7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 1/35
บทท 2
ทบทวนเอกสาร
2.1 ลักษณะของผลพลอยไดอตสาหกรรมและการเกษตร [9,10]
ผลพลอยไดอตสาหกรรมและการเกษตรทพบมากในประเทศ จัดเปนวัสดกลมลกโน-
เซลลโลสทมองคประกอบของเซลลโลส เฮมเซลลโลส และลกนน ในปรมาณทแตกตางกันตามชนดของผลพลอยได เชน กระดาษมเซลลโลส 85-99% ในขณะท ใบไมมเฮมเซลลโลส 80-
85% และเปลอกถั วมลกนน 30-40% (ตารางท 2.1) สาหรับสายโซของเซลลโลสและเฮม-เซลลโลสเม อยอยสลายแลว จะไดหนวยยอยทสามารถนาไปหมักใหเปนผลตภัณฑอ น เชน
เอธานอล โดยยสตสายพันธ Saccharomyces cerevisiae ทังนผลผลตทเปนเอธานอลมักลดลง
เมอมตัวยับยังทเปนสารพษเกดขน เชน กรดออน อนพันธฟวราน (furan derivative) และสารประกอบฟนอลก (phenolic compound) เปนตน ทาใหจาเปนตองมขั นตอนการลดตัวยับย ังเหลาน โดยในบางขั นตอนจะชวยลดความแขงแรงของโครงสรางเสนใยพช และเพ มความมรพรนใหแกโครงสราง สงผลใหการยอยสลายเปนไปไดงายและมประสทธภาพดข น โดยท ัวไป มักนาผลพลอยไดจาพวกไมมาใชยอยสลายกันมาก เน องจากมปรมาณของเซลลโลสและเฮมเซลลโลสอย สง
2.1.1 องคประกอบของวัสดกล มลกโนเซลล โลส [10,11]
โครงสรางของวัสดกล มลกโนเซลลโลสสามารถแบงได เปน 3 สวน คอ
องคประกอบภายนอก พอลแซกคาไรด และลกนน ดังรายละเอยดตอไปน
(1)
องคประกอบภายนอก หมายถง องคประกอบท ไมมผนังเซลลทั งหมด ไดแก สารเคมภายในเซลลท สามารถละลายไดในน าและในตัวทาละลายอนทรย โดยจาแนกเปนกล มยอยท สามารถสกัดไดและไมได ซ งในสวนท สกัดได ไดแก เทอรปน (terpene) เรซน (resin) และฟนอล
(phenol) โดยในกล มเทอรปนประกอบดวยสายโซของไอโซปรน (isoprene) และสวนท คลายเทอร-ปน ไดแก เทอรปนแอลกอฮอล (terpene alcohol) และคโตน สวนในกล มของเรซน จะรวมองคประกอบท ระเหยไมได ไดแก ไขมัน กรดไขมัน ไฟโตสเตอรอล (phytosterol) และสารอ นๆ
ท พบในปรมาณนอย นอกจากน ในกล มของฟนอลจะพบองคประกอบท หลากหลาย โดยสารท
http://archive.lib.cmu.ac.th/full/T/2552/biot0352at_ch2.pdf
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 2/35
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 3/35
8
(2) พอลแซกคาไรด องคประกอบในกล มน เปนคารโบไฮเดรตท ม มวล
โมเลกลสง
เชน
เซลลโลส
และเฮมเซลลโลส
ท มอย ถง 60-80%
ของเน อวสัดทั งหมด
โดยเซลลโลสจัดเปนองคประกอบหลักของผนังเซลล และมโครงสรางท ทนทานตอการยอยสลายดวยเอนไซมและกรด และไมสลายตัวเม ออย ในน า สาหรับเฮมเซลลโลสเปนพอลแซกคาไรดสายส ัน มหนาท เช อมโยงระหวางลกนนและเซลลโลส ในธรรมชาตเฮมเซลลโลสจะอย ในลักษณะท ไมมรปรางแนนอน (amorphous form)
(3) ลกนน เปนพอลเมอรของสารประกอบท โมเลกลเปนวงแหวน และจัดเปนสารประกอบทมความซับซอนมากทสด ในวัสดแตละชนดมกัพบลกนนเปนองคประกอบ
อย 20-35% โดยทาหนาท รวมมัดของเสนใยของพอลแซกคาไรดไวดวยกัน [11]
2.1.2 โครงสรางของผนังเซลลพช [11,12]
ผนังเซลลพชมหลายขนาดและแบงออกไดเปน 3 ชั น โดยผนังเซลลช ันนอกจะมเซลลท แบงตัวอยางรวดเรว (meristematic cell) และเซลลท ทาใหเกดการยดขยายขนาด (elongation
cell) เปนองคประกอบ ในชวงท พชมการเจรญเตบโต ผนังเซลลพชมักมความหนาเพ มข นโดยผนังเซลลชั นท 2 ท อย ภายใน สงผลใหเซลลมความยดหย นลดลง สวนผนังเซลลในช ันท 3 จะไมม
รปรางแนนอน เปนช ันท เรยกวา ลาเมลลาชั นกลาง (middle lamella) ทาหนาท ในการเช อมเซลล ท อย ใกลกันใหชดตดกัน เน องจากประกอบดวยเกลอแคลเซยมของกรดเพกตก (calcium salts of
pectic acid) ซ งชวยทาใหเกดการตดกนัภายในโครงสรางท ประกอบเปนผนังเซลล การกระจายตัวขององคประกอบทางเคมภายในผนังเซลล (รปท 2.1) พบวา ในลาเมลลาชั นกลางจะมลกนนอย มาก และมความหนาประมาณ 1-2 ไมโครเมตร โดยมการเรยงตัวแบบไมมรปรางแนนอน จงเกดเปนรพรนภายในโครงสรางเม อพชมการเจรญเตบโต ผนังเซลลช ันแรกจากดานในมักจะบาง ขณะท ผนังเซลลช ันท 2 จะหนาข นระหวางท เซลลเจรญและมองคประกอบสวนใหญ เปนเซลลโลส ใน
โครงสรางท เปนชองกลวงภายใน พบวา ไมโครไฟบรลของเซลลโลสท ขดเปนวง ทาใหเสนใยเหนยว มความยดหย น และกันน าได เน องจากมลกนนหรอองคประกอบท คลายข ผ ง สวน
เฮมเซลลโลสทาใหเกดการไขวกันอยางใกลชดและเช อมใหล กนนตดกับ เซลลโลส โดยองคประกอบของเสนใยท สมบรณจะเปนเสนตรงท มสมบัตยดหย นและแขงแรง ขณะท ลกนนนั นทาใหโครงสรางไมละลายน า
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 4/35
9
รปท 2.1 การกระจายตัวขององคประกอบทางเคมภายในผนังเซลลพช [11]
2.1.3 ลักษณะทางเคมและสมบัตของผนังเซลลพช [12]
ผนังเซลลพชมหนาท ทาใหโครงสรางของพชมความแขงแรงและมความคงรป แตทั งน แรงดันน าภายในเซลลมสวนทาใหผนังเซลลเกดการขยายตัวและพองตั วได ในธรรมชาต ผนังเซลลทาหนาท เปนทางผานของไอออนและน า เม อผนังเซลลถกลอมรอบดวยน า จงทาใหเกดการไหลเวยนของน าและสารละลายตางๆ ผานเขาออกเซลลพชได โดยเคล อนท ผานผนังเซลลดวยกระบวนการแพร สวนน าสามารถระเหยผานผนังเซลลโดยตรงเชนกัน ดังน ันผนังเซลลพชจงทาหนาท เปนชองทางใหน าเกดการเคล อนท ผานเขาออกดวย
โครงสรางของเซลลโลสในผนังเซลลพชเปนสายโซตรงท ประกอบดวยเบตา-ด-กลโคไพราโนส (β-D-glucopyranose) ท เช อมตอกันดวยพันธะ (1,4) เม อสายโซน จดัเรยงตัวเปนวง
แหวนแลววางตัวในระนาบเดยวกัน
จะมลักษณะคลายรบบ นท จัดเรยงตัวหลายแบบอย ภายในโครงสรางของผนังเซลล การเรยงตัวของสายโซเซลลโลสหลายๆ เสนจะไดมาโครไฟบรล
(macrofibril) ซ งชองแคบระหวางไมโครไฟบรลของเซลลโลสจะมสารภายในเซลล (matrix) ท ไมมรปรางแนนอนลอมรอบชองแคบ ๆระหวางไมโครไฟบรล ทาใหขนาดของผนังเซลลพชมความหนาข น และยังมสารอ นๆ ไดแก น า สารท มลกนนเปนองคประกอบ และพอลแซกคาไรดท ไมใชเซลลโลส (non cellulosic polysaccharide) เชน เพกตน (pectin) โปรตนบางสวน น าในรปท อย อสระและเปนองคประกอบกับสารอ นหรอสารอนนทรย เชน แคลเซยม และซลเกต เปนตน
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 5/35
10
รปท 2.2 โครงสรางของเซลลโลส [6]
2.2 เซลล โลส [11,13]
2.2.1 ความหมายของเซลล โลส
เซลลโลสเปนพอลเมอรสายยาวและมมวลโมเลกลสง ประกอบดวยกลโคสเช อมตอกันเปนสายยาวดวยพันธะเบตา (1,4) (β-(1,4) glucosidic linkage) ประมาณ 10,000 หนวย
