Citric acid production from tapioca starch in stirred tank bioreactor by Aspergillus niger
3
Issued Date
1997
Copyright Date
1997
Resource Type
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xv, 135 leaves : ill. (some col.) 30 cm
Access Rights
open access
Rights
ผลงานนี้เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยมหิดล ขอสงวนไว้สำหรับเพื่อการศึกษาเท่านั้น ต้องอ้างอิงแหล่งที่มา ห้ามดัดแปลงเนื้อหา และห้ามนำไปใช้เพื่อการค้า
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (M.Sc. (Biotechnology))--Mahidol University, 1997
Suggested Citation
Chinawut Wongwijitkaesorn Citric acid production from tapioca starch in stirred tank bioreactor by Aspergillus niger. Thesis (M.Sc. (Biotechnology))--Mahidol University, 1997. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/103251
Title
Citric acid production from tapioca starch in stirred tank bioreactor by Aspergillus niger
Alternative Title(s)
การผลิตกรดมะนาวจากแป้งมันสำปะหลังในถังหมักแบบกวนโดย Aspergillus niger
Author(s)
Abstract
Five strains of Aspergillus niger, C1, Ck, DSM 821, DSM 823, and DSM 872, were screened for the highest citric acid production on both bromocresol green (BCG) agar plates and tapioca starch agar plates. It was found that Aspergillus niger C1 gave the greatest differences in diameter between acid or clear zone and colony diameter on both types of plates. The differences were 3.8±0.2 cm in BCG plates and 1.7±0.2 cm in tapioca starch agar plates, after incubation at 37 degree C for 3 days and 4 days, respectively. Confirmatory studies were carried out in 500 ml baffle flasks containing 100 ml fermentation medium, and using the same 5 strains of Aspergillus niger. The cultures were incubated at 30 degree C The highest citric acid concentration of 39.5 g/l at day 8 and the highest glucoamylase activity of 3.42 U/ml at day 2 were obtained from shake flask culture of A. niger C1 using 12% tapioca starch liquefied with α-amylase as a sole carbon source. Therefore, A. niger C1 was chosen as the appropriate strain to produce citric acid from tapioca starch. Various initial concentrations of liquefied tapioca starch and initial pH were studied. It was observed that 12% liquefied tapioca starch and an initial pH of 2.5 were suitable for the maximum citric acid production. The effect of type and concentration of nitrogen source on citric acid fermentation was also investigated. Citric acid reached a maximum amount of 60.0 g/l (representing 64.9% yield) at day 8 when 0.2% ammonium sulfate [(NH(,4))(,2)SO(,4)] was used. Effect of pH on citric acid production was examined in a stirred tank bioreactor. A pH value at 2.5 maintained throughout the whole fermentation process gave better production of citric acid than maintenance at pH 4.0 for the first 2 days followed by a natural lowering to pH 2.5. Citric acid production was carried out by controlling the dissolved oxygen tension (DOT) at not less than 30% air saturation. The citric acid content increased to 80.2 g/l on day 10 (69.5% yield) compared to 76.0 g/l (68.2% yield) with uncontrolled DOT. Fed batch cultivation was subsequently examined. A growth-limiting substrate (nitrogen in the form of ammonium sulfate) was continuously fed to the fermentation medium from days 3 to 5 during the interval of citric acid production, prior to nitrogen exhaustion. The cultivation time for producing the highest citric acid (84.5 g/l) was reduced to 8 days and this led to an increase in the volumetric citric acid production rate to 440 mg/l h. This was 1.3 times higher than that for conventional batch fermentation. High performance liquid chromatography (HPLC) and UV-test kit analyses were employed to investigate the acid profile of fermentation filtrates. It was obviously shown that citric acid was mostly produced
