การวิจัยและพัฒนาเอนไซม์เฮมิเซลลูเลสลูกผสม (Recombinant enzyme) ในการเพิ่มศักยภาพการย่อยสลายสารชีวมวลเพื่อผลิตไบโอแก๊ส= Research and Development Recombinant Hemicellulase to Improving Linocellulosic substrates degradation for Enhanced biogas production/ Achara Chaiongkarn [et al.] (CONFIDENTIAL)
โดย: Achara Chaiongkarn
ผู้แต่งร่วม: Achara Chaiongkarn | Jirapa Dathong | Nomchit Kaewthai Andrei | Pongsathon Phapugrangku | Somporn Moonmangmee | Premsuda Saman | Rujira Deewatthanawong | อัจฉรา ไชยองค์การ | จีรภา ดาทอง | น้อมจิตต์ แก้วไทย | พงศธร ประภักรางกูล | สมพร มูลมั่งมี | เปรมสุดา สมาน | รุจิรา ดีวัฒนวงศ์
ชื่อชุด: Res. Proj. no. 62-02, Sub Proj. no. 5; no.1 (Final report) (CONFIDENTIAL)ข้อมูลการพิมพ์: Pathumthani : Thailand Institute of Scientific and Technological Research, 2022 รายละเอียดตัวเล่ม: 118 p. 30 cm.ชื่อเรื่องอื่นๆ: โครงการวิจัยที่ ภ.62-02 การจัดการขยะชุมชนอย่างยั่งยืนหัวเรื่อง: เอนไซม์เฮมิเซลลูเลส ไบโอแก็สสาระสังเขป: Thailand has a numerous of agricultural wastes after postharvest which can be utilized for initial substrate for biofuel production. In this study, hemicellulase enzyme was modified by adding carbohydrate module family 6, cellulose, xylan, glucan, agarose, chitin, lichenan, laminarin and mannan recognition, at C-terminal of hemicellulase enzymes to enhance the efficiency of enzymes activity for lignocellulosic biomass degradation for biogas production. The six recombinant hybrid enzymes from this investigation were 2 mannanases (man5A-CBM10-1 and man5A-CBM10-1-CBM6), 2 xylanases family 10 (xyn 10 and xyn 10-CBM1-CBM6), and 2 xylanases family 11 (xyn 11-CBM1 and xyn 11-CBM1-CBM6). The results revealed that CBM6 significantly improved the activity of xylanase family 11 (xyn 11-CBM1-CBM6) for the insoluble degradation (p value < 0.05). Corncob, rice husk, corn leaves and stalks, and rice straw were digested with xyn 11-CBM1-CBM6 showing the higher reducing sugar release of 3.2, 1.43, 2.33 and 3.3 times than the xylanase family 11 without CBM6 (xyn 11-CBM1), respectively. Both enzymes showed similar reaction trend activity with pH 5.0 and 45°C as most suitable. Furthermore, CBM6 affected xylanase family 11 by enhancing acidity tolerance and thermostability. The recombinant xyn-CBM1-CBM6 was stable under extremely acidic conditions (pH 4.0-6.5) and showed the high activity remaning more than 50% after incubation at 45°C for 240 minnutes. The xyn 11-CBM1 was stable at pH 4.0-6.0 and enzyme activity decreased at less than 50% after incubation at 45°C for 120 minnutes. However, CBM6 was not influence on mananases and xylanase family 10 activities of the insoluble degradation. On the other hand, CBM6 could be encouraged enzymes activity under the presence of metal ions condition, showing more than 75% remaning activity which was higher than CBM6-absented enzymes. Except Hg2+ significantly inhibited activity of six recombinant enzymes (p-value < 0.01). Moreover, SDS-PAGE analysis indicated that molecular weights of hybrid enzymes, man5A-CBM10-1, man5A-CBM10-1-CBM6, xyn 10, xyn 10, xyn 11-CBM1 and xyn 11-CBM1-CBM6 were approximately 52, 90, 40, 80, 34 and 68 kDa, respectively. In addition, zymograms study confirmed that molecular sizes of CBM6-added enzymes were higher than CBM 6-absented enzymes. The efficiency of hybrid hemicellulase enzymes (man5A-CBM10-1 and xyn 11-CBM1-CBM6) were tested by synergistic usage between them and commercial cellulase for dissoluble cellulose from agricultural waste. The results presented high efficiency for insoluble complex degradation. Furthermore, fresh corn leaves and stalks were treated with combination between cellulase and hybrid enzyme prior used as substrates for anaerobic methane-production. The results presented that corn leaves and stalks which treated with the combination enzymes (commercial cellulase and xyn 11-CBM1-CBM6) showed the highest methane production rate of 0.346 L CH4/g-COD which was approximate of theoretical methane production rate (0.35 L/g-COD). The results indicated that enzymatic pretreatment has an efficiency to enhance biogas production and leading to reduce chemical