การผลิตน้ำมันจากกลีเซอรอลดิบโดยสายพันธุ์ที่คัดเลือกได้ในประเทศไทย

_____________________________________________
เรียบเรียงโดย ดร.พิรพรรณ พลบุรี

 

น้ำมันหรือลิพิดจากจุลินทรีย์โดยโอลิเอจินัสยีสต์มีความเป็นไปได้ในการใช้เป็นวัตถุดิบที่มีศักยภาพสำหรับการผลิตไบโอดีเซล โดยการผลิตไบโอดีเซลจะได้กลีเซอรอลเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการผลิต ซึ่งจัดเป็นวัตถุดิบต้นทุนต่ำ และสามารถนำมาใช้เป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับยีสต์ได้หลายสายพันธุ์

ภาพที่ 1 กระบวนการผลิตไบโอดีเซล และแนวทางการใช้โอลิเอจินัสยีสต์ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ โดยใช้กลีเซอรอลดิบเป็นแหล่งอาหาร

ดังนั้นการศึกษาครั้งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้โอลิเอจินัสยีสต์ในการผลิตลิพิดจากจุลินทรีย์ด้วยกลีเซอรอลดิบ (ภาพที่ 1) โดยศึกษาความหลากหลายของโอลิเอจินัสยีสต์ในประเทศไทย ด้วยการแยกและจัดจำแนกโดยอาศัยอนุกรมวิธานระดับโมเลกุล คัดเลือกโอลิเอจินัสยีสต์ที่สามารถผลิตน้ำมันได้สูง ศึกษาปัจจัยที่เหมาะสมสำหรับการผลิตน้ำมันและพัฒนากระบวนการผลิตเพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิตน้ำมัน รวมถึงศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ไตรเอซิลกลีเซอรอลของสายพันธุ์ที่คัดเลือกได้ (ภาพที่ 2)

ภาพที่ 2 แผนภาพการดำเนินงานวิจัย

จากยีสต์ที่คัดเลือกทั้งหมดกว่า 387 สายพันธุ์ พบยีสต์สปีชีส์ใหม่และเสนอชื่อเป็น Barnettozyma siamensis f.a., sp. nov. นอกจากนั้นยังพบว่า Rhodosporidiobolus fluvialis DMKU-RK253 สามารถสะสมลิพิดสูงสุดถึง 65.2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และสามารถใช้วัตถุดิบต้นทุนต่ำ ได้แก่ กลีเซอรอลดิบและผงชูรสเป็นแหล่งอาหารได้ สภาวะเพาะเลี้ยงที่เหมาะสมคือ พีเอช 5.5 อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส บ่มบนเครื่องเขย่าเพื่อเติมอากาศ การเพาะเลี้ยงในถังหมักขนาด 5 ลิตร ด้วยสภาวะที่เหมาะสมดังกล่าว พบว่ามีลิพิดสะสมสูงถึง 63.8 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก โดยได้ปริมาณลิพิดเท่ากับ 8.99 กรัมต่อลิตร กระบวนการเพาะเลี้ยงได้ถูกปรับปรุงเพื่อเพิ่มปริมาณการผลิตลิพิดด้วยวิธีการเพาะเลี้ยงแบบสองขั้นตอน (ภาพที่ 3)

ภาพที่ 3 วิธีการเพาะเลี้ยงแบบสองขั้นตอน

พบว่าการเพาะเลี้ยงด้วยวิธีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างการหมัก (จาก 30 องศาเซลเซียส เป็น 25 องศาเซลเซียส) ร่วมกับการใช้เซลล์ความเข้มข้นสูง ได้ปริมาณลิพิดสูงถึง 14.11 กรัมต่อลิตร และตรวจพบเม็ดลิพิดขนาดเล็กในอาหารที่ใช้เพาะเลี้ยง (ภาพที่ 4) ดังนั้นวิธีการเพาะเลี้ยงแบบสองขั้นตอนจึงเป็นที่น่าสนใจสำหรับใช้ในการผลิตลิพิดในอุตสาหกรรมต่อไป นอกจากนี้ยังมีการวิเคราะห์ยีนที่ เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ลิพิดของ R. fluvialis DMKU-RK253 พบว่าการทำให้เกิด overexpression ของยีน RfDGA1 มีศักยภาพในการพัฒนาความสามารถในการสะสมลิพิดในยีสต์

