1

การหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตก: การหมกแบบออกซเดทฟและการประยกตใช

Cellular Respiration of Acetic Acid Bacteria: Oxidative Fermentation and Applications

ศยามพงษ พงษด า* คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยสวนดสต

Sayampong Pongdam* Faculty of Science and Technology, Suandusit University

บทคดยอ

แบคทเรยกรดอะซตก (Acetic Acid Bacteria) เปนแบคทเรยทตองใชออกซเจนในกระบวนการหายใจ (Aerobic Bacteria) ถกจดอยในวงศ Acetobacteriaceae ในระหวางกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟสามารถออกซไดซสารอนทรยไดหลายประเภท เชน เอทานอล น าตาล น าตาลแอลกอฮอล กรดอนทรย โดยมเอนไซมหลกทชวยการออกซไดซ ไดแก แอลกอฮอลดไฮโดรจเนส อลดไฮดดไฮโดรจเนส แอลกอฮอล-อลดไฮดดไฮโดรจเนส กลโคเนทดไฮโดรจเนส และโพลออลดไฮโดรจเนส ในการประยกตใชโดยการหมกแบบออกซเดทฟ (Oxidative Fermentation) จะไดผลตภณฑจากการหมกทส าคญ เชน กรดอะซตก ไดไฮดรอกซอะซโตน แอล-ซอรโบส เซลลโลส กรดกลโคนก ซงน ามาประยกตใชในทางเภสชกรรม เครองส าอาง อตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมเกษตร อตสาหกรรมเคม และอตสาหกรรมสงทอเปนตน ปจจบนมการวจยและพฒนาเพอเพมผลผลตจากกระบวนการหมกโดยแบคทเรยกรดอะซตกจ านวนมาก โดยงานวจยตองอาศยความรเกยวกบการหายใจระดบเซลลของแบคทเรย การออกซไดซสารต งตน เอนไซมทชวยเรงปฏกรยาออกซเดชน การพฒนากระบวนการหมกแบบออกซเดทฟจงเปนการประยกตใชความรสาขาตางๆ เชน จลชววทยา เทคโนโลยชวภาพ กระบวนการผลต และวศวกรรมชวเคมเปนตน

ค าส าคญ : แบคทเรยกรดอะซตก, การหายใจแบบใชออกซเจน, การประยกตใช, การหมกแบบออกซเดทฟ

Abstract

Acetic acid bacteria are aerobic bacteria, classified as Acetobacteraceae family. During oxidative fermentations, they can oxidize many organic compounds, such as ethanol, sugars, sugar alcohols and organic acids. The main oxidative enzymes are alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, alcohol-aldehyde dehydrogenase, gluconate

* ผประสานงานหลก (corresponding Author) e-mail: sayampong@gmail.com

2

dehydrogenase and Polyol-dehydrogenase. In oxidative fermentation applications, the important products are acetic acid, dihydroxyacetone, L-sorbose, cellulose and gluconic acid, and applications of the products are pharmaceuticals, cosmetics, food industry, agriculture, chemical industry and textile industry. Nowadays, there are many researches and developments for improvement of acetic acid bacteria fermentations. Researches are based on bacterial cellular respiration, substrate oxidation, and oxidative enzymes. The development of oxidative fermentation is the application of microbiology, biotechnology, manufacturing processes and biochemical engineering.

Keywords: acetic acid bacteria, aerobic respiration, applications, oxidative fermentation

บทน า

ปจจบนผลตภณฑในทองตลาดจ านวนมากไดมาจากกระบวนการหมก แบคทเรยกรดอะซตกเปนแบคทเรยทตองใชออกซเจนในกระบวนการหายใจ เมอน ามาประยกตใชกบ การหมกแบบออกซเดทฟ (Oxidative Fermentation) จะสามารถใหผลตภณฑไดหลากหลายชนด ทสามารถน ามาใชในอตสาหกรรมอยางกวางขวาง เชน อตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมเกษตร อตสาหกรรมเคม อตสาหกรรมสงทอ เภสชกรรม และเครองส าอาง (Gullo & Giudici, 2008; Pommerville, 2011) จงมการศกษาเกยวกบชวเคมของการเกดผลตภณฑจากแบคทเรยกรดอะซตกอยางแพรหลาย มการพฒนาการประยกตใชผลตภณฑเหลาน น รวมถงการวจยเพอเพมประสทธภาพการผลต (Raspor & Goranovic, 2008) บทความน แสดงถงลกษณะทวไปของแบคทเรยกรดอะซตก ความสามารถในการออกซไดซสารอนทรยของแบคทเรย เอนไซมทเกยวของในกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟ ซงมความสมพนธอยางใกลชดกบการหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตก ผลตภณฑทเกดข นจากกระบวนการหมกเหลาน น การประยกตใชใหเกดประโยชน การน าความรเกยวกบการออกซไดซสารอนทรยประเภทตางๆ ของแบคทเรยกรดอะซตกมาพฒนาการหมกแบบออกซเดทฟ เพอเพมอตราการเกดผลตภณฑทตองการ แนวทางการวจยในอนาคต เชน การคนพบแบคทเรยกรดอะซตกสายพนธใหม การพฒนาอาหารเล ยงเช อ การศกษาพนธกรรมของแบคทเรยกรดอะซตก การประยกตองคความรตางๆ เชน ชวเคม จลชววทยา เทคโนโลยชวภาพ เขากบกระบวนการหมกและกระบวนการผลต โดยมรายละเอยดดงตอไปน

เนอเรอง

1 แบคทเรยกรดอะซตก (Acetic Acid Bacteria)

แบคทเรยกรดอะซตกเปนแบคทเรยแกรมลบ (Gram-negative Bacteria) ตองใชออกซเจนในกระบวนการหายใจระดบเซลล (Strictly Aerobic Bacteria) มลกษณะเปนรปแทง (Rod-shaped Bacteria) มท งสายพนธกลมทมแฟลกเจลลาและไมมแฟลกเจลลา ถกจดอยในวงศ Acetobacteriaceae สามารถแบงไดเ ป น 12 ส ก ล ค อ Acidomonas, Acetobacter, Gluconobacter, Saccharibacter, Gluconacerobacter, Asaia, Kozakia, Swaminathania, Neoasaia, Granulibacter, Ameyamaea และ Tanticharoenia (Klawpiyapamornkun et al., 2015) สามารถใชในอตสาหกรรมอยางกวางขวาง จลนทรยกลมน เปนทรจกเนองจากความสามารถในออกซไดซคารโบไฮเดรทไดหลายประเภท และใหผลตภณฑหลายกลม เชน อลดไฮด คโตน และกรดอนทรย เชน กรดอะซตก กรดแอสคอบก ไดไฮดรอกซอะซโตน กรดกล

3

โคนก และเซลลโลสเปนตน ผานทางกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟ โดยมเอนไซมในกลมดไฮโดรจเนสเปนเอนไซมทมบทบาทส าคญในกระบวนการหมก (Lee et al., 2014; Mamlouk & Gullo, 2013)

เมอน ามาประยกตใชในกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟ สายพนธสวนใหญทนตอสภาวะทเปนกรดได แตทระดบ pH ต า เนองมาจากการสะสมของผลตภณฑทมคณสมบตเปนกรด แบคทเรยมกจะมอตราการเจรญทลดต าลง (Hanmoungjai et al., 2008) ในกรณของความสามารถในการทนอณหภม บางสายพนธไมสามารถทนตอระดบอณหภมทสงข นอนเนองมาจากความรอนทสะสมระหวางกระบวนการหมกได (Moghadami et al., 2013) แบคทเรยกรดอะซตกสามารถใชน าตาลหลายชนดเปนแหลงพลงงาน แตพบวาสามารถใชน าตาลกลโคสเปนแหลงพลงงานไดอยางมประสทธภาพ (Awad et al., 2012) สายพนธสวนใหญมความสามารถในการทนตอสภาวะแวดลอมทมออกซเจนนอย แตไมสามารถเจรญไดด จะเพมจ านวนไดดเมอไดรบปรมาณออกซเจนทมากพอ (Zheng et al., 2016) พบวาผลตภณฑทเซลลแบคทเรยผลตไดอาจยอนกลบมายบย งการเจรญเตบโตและการเพมปรมาณของแบคทเรยเอง (Bauer et al., 2005)

2 การหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตก

การหายใจระดบเซลลของจลนทรยเกดได 2 ลกษณะ คอ การหายใจแบบไมใชออกซเจน (anaerobic respiration) และการหายใจแบบใชออกซเจน (Aerobic Respiration) การหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตกเปนกระบวนการหายใจแบบใชออกซเจน คอใชออกซเจนเปนตวรบอเลกตรอนในชวงสดทาย การหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตกประกอบดวย 4 กระบวนการใหญไดแก ไกลโคไลซส (Glycolysis) การสรางอะซตลโคเอ (Acetyl CoA) วฏจกรเครบส (Kreb's Cycle) และหวงโซการถายทอดอเลกตรอน (Electron Transport Chain) (Solomon et al., 2010) การสราง adenosine triphosphate (ATP) โดยวธฟอสฟอรเลชนระดบสบสเตรท (Substrate-level Phosphorylation) จะเกดข นในชวงไกลโคไลซส โดยพลงงานทไดจากพนธะเคมจะน ามาใชในการเตมหมฟอสเฟต (Pi) เขาส ADP ไดเปน ATP ซงเปนสารพลงงานสงทสามารถใชไดในเซลล (Moat et al., 2002) แบคทเรยกรดอะซตกสามารถออกซไดซเอทานอลเปลยนเปนกรดอะซตก ซงเปนสารต งตนในการผลตอะซตลโคเอ (Acetyl CoA) ทจะเขารวมกบวฏจกรเครบส แบคทเรยกรดอะซตกสวนใหญใชวฏจกรเครบสเปนข นตอนส าคญในการผลต ATP มแบคทเรยกรดอะซตกเพยงบางกลมเทาน นทไมมเอนไซมทจ าเปนส าหรบวฏจกรเครบส จงไมสามารถสราง ATP ไดจากวฏจกรดงกลาว โดยวฏจกรเครบสจะใหอเลกตรอนพลงงานสงผานไปทางตวถายทอดอเลกตรอน (Electron Carrier) ดงน นแบคทเรยกรดอะซตกเกอบทกชนดจงสามารถสราง ATP ไดจากหวงโซการถายทอดอเลกตรอนทเกดทเซลลเมมเบรนดานใน (Inner Membrane) โดยเปนการสราง ATP แบบ oxidative phosphorylation (Kim & Gadd, 2008) กลไกการหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตกมผลตอการน าแบคทเรยมาประยกตใชในกระบวนการหมกอยางมาก รายละเอยดของการหายใจระดบเซลล การออกซไดสสารอาหาร เอนไซมทเกยวของ ผลตภณฑทเกดข น และการหมกแบบออกซเดทฟไดแสดงไวดงตอไปน

3 การหมกแบบออกซเดทฟ

การหมกแบบออกซเดทฟ คอ กระบวนการหมกทเกดจากแบคทเรยทตองใชออกซเจนในการหายใจระดบเซลล มสารต งตน คอ คารโบไฮเดรท แอลกอฮอลหรอสารอนทรยประเภทอนๆ เมอเกดการออกซไดซสารต งตน ผลตภณฑทเกดข นอาจเปนกรดอนทรย อลดไฮด หรอคโตน ผลผลตจากการออกซไดซเหลาน จะออกจากเซลลและปะปนอยในอาหารเล ยงเช อ จงสามารถน ามาใชประโยชนได กลไกการหมกแบบออกซเดทฟของ

4

แบคทเรยกรดอะซตกเกยวของกบกระบวนการออกซเดชน และการถายทอดอเลกตรอนบรเวณเยอหมเซลล การหมกจะไดผลตภณฑหลายชนด เชน กรดอะซตก, ไดไฮดรอกซอะซโตน, D-fructose, D-xylulose, L-erythrulose, L-ribulose, 2-keto-D-gluconic acid, 5-keto-D-gluconic acid และสารตานอนมลอสระ (Deppenmeier & Ehrenreich, 2009; Gómez-Manzo et al., 2015) เนองจากผลผลตจากกระบวนการหมกจะอยในอาหารเล ยงเช อ จงสามารถน ามาใชประโยชนไดโดยการคดแยกเซลลออกโดยไมตองท าใหเซลลแตก แลวจงท าใหสงทตองการมความบรสทธข นโดยกรรมวธทแตกตางกนไปตามแตคณสมบตทางเคมและทางกายภาพของผลตภณฑทตองการน นๆ การท าความเขาใจเกยวกบกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟ จงมความส าคญดวยเหตน นกวจยจากทกมมโลกยงคงใหความส าคญอยางตอเนอง โดยเฉพาะปฏกรยาทางชวเคมทเกดข นบรเวณเยอหมเซลลของจลนทรยซงเปนกลไกหลกในการสงเคราะหผลตภณฑตางๆ ทสามารถน ามาประยกตใชประโยชนได (Gupta et al., 2001; Raspor & Goranovic, 2008) ดงตวอยางตอไปน