Aspergillus niger 5 สายพันธุ์ ได้แก่ สายพันธุ์ C1, Ck, DSM 821, DSM 823, และ DSM 872 ถูกนำมา ศึกษาเพื่อหาสายพันธุ์ที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตกรดมะนาว (citric acid) บนอาหารเลี้ยงเชื้อ ชนิดแข็งที่มี bromocresol green (BCG) และอาหารเลี้ยงเชื้อชนิดแข็ง ที่มีแป้งมันสำปะหลัง ผลปรากฏว่า สายพันธุ์ C1 ให้ความ แตกต่างของเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดระหว่าง acid zone หรือ clear zone กับเส้นผ่านศูนย์กลางของโคโลนี โดยพบว่ามีความแตกต่างเท่ากับ 3.8 ± 0.2 ซ.ม. บนอาหาร BCG และ 1.7 ± 0.2 ซ.ม. บนอาหาร เลี้ยงเชื้อชนิดแข็งที่มีแป้งมันสำปะหลัง หลังจากบ่มที่ อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส นาน 3 วัน และ 4 วัน ตามลำดับ เมื่อทำการศึกษายืนยันในขวดรูปชมพู่ก้นจีบ ขนาด 500 มิลลิลิตร ที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อปริมาตร 100 มิลลิลิตร โดยเลี้ยง A. niger 5 สายพันธุ์ แบบ เขย่า 200 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส นาน 8 วัน พบว่า A. niger C1 ให้กรดมะนาวความ เข้มข้นสูงสุดเท่ากับ 39.5 กรัมต่อลิตร และ glucoamylase activity สูงสุดเท่ากับ 3.42 หน่วย ต่อมิลลิลิตรในวันที่ 2 เมื่อใช้แป้งมันสำปะหลัง 12% ที่ถูกย่อยด้วยเอนไซม์ α-amylase เป็นแหล่งคาร์บอน ดังนั้น A niger C1 ถูกคัดเลือกเป็นสายพันธุ์ที่เหมาะสม สำหรับการผลิตกรดมะนาวจากแป้งมันสำปะหลัง และ พบว่า สภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตกรดมะนาวได้ดี ที่สุดคือ แป้งมันสำปะหลังที่ถูกย่อย 12% และ pH เริ่มต้นเท่ากับ 2.5 นอกจากนี้ได้ศึกษาผลของชนิด และความเข้มข้นของไนโตรเจนต่อการผลิตกรด มะนาวพบว่า แอมโมเนียมซัลเฟตที่ความเข้มข้น 0.2% ให้กรดมะนาวความเข้มข้นสูงสุดเท่ากับ 60.0 กรัมต่อลิตร หรือเทียบเท่ากับผลได้ของผลิตภัณฑ์ (yield) 64.9% ในวันที่ 8 ของการหมัก จากการศึกษาผลของ pH ต่อการ ผลิตกรดมะนาวในถังหมักแบบกวน พบว่า ค่า pH เท่ากับ 2.5 ตลอดกระบวนการหมัก เป็นสภาวะที่เหมาะสมต่อ การผลิตกรดมะนาวเมื่อเปรียบเทียบกับการเลี้ยงที่ pH 4.0 ใน 2 วันแรก และลดลงจนถึง 2.5 การผลิต กรดมะนาวในระบบควบคุมค่าการละลายของออกซิเจน ไม่ให้ต่ำกว่า 30 % air saturation พบว่า กรดมะนาว เพิ่มขึ้นเป็น 80.2 กรัมต่อลิตรในวันที่ 10 ของการหมัก เทียบเท่ากับผลได้ของผลิตภัณฑ์ 69.5 % ซึ่งการผลิต กรดมะนาวโดยไม่ควบคุมค่าการละลายของออกซิเจน กรดมะนาวได้ถูกผลิตเพียง 76.0 กรัมต่อลิตร เทียบเท่า กับผลได้ของควบคุมค่าการละลายของออกซิเจน กรดมะนาว ได้ถูกผลิตเพียง 76.0 กรัมต่อลิตร เทียบเท่ากับผลได้ ของผลิตภัณฑ์ 68.2% การผลิตกรดมะนาวแบบ fed batch โดยให้สารจำกัดการเจริญเติบโต ซึ่งได้แก่ไนโตรเจนในรูป สารละลายแอมโมเนียมซัลเฟต ตั้งแต่วันที่ 3 ถึงวันที่ 5 ของ กระบวนการหมักก่อนที่ไนโตรเจนจะหมด ผลปรากฏว่าระยะ เวลาของการผลิตกรดมะนาวสูงสุด (84.5 กรัมต่อลิตร) ลดลงเหลือ 8 วัน ทำให้ค่าของอัตราการผลิตกรดมะนาว (volumetric citric acid production rate) เท่ากับ 440 มิลลิกรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ซึ่งสูงกว่าแบบ conventional batch เป็น 1.3 เท่า จากการวิเคราะห์ กรดมะนาวในน้ำหมักด้วยวิธี High Performance Liquid Chromatography (HPLC) และ UV test kit พบว่า กรดมะนาวถูกผลิตเป็นส่วนใหญ่.
