนบ 12 คอ ถาขาดจะท าใหโลหตจางและมอาการทางประสาทได ส าหรบประโยชนของวตามนบ 12 ในสตว พบวา การเตมวตามนบ 12 ลงในอาหารสตวเพยง 10-15 มลลกรมตอตน จะชวยใหหมและไกเจรญไดด

152



บษบา ยงสมทธ. (2542). จลชววทยาของการหมกวตามนและสารส. พมพครงท 2. กรงเทพฯ:

ส านกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร. สมใจ ศรโภค. (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and Applications.




University Press.

http://www.junglekey.fr/search.php?query=Penicillium+chrysogenum...=1&start=50 สบคนเมอ 30 สงหาคม 2557

http://www.gopixpic.com/334/penicillium-chrysogenum/...._z*jpg/ สบคนเมอ 30 สงหาคม 2557

http://botit.botany.wisc.edu/toms_fungi/nov2003.html สบคนเมอ 30 สงหาคม 2557

http://pune.sancharnet.in/spr_keshri/b12.gif สบคนเมอ 10 มกราคม 2556

http://www.chemistwarehouse.com.au/product.asp?id=31334 สบคนเมอ 25 สงหาคม 2557

https://thinksteroids.com/news/abscess-from-anabolic-steroid-injections-or-b12/ สบคนเมอ 31 สงหาคม 2557

http://www.mitushipharma.com/probiotics.html สบคนเมอ 30 สงหาคม 2557

http://www.junglekey.fr/search.php?query=Penicillium+chrysogenum...=1&start=50

http://www.gopixpic.com/334/penicillium-chrysogenum/...._z*jpg/


http://pune.sancharnet.in/spr_keshri/b12.gif%20%20%20สบคน

http://www.chemistwarehouse.com.au/product.asp?id=31334

https://thinksteroids.com/news/abscess-from-anabolic-steroid-injections-or-b12/

http://www.mitushipharma.com/probiotics.html


การผลตเอนไซม 8 ชวโมง



2. แหลงของเอนไซมในอตสาหกรรม



4.1 การผลตเอนไซมแบบใชอาหารเหลว 4.2 การผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขง 4.3 ขนตอนการผลตเอนไซมจากจลนทรยในระดบอตสาหกรรม


5.1 ปจจยทางสงแวดลอม

5.2 องคประกอบของอาหารเลยงเชอ

5.3 การคดเลอกสายพนธจลนทรย

5.4 การศกษาระยะเวลาในการเจรญและการผลตเอนไซม 5.5 การควบคมการสงเคราะหเอนไซมในระดบยน






1. สรปความหมายและสมบตของเอนไซมได

2. เปรยบเทยบความแตกตางของเอนไซมทมาจากแหลงตางๆ ได

3. ยกตวอยางจลนทรยทใชผลตเอนไซมในอตสาหกรรมได

4. เปรยบเทยบความแตกตางของการผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขงและแบบใชอาหารเหลวได 5. สรปความส าคญของปจจยทมผลตอการผลตเอนไซมได 6. เขยนแผนภาพขนตอนการเกบเกยวและท าเอนไซมใหบรสทธได

7. ยกตวอยางการใชประโยชนจากเอนไซมในอตสาหกรรมตางๆ ได

154




3. อธบายและสาธตปฏบตการ เรอง การศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตเอนไซมอะไมเลสเพอเปนแนวทางใหนกศกษาไดลงมอท าปฏบตการเอง

4. แบงผเรยนกลมละ 4 คน ใหผเรยนลงมอท าปฏบตการ เรอง การศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตเอนไซมอะไมเลส

5. มอบหมายใหผเรยนเขยนรายงานปฏบตการ เรอง การศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตเอนไซมอะไมเลส

6. ทบทวนเนอหาโดยใหท าค าถามทายบท





4. บทปฏบตการ เรอง การศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตเอนไซมอะไมเลส








155

บทท 7

การผลตเอนไซม

บทน า

มนษยเรมรจกเอนไซม เพราะมการใชสาเหลา หรอยสตมาหมกกบน าตาล ท าใหเกดเปนแอลกอฮอลหรอเหลา รวมทงมการใชประโยชนจากเอนไซมมาเปนเวลานานแลว เชน การสกดเอนไซมเรนเนตจากกระเพาะลกววดวยน าเกลอ เพอน าไปใชในการผลตเนยแขง การใชเอนไซมยอยแปง (-amylase) จากมอลตเพอยอยแปงในมอลตใหเปนน าตาล (Wort) ในการผลตเบยร ส าหรบในประเทศไทยไดมการใชเอนไซมในรปทเรยกวา ลกแปงหรอแปงเชอ ซงเปนแหลงของเอนไซมจากเชอราทใชยอยแปงใหเปนน าตาลในการหมกสราและน าสมสายช

การพฒนาการใชเอนไซมในอตสาหกรรมมความกาวหนาอยางมาก เมอพบวาจลนทรยสามารถผลตเอนไซมไดหลากหลายตามแตชนดของจลนทรย ซงเหมาะทจะน าเอนไซมไปใชกบกระบวนการผลตทตางกน นอกจากน เรายงสามารถใชจลนทรยเพอผลตเอนไซมไดในปรมาณมากซงเอนไซมทผลตไดจะถกน าไปใชในอตสาหกรรมตางๆ เชน อตสาหกรรมอาหาร ผงซกฟอก สงทอ กระดาษและเยอกระดาษ เปนตน


ค าวา “เอนไซม (enzyme)” มรากศพทมาจากภาษากรก มความหมายวา ภายในเซลลยสต โดยศพทนบญญตขนในป ค.ศ. 1897 เนองจากพบวาสารทสกดไดจากเซลลยสตสามารถเปลยนน าตาลกลโคสใหเปนแอลกอฮอลได

เอนไซม เปนสารประกอบโปรตนทมคณสมบตเปนตวเรงทางชวภาพ (Biological catalysts) ท ชวยเรงปฏกรยาใหเกดไดเรวขน เอนไซมสามารถท าปฏกรยาไดโดยจบกบสบสเตรทเปนสารเชงซอนของเอนไซมและสบสเตรท (Enzyme-substrate complex) แลวเปลยนใหเปนผลตภณฑ (Products)

เอนไซมมความจ าเพาะตอสบสเตรท (Substrate specificity) คอนขางสง สามารถเรงปฏกรยาไดในสภาพทไมรนแรง กลาวคอ สามารถเรงปฏกรยาภายใตความดนปกตและอณหภมปานกลาง ซงคณสมบตเหลานท าใหการใชเอนไซมในการผลตสารตางๆ ในอตสาหกรรมไดเปรยบวธการอน

156

2. แหลงของเอนไซมในอตสาหกกรม

เอนไซมทใชงานในอตสาหกรรมนน มทงเอนไซมทไดจากสตว พชและจลนทรยชนดตางๆ แตการผลตเอนไซมจากพชและสตวมขอจ ากดหลายประการเชน

1. ความเขมขนของเอนไซมทไดคอนขางต า

2. ตองใชพนทในการเพาะปลกและเลยงสตวมาก และขนอยกบสภาพแวดลอมตามธรรมชาต

3. ผลผลตเอนไซมจากพชและสตวไมเพยงพอตอความตองการของตลาด

ในขณะทเอนไซมทผลตโดยจลนทรยมขอไดเปรยบเอนไซมจากพชและสตวหลายประการ ไดแก

1. จลนทรยสามารถผลตเอนไซมปรมาณมากๆ ไดในระยะเวลาสน โดยตนทนการผลตต ากวาการผลตจากพชและสตว เพราะจลนทรยเจรญเพมจ านวนไดอยางรวดเรว และมขนาดเลก จงใชพนทนอย นอกจากนยงสามารถเลอกใชอาหารเลยงเชอราคาถก และผลตไดตลอดเวลาโดยไมขนกบฤดกาล

2. การคดเลอกจลนทรยทสามารถผลตเอนไซมทตองการ ท าไดโดยวธการทงายๆ และใชเวลาไมมากนก

3. จลนทรยหลายชนดผลตเอนไซมทสามารถเรงปฏกรยาชนดเดยวกนได แตมสมบตบางอยางตางกน จงสามารถเลอกใชเอนไซมทเหมาะสม ในสภาวะทแตกตางกนไดตามทตองการ

5. การเพมผลผลตเอนไซมจากจลนทรยโดยการปรบปรงพนธกรรม หรอโดยการเปลยนแปลงสภาพแวดลอม สามารถท าไดงายกวาสงมชวตอน

จลนทรยทใชในการผลตเอนไซมมหลายชนด แตทส าคญและน าไปใชในการผลตเอนไซมชนดตางๆ ปรมาณมากทสดไดแก จลนทรยจนส Bacillus และ Aspergillus โดยเฉพาะ B. amyloliquefaciens

(เดมเรยก B. subtilis) A. oryzae และ A. niger ซงมความส าคญในการผลตเอนไซมภายนอกเซลล (Extracellular enzyme) และไดรบการยอมรบวาเปนจลนทรยทปลอดภย (GRAS, Generally recognized

as safe) นอกจากนยสต Saccharomyces cerevisiae และ Kluyveromyces fragilis กไดรบการยอมรบวาเปนจลนทรยทปลอดภยดวยเชนกน

อยางไรกตามพชและสตวกคงมความส าคญในการผลตเอนไซมบางชนด เพอใชในงานเฉพาะบางอยาง เชน อะไมเลส (Amylase) จากมอลตใชในการผลตเบยร เรนนน (Rennin) จากกระเพาะลกวว ใชในการผลตเนยแขง และในกรณทเอนไซมจากพชและสตวมกจกรรมสงมาก การสกดเอนไซมจากพชและสตวโดยตรงจะใชตนทนการผลตต ากวาการหมกจากจลนทรย เชน ปาเปน (Papain) จากมะละกอ และ โบรมเลน (Bromelain) จากสบปะรด เปนตน

157


ลกษณะส าคญของจลนทรยทใชในการผลตเอนไซมในระดบอตสาหกรรมนน ควรเปนสายพนธทมลกษณะดงตอไปน

1. เปนสายพนธทผลตเอนไซมทขบออกนอกเซลล (Extracellular enzyme) เพอใหสะดวกและลดตนทนในการแยกเอนไซมออกจากเซลล อยางไรกตาม มเอนไซมทส าคญในอตสาหกรรมหลายชนด ทเปนเอนไซมภายในเซลล (Intracellular enzyme)

2. เปนสายพนธทใหผลผลตตอหนวยเวลาสง

3. เปนสายพนธทมความคงตวทงในแงของผลตและความตองการอาหาร

4. เปนสายพนธทเจรญไดบนอาหารราคาถก

5. เปนสายพนธทผลตเอนไซมทมความจ าเพาะตอสบสเตรทสง ไมท าใหเกดผลพลอยได (By-product) ทไมตองการ

6. เปนสายพนธทไมสรางสารพษ สารปฏชวนะและไมเปนเชอโรค

ตวอยางของจลนทรยทใชในการผลตเอนไซมชนดตางๆ ทมความส าคญในอตสาหกรรม แสดงในตารางท 7.1

ตารางท 7.1 ชนดของจลนทรยทผลตเอนไซมทใชในอตสาหกรรม

สายพนธของจลนทรย ชนดของเอนไซมทผลต

Bacillus sp. -amylase, Alkaline protease

Streptomyces sp. Glucose isomerase

Aspergillus sp. Amyloglucosidase

Rhizopus sp. Protease, Lipase, Glucose oxidase

Saccharomyces cerevisiae Invertase

S. fragillis Lactase

ทมา : วเชยร กจปรชาวณช (2536)


การเพาะเลยงจลนทรยเพอผลตเอนไซมในอตสาหกรรมม 2 กระบวนการ คอ กระบวนการผลตแบบใชอาหารเหลว (Submerge culture) และกระบวนการผลตแบบใชอาหารแขง (Solid substrate

fermentation)

158

4.1 การผลตเอนไซมแบบใชอาหารเหลว (Submerge fermentation)

การเพาะเลยงจลนทรยเพอผลตเอนไซมโดยกระบวนการผลตแบบใชอาหารเหลว แสดงขนตอนดงรปท 7.1 โดยในการหมกจะใชถงหมกขนาดใหญ ทอยในลกษณะ Upward cylindrical stirred

fermenter ทมปรมาตรตงแต 4.5-200 ลกบาศกเมตร ถงหมกประกอบดวยทอใหอากาศแบบ Sparger

หรอเปนทอเปด การกวนจะมใบพดกวน (turbine) ชดเดยวหรอหลายชด และมอปกรณตรวจวดระบบตางๆ ของการหมก ไมวาจะเปนอณหภม pH ปรมาณออกซเจนทละลายและการเกดฟอง เปนตน ส าหรบอาหารเลยงเชอจะถกน ามาใสในถงหมกและก าจดเชอในอาหารเลยงเชอและสวนอนทเกยวของ เมออาหารเลยงเชอเยนลงแลว จงน ามาเตมเชอต งตน ซงอาจใชในรปของสปอรหรอเซลลปกต (vegetative cells) โดยใชปรมาณเชอเรมตน 0.1-10 % กระบวนการหมกแบบนใชไดทงกบแบคทเรย ยสตและเชอรา ส าหรบไดอะแกรมของถงหมกทใชในการผลตเอนไซมโดยใชอาหารเหลว แสดงดงรปท 7.2

รปท 7.1 ขนตอนการผลตเอนไซมในอตสาหกรรมโดยกระบวนการผลตแบบใชอาหารเหลว

ทมา : Ratledge, C. และ B. Kristiansen. (2006).

159

รปท 7.2 ไดอะแกรมของถงหมกทใชในการผลตเอนไซมโดยใชอาหารเหลว

ทมา : http://biology-igcse.weebly.com/use-of-microorganisms-and-fermenter...enzymes.html

สามารถอธบายกระบวนการผลตเอนไซมแบบใชอาหารเหลวได ดงรปท 7.3

เชอบรสทธ

เพาะเลยงในอาหารเหลวในฟลาสกทเขยา

เพาะเลยงใน Seed tank

เพาะเลยงแบบ Submerge fermentation

แยกเซลลของจลนทรยและสารทไมละลายออก

โดยการกรองหรอปนเหวยง

เซลล สารละลายเอนไซม

(กรณทเปน Incellular enzyme) (กรณทเปน Extracellular enzyme)

ท าใหเซลลแตก แลวปนเหวยงแยกเซลลออก

สวนของแขงทงไป สารละลายเอนไซม

รปท 7.3 แผนภาพกระบวนการผลตเอนไซมแบบอาหารเหลว

ทมา : ดดแปลงจาก วเชยร กจปรชาวณช (2536)

http://biology-igcse.weebly.com/use-of-microorganisms-and-fermenter...enzymes.html

160

การผลตเอนไซมโดยกระบวนการหมกแบบ Submerge fermentation น สามารถท าไดทงการหมกแบบกะ (Batch fermentation) การหมกแบบ Fed-batch fermentation หรอการหมกแบบตอเนอง (Continuous fermentation) กได

4.2 การผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขง ( Solid substrate fermentation)

ถงแมวาการผลตเอนไซมสวนใหญจะอาศยกระบวนการผลตแบบใชอาหารเหลวทมการใหออกซเจน ซงสามารถควบคมปจจยตางๆ ไดดกวาการผลตแบบใชอาหารแขง แตกระบวนการผลตเอนไซมบางชนดจากเชอราทเจรญไดดในสภาพทความชนต าจะไดผลด เมอเพาะเลยงดวยกระบวนการแบบใชอาหารแขงหรอ Solid substrate fermentation

กระบวนการผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขงเปนวธการทตองใชแรงงานมาก จงตองมการออกแบบพฒนาถงหมกเพอใหชวยลดการใชแรงงานลง เชน การใชถงหมกแบบถาด (Tray) ทวางอยบนชนและใหอากาศโดยการผานอากาศชนทผานการฆาเชอแลวเขาไป หรอการใชถงหมกแบบหมน (rotating drum) ทสามารถควบคมการผสม อณหภม โดยการหมนถงหมกพรอมกบเปาอากาศเยนผาน เขาไป ลกษณะของถงหมกแบบถาด และถงหมกแบบหมน แสดงดงในรปท 7.4 และ 7.5

รปท 7.4 ถงหมกทใชในการผลตเอนไซมโดยใชอาหารแขง ทมา : http://www.sciencephoto.com/media/211804/view และ

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1516-89132008000200001&script=sci_arttext

(ก) ถงหมกแบบถาด

(ข) ถงหมกแบบหมน


161

กระบวนการผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขง หรอ Solid substrate fermentation แสดง ดงรปท 7.5

เชอบรสทธ

เพาะเลยงบนร าขาวสาลทชนและก าจดเชอแลว

เตมเชอเรมตนในรปของสปอร

เพาะเลยงแบบ solid substrate fermentation

วสดหมกทมเชอราทสรางเอนไซมเจรญอย

สกดเอนไซมดวยน า หรอ ท าใหแหง บดใหละเอยดแลวรอน

เอนไซมผง (enzyme bran)

รปท 7.5 แผนภาพกระบวนการผลตเอนไซมแบบใชอาหารแขง

ทมา : ดดแปลงจาก วเชยร กจปรชาวณช (2536)

ขอดของการผลตเอนไซมแบบ Solid substrate fermentation

1. การใหอากาศสามารถท าไดงาย เนองจากมชองวางระหวางวสดหมกและไมจ าเปนตองมการกวนผสมตลอดเวลา

2. ไดผลผลตตอพนทสง เมอเทยบกบการผลตแบบ Submerge fermentation 3. ไดเอนไซมทมความเขมขนสง สามารถลดตนทนในขนตอนการแยกสกดได เชน การ

ตกตะกอนจะใชสารเคมนอยกวา

6. มน าเสยจากกระบวนการผลตนอย จงลดคาใชจายในขนตอนการบ าบดน าเสยได

7. ความชนของวสดหมกต า ท าใหชวยยบย งการเจรญของแบคทเรยซงตองการความชนในการเจรญสง

8. อาหารทใชเปนวตถดบในการหมกมราคาถก

สวนทเหลอทงไป สารละลายเอนไซม

162

ขอเสยของการผลตเอนไซมแบบ Solid substrate fermentation

1. เปนวธทใชเพาะเลยงจลนทรยไดจ ากด กลาวคอเหมาะกบการเพาะเลยงเชอราทตองการความชนในการเจรญต าเทานน

2. มการสะสมความรอนทเกดจากกระบวนการเมแทบอลซมของเชอรา ซงการถายเทความรอนท าไดยาก เนองจากวสดหมกเปนของแขง

3. การตรวจวเคราะหการเปลยนแปลงตางๆ ภายในถงหมก เชน มวลชวภาพ อณหภม pH

ปรมาณออกซเจนและคารบอนไดออกไซดท าไดยาก เนองจากวสดหมกไมเปนเนอเดยวกน

9. มสารส (Pigment) เกดขนมาก เนองจากมการใชวสดจ าพวกธญพชและวสดเหลอทง ทางการเกษตรทมส เชน ร าขาวสาล ท าใหตองมขนตอนในการก าจดสเพมขนในการท าใหเอนไซมบรสทธ

4.3 ขนตอนการผลตเอนไซมจากจลนทรยในระดบอตสาหกรรม

1) การหมกเพอผลตเอนไซม

การผลตเอนไซมจากจลนทรยสามารถท าไดทงโดยการหมกแบบใชอาหารแขงและ แบบใชอาหารเหลว แตสวนใหญจะนยมใชวธการเพาะเลยงเชอโดยใชอาหารเหลว อยางไรกตามการผลตเอนไซมจากเชอราบางชนด เชน Aspergillus, Mucor หรอ Rhizopus ยงคงใชการหมกหมกแบบใชอาหารแขงโดยใชถาด (Tray process) ใสอาหารเลยงเชอ เชน ร าขาวสาล ร าขาว หรอธญพชอนๆ ซงเตมเกลอแรและปรบความชนใหเหมาะสม เกลยเปนชนบางๆ ประมาณ 1-10 เซนตเมตร เพาะเลยงเชอในตหรอหองควบคมสภาพอากาศ หรออาจหมกในภาชนะรปทรงกระบอก (Drum process) ซงวางตามแนวนอน และหมนได ท าใหมการใหอากาศและการระบายความรอนไดด

2) การเกบเกยวและท าใหเอนไซมบรสทธ

กระบวนการนมความส าคญตอการผลตเอนไซมเปนอยางมาก เปนกระบวนการท าใหผลตภณฑถงมอผใชอยางปลอดภย ท าใหผลตภณฑคงทนและเกบรกษาไดนาน ผลตภณฑเอนไซมนนมทงทอยในรปของเหลวและในรปทเปนผง ระดบความบรสทธของเอนไซมขนกบลกษณะการใชงาน บางครงเอนไซมจ าเปนตองมความบรสทธสง เชน การน าไปใชเปนอาหารหรอยา บางครงตองการอาศยเพยงกจกรรมของเอนไซมเทานน เชน ใชเอนไซมละลายแปงทตดมากบสงทอ กรณนจงไมจ าเปนตองท าใหเอนไซมบรสทธมากนก อาจใชเอนไซมทเปน Crude enzyme ไดเลย การผลตเอนไซมโดยการหมกแบบใชอาหารแขง หลงจากการหมกสนสดลง จะน าอาหารทผานการหมกแลวไปลดความชนใหเหลอประมาณรอยละ 10 – 12 บดใหเปนผง แลวน าไปใชโดยตรง หรอาจเตมน าหรอสารละลายเกลอทเหมาะสมลงไปในอาหารทผานการหมกแลวเพอสกดเอนไซมออกมา จากนนจงน าไปแยกและท าใหบรสทธโดยวธการตางๆ ทเหมาะสม

163

ส าหรบการผลตเอนไซมโดยการหมกแบบใชอาหารเหลวนน หลงจากการหมกเสรจแลว ตองน าไปกรองหรอปนเหวยงแยกเซลลออกจากสวนอาหารเหลว ถาเอนไซมทตองการเปนเอนไซมภายในเซลล จะตองเกบสวนทเปนเซลลไปท าใหแตกกอน โดยอาจใชเครองโฮโมจไนเซอรความดนสง (High-

pressure homogenizer) หรอเครองบด (Agitator bead mill) หรอใชเอนไซม หรอใชความถสง (Ultrasonic treatment) แตถาเปนเอนไซมภายนอกเซลล จะตองเกบสวนของเหลวเพอน าไปแยกเอนไซม

ขนตอนการสกดและท าใหเอนไซมบรสทธแสดงในภาพท 7.6 ซงมหลายขนตอน เชน การกรอง (Filtration) การท าใหเขมขน (Concentration) การตกตะกอน (Precipitation) การท าใหแหง (Drying) และขนตอนทส าคญคอการปรบใหเอนไซมคงทนและไดมาตรฐาน (Standardization and

stabilization)

ภาพท 7.6 ขนตอนการท าใหเอนไซมบรสทธในระดบอตสาหกรรม

ทมา : http://www.geafiltration.com/library/enzyme_cell_separation.asp

อยางไรกตามการเกบเกยวเอนไซมจะมขนตอนตางๆ ดงรายละเอยดตอไปน

1) การแยกกรดนวคลอก เปนขนตอนทจ าเปนในกรณทเอนไซมทตองการเปนเอนไซมภายในเซลล เนองจากการสกดเอนไซมออกจากเซลลโยการท าใหเซลลแตกกอนนน จะท าใหมกรดนวคลอกออกมาดวยท าใหไดสารละลายทมความหนดสง ซงจะเปนปญหาในการแยกสวนโปรตนและการท าโครมาโตกราฟฟ ส าหรบวธการทใชในการแยกกรดนวคลกนนท าไดโดยการตกตะกอนดวยเกลอแมงกานส (Manganese salts) สเตรปโตมยซนซลเฟต (Streptomycin sulphate) โปรตามนซลเฟต (Protamine sulphate) หรอเซทลไตรเอทธลแอมโมเนยมโบรไมด (Cetyltriethylammoniumbromide) เปนตน

http://www.geafiltration.com/library/enzyme_cell_separation.asp

164

2) การแยกเอนไซม อาจท าไดโดยการตกตะกอนโปรตนดวยเกลอความเขมขนสง เชน Na2SO4 หรอ (NH4)2SO4 หรอใชตวท าละลายอนทรย เชน เอทานอล เมทานอล ไอโซโปรปานอล หรออะซโตน เปนตน จากนนจงแยกสวนทเปนโปรตนออกมาไดโดยการกรอง หรอการเซนตรฟวจ