3.1 กระบวนการหมก

การหมกแบบออกซเดทฟสามารถแบงได 2 ประเภท คอ surface process และ submerged process กระบวนการหมกแบบ surface process แบงยอยได 2 วธ คอ การหมกแบบชา (Slow Process) และการหมกแบบเรว (Quick Process) การหมกแบบชาเปนวธการหมกแบบด งเดม อาหารเล ยงเช อจะถกบรรจลงในภาชนะรปทรงคลายถง แบคทเรยทผวหนาจะสมผสกบอากาศ และสามารถใชออกซเจนได กระบวนการหมกจะใชเวลานาน จงไมเปนทนยมในกระบวนการผลตเชงอตสาหกรรม (Gullo & Giudici, 2008) การหมกแบบเรวเปนการหมกทบรรจตวกลาง โดยสวนใหญเปนวสดธรรมชาตทประกอบดวยเซลลโลส ใชเปนทยดเกาะใหแกแบคทเรย อาหารเล ยงเช อจะถกเตมทางดานบนใหไหลผานตวกลางมาดานลาง แบคทเรยจงออกซไดซสารอาหารตางๆได อาหารเล ยงเช อจะถกสงข นดานบนถงหมกอก จนกวาจะไดผลตภณฑในปรมาณทตองการ ประสทธภาพการผลตจะสงจงเปนทนยมในระดบอตสาหกรรม กระบวนการหมกแบบ submerged process เปนการหมกทมการใชใบกวน และมการเตมอากาศทางดานลาง มระบบกระจายฟองอากาศใหสม าเสมอตลอดทวถงหมก (Gullo et al., 2014) จากคณสมบตของแบคทเรยกรดอะซตก อนท าใหเกดขอจ ากดตอปรมาณผลตภณฑทตองการ ในกระบวนการหมกสวนใหญ ผผลตจงพยายามก าหนดสภาวะทเหมาะสมตอการเพมผลผลต เชน พยายามก าหนดสดสวนของอาหารเล ยงเช อ ไดแก แหลงคารบอน ไนโตรเจน วตามนและแรธาตทจ าเปน ในปรมาณทเหมาะสมกบแบคทเรยกรดอะซตกแตละชนด (Awad et al., 2012) การคดเลอกสายพนธทมความทนทานตอสภาวะแวดลอม เชน ทนกรดและทนอณหภมสง (Hanmoungjai et al., 2008; Moghadami et al., 2013) การปรบอตราการใหอากาศใหเหมาะสม การปรบขนาดและความเรวของใบกวน (Stirrer) การเพม baffle ลงในระบบการหมก เพอเพมประสทธภาพการรบสารอาหารของแบคทเรย ศกษาวธการเตมอาหารและอตราการเตมอาหาร เชนในระบบกะ (Batch) ระบบกงกะ (Fed-batch) หรอการใชเครองปฎกรณแบบถงกวนตอเนอง (CSTR) (Gullo et al., 2014) การตรงเซลลแบคทเรยระหวางกระบวนการหมกเพอรกษาปรมาณเซลลในระบบใหสงอยเสมอ รวมถงหาระยะเวลาการหมกทเหมาะสมเปนตน (Black and Nair, 2013; Awad et al., 2012)

3.2 ออกซเดชนของเอทานอลโดยแบคทเรยกรดอะซตก

การออกซไดซเอทานอลโดยแบคทเรยกรดอะซตกสามารถแบงได 2 กรณ คอ 1) ใชแอลกอฮอลดไฮโดรจเนสและอลดไฮดดไฮโดรจเนสชวยเรงการสรางกรดอะซตก 2) ใชเอนไซมแอลกอฮอล-อลดไฮดดไฮโดรจเนสชวยเรงการสรางกรดอะซตก มรายละเอยดดงตอไปน

5

3.2.1 ออกซเดชนของเอทานอลโดยมแอลกอฮอลดไฮโดรจเนสและอลดไฮดดไฮโดรจเนสชวยเรงปฏกรยา

เมอแบคทเรยกรดอะซตกไดรบเอทานอลเปนสารอาหาร จะสามารถออกซไดซเอทานอลโดยการเรงปฏกรยาของเอนไซม 2 ชนด คอ แอลกอฮอลดไฮโดรจเนส (Alcohol Dehydrogenase, ADH) และอลดไฮดดไฮโดรจเนส (Aldehyde Dehydrogenase, ALDH) เอนไซมท งสองชนดเปนเอนไซมทฝงตวอยใน เย อ ห ม เซลล (Membrane-bound Enzyme) โด ยฝ งต วอย ท พ น ผ วด านน อกของ cytoplasmic membrane ของแบคทเรย เอนไซมท งสองชนดจะหนบรเวณเรง (Active Site) เขาหา periplasmic space ADH ชวยเรงการเปลยนแปลงเอทานอลเปนอะซตลดไฮด โดยเรงการออกซไดซเอทานอล (CH3CH2OH) ท าใหเอทานอลเสยไฮโดรเจน 2 อะตอมและไดผลตภณฑเปนอะซตลดไฮด (CH3CHO) สวน ALDH จะชวยเรงการเปลยนอะซตลดไฮดเปนกรดอะซตก โดยปฏกรยาออกซเดชนทมการเตมออกซเจนใหแกอะซตลดไฮด จงเกดเปนกรดอะซตก (CH3COOH หรอ AcOH) กรดอะซตกทเกดข นอาจเปลยนเปนอะซตลโคเอ โดยการเรงของเอนไซมอะซตลโคเอซนเทส (Acetyl CoA Synthase) และอะซตลโคเอสามารถเขารวมกบวฏจกรเครบส (Mamlouk & Gullo, 2013) หลงจากน นจงเกดปฏกรยาในชวงหวงโซการถายทอดอเลกตรอน ดงน นการใชเอทานอลเปนสารอาหารของแบคทเรยกรดอะซตก จะเกดการหายใจระดบเซลลแบบใชออกซเจนไดอยางสมบรณ คอ ถ งชวงสดท ายท ม ออกซ เจน เปนต วรบ อ เลกตรอน (Stoker, 2013) ADH ม โคแฟกเตอร ค อ pyrroloquinoline quinone (PQQ) นยมใชสญลกษณ PQQ-ADH แทนคอมเพลกซของการรวมตวระหวางเอนไซมและโคแฟกเตอรดงกลาว เอทานอลจะถกออกซไดซทบรเวณพ นผวของ PQQ เอนไซม ADH และ ALDH มความเชอมโยงกบหวงโซการถายทอดอเลกตรอนอยางใกลชด โดยอเลกตรอนทไดจากปฏกรยาออกซเดชน จะถกสงไปยง ubiquinone (UQ) ซงเปนตวรบอเลกตรอน หลงจากน น ubiquinone ทไดรบอเลกตรอนแลวจะเปลยนเปน ubiquinol (UQH2) แลวจะมการขนสงอเลกตรอนไปยงเอนไซม ubiquinol oxidase (UQH2-Oxidase) ซงเปนเอนไซมในกลมออกซเดสในระบบหวงโซการถายทอดอเลกตรอน หลงจากน น ubiquinol oxidase จะสงอเลกตรอนใหแกออกซเจน ซงเปนตวรบอเลกตรอนตวสดทาย ไดผลตภณฑเปนน า ในชวงเดยวกน ubiquinol oxidase จะปลดปลอยโปรตอน (H+) ออกสภายนอกเยอหมเซลล ดงแสดงในภาพท 1 และพบวาในแบคทเรยอะซตกมเอนไซม ubiquinol oxidase ท าหนาทรบอเลกตรอนจาก UQH2 อยสองประเภท คอ cytochrome bo3 oxidase และ Cyanide-insensitive quinol oxidase (CIO) (Miura et al., 2013) ADH และ ALDH จงมความส าคญตอการออกซไดซแอลกอฮอลและอลดไฮดทแบคทเรยกรดอะซตกไดรบจากภายนอกเซลล โดยปฏกรยาออกซเดชนจะเกดในเวลาทใกลเคยงกบกระบวนการสราง ATP ของแบคทเรย เอนไซมท ง 2 ชนดดงกลาวจงมอทธพลตอการหายใจระดบเซลล และการเพมจ านวนของแบคทเรยอยางมาก (Flores-Encarnación et al., 2014) และพบวาแรงขบเคลอนโปรตอน (Proton-motive Force) ทเกดจากการสะสมของไฮโดรเจนอออนระหวางเยอหมเซลลช นนอกและช นใน มผลตอการท างานของ ATPase ทชวยเรงปฏกรยาการสราง ATP (Kim & Gadd, 2008)

6

ภาพท 1 การออกซไดซของเอทานอลโดยแบคทเรยกรดอะซตก ทบรเวณเยอหมเซลลช นใน (ดดแปลงจาก Mamlouk & Gullo, 2013 และ Gómez-Manzo et al., 2015)

ค าย อ UQ : ubiquinone ; UQH2 : ubiquinol ; UQH2-Oxidase : ubiquinol oxidase ; PQQ-ADH : คอมเพลกซระหวาง ADH และ pyrroloquinoline quinone ; ADH : แอลกอฮอลดไฮโดรจเนส ; ALDH : อลดไฮดดไฮโดรจเนส

เมอศกษาโครงสรางของ ADH และ ALDH พบวา ADH ของแบคทเรยกรดอะซตกหลายชนดเปนเอนไซมทประกอบดวย 3 หนวยยอย (Subunit) ในแบคทเรยกรดอะซตกแตละชนดจะมขนาดของหนวยยอยทไมเทากน พบวาหนวยยอยท 1 มขนาดอยระหวาง 71 – 85 กโลดาลตน หนวยยอยท 2 มขนาดอยระหวาง 44 – 55 กโลดาลตน หนวยยอยท 3 มขนาดเลกทสด คออยระหวาง 8 – 20 กโลดาลตน หนวยยอยท 1 มบรเวณเรง เปนหนวยทสามารถจบกบ PQQ จงเปนหนวยยอยทท าหนาทในการออกซไดซเอทานอลเปนอะซตลดไฮด หนวยยอยท 2 จะประกอบดวย heme C จ านวน 3 โมเลกล เปนบรเวณทมการถายทอดอเลกตรอนระหวาง heme C จงเปนหนวยยอยท ชวยในการถายทอดอเลกตรอน (Electron Mediator) ระหวางกระบวนการออกซเดชน หนวยยอยท 3 ซงมขนาดเลกสด ไมมสวนชวยเรงการออกซไดซ แตท าหนาทชวยหนวยยอยท 1 และหนวยยอยท 2 ใหมความเสถยร ท าใหเอนไซมสามารถจบตวกบ PQQ ได สามารถยดเกาะกบเยอหมเซลล และมผลตอรปรางของบรเวณเรงของหนวยยอยท 1 ดงน นหนวยยอยท 3 จงมสวนชวยการท างานของเอนไซมเชนกน (Yakushi & Matsushita, 2010) ADH ประกอบดวย heme c และ PQQ เปนโคแฟกเตอร โดย PQQ ถกจดเปนหมพรอสธทก (Prosthetic Group) ของ ADH ทจบกนอยางมความเสถยรสง เนองจากตองท าใหเอนไซมเสยสภาพทางธรรมชาต จงสามารถสกด PQQ ได และพบวา ADH จะท างานได จ าเปนตองม Ca2+ มาจบตวกบ PQQ ทบรเวณเรง โดยเอนไซมสามารถออกซไดซแอลกฮอลไดหลายชนด เชน เอทานอล เมทานอล (Flores-Encarnación et al., 2014)

เอนไซม ALDH ในแบคท เรยกรดอะซตกอาจประกอบดวย 2 หรอ 3 หนวยยอย เชน ใน Gluconacetobacter diazotrophicus ประกอบดวย 2 หนวยยอยทมขนาด 79.7 กโลดาลตน และ 50 กโลดาลตน พบ PQQ เปนหมพรอสธทก พบฮมชนดบ (heme b) และพบไซโตโครมซ (Cytochromes C) จ านวน 3 โมเลกลภายในโมเลกลของเอนไซม (Go´mez-Manzo et al., 2010) ในสภาพปรกต ALDH จะไมมความสามารถในการเรงปฏกรยา หรออยในสภาวะเปน apoenzyme แตเมอไดรบการกระตนจากโคเอนไซม คอ NAD+ จะท าใหมความพรอมในการจบกบสารต งตน คอเปลยนเปนสภาวะ holoenzyme ท าใหอะซตลดไฮดสามารถเขามาจบกบบรเวณเรงของ ALDH ในชวงน จะมน าเขาใหออกซเจนแกอะซตลดไฮด อะซตลดไฮดจงเปลยนเปนกรดอะซตก และ NAD+ จะไดรบไฮโดรเจนเกดเปน NADH ซงเปนการถายทอดไฮโดรเจน อนเปนสวนหนงของปฏกรยาทเกดข นเมอมการท างานของเอนไซมในกลมดไฮโดรจเนส (Mamlouk & Gullo 2013)

7

การท างานรวมกนระหวาง ALDH และ UQH2-oxidase จะท าใหโปรตอนผานออกจากเยอหมเซลลไปสะสมอยดานนอก การสะสมน จะท าใหเกดแรงขบเคลอนโปรตอน ทสามารถผลกดนใหเกดการสงเคราะห ATP โดยมเอนไซมทฝงตวอยในเยอหมเซลล คอ ATPase ชวยเรงการเกดปฏกรยา (Pommerville, 2011)