(รปท 2.2) พบทั วไปในธรรมชาต โดยเปนสวนประกอบท สาคัญของผนังเซลลพชและมการเรยงตัวอย ในรปของผลก
2.2.2 โครงสรางของเซลล โลส
เซลลโลสมโครงสรางเสนใยเลกๆ ทเรยกวาไฟบรล (fibril) ซ งมลักษณะเปนมัด
ยาวรวมกันอยอยางแขงแรงดวยพันธะไฮโดรเจนระหวางหมไฮดรอกซล การจัดเรยงตัวของโมเลกลไฟบรลทาใหเซลลโลสมโครงสรางหลายรปแบบ โครงสรางทางเคมและกายภาพของเซลลโลสเกดจากไฟบรลหรอโปรโตไฟบรลท ม การเรยงตัวขนานและจับกันดวยพันธะไฮโดรเจนท แขงแรง ซ งเม อตรวจสอบโดยกลองจลทรรศนจะเหนเปนแผนบางๆ และเม อตัดขวางแผนบางๆ เหลาน จะพบสวนท เปนโครงสรางผลกทมการจับกันดวยพันธะไฮโดรเจนเรยงตัวขนานกันไป โดยบางสวนอาจเรยงตัวอยางไมเปนระเบยบ ซงบรเวณนทาใหเซลลโลสสลายตัวและแยกออกจากกันไดโดยการเขาทาปฏกรยาของของเหลว เชน กรดแก นอกจากน
ยังอาจเกดเปนรปรางท เปล ยนแปลงไดงายโดยแรงกล เน องจากความไมเปนระเบยบและขดจากัดของความยดหย นของไมโครไฟบรล
2.2.3 สมบัตของเซลล โลส
สมบัตของเซลลโลสมักมสวนท เก ยวของกับน า โดยเม อความช นสัมพัทธโดยรอบเปล ยนแปลงไป เซลลโลสท มลักษณะแหงจะดดความช น ทาใหเซลลโลสสามารถพองตัวหรอหดตัวได แตในบางภาวะ เชน เม อเซลลโลสอย ในตัวทาละลายท ไมมขั ว เชน เบนซน เซลลโลสจะไมเกดการพองตัวเหมอนอย ในตัวทาละลายท มข ัว เชน น า ความสามารถในการพองตัวของเซลลโลสอย
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 6/35
11
ในชวง 9-21.1% ข นอย กับชนดของวัสด โดยการดดน าหรอความช นจะเกดจากทอขนาดเลกจานวนมากท อย ตามพ นท ผวสัมผัสของเซลลโลสและพ นท ทั งหมดของวัสด โดยท ัวไปเซลลโลสสามารถพองตัวไดประมาณ 100 เทาของวัสดขณะแหง ซ งการพองตัวไดจะทาใหตัวทาละลายตางๆ เขาทาลายโครงสรางไดงายข น
2.3 เฮมเซลล โลส [6,14-17]
2.3.1 ความหมายของเฮมเซลล โลส
เฮมเซลลโลสเปนพอลเมอรทมมวลโมเลกลต าและมปรมาณการเกดเปนพอล-
เมอร (degree of polymerization, DP) ประมาณ 200 โดยมน าตาลเปนองคประกอบในเฮม-เซลลโลสหลายชนด กลาวคอ มไซโลสมากท สดถง 85-90% และสวนท เหลอเปนน าตาลท มคารบอน 5 และ 6 อะตอม กรดแมนนโรนก (mannuronic acid) และกรดกาแลกตโรนก
(galacturonic acid) เปนองคประกอบ เฮมเซลลโลสจะถกยอยสลายไดงายดวยกรดหรอเบสเจอจาง
หรอเอนไซม เพราะเฮมเซลลโลสไมมรปรางแนนอน ไมเปนเสนตรง และมลาดับของหนวยยอยน าตาลท เรยงตัวแบบสม จงทาใหพนัธะท เช อมระหวางไซโลสถกทาลายดวยกรดหรอเอนไซมไดงาย
2.3.2 โครงสรางของเฮมเซลล โลส
พชประกอบดวยเฮมเซลลโลสประมาณ 1 ใน 3 ของน าหนักแหง โดยอย รวมกับเซลลโลสและลกนน ทาใหเกดเปนผนังเซลลพชทแขงแรง เฮมเซลลโลสมทังโครงสรางทเปนสายโซตรงและโซกงของน าตาลท มคารบอน 5 อะตอม ไดแก ไซโลส และอะราบโนส และน าตาลท มคารบอน 6 อะตอม ไดแก กลโคส แมนโนส และกาแลกโตส (รปท 2.3)
องคประกอบสวนใหญในเฮมเซลลโลสเปนไซโลสท เช อมตอกันดวยพันธะเบตา
(1,4) และพบในไมเนอแขงมากกวาไมเนอออน ทังน ไมคอยพบเฮมเซลลโลสทมไซโลสเพยงชนดเดยวในธรรมชาต จงมักพบอยรวมกับน าตาลชนดอนๆ และมสวนของลกนนจับตัวกันอย อยางหนาแนนดวยพันธะโควาเลนท โดยทัวไปเฮมเซลลโลสจะมความเปนกรด เนองจากมหม 4-เมธล-แอลฟา-ด-กลโคส (4-methyl-α-D-glucose) จับอย กับออกซเจนตาแหนงท 2 ซ งการมหม แทนท ในตาแหนงท 2 และ 3 สงผลใหสามารถสกัดเฮมเซลลโลสออกโดยงายดวยสารละลายเบส แตขั นตอนของการสกัดเฮมเซลลโลสออกน ันอาจตองมการกาจัดลกนน (delignification) รวมดวย
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 7/35
12
รปท 2.3 โครงสรางของเฮมเซลลโลส [6]
2.3.3
สมบัตของเฮมเซลล โลส สวนใหญจะพบเฮมเซลลโลสในผนังเซลลช ันนอกสด และพบสวนนอยในผนัง
เซลลช ันท 2 โดยจะถกยอยสลายและสกัดออกจากผนังเซลลพชไดในภาวะท ไมรนแรง เน องจากโครงสรางโมเลกลมโซก งเปนจานวนมากคลายกับโครงสรางของเพกตน โมเลกลของเฮมเซลลโลสจะชอบน า ทาใหเกดการรวมตัวกับน าเกดเปนเจลได [16] ขณะท เม อเปนองคประกอบของผนังเซลลจะไมสามารถสกัดออกไดดวยน า แตสามารถละลายไดในเบส
2.4
ลกนน [10-11,18-19]
2.4.1 ความหมายของลกนน
ลกนนเปนพอลเมอรท พบในผนังเซลลพชท มความสัมพันธเชงโครงสรางรวมกับเซลลโลสและพอลแซกคาไรดชนดอ นๆ ลกนนประกอบดวยโมเลกลท เปนวงแหวนท ตอกันแบบส มเปนโครงสราง 3 มต โดยภายในโครงสรางจะเช อมกันดวยพันธะอเธอรหรอคารบอนระหวาง
2 โมเลกล ทาใหลกนนทนทานตอการยอยสลายดวยสารเคมและเอนไซมมากกวาพอลเมอรชนดอ นๆ
ดังนั นจงตองอาศัยสารเคมในการแยกลกนนออกจากพอลแซกคาไรด
2.4.2 โครงสรางของลกนน
ลกนนมโครงสรางท เกดจากหนวยท เหมอนกันซ าๆ ประกอบเปนโมเลกลท ใหญ มการเช อมตอกันของหนวยยอยคอ ฟนลโพรพานอยด (phenyl propanoid) ท มหม เมธลอย บนโมเลกล
(รปท 2.4) ลกนนจากไมเน อออน หญา และไมเน อแขงมองคประกอบของหม แทนท พวกเมธอกซ (methoxy) และการเกดพันธะระหวางหม ฟนลท แตกตางกัน
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 8/35
13
รปท 2.4 โครงสรางหนวยยอยของลกนน [19]
2.4.3 สมบัตของลกนน ลกนนมสมบัตท สาคัญคอ การละลายในตัวทาละลาย โดยปกตลกนนจะไมละลาย
น าและตัวทาละลายท ไมมขั ว ดังน ันจงสามารถสกัดลกนนไดดวยตัวทาละลายอนทรยท มข ัวสง
ขณะท บางสวนในกล มของอัลคาไลนลกนน (alkaline lignin) สามารถละลายไดในตัวทาละลายพวกไดออกเซน (dioxane) ไพรดน (pyridine) และสารละลายเบสเจอจางได นอกจากน เม อมการเตมหม เมธล (methylation) และหม อะซตล (acetylation) แทนท ตาแหนงตางๆ บนวงแหวนเบน-
ซนในโครงสรางของลกนน ทาใหลกนนสามารถดดกลนแสงอัลตราไวโอเลตไดท ความยาวคลนสงสด 280 นาโนเมตร ทั งน การเตมโซเดยมไฮดรอกไซดกเปนการเพ มหม ไฮดรอกซลใหแกโครงสรางของลกนน ทาใหลกนนสามารถดดกลนแสงไดดวย
การท ลกนนอย รวมกับเซลลโลสในเน อไม ทาใหโครงสรางของพชมความแขงแรงไดตามธรรมชาต รวมทั งยงัทาใหจลนทรยและเอนไซมไมสามารถทาลายโครงสร างพชไดงาย โดยโครงสรางท ลกนนอย รวมกับเซลลโลสจะมพันธะโควาเลนทเช อมระหวางลกนนและเฮมเซลลโลส
ดังน ันเพ อใหการใชประโยชนจากวสัดกล มลกโนเซลลโลสมมากข น จงตองใชการปรับสภาพวัสด
เหลาน กอน และปองกันผลเสยท เกดจากลกนน รวมทั งใหเซลลโลสและเฮมเซลลโลสอย ในสภาพท เหมาะสมตอการใชประโยชนตอไป
2.5 การยอยสลายลกโนเซลล โลสดวยกรด [11]
วัสดกล มลกโนเซลลโลสประกอบดวยคารโบไฮเดรต 3 ชนด คอ เซลลโลส เฮมเซลลโลส