การแยกเอนไซมภายนอกเซลลในกรณทเอนไซมมความเขมขนต าๆ อาจเตมสารพวก Coagulant หรอ Flocculant เชน Diatornaceous carth หรอแปง ลงไป เพอใหโปรตนรวมตวกนและท าใหตกตะกอนไดงายขน

3) การท าใหเอนไซมบรสทธ การแยกเอนไซมโดยการตกตะกอนโปรตน ตามปกตจะยงคงมสารอนทไมใชเอนไซมปนเปอนอยดวย ดงนนถาตองการเอนไซมบรสทธ กจะตองน าไปผานขนตอนการแยกสารอนๆทไมตองการออกดวยวธทเหมาะสม ซงโดยทวไปนยมใชเทคนคทางโครมาโตกราฟฟ (Chromatography) อเลคโตรโฟรซส (Electrophoresis) ไดอะไลซส (dialysis) หรอการกรองดวยเจล (Gel fillration)

4) การท าใหเขมขน เอนไซมทสกดไดจากกระบวนการหมกโดยทวไปจะมความเขมขนต า ดงนนจงจ าเปนตองมขนตอนการท าเอนไซมใหเขมขนเพอลดปรมาตร ซงจะท าใหสะดวกในการเกบรกษา การขนสงและการน าไปใชงาน การท าเอนไซมใหเขมขนสามารถท าไดหลายวธทท าไดงายและมประสทธภาพสง

5) การท าใหแหง ในอตสาหกรรมอาหารสวนใหญนยมใชเอนไซมในรปของแขงซงมลกษณะเปนผงแหงโดยวธการทใชในการท าแหงสวนใหญจะใชความรอน แตเนองจากเอนไซมสวนใหญไมทนความรอน ดงนนจงตองเลอกใชวธการทเหมาะสม และท าความระมดระวง โดยทวไปวธการท าแหงทนยมใชในอตสาหกรรมไดแก Vacuum evaporator, Freeze drying หรอ Spray drying

ในระหวางการท าใหเอนไซมแหงอาจใสสารเพมความคงตว (Stabilizer) เชน กลเซอรอล ซอรบทอล (sorbitol) โซเดยมคลอไรด หรอโปรปลนไกลคอล (Propylene glycol) เพอปองกนการสญเสยเอนไซมในระหวางการท าแหง และเพมความคงตวในระหวางการเกบรกษา

นอกจากนในการผลตเอนไซมเพอจ าหนาย จ าเปนตองมการปรบมาตรฐานของเอนไซมใหคงท (Standardization) เพอใหไดผลผลตทมคณภาพสม าเสมออกดวย


การผลตเอนไซมในระดบอสาหกรรมทอาศยการหมกโดยใชเชอจลนทรยนน จ าเปนทจะตองจดสภาวะแวดลอมในการหมกใหเหมาะสมตอการเจรญของเชอ ตลอดจนสามารถชกน าใหเชอสรางเอนไซมออกมาในปรมาณสงได ซงปจจยส าคญทมผลตอการผลตเอนไซมโดยจลนทรยมดงน

5.1 ปจจยทางสงแวดลอม เชน pH อณหภม การใหอากาศ ซงจะมสภาวะทเหมาะสมทแตกตางกนไป แลวแตชนดของเอนไซมและชนดของจลนทรย นอกจากน การใชเชอจลนทรยทสามารถเจรญไดในอณหภมสง สามารถชวยลดตนทนในระบบหลอเยนไดเปนอยางด

165

5.2 องคประกอบของอาหารเลยงเชอ จะมผลตอกระบวนการหมกเปนอยางมาก โดยเฉพาะการหมกแบบใชอาหารเหลว โดยการผลตเอนไซมในระดบอตสาหกรรมจะตองใชอาหารเลยงเชอทเปนชนดเชงซอน (Complex media) เนองจากมราคาถกและใหผลผลตเอนไซมสงกวาอาหารสงเคราะห นอกจากนยงพบวา น าตาลโมเลกลเดยว เชน กลโคส ในระดบความเขมขนสงจะยบย งการเจรญของจลนทรย ดงนน เพอหลกเลยงปญหาดงกลาวจงควรเลอกใชอาหารทมองคประกอบซบซอน เชน อาหารเลยงเชอทประกอบดวย Corn syrup แปงหรอ Starch hydrolysate สารประกอบไนโตรเจน เชน เกลอแอมโมเนย น าแชขาวโพด (Corn steep liquor) สารสกดจากยสต (Yeast extract) หรอเคซน (Casein) และเกลอแรชนดตางๆ

5.3 การคดเลอกสายพนธจลนทรย ปจจยส าคญในการผลตเอนไซมจากจลนทรย คอ ตองเลอกใชสายพนธทใหผลผลตสง และวธการทจะใชคดเลอกสายพนธของจลนทรย ควรท าไดงาย เพอใหสามารถคดเลอกเชอจากธรรมชาตหรอจากศนยรวบรวมจลนทรย ซงมเปนจ านวนมากไดในเวลาอนรวดเรว

ส าหรบปจจยทใชในการผลตพจารณาคดเลอกสายพนธจลนทรยทดทสดนน นอกจากจะเลอกสายพนธทใหผลผลตเอนไซมทตองการไดปรมาณสงๆ ในระยะเวลาสนๆแลว ยงตองพจารณาจากปจจยอนทเกยวของดวยคอ ควรเจรญไดในอาหารราคาถก ไมสรางสารพษและสารปฏชวนะ ไมสรางผลผลตเชน รงควตถ สารเมอก หรอเอนไซมโปรตเอส ซงอาจท าใหเกดปญหาในการแยกเอนไซมและการท าใหบรสทธ

5.4 การศกษาระยะเวลาในการเจรญและการผลตเอนไซม การผลตเอนไซมโดยใชกระบวนการหมกแบบครงคราว จ าเปนตองศกษาหาขอมลวาจลนทรยผลตเอนไซมทตองการไดสงสดในระยะใดของการเจรญ เพอจะไดเกบเกยวผลผลตในเวลาทเหมาะสม ซงจะท าใหไดปรมาณเอนไซมสงสด เพราะจลนทรยสวนใหญเมอหมกไดเอนไซมปรมาณแลว ถาไมเกบเกยวเอนไซมออกมาทนท แตยงคงใหการหมกด าเนนตอไป ปรมาณเอนไซมมกจะลดลงอยางรวดเรวในกรณทตองการผลตเอนไซมโดยใชกระบวนการหมกแบบตอเนอง ระบบ Chemostat จะมประโยชนมาก เนองจากสามารถควบคมอตราการเจรญของจลนทรยใหคงทอยในระยะทตองการ ซงเปนระยะทใหผลผลตเอนไซมปรมาณสงได

5.5 การควบคมการสงเคราะหเอนไซมระดบยน ขอมลเกยวกบการควบคมการสงเคราะหเอนไซม ในระดบยนเปนอกปจจยหนงทมความส าคญมาก เพราะถาทราบกลไกเหลาหนกจะเปนแนวทางในการควบคมปจจยตางๆ ทเกยวของใหเหมาะสมตอการผลตเอนไซมได และเปนแนวทางในการปรบปรงและคกเลอกสายพนธจลนทรยทผลตเอนไซมไดปรมาณสงมากกวาปกตอกดวย


เอนไซมเปนสารทมความปลอดภยคอนขางสงและสามารถเรงปฏกรยาไดอยางจ าเพาะภายใตสภาวะทไมรนแรง ดงนน เอนไซมจงถกน ามาใชในอตสาหกรรมตางๆ อยางกวางขวาง ตวอยางเชน

166

1. เอนไซมยอยแปง (Amylolytic enzymes)

เปนเอนไซมทมความส าคญในอตสาหกรรมอาหาร ซงเอนไซมกลมนจะเขาไปเกยวของกบกระบวนการผลตอาหารอย 2 กระบวนการ ไดแก

1.1 กระบวนการท าใหแปงเหลว (Liquefaction) โดยเอนไซมจะชวยลดความหนดของแปง ท าใหแปงละลายตว เอนไซมในกลมน ไดแก Amylase ทผลตจากแบคทเรย Bacillus sp. เอนไซมกลมนจะท างานไดดในอณหภมสง (90-105

oC) เนองจากกระบวนการท าใหแปงเหลวนนจะตองใชความรอน

เพอใหแปงสก (Gelatinization)

1.2 กระบวนการท าใหแปงหวาน (Saccharification) เปนขนตอนทเอนไซมชวยยอยแปงใหไดกลโคสหรอมอลโตส โดยจะยอยจากปลายโมเลกลของแปง เชน เอนไซม Amyloglucosidase

ตวอยางการใชประโยชนจากเอนไซมยอยแปงในอตสาหกรรมอาหาร ไดแก

1) ผลตน าตาลกลโคสเพอใชเปนวตถดบในการสรางผลตภณฑอน เชน ผงชรส ซอรบทอล

2) ผลตน าเชอมเพอใชในอตสาหกรรมชอกโกแลต ทอฟฟ ลกกวาด

3) อตสาหกรรมเบเกอร โดยชวยลดความหนดของแปงหมก เพอเพมขนาดของขนมปง เรงกระบวนการผลตขนมปง

4) อตสาหกรรมเครองดมแอลกอฮอล

นอกจากนยงมการใชเอนไซมยอยแปงในอตสาหกรรมอนๆ เชน อตสาหกรรมสงทอ เพอละลายแปงออกจากผา อตสาหกรรมกระดาษ เพอก าหนดขนาดของเยอกระดาษและความเรยบ อตสาหกรรมยา เปนสารชวยยอยอาหาร

2. เอนไซมยอยโปรตน (Proteolytic enzyme)

เอนไซมกลมนสามารถแยกออกไดหลายประเภทตามลกษณะการท างานท pH ตางๆ เชน กลมทท างานไดดท pH ทเปนกรด เรยกวา Acid protease กลมทท างานไดดท pH ทเปนดาง เรยกวา Alkaline

protease และกลมทท างานไดดท pH ทเปนกลาง เรยกวา Neutral protease

เอนไซมโปรตเอสถกน าไปใชงานในอตสาหกรรมหลายชนด เชน ผงซกฟอก เนยแขง และอตสาหกรรมอาหารอนๆ เชน การท าใหขนมปงมคณภาพดขน การก าจดรสขมจากโปรตนในถวเหลอง ตลอดจนอตสาหกรรมการผลตน าปลาและการฟอกหนงสตว เปนตน

3. เอนไซมส าหรบอตสาหกรรมผงซกฟอก (Enzyme for detergent industry)

เอนไซมโปรตเอสจะสามารถขจดคราบสกปรกทเปรอะเปอนเสอผาไดด ซงจะใชโปรตเอสทท างานไดดในสภาพทเปนดาง โดยผลตจากแบคทเรย Bacillus licheniformis ทไดรบการพฒนาใหปลอดภยตอผใช เอนไซมนมมลคาการซอขายมากทสด และจากความส าเรจในการใชโปรตเอสในอตสาหกรรมผงซกฟอก จงไดมความพยายามทจะใชเอนไซมอนๆ ทสามารถขจดคราบฝงแนนได เชน สจากน าผลไมหรอคราบไขมน โดยเฉพาะเอนไซมทท างานไดทอณหภมต า เพอชวยในการรกษาเนอผา

167

4. เอนไซมส าหรบอตสาหกรรมผลตภณฑนม (Enzyme for the dairy industry)

ในอตสาหกรรมเนยแขงในปจจบนจะมการใชเอนไซมเรนเนตจากจลนทรยทดแทนเอนไซมจากกระเพาะลกววทมราคาแพง โดยเรนเนตเปนเอนไซมทท างานไดดในสภาพทเปนกรดซงจดเปน Acid

protease แมวาเรนเนตจากจลนทรยจะท างานไดตางจากเรนเนตจากกระเพาะลกวว แตกท าใหไดเนยแขงทมประสทธภาพใกลเคยงหรอเทากบเนยแขงทผลตตามกรรมวธดงเดม

ตารางท 7.2 ตวอยางการใชประโยชนของเอนไซมจากจลนทรย

อตสาหกรรม ประโยชนของเอนไซม ชนดของเอนไซม

เบเกอร ลดความหนดของแปงหมก เรงกระบวนการหมก เพมปรมาตรของขนมปง

Amylase

เบยร เปลยนแปงเปนมอลโตส

ปองกนการตกตะกอนของโปรตนระหวางแชเยน

Amylase

Protease

น าเชอม-

ลกกวาด

ผลตลกกวาดทมลกษณะออนนม ทรงกลม

ผลตมอลโตส

ผลตกลโคส

ผลตฟรคโตสจากกลโคส

Amylase

Amylase

Glucoamylase

Glucose isomerase

ผลตภณฑนม ก าจด H2O2 ทใชเปนสารก าจดเชอในน านม

การท าเนยแขง

Catalase

Rennet

ไขผง ก าจดกลโคส Glucose oxidase

ผลไม-ไวน เพมการสกดน าผลไม ท าใหไวนใส Pectinase

ซกรด ใชในผงซกฟอก Protease

สงทอ ก าจดแปงในกระบวนการ desizing Amylase

เภสชกรรม ยาชวยยอยอาหาร Amylase, Protease

ทมา : วเชยร กจปรชาวณช (2536)

168


1. จงเปรยบความแตกตางของเอนไซมทผลตโดยจลนทรย พชและสตว 2. จลนทรยทน ามาใชในการผลตเอนไซมในอตสาหกรรม ควรมลกษณะอยางไรบาง

3. จงอธบายความแตกตางของการผลตเอนไซมโดยการใชอาหารแขงกบการใชอาหารเหลว

4. ในการเกบเกยวเอนไซมจากการเพาะเลยงเชอดวยอาหารเหลว จะตองผานเทคนควธการใดบาง

5. ในปจจบนมการน าเอนไซมไปใชประโยชนในดานตางๆ อยางไรบาง

169


1. เอนไซมทผลตโดยจลนทรย พชและสตว มความแตกตางกนคอ เอนไซมจากพชและสตวมความเขมขนของเอนไซมทไดคอนขางต า ตองใชพนทในการเพาะปลกและเลยงสตวมาก และขนอยกบสภาพแวดลอมตามธรรมชาต สวนเอนไซมจากจลนทรย สามารถผลตเอนไซมปรมาณมากๆ ไดในระยะเวลาสน ตนทนการผลตต า จลนทรยเจรญเพมจ านวนไดอยางรวดเรว และมขนาดเลก ใชพนทนอย นอกจากนยงสามารถเลอกใชอาหารเลยงเชอราคาถก และผลตไดตลอดเวลาโดยไมขนกบฤดกาล

2. จลนทรยทน ามาใชในการผลตเอนไซมในอตสาหกรรม ควรมลกษณะ ดงน

1) ผลตเอนไซมทขบออกนอกเซลล (Extracellular enzyme) เพอใหสะดวกและลดตนทนในการแยกเอนไซมออกจากเซลล

2) ใหผลผลตตอหนวยเวลาสง

3) มความคงตวทงในแงของผลตและความตองการอาหาร

4) สามารถเจรญไดบนอาหารราคาถก

5) สามารถผลตเอนไซมทมความจ าเพาะตอสบสเตรทสง 6) เปนสายพนธทไมสรางสารพษ สารปฏชวนะและไมเปนเชอโรค

3. ความแตกตางของการผลตเอนไซมโดยการใชอาหารแขงกบการใชอาหารเหลว คอ การหมกโดยใชอาหารแขงจะใชถงหมกแบบถาดหรอทรงกระบอกแบบหมนทบรรจอาหารแขงทมความชนเพยงพอตอการเจรญเทานน นยมใชในการผลตเอนไซมโดยใชเชอรา ในขณะทการหมกโดยใชอาหารเหลวจะท าการบรรจอาหารเหลวในถงหมกทรงกระบอกทมการใหอากาศและการกวน กระบวนการหมกแบบนใชไดทงกบแบคทเรย ยสตและเชอรา

4. การเกบเกยวเอนไซมจากการเพาะเลยงเชอดวยอาหารเหลว จะตองผานเทคนควธการตางๆ ดงน 1) การกรอง (Filtration) 2) การท าใหเขมขน (Concentration)

3) การตกตะกอน (Precipitation) 4) การท าใหแหง (Drying) 5) การปรบใหเอนไซมคงทนและไดมาตรฐาน (Standardization and stabilization)

5. การน าเอนไซมไปใชประโยชนในดานตางๆ มดงน 1) อตสาหกรรมอาหาร เชน การท าเบยร ไวน น าผลไม ลกกวาด

2) อตสาหกรรมผงซกฟอก เพอชวยในการก าจดความสกปรกตางๆ 3) อตสาหกรรมสงทอ เพอละลายแปงออกจากผา 4) อตสาหกรรมกระดาษ เพอก าหนดขนาดของเยอกระดาษและความเรยบ 5) อตสาหกรรมยา เปนสารชวยยอยอาหาร เปนตน

170



ประพมพพกตร เถอนสคนธ. (2556). เภสชภณฑจากจลนทรย : Enzyme. สบคนเมอ 16 ธนวาคม 2556, จาก http://www.gpo.or.th/rdi/html/prapim.html.

วเชยร กจปรชาวณช. (2536). เอกสารประกอบการฝกอบรม เรอง จลนทรยและการประยกตใช. ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

สมใจ ศรโภค. (2547). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ : ศนยสอเสรมกรงเทพ.

เสาวนย ธรรมสถต. (2547). แบคทเรยทางเทคโนโลยชวภาพ เซลลและผลตภณฑของเซลล. กรงเทพฯ : โรงพมพสถาบนพฒนาสาธารณสขอาเซยน.

Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and Applications.




University Press.

http://www.geafiltration.com/library/enzyme_cell_separation.asp สบคนเมอ 4 เมษายน 2557

http://biology-igcse.weebly.com/use-of-microorganisms-and-fermenter-to-manufacture-enzymes.html

สบคนเมอ 8 เมษายน 2557

http://www.sciencephoto.com/media/211804/view สบคนเมอ 4 เมษายน 2557

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1516-89132008000200001&script=sci_arttext สบคนเมอ 8 เมษายน 2557

http://www.gpo.or.th/rdi/html/prapim.html

http://www.geafiltration.com/library/enzyme_cell_separation.asp

http://biology-igcse.weebly.com/use-of-microorganisms-and-fermenter-to-manufacture-enzymes.html


http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1516-89132008000200001&script=sci_arttext


การผลตกลาเชอ 4 ชวโมง


1. ความหมายของกลาเชอ 2. การคดเลอกจลนทรยทจะใชเปนกลาเชอ


4. ลกแปง

4.1 คณภาพและลกษณะทวไปของลกแปง

4.2 จลนทรยในลกแปง

4.2.1 เชอรา

4.2.2 ยสต

4.2.3 แบคทเรย

4.3 บทบาทของจลนทรยในลกแปงตอกระบวนการหมก


5.1 คณสมบตของกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.2 ชนดของกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.3 การผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.3.1 หลกการผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.3.2 อาหารเลยงเชอส าหรบการผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.3.3 สภาวะในการเพาะเลยงกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.4 การเกบรกษากลาเชอแบคทเรยแลคตก





1. บอก ไดอยางถกตอง

2. ยกตวอยางคณสมบตของเชอ คดเลอกมา 3. เขยนสรปบทบาทของเชอจลนทรยในลกแปงทเกยวของกบการหมก

172

4. เปรยบเทยบความแตกตางของกลาเชอแบคทเรยแลคตกแตละชนดได

5. ยกตวอยางปจจยส าคญทมผลตอการเพาะเลยงกลาเชอแบคทเรยแลคตกได

6. เปรยบเทยบความแตกตางของการเกบรกษากลาเชอแบคทเรยแลคตกแตละรปแบบได














173

บทท 8

การผลตกลาเชอ

การหมกเพอสรางผลตภณฑ เชน อาหารหมก หรอสราพนเมองชนดตางๆ โดยอาศยการท างานของจลนทรยตามธรรมชาตทปฏบตกนมาตามภมปญญาทองถนนน อาจท าใหไดผลตภณฑทมคณภาพไมแนนอน การปรบปรงประสทธภาพของการหมก และการขยายอตราการผลตกอาจจะท าไดยาก นอกจากนยงมความเสยงจากการปนเปอนของเชอจลนทรยกอโรคหรอจลนทรยทสรางสารพษ ดงนน ในการหมกผลตภณฑหลายชนด จงไดมการพฒนามาใชกลาเชอบรสทธเพอสรางผลตภณฑใหมคณภาพมาตรฐานตามทตองการ โดยตองท าการศกษาจนแนใจวาเชอเหลานนมบทบาทอยางแทจรงในกระบวนการหมก อาจจะตองท าการคดเลอกและปรบปรงสายพนธใหดขน รวมทงหาวธการผลตกลาเชอในรปแบบทเหมาะสม หรอปรบปรงกรรมวธการผลตใหมประสทธภาพสงมากกวาเดม

1. ความหมายของกลาเชอ

กลาเชอ หรอเชอตงตน (Starter หรอ Starter culture) หมายถง เชอจลนทรย เชน รา แบคทเรย ยสตทเพาะเลยงขนเพอใชเปนเชอเรมตนในการหมก (Fermentation) ลกษณะของกลาเชอทเราตองการ คอ ตองเปนเซลลทแขงแรงและอยในระยะทก าลงเจรญเตบโตอยางรวดเรว (Log phase) ตวอยางของกลาเชอ เชน ลกแปงและโคจ (Koji) โดยลกแปงเปนกลาเชอตามภมปญญาไทย ทใชผลตขาวหมาก และสราพนบาน เชน อ กระแช สาโท สวนโคจเปนกลาเชอราทใชผลตซอวหมก (Fermented soy sauce)

เตาเจยว เตาเจยวญปน (Miso) เปนตน (พมพเพญ พรเฉลมพงศ และนธยา รตนาปนนท, 2556)

ถงแมวาการผลตกลาเชอมพฒนาการมาจากกระบวนการผลตอาหารหมกแบบดงเดม แตเมอเทคโนโลยการหมกไดพฒนามาสอตสาหกรรมการผลตผลตภณฑตางๆ ทส าคญในระดบอตสาหกรรม เชน สารปฏชวนะ กรดอะมโน กรดอนทรย เอนไซม สเตอรอยด วตามนและสารส ท าใหจ าเปนตองมการพฒนาวธการผลตกลาเชอจลนทรยส าหรบใชในการผลตระดบอตสาหกรรมควบคไปกบการพฒนาเทคโนโลยของกระบวนการผลต

การผลตกลาเชอจลนทรยส าหรบอตสาหกรรมการหมกบางชนดนน มการใชงานกนอยางแพรหลาย และมความส าคญจนถงระดบทตองมการพฒนาขนเปนอตสาหกรรมการผลตกลาเชอโดยเฉพาะ เชน อตสาหกรรมการผลตทาเนโคจในประเทศญปน อตสาหกรรมการผลตกลาเชอส าหรบการผลตนมหมกในประเทศตะวนตก รวมทงอตสาหกรรมการผลตกลาเชอราผลตซอวในประเทศไทย (นภา โลทอง, 2535)

174

รปท 8.1 ตวอยางของกลาเชอจลนทรยแบบดงเดม รป (ก) และ (ข) แสดงลกษณะของลกแปงทใชผลตขาวหมาก

รป (ค ) และ (ง) แสดงลกษณะของโคจทใชผลตเตาเจยวญปน

ทมา : http://maekaew.lnwshop.com/product/ , https://surathai.wordpress.com/tag/

http://www.fermentersclub.com/miso/koji-large/ และ http://www.ichibajunction.com.au/en/articles/193.html

2. การคดเลอกจลนทรยทจะใชเปนกลาเชอ

จลนทรยทจะน ามาผลตเปนกลาเชอ ควรจะตองผานการคดเลอกและปรบปรงพนธใหเปนสายพนธทด มประสทธภาพในการผลตสง โดยมคณสมบตทวไป ดงน

1. เปนสายพนธทมประสทธภาพในการหมก มความสามารถในการรางผลตภณฑไดในปรมาณมาก หรอสรางผลตภณฑไดรวดเรวกวาสายพนธอน

2. ท าใหผลตภณฑมกลน รส และเนอสมผสทด เปนทยอมรบของผบรโภค

3. สามารถยบย งการเจรญของจลนทรยปนเปอนและเชอกอโรคได

4. สามารถเจรญและเกดกจกรรมการหมกไดดในชวงอณหภมกวาง

(ก) (ข)

(ค) (ง)

http://maekaew.lnwshop.com/product/

https://surathai.wordpress.com/tag/

http://www.fermentersclub.com/miso/koji-large/%20และ

175

5. สามารถเจรญและเกดกจกรรมการหมกไดดในชวง pH กวาง 6. ทนตอการบกรกท าลายของแบคเทอรโอฟาจ (Bacteriophage) ซงการใชกลาเชอผสม