3.2.2 ออกซเดชนของเอทานอลโดยมแอลกอฮอล-อลดไฮดดไฮโดรจเนสชวยเรงปฏกรยา

จากบทความขางตน เมอแบคทเรยกรดอะซตกไดเอทานอลเปนสารอาหาร จะตองใช ADH และ ALDH ชวยเรงการเปลยนเอทานอลเปนอะซตลดไฮด และเรงการเปลยนอะซตลดไฮดเปนกรดอะซตกตามล าดบ หลงจากน นจงสรางอะซตลโคเอเพอเขาสวฏจกรเครบส และเกดกระบวนการหวงโซการถายทอดอเลกตรอนตามล าดบ แตพบวาการหมกแบบออกซเดทฟของเอทานอลใน Ga. diazotrophicus มกลไกทแตกตางจากแบคทเรยกรดอะซตกอนๆ คอ ประกอบดวยปฏกรยา 2 ชวง ทถกเรงดวยเอนไซมแอลกอฮอล-อลดไฮดด ไฮโดรจเนส (Alcohol-Aldehyde Dehydrogenase, ADHa) โดยท ADHa มความสามารถในการออกซไดซแอลกอฮอลและอลดไฮด ไดผลตภณฑเปนกรดอะซตกโดยไมไดตวกลางคอสารประกอบอลดไฮด ADHa จงมผลตอการเจรญของ Ga. diazotrophicus โดยปราศจากการไดรบพษจากอะซตลดไฮด แตเมอระดบ pH ลดลงต ากวา 6 จากผลของปรมาณกรดอะซตกทสะสม เอนไซม ALDH จะสามารถท างานไดดข น (Gómez-Manzo et al., 2015; Mamlouk & Gullo, 2013)

เมอศกษาโครงสรางของ ADHa พบวามสวนประกอบเปน 2 หนวยยอย คอ S-I และ S-II ทมขนาดประมาณ 72 กโลดาลตน และ 44 กโลดาลตนตามล าดบ โดยมฮมอยบรเวณกงกลาง และมโคแฟกเตอร คอ PQQ เชนเดยวกบ ADH และ ALDH การท PQQ จบตวกบสวน S-I จะมผลตอการคงรปรางของเอนไซมและบรเวณเรง และในระหวางการเกดออกซเดชนของเอทานอล อเลกตรอนทไดจะถกถายทอดจาก S-I ไปส S-II ผาน [2Fe–2S] และไซโทโครม CI ทอยบน S-I และไปยงไซโทโครม CII1 ไซโทโครม CII2 และไซโทโครม CII3 ทอยบน S-II ตามล าดบ หลงจากน นจงสงอเลกตรอนไปให ubiquinone และเกดเปน ubiquinol แลวสงอเลกตรอนไปยง ubiquinol oxidase ซงเปนเอนไซมทเรงออกซเดชนในหวงโซการถายทอดอเลกตรอน ดงแสดงในภาพท 2 (Gómez-Manzo et al., 2015) การพยายามเขาใจถงกลไกและข นตอนการท างานของเอนไซมทเกยวของกบปฏกรยาออกซเดชนภายในเซลลของแบคทเรยกรดอะซตกของคณะวจยกลมตางๆ สามารถน ามาประยกตใชในอตสาหกรรมทางชวเคมและเทคโนยชวภาพ ในกรณทตองการหลกเลยงการสะสมของอะซตลดไฮดในผลตภณฑ จงชวยลดข นตอนและเวลาในการท าผลตภณฑทตองการใหบรสทธ และแนวทางการศกษาดงกลาวอาจน ามาประยกตใชกบอตสาหกรรมการหมกประเภทอนๆ ในอนาคตกเปนได

ภาพท 2 การออกซไดซเอทานอลเปนกรดอะซตก โดยม ADHa ชวยเรงปฏกรยา (ดดแปลงจาก Gómez-Manzo et al., 2015 และ Yakushi & Matsushita, 2010)

8

ค า ย อ UQ : ubiquinone ; UQH2 : ubiquinol ; UQH2 -Oxidase : ubiquinol oxidase ; ADHa : แอลกอฮอล-อลดไฮดดไฮโดรจเนส

3.3 ออกซเดชนของน าตาลโดยแบคทเรยกรดอะซตก

3.3.1 ออกซเดชนของน าตาลแลวไดผลตภณฑเปนโมเลกลขนาดเลก

เมอแบคทเรยกรดอะซตกไดรบน าตาลเปนสารอาหาร พบวาแบคทเรยกรดอะซตกมความสามารถในการออกซไดซน าตาลไดอยางด ในธรรมชาตจะมโอกาสออกซไดซกลโคสมากกวาน าตาลชนดอนๆ แตกพบวาสามารถออกซไดซแมนโนส ซอรโบส ไรโบส อาราไบโนส กาแลกโตส ฟรกโตส และไซโลส ไดเชนเดยวกน จงมกพบแบคทเรยกรดอะซตกไดตามผลไมสก น าผ ง หรอดนในสวนทปลกผลไมรสหวาน (Diba et al., 2015) ในแบคทเรยกลม Acetobacter spp. จะออกซไดซน าตาลโดย Embden-Meyerhof-Parnas และ Entner-Doudoroff pathways (Attwood et al., 1991; Kim & Gadd, 2008) แ ล ะ โ ด ย hexose monophosphate pathway (Bettelheim et al., 2010) ในชวงแรกของการออกซไดซน าตาลโดยแบคทเรยกรดอะซตก จดเปนปฏกรยาออกซเดชนทไมสมบรณ (Incomplete Oxidation) เชน การออกซไดซกลโคสไดเปนกรดกลโคนก การออกซไดซด-ซอรบทอลไดเปนแอล-ซอรโบส (Gupta et al., 2001) ในชวงตอไปน าตาลจะถกออกซไดสเปนไพรเวท เมอไพรเวทท าปฏกรยากบโคเอนไซมเอ (CoA) จะเกดเปนอะซทลโคเอนไซมเอ ซงมสวนในการสรางกรดซตรกในวฏจกรเครบส ปฏกรยาในชวงวฏจกรเครบสจะเกดในสภาวะทแบคทเรยอยในสงแวดลอมทมออกซเจน โดยพลงงานสวนใหญทเซลลไดรบ ไดจากวฏจกรเครบส นอกจากน อะซทลโคเอนไซมเอยงเปนสารประกอบทสามารถเปลยนไปเปนชวโมเลกลอนๆ ซงเปนสวนประกอบในเซลลของแบคทเรยได (Kim & Gadd, 2008) วฏจกรเครบสท าใหไดคารบอนไดออกไซด ATP และอเลกตรอนทพรอมเขาสตวน าอเลกตรอน (Electron Carrier) เชน NAD และ FAD เกดเปน NADH และ FADH2 ทจะเขาสหวงโซการถายทอดอเลกตรอน พบวาตวรบอเลกตรอนทฝงตวอยใน cytoplasmic membrane ของแบคทเรยกรดอะซตกแตละสปชสจะแตกตางกน ในข นตอนสดทายจะมออกซเจนเปนตวรบอเลกตรอน และจะไดผลผลตสดทายเปนน า ดงแสดงในภาพท 3 (Stoker, 2013) ซงแตกตางจากแบคทเรยกลม Gluconobacter spp. ทน าตาลจะถกออกซไดซโดย pentose phosphate pathway ไดอยางมประสทธภาพ พบวา G. oxydans 621H ใชกลโคสเปนแหลงคารบอนหลกภายในเซลล โดยแคทาบอลซมของน าตาลเกดข นโดยอาศย Entner–Doudoroff pathway และ pentose phosphate pathway (Ostermann et al., 2015) ลกษณ ะเฉพาะของกล ม Gluconobacter spp. คอความสามารถในการออกซไดซกลโคส (C6H12O6) เปน Glucono delta-lactone หรอ GDL (C6H10O6) โดยมกลโคสดไฮโดรจเนส (GDH) เปนตวเรงปฏกรยาออกซเดชนทมการดงไฮโดรเจนออกจากกลโคส หลงจากน นจะเกดออกซเดชนอยางตอเนอง คอ Glucono delta-lactone จะถกออกซไดซเกดเปนกรดกลโคนก (C6H12O7) และกรดกลโคนก (D-gluconic acid) จะถกออกซไดซไปเปนกรดคโตกลโคนก (2-ketogluconic acid, C6H10O7) และกรดไดค โตกล โคนก (2, 5-diketogluconic acid, C6H8O7) โดยมเอนไซมกลโคเนทดไฮโดรจ เนส (GADH) และเอนไซมคโตกลโคเนทดไฮโดรจเนส (2-ketogluconate dehydrogenase) ชวยเรงปฏกรยา การเรงปฏกรยาออกซเดชนทเกดข นอยางตอเนองดงกลาว เกดข นโดยการเคลอนยายไฮโดรเจนออกจากสารต งตนไปสตวรบอเลกตรอน หรอเกดการเตมออกซเจนเขาสโมเลกลน าตาล ปฏกรยาสวนใหญทเกดข นในชวงแรกของการใชน าตาลเปนสารอาหารจงเปนปฏกรยาออกซเดชน-รดกชน โดยกลมของปฏกรยาดงกลาวเกดข นอยางตอเนองทเมมเบรนของแบคทเรย พบวาใน G. oxydans กรดกลโคนกทผานเขาสภายในเซลลจะถกเตมหมฟอสเฟตโดยมเอนไซมกลโคเนทไคเนส (Gluconate Kinase) ชวยเรงปฏกรยา จงเกดเปนกรดฟอสโฟกลโคนก (6-Phosphogluconic Acid, C6H13O10P) ซงเปนตวกลางใน

9

pentose phosphate pathway อนเปนกระบวนการทเกยวของกบการสรางสารชวโมเลกลภายในเซลลแบคทเรยมากกวาการยอยสลายเพอใหไดพลงงาน เชน ชวยในการสราง นวคลโอไทด กรดไขมน และ กรดอะมโน (Gupta et al., 2001) จงพบวาแบคทเรยกลม Gluconobacter spp. สามารถเจรญไดในสงแวดลอมทมน าตาลเขมขนสง (Mamlouk & Gullo, 2013)

ภาพท 3 การออกซไดซน าตาลและแอลกอฮอลของแบคทเรยกรดอะซตก (ดดแปลงจาก Bettelheim et al., 2010 และ Kim & Gadd, 2008)

ค ายอ ATP : adenosine triphosphate

3.3.2 ออกซเดชนของน าตาลแลวไดผลตภณฑเปนโมเลกลโพลเมอรขนาดใหญ

แบคทเรยกรดอะซตกบางชนด เชน A. xylinum หลงจากออกซไดซกลโคสเปนกรดกลโคนก และไดกรดอะซตกออกสภายนอกเซลล จะผลตสารเมแทบอไลททตยภม (Secondary Metabolite) คอ เซลลโลส ซงจดเปนเซลลโลสจากแบคทเรย (Bacterial Cellulose) โดยการเจรญของ A. xylinum จะมลกษณะเปนไบโอฟลม (Biofilm) คอ เซลลอาศยอยรวมกน มเซลลโลสทแบคทเรยปลอยออกมานอกเซลลท าหนาทปกปองและสรางสภาวะทเหมาะสมตอการเจรญ (Lestari et al., 2014; Tomita & Kondo, 2009) โดยเอนไซมทใชในการเรงปฏกรยาการสงเคราะหเซลลโลส คอ เอนไซมเซลลโลสซนเทส (Cellulose Synthase) ซงเปนเอนไซมทจบอยกบเยอหมเซลล เอนไซมจะท างานไดตอเมอม Cyclic diguanylic acid (c-di-GMP) เปนตวกระตน (Allosteric Activator) โดยการจบทแอลโลสเตอรกไซท แลวชวยใหเอนไซมเรงการสงเคราะหเซลลโลสได พบวาแบคทเรยสามารถใชน าตาลเปนสารต งตนไดหลายชนด เชน กลโคส ฟรกโตส ซโครส โดยน าตาลจะเปลยนแปลงเปน uridine diphosphate glucose (UDP-glucose) กอนการสงเคราะหเปนเซลลโลส ในกรณของการเปลยนกลโคสเปนเซลลโลสจะเกดการเปลยนแปลง 4 ข นตอน คอ กลโคส → glucose-6-phosphate → glucose-1-phosphate → UDP-glucose → เซลลโลส ดงแสดงในภาพท 4 (Lee et al., 2014; Suwanposri et al., 2013)

10

ภาพท 4 กระบวนการเปลยนแปลงกลโคสเปนเซลลโลสและการใชกลโคสเพอใหไดพลงงานภายในเซลลของ A. xylinum (ดดแปลงจาก Lee et al., 2014)

ค า ย อ Glc-6-P : glucose-6-phosphate, Glc-1-P : glucose-1-phosphate, UDP-Glc : Uridine diphosphate glucose (UDP-glucose), ATP : adenosine triphosphate