contamination to environment and low energy use. สาระสังเขป: ประเทศไทยมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรหลังการเก็บเกี่ยวจำนวนมากที่สามารถนำมาเป็นสารตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ โดยการทดลองนี้ได้พัฒนาเอนไซม์ลูกผสมเฮมิเซลลูเลสให้มี ประสิทธิภาพในการย่อยสลายสารชีวมวลลิกโนเซลลูโลสิก ที่พบมากในวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเพื่อผลิตไบโอแก๊สโดยเติมส่วนของ carbohydrate binding modules (CBM) แฟมิลี 6 ที่มีความจำเพาะกับเซลลูโลส ไซแลน กลูแคน อะกาโรส ไคติน ลิชิแนน ลามินาริน และแมนแนน เข้าที่ปลายด้านซี (C-terminal) ของเอนไซม์เฮมิเซลลูเลสทำให้ได้เอนไซม์ลูกผสมเฮมิเซลลูเลสทั้งหมด 6 เอนไซม์ ได้แก่ แมนนาเนส (man5A-CBM10-1 และ man5A-CBM10-1-CBM6) ไซแลนเลส แฟมิลี 10 (xyn 10 และ xyn 10-CBM1-CBM6) และไซแลนเนส แฟมิลี 11 (xyn 11-CBM1 และ xyn 11-CBM1-CBM6) ผลการทดลองพบว่า การเติม CBM6 ส่งผลให้การทำงานของเอนไซม์ไซแลนเนส แฟมิลี 11 (xyn 11-CBM1-CBM6) ทำงานได้ดีขึ้น โดยสามารถย่อยสารตั้งต้นจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ไม่ละลายน้ำได้ดียิ่งขึ้นอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 โดยพบว่าสามารถย่อย ซังข้าวโพด แกลบข้าว ต้นและใบข้าวโพด และฟางข้าวได้ดีกว่าเอนไซม์ลูกผสมไซแลนเนส แฟมิลี 11 ไม่มีซีบีเอ็มหก (xyn 11-CBM1) อยู่ 3.2 1.43 2.33 และ 3.3 เท่า ตามลำดับ โดยเอนไซม์ลูกผสม xyn 11-CBM1-CBM6 ทำงานได้ดี ที่ค่าพีเอชเท่ากับ 5.0 อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส และมีความเสถียรที่ พีเอช 4.0-6.5 และมีค่ากิจกรรมของเอนไซม์มากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ของกิจกรรมเอนไซม์ตั้งต้น เมื่อเอนไซม์อยู่ในสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ pH 6.0 ที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 240 นาที ในขณะที่เอนไซม์ลูกผสม xyn 11-CBM1 มีความเสถียรที่พีเอช 4.0-6.0 และมีค่ากิจกรรมของเอนไซม์มีค่าลดลงต่ำกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ของกิจกรรมเอนไซม์ตั้งต้น เมื่อเอนไซม์นั้นอยู่ในสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ pH 6.0 ที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส เพียง 120 นาที ในขณะที่การเติม CBM6 ไม่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์แมนนาเนส และไซแลนแนส แฟมิลี 10 ในการย่อยสลายสารตั้งต้นจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร แต่ส่งผลให้เอนไซม์ลูกผสมแมนนาเนสและไซแลนเนสทนต่ออิออนโลหะได้ดีขึ้นกว่าเดิม โดยมี (%) relative activity enzyme ไม่ต่ำกว่า 75 เปอร์เซ็นต์ ยกเว้นอิออนโลหะ Hg2+ ที่สามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ทั้ง 6 เอนไซม์ ได้อย่างมีนัยสำคัญยิ่ง (p-value < 0.01) นอกจากนี้เมื่อศึกษาน้ำหนักโมเลกุลของเอนไซม์ลูกผสม man5A-CBM10-1, man5A-CBM10-1-CBM6, xyn 10, xyn 10, xyn 11-CBM1 และ xyn 11-CBM1-CBM6 พบว่ามีขนาดน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 52, 90, 40, 80, 34 และ 68 กิโลดาลตัน ตามลำดับ และการศึกษา Zymogram ของเอนไซม์ทั้ง 6 เอนไซม์ พบว่าเอนไซม์ที่มี CBM 6 จะมีขนาดใหญ่กว่าเอนไซม์ที่ไม่มี CBM 6 ซึ่งสอดคล้องกับขนาดของน้ำหนักโมเลกุล เมื่อนำเอนไซม์เฮมิเซลลูเลส man5A-CBM10-1 และ xyn 11-CBM1-CBM6 มาย่อยวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีโครงสร้างไม่ละลายน้ำร่วมกับเอนไซม์เซลลูเลสทางการค้า สามารถทำให้ประสิทธิภาพการย่อยวัสดุที่ไม่ละลายน้ำดีขึ้น เมื่อนำกากและน้ำที่ได้จากการย่อยต้นและใบข้าวโพดสดด้วยเอนไซม์เซลลูเลสและเอนไซม์ลูกผสม xyn 11-CBM1-CBM6 มาผลิตแก๊สมีเทนในสภาวะไร้อากาศ โดยอาศัยกิจกรรมของเชื้อจุลินทรีย์จากมูลสุกร พบว่าให้แก๊สมีเทนมากกว่ากลุ่มควบคุมอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 การใช้เอนไซม์ลูกผสมไซแลนเนส แฟมิลี 11 ที่มี CBM6 ทำงานร่วมกับเอนไซม์เซลลูเลสทางการค้าในการปรับสภาพวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรก่อนที่จะนำทั้งกากและน้ำมาย่อยต่อด้วยจุลินทรีย์ที่อยู่ในมูลสุกรในสภาวะไร้อากาศเพื่อผลิตไบโอแก๊ส พบว่าสามารถผลิตแก๊สมีเทนได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีอัตราการเกิดแก๊สมีเทนใกล้เคียงกับค่าทฤษฎี (0.35 ลิตรมีเทน/กรัมซีโอดีที่ย่อยสลาย) ซึ่งมีค่าอยู่ที่ 0.346 ลิตรมีเทน/กรัมซีโอดีที่ย่อยสลาย ถือว่าการใช้เอนไซม์ในการปรับสภาพนี้ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตแก๊ส สาระสังเขป: ลดการปนเปื้อนสารตกค้าง และใช้พลังงานต่ำ เหมาะที่จะนำไปต่อยอดสำหรับงานวิจัยในอนาคต.
ไม่มีรายการทางกายภาพสำหรับระเบียนนี้
Click on an image to view it in the image viewer
There are no comments on this title.