(Mixed culture) สามารถลดปญหาการบกรกท าลายของแบคเทอรโอฟาจได เนองจากแบคเทอรโอฟาจแตละชนดมความจ าเพาะตอการเขาท าลายแบคทเรยในระดบสายพนธ

7. เปนสายพนธทมความคงตวทางพนธกรรม ซงในขนตอนการผลตกลาเชอจะตองมการตรวจสอบประสทธภาพการท างานของจลนทรยอยางสม าเสมอ

8. ไมเปนสายพนธทกอโรค และไมสรางสารพษ

9. เปนสายพนธทมอายการรอดชวต (Longevity) นาน หรอมโครงสรางทชวยใหทนตอสภาวะแวดลอมตางๆ ไดด


กลาเชอทผลตเพอใชในอตสาหกรรมอาหารหมกนนมวธการผลตตางๆ กน ซงควรมคณสมบตโดยทวไปดงน

1. อยในรปแบบทใชงายและเหมาะสมกบกรรมวธการหมกแตละชนด เชน การหมกบางประเภทจ าเปนตองใชเชอบรสทธทปลอดจากจลนทรยอนโดยสนเชง ในขณะทอาหารหมกอนๆ มไดมความจ าเปนเชนนน การเพมขนตอนทจะท าใหกลาเชอปลอดจากการปนเปอนโดยสนเชง เชนเดยวกบกลาเชอทจะใชส าหรบหมกอาหารประเภทแรก จงเปนการสนเปลองโดยมจ าเปน

2. กลาเชอทใชในอตสาหกรรมอาหารหมก ควรมอายการเกบนานพอสมควร โดยทมจลนทรยทยงคงประสทธภาพในปรมาณมากพอทจะด าเนนกจกรรมการหมก ดงนนการผลตกลาเชอแตละชนด จงตองแนใจวามปรมาณเชอเรมตนมากพอ และตรวจสอบปรมาณทเหลอในชวงระยะเวลาเกบตางๆ กน เพอก าหนดอายการใชงาน นอกจากนนกรรมวธการผลตทใชจะตองค านงถงการลดปรมาณเชอบาดเจบ (injured cell) ใหไดมากทสดเทาทจะเปนไปได

3. วสดทใชเพาะเลยงเชอ และผสมในกลาเชอ ตองไมมผลตอการเปลยนแปลงของกลน รส และคณสมบตอนๆ ของอาหารหมก

4. ในกรณทกจกรรมการหมกเกดจากเชอผสม กลาเชอตองประกอบดวยจลนทรยแตละชนดในอตราสวนทเหมาะสม

5. กลาเชอทผลตขายเปนอตสาหกรรม จะตองอยในรปแบบทงายตอการขนสง บรรจในบรรจภณฑทสามารถปองกนแมลงไดด มรายละเอยดก าหนดปรมาณการใชและอายของเชอทแนนอน

176

4. ลกแปง

ลกแปง คอ กลาเชอจลนทรย (Inoculum) ทเกบในรปเชอแหงเพอใชในการผลต อาหารหมกหลายชนดในประเทศแถบเอเชย มการผลตและการใชลกแปงมมาแตโบราณ กอนทมนษยจะเขาใจถงศาสตรทางจลชววทยา โดยเขาใจกนวามตนก าเนดจากประเทศจนและไดถายทอดไปยงประเทศเพอนบาน เชน ทเบต สขม อนเดย เกาหล และกลมประเทศเอเชยตะวนออกเฉยงใตรวมทงประเทศไทย กลาเชอในลกษณะนมชอเรยกตามภาษาทองถนของแตละประเทศ สวนการใชประโยชนนนจะคลายคลงกนเปนสวนใหญ คอใชในการหมกทมกจกรรมการเปลยนแปงในวตถดบ ประเภทธญพชและพชหว ใหเปนน าตาล (Saccharification) เพอผลตอาหารหมกประเภทขาวหมาก สราและเมรย เชน กระแช สาโท หรอ อ ยกเวน “ราจเทมเป” ของอนโดนเซยทใชในการผลตเทมเป ซงเปนผลตภณฑจากถวเหลอง โดยกจกรรมของกลาเชอจะเปนกจกรรมยอยสลายโปรตน

ส าหรบในประเทศไทย ลกแปงทมการใชงานทวไปไดแก ลกแปงขาวหมาก และลกแปงเหลา นอกจากนยงมลกแปงทใชในการหมกน าสมสายชจากวตถดบพวกธญพช ซงเรยกวา “สาน าสม” หรอลกแปงน าสมสายช ในขณะทชาวตะวนตกเรยกลกแปงรวมๆ กนวา “Chinese yeast cake”

4.1 คณภาพและลกษณะทว ไปของลกแปง

ลกแปงทดจะโปรงเบา และขาวนวล ไมมรอยแตกราว กอนแปงเปนรพรน ซงเกดจากการฟของแปงขณะบม เมอขยจะยยเปนผงละเอยด ไมมกลนเหมนเปรยว มรปรางและขนาดตางๆ กน

ลกแปงขาวหมากและลกแปงเหลาสวนใหญมลกษณะเปนครงวงกลม ขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 3-4 ซม. ลกแปงน าสมสายชมกนยมปนเปนกอนใหญประมาณ 5-6 ซม. และมกลนเครองเทศฉนจด ลกแปงจากบางทองถน เชน ลกแปงของอนเดยและมาเลเซยมลกษณะเปนวงแหวน ลกแปงเหลาเกาเหลยงของจนมขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 12-15 ซม. ลกแปงจากไตหวนเมอแหงแลวนยมปนเปนผงและบรรจขายเปนซอง ลกแปงทผลตจากแตละแหลงจะมประสทธภาพในการหมกทแตกตางกน

รปท 8.2 ลกษณะของลกแปงจนทใชท าไวนขาว

ทมา : http://jodeli.proboards.com/thread/531/home-traditional-glutinous-rice-wine

177

4.2 จลนทรยในลกแปง

ลกแปงเปน “กลาเชอผสม” (Mixed cultures) มทงเชอรา ยสต และแบคทเรย กรรมวธการผลตลกแปง จะไมสามารถควบคมการปนเปอนได แตหากการผลตนนไดกระท าอยางระมดระวงตามสตรการผลตลกแปงแตละชนดแลว จะมจลนทรยเพยงไมกสกล (Genus) เทานน ทสามารถเจรญและเพมจ านวนไดในปรมาณสง สวนจลนทรยอนๆ จะปนเปอนมาในปรมาณนอยมาก ส าหรบรายละเอยดของจลนทรยทพบไดในลกแปง มดงน

4.2.1 เชอรา

เชอราทมกจะตรวจพบเสมอในลกแปงจากทกแหลง ไดแก Amylomyces rouxii และ Rhizopus spp. ปรมาณทพบจะมากหรอนอยขนกบชนดของลกแปง ในลกแปงขาวหมากจะพบเชอราชนดหลก คอ A. rouxii ซงสวนใหญพบประมาณ 10

4 CFU ตอกรม ส าหรบลกแปงเหลาจะพบทง

Rhizopus spp. และ A. rouxii ยกเวนลกแปงสราจากอนเดยซงเชอราสวนใหญเปน Mucor spp. และในลกแปงส าหรบผลตเทมเปทพบ R. oligosporus และ R. oryzae เชอรานมประสทธภาพในการผลตเอนไซมโปรตเอสเพอยอยสลายโปรตนในถวเหลอง นอกจากเชอราหลกๆ ทกลาวมาแลว ยงพบเชอราอนตางๆ ชนดกนโดยขนกบแหลงทผลตลกแปง (นภา โลหทอง, 2535)

รปท 8.3 ลกษณะโคโลนของเชอรา Amylomeces rouxii (ก) และ Rhizopus oryzae (ข) ทพบในลกแปงทมา : http://funcode.bcrc.firdi.org.tw/detail.jsp?fbid=FB000353 และ

http://www.mycology.adelaide.edu.au/Fungal_Descriptions/Zygomycetes/Rhizopus/

http://funcode.bcrc.firdi.org.tw/detail.jsp?fbid=FB000353

178

4.2.2 ยสต

ยสตทพบในลกแปงขาวหมากสวนใหญไดแก Endomycopsis spp. และ Hansenula

malanga โดยม Saccharomyces cerevisiae ปนมาบาง สวนลกแปงเหลาจะพบ S. cerevisiae ในปรมาณมากกวา Endomycopsis spp. นอกจากนนยงมยสตอนทพบในลกแปงเฉพาะแหลงไดแก Candida spp.

และ Torulopsis spp.

4.2.3 แบคทเรย

แบคทเรยทพบในลกแปง มกจะเปนแบคทเรยทผลตกรดแลคตก (Lactic acid bacteria) ซงสวนใหญไดแก Pediococcus pentosaceus โดยพบประมาณ 10

4-10

7 เซลลตอกรม ขนกบทมาของลก

แปง ในลกแปงขาวหมากและในลกแปงเหลาของไทยจากบางทองถนยงตรวจพบ Lactobacillus spp.

และเชอน าสมสายช (Acetobacter spp. และ Gluconobacter spp.) ซงมมากในลกแปงน าสมสายช หรอสาน าสม นอกจากน Bacillus spp. เปนแบคทเรยอกกลมหนงทพบในลกแปงอยบอยครง เนองจากเปนจลนทรยทปนเปอนมากบวตถดบในปรมาณมาก เชน แปง และสมนไพร แตหากสวนผสมของสมนไพรทใชในการท าลกแปงมความเหมาะสม กจะลดปรมาณจลนทรยนไปไดมาก เชน พบวา ขง ชะเอม อบเชย ดอกจนทน และลกจนทน สามารถยบย งการเจรญของจลนทรยไดอยางมประสทธภาพ (นภา โลหทอง, 2535)

4.3 บทบาทของจลนทรยในลกแปงตอกระบวนการหมก

ลกแปงของไทย เปนกลาเชอในการหมกผลตภณฑหลกอย 3 ชนด ไดแก ขาวหมาก เหลา และ น าสมสายช โดยหมกจากวตถดบประเภทแปง เชน ขาว ธญพช หรอพชหว ดงนนในลกแปงขาวหมาก จะมจลนทรยทมประสทธภาพยอยแปงเปนน าตาล และพวกทผลตสารซงใหกลนหอมบางชนด ในลกแปงเหลานอกจากจะประกอบดวยจลนทรยทยอยแปงไดดแลว ยงประกอบดวยยสตทมบทบาทในการเปลยนน าตาลเปนแอลกอฮอลไดอยางมประสทธภาพ ในขณะทลกแปงน าสมสายช นอกจากจะประกอบดวยจลนทรยทยอยแปง และยสตทสรางแอลกอฮอลแลว ยงตองประกอบดวยแบคทเรยน าสมสายชในปรมาณมากพอ ทจะเปลยนแอลกอฮอลเปนกรดน าสมไดสงเกนกวา 4% (w/v) เชอรา Amylomeces rouxii และ Rhizopus spp. เปนเชอราทผลตเอนไซมยอยแปงไดอยางมประสทธภาพ เอนไซมทผลตไดมทงแอลฟาอะไมเลส และกลโคอะไมเลส ดงนน ในกระบวนการหมกขาวหมาก เชอราเหลานจงมบทบาทในการเปลยนแปงเปนน าตาล สวนยสต Endomycopsis spp. และ Hansenula spp. เปนยสตทมความสามารถในการยอยแปงเชนเดยวกน และยงสามารถเปลยนน าตาลใหไดแอลกอฮอล และเอสเทอร ดงนน ในการหมกขาวหมาก A. rouxii และยสตสองสกลน จงมบทบาทในการท าใหเกดความหวานและผลตสารทใหกลนรสของขาวหมาก สวนในลกแปงเหลานน Rhizopus spp. และ/หรอ A. rouxii มบทบาทเชนเดยวกนในการหมกขาวหมาก แตยสตทชวยในการหมกน าตาลในเปน

179

เอทานอล ไดแก Saccharomyces cerevisiae นอกจากน ยงมการใชลกแปงเหลารวมกบลกแปงน าสมสายชในการหมกน าสมสายชดวย

ส าหรบแบคทเรยแลคตกนน ไมมรายงานศกษาถงบทบาททแนชด โดยเฉพาะในการหมกขาวหมาก การมแบคทเรยเหลานปรมาณมาก จะมผลท าใหขาวหมากเปรยวไมเปนทนยม สวนในการหมกเหลานน ยสตจะเจรญและผลตแอลกอฮอลไดดเมอน าหมกมคา pH ต า (4.2-4.5) และการมกรดในน าหมก มผลท าใหจลนทรยปนเปอนอนๆ เจรญไดชาลง นอกจากนนเครองดมประเภทนยงนยมใหมรสเปรยวเลกนอย ดงนนแบคทเรยแลคตกในลกแปงเหลาจงมบทบาทในเรองน (นภา โลหทอง, 2535)

นอกจากนเชอราและยสตแลว แบคทเรยเปนจลนทรยอกกลมหนงทมบทบาทส าคญในการแปรรปอาหารดวยการหมกดอง ทงโดยการมกจกรรมรวมกบยสตและเชอรา ดงไดกลาวมาแลวในบทอนๆ หรอด าเนนกจกรรมโดยล าพง ซงมอาหารหมกหลายชนดดวยกนทผลตโดยอาศยกจกรรมการหมกจากแบคทเรย ในสวนนจะกลาวถงเฉพาะกลาเพอใชในการหมก ซงจะแบงกลาแบคทเรยเปน


แบคทเรยแลคตกมบทบาทในการหมกอาหารหลายหลายชนดดวยกน เชน นมเปรยว เนยชนดตางๆ ผกและผลไมดอง ไสกรอกและผลตภณฑเนอหมกชนดอนๆ นอกจากนนยงมกจกรรมรวมกบยสตในการหมกเตาเจยว ซอว สรา และผลตภณฑแปงหมก

แบคทเรยแลคตกมทงพวก H โดยอาศยวถไกลโคไลซส และพวก Heterofermentative เอทานอล กรดอะซตก และคารบอนไดออกไซดดวยวถฟอสฟอคโตเลส (Phosphoketolase pathway) นอกจากนนยงมแบคทเรยแลคตกหลายสายพนธทสามารถเปลยนกรดซตรกหรอเกลอซเตรทไปเปนสารทมกลนหอมจ าพวกไดอะเซตล (Diacetyl) อะเซโตอน (Acetoin) และบวทลลนไกลคอล (2,3-Butylene glycol) ดงนนนอกจากแบคทเรยแลคตกจะสรางกรดทท าใหเกดรสเปรยวแลว ยงชวยในการสรางกลนหอมใหแกผลตภณฑอกดวย

ถงแมวามนษยจะรจกการถนอมอาหารหรอแปรรปอาหารโดยการหมกดอง ทอาศยกจกรรมของแบคทเรยแลคตกมาเปนเวลานานแลว แตเทคโนโลยการผลตกลาเชออาหารหมกดองกลบไมคอยมการพฒนามากนก หากแตอาศยเชอจากธรรมชาตทตดมากบวตถดบ โดยท าการควบคมสภาวะการหมกใหเหมาะสม เพอเออใหแบคทเรยชนดทตองการเจรญไดด ส าหรบอาหารหมกบางชนดการหมกในลกษณะเชนนยงคงมอยจนถงปจจบน เชนการดองผกและการหมกผลตภณฑจากเนอสตวหลายๆ ชนด สวนผลตภณฑนมหมกทผลตกนแตเดมนน ใชวธเกบบางสวนจากการหมกในรนกอนไวเปนกลาส าหรบการหมกรนตอไป จนประมาณ ป ค.ศ. 1880 จงไดมการใชเชอบรสทธในการผลตเนยแขงเปนครงแรกในประเทศเดนมารก าวธการผลตกลาแบคทเรยแลคตก (L

180

นมาอยางตอเนอง จนเกดเปนอตสาหกรรมการผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตกในปจจบน

5.1 คณสมบตของกลาเชอแบคทเรยแลคตก

กลาแบคทเรยแลคตกทด ควรมคณสมบตโดยทวๆ ไปดงน

1.

2. ผลตสารทใหกลนเฉพาะของอาหารหมกชนดนนๆ

4. อยในสภาพทเมอน าไปเปนกลาเชอ (Starter หรอ Inoculum) จะสามารถเจรญแขงขนกบจลนทรยอนไดด

5. ปราศจากไวรสของแบคทเรยหรอฟาจ (Bacteriophage) ซงเปนคณสมบตทส าคญมากทสด เนองจากหากแบคทเรยแลคตกถกตดเชอโดยฟาจแลว ฟาจจะเขาไปเพมจ านวนในเซลลและท าใหแบคทเรยเซลลแตก ซงสามารถหลกเลยงปญหาการตดเชอโดยฟาจไดหลายวธ ไดแก

1) เชอ หากเชอสายพนธใดสายพนธหนงถกท าลาย จะยงคงเหลอสายพนธอนๆ ทไมมความเฉพาะกบฟาจชนดนนพอทจะด าเนนกจกรรมการหมกตอไปได เชน การใชเชอ Streptococcus thermophillus รวมกบ Lactobacillus

acidophilus ในการหมกนมเปรยวหรอโยเกรต

2)

3) ตอฟาจ เชนการใชสายพนธผาเหลา (Phage

resistant mutant) 4) ฟาจ

5) การหมกทตองมขนตอน เชอ B ท าอยาง เพอปองกน ฟาจ

5.2 ชนดของกลาเชอแบคทเรยแลคตก

กลาเชอแบคทเรยแลคตกเปนกลาเชอจลนทรยทไดมการพฒนาจนมการผลตในระดบอตสาหกรรม นอกจากจะแบงชนดของกลาเชอออกตามความเหมาะสมทจะใชในผลตภณฑทแตกตางกนแลว ยงสามารถแบงชนดของกลาเชอ ไดดงน

1) กลาเชอทน าไปใชไดเลยโดยไมตองเพมปรมาณเชอ (Direct set) เชน กลาเชอทใชในการผลตเนยแขงเชดดา (C (C g ก (Y g

2) เชอ (Bulk set) กลาเชอชนดนกอนน าไปใช โรงงานอาหารหมกแตละแหง จะตองน าไปเพาะเลยงเพอเพมปรมาณใหมากพอ กลาทเพมปรมาณเชอแลวน

181

เรยก bulk starter ซงเฉพาะโรงงานอตสาหกรรมนมหมกเทานนทนยมผลต Bulk starter โดยตองมวธการปองกนการปนเปอนของฟาจ

กลาเชอท งสองชนดมท งแบบทเปนกลาเชอเขมขน (C เชอ Unconcentrated starter) ในรปแบบตางๆกน เชน เปนกลาเชอทอยในรปแชแขง (Frozen

culture) ไลโอฟลไลส (Lyophilized หรอ freeze-dried culture) และเชอผงแหง (Dried culture) 5.3 การผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก

5.3.1 หลกการผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก มดงน

1) เพาะเ ลยงเ ชอในอาหารและสภาวะท เหมาะสม เพอใหไดปรมาณเซลล ท มประสทธภาพมากทสด

2) ในกรณทผลตกลาเชอชนดเขมขน เลอกวธทเหมาะสมในการท าใหเชอเขมขน

3) ลกาณะการ ช

การไลโอฟลไลส การท าใหแหง เปนตน

4) ทกขนตอนของการท างานตองระมดระวงการปนเปอนของฟาจ

5.3.2 ส าหรบการผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก

การเลอกหรอการสรางสตรอาหารเพาะเลยงแบคทเรยแลคตกเพอผลตเปนกลาเชอ ควรค านงปจจยตอไปน

1. แบคทเรยแลคตก เปนกลมจลนทรยทมความตองการสารอาหารทอดมสมบรณ ( ว และเกลอแรอกหลายชนด ซงความตองการสารอาหารจะแตกตางกนไปตามชนดและสายพนธ แตในการผลตกลาเชอในเชงพาณชย ตองค านงถงตนทนการผลต ดงนน สตรอาหารทใชเลยงเชอสวนใหญจงใชวตถดบในธรรมชาตทมราคาถก และใชหลายๆ ชนดเพอเปนแหลงของสารอาหาร (ตารางท 8.1) และในบางครงอาจจ าเปนตองยอยสลายวตถดบเหลาน ใหมสารอาหารโมเลกลเลกพอทจลนทรยจะน าไปใชไดทนท เชน การเตมเอนไซมโปรตเอสในหางนมเพอยอยสลายโปรตนใหเปนกรดอะมโน การใช สาร ทเหมาะสม ปรมาณสารอาหารแตละชนดจะตองใหอยางเพยงพอดวย พบวา บางครงการใชวตถดบเหลานในปรมาณมากไปกจะมผลเสยเชนกน ตวอยางเชนในการเลยง Lactobacillus acidophilus โดยใชอาหารทประกอบดวยหางนมทยอยสลาย (Peptinized whey) ปรมาณ 2.5-5 % เชอยงคงใชระยะเวลาเทาเดมในการเพมจ านวนใหไดปรมาณมากทสด แตหากให Peptinized whey มากกวาน ปรมาณเชอจะลดลงทนท

ตวอยางของวตถดบทใชเปนแหลงอาหารในการเพาะเลยงแบคทเรยแลคตกเพอผลตกลาเชอ ไดแก สารสกดจากยสต เคซนยอยสลาย (Casein hydrolysate) โปรตนถวเหลองยอยสลาย เปบโตน น าแชขาวโพด (Corn steep liquor) น าสกดตบ นมผงพรองมนเนย หางนมจากการผลตเนยแขง น ามะเขอเทศ และ น ามะพราว เปนตน

182

ส าหรบสตรอาหารเลยงเชอทใชในหองปฏบตการนน เมอน ามาใชในการผลตกลาเชอ จะตองมการปรบปรงสตรโดยใชสารอาหารทราคาถก อาหาร เชอแบคทเรยแลคตก APT (All Purpose Medium with tween 80) broth, MRS ( De Man, Rogosa, Sharp) broth และ LBS (Rogosa Medium)

2. การใชสตรอาหารเลยงเชอทเหมาะสม จะชวยแกปญหาการเขาท าลายของฟาจ เนองจากฟาจจะเพมจ านวนในเซลลไดนน ตองมแคลเซยมในอาหารเลยงเชอพอเพยง ดงนนหากใชหางนม หรอนมผงพรองมนเนยเปนแหลงของสารอาหาร จงตองก าจดแคลเซยมกอนใช ทงน ไดมการผลตวตถดบทปราศจากแคลเซยมเพอใชเปนองคประกอบของอาหารเลยงเชอ และใชชอทางการคาวา PMR

(Phage resistant medium) นอกจากจะใช PMR แลว การใชหางนมเตมฟอตเฟต และปรบ pH ใหได 6.4 กพบวาสามารถน ามาใชเลยงเชอไดผลดพอสมควร

3. เปนอาหารทมองคประกอบทเหมาะสมตอการสรางเอนไซมทจ าเปนตอการด าเนนกจกรรมของเชอ เมอน าไปเปนกลาเชอในการหมกอาหาร

4. เปนอาหารทท าใหเซลลทเพาะเลยงไดมชวตการอยรอดไดนาน เชน พบวาการเตม Tween 80 ในอาหารเลยงเชอ ท าให Lactobacillus bulgaricus มชวตอยรอดในสภาพการแชแขงนานกวากลาเชอทเพาะเลยงในอาหารทปราศจากสารน ทงนเนองจากกรดโอเลอกทอย Tween 80 มผลท าใหเยอหมเซลลของเชอทนทานขน

5. ในการเพาะเลยงเชอในอาหารเหลวนน เมอไดปรมาณเซลลตามตองการแลว ตองแยกเอาเซลลออกมาจากน าหมก ซงสวนใหญนยมใชการปนเหวยง (Centrifuge) ดวยเครองปนเหวยงทใชงานระดบอตสาหกรรม ซงอาจมการตกตะกอนของอาหารเลยงเชอปนมากบเซลลดวย ดงนน การเลอกอาหารเลยงเชอทใชจงควรค านงถงปญหาของการเกดตะกอนดวย เชน หากใชนมผงเปนองคประกอบของอาหารเลยงเชอ สามารถท าใหเกดตะกอนนอยลงไดโดยการเตมเอนไซมโปรตเอส หรอเตมโซเดยมซเตรททปลอดเชอประมาณ 1-2% กอนน าเชอไปปนเหวยง

6. การใชความรอนฆาเชอทปนมาในอาหารเลยง เปนอกขนตอนหนงทตองระมดระวงเนองจากความรอนในระดบทสงเกนไปอาจท าใหคณสมบตของสารอาหารเปลยนไป เชน การนงฆาเชอ (Autoclave) ทอณหภม 121

C เปนเวลา 15 นาท ดงทปฏบตกนอยโดยทวไปนน หากใชในการฆาเชอในน านมพรองมนเนย หรอหางนม จะท าใหสารอาหารบางชนดสญเสยคณสมบตไป จนไมสามารถใชเพาะเลยงแบคทเรยแลคตกใหเจรญไดด ดงนน การใชวตถดบประเภทนในเตรยมอาหารเลยงเชอจงนยมท าลายจลนทรยปนเปอนดวยระบบ UHT (Ultra high temperature) โดยใชอณหภมประมาณ 140-145

C

เปนเวลา 4-8 นาท

183

5.3.3 สภ วะใน ะ กลาเชอแบคทเรยแลคตก

1. อณหภม ในการเพาะเลยงเชอจลนทรยเพอใหไดเซลลปรมาณมาก จ าเปนตองควบคมอณหภมให

เหมาะสมกบการด ารงชวตของเชอนนๆ ส าหรบแบคทเรยแลคตกจะมอณหภมทเหมาะสม (optimum

temperature) ทแตกตางกนไปในแตละสกล ดงรายละเอยดในตารางท 8.1

ตารางท 8.1 ทเหมาะสมตอการเจรญของแบคทเรยแลคตก

สกลของแบคทเรยแลคตก อณหภมทเหมาะสม ( C)

Lactobacillus spp.

thermobaterium

streptobacterium

betabacterium

37 – 45

28 – 32

28 – 40

Pediococcus spp. 25 - 33

Streptococcus spp. 30 -37

Leuconostoc spp. 20 - 25

ทมา : ดดแปลงจาก นภา โลทอง (2535)

2. ะ pH

ตามปกตแบคทเรยสามารถเจรญไดทระดบ pH คอนขางกวาง ( - จะมชวง อย ระหวา ง - แลคตกสามารถยอยสลาย สงผลใหเชอ ด รกษาดวย ทงน เมอเชออยในสภาวะทเปนกรดมากๆ เซลลบางสวนจะบาดเจบ และไมสามารถด าเนนกจกรรมการหมกไดทนท นอกจากน การปรบ

เชน ใ รเพาะ Streptococcus spp. นน การปรบ pH ด แอมโมเนยมไฮดรอกไซด หรอแคลเซยมไฮดรอกไซด เชอท าใหเชอจะเจรญไดดกวาเมอปรบดวยโซเดยมไฮดรอกไซด และยงพบวา การปรบ pH ดวยแอมโมเนยมไฮดรอกไซดจะท าใหเชอมชวตอยรอดขณะแชแขงไดนานกวากลาเชอทไดจากการเพาะเลยงเซลลทผานการปรบ pH ของอาหารดวยโซเดยมไฮดรอกไซด ส าหรบการเลยง Lactobacillus acidophilus นน พบวา เมอปรบ pH ดวย

184

แอมโมเนยมไฮดรอกไซดผสมแคลเซยมคารบอเนต เชอจะเจรญไดด เนองจากมการปลดปลอยคารบอนไดออกไซดอยางชาๆ ซงแกสนท าใหเกดบรรยากาศทเหมาะสมตอการเจรญของเชอ

3.