3.4 ออกซเดชนของน าตาลแอลกอฮอลในแบคทเรยกรดอะซตก

เมอแบคทเรยกรดอะซตกไดรบน าตาลแอลกอฮอล (Sugar Alcohols) เปนสารอาหาร จะสามารถออกซไดซน าตาลแอลกอฮอลหลายชนด โดยม sugar-alcohol dehydrogenase ทฝงตวอยในเมมเบรน ชวยเรงปฏกรยา (Adachi et al., 2001) โดยหนาทของ sugar-alcohol dehydrogenase คอ ชวยเรงออกซเดชนทมการดงไฮโดรเจนออกจากสารต งตน โดยสวนทมการเปลยนแปลงคอหมไฮดรอกซลของน าตาลแอลกอฮอล เชน เปลยนกลเซอรอล (C3H8O3) เปนไดไฮดรอกซอะซโตน หรอ DHA (C3H6O3), ด-ซอรบทอล (C6H14O6) เปนแอล-ซอรโบส (C6H12O6), D-mannitol (C6H14O6) เปน D-fructose (C6H12O6), D-arabitol (C5H12O5) เปน xylulose (C5H10O5) (Raspor & Goranovic, 2008) ใน G. oxydans พบวาการออกซไดซกลเซอรอลถกเรงปฏกรยาโดยเอนไซมทจบอยกบเยอหมเซลล คอ กลเซอรอล-ซอรบทอลดไฮโดรจเนส (Glycerol-sorbitol Dehydrogenase) ซงมความสามารถในการเรงการออกซไดซด-ซอรบทอลเปนแอล-ซอรโบส และเรงการออกซไดซกลเซอรอลเปนไดไฮดรอกซอะซโตน พบวากลเซอรอล-ซอรบทอลดไฮโดรจเนสเปน quinoproteins คอตองมควโนนเปนโคแฟกเตอร และเอนไซมจะฝงตวอยในเยอหมเซลล โดยทบรเวณเรงของเอนไซมจะหนเขาหา periplasm แมวา G. oxydans จะมความสามารถในการออกซไดซสารอนทรยไดหลากหลายชนด เชน คารโบไฮเดรท แอลกอฮอล น าตาลแอลกอฮอล แตกระบวนการออกซไดซดงกลาวเปนการออกซไดซทไมสมบรณ (Incomplete Oxidation) เนองจากผลตภณฑทไดยงเปนสารประกอบทมพลงงานสง ไมไดเกดออกซเดชนอยางสมบรณในวฏจกรเครบสและหวงโซการถายทอดอเลกตรอน ผลตภณฑเหลาน นจงยงไมถกใชพลงงานอยางสมบรณจนไดผลตภณฑสดทายเปนคารบอนไดออกไซดและน า การออกซไดซน าตาลแอลกอฮอลของแบคทเรยกรดอะซตกมผลพลอยไดทส าคญนอกจากการไดพลงงาน เนองจากผลตภณฑทไดจะเปนสารต งตนในการสงเคราะหชวโมเลกลอนๆ ทจ าเปนภายในเซลล (Prust et al., 2005; Raspor & Goranovic, 2008) ในกรณของการน าน าตาลแอลกอฮอลเขาสเซลลของ G. oxydans น น ทเยอหมเซลลจะม ATP-binding

11

cassette transporters (ABC Transporters) ชวยในการน าน าตาลแอลกอฮอล เชน ซอลบทอลและแมนนทอลเขาสภายในเซลล หลงจากน นจะมเอนไซมโพลออลดไฮโดรจเนสเปลยนน าตาลแอลกอฮอลใหเปนน าตาลคโทส โพลออลดไฮโดรจเนสเปนเอนไซมทมความสามารถในการออกซไดซ polyhydroxy alcohol โดยเอนไซมจะฝงตวอยในเยอหมเซลลช นใน และหนบรเวณเรงเขาสไซโทพลาสซม (Davidson et al., 2008)

โครงสรางของโพลออลดไฮโดรจเนสใน G. oxydans ประกอบดวย 3 หนวยยอย หนวยแรกมขนาดประมาณ 67 กโลดาลตน เปนหนวยทท าหนาทในการเรงปฏกรยา หนวยท 2 และ 3 มขนาดประมาณ 46 และ 15 กโลดาลตน ตามล าดบ และพบวาเอนไซมมความสามารถในการออกซไดซแอลกอฮอลทมหมไฮดรอกซลไดมากถง 3 หม แตไมมความสามารถในการออกซไดซ cyclic alcohols (VanLare & Claus, 2007) และจะมเอนไซม Ribulokinase ชวยเรงการเตมหมฟอสเฟตเขาสโมเลกลน าตาลคโทส เกดเปนน าตาลคโทสฟอสเฟต (Ketose-phosphate) แลวจงเขาสวถเพนโทสฟอสเฟตจงไดเปนเพนโทส เพอเปนสารต งตนในการสรางชวโมเลกลตางๆ ภายในเซลล ดงแสดงในภาพท 5 (Davidson et al., 2008; Prust et al., 2005)

ภาพท 5 การน าซอรบทอลเขาสภายในเซลล G. oxydans และการปรบเปลยนซอรบทอลเปนคโตสฟอสเฟต เพอเขาสวถเพนโทสฟอสเฟต (ดดแปลงจาก Prust et al., 2005 และ Davidson et al., 2008)

3.5 ออกซเดชนของกรดอนทรยในแบคทเรยกรดอะซตก

แบคทเรยกรดอะซตกสามารถออกซไดซกรดอนทรยไดเชนกน โดยการออกซไดซเกดข นภายในวฏจกรเครบส กรดบางชนดเปนตวกลางในวฏจกรเครบส เชน กรดซตรก กรดซกซนก กรดมาลก แตกรดบางชนด เชน กรดอะซตก และกรดไพรวก ตองเปลยนเปนอะซตลโคเอกอนจงจะเขาสวฏจกรเครบสได ผลผลตจากการออกซไดซ คอ คารบอนไดออกไซด (Bettelheim et al., 2010; Moat et al., 2002) เอนไซมส าคญทเรงการออกซไดซกรดอนทรยไดแก ไอโซซเตรทดไฮโดรจเนส อลฟาคโทกลทาเรตดไฮโดรจเนส ซกซนกดไฮโดรจเนส และมาเลทดไฮโดรจเนส ชวยเรงการออกซไดสกรดซตรก กรดอลฟาคโทกลทารก กรดซกซนก และกรดมาลก

12

ตามล าดบ ระหวางการออกซไดซจะท าใหไดสารน าอเลคตรอน ไดแก NADH และ FADH2 ซงแบคทเรยสามารถน าไปใชในการสราง ATP ในชวงหวงโซการถายทอดอเลกตรอน กรดอนทรยจงเปนแหลงพลงงานของแบคทเรยกรดอะซตกไดเชนกน ผานออกซเดชนทเกดในวฏจกรเครบส แตการออกซไดซกรดอนทรยบางชนดอาจไมเกดข นอยางสมบรณในวฏจกรเครบสเสมอไป เชน Acetobacter pasteurianus สามารถออกซไดซกรดแลกตก เกดเปน 3-hydroxybutanone หรอ acetoin ซงเปนสารทมสเหลองออน ลกษณะคลายเนย ระเหยงาย พบไดในไวนทเกบไวนานและเกดการสะสมของกรดแลกตก (Xiao & Xu, 2007) พบวาเมอมปรมาณ ATP ทเพยงพอ A. aceti และ A. pasteurianus มกลไกยบย งการสราง NADH จากการออกซไดซกรดอนทรยในวฏจกรเครบส และในกรณทมเอทานอลในสงแวดลอมสง A. aceti และ A. pasteurianus จะลดอตราการออกซไดซกรดอนทรยในวฏจกรเครบสเชนเดยวกน เนองจากแบคทเรยกรดอะซตกสามารถออกซไดซเอทานอลโดย ADH และ ALDH ทฝงตวอยในเยอหมเซลลดานใน และปฏกรยาดงกลาวสามารถสราง ATP ได (Sakurai et. al., 2013) ในกรณของแบคทเรยกลม Gluconobacter ไมมปฏกรยาในสวนวฏจกรเครบส เนองจากไมมเอนไซม 2 ชนดหลก คอ อลฟาคโทกลทาเรตดไฮโดรจเนส และ ซกซนกดไฮโดรจเนส จงไมสามารถออกซไดซกรดอะซตกและกรดแลกตกไปเปนคารบอนไดออกไซด นนคอไมสามารถไดพลงงานจากกรดอนทรย แตจะไดพลงงานจากการออกซไดซน าตาลและแอลกอฮอล แลวไดผลตภณฑเปนกรดอนทรยและสารประกอบคโตนตามล าดบ (Gupta et al., 2001) เปนทนาสงเกตวาในกรณทมสารอาหารอน แบคทเรยกรดอะซตกเลอกทจะใชแหลงพลงงานประเภทอนมากกวาการใชกรดอนทรยเปนแหลงพลงงาน

4 การประยกตใชแบคทเรยกรดอะซตก

4.1 กรดอะซตก

กรดอะซตกทไดจากแบคทเรยกรดอะซตกถกน ามาใชในการผลตน าสมสายช สามารถแบงน าสมสายชทไดจากแบคทเรยตามวธการผลตได 2 ประเภท คอ น าสมสายชหมกและน าสมสายชกลน น าสมสายชหมก คอ น าสมสายชทไดจากการหมก ผลไม เมลดธญพช น าตาล กากน าตาล การหมกม 2 ชวง คอ การหมกน าตาลใหไดเอทานอลโดยใชยสต และการหมกเอทานอลใหไดกรดอะซตก โดยแบคทเรยกรดอะซตก (Raspor & Goranovic, 2008) น าสมสายชกลน ไดจากการน าเอทานอลทมความเขมขนประมาณ 10 % มาหมกกบแบคทเรยกรดอะซตกใหไดกรดอะซตก พบวาการเตมสารอาหาร เชน น าตาลกลโคส เพปโทน (Peptone) สารสกดจากยสต (Yeast Extract) และการเตมแรธาต เชน แคลเซยมคารบอเนต แอมโมเนยมซลเฟต โซเดยมคลอไรด แมงกานสซลเฟต จะชวยเพมประสทธภาพการผลตได และอาจผลตน าสมสายชกลนไดจากการน าน าสมสายชทไดจากการหมกมากลนใหไดกรดอะซตกทมความเขมขนเพมข น น าสมสายชกลนทไดจงมลกษณะใส ไมมตะกอนทเกดจากการจบตวของสารอนทรยและเซลลแบคทเรย ปรมาณสารปนเปอนอนๆ จะมนอย เมอบรรจขวดสผบรโภคน าสมสายชกลนจะมความเขมขนของกรดอะซตกไมนอยกวา 4% พบวากระบวนการกลนในระดบอตสาหกรรมมตนทนตอหนวยทต าเมอเทยบกบการกลนในหองปฏบตการ (Gullo et al., 2014; Yakushi & Matsushita, 2010; Wongsudaluk & Nooniam, 2013)

4.2 ไดไฮดรอกซอะซโตน

ไดไฮดรอกซอะซโตนถกจดเปนสารเวชส าอางในกลมกรดไฮดรอกซ (Hydroxy Acid) เมอพจารณาถง สผว โครงสรางและความกระชบของผว จะสามารถใชไดกบทกสภาพผว (Amnuaikit, 2009) ในอตสาหกรรมเครองส าอาง จะใชเปนครมเปลยนสผวใหเขมข น (Indoor Tanning Lotion) โดยไดไฮดรอกซอะซโตนจะท า

13

ปฏกรยากบกรดอะมโนของเซลลทตายแลวในผวหนงช น stratum corneum ท าใหเกดรงควตถทมสเขม รงควตถคงสภาพอยประมาณ 3 ถง 7 วนแลวจะคอยๆ จางหายไป โดยลกษณะของผลตภณฑในทองตลาดอาจอยในรปครม เจล หรอสเปรย (Garone et al., 2015) ไดไฮดรอกซอะซโตนยงสามารถใชในอตสาหกรรมเคมโพลเมอร เชน ใชเปนสารต งตนในการผลตโมโนเมอร เพอเปนสวนประกอบในสารโพลเมอรรวม (Copolymer) (Simon et al., 2012) ในกระบวนการผลตไฮดรอกซอะซโตน G. oxydans จะออกซไดซกลเซอรอลเกดเปนไดไฮดรอกซอะซโตน โดยจะตองใชออกซเจนเขารวมในปฏกรยา ดงน นการเตมอากาศในถงหมก การออกแบบรปรางถงหมก และระบบการกวนจงเปนสงจ าเปน การก าหนดปรมาณกลเซอรอลเรมตนทเหมาะสมจะมผลตอการเจรญและการผลตไดไฮดรอกซอะซโตนของแบคทเรย การหมกสามารถท าไดในระบบกะ (Batch) และอาจท าการหมกดวยระบบกงกะ (Fed-batch) ซงจะมการเตมกลเซอรอลใหแกแบคทเรยในปรมาณและจ านวนคร งทเหมาะสม เพอสะดวกตอการควบคมปรมาณกลเซอรอลใหเหมาะสมตอความตองการของแบคทเรย (Zheng et al., 2016; Hu et al., 2010) ในระดบอตสาหกรรมสามารถผลตไดไฮดรอกซอะซโตนในเครองปฏกรณแบบกงตอเนอง (Semi-continuous Bioreactor) ซงเปนระบบการผลตทมการระบายผลตภณฑทเกดข นออกจากระบบ จงชวยลดปรมาณไฮดรอกซอะซโตนในระบบใหอยในระดบทเหมาะสมตอการเจรญของแบคทเรยและอตราการเกดผลตภณฑ (Bauer et al., 2005)