และลกนน ดังน ันการเปล ยนองคประกอบเหลาน ใหอย ในรปน าตาลจงสามารถทาไดโดยการยอยสลายดวยกรดภายใตภาวะท เหมาะสม ซ งการยอยสลายดวยกรดจะทาใหระดับการเกดเปนพอล-
เมอรนั นลดลง
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 9/35
14
2.5.1 กลไกการยอยสลายดวยกรด
การยอยสลายเซลลโลสดวยกรดจะทาใหพันธะเบตา (1,4) ของกลโคสในโครงสรางแตกออกแลวเกดเปนน าตาล โดยเกดเปนสายโซสั นๆ ท มโครงสรางพ นฐานเหมอนเดม
แตปลายของสายโซเซลลโลสจะเปนหมอลัดไฮดทมสมบัตรดวซง (reducing) ซงพันธะของเซลลโลสน จะไวตอกรดและมการตัดแบบส ม ในภาวะของการยอยสลายเซลลโลสดวยกรดเจอจางท รอน จะทาใหเซลลโลสท อย ในลักษณะท มน าเปนองคประกอบ (hydrocellulose) (I) กลายเปน
พอลแซกคาไรดท ละลายน าได (II) และจะถกยอยสลายตอไปเปนน าตาลท มโมเลกลไมซับซอน (III)
ซ งในท น กคอ กลโคส (รปท 2.5)
2.5.2 การยอยสลายดวยกรดซัลฟวรกเจอจาง
การยอยสลายวัสดกล มลกโนเซลลโลสดวยกรดเจอจาง มักนยมใชกรดซัลฟวรก
แตทั งน มผลเสยคอ ผลผลตน าตาลจากการยอยสลายท ไดม ปรมาณต า อยางไรกตาม การเพ มอณหภมและความดันสามารถเพ มอัตราการยอยสลายใหไดปรมาณกลโคสเพ มข น ทั งน การเพ มความเขมขนของกรดสามารถเพ มผลผลตน าตาลใหสงข นได แตควรคานงถงจดท เหมาะสมท สด
ของความเขมขนของกรดท ใชและเวลาท ใชในการยอยสลาย ซ งการใชกรดท มความเขมขนมากกวา 2% ทาใหใชเวลานอยกวา 0.1 นาทนั นจะเปนไปไดยากมาก (รปท 2.6)
2.5.3 การยอยสลายดวยกรดซัลฟวรกเขมขน โครงสรางผลกของเซลลโลสและเฮมเซลลโลสในธรรมชาตจะถกยอยสลายไดอยาง
สมบรณท อณหภมหอง เม อใชกรดซลัฟวรก ความเขมขนมากกวา 70% แตวธการน ทาไดยากในทางการคา เพราะกรดซัลฟวรกเขมขนมราคาสงและจาเปนตองมขั นตอนของการหมนเวยนใชงาน
รปท 2.5 กลไกการยอยสลายเซลลโลส [11]
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 10/35
15
รปท 2.6 การประมาณผลผลตกลโคสจากการยอยสลาย โดยอาศัยปจจัยของเวลาและ
อณหภม เม อ — คอ ความเขมขนของกรด 1% --- คอ ความเขมขนของกรด
0.5% และ -·- คอ ความเขมขนของกรด 0.2% [11]
2.5.4 การยอยสลายดวยกรดไฮโดรคลอรก
การยอยสลายเซลลโลสดวยกรดไฮโดรคลอรกเปนท นยมใชอยางกวางขวาง เพราะสามารถระเหยไดงาย ทาใหสามารถก คน (recover) ไดโดยใชป มสญญากาศ แตการยอยสลายดวยกรดชนดนยังมผลเสยคอ ถังปฏกรณท ใชตองมขนาดใหญ เพ อผลตน าตาลใหไดปรมาณสง และ
เนองจากลักษณะเฉพาะของกรดทระเหยไดงาย ทาใหเปนปญหาตอการเลอกวัสดอปกรณ และการดแลรักษา รวมถงการควบคมในขั นตอนของการยอยสลาย เพ อไมใหปรมาณกรดสญเสยไปในระหวางการยอยสลาย
2.6 สารพษและผลท เกดข นจากการยอยสลายดวยกรด [20]
การยอยสลายวสัดกล มลกโนเซลลโลสดวยกรด นอกจากไดผลผลตเปนน าตาลแลว ยังพบสารพษท เกดข นระหวางการยอยสลาย ซ งผลตภัณฑเหลาน มกัเกดจากการยอยสลายของเซลลโลส
ไปเปนกลโคส และเฮมเซลลโลสไปเปนน าตาลโมเลกลเด ยวหลายชนด เม ออย ในภาวะท มอณหภมและความดันสง กลโคสและไซโลสจะถกยอยสลายเปนอนพันธฟวราน เชน เฟอฟวรัล (furfural)
และไฮดรอกซเมธลเฟอฟวรัล (hydroxymethylfurfural, HMF) ท สามารถยอยสลายตอไดเปนกรดฟอรมก (formic acid) และในกรณของ HMF เม อยอยสลายแลวจะไดกรดเลวลนก (levulinic acid)
สวนลกนนเม อเกดการยอยสลายแลวจะเกดสารประกอบฟนอลก และกรดอ นๆ ข น ซ งสารเหลาน มความเปนพษตอจลนทรยท ใชในการหมัก ดังนั นจงตองมวธการลดสารพษกอนการหมัก เพ อชวยใหจลนทรยทางานไดอยางมประสทธภาพเพ มข น
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 11/35
16
2.6.1 สารพษท เกดจากการยอยสลายดวยกรด
สารพษท เกดจากการยอยสลายดวยกรด สามารถแบงไดเปน 4 กล ม ไดแก ผลตภัณฑท ไดจากการสลายตัวของน าตาล ผลตภัณฑท ไดจากการสลายตัวของลกนน อนพันธท ไดจากองคประกอบของลกโนเซลลโลส และไอออนของโลหะหนกั ดังน
2.6.2 ผลตภัณฑท ไดจากการสลายตัวของน าตาล
ในระหวางการยอยสลายดวยกรด น าตาลท มคารบอน 5 อะตอมจะสลายตัวเปนเฟอฟวรัลและละลายอย ในน าหมัก ซ งความเปนพษมักแปรผันตามความเขมขนของเฟอฟวรัลและ
สามารถยับยั งการเจรญเตบโตและการผลตมวลเซลลได สาหรับ HMF ซ งเปนสารพษท ไดจากการยอยสลายน าตาลท มคารบอน 6 อะตอม และใหผลเหมอนกับเฟอฟวรัล คอทาใหจลนทรยมการเจรญเตบโตในระยะปรับตัว (lag phase) เปนเวลานาน อยางไรกตาม HMF มพษตอเซลลนอยกวาเฟอฟวรัล และมักพบ HMF ในสารละลายจากการยอยสลายดวยกรดในปรมาณท ต ากวาดวย
2.6.3 ผลตภัณฑท ไดจากการสลายตัวของลกนน ผลตภัณฑท เกดข นจากการยอยสลายดวยกรดในกล มน มหลายชนด โดย
สารประกอบฟนอลกเปนสารพษท มผลตอการหมักมากท สด เน องจากมมวลโมเลกลขนาดเลกและเปนพษตอเซลล ซ งมผลใหเย อห มเซลลขาดความแขงแรงและประสทธภาพในการเลอกสารผานเขาออกไดลดลง สงผลใหการเคล อนท เขาออกของเอนไซมหรอสารจาเปนอ นๆ เขาส เซลลไดนอยลง จนทาใหมความผดปกตในการใชน าตาลของเซลลเพ อการเจรญเตบโต นอกจากน ผลตภัณฑท ไดจากการยอยสลายลกนนยังมความเปนพษตอจลนทรยรนแรงกวาอนพันธฟวราน ถงแมวามความเขมขนต ากวากตาม
2.6.4
อนพันธท ไดจากองคประกอบของลกโนเซลล โลส สารพษท จัดอย ในกล มน ไดแก สารท ถกสกัดออกจากวัสดกล มลกโนเซลลโลส
และกรดอะซตกจากหม อะซตลท พบในเฮมเซลลโลส ซ งมักเกดข นเม อยอยสลายดวยกรด โดยสารท เกดข นเหลาน จะยับย ังการเจรญเตบโตของจลนทรย เม อคา pH ของการหมักลดลง กรดอะซตกสามารถละลายไดในไขมัน ทาใหเกดการเลอกผานสารเขาออกเย อห มเซลลได เม อภายในเซลลท มคา pH ประมาณ 7.4 กรดอะซตกจะแตกตวัและสะสมอย ภายในไซโตพลาสมในรปของโปรตอน ทาใหคา pH ภายในเซลลต าลงและเกดภาวะท ไมเหมาะสมตอการเกดปฏกรยาตางๆ ภายในเซลล ตลอดจน
เปนสาเหตใหเซลลตายในท สด
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 12/35
17
2.6.5 ไอออนของโลหะหนัก
ไอออนของโลหะหนัก เชน เหลก โครเมยม นกเกล และทองแดง ท เกดจากการ
กัดกรอนของอปกรณและภาชนะจะมพษตอเอนไซมในวถเมตาบอลสมของเซลล ซ งไอออนของเหลกมผลตอการทางานของเอนไซมในวถการใชไซโลส
2.6.6 ผลจากสารพษ ความสามารถของจลนทรยททนทานตอสารพษ ไมสามารถกาหนดเปนความ
เขมขนท แนนอนได เน องจากผลของการยับยั งข นอย กับปจจัยหลายประการ เชน ชนดของจลนทรย การปรับปรงภาวะของการเลยงในอาหารหมัก ชนดของการหมัก และชนดของสารพษทมอย ในสารละลายนั น เปนตน อยางไรกตาม การเกดความเปนพษโดยรวมขององคประกอบตางๆ ไดแก ผลตภัณฑจากการสลายตัวของน าตาล ผลตภัณฑจากการสลายตัวของลกนน รวมถงอนพันธท ไดจากวัสดกล มลกโนเซลลโลส และไอออนของโลหะหนัก ทาใหเกดผลเสยตอการเจรญเตบโต การผลตมวลเซลล และปรมาณการเกดผลตภัณฑท ลดลงได