แบคทเรยแลคตกเปนจลนทรยในกลมไมโครแอโรไฟล (Microaerophile) สามารถยอยสลายสารอาหารดวยกระบวนการเฟอรเมนเตชนในสภาพทมอากาศเพยงเลกนอย ด งน นในการเพาะเลยงจงไมตองพนอากาศ (Aeration) แตเพอใหอาหารเปนเนอเดยวกนตลอดระยะเวลาการเลยงเชอ จงจ าเปนตองมการกวนผสม (Agitation) มผลใหอากาศลงไปในอาหารได และท าใหเกดการสะสมของไฮโดรเจนเปอรออกไซด ในสภาวะเชนนเชอจะเจรญชาลง การแกปญหาอาจท าไดโดยการเตมเอนไซม คะตา เลสหรอสาร ร ดวส อนๆ เ ชน ไพ ร เวต ห รอ เฟอรสซล เฟต ห รออาจท าการพนก าซคารบอนไดออกไซดลงในถงเลยงเชอ เพอชวยก าจดไฮโดรเจนเปอรออกไซดไดดวย

5.4 การเกบรกษากลาเชอแบคทเรยแลคตก

กลาเชอทจะผลตขายเปนอตสาหกรรมได จ าเปนตองมอายการเกบรกษายาวนาน และไมสญเสยคณสมบตระหวางการขนสง ส าหรบกลาชนดเขมขน จะตองแยกเซลลออกจากอาหารเลยงเชอโดยการปนเหวยงดวยเครองเหวยง หรอท าใหเขมขนโดยใชระบบอลตราฟลเตรชน (Ultra filtration) เซลลทแยกไดจะน ามาเตมน านมพรองมนเนย จะท าใหไดเชอเหลวขน แลวจงน าไปแชแขง ไลโอฟลไลส (Lyophillized) หรอท าใหเปนผงแหง

5.4.1 กลาเชอแชแขง (frozen culture) อณหภมทใชในการแชแขงกลาเชอเหลวมสองระดบคอ การแชในตแชแบบ Deep freeze

-20 -40C ปรบ pH ใหอยระหวาง 6.5 – 7 กอนแช จะท าใหเชอมอายการอยรอดนานขน ซงการทเชอจะอยรอดนานเพยงใดนนขนกบชนดของจลนทรย และสภาวะการเพาะเลยง ส าหรบการเกบรกษากลาใหอยนานโดยไมสญเสยคณสมบตนน ในปจจบนนยมใชวธการแชแขงจนอณหภมต าถง -196C โดยแชในไตรโตนเจนเหลว โดยมการเตมสารปองการตายและบาดเจบของเซลล (Cryoprotective agent) เชน กลเซอรอล ประมาณ 10% หรอน าตาลแลคโตส 7.5%

5.4.2 กลาเชอไลโอฟลไลส หรอแชงเยอกแขง (Frozen dried culture) การท าใหกลาเชอแหงโดยการไลโอฟลไลส เปนอกวธหนงทใชกนในอตสาหกรรมการ

ผลตกลาเชอแบคทเรยแลคตก กลาเชอในรปแบบนไดเปรยบในเรองความสะดวกในการขนสงและการเกบรกษา แตการไลโอฟลไลสมผลท าใหเชอทมประสทธภาพลดจ านวนลงคอนขางมาก สวนใหญเชอทผลตเปนกลาเชอในรปแบบนไดแก Streptococcus spp. ซงโดยทวๆ ไปจะลดจ านวนลงถง 50-80%

ระหวางการท าใหแหง นอกจากนนระหวางการเกบรกษาเชอจะลดปรมาณลงอกตามระยะเวลาทเกบ ดงนน โรงงานนมหมกในประเทศทมอตสาหกรรมการผลตกลาเชอภายในประเทศจงนยมใชกลาเชอแชแขง (Frozen culture) มากกวา เนองจากการขนสงภายในประเทศไมเปนอปสรรคปญหามากนก

185

5.4.3 กลาเชอสเปรไดร (Spray- dried culture) กลาเชอทจะท าใหแหงดวยวธการพนลมรอน (Spray drying) ไดจะตองเปนเชอททน

ความรอนไดดพอสมควร วธนจงเหมาะส าหรบแบคทเรยแลคตกกลมทเจรญไดทอณหภมสง (45C) อณหภมทใชพน (Outlet temperature)โดยปกตจะอยระหวาง 63-68C โดยการท าใหเชอเปนผงแหงนจะท าใหเชอลดปรมาณลงถง 70% และปรมาณจะลดลงอกขณะเกบ แกไขไดโดยการเตมวตามนซ และโมโนโซเซยมกลตาเมท จะท าใหเชอมชวตรอดนานขน

5.4.4 กลาเชออดเมดดวยเครองเอกทรเดอร (Extruder)

นอกจากวธการผลตกลาเชอระดบอตสาหกรรมทไดกลาวมาแลวขางตนแลว ยงมการศกษาการผลตกลาเชอแบบอดเมดดวยเครองเอกทรเดอร โดยผสมเชอกบผงเซลลโลสเกรดทใชส าหรบอาหาร (Food grade) และกลเซอรอล ใหสวนผสมมความชนประมาณ 37% น าไปผานเครองเอกทรดเดอร ใหไดเมดกลมขนาด 1.2 มลลเมตร Fluidized bed

dr g ดกลา น ามา แคลเซยม ดยมอลจเนทหรอคารบอกซเมทลเซลลโลส พบวา กลาเชอรปแบบนมชวตรอดนานพอสมควร เมอเกบทอณหภม 4C

5.4.5 กลาเชอทผลตโดยการเพาะเลยงแบบแหง (Solid culture)

การผลตกลาเชอ Lactobacillus spp. และ Pediococcus spp. เพอใชในการหมกแหนม สามารถท าไดโดยการเพาะเลยงแบบแหงในถงพลาสตก โดยดดแปลงจากการผลตเชอแบคทเรยแลคตกเพอเสรมอาหารสกร อาหารทใชเลยงเชอไดแก แปงขาวเจาผสมกบ YP broth น าไปบมเปนเวลา 24 ชวโมง แลวท าใหความชนลดลง โดยการเตมแปงขาวเจาในอตราสวน 1 : 3 :5

13% เชอผงนสามารถกบในตเยนไดไมนอยกวา 8 ท จะลด เชอ ไว 12 เชอในการ เชอ 1 กรม ตอแหนม 1 กโลกรม

186


1. กลาเชอหรอเชอตงตน (Starter หรอ Starter culture) หมายถง

2. ลกษณะของกลาเชอทเราตองการควรมลกษณะเปนแบบใด

3. จลนทรยทจะน ามาผลตเปนกลาเชอ ควรมคณสมบตทส าคญอยางไรบาง

4. จงอธบายบทบาทของเชอรา ยสต และแบคทเรยแลคตกในลกแปง

5. แบคทเรยแลคตกทน ามาใชผลตเปนกลาเชอ ควรมคณสมบตทส าคญอยางไร

6. การเกบรกษากลาเชอแบคทเรยแลคตก มกวธ อะไรบาง

187


1. กลาเชอหรอเชอตงตน หมายถง เชอจลนทรยบรสทธ เชน เชอรา แบคทเรย ยสตทเพาะเลยงขนมาเพอใชเปนเชอตงตนในการหมกผลตภณฑตางๆ เชน สรา ซอว โยเกรต เพอใหไดผลตภณฑทดมคณภาพสม าเสมอทกครงทผลต

2. กลาเชอทเราตองการควรมลกษณะ คอ ตองเปนเซลลทแขงแรงและอยในระยะทก าลงเจรญเตบโตอยางรวดเรว (Log phase) ตวอยางของกลาเชอ เชน ลกแปงและโคจ (Koji)

3. คณสมบตทส าคญของจลนทรยทจะน ามาผลตเปนกลาเชอ มดงน

1) เปนสายพนธทมประสทธภาพในการหมก มความสามารถในการสรางผลตภณฑไดในปรมาณมาก หรอสรางผลตภณฑไดรวดเรวกวาสายพนธอน

2) ท าใหผลตภณฑมกลน รส และเนอสมผสทด เปนทยอมรบของผบรโภค

3) สามารถยบย งการเจรญของจลนทรยปนเปอนและเชอกอโรคได

4) สามารถเจรญและเกดกจกรรมการหมกไดดในชวงอณหภมกวาง 5) สามารถเจรญและเกดกจกรรมการหมกไดดในชวง pH กวาง 6) ทนตอการบกรกท าลายของแบคเทอรโอฟาจ (Bacteriophage) ซงการใชกลาเชอผสม (Mixed

culture) สามารถลดปญหาการบกรกท าลายของแบคเทอรโอฟาจได เนองจากแบคเทอรโอฟาจแตละชนดมความจ าเพาะตอการเขาท าลายแบคทเรยในระดบสายพนธ

7) เปนสายพนธทมความคงตวทางพนธกรรม ซงในขนตอนการผลตกลาเชอจะตองมการตรวจสอบประสทธภาพการท างานของจลนทรยอยางสม าเสมอ

8) ไมเปนสายพนธทกอโรค และไมสรางสารพษ

9) เปนสายพนธทมอายการรอดชวต (Longevity) นาน หรอมโครงสรางทชวยใหทนตอสภาวะแวดลอมตางๆ ไดด

4. บทบาทของเชอรา ยสต และแบคทเรยแลคตกในลกแปง ยกตวอยางเชน การผลตสาโทโดยลกแปงเหลา มดงน เชอราจะสรางเอนไซมออกมายอยแปงในวตถดบ เชน ขาวเหนยว ใหไดเปนน าตาล จากนนยสตจะเกดการหมกเปลยนน าตาลเปนเอทานอล สวนแบคทเรยแลคตกจะสรางกรดแลคตกออกมาเพมกลนรสใหกบผลตภณฑ

188

5. คณสมบตทส าคญของกลาเชอแบคทเรยแลคตก มดงน

1)

2) ผลตสารทใหกลนเฉพาะของอาหารหมกชนดนนๆ

3) อยในสภาพทเมอน าไปเปนกลาเชอ (Starter หรอ Inoculum) จะสามารถเจรญแขงขนกบจลนทรยอนไดด

4) ปราศจากไวรสของแบคทเรยหรอฟาจ (Bacteriophage) ซงเปนคณสมบตทส าคญมากทสด

6. การเกบรกษากลาเชอแบคทเรยแลคตก ม 5 วธ ไดแก 1) กลาเชอแชแขง (Frozen culture) 2) กลาเชอไลโอฟลไลส หรอแชงเยอกแขง (Frozen dried culture) 3) กลาเชอสเปรไดร (Spray- dried culture) 4) กลาเชออดเมดดวยเครองเอกทรเดอร (Extruder)

5) กลาเชอทผลตโดยการเพาะเลยงแบบแหง (Solid culture)

189


นภา โลทอง. (2535). กลาเชออาหารหมกและเทคโนโลยการผลต. พมพครงท 2. กรงเทพฯ: หจก. ฟนน พบบลช ชง.

พมพเพญ พรเฉลมพงศ และนธยา รตนาปนนท. (2556). Starter/กลาเชอ. สบคนเมอ 12 มถนายน 2556, จาก http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0503/


สมใจ ศรโภค. (2540). เทคโนโลยการหมก. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. อรพน ภมภมร. 2526. จลนทรยในเครองดมประเภทแอลกอฮอลและอาหารหมกพนเมอง. กรงเทพฯ:

ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะอตสาหกรรมเกษตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and Applications.


http://www.fermentersclub.com/miso/koji-large/ สบคนเมอ 5 สงหาคม 2557

http://rowanandoak.com/rowan-oak/category/main-navigation/herbal-tutorials สบคนเมอ 5 สงหาคม 2557

http://maekaew.lnwshop.com/product/ สบคนเมอ 10 กนยายน 2557

http://surathai.files.wordpress.com/2011/05/bangkok-0061.jpg สบคนเมอ 10 กนยายน 2557

http://maekaew.lnwshop.com/product/ สบคนเมอ 15 กนยายน 2557

https://surathai.wordpress.com/tag/ สบคนเมอ 15 กนยายน 2557

http://www.fermentersclub.com/miso/koji-large/ สบคนเมอ 20 กนยายน 2557

http://www.ichibajunction.com.au/en/articles/193.html สบคนเมอ 25 กนยายน 2557

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0503/

http://www.fermentersclub.com/miso/koji-large/%20สบคน

http://rowanandoak.com/rowan-oak/category/main-navigation/herbal-tutorials

http://maekaew.lnwshop.com/product/%20สบคน

http://surathai.files.wordpress.com/2011/05/bangkok-0061.jpg

http://maekaew.lnwshop.com/product/%20%20สบคน

https://surathai.wordpress.com/tag/%20%20สบคน

http://www.fermentersclub.com/miso/koji-large/

http://www.ichibajunction.com.au/en/articles/193.html%20สบคน


การผลตอาหารสตวและปยชวภาพ 4 ชวโมง




2.1 การใชโพรไบโอตกสในอาหารสตว

2.2.1 แนวคดในการใชโพรไบโอตกสในทางเดนอาหารสตว

2.2.2 กลไกการท างานของโพรไบโอตกสในทางเดนอาหารสตว

2.2.3 การใชโพรไบโอตกสในการแกไขปญหาสขภาพสตว

2.2.4 สารตานการเจรญของจลนทรยทผลตโดยโพรไบโอตกส

2.2 รปแบบของโพรไบโอตกสในอาหารสตว


4. การผลตปยชวภาพ

4.1 ความหมายของปยชวภาพ

4.2 ประเภทของปยชวภาพ

4.3 ขอแนะน าในการใชปยชวภาพ

4.4

4.5 ค าถามทายบท เฉลยค าถามทายบท




1. สรปแนวโนมความตองการผลตภณฑอาหารสตวในปจจบนได

2. เปรยบเทยบประโยชนและโทษของการใชสารกระตนการเจรญเตบโตในอาหารสตวได

3. เขยนสรปกลไกการท างานของโพรไบโอตกสในทางเดนอาหารสตวได

4. ยกตวอยางชนดของสารตานการเจรญของจลนทรยทโพรไบโอตกสสรางขนได 5. ยกตวอยางการใชโพรไบโอตกสในอตสาหกรรมการเลยงสตว

6. สรปความหมาย ประเภทของใชปยชวภาพ และแนวทางการใชปยชวภาพในอนาคตได

192












193

บทท 9

การผลตอาหารสตวและปยชวภาพ

บทน า

ในปจจบนน อตสาหกรรมเกษตร เชน อตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมการผลตพชและสตว นบวาเปนอตสาหกรรมทมบทบาทส าคญในการขบเคลอนระบบเศรษฐกจของประเทศ เนองจากประเทศไทยมแหลงทรพยากรสงมชวตทมความหลากหลายสง โดยมงานวจยทเกยวของกบการใชประโยชนจากจลนทรย ทน าไปสการพฒนาเทคโนโลยชวภาพทางการเกษตรและอตสาหกรรมเกษตร เพอเพมผลผลตทางการเกษตร เพมมลคาผลตภณฑ รวมถงการเพมประสทธภาพและปรบปรงกระบวนการผลตอยางตอเนอง เพอตอบสนองความตองการของผบรโภค

ปจจยส าคญทจะสงเสรมการเพมผลผลตทางการเกษตรใหเพยงพอและปลอดภยตอผบรโภค ไดแก อาหารสตว และปย ทมคณภาพ ทงนไดมงานวจยทเกยวของกบอตสาหกรรมเกษตร โดยเฉพาะการผลตอาหารสตวและปยชวภาพ โดยมการประยกตใชจลนทรยในอาหาร/อาหารสตว โดยใชเปนตนเชอจลนทรยส าหรบ อาหารหมก ประยกตใชโพรไบโอตกสในอตสาหกรรมอาหารและอาหารสตว เพอลดการใชยาปฏชวนะ รวมถงงานวจยดานการใชประโยชนจากจลนทรยเพอเปนแหลงผลตกรดไขมน

ไมอมตว การพฒนาจลนทรย/เอนไซมทมคณสมบตเหมาะสมกบวตถดบในประเทศ และสามารถผลตไดในราคาทสามารถแขงขนไดกบเอนไซมจากตางประเทศจงม ความส าคญอยางยงตอการสรางความเขมแขงทางดานอตสาหกรรมเทคโนโลย ชวภาพของประเทศเพอทดแทนการน าเขาในระยะยาว สวนงานวจยทเกยวของกบการผลตปยชวภาพนน ไดเนนการศกษาประสทธภาพของการใชเชอจลนทรยชนดตางๆ ทน ามาใชผลตเปนปยชวภาพ เชน แหนแดง ไซยาโนแบคทเรย ไรโซเบยม เปนตน


ในปจจบน การเลยงสตวไดปรบเปลยนรปแบบจากการเลยงในครวเรอนมาเปนการเลยงในเชงพานชย นยมใชอาหารส าเรจรปมากขน เนองจากสะดวกและใหผลคมคา ดงนนความตองการอาหารสตวส าเรจรปจงมแนวโนมสงขนเรอยๆ สงผลใหอตสาหกรรมอาหารสตวส าเรจรปในประเทศขยายตวมากขน การผลตอาหารสตวส าเรจรปสวยใหญใชวตถดบทผลตเองไดในประเทศเปนสวนผสม เชน ร าขาว ปลายขาว ขาวโพด ขาวฟาง มนส าปะหลง ปลาปน กากถวเหลอง เปนตน ทงน อาจผสมวตามน เกลอแรตางๆ เชาไปดวยกได

อตสาหกรรมการเลยงสตวในปจจบนน ไดมการน าสตวทมศกยภาพทางพนธกรรมสงเขามาเลยงในฟารม มระบบปองกนรกษาสขอนามยทด มการใชยาปฏชวนะและสารเคมทเตมลงไปในอาหาร เพอท าใหสตวสามารถใหผลผลตทมประสทธภาพสง แตผลของการใชยาและสารเคมน ท าใหเกดปญหา

194

สารตกคางในเนอสตวและผลตภณฑจากสตว ผบรโภคจงเรยกรองใหลดการใชยาปฏชวนะและสารเคมตางๆ ลง ตลอดจนเกดปญหาการกดกนทางการคาทตางประเทศตงขอก าหนดใหผลตภณฑเนอสตวทสงออกจากประเทศไทย เชน เนอไก และเนอกง ตองไมมสารเคมและยาปฏชวนะตกคาง ดงนน จงมการหาแนวทางใหมๆ ทท าใหสตวสามารถเจรญเตบโตไดด และมประสทธภาพในการเจรญเตบโตสงเทาเดม และไมกอใหเกดสารตกคางในผลตภณฑเนอสตว ซงไดแก แนวทางการใชผลผตภณฑจากธรรมชาต (Natural animal products) และการใชเทคโนโลยชวภาพ โดยการใชเทคโนโลยชวภาพนจะชวยในการปรบปรงพนธ ชวยในการเรงการเจรญเตบโต และการใหผลผลตทดแทนสารปฏชวนะ ชวยเพมการยอยโภชนะในอาหาร เพอลดปรมาณโภชนะทยอยไมไดใหนอยลง เปนการลดมลภาวะในสงแวดลอม เปนตน (โรงงานอาหารสตวเจเอฟบจ ากด, 2553)

การเจรญเตบโตทางดานเศรษฐกจของประเทศไทยอยางรวดเรว ท าใหภาคอตสาหกรรมเกดการขยายตว ภาคเกษตรกรรมและปศสตวจงตองพฒนาควบคกนไปดวย ดงนน การพฒนาการปศสตว จงสามารถท าไดโดยการพฒนาอาหารสตวใหมคณภาพด ราคาถก เพอลดตนทนการผลต ทงน อาหารสตวทใชในอตสาหกรรมปศสตวคดเปนรอยละ 60-70 ของตนทนการผลตทงหมด ดงนน หากสามารถลดตนทนการผลตอาหารสตว หรอสามารถผลตอาหารสตวทมประสทธภาพสง กจะชวยเพมศกยภาพในการสงออกใหสามารถแขงขนกบตลาดตางประเทศได (กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม, 2548)

ปจจบนธรกจอาหารสตวในประเทศขยายตวเพมขน โดยไดรบแรงหนนจากความตองการบรโภคเนอสตวภายในประเทศและการขยายของภาคปศสตวขนาดใหญแบบเขมขนขน ประกอบกบการเพมขนของรายได และการเปลยนแปลงรปแบบการด าเนนชวตของผบรโภคยคใหม การเตบโตและการขยายสาขาอยางรวดเรวของรานอาหารฟาสตฟดส รวมไปถงผลตภณฑอาหารพรอมรบประทานทขยายชองทางไปสตางจงหวดมากขน นอกจากนแนวโนมการเพมขนของจ านวนประชากรและการขยายตวทางเศรษฐกจอยาง รวดเรว ตลอดจนความตองการบรโภคเนอสตวในกลมชาวตางชาตทเขามาทองเทยว และพ านกในประเทศไทย ยงเปนปจจยส าคญทสนบสนนการบรโภคเนอสตวใหเพมขนดวย

ทงน ตลาดอาหารสตวในประเทศเพอนบานอาเซยนนบเปนอกตลาดหนงทนาสนใจ โดยตลาดสงออกทส าคญในปจจบนอยในประเทศกมพชา เวยดนาม นอกจากนธรกจอาหารสตวของไทยยงขยายฐานการลงทนไปยงประเทศในแถบอาเซยน ไดแก กมพชา ลาว พมา เวยดนาม มาเลเซย อนโดนเซย และฟลปปนส