4.3 แอล-ซอรโบส (L-sorbose)

แอล-ซอรโบสเปนน าตาลโมเลกลเดยว สามารถใชเปนสารใหความหวานเนองจากมความหวานใกลเคยงกบซโครส ใชเปนสารต งตนในการผลตวตามนซ (กรดแอสคอบก) ในทางอตสาหกรรมสามารถผลต แอล-ซอรโบสไดโดยการหมกด-ซอรบทอลโดยใชแบคทเรยในกลม Gluconobacter spp. (Gupta et al., 2001) หลงจากน นจงใชปฏกรยาเคมเปลยน แอล-ซอรโบสเปนอนเทอรมเดยท คอ 2-keto-L-gulonic acid (2KGA) และไดผลตภณฑสดทาย คอ วตามนซ การผลตแอล-ซอรโบสโดยแบคทเรยกรดอะซตกจะไดผลตภณฑทมความปลอดภยสง เนองจากไมผานปฏกรยาทางเคม (Raspor & Goranovic, 2008)

4.4 เซลลโลส

เซลลโลสทไดจากแบคทเรยกรดอะซตกเปนโพลเมอรทมโมโนเมอรเปนกลโคส และเปนเซลลโลสทมความบรสทธ ไมมการเจอปนของลกนน และเพกตน ดงเชนเซลลโลสจากพช พบวามความแขงแรง และสามารถซบน าไดด จงน ามาใชประโยชนได เชน ใชผลตกระดาษทมคณภาพสงและมความทนทาน (Basta & El-saied, 2009) ในธรรมชาตแบคทเรยจะผลตเซลลโลสออกสสงแวดลอมเพอปกปองเซลลของมนเอง เซลลโลสทไดสามารถน ามาใชประโยชนไดหลายประเภท เชน ในทางการแพทยใชเปนหนงเทยมชวคราวเมอเกดบาดแผล โดยชวยใหแผลแหงไดงายและชวยลดอาการระคายเคอง และยงใชท าหลอดเลอดเทยมไดอกดวย (Lee et al., 2014) เซลลโลสทไดยงสามารถใชเปนอาหาร คอ วนมะพราว (NATA de coco) ซงเปนผลตภณฑทไดจากหมกแบบออกซเดทฟของ A. xylinum โดยการใชน าตาลทรายและน ามะพราวเปนแหลงคารบอน ภายใตสภาวะทมคา pH ประมาณ 4 เซลลโลสจากแบคทเรยเปนอาหารทใหพลงงานต า เพราะมนษยไมมความสามารถในการไฮโดรไลสเซลลโลสใหเกดเปนกลโคส ปจจบนมความพยายามในการพฒนาสตรอาหารส าหรบแบคทเรยกรดอะซตกทใชในการผลตเซลลโลส โดยสวนใหญจะใชแหลงคารบอน (Carbon Source) คอ ซโครสจากน าตาลทราย และน าผลไมทไดรบความนยม เชน น ามะพราว น าสบปะรด นอกจากจะไดอาหารทมพลงงานต า ยงไดกลนและรสอนเปนทถกใจของผบรโภค (Maichan et al., 2012) พบวาวสดเหลอท งจาก

14

อตสาหกรรมเกษตรสามารถใชเปนแหลงคารบอนและสามารถใหเซลลโลสทมคณภาพไดเชนกน (Lestari et al., 2014)

4.5 กรดกลโคนก

แบคทเรยกลม Gluconobacter spp. สามารถออกซไดซกลโคสไดเปนกรดกลโคนก กรดกลโคนกทไดสามารถน ามาใชในอตสาหกรรมอาหาร เชน ใชปองกนการเกดลมโปรตนในอตสาหกรรมทเกยวกบนม (Dairy Industry) ใชท าสารท าความสะอาดทมความปลอดภย เพอใชกบภาชนะทใชประกอบและบรรจอาหาร ในอตสาหกรรมการเล ยงสตว ใชเปนสารต งตนในการผลต calcium gluconate ซงเปนอาหารเสรมแคลเซยม (Stasiak & Błazejak 2009) หรอใชรกษาอาการขาดแคลเซยมในสตวเล ยงภายในบาน ในทางเภสชกรรมใชในการผลต ferrous gluconate ใชรกษาโรคโลหตจาง ใชเปนสารต งตนในการผลต Sodium gluconate ทใชเปนสวนประกอบในการผลตสบ ถาใชปรมาณมากสามารถเปนดเทอรเจนทลางภาชนะ และยงมคณสมบตในการก าจดสนม ใชในอตสาหกรรมสงทอ เชน ใชปรบเน อผาโพลเอสเทอร และใชในการปรบผวของกระดาษ (Ramachandran et al., 2006)

จากความสามารถของแบคทเรยกรดอะซตกในการออกซไดซสารอนทรยไดหลากหลายชนด และท าใหเกดซงผลตภณฑตางๆ ดงแสดงขางตน สามารถน าผลตภณฑดงกลาวมาประยกตใชกบอตสาหกรรมไดหลายประเภท ดงตารางท 1

ตารางท 1 ผลตภณฑจากแบคทเรยกรดอะซตกและการประยกตใช

ผลตภณฑ การประยกตใช แบคทเรย เอกสารอางอง กรดอะซตก ใชผลตน าสมสายช เอสเทอร

สารโพลเมอร สยอมผา ยาฆาแมลง

Acetobacter spp. Raspor & Goranovic, 2008

ไดไฮดรอกซอะซโตน อตสาหกรรมการผลตยา อตสาหกรรมเครองส าอาง

Gluconobacter spp. Stasiak & Błazejak, 2009 Amnuaikit, 2009

แอล-ซอรโบส การผลตวตามนซ (กรดแอสคอบก)

Gluconobacter spp. Raspor & Goranovic, 2008

เซลลโลส ผลตวนมะพราว ใชในการผลตกระดาษ ใชปดแผลทเกดจากไฟไหม

A. xylinum Maichan et al., 2012 Lee et al., 2014

กรดกลโคนก อตสาหกรรมอาหาร เชน นม ขนมอบ อตสาหกรรมยา เชน ยารกษา

Gluconobacter spp. Ramachandran et al., 2006

15

ผลตภณฑ การประยกตใช แบคทเรย เอกสารอางอง โรคโลหตจาง อตสาหกรรมเคม เชน ดเทอรเจนท

5 แนวโนมการวจยและพฒนาในอนาคต

การวจยเพอเพมประสทธภาพการหมกแบบออกซเดทฟของแบคทเรยกรดอะซตก อาจแบงไดหลายประเภท เชน การพฒนาสารอาหารทใหแกแบคทเรย ศกษาการท างานของเอนไซมทเกยวของกบการหมก ศกษาแบคทเรยกรดอะซตกเมอเจรญรวมกบจลนทรยอน การคนหาแบคทเรยสายพนธใหม การศกษาทางพนธวศวกรรม และการศกษาการหมกในเชงวศวกรรมชวเคม โดยมรายละเอยดดงตอไปน

5.1 ศกษาการท างานของเอนไซมทเกยวของกบการหมก

ปจจบนมความพยายามในการศกษาผลของเอนไซมทมตอการสรางผลตภณฑของแบคทเรยกรดอะซตก เชน พบวาใน Gluconobacter frateurii CHM43 ความสามารถของ glycerol dehydrogenase (GLDH) จะมประสทธภาพลดลง เมออณหภมเพมข น แตเมอเพมปรมาณ PQQ พบวา glycerol dehydrogenase จะท างานไดดข น สามารถเรงการออกซไดซด-ซอรบทอลเกดเปนแอล-ซอรโบสไดมากข น (Hattori et al., 2012) บางกลมศกษาการท างานของเอนไซมทฝงตวอยในเยอหมเซลลดานใน เชน เอนไซมในกลมดไฮโดรจเนส ทท างานรวมกบชวโมเลกลภายในเยอหมเซลลอนๆ เชน โปรตนหรอคอมเพลกตางๆทเปนตวรบสงอเลกตรอน สวนใหญจะศกษาโครงสราง การท างาน และผลตภณฑทดไฮโดรจเนสผลตได (Yakushi & Matsushita, 2010) มการคนพบแบคทเรยกรดอะซตก Asaia bogorensis เปนแบคทเรยทมความสามารถในการผลตกรดอะซตกไดต า ในขณ ะท สามารถ เจรญ ได อย างรวด เรว เม อ เปรยบ เท ยบกบแบคท เรยกล ม Acetobacter, Gluconobacter และ Gluconacetobacter เมอศกษาหวงโซการถายทอดอเลกตรอน พบวาแบคทเรย A. bogorensis ไมม quinoprotein alcohol dehydrogenase แตมเอนไซมตวอนทสามารถออกซไดซน าตาลและน าตาลแอลกอฮอลได มคณสมบตคลาย quinoprotein glycerol dehydrogenase และมเอนไซม ubiquinol oxidase เปนเอนไซมออกซเดสตวสดทายในหวงโซการถายทอดอเลกตรอน ทถกยบย งการท างานโดยไซยาไนดได (Ano et al., 2008) มการวจยเพอพฒนากระบวนการหมกน าสมสายชในระดบอตสาหกรรม โดยการหาระดบอณหภมทเหมาะสม พบวาควรควบคมอณหภมใหอยท 30 องศาเซลเซยส เนองจากระดบอณหภมทสงจะท าใหเกดการเสยสภาพทางธรรมชาต (Denaturation) ของโปรตน และท าใหเยอหมเซลลและเอนไซมในเยอหมเซลลถกท าลายหรอหลดออกมาจากเยอหมเซลล เอนไซมเหลาน นจงไมสามารถเรงปฏกรยาการผลตอะซตลดไฮดและกรดอะซตกได อตราการผลตน าสมสายชจงเกดไดนอยลง และพบวาการสะสมของกรดอะซตกในอาหารเล ยงเช อ จะท าใหแบคทเรยมความสามารถในการทนตอความรอนไดนอยลง (Gullo et al., 2014) ในอตสาหกรรมการผลตไวน แบคทเรยกรดอะซตกในระบบการหมกจะมเอนไซม glycerol dehydrogenase ทจะเรงการเปลยนกลเซอรอลเปนไดไฮดรอกซอะซโตน เอนไซมดงกลาวอยทเยอหมเซลล และท าใหเกดการสะสมของไดไฮดรอกซอะซโตนในไวน ซงมผลตอกลนและรสของไวน (Stasiak & Blazejak, 2009; Zhong-Ce et al., 2010) และจากความสามารถในการออกซไดซกรดอนทรยของแบคทเรยกรดอะซตก ถาเปนในกรณของการผลตน าสมสายช การเปลยนแปลงดงกลาวจะท าใหคณภาพผลตภณฑน าสมสายชลดลงได (Moat et al., 2002; Gullo et al., 2014)

16

5.2 การคนพบแบคทเรยกรดอะซตกสายพนธใหม

ปจจบนมความพยายามในการหาแบคทเรยกรดอะซตกทมประสทธภาพในการใหผลผลตทสงข นอยางตอเนอง เชน กลมวจยหลายคณะศกษาชนดของแบคทเรยกรดอะซตกทพบในผลไมทเรมเนาเสย เนองจากมโอกาสพบแบคทเรยกลมดงกลาวสง เชน มะมวง องน สบปะรด แลวทดสอบความสามารถในการออกซไดสเอทานอลเพอเปลยนเปนกรดอะซตก (Diba et al., 2015) การคดแยกแบคทเรยกรดอะซตกกลมทนความรอนจากน าผ ง และศกษาความทนทานตอสงแวดลอมทมเอทานอล (Kappeng & Pathom-aree, 2009) การคดแยกแบคทเรยกรดอะซตกจากพชในตระกลทอ เชน Peach, Apricot และ Nectarine โดยศกษาคณสมบตของแบคทเรย แลวหาสภาวะทเหมาะสมทใชในการผลตกรดอะซตก (Sharafi et al., 2010) บางกลมพยายามศกษาเมทาบอลซมของแบคทเรยกรดอะซตกในการผลตน าสมสายชตามกรรมวธแบบด งเดม และพยายามปรบปรงสภาวะตางๆ เชน อตราการเตมออกซเจน การปองกนการปนเปอนจากจลนทรยอนๆ เพอการเพมผลผลต (Gullo & Giudici, 2008) มการศกษาประสทธภาพการผลตและคณภาพของน าสมสายชทไดจากแบคทเรยกรดอะซตกชนดตางๆ เชน แบคทเรยทคดแยกจากผลเชอร (Maal & Shafiee, 2010) คดแยกแบคทเรยจากผลไมหมกดอง (Klawpiyapamornkun et al., 2015) ในกระบวนการหมกทมการสะสมของความรอนมกจะท าใหเอนไซมทเกยวของกบกระบวนการหมกท างานไดนอยลง จงมความพยายามในการคนหาแบคทเรยทใหผลผลตสงแมอยในสภาวะของการหมกทมอณหภมเพมข น พบวาเมอท าการหมกโดยไมควบคมอณหภม G. frateurii CHM43 สามารถเจรญในสภาวะทมอณหภมสง ใหแอล-ซอรโบสในปรมาณสง และยงชวยประหยดคาใชจายในการควบคมอณหภมของถงหมกอกดวย (Hattori et al., 2012)