2.7
กลไกการยับยั งของสารพษ [10]
2.7.1 กรดออน
กลไกการยับยั งโดยกรดออนสามารถอธบายไดเปน 2 ขั นตอน คอ ขั นตอนของการแตกตัว และการสะสมไอออนระหวางเซลล ในกลไกของการแตกตัว กรดออนจะทาใหคา pH
ภายในเซลลต าลง เพราะกรดออนเคล อนท เขาส เซลล แตกรดออนเม ออย ในรปไอออนลบจะไมละลายในไขมัน ทาใหไมสามารถแพรผานออกนอกเย อห มเซลลในระหวา งท เ ซลลมก ารเจรญเตบโตได ทาใหเอนไซม ATPase ในเย อห มเซลลทางานเพ อทาใหภาวะภายในเซลลเปนกลาง
โดย ATPase ทาหนาท ขับโปรตอนออกนอกเซลลโดยอาศัย ATP ซ งถากรดออนมปรมาณสงข น ทาใหจลนทรยตองขับโปรตอนออกจากเซลล จงสงผลให ATP ในเซลลลดลงอยางรวดเรว
2.7.2 อนพันธฟวราน ความเปนพษของอนพันธฟวราน ไดแก เฟอฟวรัลจะเกดข นเม อเฟอฟวรัลถก
เปล ยนเปนเฟอฟวรลแอลกอฮอล (furfuryl alcohol) โดยทาใหอัตราการเจรญเตบโตของยสตลดลงและมผลโดยตรงตอแอลกอฮอลดไฮโดรจเนส (alcohol dehydrogenase) ท ทาใหเกดการหลั งอะซตัล-
ดไฮดออกนอกเซลล ซ งเม อมการสะสมของอะซตลัดไฮดภายในเซลล จะทาใหการเจรญเตบโตของ
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 13/35
18
ยสตมระยะปรับตัวนานขน นอกจากน HMF จะถกเปล ยนโดยยสตไปเปน 5-ไฮดรอกซเมธลเฟอ-
ฟวรลแอลกอฮอลไดเชนกัน แตเกดในอัตราท ต ากวาการเกดเปนเฟอฟวรัลแอลกอฮอล ทั งน กลไกการยับยั งของ HMF มลักษณะเชนเดยวกันกับเฟอฟวรัล
2.7.3 สารประกอบฟนอลก
สารประกอบฟนอลกเปนสารท มมวลโมเลกลต าและมความเปนพษตอเซลลมาก
ถงแมวากลไกการยับยั งยังไมมการอธบายอยางชัดเจน แตพบวา ในสารละลายท ไดจากการยอยสลายไมเน อแขงดวยกรดท ประกอบดวยสารประกอบฟนอลก ความเขมขน 1 กรัมตอลตร จะทาให
ผลผลตเอธานอลลดลง 30%
2.8 วธลดปรมาณสารพษจากการยอยสลายดวยกรด [20]
ในสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดมักพบสารพษหลายชนด ดังนั นเพ อลดผลเสยท อาจเกดข นตอการหมัก จงตองลดปรมาณสารพษจากการยอยสลายดวยกรดโดยใชวธตางๆ ไดแก วธทางชวภาพ ทางกายภาพ และทางเคม ทั งน สารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดแตละชนดนั นจะมระดับของความเปนพษท แตกตางกัน ฉะน ันการเลอกวธตางๆ เพ อลดปรมาณสารพษจงตอง
คานงถงองคประกอบของสารละลายท ได เพราะอาจแตกตางกนัตามประเภทของวสัดท นามาใช และภาวะของการยอยสลาย
2.8.1 วธทางชวภาพ
วธทางชวภาพสวนใหญจะใชเอนไซมท มความเฉพาะเจาะจงหรอใชจลนทรยมาแกไขลักษณะของสารพษท มอย ในสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรด ซ งนยมใชเอนไซมแลกเคส (laccase) และเพอรอกซเดส (peroxidase) ทไดจากเชอราสขาวรปแทง (white rot
fungi) ในการลดปรมาณสารพษ โดยทาใหเกดปฏกรยาออกซเดทฟพอลเมอไรเซชัน (oxidative
polymerization) กับสารประกอบฟนอลกท มมวลโมเลกลต า สาหรับการใชจลนทรยกเปนอกวธหนงท ชวยลดปรมาณสารพษได โดยสามารถลดความเขมขนของกรดอะซตกในอาหารหมักลงได
2.8.2 วธทางกายภาพ
การระเหยแบบสญญากาศเปนวธทางกายภาพท สามารถลดสารประกอบท ระเหย
ได เชน กรดอะซตก เฟอฟวรัล และวานลลน แตวธน จะทาใหสารประกอบท ระ เหยไมได เชน
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 14/35
19
สารประกอบฟนอลก มความเขมขนเพ มข น ทาใหเกดการยับยั งการหมักได เพราะสารท สกัดไดจากลกนนมความเขมขนสงข น และพบวามการลดลงของ HMF เพยง 4% และการเพ มข นของสารประกอบท ไมระเหยกยังคงเปนพษตอจลนทรยและมผลเสยตอการหมัก
2.8.3 วธทางเคม [20-24]
วธทางเคมท นยม ไดแก การตกตะกอนสารพษและการทาใหสารพษเปล ยนสภาพเชน เกดการแตกตัว โดยการปรับคา pH ซ งการเปล ยนแปลงคา pH น สามารถลดความเปนพษไดดวย นอกจากน ยังลดการเกดสารพษไดโดยการใชผงถานกัมมันตดดซับ (activated charcoal adsorption)
หรอดนไดอะตอมมาเชยส (diatomaceous earth) และเรซนแลกเปล ยนประจลบ (anion-exchange resin)การปรับคา pH ดวยกรดและเบสเปนอกวธท มคาใชจายต าและไดผลด ซ งวธน นยม
ใชแคลเซยมไฮดรอกไซด (Ca(OH)2) หรอโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) ทั งน จะชวยกาจัดสารประกอบฟนอลกและสารอ นๆ โดยทาใหสารพษตกตะกอน และพบวาการใชเบสในการปรับคา pH ใหเปน 10 จะชวยลดคโตนได 22% และลดความเขมขนของเฟอฟวรัลและ HMF ได 20% แตไมสามารถกาจัดกรดอะซตกได
สาหรับการใชผงถานกัมมันตดดซับจะอาศัยหลักการของ แรงแวนเดอวาลล
เพ อ
ชวยดดซับสารพษ
อยางไรกตาม
ประสทธภาพของการใชผงถานกัมมันตดดซับ ข นอย กับคา
pH
อณหภม
เวลาท ใชทาปฏกรยา
และปรมาณของผงถานกัมมันตดดซับท ใช
โดยผลของคา pH ท
เปล ยนแปลงเพยงเลกนอยจะทาใหสารพษท ถกจับตดอย บนพ นผวของผงถานดวยแรงดดซับอยางออนเคล อนท หลดออกจากพ นผวได ตัวอยางเชน กรณของสารละลายตัวอยางท ตองการแยกกรดออน
(กรดคารบอกซลก) หรอเบสออน (สารประกอบเอมน) ซ งโดยปกตแลว กรดออนและ
สารประกอบฟนอลกสามารถจับตดอย บนพ นผวท ไมมประจได
เม อสารละลายมคา pH ต า
แตเม อคา
pH สงข น
สารประกอบฟนอลกจะเปล ยนรปเปนไอออนฟนอเลต (phenolate ion) และถกดดซับ
ไดนอยลง
ในทางตรงกันขาม
เบสออนกสามารถถกดดซับบนพ นผวท ไมมประจในสารละลายท มคา
pH สงเชนกัน
นอกจากน
เวลาท ใชในการทาปฏกรยากชวยใหเกดการดดซับระหวางตัวดดซับและตัวถกดดซับไดมากข น
เพราะเวลาการทาปฏกรยาท เพยงพอจะทาใหผงถานกัมมันตดดซับเกดการปรับสมดลกับตัวถกดดซับ
ซ งในระหวางการดดซับ
พ นผวของผงถานกัมมันตดดซับ มักจะถกบดบังดวยตัวถกดดซับ
ทาใหอนภาคของผงถานกัมมันตดดซับไมสามารถดดซับสารตางๆ
ได การใชเรซนแลกเปล ยนประจลบกเปนอกวธหน งท สามารถลดสารพษไดอยางม
ประสทธภาพ
เพราะสามารถกาจดัไดทั งสารอนทรยและอนนทรย
และยังนากลับมาใชใหมได
โดย
ไมมผลตอประสทธภาพการใชงานของเรซน
ดังน ันจงชวยลดคาใชจายในการผลตได
หลักการ
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 15/35
20
ของเรซนแลกเปล ยนประจลบ จะอาศัยการแลกเปล ยนประจระหวางสารคงท และสารเคล อนท ซ งผานเขาคอลัมนท มหม ท สามารถดงประจออกจากสารละลายมาแลกเปล ยนกับประจท เปนชนดเดยวกันบนเรซนได โดยเรซนแลกเปล ยนประจลบท นามาใชสามารถกาจัดสารประกอบฟนอลก