อยางไรกตาม อตสาหกรรมการผลตอาหารสตว กมปจจยเสยงในหลายดาน โดยเฉพาะปญหาดานปรมาณและราคาวตถดบอาหารสตว ซงอาหารสตวสวนใหญผลตโดยใชวตถดบอาหารสตวในประเทศเปนหลกโดย เฉพาะขาวโพดเลยงสตว แตบางปผลผลตขาวโพดลดลง เนองจากเกษตรกรปรบเปลยนไปปลกพชอนททนแลงและใหผลตอบแทนทดกวา เชน มนส าปะหลง และออยโรงงาน สงผลใหผลผลตในบางปไมเพยงพอ ตองน าเขาวตถดบอาหารสตวจากประเทศเพอนบาน เชน ลาว

195

กมพชา จงท าใหผประกอบการตองเผชญกบความเสยงทางดานราคาตนทนวตถดบทม ความผนผวนซงขนอยกบสภาพดนฟาอากาศ

อตสาหกรรมการผลตอาหารสตวของไทย เปนการผลตเพอรองรบความตองการใชภายในประเทศ เปนหลกถงรอยละ 94 โดยสดสวนปรมาณอาหารสตวใชไปในไกเนอและไกไขเปนหลกถงรอยละ 53 และสดสวนวตถดบหลกไดแกขาวโพด ผลตภณฑขาวและมนส าปะหลงถงรอยละ 60

โดยวตถดบไดมาจากทงผลผลตภายในประเทศและบางสวนไดจากการท าการเกษตรแบบ พนธสญญา (Contract farming) เนองจากบางปไทยผลตวตถดบไดไมเพยงพอกบความตองการภายในประเทศ จากรปท 9.1 จะเหนไดวา ความตองการอาหารสตวของไทยมแนวโนมเพมขนเรอยๆ เ นองจากผประกอบการมการปรบระบบเลยงสตวทดขน ลดความสญเสยจากปญหาโรคระบาดในสตว ท าใหประชากรสตวเพมขน และแนวโนมความตองการบรโภคเนอสตวทงในและตางประเทศทขยายตว

สงผลตอการเตบโตของความตองการอาหารสตวอยางตอเนอง (ศนยวจยกสกรไทย, 2555)

รปท 9.1 แนวโนมความตองการอาหารสตวของไทย ระหวาง พ.ศ. 2547 – 2555

ทมา : http://www.farmkaikhai.com/board/index.php?topic=305.0

นอกจากน การผลตอาหารสตวใหไดระดบสากล จะตองด าเนนการตามมาตรฐาน GMP (Good

Manufacturing Practice) ซงเปนมาตรฐานทเนนการปองกนและขจดความเสยงทอาจจะท าใหเกดอาหารเปนพษ เปนอนตรายหรอเกดความไมปลอดภยแกผบรโภค และเปนระบบประกนคณภาพพนฐานทจะพฒนาไปสระบบประกนคณภาพอนๆ ตอไป

ประเภทของโรงงานในอตสาหกรรมอาหารสตวสามารถจ าแนกไดเปน 2 กลม คอ โรงงานทผลตวตถดบอาหารสตว และโรงงานผลตอาหารสตวแปรรป ลกษณะทวไปของโรงงานผลตอาหารสตว

http://www.farmkaikhai.com/board/index.php?topic=305.0

196

จะประกอบดวยทเกบวตถดบและผลตภณฑ หมอไอน าหรอหมอน ามนรอน ระบบบ าบดกลน เครองจกรตางๆ เชน เครองผสม เครองอดเมด หมออบ เปน


ใน ค.ศ. 1940 นกวทยาศาสตรพบวายาปฏชวนะบางชนด เชน Tetracycline สามารถใชเปนสารกระตนการเจรญเตบโตในสตวได (Antibiotic growth promoter ; AGP) และป ค.ศ. 1953 US-FDA ไดรบรองให Chlortetracycline และ Oxytetracycline เปนสวนผสมในอาหารสตว (Animal feed additives)

ตอมาในป ค.ศ. 1969 Swann Committee แหงสหราชอาณาจกรคนพบสารพนธกรรมทตานฤทธยาปฏชวนะ Oxytetracycline ในสตวเลยงทไดรบ AGP และในเชอ Salmonella typhimurium สหราชอาณาจกรจงประกาศหามใช AGP ตงแตป ค.ศ. 1971 เปนตนมา และเมอตนป ค.ศ. 2006 EU กไดประกาศหามใช AGP ในอาหารสตวเชนกน

ปจจบนประเทศตางๆ โดยเฉพาะกลมยโรป สหรฐอเมรกา แคนาดา ญปน และออสเตรเลย ตางหามการน าเขาผลตภณฑสตวทมยาปฏชวนะตกคาง เนองจากกลววายาปฏชวนะตกคางจะเปนสารกอมะเรง และท าใหเกดการดอยาปฏชวนะในคน ดงนน การสงออกผลตภณฑสตวไปยงประเทศตางๆเหลานตองท าการตรวจหาปรมาณยา ปฏชวนะตกคางเปนหนวยละเอยดถง ‘สวนในพนลานสวน’ (Part

per billion ; ppb) จงตองใชเครองมอและเทคนคทมความไวสง เชน LC/MS/MS (Liquid

Chromatography/Mass Spectometry/Mass Spectometry) ซงใชตรวจหาสารปฏชวนะ Chloramphenicol

และ Nitrofurans

จากการหามใช AGP ในอาหารสตว ท าใหมการคนควาวจยเพอหาสงตางๆ มาใชทดแทนซงสารเสรมชวนะหรอโพรไบโอตกส(Probiotics) และอาหารเสรมชวนะหรอพรไบโอตกส (Prebiotics)

กเปนอกหนงทางเลอกทนาสนใจ เนองจากมความปลอดภยในการใชสง แตอาจเหนผลชาและไมชดเจนนกเมอเทยบกบ AGP อนเนองมาจากความจ าเพาะระหวางชนดสตวกบสายพนธของจลนทรย รวมถงความเครยดของสตวจากปจจยแวดลอมตาง ๆ ดวย

ในปจจบนนมอาหารสตว วตามน และอาหารเสรมของสตวเลยงหลากหลายชนดทมการเตม พรไบโอตกสหรอโพรไบโอตกสเปนสวนผสมในอาหาร ทงเพอกระตนยอดขาย ดงดดความสนใจ และเพอประโยชนของการเลยงสตวเปนหลก ผเลยงควรทจะมความรความเขาใจเพอตดสนใจไดดขนในการเลอกซอ ใหเกดประโยชนจรงๆ

2.1 การใชโพรไบโอตกสในอาหารสตว

โพรไบโอตกส (Probiotics) คอเชอจลนทรยทมชวต ซงอาจอยในรปเชอชนดเดยวหรอเชอผสม เมอน าไปใชในสตวหรอมนษยจะสงผลตอสงมชวตทเปนเซลลเจาบาน ชวยในการยบย งเชอกอ

197

โรค เพมภมตานทาน เพมความสามารถในการยอยและดดซมอาหาร สงผลตออตราการเจรญ อตราการแลกเปลยนอาหาร คณภาพและปรมาณผลผลตทได รวมทงชวยในการลดคอเลสเตอรอลดวย

2.1.1 แนวคดในการใชโพรไบโอตกสในทางเดนอาหารสตว

ในการใชโพรไบโอตกสในทางเดนอาหารสตว มแนวคดมาจากความตองการลดการใชสารปฏชวนะเพอท าลายเชอจลนทรยกอโรคในสตวเลยง โดยเกดจากหลกการทวา ในทางเดนอาหาร โดยเฉพาะในล าไสเลก ไสตง และล าไสใหญ มจลนทรยอาศยอยหลายชนด จลนทรยแตละชนดกตางด าเนนกจกรรมเพอการเจรญเตบโตและขยายจ านวน โดยใชโภชนะจากอาหารทสตวกนและสรางผลผลตจ าเพาะของจลนทรยแตละชนด (Species) ออกมา สดสวนของชนดจลนทรยและผลผลตทแตละชนดสรางขนมาจะสงผลกระทบตอ ความคงอยของจลนทรยชนดอนและสขภาพของสตว (Host) ซงมทงประโยชนและโทษ

ในสภาพการเลยงสตวทวไป มกจะท าใหสตวเกดความเครยด ไมวาจากดนฟาอากาศ การเลยงรวมกนอยางหนาแนน การใชยาวคซน การเปลยนอาหาร การขนยาย หรอความเครยดอน ๆ ลวนสงผลใหจลนทรยในทอทางเดนอาหารเปลยนแปลงไปในทศทางทเพมปรมาณของเชอจลนทรยทเปนโทษพรอมๆ กบการลดปรมาณจลนทรยทเปนประโยชนลง ผลกคอ สตวจะโตชา กนอาหารลดลง ทองรวง หรอภมตานทานลดลง การเตมโพรไบโอตกส ซงสวนใหญเปนแบคทเรยทผลตกรดแลกตค (Lactic

acids forming bacteria หรอ LAB) ลงในอาหารในปรมาณทมากพอ จะท าใหเกดผลดตอสมรรถนะการผลตและสขภาพของสตว โดยโพรไบโอตกสเหลานจะมบทบาทตอสตวเลยง ดงน

1. ยบย งการเพมจ านวนของจลนทรยทเปนโทษ โดยการแยงทเกาะหรอแยงอาหารหรอท าใหสภาพแวดลอมไมเหมาะสม อนเปนการชวยลดสารพษทเชอจลนทรยเหลานนผลตขน

2. ผลตสารตานการเจรญเตบโตและตงถนฐานของจลนทรยทเปนโทษ

3. ผลตเอนไซมทมผลในการท าลายสารพษในอาหาร หรอทเชอจลนทรยทเปนโทษผลตขน

4. กระตนในเกดภมตานทานตอโรคของสตว

5. ผลตเอนไซมชวยยอยอาหารเพมเตมใหแกสตว

จะเหนไดวา การเตมโพรไบโอตกสลงในอาหารสตว จงมผลคลายกบการเตมยาปฏชวนะในแงของการยบย งการเจรญเตบโตของจลนทรยทเปนโทษ และกระตนการเจรญเตบโตของสตว และเนองจาก โพรไบโอตกสเปนแบคทเรยทไดจากธรรมชาต จงไมมผลตอความสามารถในการดอยาในเชอจลนทรยทเปนโทษ และปลอดจากสารพษตกคางในผลตภณฑจากสตว ดงนน จงมแนวโนมวา โพรไบโอตกส จะเปนวตถดบอาหารสตวทจะถกน ามาทดแทนยาปฏชวนะตอไปในอนาคต (บรษทบคเคมคอล จ ากด, 2556)

2.1.2 กลไกการท างานของโพรไบโอตกสในทางเดนอาหารสตว

โพรไบโอตกส ไดรบการกลาวถงเปนครงแรกในรายงานวจยของ Lilly และ Stillwell ในป ค.ศ. 1965 โดยไดกลาวถงสารทจลนทรยชนดหนงขบออกมา และชวยกระตนการเจรญเตบโตของจลนทรย

198

อกชนดหนง ซงเปนการท างานทตรงขามกบการท างานของยาปฏชวนะ (Antibiotics) ทจะท าลายจลนทรยเกอบทกชนด ในป ค.ศ. 1974 Parker ไดใหค าจ ากดความ Probiotics คอสงมชวตและสารเคมทมผลตอสมดลของจลนทรยในล าไส ตอมาในป ค.ศ. 1989 Fuller อธบายค าวา Probiotics คออาหารเสรมซงเปนจลนทรยทมชวต สามารถกอประโยชนตอรางกายของสงมชวตทมนอาศยอย โดยการปรบสมดลของจลนทรยในรางกาย จนในทสดป ค.ศ. 1992 Havenaar และ Veid ไดขยายค าจ ากดความของ Probiotics วา จะตองประกอบดวยจลนทรยทมชวตซงอาจมเพยงชนดเดยวหรอเปนสวน ผสมของจลนทรยหลายชนด ทสามารถไปปรบปรงคณสมบตของจลนทรยดงเดมทอาศยอยในล าไสของสตวนน

โดยจลนทรยเหลานอาจอยในรปของเซลลแหงจากขบวนการระเหดแหง (Freeze-dried cells) หรออยในรปผลตภณฑหมก ซงนอกจากไปสงเสรมการเจรญเตบโตแลว ยงท าใหคนและสตวมสขภาพดขนดวย และโพรไบโอตกสไมไดจ ากดการใชเฉพาะในทางเดนอาหารเทานน ยงอาจไปมผลตอระบบอน ๆ เชน ทางเดนหายใจสวนตน หรอระบบปสสาวะ และระบบสบพนธ (บรษทบคเคมคอล จ ากด, 2556)

รปท 9.2 แสดงกลไกการท างานของโพรไบโอตกสในล าไสสตว

ทมา : Otutumi และคณะ (2013)

กลไกการท างานของโพรไบโอตกส คอ จะไปแยงทยดเกาะกบเชอจลนทรยใหมบนเยอบผนงล าไส ซงโพรไบโอตกสแทจรงแลวเปนจลนทรยทเปนประโยชน ซงมอยตามธรรมชาต เปนสวนหนงในทางเดนอาหาร จลนทรยเหลานมความสามารถในการตอตานการเกาะของเชอจลนทรยใหม บนผนงล าไส โดยกระบวนการทเรยกวา Competitive exclusion หรอ Colonization resistance ซงเปนกลไกการ

199

ตอตานการเกาะของเชอจลนทรยชนดใหม โดยจลนทรยเดม นอกจากจะขดขวางการเขาเกาะของจลนทรยทเปนโทษโดยตรงแลว จลนทรยเดมในทางเดนอาหารยงผลตสารซงเปนพษตอเชอจลนทรยท

เขาไปใหม เชน กาซไฮโดรเจนซลไฟด กรดน าดอสระ เชน Deoxycholic acid ซงสารเหลานชวยปองกนการเขาเกาะและตงถนฐาน (Colonization) ของเชอจลนทรยใหมทเปนโทษสวนใหญ ดงแสดงในรปท 9.2

นอกจากน โพรไบโอตกสยงชวยเพมภมตานทาน เพมความสามารถในการยอยและดดซมอาหาร สงผลตออตราการเจรญ อตราการแลกเปลยนอาหาร คณภาพและปรมาณผลผลตทได รวมทงชวยในการลดคอเลสเตอรอลดวย โดยกลไกของโพรไบโอตกสทรวมในกระบวนการปรบสมดลของจลนทรยในล าไส คอ ชวยสงเสรมการเจรญของจลนทรยทมประโยชน และยบย งการเจรญของจลนทรยกอโรค ซงตรงขามกบสารปฏชวนะทยบย งการเจรญของจลนทรยทงสองประเภท (ภคมน และคณะ, 2551)

การทโพรไบโอตกสสามารถกระตนใหสตวเกดภมตานทานโรคน น ยงไมทราบกลไกทแนนอนนก แตเปนทยอมรบกนวา โพรไบโอตกสชวยกระตนภมตานทานโรคของสตว ทงในแงเพมความตานทานโรคโดยตวสตวเอง (Non-specific defence mechanisms of the hosts) และในแงการกระตนการท างานของระบบภมคมกน (Immune system) โดยโพรไบโอตกสจะไปกระตนการท างานของเซลลแมคโครฟาจก (Macrophages) และเซลลทเกยวของกบการท าลายเซลลทแปลกปลอม รวมทงกระตนการท างานของระบบการหลงสารภมคมกน โดยการหลงแอนตบอด เชน IgA ออกมาจบเชอจลนทรยแปลกปลอมไมใหเกาะกบเซลลบผนงล าไสเลกได (Hentges, 1992 อางโดย บรษทบค เคมคอล จ ากด, 2556)

ดงนน การทจะใชโพรไบโอตกสในอาหารสตวใหไดประโยชนสงสด เราจ าเปนตองค านงถงคณสมบตของเชอจลนทรยทน ามาใชเปนโพรไบโอตกส ดงน

1. ตองระบปรมาณแบคทเรยจ าเพาะขนต า (เชน CFU/กรม) ทจะท าใหจลนทรยเปนประโยชนในทอทางเดนอาหาร

2. เชอจลนทรยนนสามารถเกาะตดผนงล าไสอยางถาวรได (Permanent colonization หรอ

establishment)

3. เชอเรมตนจะตองแหง 4. เชอเรมตนจะตองตอบสนองตออณหภมทผนแปรได

5. เชอเรมตนตองกระตนใหสตวตอบสนองในระดบทเหมาะสมกบปรมาณทไดรบ

2.1.3 การใชโพรไบโอตกสในการแกไขปญหาสขภาพสตว

จากปญหาการปนเปอนเชอซลโมเนลลา (Samonella sp.) ในผลตภณฑสตว ท าใหสตวไดรบเชอชนดนเขาไปมาก จงเกดแนวคดทจะน าโพรไบโอตกสมาแยงจบกบเชอซลโมเนลลาในทอทางเดน

200

อาหาร โดยมการทดลองของ Nurmi and Rantala, 1973 พบวา การน าเอาจลนทรยเดมในทออาหารของไกทมสขภาพด ไปใหลกไกฟกใหมกน จะท าใหลกไกพฒนาจลนทรยในทางเดนอาหารทท าใหลกไกตานทานโรคท เกดจากชอซลโมเนลลาไดดขน โดยโพรไบโอตกสจะไปแยงโภชนะกบเชอจลนทรยชนดใหมนนเอง

สมมตฐานเกยวกบกลไกการควบคมเชอจลนทรยชนดใหมโดยโพรไบโอตกสโดยการแกงแยงโภชนะ ไดมาจากการสงเกตเหนการแยงโภชนะกนระหวางจลนทรยทเพาะเลยงโดยระบบ Continuous

flow system ในหองทดลอง (Freter et al.,1983) แตขอมลการวจยทในสภาวะล าไสเลกจรงยงมไมเพยงพอทจะสนบสนนสมมตฐานนอยางชดเจน อยางไรกตาม Jonsson และ Conway (1992) เชอวากลไกการยบย งการตงถนฐานของเชอจลนทรยใหมโดยโพรไบโอตกสไมนาจะเกดขนบนล าไสเลกอยางเดยว แตโพรไบโอตกสนาจะแยงโภชนะในบรเวณทเกาะตงถนฐานไมใหเหลอพอทเชอจลนทรย ใหมจะใชในการเจรญเตบโตและขยายจ านวนได หรอมฉะนนสารยบย งทโพรไบโอตกสผลตขนอาจมสวนรวมในการยบย งการตงถนฐานของเชอจลนทรยใหม ดวย

2.1.4 สารตานการเจรญของจลนทรยทผลตโดยโพรไบโอตกส

โพรไบโอตกสสามารถผลตสารตานการเจรญของเชอจลนทรยอนไดหลายชนด เชน แบคเทอรโอซน (Bacteriocins) สารคลายแบคเทอรโอซน (Bacteriocin-like substances) และสารยบย งชนดอนๆ เชน ไฮโดรเจนเปอรออกไซด และกรดอนทรยบางชนด ตวอยางของสารเหลานเชน แบคเทอรโอซน ทจลนทรยกลม Lactobacilli สรางขน จะออกฤทธในการท าลายเชอจลนทรยโดยตรง สวนกรดอนทรยโดยเฉพาะกรดไขมนทระเหยได เชน กรดแลคตค อะซตค โพรพออนนค และบวทรค นอกจากจะชวยลดคาความเปนกรดดางของล าไสและไสตงลง ท าใหม pH ทไมเหมาะสมส าหรบการเพมจ านวนของเชอจลนทรยใหม แลว กรดทยงไมเกดปฏกรยาไอออนไนเซชนยงมผลในการยบย งการเจรญของแบคทเรยอยางดดวย

โพรไบโอตกสสวนใหญจะเปนแบคทเรยทผลตกรดแลกตค (Lactic acid bacteria) ซงแหลงทมาของจลนทรยเหลานไดแก จลนทรยทอยในทอทางเดนอาหารของสตว รวมทงผลตภณฑจากนม เชน โยเกรต และนมเปรยว เชน Lactobacillus spp. ซงสวนใหญไดมาจากทางเดนอาหารของสตวหรอผลตภณฑนม Bifidobacterium spp. พบในทางเดนอาหารของทารกทเลยงดวยนมแม Enterococcus spp. พบในล าไสของสตว ยสต Saccharomyces cerivisiae และ Candida pintolopesii เชอรา Aspergillus niger เปนตน จลนทรยโพรไบโอตกสสวนใหญจะมความจ าเพาะในการเจรญ โดยจะเจาะจงเจรญในทอทางเดนอาหารของสตวทเปนทมาของเชอ (Host specific) เทานน แตกพบวา มเชอบางชนดสามารถเจรญในสตวตางชนดได หรอจลนทรยทเพาะเลยงในหองทดลองกสามารถเจรญไดในสตวหลายชนด

201

2.2 รปแบบของโพรไบโอตกสในอาหารสตว

โพรไบโอตกส ทใชกนอยในปจจบน จะมจลนทรยหลายชนดผสมกนอยและอาจอยในรปผง เมดแกรนล (Granule) หรอรปแปงเปยก การใหสตวกนอาจจะท าโดยการกรอกใหสตวกนโดยตรง หรอผสมกบอาหาร เตมในน า คณสมบตของโพรไบโอตกสทดจะตองเตรยมใหไดเชอเปนทสามารถมชวตอยในสภาพการเกบรกษา ตามปกตและตองสามารถคงอยในทางเดนอาหารสตว รวมทงตองใหผลทเปนประโยชนตอตวสตวดวย การเตม probiotic ในบางกรณตองมการเตมหลายครง หรอใหกนตดตอกนไประยะหนงเพอใหจลนทรยเสรมชวนะเกาะตงถน ฐานอยางถาวรได (บรษทบคเคมคอล จ ากด, 2556)

รปท 9.3 รปแบบของโพรไบโอตกสทใชในอาหารสตว

ทมา : http://www.healthyfoodforpets.com/probiotics.html


การใชโพรไบโอตกสในอตสาหกรรมการเลยงสตวในประเทศไทยนน พบวามการใชมากในกลมสตวน าและสตวปก โดยในอตสาหกรรมการเพาะเลยงสตวน านน นยมใชทงในการเลยงปลาและกง โดยโพรไบโอตกสจะชวยปรบสภาพสงแวดลอมภายในบอเพาะเลยงใหดขน เนองจากโพรไบโอตกสทอยในกลมแบคทเรยแกรมบวก เชน Bacillus sp. สามารถทจะเปลยนสารอนทรยสะสมในบอเพาะเลยงเปนกาซคารบอนไดออกไซด และลดการสะสมของคารบอนจากสารอนทรยในบอเพาะเลยงไดเปนอยางด จากการศกษาของวลาวณย และคณะ (2554) ในการให คว. พ. โพรไบโอตกสผสมกบอาหารเมดส าเรจรปยหอไฮเกรดในปลานล พบวา ปลานลมการเจรญเตบโตทางดานน าหนกและคาความอดมสมบรณทเพมขน และลดอตราการตายลง

ส าหรบอตสาหกรรมสตวปก เชน การใหโพรไบโอตกสกบไก จะชวยใหไกเลยงมความตานทานตอเชอกอโรคไดดขน ส าหรบในอตสาหกรรมการเลยงสกรนนมการทดลองใชโพรไบโอตกสเชนกน เชน ในประเทศเกาหลไดทดลองผสมโพรไบโอตกสในอาหารสกรหลงหยานม พบวา สกรม

202

การเจรญเตบโตและอตราการแลกน าหนกดกวาในกลมควบคม และใหผลใกลเคยงกบกลมทใหสารปฏชวนะ (วนด และคณะ, 2556)

4. การผลตป ยชวภาพ

ปย หมายถง วสดทใหธาตอาหารแกพช ซงในพระราชบญญตปย พ.ศ. 2518 ไดใหค าจ ากดความวา ‚ ปย‛ หมายถง สารอนทรย หรออนนทรยไมวาจะเกดขนโดยธรรมชาตหรอท าขนกตาม ส าหรบใชเปนธาตอาหารแกพชไดไมวาโดยวธใดหรอท าใหเกดการเปลยนแปลงทางเคมในดน เพอบ ารงความเตบโตแกพช นกวชาการปยโดยทวไปสามารถจ าแนกปยได 3 ประเภท คอ ปยเคม ปยอนทรย และปยชวภาพ