โดยปจจยทส าคญทใชในการศกษาความหลากหลายและของแบคทเรยกรดอะซตกของนกวจยกลมตางๆ มความคลายคลงกน คอ มกจะศกษาการใชสารอาหารทแบคทเรยไดรบจากสงแวดลอมเพอใหไดพลงงาน ผลตภณฑทแบคทเรยสามารถผลตได และงานวจยสวนใหญมงเนนแนวทางการน าแบคทเรยกรดอะซตกทคนพบมาใชประโยชนในทางอตสาหกรรม ซงสวนใหญเปนการหมกแบบออกซเดทฟในอสาหกรรมอาหาร ท งในกรณของการเพมประสทธภาพการผลต และการปองกนการเกดผลตภณฑอนๆ ทไมตองการ

5.3 การพฒนาอาหารทใชในการหมก

ตวอยางของการวจยเพอเพมประสทธภาพการหมกแบบออกซเดทฟโดยการพฒนาอาหารทใชในการหมก คอ การวจยเพอพฒนาการผลตน าสมสายช ปจจบนยงคงมการวจยอยางตอเนอง โดยเนนศกษาการเปลยนแปลงของชวโม เลกลชวงท เกดปฏกรยาออกซเด ชนภายในแบคทเรยกรดอะซตก ท งในระดบหองปฏบตการและศกษาในเครองปฏกรณชวภาพ (Bioreactor) ทไดรบการพฒนาใหมประสทธภาพในการผลตสง (Gullo et al., 2014) หรอศกษาในถงหมก (fermenter) แบบด งเดม โดยมความพยายามในการพฒนาสตรอาหารเล ยงเช อ เพอคดเลอกสารต งตนในกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟ การหาระดบ pH ทเหมาะสม เพอน าสภาวะทเหมาะสมมาประยกตใชกบเครองปฏกรณชวภาพทมขนาดใหญข น เพ อประยกตใชในระดบอตสาหกรรม เชน มความพยายามในการเพมประสทธภาพการผลตกรดอะซตกของ A. aceti โดยการปรบปรงสดสวนของสวนผสมตางๆ ในอาหารเล ยงเช อ ไดแกกลโคสซ งเปนแหลงพลงงานหลก มเพปโทนเปนแหลงของกรดอะมโน และ สารสกดจากยสตเปนแหลงของวตามนและแรธาต และไดศกษาผลของการควบคมระดบ pH ตลอดการหมก พบวาการไมควบคมจะใหผลผลตทสงกวา (Awad et al., 2012)

17

5.4 การศกษาทางพนธวศวกรรม

มความพยายามในการเพมความสามารถในการผลตกรดอะซตกโดยพนธวศวกรรม เชน การศกษาการแสดงออกของยนทก ากบการสราง ADH และการตอบสนองตอเอทานอลและกรดอะซตกทความเขมขนสง ในแบคทเรยกรดอะซตกทมความสามารถในการเจรญในทมอณหภมสง (Theeragool, 2005) การพจารณาถงจโนมและศกษาพลาสมดของแบคทเรยกรดอะซตกทมความสามารถในการเจรญไดดในสภาวะทเปนกรด และสามารถใหกรดอะซตกในปรมาณสง เพอเปรยบเทยบกบจโนมของแบคทเรยกรดอะซตกอนๆ เพอใชเปนแนวทางในการพฒนาสายพนธทใหผลผลตสงและมความเสถยร เมอใชงานในระดบอตสาหกรรม (Prust et al., 2005) การท าใหแบคทเรย Acetobacter pasteurianus เกดการกลายพนธโดยใชแสง UV พบวาไดสายพนธใหมทมความสามารถในการผลตกรดอะซตกไดสงข นท งในระบบการหมกแบบกะในฟลาสก และระบบการหมกแบบ Frings-acetator (Qi et al., 2014)

5.5 การศกษากระบวนการหมกในเชงวศวกรรมชวเคม

ในเชงวศวกรรมชวเคมไดมการศกษาสภาวะทเหมาะสมในการผลตกรดอะซตกเชนกน โดยการศกษาความสมพนธระหวางระดบ pH อณหภม และเวลา ทมผลตอความสามารถในการผลตกรดอะซตกโดย A. aceti แลวใชวธการแสดงผลตอบสนองแบบโครงรางพ นผว (Response Surface Methodology) เพอการสรางแบบจ าลองทางจลนศาสตร (Kinetic Model) หาสภาวะทเหมาะสมตอกระบวนการผลตมาประยกตใชในการผลตระดบอตสาหกรรม (Ghosh et al., 2012) มการศกษาความสมพนธระหวางระดบ pH ปรมาณเซลล ปรมาณเซลลโลสทแบคทเรยในสกล Gluconacetobacter สามารถผลตได และเวลาของการหมกแบบออกซเดทฟ ซงการศกษาในลกษณะดงกลาวจะมประโยชนในการเลอกเวลาในการหมกทเหมาะสม (Suwanposri et al., 2013) ปญหาเกยวกบการลดลงของผลตภณฑทตองการและการเพมข นของผลตภณฑทไมตองการ สามารถแกไขไดโดยการศกษาระยะเวลาในการหมกทเหมาะสมเชนกน ซงโดยทวไปจะศกษาความสมพนธระหวางปรมาณเซลล ผลตภณฑทตองการ ผลตภณฑทไมตองการ และเวลาทใชในการหมก (Awad et al., 2012) พบวาวสดทใชท าเครองปฏกรณชวภาพรวมถงลกษณะและระยะเวลาในการเกบ จะมผลตอความเสถยรของคณภาพน าสมสายช (Storage Stability) ท งในกรณขององคประกอบทางเคมและลกษณะของกลนและรส (Gullo et al., 2014) ดงน นการศกษาผลของระยะเวลาในการหมกทมตอคณภาพและปรมาณของผลตภณฑจงมความส าคญอยางมากเนองจากชวยก าหนดระยะเวลาทเหมาะสมในการผลตแตละรอบ

5.6 การศกษาแบคทเรยกรดอะซตกเมอท างานรวมกบจลนทรยอน

นกวจยหลายกลมท าการศกษาแบคทเรยกรดอะซตกพรอมกบการศกษายสตกลมทสามารถผลตแอลกอฮอลได เชน ยสตกลม Saccharomyces เนองจากแอลกอฮอลเปนสารอาหารทแบคทเรยกรดอะซตกสามารถใชเปนแหลงพลงงานได ตวอยางเชน มความพยายามในการใชแบคทเรยกรดอะซตกในการบ าบดของเสยทเกดจากอตสาหกรรมอาหาร โดยการใชยสตเปลยนสารประกอบอนทรยทไดจากของเสยใหเปนเอทานอล แลวใหแบคทเรยกรดอะซตกเปลยนเอทานอลเปนกรดอะซตก คดแยกเฉพาะของเหลว แลวน ามากลนใหเปนกรดอะซตกทมความบรสทธมากข นเพอน ามาใชประโยชนได และผลพลอยได คอ ชวยลดปรมาณสารอนทรยทปลอยสแหลงน าสาธารณะ (Li et al., 2014) มการพฒนาการผลตน าสมสายชหมกจากเปลอกและกากสมเขยวหวานจากโรงงานผลตน าสมค น โดยอาศยกระบวนการหมกตามธรรมชาต กอนการหมกไดปรบคาความหวานดวยน าตาลทรายเปน 20 องศาบรกซ หมกทอณหภม 30 องศาเซลเซยส ในเวลา 4 สปดาหจะได

18

แอลกอฮอลประมาณรอยละ 9 และในเวลา 8 สปดาหไดกรดอะซตก 1.84 กรมตอ 100 มลลลตร และพบวาการหมกแบบมอากาศจะไดปรมาณกรดอะซตกมากกวาการหมกแบบไมมอากาศ (Wongsudaluk & Nooniam, 2013) เนองจากเอทานอลเปนสารต งตนในการผลตกรดอะซตกโดยแบคทเรยกรดอะซตก และปจจบนมการศกษาเกยวกบกระบวนการผลตเอทานอลจากจลนทรยหลากหลายชนดอยางตอเนอง ดงน นเพอใหการผลตกรดอะซตกในเชงอตสาหกรรมมประสทธภาพ คณะวจยทตองการพฒนากระบวนการผลตกรดอะซตกจงจ าเปนตองศกษาและค านงถงประสทธภาพการท างานของแบคทเรยกรดอะซตกเมอตองท างานรวมกบจลนทรยอนๆ ทมสวนเกยวของกบกระบวนการผลตเชนกน

5.7 การวจยเพอการผลตและพฒนาผลตภณฑในระดบอตสาหกรรม

การวจยเพอการผลตและพฒนาผลตภณฑในระดบอตสาหกรรมเปนการวจยเชงบรณาการทตองใชองคความรใหมๆ เกยวกบการเลอกใชแบคทเรยกรดอะซตกสายพนธใหม การท างานของเอนไซมในกระบวนการหมก การพฒนาอาหารส าหรบการหมก พ นฐานทางวศวกรรมชวเคมและวศวกรรมอตสาหการ เพอการขยายก าลงการผลตจากระดบหองปฏบตการไปสระดบโรงงานอตสาหกรรม ตวอยางของการวจยเพอการผลต ในกรณของอตสาหกรรมทใชกระบวนการหมกแบบด งเดม (Traditional Fermentation) เชน การผลตน าสมสายชทท าการหมกในถงไม (Wooden Barrel) ไดท าการหมกน าสมสายชโดย Acetobacter pasteurianus โดยศกษา 2 กรณ คอ ผลของรปทรงถงหมกและชนดของไมทใชท าถงหมก ทมตอระยะเวลาการหมกน าสมสายชทผลตจากไวน พบวารปทรงของถงหมกจะมผลตอพ นทผวสมผสระหวางอากาศและน าหมก สามารถสงผลตอประสทธภาพการหมกน าสมสายชเมอท าการผลตในระดบอตสาหกรรมอยางมนยส าคญ แตชนดของไมทใชท าถงหมกไมสงผลตอประสทธภาพและเวลาในการหมก (Hidalgoa et al., 2010) การวจยเพอพฒนาการผลตโดยสวนใหญมงเนนไปทการหมกแบบ submerged process เชน มการสรางถงหมกตนแบบ (Pilot Fermenter) ส าหรบผลตน าสมสายช โดยจดสงแวดลอม ปจจยตางๆทสงผลตอการผลตกรดอะซตก รวมถงรปรางของถงหมก ใหเหมอนการผลตในระดบอตสาหกรรม แลวศกษาลกษณะและอตราการใหอากาศทสงผลถงความสามารถในการเตมออกซเจนสอาหารเล ยงเช อภายในถงหมก ศกษาระดบอณหภมทเหมาะสม พลงงานทตองใช แลวสรางแบบจ าลองทางคณตศาสตร เพอน าขอมลทไดมาค านวณประสทธภาพการหมกและประมาณตนทนทตองใช เพอวางแผนการผลตน าสมสายชโดยถงหมกในระดบอตสาหกรรม (González-Sáiza et al., 2009) มการพฒนาการผลตเซลลโลสจาก A. xylinum KJ1 โดยการพฒนาถงหมกตนแบบในระดบ pilot scale ลกษณะทรงสง แลวศกษาผลของการเตมอากาศ และการปรบรปรางบรเวณตอนกลางของถงหมกใหมลกษณะเปนทรงกลมคลายกระเปาะ ทมตอประสทธภาพการผลตและคณสมบตของเซลลโลสทผลตได พบวาเซลลโลสทผลตไดมขนาดโมเลกลและคาความคงทนตอแรงตงทลดลง แตไดเซลลโลสทมความบรสทธ โครงสรางของเสนใยมการประสานตวระหวางกนทสง ระหวางกระบวนการผลตเมอเตมออกซเจนบรสทธใหแกระบบ พบวาประสทธภาพการผลตเซลลโลสเพมข น 12 เปอรเซนต คอผลตได 6.8 กรมตอลตร พบวากระบวนการผลตยงมความสะดวกรวดเรวและระดบออกซเจนทละลายในน าหมกกเพยงพอตอความตองการของ A. xylinum KJ1 (Choi et al., 2009)

เมอพจารณาคณสมบตของแบคทเรยกรดอะซตกและลกษณะของปฏกรยาชวเคมทเกยวของ สามารถวจยและพฒนาเพอหาแนวทางการเพมผลผลตได โดยสรปดงตารางท 2

19

ตารางท 2 แนวทางการวจยและพฒนาเพอเพมผลผลตจากแบคทเรยกรดอะซตก

ผลตภณฑ คณสมบตของแบคทเรย แนวทางการเพมผลผลต เอกสารอางอง กรดอะซตก แบคทเรยกรดอะซตกม

ความสามารถในการออกซไดซน าตาลไดด โดยเฉพาะกลโคส

ศกษาสดสวนของกลโคสในอาหารเล ยงเช อทเหมาะสมตอการผลตกรดอะซตก

Awad et al., 2012

เมอมปรมาณกรดสะสม จะเกดการออกซไดซสารอาหารลดลง และผลตกรดอะซตกไดลดลง

ศกษาสายพนธทสามารถทนกรด สามารถผลตกรดอะซตกไดในสภาวะทมกรดสะสมในถงหมก

Hanmoungjai et al., 2008 Sharafi et al., 2010 Klawpiyapamornkun et al., 2015

การหมกแบบออกซเดทฟจะท าใหเกดความรอนสะสมในระบบ และทอณหภมสงข นอตราการผลตกรดอะซตกจะลดลง