อนพันธฟวราน อัลดไฮด และกรดท มโครงสรางแบบสายตรงออกจากสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดไดด
2.9 ไซลทอล [25-30]
2.9.1 ความหมายของไซลทอล [25,27]
ไซลทอลเปนน าตาลแอลกอฮอลหรอพอลออลท ใชเปนวัตถเจอปนอาหารและสารใหความหวาน โดยปกตไซลทอลเปนองคประกอบท พบในผลไมและผัก ถงแมวาปรมาณท พบจะนอยกวา 1% (ตารางท 2.2) นอกจากน ยังพบไซลทอลไดในอาหารท มนษยบรโภค และเม อเกดการเผาผลาญคารโบไฮเดรตท ตับ มนษยกสามารถผลตไซลทอลได ปรมาณ 5-15 กรัมตอวัน ปจจบันยังไมมการอธบายบทบาทของไซลทอลท มในรางกายอยางชัดเจน อยางไรกตาม ในป ค.ศ. 1950 พบวา ไซลทอลเปนเมตาบอลสมตัวกลาง (intermediary metabolism) ของคารโบไฮเดรตในตับของสัตวเล ยงลกดวยนม
ไซลทอลเปนพอลออลทมคารบอน 5 อะตอม (รปท 2.7) ซ งมรายงานการพบไซลทอลครั งแรกในป ค.ศ. 1891 โดยนักเคมชาวเยอรมันช อ อมล ฟชเชอร (Emil Fischer) และใหช อสารประกอบน วา ไซลท (xylit) ท ภาษาเยอรมันหมายถง ไซลทอล นอกจากน ยังเช อวาไซลทอลมตนกาเนดมาจากภาษากรกวา ไซลอน (xylon) แปลเปนภาษาอังกฤษไดวา ไซเลม (xylem) ท เปนองคประกอบของพชชั นสง เชน ไมบช (beech) ซ งเปนพชชนดแรกท ฟชเชอรนามาสกัดไซลทอล
เน องจากไซลทอลเปนสารท มราคาสง และมใชงานเฉพาะในหองปฏบัตการและทางการแพทย จงทาใหมการพัฒนาการผลตไซลทอลเพ อการคาข นในป ค.ศ. 1940 และประสบ
ความสาเรจในป ค.ศ. 1960 ซ งในการผลตแบบดั งเดมจะใชตนเบรก (finnish birch tree) เปนวัตถดบตั งตน จงเรยกไซลทอลน วา น าตาลเบรก (birch sugar) นอกจากน ยังสามารถผลตไซลทอลไดจากพชหลายๆ ชนดท มพอลแซกคาไรดพวกไซแลนเปนองคประกอบ และยังพบไซลทอลในรปอสระท มอย ในผักและผลไมตามธรรมชาต สาหรับในทางการคาจะผลตไซลทอลจากพชท มไซแลนสง เชน
เศษไม และซังขาวโพด ซ งสวนของพชเหลาน มไซแลนประมาณ 20-35% โดยเม อนาไปผานวธทางเคม เชน การยอยสลายดวยกรดเพ อเปล ยนไปเปนไซโลส แลวเปล ยนไซโลสใหเปนไซลทอลโดยใชวธไฮโดรจเนชัน (hydrogenation) จากนั นจะแยกและทาบรสทธ ไซลทอล แลวไดผลกไซลทอลท ม
ความบรสทธ มากข น
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 16/35
21
ตารางท 2.2 ไซลทอลท พบในผลไมและผักตามธรรมชาต [25]
ผลไมและผัก ความเขมขนของไซลทอล
(มลลกรัมตอ 100 กรัมของน าหนักแหง)ลกพลัมเหลอง (yellow plums; Prunus domestica ssp.
italia) 935
สตรอเบอรร (strawberry; Fragaria var.) 362
กะหล าดอก (cauliflower; Brassica oleracea var . botrytis) 300
ราสพเบอรร (raspberries; Rubus idaeus) 268
เอนไดวฟ (endives; Cichorium endivia) 258
ผลบวเบอรร (bilberry; Hippophae rhamnoides) 213
มะเขอสมวง (aubergine; Solanum melongena) 180
ผักกาดหอม (lettuce; Lactuca sativa) 131
ผักโขม (spinach; Spinacia oleracea) 107
หัวหอม (onions; Allium cepa) 89
แครอท (carrot; Daucus carota) 86
รปท 2.7 โครงสรางทางเคมของไซลทอล [26]
การผลตไซลทอลโดยวธทางเคมเร มตนจากการยอยสลายไซแลนดวยกรดเพ อใหไดไซโลส ซ งจะไดน าตาลหลายชนด ไดแก กลโคส อะราบโนส กาแลกโตส และแมนโนส ท จัดเปนส งเจอปนท ไมพงประสงคในการผลตไซลทอล ดังน ันในข ันตอนตอไปจงตองทาบรสทธ ท มคาใชจายสง เพ อใหไดสารละลายท มไซโลสปรมาณสง แลวนาไปทาปฏกรยาไฮโดรจเนชัน ท อณหภม 80-140 องศาเซลเซยส และความดันของไฮโดรเจนประมาณ 500 กโลพาสคาล โดยมโลหะเปนตัวเรง และเม อไดสารละลายไซลทอลจะตองทาบรสทธ ดวยวธโครมาโตกราฟ แลวทาให
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 17/35
22
เขมขนข นกอนนาไปตกผลก เพ อใหไดผลกไซลทอลท บรสทธ ซ งในขั นตอนของการทาบรสทธ และการแยกไซลทอลจะมคาใชจายสง แตไดผลผลตไซลทอลเพยง 50-60% จากไซโลสเร มตน
นอกจากน ยังมผลเสยคอ มส งปนเป อนสง
2.9.2 การผลตไซลทอลในเมตาบอลสมของยสต [28]
ยสตสามารถเจรญเตบโตไดภายใตภาวะท มอากาศและเปล ยนกลโคส-6-ฟอสเฟต
1 โมล ไปเปนกาซคารบอนไดออกไซดและน าผานวถเพนโตสฟอสเฟต (pentose phosphate
pathway) ได และเกดเปนโคเอนไซม ไดแก NADPH จานวน 12 โมล และ NADP+ จานวน 12 โมล
ซ งโคเอนไซมทั งสองชนดมความสาคัญตอเอนไซมท ทาหนาท เปล ยนไซโลสเปนไซลทอล โดยในขณะท ยสตหยดการเจรญเตบโต ไซลทอลสวนหน งจะถกสงผานออกนอกเซลล เน องจากเม ออย ภายในเซลลไซลทอลจะเปนสารต ังตนสาหรับการผลตเปนกลโคส-6-ฟอสเฟต เพ อทาหนาท เปล ยน
NADP+ ไปเปน NADPH เทาน ัน
การเกดไซลทอลจากไซโลสในจลนทรยเกดได 2 วถ คอ ไซโลสจะถกเปล ยนเปนไซลทอลโดยตรงโดยไซโลสรดักเทส (xylose reductase) ท ม NADPH เปนโคเอนไซม หรอไซโลสถกเปล ยนเปนไซลโลสกอนดวยไซโลสไอโซเมอเรส (xylose isomerase) จากน ันจงถกรดวซเปน
ไซลทอลโดยไซลโลสรดักเทส (xylulose reductase) โดยม NADH เปนโคเอนไซม (รปท 2.8)
รปท 2.8 วถการเกดไซลทอลจากเมตาบอลสมของไซโลส [28]
การคานวณหาผลผลตทางทฤษฎของการเปล ยนไซโลสเปนไซลทอลจากเมตาบอ-
ลสมของไซโลสในยสต พจารณาได 4 ภาวะ คอ ภาวะแรกเกดการรดวซไซโลสไปเปนไซลทอลดวย
ไซโลสรดักเทสน ันใชโคเอนไซม NADPH สวนการออกซไดซไซลทอลเปนไซลโลสดวยไซลทอล-
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 18/35
23
ดไฮโดรจเนส (xylitol dehydrogenase) ใชโคเอนไซม NAD+ ภาวะท 2 ไซโลสท ังหมดถกรดวซไป
เปนไซลทอล โดยมโคเอนไซม NADPH ทไดจากการสังเคราะหจากวถเพนโตสฟอสเฟต และไซลทอลท ังหมดถกออกซไดซไปเปนไซลโลส โดยใชโคเอนไซม NAD
+ ท สังเคราะหไดจาก
กระบวนการหายใจ ภาวะท 3 ยสตไมมกลไกของการเปล ยนโคเอนไซมระหวาง NADH และ
NADPH ภาวะสดทายเปนภาวะท เซลลไมมการเจรญเตบโต ไซลทอลจะถกออกซไดซเพ อการสังเคราะห NADPH เทาน ัน (รปท 2.9) สวนไซลทอลท เหลอจะถกปลอยออกมานอกเซลล และเม อทาสมดลมวลของคารบอนและโคเอนไซมท เก ยวของ จะไดผลผลตทางทฤษฎเทากับ 0.90 โมลของไซลทอลตอโมลของไซโลสท ใช
2.9.3 สมบัตดานความหวานของไซลทอลท มผลตอการรับรสสัมผัส [25]
ความหวานเปนปจจยัหลักในการพจารณาผลตภณัฑท ปราศจากน าตาล (sugar free)
และยังเปนปจจัยสาคญัท บงช ถงคณภาพและรสชาตของผลตภัณฑ โดยไซลทอลจัดเปนพอลออลท มความหวานสงสด (รปท 2.10) และเปนพอลออลเพยงชนดเดยวท มความหวานเทยบเทากับซโครสท ความเขมขน 10% โดยน าหนัก และจะหวานกวาซโครส เม อมความเขมขน 20% โดยน าหนัก ซ งสามารถนาไซลทอลไปใชเปนสารเสรมรสหวาน (sweetness synergist) รวมกับพอลออลชนดอ น