4.1 ความหมายของป ยชวภาพ

ค าวา ‚ ปยชวภาพ‛ (Bio-fertilizer) เปนค าศพททางดานปยทใชกนทวๆ ไป โดยไดมการบญญตศพทนขนจากศพทภาษาองกฤษวา Biological fertilizer ซงเปนการผสมกนของค าวา ‚ ปย‛ (Fertilizer) หมายถง ธาตอาหารพช กบค าวา ‚ ชวภาพ‛ (Biological) หมายถง สงทมชวต ดงนน การทบญญตค านขนมา จงใหหมายถง ‚ ปยทประกอบดวยจลนทรยทมชวต ทสามารถสรางธาตอาหาร หรอชวยใหธาตอาหารเปนประโยชนกบพช‛ หรอเรยกวา ‚ ปยจลนทรย‛ ตามค าจ ากดความนจะเหนไดวาไมใชจลนทรยทกชนดจะใชผลตเปนปยชวภาพได แตตองเปนจลนทรยทมคณสมบตพเศษ ทสามารถสรางธาตอาหารขนทางชวภาพ แลวแบงใหพชใชไดหรอมคณสมบตพเศษเฉพาะเจาะจงในการสรางสารบางอยางออกมา มผลท าใหชวยเพมปรมาณรปทเปนประโยชนของธาตอาหารพชบางชนด โดยเฉพาะอยางยงธาตอาหารหลกทส าคญ 3 ชนด คอ ไนโตรเจน ฟอสฟอรส และโปแตสเซยม

4.2 ประเภทของปยชวภาพ

ปยชวภาพสามารถแบงตามลกษณะการใหธาตอาหารแกพช ได 2 ประเภท คอ

1. ปยชวภาพทประกอบดวยจลนทรยสรางธาตอาหารพช

จลนทรย ทสามารถสรางธาตอาหารพชไดในปจจบนพบเพยงกลมเดยว คอ กลมจลนทรยตรงไนโตรเจน ประกอบดวยแบคทเรยและแอคทโนมยซท (Actinomycetes) จลนทรยกลมน มชดยนไนโตรจเนส (Nitrogenase genes) เปนองคประกอบในจโนม มหนาทส าคญในการควบคมการสรางเอนไซมไนโตรจเนส และควบคมกลไกการตรงไนโตรเจน ท าใหจลนทรยกลมนมกระบวนการตรงไนโตรเจนจากอากาศทมประสทธภาพ ปยชวภาพประเภทนสามารถแบงตามลกษณะความสมพนธกบพชอาศยได 2 แบบ คอ

1.1 กลมท 1 ปยชวภาพทประกอบดวยแบคทเรยตรงไนโตรเจนทอาศยอยรวมกบพชแบบพง พาอาศยซงกนและกน (Symbiosis) ปยชวภาพกลมนมแบคทเรยทมประสทธภาพในการตรงไนโตรเจนสงมาเปนสวนประกอบ สามารถทดแทนไนโตรเจนจากปยเคมใหกบพชอาศยไดมากกวา 50

เปอรเซนต ทงนขนอยกบชนดและสายพนธของจลนทรย ชนดของพชอาศย รวมทงระดบความอดม

203

สมบรณของดน สวนใหญมการสรางโครงสรางพเศษอยกบพชอาศยและตรงไนโตรเจนทางชวภาพจากอากาศ ไดแก การสรางปมของแบคทเรยสกลไรโซเบยมกบพชตระกลถวชนดตางๆ การสรางปมทรากสนกบแฟรงเคย การสรางปมทรากปรงกบสาหรายสเขยวแกมน าเงน สกลนอสทอค (Nostoc) และการอาศยอยในโพรงใบแหนแดงของสาหรายสเขยวแกมน าเงน สกลอะนาบนา (Anabaena) ในกลมนพชอาศยจะไดรบไนโตรเจนทตรงไดทางชวภาพจากจลนทรยไปใชโดยตรง สามารถน าไปใชในการสรางการเจรญเตบโต เพมผลผลตและคณภาพพชไดอยางมประสทธภาพ

รปท 9.5 การตรงไนโตรเจนและการเขาสรากพชของแบคทเรยตรงไนโตรเจน

ทมา : http://www.bio.miami.edu/dana/226/226F08_22print.html

รปท 9.4 การสรางปมของแบคทเรยสกลไรโซเบยมกบพชตระกลถว

ทมา : http://www.escience.ws/b572/L20/L20.htm

204

1.2 กลม ท 2 ปยชวภาพทประกอบดวยแบคทเรยตรงไนโตรเจนทอาศยอยรวมกบพชแบบ

อสระ (non-symbiotic N 2-fixing bacteria) แบคทเรยกลมนมประสทธภาพในการตรงไนโตรเจนต า จงสามารถทดแทนปยไนโตรเจนใหกบพชทอาศยอยเพยงระหวาง 5-30 เปอรเซนต ขนอยกบสกลของจลนทรยและชนดพชทจลนทรยอาศยอย และพนฐานระดบความอดมสมบรณของดน ชอบอาศยอยบรเวณรากพชตระกลหญา สามารถแบงได 3 กลม ไดแก

1) แบคทเรยทอาศยอยอยางอสระในดนและบรเวณรากพช ไดแก อะโซโตแบคเตอร (Azotobacter) และสกลไบเจอรงเคย (Beijerinckia)

2) แบคทเรยทพบอาศยอยไดท งในดน บรเวณรากพช และภายในรากพชชนนอก ไดแก สกลอะโซสไปรลลม (Azospirillum)

3) แบคทเรยทพบอาศยอยภายในตนและใบพช เปนแบคทเรยบางสกลหรอบางชนดทคนพบใหมๆ เมอประมาณ 10 ปทผานมา ไดแก สกลอะซโตแบคเตอร ชนดไดอะโซโตรฟคส (Acetobacter diazotrophicus) ทพบในออยและกาแฟ สกลเฮอบาสไปรลลม (Herbaspirillum spp.)

ทพบในขาว ออยและพชเสนใยบางชนด และสกลอะโซอารคส (Azoarcus spp.) ทพบในขาวและหญาอาหารสตวบางชนด

2. ปยชวภาพทประกอบดวยจลนทรยทชวยใหธาตอาหารเปนประโยชนกบพช

2.1 ปยชวภาพแบคทเรยสงเสรมการเจรญเตบโตของพช แบคทเรยสงเสรมการเจรญเตบโตของพช (Plant Growth Promoting Rhizobacteria or PGPR) หรอ พจพอาร เปนปยชวภาพชนดหนง ทประกอบดวยแบคทเรยกลมเดยวกนหรอตางกลม กน เชน ประกอบดวยแบคทเรยกลมทสามารถ ตรงไนโตรเจน ชวยละลายฟอสเฟต ผลตฮอรโมนสงเสรมการเจรญเตบโตของพช และชวยใหธาตอาหารเสรมบางชนดเปนประโยชน ซงในแบคทเรยบางสกลมความสามารถรวมกนหลายอยาง เชน

แบคทเรยสกลอะโซสไปรลลมบางสายพนธมความาสามารถในการตรงไนโตรเจน ชวยละลายฟอสเฟต ผลตฮอรโมนสงเสรมการเจรญของรากพช ชวยเพมประสทธภาพการดดธาตอาหารพช ปยชวภาพชนดนชวยลดการใชปยเคมไดอยางนอย 10 เปอรเซนต ไดแก ปยชวภาพพจพอาร 1 ส าหรบขาวโพด ขาวฟาง เปนตน

2.2 ปยชวภาพทชวยเพมความเปนประโยชนของธาตอาหารพช ปยชวภาพในกลมนชวยเพมประโยชนธาตอาหารพชบางชนดทละลายน ายากให เปนประโยชนกบพชไดมากขนโดยการเพมพนทผวรากส าหรบการดดซมให กบพชดวยการเพมปรมาณบรเวณรากพชดวยเสนใยของจลนทรย ชวยใหธาตอาหารทเปนประโยชนไดยาก เชน ฟอสฟอรส และแคลเซยม มโอกาสไดสมผสรากและดดมาใชใหมากขน จงชวยเพมความเปนประโยชนใหกบพช รวมทงจลนทรยบางกลมทสามารถสราง กรดอนทรยหรอเอนไซมบางชนด ทสามารถชวยละลายหรอยอยฟอสเฟตใหอยในรปทพชสามารถ ดดไปใชไดงาย ขน จงท าใหธาตอาหารดงกลาวเปนประโยชนตอพชเพมขน สามารถแบงได 3 กลม

ไดแก

205

2.2.1 กลมท 1 ปยชวภาพทประกอบดวยจลนทรยชวยเพมศกยภาพในการดดซมธาตอาหารพช ซงเปนเชอรากลมไมโคไรซา (Mycorrhiza) ทอาศยอยกบพชแบบพงพาอาศยซงกนและ กน

จะสรางสวนของเสนใยพนกบรากพชและบางสวนชอนไชไปในดนชวยดดธาตอาหาร โดยเฉพาะอยางยงฟอสฟอรสท าใหพชไดรบฟอสฟอรสทผานการดดของเสนใยไมโคไรซา ชวยใหพชมปรมาณฟอสฟอรสส าหรบใชในการเจรญเตบโตและสรางผลผลตอยาง เพยงพอ นอกจากนไมโคไรซายงชวยปองกนไมใหฟอสฟอรสทละลายอยในดนถกตรง โดยปฏกรยาทางเคมของดน โดยไมโคไรซาจะชวยดดซบฟอสเฟตเกบไวในโครงสรางพเศษทเรยกวา อาบสกลาร (Arbuscular) และเวสวเคล (Vesicle) ทอยระหวางเซลลพช ไมโคไรซาแบงออกเปน 2 ชนดใหญๆ คอ

1) ว-เอ ไมโคไรซา จะพบอยในพชสวน พชไร พชผกและไมดอกไมประดบ 2) เอคโตไมโคไรซา พบในไมยนตนและไมปาสกลสน

2.2.2 กลมท 2 ปยชวภาพทประกอบดวยจลนทรยชวยละลายฟอสเฟต เปนปยชวภาพทประกอบดวยจลนทรยชวยละลายหนฟอสเฟต หนฟอสเฟตพบทวไปในประเทศไทยแตมปรมาณฟอสเฟตทละลายออกมาใหพชใชได นอย ปจจบนพบวามจลนทรยพวกแบคทเรยและราหลายชนดทสามารถชวยเพมความ เปนประโยชนของฟอสฟอรสจากหนฟอสเฟตใหเปนประโยชนได ไดแก

Bacillus Psaudomonas, Thiobacillus, Aspergullus,Penicillium และ อนๆ อกมาก โดยจลนทรยเหลานจะสรางกรดอนทรยออกมาละลายฟอสเฟตออกจากหน การละลายฟอสเฟตจะมประสทธภาพมากหรอนอยขนอยกบชนดของจลนทรย และปรมาณอนทรยวตถทตองใชเปนแหลงน าตาลในการผลตกรดอนทรย หากสามารถคดเลอกสายพนธจลนทรยทมประสทธภาพสงได จะชวยใหเกษตรกรไดใชฟอสฟอรสราคาถกจากหนฟอสเฟตทดแทนการใชปยเคม ฟอสเฟตมากขน ไดแก ปยชวภาพจลนทรยละลายฟอสเฟต เปนตน การ ใชปยชวภาพไมโคไรซา ชวยลดการใชปยเคมไดอยางนอย 25 เปอรเซนต ไดแก ปยชวภาพไมโคไรซาส าหรบพชชนดตางๆ

2.2.3 กลมท 3 ปยชวภาพทประกอบดวยจลนทรยชวยเพมประโยชนของโพแทสเซยม

โพแทสเซยมเปนธาตอาหารหลกทส าคญส าหรบพชธาตหนง พชปกตจะมโพแทสเซยมเปนสวนประกอบประมาณ 3-4 เปอรเซนตโดยน าหนก โพแทสเซยมมความส าคญในการสรางโปรตนสงเคราะหแปงและน าตาลโดยเฉพาะในพชหวบางชนด ปกตพบโพแทสเซยมอยในดนในรปของแรธรรมชาต ม 3 รป คอ รปทถกตรงไวโดยอนภาคของคอลลอยด รปทแลกเปลยนได และรปทละลายน าได

โพแทสเซยม ในธรรมชาตสามารถเปนประโยชนกบพชได 3 วธ คอ 1) การสลายตวทางกายภาพ 2) การสลายตวทางเคม 3) การสลายตวทางชวภาพ ในทางชวภาพจลนทรยบางชนด

โดยเฉพาะอยางยงแบคทเรยสกลบาซลลส เชน Bacillus circulant ซงเปนซลเกตแบคทเรยสามารถสรางกรดอนทรยออกมาละลายโพแทสเซยมออกจากแรดนเหนยวบางชนดได สามารถใชเปนจลนทรย

206

ส าหรบผลตปยชวภาพได สามารถใชไดผลดทงในพชสวนและพชไรมการผลตเปนปยชวภาพใหเกษตรกรใชแลวในประเทศจน

4.3 ขอแนะน าในการใชป ยชวภาพ

การใชปยชวภาพ มประโยชนในการใหธาตอาหารเพอบ ารงการเจรญเตบโตและเพมผลผลตพช

แตถาหากใชไมถกตองกจะไมเกดประโยชนไดอยางเตมท ดงนนการใชปยชวภาพจะตองค านงถงปจจยโดยรวมดงน

1. ชนดของปยชวภาพ การใชปยชวภาพตองเลอกชนดของปยชวภาพ ใหเหมาะสมกบชนดของพชทปลกปยชวภาพ

แตละชนดจะมประสทธภาพในการให ธาตอาหารแกพชแตกตางกน เชน ปยชวภาพ ไรโซเบยม จะใชเฉพาะกบพชตระกลถวเทานน และพชตระกลถวแตละชนดกจะตองใชสายพนธแบคมเรยสกล ไรโซเบยมทมความสามารถจ าเพาะทแตกตางกน เชน ปยชวภาพไรโซเบยมส าหรบถวเขยว จะตองใช

รปท 9.6 แสดงการแบงประเภทของปยชวภาพ

ทมา : http://www.biozio.com/prd/bfr/bfr.html

207

แบคทเรยไรโซเบยมชนดส าหรบถวเขยว หรอปยชวภาพไรโซเบยมส าหรบถวเหลองกจะตองใชแบคทเรยสกลไรโซเบยม ชนดส าหรบส าหรบถวเหลอง จงจะเกดประสทธผลในการใช ถาหากใชปยชวภาพไรโซเบยมถวเหลองกบถวเขยวการใชปยชวภาพกจะ ไมไดผลอยางมประสทธภาพปยชวภาพชนดอนๆ กจะมคณลกษณะเฉพาะเชนเดยวกนน

2. ชนดของธาตอาหารทตองการใหแกพช

ปยชวภาพแตละชนดจะมคณสมบตในการใหธาตอาหารแกพชทแตกตางกน ดงนนผใชจะตองทราบวาตองการใหธาตอาหารอะไรกบพชปยชวภาพทผลต ในปจจบนประกอบดวยจลนทรยทมคณสมบตแตกตางกน ดงน

2.1 ปยชวภาพไรโซเบยม มคณสมบตชวยตรงไนโตรเจนจากอากาศใหพชน าไปใชทดแทนการใชปยเคม ไนโตรเจน สามารถใชไดเฉพาะกบพชตระกลถวเทานน

2.2 ปยชวภาพพจพอาร ประกอบดวยแบคทเรย สกลอะโซโตแบคเตอร สกลไบเจอรงเคย และสกลอะโซสไปรลลม มคณสมบตในการตรงไนโตรเจนจากอากาศใหพชน าไปใชทดแทนปยเคมไนโตรเจน ได นอกจากนยงชวยเพมความเปนประโยชนของธาตอาหารพชบางชนดไดดวย ใชไดกบขาวโพดและขาวฟาง

2.3 ปยชวภาพไมโคไรซา ม 2 พวก คอ ว-เอไมโคไรซาและเอคโตไมโคไรซา ชวยดดซบธาตอาหารในดนใหพชน าไปใชโดยเฉพาะอยางยงธาตฟอสฟอรส ใชไดกบพชหลายชนดทง พชไร ไมผล ไมดอกไมประดบ พชผกบางชนด ยางพารา ไมปาโตเรวและสน

2.4 ปยชวภาพจลนทรยละลายฟอสเฟต เชน แบคทเรยสกลบาซลลส (Bacillus) สกลซโดโมแนส (Pseudomonas) และราสกลแอสเพอจลลส (Aspergillus) สามารถชวยละลายฟอสฟอรสจากหนฟอสเฟต ซงมราคาถกและหาไดงายภายในประเทศมาใชทดแทนปยฟอสเฟตราคาแพงบางชนด ทตองน าเขาจากตางประเทศ

3. สมบตของดน กอนใชปยชวภาพเกษตรกรควรรคณสมบตของดนทจะท าการปลกพชและใชปย ชวภาพดวย เชน ปฏกรยากรด-ดาง ความชนของดน เปนตน จลนทรยบางชนดหรอสายพนธมความทนทานตอสภาพความเปนกรด-ดางของดน ตางกน เชน ปยชวภาพไรโซเบยมบางสายพนธเจรญไดดในสภาพเปนกรด หากน าไปใชในดนทเปนดางจะท าใหประสทธภาพในการทดแทนปยเคมไนโตรเจนลดลง สมบตของดนทงทางเคมกายภาพและชวภาพ ตางมความส าคญตอการเจรญเตบโตของจลนทรยทเปนองคประกอบในปย ชวภาพ ในดนทรวนซยจลนทรยมกจะมการเจรญเตบโตไดดกวาในดนเหนยวแนน ทบ

4. ปรมาณจลนทรยในดน ถาในดนมปรมาณของจลนทรยชนดเดยวกบทใชผลตปยชวภาพมากเพยงพอ แลว ไมจ าเปนตองใสปยชวภาพชนดนนใหกบพชอก หรอบางครงถาดนมจลนทรยทเปนอนตรายตอจลนทรยทเปนองคประกอบในปยชวภาพแตละชนดทจะใสเขาไป ควรจะมการท าลายจลนทรยใหโทษเหลานนกอน วธการก าจดจลนทรยอนตรายทอยในดนสามารถท าไดโดยงายๆ โดยการ

208

ไถใหดนรวนซยแลวตากดนหรออบดนโดยการคลมดนดวยพลาสตก เพอใหความรอนจากแสงอาทตยท าลายจลนทรยทเปนโทษใหหมดไปกอนทจะ ใชปยชวภาพบางชนด

5. ปรมาณความชนทเหมาะสมในดน ปรมาณน าในดนกมความส าคญในการใชปยชวภาพ

จลนทรยทเปนองคประกอบทส าคญในปยชวภาพบางชนดสามารถอยไดใน สภาพน าขง เชน ปยชวภาพสาหรายสเขยวแกมน าเงน จะเจรญไดดในน าหรทชนแฉะมน าขงไมสามารถเจรญเตบโตและเกด

ประโยชนไดในทแหงแลง แตปยชวภาพไรโซเบยม และปยชวภาพไมโคไรซาเจรญเตบโตไดไมด และไมสามารถตรงไนโตรเจนไดในสภาพทมน าขง แตตองการความชนทเหมาะสมส าหรบใหพชอาศยเจรญเตบโต เพอเปนทอาศยของแบคทเรยสกลไรโซเบยม หรอรากลมไรโคไรซา ดงนน กอนจะใชปยชวภาพจงตองค านงถงปรมาณความชนทเหมาะสมในดนทจะท า การปลกพชดวย

6. สารเคมทางการเกษตร การใชปยชวภาพในการผลตพช ควรมขอควรระวงเกยวกบการใชสารเคมทางการเกษตรบางชนด เชน สารปองกนก าจดวชพช สารก าจดโรคพช เพราะสารบางชนดจะมผลยบย งหรอท าลายจลนทรยทเปนองคประกอบในปย ชวภาพ เชน ยาก าจดโรครากเนา โคนเนาบางชนด อาจมแบคทเรยหรอราเปนเชอสาเหต ซงสารปองกนและก าจดแบคทเรยบางชนดอาจจะมผลยบย งและท าลายแบคทเรย สกลไรโซเบยมทเปนองคประกอบในปยชวภาพไรโซเบยมหรอสารก าจดเชอรา ทเปนสาเหตโรครากเนาโคนเนาบางชนด อาจจะมผลยบย งหรอท าลายเชอรากลมไรโคไรซา ทเปนองคประกอบในปยชวภาพไมโคไรซา

7. ปรมาณธาตอาหารพชบางชนดในดน ในดนทมความอดมสมบรณสงหรอมอนทรยวตถสง

มกจะมความอดมสมบรณมกจะมปรมาณธาตอาหารบางชนดสงอยแลวดวย เชน ไนโตรเจน ดงนน การใชปยชวภาพบางชนดจะไมเหนผลการใชทเดนชด เชน การใชปยชวภาพไรโซเบยมในการปลกถวในดนทเปดใหม ซงมความอดมสมบรณสงและมระดบอนทรยวตถในดนสง รากถวจะเกดปมนอยและมศกยภาพในการตรงไนโตรเจนทางชวภาพจากอากาศมาให ถวใชไดต า ดงนน เมอใสปยชวภาพไรโซเบยมกไมจ าเปนตองใสปยเคมไนโตรเจนในดนทม ความอดมสมบรณต ามากๆ เชน ในภาคตะวนออกเฉยงเหนอ การใชปยชวภาพไรโซเบยม ในการปลกถวกจะชวยใหถวมการเจรญเตบโตและเพมผลผลตไดสงมาก บางพนทมากถงกวาเทาตว เชน ถวเหลองทปลกโดยไมใชปยชวภาพไรโซเบยมและปยเคมไนโตรเจนจะใหผล ผลตเพยง 100 – 150 กโลกรมตอไร การทจะใหถวเหลองซงเปนพชทมโปรตนสง และมความตองการไนโตรเจนสงมากใหผลผลตไดสงถง 300 กโลกรมตอไรนน ถวเหลองจะตองไดรบปยไนโตรเจนสงถงประมาณ 20 กโลกรม ดงนน ถาจะใสปยไนโตรเจนเพอใหไดผลผลตมากเทานโดยไมใชปยชวภาพไรโซเบยมคงไมคมทน เพระจะตองใสปยไนโตรเจนลงในดนถงประมาณ 40 กโลกรมตอไร หรอประมาณ 200 กโลกรมของปยเคมแอมโมเนยมซลเฟตตอไร จากผลการทดลองทไดด าเนนการในแหลงตางๆ ในประเทศไทยมากวา 10 ป โดยเฉลยแลวพบวาการใชปยชวภาพไรโซเบยมในการปลกถวเหลองจะชวยสง เสรมการเจรญเตบโตและเพมผลผลตของถวเหลองไดในแตละพนทแตกตาง กนมาก คอ ในเขตทมความอดมสมบรณของดนคอนขางสงในภาคเหนอและภาคกลาง

209

สามารถ เพมผลผลตถวเหลองไดเพยง 11 และ 24 เปอรเซนต ตามล าดบ ขณะทในเขตทมความอดมสมบรณของดนต าในภาคตะวนออกเฉยงเหนอ สามารถเพมผลผลตถวเหลองไดถง 122 เปอรเซนต ซงชใหเหนวาการใชปยชวภาพตามทกลาวมานนจะชวยลดตนทนการผลต ของเกษตรกรในการใชปยเคมไนโตรเจนไดมาก โดยเฉพาะอยางยงในดนทมความอดมสมบรณต ามาก ดงนนสงส าคญทควรถอปฏบตในการใชปยชวภาพตามทกลาวมาแลว ผใชควรจะตองปฏบตตามฉลาก หรอเอกสารค าแนะน าการใชทมาพรอมกบภาชนะใสปยชวภาพแตละชนดอยาง เครงครดเนองจากปยชวภาพแตละชนดมคณสมบตเฉพาะทแตกตางกนไป

4.4 แนวทางการใชป ยชวภาพในอนาคต

ในสภาวะทมแนวโนมวาตนทนคาปยเคมจะเพมสงขน และเพอใหเกดระบบการผลตพชทย งยนและปลอดภยภายในประเทศ รวมทงการสนบสนนนโยบายใหประเทศไทยเปนครวของโลก การ

ผสมผสานการใชปยชวภาพรวมกบปยเคมและปยอนทรยในการผลตพชอยางเหมาะสมในอนาคตนนมความส าคญ เพราะนอกจากปยชวภาพจะเปนแหลงใหธาตอาหารทส าคญกบพชทมประสทธภาพสงแลว

ปยชวภาพบางชนดยงชวยเพมประสทธภาพการใชปยเคมและปยอนทรย ดวยท าใหสามารถลดปรมาณการใชปยเคมบางชนดลงไดอยางมประสทธภาพ ดงนนเพอใหการใชปยในอนาคตเปนไปในแนวทางทถกตอง ผทเกยวของทกฝายควรท าความเขารายละเอยดของปยชวภาพใหชดเจน จนสามารถจดจ าแนกประเภท กลม หรอชนดปยชวภาพได รประโยชนและวธการน าไปใชทถกตอง เพอจะไดเลอกใชใหเหมาะสมกบการผลตพชแตละชนด จะไดชวยลดตนทนการผลต เพมคณภาพและปรมาณผลผลตพช ท าใหเกษตรกรมก าไรเพมมากขน เสรมสรางศกยภาพในการแขงขนใหกบเกษตรกรไทย เพอเปนครวของโลกอยางย งยน

ปจจบน กรมวชาการเกษตรสามารถวจยพฒนาผลตภณฑปยชวภาพเพอใชเปนปยในการ ผลตพช 4 ประเภท คอ ปยชวภาพไรโซเบยม ปยชวภาพพจพอาร 1 ปยชวภาพไมโคไรซา และปยชวภาพจลนทรยละลายหนฟอสเฟต (ส านกวจยพฒนาปจจยการผลตทางการเกษตร, 2555)

210


1. แนวโนมความตองการผลตภณฑอาหารสตวในปจจบนมลกษณะอยางไร

2. ในกระบวนการผลตอาหารสตวสงใดส าคญทสด

3. โพรไบโอตกส (Probiotics) คออะไร และมกลไกการท างานในทางเดนอาหารสตวอยางไร

4. จลนทรยทเปนโพรไบโอตกสมความสามารถในการสรางสารชนดใดบาง เพอตานการเจรญจลนทรย และมผลตอจลนทรยนนอยางไร

5. จงยกตวอยางการใชโพรไบโอตกสในอตสาหกรรมการเลยงสตว

6.