ศกษาสายพนธทสามารถผลตกรดอะซตกไดดทอณหภมสง และยงไดประโยชน คอ ชวยลดคาใชจายในการควบคมอณหภมของถงหมก

Moghadami et al., 2013 Diba et al., 2015

ไดไฮดรอกซ อะซโตน (DHA)

การออกซไดซกลเซอรอล ตองใชออกซเจนเขารวมในปฏกรยา

ศกษาผลของการเพมอตราการใหอากาศ (Aeration) และผลของการเพม baffle ลงในระบบการหมก ทมตออตราการผลตไดไฮดรอกซอะซโตน

Zheng et al., 2016

ปรมาณกลเซอรอลในอาหารเล ยงเช อสามารถยบย งการผลต ไดไฮดรอกซอะซโตน

เปลยนระบบการใหกลเซอรอลแกแบคทเรยเปนระบบกงกะ (Fed-batch) โดยแบงการใหกลเซอรอลแกถงหมกเปน 6 คร ง

Hu et al., 2010

ปรมาณไดไฮดรอกซอะซโตนทสะสมสามารถยบย งการผลตไดไฮดรอกซอะซโตน

- การผลตในเครองปฏกรณแบบกงตอเนอง - การตรงเซลลแบคทเรยและหมกใน stirred-tank reactor

Bauer et al., 2005 Black & Nair, 2013

แอล-ซอรโบส การออกซไดซด-ซอรบทอลไดเปนแอล-ซอรโบสเกดในชวงแรกของการออกซไดซน าตาล แอล-ซอรโบสจงเปนผลตภณฑทเกดข นกอน

ตรงเซลลแบคทเรยในระบบการหมก เพอรกษาปรมาณเซลลในระบบใหสงอยเสมอ และหาระยะเวลาการหมกทเหมาะสม ทใหแอล-ซอรโบส

Fidaleo et al., 2006

20

ผลตภณฑ คณสมบตของแบคทเรย แนวทางการเพมผลผลต เอกสารอางอง ผลตภณฑจากการหมกประเภทอนๆ และเมอการหมกด าเนนตอไป ระบบการหมกจะใหผลตภณฑอนๆ ทไมตองการ

ในปรมาณทสงสด กอนทระบบการหมกจะใหผลตภณฑอนๆ

กระบวนการหมกท าใหเกดความรอนสะสม ทอณหภมสงอตราการออกซไดซด-ซอรบทอลจะลดลง

หาแบคทเรยสายพนธทสามารถออกซไดซด-ซอรบทอลไดดทอณหภมสง

Hattori et al., 2012

หลงจากการหมก อาหารเล ยงเช อจะมกรดอะซตกสะสม เปนอปสรรคตอการเจรญของแบคทเรย

หาสายพนธทมความสามารถในการเจรญในสภาวะทเปนกรด และยงสามารถออกซไดซด-ซอรบทอลไดเปน แอล-ซอรโบส

Hanmoungjai et al., 2008

เซลลโลส A. xylinum สามารถออกซไดซกลโคสเปน UDP-glucose กอนการเกดพอลเมอไรเซชนไดเปนเซลลโลส

ศกษาผลของอาหารเล ยงเช อทมกลโคสเปนสวนประกอบ ทมตอการผลตเซลลโลส

Maichan et al., 2012 Mikkelsen et al., 2009

อาหารเสรมประเภทตางๆ สงผลตอการผลตสารเมแทบอไลททตยภมของ A. xylinum

ศกษาผลของอาหารเสรมชนดตางๆ ทมตอการผลตเซลลโลส

Cheng et al., 2009

A. xylinus สามารถใชกลโคสและไซโลสเปนแหลงพลงงาน และสามารถผลตเซลลโลสได

ใชวสดเหลอใชจากโรงงานแปรรปไมมาใชเปนแหลงกลโคสและไซโลส และยงชวยลดคาใชจาย

Kiziltas et al., 2015

กรดกลโคนก กลโคสถกออกซไดซโดยมกลโคสออกซเดสชวยเรงปฏกรยา แตความเปนกรดทเพมข นภายในระบบการหมกจะยบย งการท างานของกลโคสออกซเดส

เพมอตราการผลตกรดกลโคนกโดยการเตม neutralising agent ระหวางการหมก เพอใหระบบการหมกมระดบ pH ทเปนกลาง

Ramachandran et al., 2006

21

สรป

บทความน ไดน าเสนอเกยวกบแบคทเรยกรดอะซตก เชน สณฐาน การหายใจระดบเซลล การประยกตใชงานโดยการหมกแบบออกซเดทฟ ซงสามารถใชสารต งตนไดหลายประเภท เชน เอทานอล น าตาล น าตาลแอลกอฮอล กรดอนทรย และไดผลตภณฑหลากหลายชนด เชน กรดอะซตก ไดไฮดรอกซอะซโตน แอล-ซอรโบส เซลลโลส และกรดกลโคนก ผลตภณฑจากแบคทเรยกรดอะซตกสามารถน ามาประยกตใชได เชน ในอตสาหกรรมอาหาร อตสาหกรรมเคม อตสาหกรรมสงทอ อตสาหกรรมเกษตร อตสาหกรรมกระดาษ เภสชกรรม เครองส าอาง และการแพทย การศกษาเกยวกบการเพมประสทธภาพกระบวนการหมกแบบออกซเดทฟตองอาศยองคความรทางจลชววทยา และเทคโนโลยชวภาพ เพอชวยเพมประสทธภาพการผลต และเนองจากจดมงหมายของการผลตในระดบอตสาหกรรม คอ การเพมอตราการผลต การลดเวลาในการผลต ไดผลตภณฑทมมาตรฐาน การลดตนทนการผลต และลดการเกดผลตภณฑอนๆ ทไมตองการ ดงน นการศกษาเกยวกบเวลาทใชในการหมกแบบออกซเดทฟจงมความส าคญ เพราะการเลอกเวลาในการหมกทเหมาะสมจะชวยลดการเกดผลตภณฑอนๆ ทไมตองการ ชวยลดการท าลายผลตภณฑทตองการโดยแบคทเรยเอง หรอชวยลดการท าปฏกรยาระหวางผลตภณฑทตองการกบสารเคมอนๆ ทเกดข นจากกระบวนการหมก การประยกตใชงานในระดบอตสาหกรรมจงตองน าองคความรทางวศวกรรมชวเคมมาประยกตใช อยางไรกตามกอนการเลอกชวงของตวแปรอสระ เชน ระดบความเปนกรด-ดาง ระดบอณหภม เวลาในการหมก และความเขมขนของสารอาหารประเภทตางๆ ผวจยตองศกษาขอมลเบ องตนเกยวกบการหายใจระดบเซลลของแบคทเรยกรดอะซตกกอน เพอประหยดเวลา สามารถเลอกชนดของเครองปฏกรณชวภาพทเหมาะสม ขนาดพ นททตองใช ชนดของวตถดบ ซงลวนมผลตองบประมาณทใชในการวจย เนองจากปจจยตางๆ ทสงผลตออตราการผลตมความสมพนธกบลกษณะการหายใจระดบเซลลดงทกลาวมาขางตนแนวโนมการวจยในอนาคตจะเกยวของกบการพฒนาสารอาหารและอาหารเสรมทจ าเปนทควรใหแกแบคทเรย ซงชวยใหการออกซไดซสารอาหารหลกเปนผลตภณฑเกดไดอยางมประสทธภาพ การศกษาการท างานของเอนไซมทเกยวของกบการหมกจะชวยใหแบคทเรยสามารถใชสารอาหารอยางคมคา และใหปรมาณผลผลตอยางสงสด นอกจากน นการศกษาแบคทเรยกรดอะซตกเมอท างานรวมกบจลนทรยอนๆ จะชวยใหสามารถประยกตใชงานแบคทเรยกรดอะซตกเขากบงานประเภทอนๆ ไดมากข น การศกษาทางพนธวศวกรรมและการคนหาแบคทเรยสายพนธใหมจะชวยใหไดสายพนธทใหผลผลตสง มความคงทนตอสภาวะแวดลอม และมความเสถยร สามารถใหผลตภณฑในปรมาณทสม าเสมอเปนปจจยทส าคญเชนกน อยางไรกตามการน าผลการวจยไปประยกตใชในระดบอตสาหกรรม ไมควรค านงเฉพาะปรมาณผลผลตเพยงประการเดยว เนองจากการเกบเกยวผลผลตมปจจยอนๆ ทเกยวของดวย เชน ปรมาณเซลลหรอชวมวลทตองคดแยกออก คณภาพของผลตภณฑ เวลาในการท าความสะอาดระบบการหมก คาจางพนกงานเพอท างานลวงเวลา ระยะเวลาทเหมาะสมของแตละหนวยการผลต ซงอาจท าใหเกดความไมสมดลของสายการผลต ท าใหเกดความสญเปลาเนองจากการรอคอย เชน ปญหาทเปนคอขวด (Bottleneck) เปนตน

References Adachi, O., Fujii, Y., Ano, Y., Moonmangmee, D., Toyama, H., Shinagawa, E., Theeragool, G.,

Lotong, N. & Matsushita, K. (2001). Membrane-bound sugar alcohol dehydrogenase in acetic acid bacteria catalyzes L-ribulose formation and NAD-dependent ribitol

22

dehydrogenase is independent of the oxidative fermentation. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 65 (1), 115-125.

Amnuaikit, T. (2009). Cosmeceuticals. Thai Pharmaceutical and Health Science Journal, 4 (1), 94–110.

Ano, Y., Toyama, H., Adachi, O. & Matsushita, K. (2008). Energy metabolism of a unique acetic acid bacterium, Asaia bogorensis, that lacks ethanol oxidation activity. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 72 (4), 989-997.

Attwood, M. M., Van Dijken, J. P. & Pronk, J. T. (1991). Glucose Metabolism and Gluconic Acid Production by Acetobacter diazotrophicus. Journal of Fermentation and Bioengineering, 72 (2), 101-105.

Awad, H. M., Diaz, R., Malek, R. A., Othman, N. Z., Aziz, R. A. & El Enshasy, H. A. (2012). Efficient Production Process for Food Grade Acetic Acid by Acetobacter aceti in Shake Flask and in Bioreactor Cultures. E-Journal of Chemistry, 9 (4), 2275-2286.

Basta, A. H. & El-Saied, H. (2009). Performance of improved bacterial cellulose application in the production of functional paper. Journal of Applied Microbiology, 107 (6), 2098–2107.

Bauer, R., Katsikis, N., Varga, S. & Hekmat, D. (2005). Study of the inhibitory effect of the product dihydroxyacetone on Gluconobacter oxydans in a semi-continuous two-stage repeated-fed-batch process. Bioprocess and Biosystems Engineering, 28 (1), 37-43.

Bettelheim, F. A., Brown, W. H., Campbell, M. K., Farrell, S. O. & Torres, O. J. (2010). Introduction to Organic and Biochemistry (pp. 774-793). California: Cengage Learning.

Black, C. S. & Nair, G. R. (2013). Bioconversion of Glycerol to Dihydroxyacetone by Immobilized Gluconacetobacter Xylinus Cells. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 4 (5), 310-314.

Cheng, K., Catchmark, J. M. & Demirci, A. (2009). Effect of different additives on bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum and analysis of material property. Cellulose, 16 (6), 1033–1045.

Choi, C. N., Song, H. J., Kim, M. J., Chang, M. H. & Kim, S. J. (2009). Properties of bacterial cellulose produced in a pilot-scale spherical type bubble column bioreactor. Korean Journal of Chemical Engineering, 26 (1), 136–140.

Davidson, A. L., Dassa, E., Orelle, C. & Chen, J. (2008). Structure, Function, and Evolution of Bacterial ATP-Binding Cassette Systems. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 72 (2), 317–364.

Deppenmeier, U. & Ehrenreich, A. (2009). Physiology of Acetic Acid Bacteria in Light of the Genome Sequence of Gluconobacter oxydans. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology, 16 (2), 69–80.

23

Diba, F., Alam, F. & Talukder, A. A. (2015). Screening of Acetic Acid Producing Microorganisms from Decomposed Fruits for Vinegar Production. Advances in Microbiology, 5 (5), 291-297.

Fidaleo, M., Charaniya, S., Solheid, C., Diel, U., Laudon, M., Ge, H., Scriven, L. E. & Flickinger, M. C. (2006). A model system for increasing the intensity of whole-cell biocatalysis: Investigation of the rate of oxidation of D-sorbitol to L-sorbose by thin bi-layer latex coatings of non-growing Gluconobacter oxydans. Biotechnology and Bioengineering, 95 (3), 446–458.

Flores-Encarnación, M., González-Gutiérrez, J. Y., Amador-Bravo, D., Bravo-Juárez, L. A. & Cabrera-Maldonado, C. (2014). A bacterial novel quinone participating in multiple functions in higher organisms. Global Advanced Research Journal of Medicine and Medical Science, 3 (7), 132-138.