เพ อใหผลตภัณฑมความหวานเพ มข นได เชน การใชไซลทอลรวมกับซอรบทอล (sorbitol) ในผลตภัณฑประเภทหมากฝรั ง หรอการใชไซลทอลรวมกับมอลตทอล (maltitol) ในผลตภัณฑชอกโกแลต ซ งสามารถจัดผลตภัณฑเหลาน เปนผลตภัณฑท ปราศจากน าตาล แตมรสหวานเหมอนน าตาล นอกจากน ยังสามารถนาไซลทอลไปใชรวมกับสารใหความหวานชนดอ น ๆเพ อชวยเสรมรสหวานและความเยน โดยใชรสหวานจากไซลทอลชดเชยรสหวานท สญเสยไปในผลตภัณฑท ใชแอสปาแทม (aspartame)
รปท 2.9 การเกดไซลทอลจากเมตาบอลสมของยสต [28]
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 19/35
24
รปท 2.10 การเปรยบเทยบความหวานของพอลออล [25]
2.9.4 สมบัตทางเคมและกายภาพของไซลทอล [25,27]
(1) คาความรอนเม ออย ในรปสารละลาย ไซลทอลมคาความรอนทตดลบสง
และสามารถดดพลงังานจากสงแวดลอมเพอการละลายได จงทาใหเกดความเยนเม อบรโภค ซ งเปนความเยนท แตกตางจากเมนทอล โดยผลของความเยนท เกดข นจากไซลทอลจะมากกวาซอรบทอล
40% และยังมรสหวานท ชัดเจนกวา นอกจากน ไซลทอลยังชวยเสรมรสชาตอ น เชน รสมนท ไดด และชวยใหเกดความร สกสดช นเพ มข น (2) ความเสถยรของไซลทอล การขาดหม รดวซ งในโครงสรางของไซลทอลและ
พอลออลชนดอ นๆ ทาใหโมเลกลของสารเหลาน ไมเกดปฏกรยาตางๆ เชน ปฏกรยาเมลลารด
(Maillard reaction) ไดงาย และยังไมทาใหเกดคาราเมล (caramelisation) ข นในผลตภัณฑท มไซลทอลเปนสวนผสม ถงแมวาจะมการใหความรอนจนใกลถงจดเดอดของไซลทอลคอ 216 องศาเซลเซยส
เปนเวลานานกตาม ดังนั นจงจาเปนตองเตมน าตาลรดวซ งหรอสผสมอาหารลงไปดวยเลกนอยในการ
นาไซลทอลไปใชประโยชนในปฏกรยาการเกดสน าตาลแบบไม เก ยวของกับเอนไซม (non-
enzymatic browning) นอกจากน คา pH ยังไมมผลตอความเสถยรของไซลทอล ทาใหสามารถใชประโยชนจากไซลทอลไดในชวงคา pHท กวางตั งแต 1 ถง 11
(3) ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการละลายของไซลทอลจะแสดงถงรสหวานและความเยน โดยปกตโมเลกลของไซลทอลประกอบดวยหม ไฮดรอกซล 5หม ท สามารถรวมตัวกับน าไดด ทาใหไซลทอลละลายในตวัทาละลายไดหลายชนด และรปแบบการละลายของไซลทอลคลายกับซโครส แตละลายไดมากกวาเม ออณหภมสงข น จงชวยลดเวลาในการเคลอบขนม
หวานตางๆ
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 20/35
25
(4) ความหนด ความหนดของสารใหความหวานมผลตอลักษณะเน อสมัผัสและ
การรับรสของผลตภัณฑ
โดยไซลทอลท เปนน าตาลแอลกอฮอลโมเลกลเด ยวจะมความหนดต ากวาน าตาลโมเลกลค เชน ซโครส เม อพจารณาท อณหภมและความเขมขนเดยวกัน ดังน ันเม อนาไซล-ทอลมาใชประโยชน จงจาเปนตองเพ มความหนด โดยการลดความช นหรอเพ มสารท ชวยเพ มน าหนักโมเลกล เชน สารท ทาใหเกดเจล (gelling agent) เปนตน
(5) จดเดอด เม อเปรยบเทยบการเพ มข นของจดเดอดของสารละลายท มไซล-ทอลกับซโครส พบวา เม อเพ มอณหภมสงข น จะทาใหความเขมขนสดทายของสารละลายไซลทอลและซโครสเพ มข น
(6)
น าท อย อยางอสระภายในโมเลกล น าท อยอยางอสระภายในโมเลกลของสารใหความหวานมบทบาทตอการเจรญเตบโตของจลนทรย และความใหมสดของผลตภณัฑ เน องจากไซลทอลมมวลโมเลกลต า ทาใหมความดันออสโมตกสงและมปรมาณน าท อย อยางอสระภายในโมเลกลนอยกวาซโครส จงนยมใชประโยชนจากไซลทอลเพอเปนสารใหความหวานในรปของของแขง เพราะมอัตราการเจรญเตบโตของจลนทรยในผลตภัณฑท นอยกวา
(7) การดดความช น ไซลทอลมความสามารถในการดดความช นไดนอยกวาซอรบ-
ทอล แตดดความช นไดมากกวาซโครส
2.9.5 สมบัตทางสรรวทยาของไซลทอล [25,27-30]
(1) ผลตอเมตาบอลสม ไซลทอลและพอลออลอ นๆ ท บรโภคเขาไปจะถกดดซมไดอยางชาๆ เน องจากอาศัยการดดซมท เฉพาะเจาะจง โดยจะมเพยงบางสวน (ประมาณ 25-50%) ท ถกดดซมเพ อเขาส วถเมตาบอลสมได เมอไซลทอลเขาสวถเมตาบอลสมในตับ ไซลทอลจะถกแยกเพ อเขาส วถเพนโตสฟอสเฟต โดยผานวถการสรางกรดกลควโรนก-เพนโตสฟอสเฟต (glucuronic
acid-pentose phosphate pathway) (รปท 2.11) ซ งแสดงเมตาบอลสมของไซลทอลท เกดข นโดยตรง
ในเมตาบอลสมของคารโบไฮเดรตปกต โดยมการเปล ยนแปลงของแอล-ไซลโลส (L-xylulose) ไปเปนไซลทอลและด-ไซลโลส (D-xylulose) ท สามารถเขาส วถเพนโตสฟอสเฟต แลวเกดกลเซอรัล-
ดไฮด-3-ฟอสเฟต (glyceraldehyde-3-phosphate) ฟรกโตส-6-ฟอสเฟต (fructose-6-phosphate) และไรโบส-5-ฟอสเฟต (ribose-5-phosphate) ท จาเปนตอการชวสังเคราะหของไรโบนวคลโอไทด
ไซลทอลทบรโภคเขาไปจะไมถกดดซมทลาไสเลกสวนตน แตจะถกสงตอไปยังลาไสเลกสวนปลายเพ อไปเปนสารต ังตนสาหรับการหมักโดยจลนทรยท ดตอสขภาพในลาไสใหญ (probiotic) แลวใหผลตภัณฑจากการหมักท ทาหนาท เปนพรไบโอตก (prebiotic) ซ งหมายถง
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 21/35
26
รปท 2.11 วถการสรางกรดกลควโรนก-เพนโตสฟอสเฟต [25]
สารอาหารท ชวยในการเจรญเตบโตของจลนทรยสขภาพในลาไสใหญ โดยผลตภัณฑท เกดข นจะเปนกรดไขมันสายส ัน เชน อะซเตต โพรพโอเนต และบวทเรต ทถกดดซมและใชในวถเมตาบอ-ลสมในตับ โดยอะซเตตและบวทเรตจะถกเปล ยนเปนอะซตลโคเอ (acetyl CoA) สวนโพรพโอเนต
จะถกเปล ยนเปนโพรพโอนลโคเอ (propionyl CoA)
นอกจากน
ยังไดผลตภัณฑท เปนกาซ
เชน
ไฮโดรเจน มเธน และคารบอนไดออกไซดดวย โดยปกตกรดไขมันสายสันจะถกผลตข นในระบบยอยอาหารของสัตวเล ยงลกดวยนม แตผลจากการบรโภคเสนใยอาหาร เชน อาหารท ม เซลลโลส เฮมเซลลโลส เพกตน หรอกัม (gum) กสามารถชวยใหเกดการผลตกรดไขมันสายสันและสารท จ าเปนสาหรับการย อยสลายดวยเอนไซม สงผลใหลาไสเลกทางานไดอยางมประสทธภาพ
(2) ผลตอภาวะเบาหวาน การบรโภคไซลทอลมผลใหระดับน าตาลในเลอดและ
การตอบสนองตอการหล ังอนซลนท ต ากวาการบรโภคกลโคสและซโครส เนองจากไซลทอลถกดดซมเขาสเมตาบอลสมไดนอย และการเปล ยนจากไซลทอลเปนกลโคสท ตับจะเกดข นอยางชาๆ
ดังน ันจงไมมผลกระทบตอการ เปล ยนแปลงระดับน าตาลในเลอดอยางรวดเรว ดวยเหตน จงเหมาะสมท จะใชไซลทอลเปนสารใหความหวานในผ ปวยโรคเบาหวาน และในการเตรยมอาหารท ตองการควบคมปรมาณคารโบไฮเดรต
(3) ความคงทนตอการยอย เม อบรโภคพอลออลทกชนดและคารโบไฮเดรตบางชนด เชน แลกโตส ในปรมาณมากๆ รางกายจะดดซมไดชา ทาใหเกดผลกระทบตอระบบทางเดน
อาหาร โดยเฉพาะในลาไสเลก เพราะไซลทอลมขอจากัดในการดดซมและยอยไดยาก จงมักทาให
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 22/35