ภาพที่ 4 (A) ลักษณะเม็ดน้ำมันจากยีสต์ (bar, 10 mm) เมื่อย้อมด้วยสี Nile red ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบฟลูออเรสเซน (รูปล่าง) และกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (รูปบน) โดยลูกศรแสดงเม็ดไขมัน (B) เม็ดน้ำมันในอาหารที่ใช้เพาะเลี้ยงยีสต์

 

การนำไปใช้ประโยชน์

              การใช้กลีเซอรอลดิบซึ่งเป็นของเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไบโอดีเซล เป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับเพาะเลี้ยงยีสต์เพื่อการผลิตน้ำมัน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อนำไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตไบโอดีเซล นอกจากจะเป็นการเพิ่มมูลค่าของกลีเซอรอลดิบแล้ว ยังเป็นการลดค่าใช้จ่ายในการกำจัดของเสีย รวมถึงลดต้นทุนในแง่ของการใช้วัตถุดิบสำหรับการผลิตไบโอดีเซลอีกด้วย

              นอกจากนี้ยังมีการสร้างองค์ความรู้ใหม่ กล่าวคือ การศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพของโอลิเอจินัสยีสต์ที่มีประสิทธิภาพในการผลิตน้ำมันทำให้ค้นพบยีสต์สปีชีส์ใหม่ที่คัดแยกได้ในประเทศไทย และสามารถคัดเลือกโอลิเอจินัสยีสต์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการผลิตน้ำมันจากกลีเซอรอลดิบ ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ยังไม่เคยมีรายงานมาก่อน และมีการพัฒนากระบวนการเพาะเลี้ยง ทำให้สามารถผลิตน้ำมันได้ในปริมาณสูง โดยใช้วัตถุดิบต้นทุนต่ำในการเพาะเลี้ยง ตลอดจนการขยายขนาดการผลิตในถังหมักระดับห้องปฏิบัติการ ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการใช้เป็นต้นแบบในกระบวนการผลิตน้ำมันจากจุลินทรีย์ในระดับอุตสาหกรรม รวมถึงมีการศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์น้ำมันของสายพันธุ์ที่คัดเลือกได้ โดยพบว่าเป็นยีนที่มีศักยภาพในการเพิ่มความสามารถในการสะสมน้ำมันของยีสต์ ซึ่งสามารถใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานที่สำคัญในการพัฒนาสายพันธุ์โอลิเอจินัสยีสต์ต่อไป

พิรพรรณ พลบุรี

* บทความนี้มีการเผยแพร่ในการจัดแสดงนิทรรศการสิ่งประดิษฐ์ของไทย ระหว่างวันที่ 2-6 กุมภาพันธ์ 2561 ณ Event Hall 98 – 99 ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค บางนา กรุงเทพฯ

 

เอกสารอ้างอิง

Polburee, P., T. Ohashi, Y. Tsai, T. Sumyai, N. Lertwattanasakul, S. Limtong and K. Fujiyama. 2018. Molecular cloning and overexpression of DGA1, an acyl-CoA dependent diacylglycerol acyltransferase, in the oleaginous yeast Rhodosporidiobolus fluvialis DMKU-RK253. Microbiology. 164:1–10.

Polburee, P., W. Yongmanitchai, K. Honda, T. Ohashi, T. Yoshida, K. Fujiyama and S. Limtong. 2016. Lipid production from biodiesel-derived crude glycerol by Rhodosporidiumfluviale DMKU-RK253 using temperature shift with high cell density. Biochemical Engineering Journal. 112: 208–218.

Polbureea, P., W. Yongmanitchaia, N. Lertwattanasakula, T. Ohashic, K. Fujiyama and S. Limtong. 2015. Characterization of oleaginous yeasts accumulating high levels of lipid when cultivated in glycerol and their potential for lipid production from biodiesel-derived crude glycerol. Fungal Biology. 119: 1194-1204.

Polburee P., W.  Yongmanitchai, T. Ohashi, K. Fujiyama and S. Limtong. (2014).Barnettozymasiamensis f.a., sp. nov., a novel lipid accumulating ascomycete yeast species isolated in Thailand. Int J SystEvolMicrobiol. 64: 3053-3057.