Garone, M., Howard, J. & Fabrikant, J. (2015). A Review of Common Tanning Methods. The Journal of Clinical and Aesthetic Dermatology, 8 (2), 43-47.

Ghosh, S., Chakraborty, R., Chatterjee, G. & Raychaudhuri, U. (2012). Study on fermentation conditions of palm juice vinegar by response surface methodology and development of a kinetic model. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 29 (3), 461–472.

Go´mez-Manzo, S., Chavez-Pacheco, J. L., Contreras-Zentella, M., Sosa-Torres, M. E., Arreguín-Espinosa, R., Pe´rez de la Mora, M., Membrillo-Herna´ndez, J. & Escamilla, J. E. (2010). Molecular and Catalytic Properties of the Aldehyde Dehydrogenase of Gluconacetobacter diazotrophicus, a Quinoheme Protein Containing Pyrroloquinoline Quinone, Cytochrome b, and Cytochrome c. Journal of bacteriology, 192 (21), 5718–5724.

Go´mez-Manzo, S., Escamilla, J. E., González-Valdez, A., López-Velázquez, G., Vanoye-Carlo, A., Marcial-Quino, J., Mora-de la Mora, I., Garcia-Torres, I., Enríquez-Flores, S., Contreras-Zentella, M. L., Arreguín-Espinosa, R., Kroneck, P. & Sosa-Torres, M. E. (2015). The Oxidative Fermentation of Ethanol in Gluconacetobacter diazotrophicus Is a Two-Step Pathway Catalyzed by a Single Enzyme: Alcohol-Aldehyde Dehydrogenase (ADHa). International Journal of Molecular Sciences, 16 (1), 1293-1311.

González-Sáiza, J., Garrido-Vidala, D. & Pizarrob, C. (2009). Scale up and design of processes in aerated-stirred fermenters for the industrial production of vinegar. Journal of Food Engineering, 93 (1), 89–100.

Gullo, M. & Giudici, P. (2008). Acetic acid bacteria in traditional balsamic vinegar: phenotypic traits relevant for starter cultures selection. International Journal of Food Microbiology, 125 (1), 46–53.

Gullo, M., Verzelloni, E. & Canonico, M. (2014). Aerobic submerged fermentation by acetic acid bacteria for vinegar production: Process and biotechnological aspects. Process Biochemistry, 49 (10), 1571-1578.

24

Gupta, A., Singh, V. K., Qazi, G. N. & Kumar, A. (2001). Gluconobacter oxydans: Its Biotechnological Applications. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology, 3 (3), 445-456.

Hanmoungjai, W., Chukeatirote, E., Yamada, Y., Sahachaisaree, V., Lumyong, P., Takata, G., Izumori, K. & Lumyong, S. (2008). L-Sorbose Production by Acidotolerant Acetic Acid Bacteria Isolated from Thailand Sources. Chiang Mai Journal of Science, 35 (2), 382-390.

Hattori, H., Yakushi, T., Matsutani, M., Moonmangmee, D., Toyama, H., Adachi, O. & Matsushita, K. (2012). High-temperature sorbose fermentation with thermotolerant Gluconobacter frateurii CHM43 and its mutant strain adapted to higher temperature. Applied Microbiology and Biotechnology, 95 (6), 1531–1540.

Hidalgoa, C., Vegasa, C., Mateoa, E., Tesfayeb, W., Cerezob, A. B., Callejónb, R. M., Pobleta, M., Guillamónc, J. M., Masa, A. & Torijaa, M. J. (2010). Effect of barrel design and the inoculation of Acetobacter pasteurianus in wine vinegar production. International Journal of Food Microbiology, 141 (1), 56–62.

Hu, Z. C., Liu, Z. Q., Zheng, Y. G. & Shen, Y. C. (2010). Production of 1,3-Dihydroxyacetone from Glycerol by Gluconobacter oxydans ZJB09112. Journal of Microbiology and Biotechnology, 20 (2), 340–345.

Kappeng, K. & Pathom-aree, W. (2009). Isolation of acetic acid bacteria from honey. Maejo International Journal of Science and Technology, 3 (1), 71-76.

Kim, B. H. & Gadd, G. M. (2008). Bacterial Physiology and Metabolism (pp. 85-125). Cambridge: Cambridge University Press.

Kiziltas, E. E., Kiziltas, A. & Gardner, D. J. (2015). Synthesis of bacterial cellulose using hot water extracted wood sugars. Carbohydrate Polymers, 124 (17), 131–138.

Klawpiyapamornkun, T., Bovonsombut, S. & Bovonsombut, S. (2015). Isolation and Characterization of Acetic acid Bacteria from Fruits and Fermented fruit juices for Vinegar Production. Food and Applied Bioscience Journal, 3 (1), 30–38.

Lee, K. Y., Buldum, G., Mantalaris, A. & Bismarck, A. (2014). More than meets the eye in bacterial cellulose: biosynthesis, bioprocessing, and applications in advanced fiber composites. Macromolecular Bioscience, 14 (1), 10-32.

Lestari, P., Elfrida, N., Suryani, A. & Suryadi, Y. (2014). Study on the Production of Bacterial Cellulose from Acetobacter xylinum using Agro-Waste. Jordan Journal of Biological Sciences, 7 (1), 75-80.

Li, Y., He, D., Niu, D. & Zhao, Y. (2014). Acetic acid production from food wastes using yeast and acetic acid bacteria micro-aerobic fermentation. Bioprocess and Biosystems Engineering, 38 (5), 863-869.

Maal, K. B. & Shafiee, R. (2010). Isolation and Characterization of an Acetobacter Strain from Iranian White-Red Cherry as a Potential Strain for Cherry Vinegar Production in Microbial Biotechnology. Asian Journal of Biotechnology, 2 (1), 53-59.

25

Maichan, W., Kammanglakan, P., Sudpruek, S., Prudprom, K., Anchana, C., Pongpanich, J. & Laloknam, S. (2012). Production of Bacterial Cellulose by Acetobacter xylinum TISTR086 Using Agricultural Products as Carbon Sources. Journal of Research on Science, Technology and Environment for Learning, 3 (2), 92–97.

Mamlouk, D. & Gullo, M. (2013). Acetic Acid Bacteria: Physiology and Carbon Sources Oxidation. Indian Journal of Microbiology, 53 (4), 377–384.

Mikkelsen, D., Flanagan, B. M., Dykes, G. A. & Gidley, M. J. (2009). Influence of different carbon sources on bacterial cellulose production by Gluconacetobacter xylinus strain ATCC 53524. Journal of Applied Microbiology, 107 (2), 576–583.

Miura, H., Mogi, T., Ano, Y., Migita, C. T., Matsutani, M. & Yakushi, T. (2013). Cyanide-insensitive quinol oxidase (CIO) from Gluconobacter oxydans is a unique terminal oxidase subfamily of cytochrome bd. Journal of Biochemistry, 153 (6), 535-45.

Moat, A. G., Foster, J. W. & Spector, M. P. (2002). Microbial Physiology (pp. 350-393) (4th ed.). New York: John Wiley & Sons.

Moghadami, F., Soudi, M. R., Sepehr, S. & Rezvanianzade, M. R. (2013). Evaluation of Thermotolerance of Native Strains of Acetic acid Bacteria in Iran. International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 4 (9), 2670-2675.

Ostermann, S., Richhardt, J., Bringer, S., Bott, M., Wiechert, W. & Oldiges, M. (2015). 13C Tracers for Glucose Degrading Pathway Discrimination in Gluconobacter oxydans 621H. Metabolites, 5 (3), 455-474.

Pommerville, J. C. (2011). Fundamentals of Microbiology (pp. 162-193). Massachusetts: Jones & Bartlett Learning.

Prust, C., Hoffmeister, M., Liesegang, H., Wiezer, A., Fricke, W. F., Ehrenreich, A., Gottschalk, G. & Deppenmeier, U. (2005). Complete genome sequence of the acetic acid bacterium Gluconobacter oxydans. Nature Biotechnology, 23 (2), 195-200.

Qi, Z., Wang, W., Yang, H. & Yu, X. (2014). Mutation of Acetobacter pasteurianus by UV irradiation under acidic stress for high-acidity vinegar fermentation. International Journal of Food Science and Technology, 49 (2), 468–476.

Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A. & Larroche, C. (2006). Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production. Food Technology and Biotechnology, 44 (2), 185–195.

Raspor, P. & Goranovic, D. (2008). Biotechnological Applications of Acetic Acid Bacteria. Critical Reviews in Biotechnology, 28 (2), 101–124.

Sakurai, K., Yamazaki, S., Ishii, M., Igarashi, Y. & Arai, H. (2013). Role of the glyoxylate pathway in acetic acid production by Acetobacter aceti. Journal of Bioscience and Bioengineering, 115 (1), 32–36.

Sharafi, S. M., Rasooli, I. & Beheshti-Maal, K. (2010). Isolation, characterization and optimization of indigenous acetic acid bacteria and evaluation of their preservation methods. Iranian Journal of Microbiology, 2 (1), 38-45.

26

Simon, J., Olsson, J. V., Kim, H., Tenney, I. F. & Waymouth, R. M. (2012). Semicrystalline Dihydroxyacetone Copolymers Derived from Glycerol. Macromolecules, 45 (23), 9275–9281.

Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. W. (2010). Biology (pp. 173-182). California: Cengage Learning.

Stasiak, L. & Błazejak, S. (2009). Acetic acid Bacteria – Perspectives of Application in Biotechnology. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 59 (1), 17-23.

Stoker, S. (2013). General Organic and Biological Chemistry (pp. 862-873). California: Cengage Learning.

Suwanposri, A., Yukphan, P., Yamada, Y. & Ochaikul, D. (2013). Identification and biocellulose production of Gluconacetobacter strains isolated from tropical fruits in Thailand. Maejo International Journal of Science and Technology, 7 (1), 70-82.

Theeragool, G. (2005). Studies on Expression of Alcohol Dehydrogenase Gene and Adaptive Responses to High Concentrations of Ethanol and Acetic Acid in Thermotolerant Acetic Acid Bacteria (Research report). (pp. 4-29). Bangkok: Thailand Research Fund.

Tomita, Y. & Kondo, T. (2009). Influential factors to enhance the moving rate of Acetobacter xylinum due to its nanofiber secretion on oriented templates. Carbohydrate Polymers, 77 (4), 754–759.

VanLare, I. J. & Claus, G. W. (2007). Purification and properties of NAD(P)-independent polyol dehydrogenase complex from the plasma membrane of Gluconobacter oxydans. Canadian Journal of Microbiology, 53 (4), 504-508.

Wongsudaluk, W. & Nooniam, T. (2013). Development of Fermented Vinegar from Tangerine Peels and Pomaces. SDU Research Journal, 6 (1), 159-170.

Xiao, Z. & Xu, P. (2007). Acetoin metabolism in bacteria. Critical Reviews in Microbiology, 33 (2), 127-140.

Yakushi, T. & Matsushita, K. (2010). Alcohol dehydrogenase of acetic acid bacteria: structure, mode of action, and applications in biotechnology. Applied Microbiology and Biotechnology, 86 (5), 1257–1265.

Zheng, X. J., Jin, K. Q., Zhang, L., Wang, G. & Liu, Y. P. (2016). Effects of oxygen transfer coefficient on dihydroxyacetone production from crude glycerol. The Brazilian Journal of Microbiology, 4 (7), 129–135.

Zhong-Ce, H., Liu, Z., Zheng, Y. & Shen, Y. (2010). Production of 1,3-Dihydroxyacetone from Glycerol by Gluconobacter oxydans ZJB09112. Journal of Microbiology and Biotechnology, 20 (2), 340–345.

Translated Thai References กญจนา ธระกล. (2548). การศกษาการแสดงออกของยน Alcohol dehydrogenase และการตอบสนองตอเอ

ทานอลและกรดอะซตกความเขมขนสงในแบคทเรยกรดน าสมทนรอน (รายงานผลการวจย). (น. 4-29). กรงเทพฯ: ส านกงานกองทนสนบสนนการวจย.

27

ธนภร อ านวยกจ. (2009). เวชส าอาง. Thai Pharmaceutical and Health Science Journal, 4 (1), 94–110.

วจตรา ใหมจนทร, พชามญช ก ามงละการ, สวรรณา สดปรก, กลนนท ปดพรหม, ชตมา อนชนะ, จนทรทมา พงษพานช และสรศกด ละลอกน า. (2555). การผลตเซลลโลสจากแบคทเรย Acetobacter xylinum TISTR086 โดยใชผลผลตทางการเกษตรเปนแหลงคารบอน. วารสารหนวยวจยวทยาศาสตรเทคโนโลยและสงแวดลอมเพอการเรยนร, 3 (2), 92-97.

วภาวรรณ วงศสดาลกษณ และฐตมาพร หนเนยม. (2556). การพฒนาผลตภณฑน าสมสายชหมกจากเปลอกและกากสมเหลอใช. วารสารวจย มสด สาขาวทยาศาสตรและเทคโนโลย, 6 (1), 159-170.

ผเขยน ดร.ศยามพงษ พงษด า หลกสตรเทคโนโลยเคม คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยสวนดสต e-mail : sayampong@gmail.com