27
เกดผลขางเคยงของการดดซมท ผดปกต รวมถงอาการทองอด เน องจากมลมในทางเดนอาหารมากเกนไป(flatulence) ทาใหเวลาในการเคลอนท ของอาหารในลาไสยาวนานขน เกดเปนภาวะทองพองบวม (bloating) ทองรองจากการเคล อนไหวของลาไส (borborygmi) และในกรณท รนแรง จะเกดอาการทองเสย (diarrhea) เพราะไซลทอลมฤทธเปนยาระบาย (laxation) ดวย อยางไรกตาม
สามารถบรรเทาอาการเหลานลงไดเมอหยดบรโภคไซลทอล แตทังน ผลขางเคยงจากการบรโภคไซลทอลขนอย กับปจจัยหลายประการ ไดแก ความไวของการตอบสนองของแตละบคคล
ลักษณะการกน และชนดหรอประเภทอาหารท บรโภคอย เปนประจา ซ งการบรโภคไซลทอลอยางตอเนองและสม าเสมอ จะชวยใหระบบทางเดนอาหารมการปรับตัว ทาใหหลังจากนั นสามารถ
บรโภคไซลทอลและพอลออลชนดอ นไดโดยไมเกดผลขางเคยงใดๆ
(4) คาพลังงาน การดดซมไซลทอลในระบบทางเดนอาหารเกดขนเพยง 25-
50% จากปรมาณทบรโภคเขาไปทังหมด ซงพลังงานทไดจากไซลทอลทถกดดซมมคาเทากับ
4 กโลแคลอรตอกรัม ขณะท ในสวนท ไมถกดดซม (50-75%) จะถกหมักดวยจลนทรยภายในลาไสใหญ แลวเกดกรดไขมันสายสันประมาณ 58% ดังนันจงประมาณคาพลังงานท ไดจากการบรโภคไซลทอลไดเทากับ 2.8-2.9 กโลแคลอรตอกรัม
(5) ผลตอสขภาพฟน อาหารจาพวกคารโบไฮเดรตท สามารถหมักไดมสวนทาให
เกดฟนผ โดยในปจจบันยอมรับวา การบรโภคน าตาลและอาหารจาพวกคารโบไฮเดรตเปนสาเหตหลักท ทาใหเกดฟนผ ซ งแบคทเรยในชองปากทาใหเกดการยอยสลายคารโบไฮเดรตไดอยางรวดเรว
แลวผลตกรดท เปนของเสยออกมา การสะสมกรดท ถกปลอยออกมาน ันเปนผลใหเกดคราบหนปนและคา pH ภายในชองปากลดต าลง ซ งเม อคา pH ต ากวา 5.7 กรดจะสลายแรธาตพวกแคลเซยมและฟอสเฟตท มความสาคัญตอความแขงแรงของผวเคลอบฟน ทาใหผวเคลอบฟนออนแอและเกดโพรงไดในท สด
การลดการบรโภคอาหารจาพวกคารโบไฮเดรตท สามารถหมักไดหรอการใช
ผลตภัณฑท เปนสารท ไมสามารถหมักได สามารถชวยลดปญหาท เกดกับสขภาพชองปาก ดังน ันจงมการนาไซลทอลและพอลออลหลายชนดมาใชทดแทนอาหารจาพวกคารโบไฮเดรตในผลตภัณฑอาหาร ซ งสมาคมทันตกรรมของสหรัฐอเมรกา (American Dental Association) ไดรับรองการใชประโยชนของพอลออลเพ อชวยลดฟนผ โดยกาหนดใหผลตภัณฑท มสวนผสมของไซลทอลและพอลออลอ นๆ เปนผลตภัณฑท ปราศจากน าตาล
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 23/35
28
2.9.6 การใชประโยชนของไซลทอล [25,29]
ไซลทอลเปนสารใหความหวานท สามารถใชประโยชนไดหลากหลาย โดยเฉพาะในอตสาหกรรมอาหาร เพ อใชเปนวัตถเจอปนอาหาร ขนม และเคร องด ม นอกจากน ยังเปนองคประกอบในของอปโภค จงทาใหมการผลตไซลทอลในทางการคากันเพ มข น
(1) ลกกวาด ลกกวาดเปนผลตภัณฑท ตองการคณภาพและความพงพอใจจากผ บรโภค ผ ผลตจงสนใจท จะผลตลกกวาดท ปราศจากน าตาล แตมความหวานและเน อสัมผัสเหมอนมน าตาลเปนสวนประกอบ โดยไซลทอลเปนวัตถเจอปนอาหารท สามารถปรับปรงคณภาพของผลตภัณฑท ปราศจากน าตาลใหมรสหวานและใหความเยน รวมทั งชวยใหลกกวาดมประโยชนตอ
รางกายมากข น
(2) หมากฝรั ง นยมใชไซลทอลเปนสวนผสมในการผลตหมากฝรั งท ปราศจากน าตาลมากท สด เพราะไซลทอลชวยใหเกดความเยน มรสหวานเทยบเทากับน าตาลปกต และสามารถใชผสมในหมากฝรั งทั งในลักษณะเค ยวและอม นอกจากน ไซลทอลยังเพ มความแปลกใหมในรสชาตใหกับหมากฝรั งและผลตภัณฑตางๆ ใหมความน มและยดหย นไดมากกวาพอลออลชนดอ น ๆ
(3) สารเคลอบผว นยมใชไซลทอลเปนสารเคลอบผวท ดกวาการเคลอบผวดวยพอลออลชนดอ นๆ เพราะสมบตัการละลายและควบคมการตกผลกไดด นอกจากน ไซลทอลยังใหรส
หวานสงและใหความเยนรวมดวย จงเปนขอไดเปรยบของการใชประโยชนจากไซลทอลท เหนอกวาน าตาลชนดอ น
(4) ชอกโกแลต มการใชประโยชนของไซลทอลในผลตภัณฑพวกชอกโกแลต
ท ปราศจากน าตาลได ถงแมวาบางครั งการใชไซลทอลในปรมาณสงๆ จะทาใหรสชาตของชอกโกแลตไมสม าเสมอ แตกยังมการใชประโยชนกันอยางแพรหลาย
(5) ผลตภัณฑจากนมและขนมหวานแชเยอกแขง สามารถใชไซลทอลทดแทนซโครสในผลตภัณฑจากนมและขนมหวานแชเยอกแขงหลายชนด เชน โยเกรต มส ไอศกรม และ
เชอรเบท สงผลใหผลตภัณฑเหลาน มประโยชนตอสขภาพในลักษณะท ใหพลังงานต า ปราศจากน าตาล เหมาะสมตอผ ปวยโรคเบาหวาน ชวยลดระดับน าตาลในเลอด และดตอสขภาพฟน
(6) ขนมอบ ปจจบันนยมใชไซลทอลเปนสวนผสมในขนมอบ เชน ขนมปงกรอบ ขนมปง และเคก เน องจากไมตองเตมน าตาลเพ มและลดการใชน าตาลลงได นอกจากน การใชไซลทอลยังมขอไดเปรยบตอการผลตขนมอบท ไมตองการสน าตาล เพราะโมเลกลของน าตาลแอลกอฮอลจะขาดหม รดวซ งท ไวตอการเกดปฏกรยาเมลลารด ดังน ันอาจจาเปนตองเตมน าตาลรดวซงลงไปในผลตภัณฑบางชนดทตองการสน าตาลเขม และไซลทอลยังมสมบัตเปนสารให
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 24/35
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 25/35
30
2.9.8 ขอกาหนดของการใชประโยชนจากไซลทอล [25]
มการยอมรับในอตสาหกรรมอาหารทั วโลกว า ไซลทอลมความปลอดภัยตอผ บรโภค และยังใหประโยชนแกผลตภัณฑเพ อชองปาก ยา และเคร องสาอาง โดยสามารถใชไซล-ทอลในอาหารโภชนาการพเศษ (21CFR172.395) ในการเปนผลตภัณฑท ปราศจากน าตาล ทั งน EU
ยังไดกาหนดใหไซลทอลเปนสารเสรมรสหวานท ตองไดรับการแนะนา เม อนามาใชประโยชนเพ อจดประสงคอ นท ไมใชเพ อใหความหวาน รวมถงการนาไปใชเพ อพัฒนาเทคโนโลย โดยใหระบวัตถประสงคท ชัดเจน และใชประโยชนไดในลักษณะของวตัถเจอปนเพ อเสรมคณสมบัตตางๆ
2.10 ยสต [23,31]
2.10.1 ความร ทั วไปเก ยวกับยสต ยสตเปนเช อรากล มหน งท มการดารงชวตเปนเซลลเด ยว มการเพ มจานวนแบบไม
อาศัยเพศ สวนมากเกดโดยการแตกหนอ และมสวนนอยเกดโดยการแบงแยกเซลล โดยทั วไปยสตมความแตกตางกันจากเช อราอ นอยางชัดเจนในแงของสัณฐานโคโลน ซ งโคโลนของยสตบนอาหารว นจะมลักษณะคลายแบคทเรย แตทบแสงกวา และยสตสวนใหญใชสารอนทรยเปนแหลงของ
พลังงานและคารบอน
2.10.2 ธาตอาหารของยสต การเจรญเตบโตของส งมชวตทกชนดรวมทั งยสต จาเปนตองมธาตอาหารท
เหมาะสม สารเคมหลายชนดในธรรมชาตสามารถทาหนาท เปนธาตอาหารสาหรับการเจรญเตบโตของยสต เม อใชในปรมาณท เหมาะสม ในทางตรงกันขาม สารเคมชนดเดยวกัน ถาใชปรมาณสงเกนไปอาจมผลในการยับยั งการเจรญเตบโตของยสตชนดเดยวกัน
(1) น า ยสตตองการน าในการเจรญเตบโตเชนเดยวกับส งมชวตอ น โดยเซลลยสตมน า 80-90% ของน าหนักของเซลล และเกอบทกปฏกรยาเคมท เกดข นในเซลลตองการน า