7. ปยชวภาพแบคทเรยสงเสรมการเจรญเตบโตของพช มขอดอยางไร

211


1. แนวโนมความตองการผลตภณฑอาหารสตวในปจจบน คอ ลดการใชสารเคมและสารปฏชวนะลง เนองจาก เกดปญหาการกดกนทางการคาทตางประเทศตงขอก าหนดใหผลตภณฑเนอสตวทสงออกจากประเทศไทย เชน เนอไก และเนอกง ตองไมมสารเคมและยาปฏชวนะตกคาง ดงนน การผลตอาหารสตว จงตองมการหาแนวทางใหมๆ ทท าใหสตวสามารถเจรญเตบโตไดด และมประสทธภาพในการเจรญเตบโตสงเทาเดม และไมกอใหเกดสารตกคางในผลตภณฑเนอสตว ซงไดแก แนวทางการใชผลผตภณฑจากธรรมชาต และการใชเทคโนโลยชวภาพ เพอชวยในการปรบปรงพนธ ชวยในการเรงการเจรญเตบโต และการใหผลผลตทดแทนสารปฏชวนะ ชวยเพมการยอยโภชนะในอาหาร เพอลดปรมาณโภชนะทยอยไมไดใหนอยลง เปนการลดมลภาวะในสงแวดลอม เปนตน

2. ในกระบวนการผลตอาหารสตว สงทส าคญทสด คอ การจดเกบวตถดบ ไมใหวตถดบคาง หากเกบวตถดบไวนานจะเกดการยอยสลายจากเชอรา และแบคทเรย อนจะน าไปสผลกระทบตอสตวทบรโภคอาหารสตวได

3. โพรไบโอตกส คอ ต ว โดยมกลไกการท างานคอ จะสงผลตอสงมชวตทเปนเซลลเจาบาน ชวยในการยบย งเชอกอโรค เพมภมตานทาน เพมความสามารถในการยอยและดดซมอาหาร สงผลตออตราการเจรญ อตราการแลกเปลยนอาหาร คณภาพและปรมาณผลผลตทได รวมทงชวยในการลดคอเลสเตอรอลดวย

4. โพรไบโอตกสมความสามารถในการสรางสารไดหลายชนด ทใชเพอตานการเจรญจลนทรย เชน แบคเทอรโอซน (Bacteriocins) สารคลายแบคเทอรโอซน (Bacteriocin-like substances) และสารยบย งชนดอนๆ เชน ไฮโดรเจนเปอรออกไซด และกรดอนทรยบางชนด สารเหลาน จะมกลไกการยบย งจลนทรยหลายลกษณะ เชน แบคเทอรโอซน จะออกฤทธในการท าลายเชอจลนทรยโดยตรง สวนกรดอนทรยโดยเฉพาะกรดไขมนทระเหยได เชน กรดแลคตค อะซตค

โพรพออนนค และบวทรค จะชวยลดคาความเปนกรดดางของล าไสและไสตงลง ท าใหม pH ทไมเหมาะสมส าหรบการเพมจ านวนของเชอจลนทรยใหม และกรดทยงไมเกดปฏกรยาไอออนไนเซชน ยงมผลในการยบย งการเจรญของแบคทเรยอยางดดวย

5. ตวอยางการใชโพรไบโอตกสในอตสาหกรรมการเลยงสตว เชน การแกปญหาการปนเปอนเชอ ซลโมเนลลา (Samonella sp.) ในผลตภณฑสตว โดยน าโพรไบโอตกสมาแยงจบกบเชอซลโมเนลลา ในทอทางเดนอาหาร เชน การเลยงไก โดยการใหสตวกนอาจจะท าโดยการกรอกใหสตวกนโดยตรง

หรอผสมกบอาหาร เตมในน า คณสมบตของโพรไบโอตกสทดจะตองเตรยมใหไดเชอเปนทสามารถ มชวตอยในสภาพการเกบรกษาตามปกต และตองสามารถคงอยในทางเดนอาหารสตว รวมทงตองใหผลทเปนประโยชนตอตวสตวดวย

212

6. ได ไดแก แบคทเรยและแอคตมยซส ซงเปนเชอทมบทบาทในปยชวภาพ 7. ปยชวภาพแบคทเรยสงเสรมการเจรญเตบโตของพช มขอด คอ

และประกอบดวยแบคทเรยทสามารถตรงไนโตเจน ชวยละลายฟอสเฟต ผลตฮอรโมนสงเสรมการเจรญเตบโตของพช และชวยใหธาตอาหารเสรม ซงแบคทเรยบางสกล มความสามารถรวมกนหลายอยาง

213


บรษทบคเคมคอล จ ากด. (2556). โปรไบโอตก. สบคนเมอ 10 กนยายน 2556, จาก http://www.bicchemical.com/index.php?option=com_content&view=article&id=37:2012-02-

29-05-06-37&catid=4:articles&Itemid=152

ภคมน จตประเสรฐ และคณะ. (2551). โปรไบโอตก Lactobacillus ทนความรอน : สารเสรมชวภาพส าหรบอาหารสตวอดเมด. สบคนเมอ25 พฤศจกายน 2556, จาก http://www.rdi.ku.ac.th/kasetresearch52/03-foods/pakamol/food_00.html ().

วนด ศรโชคชชวาล ธงชย เฉลมชยกจ และณวร ประภสระกล. (2556). บทบาทของโปรไบโอตกในอตสาหกรรมการเลยงสกร. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก www.micro.vet.chula.ac.th/.../

131_Probiotic.pdf

วลาวณย รมรวย สรวฒน ชลอสนตสกล สมฤด ศลาฤด และจารณ เกสรพกล. (2554). ผลของคว.พ.

โพรไบโอตกสตอการเจรญเตบโตของปลานล. วารสารคณะสตวศาสตรและเทคโนโลย การเกษตร มหาวทยาลยศลปากร. 2(3) : 1-7

ศนยวจยกสกรไทย. (2555). ธรกจอาหารสตวครงหลงป 2555 บรโภคและสงออกอาเซยนยงเตบโต แตตองจบตาปจจยเสยงดานราคาวตถดบ. สบคนเมอ 10 กนยายน 2556, จาก https://www.kasikornresearch.com/th/keconanalysis/pages/ViewSummary.aspx?docid=29268



องอาจ เลาหวนจ. 2545. การใชโปรไบโอตกในอาหารสตวน า. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก http://www.shrimpcenter.com/t-shrimp021.html

Otutumi L. K., M. B. Góis, E. R. Moraes Garcia and M. Marta Loddi. (2013). Variations on the

Efficacy of Probiotics in Poultry. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก http://www.intechopen.com/books/probiotic-in-animals/variations-on-the-efficacy-of-

probiotics-in-poultry#article-front

http://www.biozio.com/prd/bfr/bfr.html สบคนเมอ 10 กมภาพนธ 2556

http://www.escience.ws/b572/L20/L20.htm สบคนเมอ 10 กมภาพนธ 2556

http://www.bio.miami.edu/dana/226/226F08_22print.html สบคนเมอ 10 กมภาพนธ 2556

http://www.farmkaikhai.com/board/index.php?topic=305.0 สบคนเมอ 10 กนยายน 2556

http://www.healthyfoodforpets.com/probiotics.html สบคนเมอ 20 กนยายน 2556

http://www.micro.vet.chula.ac.th/.../



http://www.biozio.com/prd/bfr/bfr.html

http://www.escience.ws/b572/L20/L20.htm

http://www.bio.miami.edu/dana/226/226F08_22print.html

http://www.farmkaikhai.com/board/index.php?topic=305.0%20สบคน

http://www.healthyfoodforpets.com/probiotics.html%20สบคนเมอ%2020%20กนยายน%202556

บรรณานกรม

ก าเนด สภณวงศ. (2532). จลชววทยาอตสาหกรรม. เชยงใหม: ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม.

คณต วชตพนธ อรศรา เรองแสง และ ไพบลย ดานวรทย. (2538). บทปฏบตการวชาเทคโนโลยการผลตเครองดมแอลกอฮอล. ขอนแกน: ภาควชาเทคโนโลย ชวภาพ คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยขอนแกน.

ณฐภาส ผพฒน ลลดา สระรตนชย รจา สารคณ และพรกมล ค าหาญ. (2557). การผลตสาหรายเกลยวทอง. สบคนเมอ 25 มนาคม 2557, จาก http://www.rdi.ku.ac.th/kasetresearch52/01-

celebrate/natpas/celebrate_00.html


ดาวลย ฉมภ (2555). ชวเคม. พมพครงท 5. กรงเทพฯ : ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย. ดษณ ธนะบรพฒน. (2538). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ภาควชาชววทยาประยกต คณะ

วทยาศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง. นทรยา อนตาพรหม. (2547). บทเรยนท 1 เรองเทคโนโลยชวภาพ(Biotechnology). สบคนเมอ

30 มกราคม 2556, จาก http://student.nu.ac.th/nick_edu/lesson1.html

นนทยา จงใจเทศ. (2549). ความส าคญของกรดอะมโน. สบคนเมอ 25 มกราคม 2556, จาก


นภา โลหทอง. (2535). กลาเชออาหารหมกและเทคโนโลยการผลต. พมพครงท 2. กรงเทพฯ: ฟนน พบบลชชง.

บรษทบคเคมคอล จ ากด. (2556). โปรไบโอตก. สบคนเมอ 10 กนยายน 2556, จาก http://www.bicchemical.com/index.php?option=com_content&view=article&id=37:2012-

02-29-05-06-37&catid=4:articles&Itemid=152

บษบา ยงสมทธ. (2542). จลชววทยาของการหมกวตามนและสารส. พมพครงท 2. กรงเทพฯ:

ส านกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร. ประพมพพกตร เถอนสคนธ. (2556). เภสชภณฑจากจลนทรย : Enzyme. สบคนเมอ 16 ธนวาคม

2556, จาก http://www.gpo.or.th/rdi/html/prapim.html. พมพเพญ พรเฉลมพงศ และนธยา รตนาปนนท. (2556). Organic acid /กรดอนทรย. สบคนเมอ

30 มกราคม 2556, จาก http://student.nu.ac.th/nick_edu/lesson1.html



http://www.gpo.or.th/rdi/html/prapim.html


216

ภคมน จตประเสรฐ และคณะ. (2551). โปรไบโอตก Lactobacillus ทนความรอน : สารเสรมชวภาพส าหรบอาหารสตวอดเมด. สบคนเมอ25 พฤศจกายน 2556, จาก http://www.rdi.ku.ac.th/kasetresearch52/03-foods/pakamol/food_00.html ().

ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. (2542). จลชววทยาปฏบตการ. พมพครงท 3. กรงเทพฯ: เจาพระยาระบบการพมพ.

ลดดาวลย รศมทต. (2536). จลชววทยาอตสาหกรรม: จลนทรยกบอตสาหกรรมอาหาร. ชลบร: ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา.

วราวฒ ครสง. (2529). เทคโนโลยชวภาพ. กรงเทพฯ: โอเดยนสโตร. วนด ศรโชคชชวาล ธงชย เฉลมชยกจ และณวร ประภสระกล. (2556). บทบาทของโปรไบโอตกใน

อตสาหกรรมการเลยงสกร. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก www.micro.vet.chula.ac.th/.../

131_Probiotic.pdf

วเชยร กจปรชาวณช. (2536). เอกสารประกอบการฝกอบรม เรอง จลนทรยและการประยกตใช. ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

วลาวณย เจรญจระตระกล. (2539). จลนทรยทมความส าคญดานอาหาร. กรงเทพฯ: โอเดยน สโตร. วลาวณย รมรวย สรวฒน ชลอสนตสกล สมฤด ศลาฤด และจารณ เกสรพกล. (2554). ผลของคว.พ.

โปรไบโอตกสตอการเจรญเตบโตของปลานล. วารสารคณะสตวศาสตรและเทคโนโลย การเกษตร มหาวทยาลยศลปากร. 2(3) : 1-7

ศนยพนธวศวกรรมและเทคโนโลยชวภาพแหงชาต. (2550). BIOTECHNOLOGY เทคโนโลยชวภาพส าหรบโลกยคใหม. กรงเทพฯ: ฐานการพมพ.

ศนยวจยกสกรไทย. (2555). ธรกจอาหารสตว. สบคนเมอ 10 กนยายน 2556, จาก https://www.kasikornresearch.com/th/keconanalysis/pages/ViewSummary.aspx


สมใจ ศรโภค. (2540). เทคโนโลยการหมก. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. __________ . (2544). จลชววทยาอตสาหกรรม. กรงเทพฯ: ศนยสอเสรมกรงเทพฯ. สาโรจน ศรศนสนยกล และ ประวทย วงศคงคาเทพ. (2538). วศวกรรมเคมชวภาพพนฐาน 1.

กรงเทพฯ: ส านกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย. สาโรจน ศรศนสนยกล. (2547). เทคโนโลยชวภาพอาหาร การหมกและสงแวดลอม. กรงเทพฯ: ภาควชา

เทคโนโลยชวภาพ คณะอตสาหกรรมเกษตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

สาวตร ลมทอง. 2539. ยสตและยสตเทคโนโลย. ภาควชาจลชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร.

http://www.micro.vet.chula.ac.th/.../

217

สรนดา ยนฉลาด. (2546). เทคโนโลยชวภาพพนฐาน เลมท 1. ขอนแกน: ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยขอนแกน.

สมณฑา พรหมบญ. (2556). แหลงพนธกรรมจลนทรย: ความส าคญของจลนทรย. สบคนเมอ 30 มนาคม 2556, จาก http://www2.swu.ac.th/royal/book2/b2c11t2.html



เสาวนย ธรรมสถต. (2547). แบคทเรยทางเทคโนโลยชวภาพ เซลลและผลตภณฑของเซลล. กรงเทพฯ : โรงพมพสถาบนพฒนาสาธารณสขอาเซยน.

องอาจ เลาหวนจ. 2545. การใชโปรไบโอตกในอาหารสตวน า. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก http://www.shrimpcenter.com/t-shrimp021.html

อจฉรา เพม (2550). พมพครงท 1. คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยราชภฏสงขลา. กรงเทพฯ อรพน ภมภมร. 2526. จลนทรยในเครองดมประเภทแอลกอฮอลและอาหารหมกพนเมอง. กรงเทพฯ:

ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะอตสาหกรรมเกษตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. Agrawal, A. K., & Parihar, P. (2006). Industrial Microbiology: Fundamentals and Applications.


Alcomo, I. E. (1991). Fundamentals of Microbiology. 3rd.

ed. Redwood City: The Benjamin/

Cummings Publishing Company, Inc.

Crueger, W and A. Crueger. (1990). Biotechnology - A Textbook of Industrial Microbiology

(2nd.


Dubey, R. C. (2007). A Textbook of Biotechnology. S Chand & Co Ltd.


McGraw-Hill.


ed.


Malik K. A. (2014). Freeze-drying of Microorganism Using a Simple Apparatus. สบคนเมอ 30 กนยายน 2557, จาก http://webworld.unesco.org/gcexhibition2003/167/TECHNICAL_

INFORMATION_ SHEET/info7.html




http://webworld.unesco.org/gcexhibition2003/167/TECHNICAL_%20INFORMATION_%20SHEET/info7.html

http://webworld.unesco.org/gcexhibition2003/167/TECHNICAL_%20INFORMATION_%20SHEET/info7.html

218

Otutumi L. K., M. B. Góis, E. R. Moraes Garcia and M. Marta Loddi. (2013). Variations on the

Efficacy of Probiotics in Poultry. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก http://www.intechopen.com/books/probiotic-in-animals/variations-on-the-efficacy-of-

probiotics-in-poultry#article-front


Traditional Starters for Ethanol Production. Proceeding -Science and Engineering :

67 – 73.

Phetcharat, P. and A. Duangpaeng. 2012. Screening of Endophytic Bacteria from Organic Rice

Tissue for Indole Acetic Acid Production. Procedia Engineering : 177 - 183.



University Press.


ed.


ภาคผนวก

บทปฏบตการเทคโนโลยชวภาพอตสาหกรรม

220

221

บทปฏบตการท 1

เรอง การคดเลอกแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมะไมเลส

เอนไซมอะไมเลสเปนเอนไซมทท าหนาทในการยอยแปงทมน าหนกโมเลกลมากใหไดผลผลตทมน าหนกโมเลกลนอยลง เชน กลโคส มอลโทส และมอลโทไตรโอส เอนไซมอะไมเลสเปนเอนไซมทมความส าคญมากในดานเทคโนโลยอตสาหกรรมยอยแปง เพอใชเปนตวเรงปฏกรยาใหเกดกระบวนการยอยแปงใหดขนเพอลดระยะเวลาในกระบวนการผลต การรกษาคณภาพใหคงทและลดคาใชจายลงโดยทเอนไซมอะไมเลสสามารถพบไดทงในพช สตว และแบคทเรย รวมถงพวกเหด รา โดยปจจบนมการประยกตใชเอนไซมอะไมเลสทไดจากพวกแบคทเรยและราเปนจ านวนมากในอตสาหกรรมตางๆ เชน อตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมเครองดม เภสชกรรม อตสาหกรรมเสอผา และสงทอ เปนตน ท งนการผลตเอนไซมอะไมเลสโดยเชอจลนทรย ถอวาเปนกรรมวธทคมคาทางเศรษฐกจมากกวาการผลตจากแหลงอนๆ โดยมอตราการผลตเอนไซมสงและสามารถออกแบบกระบวนการหมกไดตามทตองการ (Kaur และคณะ, 2012)

ปฏบตการน มจดประสงคเพอใหนกศกษาไดฝกทกษะในการคดแยกแบคทเรยทผลตเอนไซมอะไมเลสได โดยใชตวอยางจากแหลงตางๆ ทคาดวาจะมแบคทเรยทตองการ เชน ดนสวน ดนจากโรงงานท าขนมจน และน าทงจากโรงงานท าขนมจน เปนตน ดงนน จงมแนวโนมทจะพบแบคทเรยทผลตเอนไซมอะไมเลสได

วตถประสงค

1. เพอคดแยกเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสไดจากแหลงธรรมชาต

2. เพอศกษาความสามารถในการผลตเอนไซมอะไมเลสโดยเชอทคดแยกได

วสดอปกรณและเครองมอวทยาศาสตร

1. วสดอปกรณ

1.1 หลอดทดลอง

1.2 จานเพาะเชอ

1.3 ขวดรปชมพ 1.4 กระบอกตวง

1.5 บกเกอร

1.6 เขมเขยเชอ

1.7 ปเปต

222

2. สารเคม

2.1 อาหารเลยงเชอ NB

2.2 Agar

2.3 Soluble starch

2.4 เกลดไอโอดน

3. เครองมอวทยาศาสตร

3.1 หมอนงความดนไอ

3.2 เครองชง

3.3 เครองวด pH

3.4 ตบมเชอ

3.5 ตเขยเชอ

3.6 เครองวดคาการดดกลนแสง

วธการทดลอง

1. การเตรยมตวอยาง น าตวอยางดนสวน ดนจากโรงงานขนมจน และน าทงจากโรงานขนมจน มาชนดละ 10 กรม

น าไปเจอจางดวยน ากลนฆาเชอ ใหมอตราการเจอจางจนถง 10-6

2. การเตรยมอาหารเลยงเชอ

สตรอาหารทใชทดสอบความสามารถในการผลตเอนไซม Starch agar ประกอบดวย Starch

Soluble 10 กรม, Nutrient broth 8 กรม, Agar 15 กรม ละลายในน ากลน 1,000 มลลลตร ปรบ pH เปน 6.5 น าไปนงฆาเชอดวยหมอนงความดนไอ

3. การคดแยกเชอทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสได

น าตวอยางจากขอ 1 ทอตราการเจอจาง 10-4

- 10-6 โดยท าการปเปตตวอยางปรมาตร 0.1 มลลลตร

มาเลยงบนจานอาหาร starch agar โดยใชเทคนคการ Spread plate บมทอณหภม 35 องศาเซลเซยส เปนเวลา 24-48 ชวโมง

น าจานเพาะเชอทบมแลว มาคดเลอกเอาโคโลนของแบคทเรยทมลกษณะแตกตางกน จากนน น าเชอแตละไอโซเลต (Isolate) มา Cross streak ลงบนอาหาร starch agar อกครง แลวน าไปบมทอณหภม 35 องศาเซลเซยส เปนเวลา 48 ชวโมง เมอไดเชอทบรสทธแลว น าไปเกบไวในหลอดอาหารวนเอยง NA

น าเชอบรสทธทคดแยกไดแตละไอโซเลตไปเพาะเลยงลงบนจานอาหาร Starch agar โดยใชวธ agar spot น าไปบมทอณหภม 35 องศาเซลเซยส เปนเวลา 72 ชวโมง จากนนใชเกลดไอโอดน (Iodine)

ในการทดสอบความสามารถในการยอยแปง โดยคว าจานเพาะเชอลงบนเกลดไอโอดนแลววดเสนผาน

223

ศนยกลางของโคโลนและเสนผานศนยกลางวงใส (Clear zone) ทเกดจากการยอยแปง บนทกผลการทดลอง แลวค านวณหาคา HC ซงเปนคาทแสดงความสามารถในการยอยแปง ตามวธของ Lu (2005)

คา HC = ขนาดเสนผานศนยกลางโซนใสรอบโคโลน (cm.)

ขนาดเสนผานศนยกลางโคโลน (cm.)