Aspergillus niger 5 สายพันธุ์ ได้แก่ สายพันธุ์ C1, Ck, DSM 821, DSM 823, และ DSM 872 ถูกนำมา ศึกษาเพื่อหาสายพันธุ์ที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตกรดมะนาว (citric acid) บนอาหารเลี้ยงเชื้อ ชนิดแข็งที่มี bromocresol green (BCG) และอาหารเลี้ยงเชื้อชนิดแข็ง ที่มีแป้งมันสำปะหลัง ผลปรากฏว่า สายพันธุ์ C1 ให้ความ แตกต่างของเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดระหว่าง acid zone หรือ clear zone กับเส้นผ่านศูนย์กลางของโคโลนี โดยพบว่ามีความแตกต่างเท่ากับ 3.8 ± 0.2 ซ.ม. บนอาหาร BCG และ 1.7 ± 0.2 ซ.ม. บนอาหาร เลี้ยงเชื้อชนิดแข็งที่มีแป้งมันสำปะหลัง หลังจากบ่มที่ อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส นาน 3 วัน และ 4 วัน ตามลำดับ เมื่อทำการศึกษายืนยันในขวดรูปชมพู่ก้นจีบ ขนาด 500 มิลลิลิตร ที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อปริมาตร 100 มิลลิลิตร โดยเลี้ยง A. niger 5 สายพันธุ์ แบบ เขย่า 200 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส นาน 8 วัน พบว่า A. niger C1 ให้กรดมะนาวความ เข้มข้นสูงสุดเท่ากับ 39.5 กรัมต่อลิตร และ glucoamylase activity สูงสุดเท่ากับ 3.42 หน่วย ต่อมิลลิลิตรในวันที่ 2 เมื่อใช้แป้งมันสำปะหลัง 12% ที่ถูกย่อยด้วยเอนไซม์ α-amylase เป็นแหล่งคาร์บอน ดังนั้น A niger C1 ถูกคัดเลือกเป็นสายพันธุ์ที่เหมาะสม สำหรับการผลิตกรดมะนาวจากแป้งมันสำปะหลัง และ พบว่า สภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตกรดมะนาวได้ดี ที่สุดคือ แป้งมันสำปะหลังที่ถูกย่อย 12% และ pH เริ่มต้นเท่ากับ 2.5 นอกจากนี้ได้ศึกษาผลของชนิด และความเข้มข้นของไนโตรเจนต่อการผลิตกรด มะนาวพบว่า แอมโมเนียมซัลเฟตที่ความเข้มข้น 0.2% ให้กรดมะนาวความเข้มข้นสูงสุดเท่ากับ 60.0 กรัมต่อลิตร หรือเทียบเท่ากับผลได้ของผลิตภัณฑ์ (yield) 64.9% ในวันที่ 8 ของการหมัก จากการศึกษาผลของ pH ต่อการ ผลิตกรดมะนาวในถังหมักแบบกวน พบว่า ค่า pH เท่ากับ 2.5 ตลอดกระบวนการหมัก เป็นสภาวะที่เหมาะสมต่อ การผลิตกรดมะนาวเมื่อเปรียบเทียบกับการเลี้ยงที่ pH 4.0 ใน 2 วันแรก และลดลงจนถึง 2.5 การผลิต กรดมะนาวในระบบควบคุมค่าการละลายของออกซิเจน ไม่ให้ต่ำกว่า 30 % air saturation พบว่า กรดมะนาว เพิ่มขึ้นเป็น 80.2 กรัมต่อลิตรในวันที่ 10 ของการหมัก เทียบเท่ากับผลได้ของผลิตภัณฑ์ 69.5 % ซึ่งการผลิต กรดมะนาวโดยไม่ควบคุมค่าการละลายของออกซิเจน กรดมะนาวได้ถูกผลิตเพียง 76.0 กรัมต่อลิตร เทียบเท่า กับผลได้ของควบคุมค่าการละลายของออกซิเจน กรดมะนาว ได้ถูกผลิตเพียง 76.0 กรัมต่อลิตร เทียบเท่ากับผลได้ ของผลิตภัณฑ์ 68.2% การผลิตกรดมะนาวแบบ fed batch โดยให้สารจำกัดการเจริญเติบโต ซึ่งได้แก่ไนโตรเจนในรูป สารละลายแอมโมเนียมซัลเฟต ตั้งแต่วันที่ 3 ถึงวันที่ 5 ของ กระบวนการหมักก่อนที่ไนโตรเจนจะหมด ผลปรากฏว่าระยะ เวลาของการผลิตกรดมะนาวสูงสุด (84.5 กรัมต่อลิตร) ลดลงเหลือ 8 วัน ทำให้ค่าของอัตราการผลิตกรดมะนาว (volumetric citric acid production rate) เท่ากับ 440 มิลลิกรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ซึ่งสูงกว่าแบบ conventional batch เป็น 1.3 เท่า จากการวิเคราะห์ กรดมะนาวในน้ำหมักด้วยวิธี High Performance Liquid Chromatography (HPLC) และ UV test kit พบว่า กรดมะนาวถูกผลิตเป็นส่วนใหญ่.
Description
Biotechnology (Mahidol University 1997)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's degree
Degree Department
Faculty of Science
Degree Discipline
Biotechnology
Degree Grantor(s)
Mahidol University