คดเลอกเอาเฉพาะไอโซเลตทมคา HC สงทสด 3 อนดบแรก ไปศกษาความสามารถในการผลตเอนไซมอะไมเลสตอไป

4. การศกษาความสามารถในการผลตเอนไซมอะไมเลสของแบคทเรยทคดแยกได

การศกษาความสามารถในการผลตเอนไซมอะไมเลสโดยเชอแบคทเรยทคดแยกได ดดแปลงวธการจาก Kaur และคณะ (2012) โดยน าเชอแบคทเรยทสามารถผลตเอนไซมอะไมเลสไดจากขอ 3 ทมคา HC สงทสด 3 อนดบแรก มาเตรยมเปนกลาเชอ (Starter) ปรมาตร 10 มลลลตร ในอาหารเลยงเชอ NB บมทอณหภม 35 องศาเซลเซยส เปนเวลา 24 ชวโมง จากนนถายเชอลงในในอาหาร Starch broth

ปรมาตร 90 มลลลตร ในฟลาสกขนาด 250 มลลลตร เพอชกน าใหเชอผลตเอนไซมอะไมเลส น าไปบมในเครองเขยาควบคมอณหภม 35 องศาเซลเซยส ความเรวรอบ 150 รอบตอนาท เปนเวลา 48 ชวโมงจากนนน าไปปนเหวยง (Centrifuge) เพอแยกเซลลออกโดยใชความเรวรอบ 3000 รอบตอนาท เปนเวลา

60 นาท ทอณหภม 4 องศาเซลเซยส น าสวนใส (Supernatant) ไปวเคราะหหากจกรรมของเอนไซม อะไมเลส

5. การวเคราะหกจกรรมของเอนไซมอะไมเลส วธการของ Kaur และคณะ (2012)

วธการวดกจกรรมของเอนไซมอะไมเลสใชวธการของ Kaur และคณะ (2012) สามารถท าได ดงน

5.1 ผสมสวนใสซงเปนสารละลายเอนไซมรวม (Crude enzyme) ทไดจากขอ 4 ปรมาตร 1.0

มลลลตร เขากบสารละลาย 1% Soluble starch ทละลายดวย Citrate-phosphate buffer (pH 6.5) น าไปบมทอณหภม 35 องศาเซลเซยส เปนเวลา 15 นาท

5.2 เตมสารละลาย 0.1% DNS ปรมาตร 1 มลลลตร ( เขยาใหเขากน) 5.3 น าหลอดทดสอบไปตมในอางน าเดอดเปนเวลา 10 นาท เพอหยดปฏกรยาของเอนไซม

เมอครบ 10 นาท 5.4 น าหลอดทดสอบแชน าเยนทนท เตมน ากลน 6 มลลลตร เขยาใหเขากน

5.5 น าไปวดคาการดดกลนแสงทความยาวคลน 540 นาโนเมตร โดยใช Spectrophotometer

เปรยบเทยบกบกราฟมาตรฐานกลโคส

224

ก าหนดให 1 หนวย (Unit) ของกจกรรมเอนไซมอะไมเลส คอ ปรมาณเอนไซมอะไมเลส ทยอยสบสเตรทแลวปลดปลอยน าตาลรดวซในรปของน าตาล D-glucose ออกมา 1 mol ตอนาท ภายใตสภาวะทดสอบ

6. การเตรยมกราฟมาตรฐานน าตาลกลโคส โดยก าหนดความเขมขนของสารละลายกลโคสมาตรฐานเปน 20, 60, 100, 200, 300, 400, 500,

600, 700, 800, 900 และ 1000 ไมโครกรมตอมลลลตร วเคราะหปรมาณน าตาลโดยใชวธเดยวกนกบการวเคราะหในสารละลายตวอยาง จากขอ 5

ผลการทดลองและสรปผลการทดลอง

ใหนกศกษาบนทกผลการทดลองในรปแบบตาราง และถายภาพจานเพาะเชอเพอแสดงผลการทดลอง แลวสรปและวจารณผลการทดลองใหถกตอง


ลดดาวรรณ ตนเจรญ และนวลรศม เมฆพฒน. (2548). การแยกจลนทรยทผลตเอนไซม อะไมเลสทมประสทธภาพการยอยสลายน าเสยจากกระบวนการผลตขนมจน.สถาบนวจย และพฒนา มหาวทยาลยราชภฎกาญจนบร

Kaur1, A., Kaur1, M., Samyal, M.L. and Ahmed, Z.(2012) Isolation, characterization and

identification of bacterial strain producing amylase. J. Microbiol. Biotech. Res.

2(4): 573-57

Lu Y and T. D. Sharkey. (2004). The role of amylomaltase in maltose metabolism in the cytosol

of photosynthetic cells. Planta 218: 466–473

225


เรอง การผลตไวน

เครองดมแอลกอฮอล (Alcoholic beverages) ทรจกกนด สามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทคอสรา (หรอสรากลน) และเมรย (หรอสราแช) สราหรอสรากลน หมายถง เครองดมแอลกอฮอลทผานการตมกลนไดเปนแอลกอฮอลบรสทธออกมา แลวท าการปรงแตงกลนรส ไดเปนสรากลนชนดตางๆ เชน วสก, บรนด, สาเก, สราขาว, สาโทกลน เปนตน สวนเมรยหรอสราแช หมายถง เครองดมแอลกอฮอลทผานกระบวนการหมกเพยงอยางเดยว โดยไมผานการตมกลน เชน ไวนและสาโท

ไวน โดยทวไปจะหมายถง สราแชทหมกจากองนเทานน แตถาท าจากผลไมชนดอนกเรยกวาไวนผลไม (Fruit wines) เชน ไวนลนจ ไวนหมากเมา ไวนสบปะรด เปนตน กระบวนการหมกไวนเกดจากยสตเปลยนน าตาลในน าผลไมใหเปนแอลกอฮอล ในสภาวะทปราศจากออกซเจน โดยทวไป ไวนจะมปรมาณแอลกอฮอลประมาณ 8-14 % โดยปรมาตร และมคณคาทางโภชนาการเพราะยงคงมวตามน เกลอแรตางๆ ทอยในน าผลไมอย


เพอศกษาวธการหมกไวน และตดตามการเปลยนแปลงทเกดขนระหวางกระบวนการหมกไวน

เชอจลนทรย

Saccharomyces cerevisiae var. burgundy หรอ port หรอ champagne

วสดอปกรณและเครองมอ


1.1 ฟลาสกหรอขวดแกว ขนาด 1,000 มล.

1.2 ขวดน าดมใส ขนาด 5 ลตร

1.3 ขวดบรรจไวน 1.4 ชดไตเตรทหาปรมาณของกรดแลคตก ไดแก Burette, Flask และ Beaker เปนตน

2. สารเคมและวตถดบ

2.1 Di-amnonium hydrogen phosphate (DAP)

2.2 Potassium metabisulfite (KMS)

2.3 Bentonite clay

2.4 สารละลาย NaOH ความเขมขน 0.1 N

2.5 ผลไมทใชเปนวตถดบในการผลตไวน

226

2.6 น าตาลทราย

3. เครองมอ

3.1 pH meter

3.2 Hand refractometer

3.3 เครองเขยาควบคมอณหภม

3.4 Ebuliometer


1. การเตรยมน าผลไม

1.1 การเตรยมน าสบปะรด

สบปะรดเปนผลไมทมธาตอาหารสมบรณ เมอสกจะมปรมาณกรดทเหมาะสมในการท าไวนผลไม กรดสวนใหญทอยในสบปะรดคอกรดซตรกและกรดมาลก โดยควรจะเลอกผลทสกจด ขนตอนการท าไวนสบปะรด มดงน

ปอกเปลอกสบปะรดและควนตาออกใหหมด แลวน าไปลางใหสะอาด

หนสบปะรดใหเปนชนเลกๆ แลวชงน าหนก

เจอจางดวยน า อตราสวน 1:1 แลวน าไปปนใหละเอยด

น าน าสบปะรดทปนไดมากรองดวยผาขาวบาง เอาเฉพาะสวนทเปนน า

วดปรมาณน าตาลในน าสบปะรดโดยใช Hand refractometer

วด pH ของน าสบปะรด

ปรบปรมาณน าตาลใหเปน 22

Bx โดยใชน าตาลทราย,

ปรบ pH เปน 4-4.5 โดยใชกรดซตรกหรอแอมโมเนยมไฮดรอกไซด

แบงน าสบปะรดออกมา 10% ของปรมาตรทงหมด ใสในขวด น าไปตมฆาเชอ หรอ autoclave

เพอใหเตรยมสตารตเตอร

น าสบปะรดทเหลอบรรจในถงหมก เตม KMS ในอตรา 0.15 กรมตอลตร ตงทงไวขามคน

227

1.2 การเตรยมน าล าไย

ล าไยเปนผลไมทมรสหวานและมกลนหอม แตมธาตอาหารส าหรบการเจรญของยสตต า การเตรยมน าล าไยเพอท าไวนจงควรเตมธาตอาหารส าหรบยสต ไดแก Di-ammonium Hydrogen Phosphate

(DAP) และเตมกรดผลไมลงไปดวย เชน กรดทารทารก กรดซตรกหรอกรดมาลก ขนตอนการท าไวนล าไย มดงน

คดล าไยเฉพาะผลทสกแกเตมท ไมเนาเสย แลวลางท าความสะอาด

ปอกเปลอกและเอาเมลดออก

หนหรอสบใหเปนชนเลกๆ แลวชงน าหนก

เจอจางดวยน า อตราสวน 1:1 แลวน าไปปนใหละเอยด

น าน าล าไยทปนไดมากรองดวยผาขาวบาง เอาเฉพาะสวนทเปนน า

วดปรมาณน าตาลในน าล าไยโดยใช Hand refractometer

วด pH ของน าล าไย

เตม DAP ลงไปในอตราสวน 0.3 กรมตอลตร

เตมกรดผลไมลงไปในอตราสวน 1 กรมตอลตร


Bx โดยใชน าตาลทราย, ปรบ pH เปน 4-4.5 โดยใชกรดซตรกหรอ

แอมโมเนยมไฮดรอกไซด

แบงน าล าไยออกมา 10% ของปรมาตรทงหมด ใสในขวด น าไปตมฆาเชอ หรอ autoclave


น าล าไยทเหลอบรรจในถงหมก เตม KMS ในอตรา 0.15 กรมตอลตร ตงทงไวขามคน

228

1.3 การเตรยมน ากระเจยบ

ดอกกระเจยบแหง นยมน ามาใชท าน ากระเจยบหรอไวนกระเจยบ เนองจากใหสแดงสวยงาม และมรสเปรยว แตมธาตอาหารส าหรบการเจรญของยสตต า การเตรยมน ากระเจยบเพอท าไวนจงควรเตมธาตอาหารส าหรบยสต ไดแก Di-ammonium Hydrogen Phosphate (DAP) ลงไปดวย ขนตอนการท าไวนกระเจยบ มดงน

น าดอกกระเจยบแหง (3 ขด) มาลางท าความสะอาด

ตมในน าสะอาด ปรมาตร 10 ลตร

กรองเอาดอกกระเจยบออก แลวทงไวใหเยน

วดปรมาณน าตาลในน ากระเจยบโดยใช Hand refractometer

วด pH ของน ากระเจยบ

เตม DAP ลงไปในอตราสวน 0.3 กรมตอลตร


Bx โดยใชน าตาลทราย, ปรบ pH เปน 4-4.5 โดยใชกรดซตรกหรอ

แอมโมเนยมไฮดรอกไซด

แบงน ากระเจยบออกมา 10% ของปรมาตรทงหมด ใสในขวด น าไปตมฆาเชอ หรอ autoclave


น ากระเจยบทเหลอบรรจในถงหมก เตม KMS ในอตรา 0.15 กรมตอลตร ตงทงไวขามคน

2. การเตมสตารตเตอร

2.1 ท าการเพาะเลยง Saccharomyces cerevisiae สายพนธ Burgundy, Port หรอ Champagne ในอาหารวนเอยง YM agar บมไวทอณหภม 30

C เปนเวลา 24 ชวโมง

2.2 ถายเชอยสตลงในน าผลไม ชนดละ 3-4 ลป

2.3 น าไปบมบนเครองเขยาควบคมอณหภม (Incubator Shaker) อณหภม 30

C เปนเวลา 18-24

ชวโมง

2.4 วนรงขน เทสตารตเตอรทเตรยมไวลงในถงหมกโดยใช Aseptic technique

229

3. การหมก ตงถงหมกทตดแอรลอคไวในหองทไมมแสงแดดสองถง สงเกตการณหมกเปนระยะโดยดจาก

ฟองกาซทผดขนมา เมอสนสดการหมก ถายน าไวนออกเพอน าไปตกตะกอนในขนตอไป

4. การท าไวนใหใสและการพาสเจอรไรเซชน (Clarification and Pasteurization)

4.1 เมอการหมกสนสดลงแลว โดยสงเกตจากฟองกาซ CO2 ทลดนอยลง น าผลไมหมก ในขณะนเรยกวา alcoholic mass เรมใส และเซลลยสตเรมตกตะกอน ในกรณทไวนใส สามารถดดมาใสขวดทสะอาดไดเลย ในกรณทไวนไมใสหรอมกากผลไมอย ใหกรองเอากากออก แลวตกตะกอนดวย bentonite clay

4.2 การตกตะกอนดวย bentonite clay ใหแช bentonite clay ในน า ประมาณ 2-3 ชวโมง ในอตราสวน 1: 1 เพอให clay พองตว เมอตองการใชใหตวง clay ใสลงในฟลาสกบรรจไวน อตราสวน clay : ไวน เทากบ 1 : 50 คนใหเขากนด ทงไวสกคร bentonite clay จะไปดงสวนแขวนลอยตางๆ ทอยในไวนใหตกตะกอน ท าใหไวนใส อาจทงไวในตเยนคางคน เพอใหตกตะกอนดขน

4.3 น าไวนมาบรรจขวด ปดจก

4.4 ท าการพาสเจอรไรซไวน โดยน าขวดไปตมใน water bath อณหภม 60-65 oC นาน 30 นาท

(ระวงอยาใหอณหภมสงเกน 70 oC แอลกอฮอลจะระเหยไปหมด)

4.5 ไวนทบรโภคไมหมด ควรเกบในตเยนในลกษณะวางขวดนอนขนานกบพน

5. การศกษาการเปลยนแปลงในขณะหมก

เกบตวอยางไวนออกมาครงละ 50 มล. ในการทดลองวนท 0, 3 และ 7 เพอน ามาตรวจวเคราะหดงตอไปน

1) วดคาความเปนกรดดางดวย pH meter

2) วดปรมาณกรดทงหมดโดยการไตเตรท

3) วดปรมาณแอลกอฮอลโดยใชอบลโอมเตอร (Ebuliometer)

4) วดปรมาณน าตาล โดยใช Hand refractometer


คณต วชตพนธ, อลศรา เรองแสงและไพบลย ดานวรทย. 2538. บทปฏบตการวชา 662484 เทคโนโลย การผลตเครองดมแอลกอฮอล. ภาควชาเทคโนโลยชวภาพ คณะเทคโนโลย มหาวทยาลย

ขอนแกน.

องคกรสหกจอตสาหกรรมการหมก ศนยพนธวศวกรรมและเทคโนโลยชวภาพแหงชาตและศนยวจยการหมกเพอเพมมลคาผลตภณฑทางการเกษตร มหาวทยาลยขอนแกน. 2546. เอกสารประกอบการอบรมเชงปฏบตการ เรอง การผลตและเทคนคทแมนย าในการผลตและการตรวจวเคราะหคณภาพไวนผลไมและสาโท ครงท 3.

230

231


เรอง การผลตน าสมสายชหมกจากขาว

การผลตน าสมสายชหมก เปนการหมกสองขนตอน คอ การหมกน าตาล หเกดแอลกอฮอล (alcoholic fermentation) โดยใชยสต (yeast) ตามดวยการหมกแอลกอฮอลใหเกดกรดแอซตก (acetic

acid fermentation) ดวยแบคทเรยในกลม Acetobacter และ Gluconobacter ในภาวะทมออกซเจน

น าสมสายชทหมก จะใส ไมมตะกอน ยกเวนตะกอนทเกดขนตามธรรมชาต มกลนหอมตามกลนของวตถดบ มรสชาตด มรสหวานของน าตาลทตกคางมกลนของวตถดบทใชในการหมก ความเขมขนขนอยกบ ชนดและปรมาณน าตาลของวตถดบทใชในการหมก และมปรมาณกรดน าสม (acetic acid) ไมนอยกวา 4%

วตถประสงค เพอศกษาวธการหมกและการเปลยนแปลงทเกดขนในขณะหมกน าสมสายช

เชอจลนทรย

1. เชอราทใชในการยอยแปงไดแก Amyromyces rouxii

2. ยสตทใชในการหมกเอทลแอลกอฮอล ไดแก Saccharomyces cerevisiae

3. แบคทเรยทใชในการผลตกรดอะซตก หรอน าสมสายช ไดแก Acetobacter aceti

วตถดบ

ขาวเจาหอมมะลชนดขดขาว และขาวกลองหอมมะล


1. น าขาวมาหงใหสก ทงไวใหเยน แลวลางเอายางขาวออก ระวงอยาใหเละ บรรจขาวน าหนก 500

กรม ในฟลาสกขนาด 1 ลตร

2. เตมเชอรา Amyromyces rouxii ในรปของสปอร ลงไป คลกเคลาใหเขากบกบเมลดขาว น าไปบมทอณหภมหอง เปนเวลา 3 วน เชอราจะยอยแปงใหเปนน าตาล มลกษณะคลายขาวหมาก

3. เตรยมเชอยสต Saccharomyces cerevisiae ในรปของยสตผงประมาณ 1 กรม โดยละลายยสตผงในน าอนและทงไวสกครกอนเตมลงผสมในขาวหมากทไดจากขอ 2

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1168/alcoholic-fermentation-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%AB%E0%B8%A1%E0%B8%B1%E0%B8%81%E0%B9%83%E0%B8%AB%E0%B9%89%E0%B9%80%E0%B8%81%E0%B8%B4%E0%B8%94%E0%B9%81%E0%B8%AD%E0%B8%A5%E0%B8%81%E0%B8%AD%E0%B8%AE%E0%B8%AD%E0%B8%A5%E0%B9%8C

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0555/yeast-%E0%B8%A2%E0%B8%B5%E0%B8%AA%E0%B8%95%E0%B9%8C



http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1129/acetobacter-%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B8%8B%E0%B8%B4%E0%B9%82%E0%B8%95%E0%B9%81%E0%B8%9A%E0%B8%84%E0%B9%80%E0%B8%95%E0%B8%AD%E0%B8%A3%E0%B9%8C

http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/3201/gluconobacter


232

4. จากนนเตมน าและน าตาลใหไดประมาณ 20 - 25 บรกซ (ปรมาตรรวม 1 ลตร) ตงทงไวใหเกดการหมกตอ ทอณหภมหอง เปนเวลา 7 วน จนไดแอลกอฮอลประมาณ 12% (w/v) มน าตาลเหลอประมาณ 6 บรกซ

5. น ามากรองดวยผาขาวบางหลายๆ ชน เพอแยกกากขาวออก จะไดเปนสาโท

6. เตมเชอแบคทเรยทใชในการผลตกรดอะซตก หรอน าสมสายช ไดแก Acetobacter aceti โดยเตรยมในรปของสารแขวนลอยเชอ เตมปรมาตร 20 มลลลตร น าไปเขยาเพอใหอาหารในเครองเขยา (Shaker) ทอณหภมหอง เปนเวลา 14 วน

7. ศกษาการเปลยนแปลงในขณะหมกน าสมสายช โดยวเคราะหหาคา pH ปรมาณน าตาลรดวซ และปรมาณกรดอะซตก


นนทนตย คงวน. (2551). การผลตน าสมสายชหมกจากขาว วารสารวศวกรรมและเทคโนโลย มหาวทยาลยรงสต ปท 11 ฉบบท 3 ; 48-57

นนทพร พงสงวร. (2555). การผลตน าสมสายชหมกจากขาว. สบคนเมอ 15 กนยายน 2556, จาก

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:Yi3GnJ4N1QsJ:old.rmutto.ac.th/rmu

ttonews/attachment/TR893_1.ppt+&cd=5&hl=en&ct=clnk&gl=th

233


เรอง การศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตเอนไซมอะไมเลส

ในปจจบนมการประยกตใชเอนไซมอะไมเลสทไดจากพวกแบคทเรยและราเปนจ านวนมากในอตสาหกรรมตางๆ เชน อตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมเครองดม เภสชกรรม อตสาหกรรมเสอผา และสงทอ เปนตน ท งนการผลตเอนไซมอะไมเลสโดยเชอจลนทรย ถอวาเปนกรรมวธทคมคาทางเศรษฐกจมากกวาการผลตจากแหลงอนๆ โดยมอตราการผลตเอนไซมสงและสามารถออกแบบกระบวนการหมกไดตามทตองการ ทงน สภาวะทเหมาะสม เชน อณหภม และ pH จะมผลตอตอการเจรญและประสทธภาพของการผลตเอนไซมอะไมเลส


เพอศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตเอนไซมอะไมเลส

วสดอปกรณและเครองมอวทยาศาสตร


1) หลอดทดลอง

2) จานเพาะเชอ

3) ขวดรปชมพ 4) กระบอกตวง

5) บกเกอร

6) เขมเขยเชอ

7) ปเปต

2. สารเคม

1) อาหารเลยงเชอ NB

2) Agar

3) Soluble starch

4) เกลดไอโอดน

3. เครองมอวทยาศาสตร

1) หมอนงความดนไอ

2) เครองชง

3) เครองวด pH

234

4) ตบมเชอ

5) ตเขยเชอ

6) เครองวดคาการดดกลนแสง


1. การศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการเจรญและการผลตเอนไซมอะไมเลส

น าแบคทเรยทมกจกรรมของเอนไซมอะไมเลสสงสดจากปฏบตการท 1 มาท าเพาะเลยงเพอศกษาสภาวะทเหมาะสมตอการเจรญและการผลตเอนไซมอะไมเลส โดยท าการเพาะเลยงกลาเชอในอาหาร Nutrient broth จากนนน ามาท าการศกษาสภาวะทเหมาะสมโดยใชอาหาร Starch broth โดยท าการแปรผนคา pH ของอาหารเลยงเชอเปน 3, 4 และ 5 และแปรผนอณหภมในการเพาะเลยงเปน 30, 35 และ 40

องศาเซลเซยส วดการเจรญของเชอแบคทเรยทกๆ 4 ชวโมง โดยการวดคาการดดกลนแสงทความยาวคลน 660 นาโนเมตร เมอบมเชอครบ 48 ชวโมง น าสารแขวนลอยเซลลไปปนเหวยงแยกเซลลโดยท าตามวธในปฏบตการท 1 แลวน าสารละลายสวนใสไปวเคราะหหากจกรรมของเอนไซมอะไมเลส

2. การวเคราะหกจกรรมของเอนไซมอะไมเลส วธการของ Kaur และคณะ (2012)

วธการวดกจกรรมของเอนไซมอะไมเลสใชวธการของ Kaur และคณะ (2012) สามารถท าได ดงน

2.1 ผสมสวนใสซงเปนสารละลายเอนไซมรวม (Crude enzyme) ทไดจากขอ 4 ปรมาตร

1.0 มลลลตร เขากบสารละลาย 1% Soluble starch ทละลายดวย Citrate-phosphate buffer (pH 6.5)

น าไปบมทอณหภม 35 องศาเซลเซยส เปนเวลา 15 นาท

2.2 เตมสารละลาย 0.1% DNS ปรมาตร 1 มลลลตร ( เขยาใหเขากน) 2.3 น าหลอดทดสอบไปตมในอางน าเดอดเปนเวลา 10 นาท เพอหยดปฏกรยาของเอนไซม

เมอครบ 10 นาท 2.4 น าหลอดทดสอบแชน าเยนทนท เตมน ากลน 6 มลลลตร เขยาใหเขากน

2.5 น าไปวดคาการดดกลนแสงทความยาวคลน 540 นาโนเมตร โดยใช

Spectrophotometer เปรยบเทยบกบกราฟมาตรฐานกลโคส

ก าหนดให 1 หนวย (Unit) ของกจกรรมเอนไซมอะไมเลส คอ ปรมาณเอนไซมอะไมเลส ทยอยสบสเตรทแลวปลดปลอยน าตาลรดวซในรปของน าตาล D-glucose ออกมา 1 mol ตอนาท ภายใตสภาวะทดสอบ

3. การเตรยมกราฟมาตรฐานน าตาลกลโคส โดยก าหนดความเขมขนของสารละลายกลโคสมาตรฐานเปน 20, 60, 100, 200, 300, 400, 500,

600, 700, 800, 900 และ 1000 ไมโครกรมตอมลลลตร วเคราะหปรมาณน าตาลโดยใชวธเดยวกนกบการวเคราะหในสารละลายตวอยาง จากขอ 5

235


นวลใย ชวยสข. (2557). การคดแยกแบคทเรยทผลตเอนไซมอะไมเลสไดจากน าทงโรงงานขนมจน. โครงการวจยทางเทคโนโลยชวภาพ. สาขาวชาเทคโนโลยชวภาพ คณะเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏอดรธาน

ลดดาวรรณ ตนเจรญ และนวลรศม เมฆพฒน. (2548). การแยกจลนทรยทผลตเอนไซม อะไมเลสทมประสทธภาพการยอยสลายน าเสยจากกระบวนการผลตขนมจน.สถาบนวจย และพฒนา มหาวทยาลยราชภฎกาญจนบร

Kaur1, A., Kaur1, M., Samyal, M.L. and Ahmed, Z.(2012) Isolation, characterization and

identification of bacterial strain producing amylase. J. Microbiol. Biotech. Res.

2(4): 573-57

Lu Y and T. D. Sharkey. (2004). The role of amylomaltase in maltose metabolism in the cytosol

of photosynthetic cells. Planta 218: 466–473

Documents

เอกสารประกอบการสอนportal5.udru.ac.th/ebook/pdf/upload/17FFcDL1Y5h69LI55FjO.pdfแผนบร หารการสอนประจ าบทท