(2) แหลงของคารบอน ยสตทกชนดสามารถใชกลโคสเปนแหลงของคารบอนและพลังงานได ปจจบันมการศกษายสตท มความสามารถในการใชเพนโตสมากข น โดยเฉพาะ
ไซโลส ซ งเปนน าตาลท พบมากในเฮมเซลลโลส สวนไดแซกคาไรดท ยสตใชได ไดแก ซโครส แลก-
โตส และเซลโลไบโอส (cellobiose) สาหรับพอลแซกคาไรด พบวา มยสตบางชนดใชพอลแซกคา-ไรดได แตจะเกดข นอยางไมสมบรณ
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 26/35
31
(3) แหลงของไนโตรเจน แหลงของไนโตรเจนนั นแบงได 2 ประเภท คอ สาร
อนนทรยไนโตรเจน
เชน
แอมโมเนยม
และไนเตรตหรอไนไตรต
และสารอนทรยไนโตรเจน
เชน
กรดอะมโน โปรตน และเอมน โดยกรดอะมโนท ใชเปนแหลงของไนโตรเจนในอาหารเล ยงเช อนั นมักอย ในรปของกรดอะมโนหลายชนดผสมกัน เพ อใหเพยงพอตอความตองการของจลนทรย
(4) โมเลกลของออกซเจน ยสตหลายชนดเจรญเตบโตไดเม อมออกซเจนเทานั น
เชน Candida spp. แตบางสายพันธ โดยเฉพาะ C. albicans สามารถเจรญเตบโตไดในทางเดนอาหารของสัตว ซ งเปนภาวะท ไมมออกซเจน อยางไรกตาม ยสตสวนใหญสามารถเจรญเตบโตไดทั งในภาวะท มหรอไมมออกซเจน (facultative anaerobic yeast)
(5) แหลงของฟอสฟอรัส แหลงของฟอสฟอรัสท ใชปกตอย ในรปของฟอสเฟต
โดยจะใหสารอนนทรยฟอสเฟตจากการทางานของฟอสฟาเตส (phosphatase) ซ งมักพบท ผวของผนังเซลลอย ระหวางผนังเซลลกับเย อห มเซลล และบางสวนอย ภายในเย อห มเซลล
(6) แหลงของกามะถัน แหลงของกามะถันท ยสตใชโดยทั วไปอย ในรปของซัลเฟต โดยซัลเฟตจะถกเปล ยนเปนซัลไฟตทันท แลวจงถกใชในเมตาบอลสมภายในเซลล
2.10.3 สายพันธ ยสต Candida spp. [34-36]
Candida spp. เปนยสตท จัดอย ในกล มเช อรา (yeast-like fungi) ท เจรญเตบโตไดตามผวหนัง และเน อเย อเมอก (mucous membrane) มักพบในส งแวดลอมและทาใหเกดโรคได Candida spp. สวนใหญเปนพวกท มสปอรท เกดจากการสบพันธ แบบอาศัยเพศ (รปท 2.12) โคโลนของ Candida spp. จะมสครมไปจนถงสเหลองออน เจรญเตบโตรวดเรวภายใน 3 วัน โดยลักษณะของโคโลนท พบมักจะเปยก เรยบ มันวาว หรอแหง มรอยยน และทบ
สายพันธ ยสต Candida spp. ไดแก C. pelliculosa, C. boidinii, C. guillermondii และ
C. tropicalis จะสามารถใชไซโลสไดด ซ ง C. guillermondii และ C. tropicalis เปนสายพันธ ท ผลตไซล-
ทอลไดดท สด อยางไรกตาม การดัดแปรพันธกรรมยสตกชวยเพ มความสามารถในการผลตไซลทอล
รปท 2.12 รป C. tropicalis [36]
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 27/35
32
2.10.4 เมตาบอลสมของคาร โบไฮเดรตท สาคัญในยสต [31-32,35]
เมตาบอลสมของคารโบไฮเดรตทสาคัญในยสต
คอ
วถไกลโคไลสส (
รปท
2.13) โดยการเปล ยนกลโคส-6-ฟอสเฟต (glucose-6-phosphate) เปนไพรเวต จากนันไพรเวตจะถกเปล ยนตอไป แลวเกดเปนผลตภัณฑสดทายท แตกตางกัน นอกจากน อาจพบเมตาบอลสมของคารโบไฮเดรตโดยวถอ นในยสตบางชนด เชน วถ เพนโตสฟอสเฟต และการสังเคราะหคารโบไฮเดรตท สะสมในเซลล
รปท 2.13 วถไกลโคไลสส [31]
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 28/35
33
2.10.5 เมตาบอลสมของเพนโตสในยสต [28,31,36-37]
การยอยสลายเฮมเซลลโลสจะไดไซโลสและอะราบโนส ซ งสามารถนาไปหมกัโดยยสตและจลนทรยอ น ๆเพ อใหเกดเปนผลตภัณฑ เชน โปรตนเซลลเดยว หรอเอธานอล โดยพบวา ยสตสวนใหญสามารถใชเพนโตสเพ อการเจรญเตบโตภายใตภาวะท มอากาศ แตไมสามารถเจรญเตบโตภายใตภาวะท ไมมอากาศได เชน C . utilis ไมสามารถสรางไซโลสไอโซเมอเรส จงไมสามารถเปล ยนไซโลสเปนไซลโลสได แตยังมยสตบางสายพันธ ท สามารถหมักไซโลสไดโดยตรง โดยสามารถใชไซโลสเปนแหลงของคารบอนเพ อการหายใจและการเจรญเตบโตได เชน S. cerevisiaeหรอยสตบางสายพันธ กสามารถเปล ยนไซโลสเปนไซลทอลได แตไมสามารถเจรญเตบโตในอาหารท มเพนโตสได
เมตาบอลสมของการใชไซโลสในยสตแบงออกเปน 2 ขั นตอน ดังท กลาวในหัวขอท 2.9.2 คอ วถของการเกดออกซเดทฟ-รดักทฟ (oxidative-reductive pathway) ซ งการหมักไซโลสจะเกดข นจากความไมสมดลของโคเอนไซม NAD
+ และ NADH ทาใหเกดการสะสมไซล-
ทอลท เปนสารตัวกลางได สาหรับปจจัยสาคัญท สงเสรมการออกซเดทฟ-รดักทฟคอ ไซโลสรดัก-
เทสท พบในยสต โดยในยสตสวนใหญท หมักไซโลสไมไดหรอหมักไดอยางชาๆ ภายใตภาวะท มอากาศ เพราะไซโลสรดักเทสขาดโคเอนไซม NADPH หรออาจเปนเพราะเอนไซมมแอคตวตต า
2.11 การหมัก [23,38-40]
2.11.1 ความหมายของการหมัก ปจจบันมการใชคาวา
“การหมัก” ในความหมายท แตกตางกันไป
กลาวคอ
ในทางชวเคม
การหมักหมายถง
การสรางพลังงานจากการยอยสลายสารประกอบอนทรย
โดยมสารอนทรยเปนท ังตัวใหและตัวรับอเลกตรอน
สวนการหมักในทางจลชววทยาอตสาหกรรม
หมายถง
กระบวนการผลตใดๆ กตาม ท ไดจากการเพาะเล ยงจลนทรยจานวนมาก ซ งครอบคลมทั งแบบใชและไมใชออกซเจน
2.11.2 ประเภทของการหมัก
การหมักท มความสาคัญทางการคาสามารถแบงได ดังน (1) การหมักท ใหผลตภัณฑเปนเซลลจลนทรย ซ งท มความสาคัญในทางการคา
ไดแก
การผลตเซลลยสตเพ อใชในอตสาหกรรมขนมอบ
(2) การหมักท ใหผลตภัณฑเปนเอนไซม การผลตเอนไซมสามารถผลตไดจากพช
สัตว
และจลนทรย
แตจลนทรยจัดเปนแหลงผลตเอนไซมท มความสาคัญมากท สด
เน องจาก
สามารถผลตโดยใชเทคนคการหมักไดครั งละมากๆ
และใชเวลาไมนาน
รวมทั งสามารถปรับปรงให
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 29/35
34
ไดผลผลตสงข นงายกวาการผลตจากพชและสัตว
โดยสามารถนาเอนไซมจากจลนทรยไปใชประโยชนในอตสาหกรรมตอไป
(3) การหมักท ใหผลตภัณฑเปนสารเมตาบอไลต สารเมตาบอไลตท ผลตจาก
จลนทรยประกอบดวยสารเมตาบอไลตปฐมภม
ซ งเปนสารท มความจาเปนตอการเจรญเตบโตของ
จลนทรย เชน กรดอะมโน นวคลโอไทด โปรตน กรดนวคลอก ลปด และคารโบไฮเดรต โดยจลนทรยจะผลตสารเหลาน ข นในชวงท มอัตราการเจรญเตบโตสงสด
และสารเมตาบอไลตทตยภม
ซ งเปนสารท เกดจากการเปล ยนแปลงของสารตวักลาง
หรอผลตภัณฑจากเมตาบอลสมปฐมภม
ในชวงท จลนทรยมการเจรญเตบโตคงท
2.11.3 อาหารเล ยงเช อสาหรับการหมัก อาหารเล ยงเช อท เหมาะสมท สดสาหรับการหมักแตละชนดจะแตกตางกันไป
ข นอย กับลักษณะเฉพาะของการหมัก
แตโดยท ัวไปตองมสวนประกอบดังน
คอ
น า
แหลงของพลังงาน
แหลงของคารบอน
แหลงของไนโตรเจน
แรธาต
วตามน
และออกซเจน
นอกจากน
ในการผลตสารบางอยางอาจจาเปนตองมการเตมสารต ังตน ตัวเหน ยวนา ตัวยับย ัง บัฟเฟอร และสารกาจัดฟองลงไปอกดวย
2.11.4 การเตรยมเช อเร มตนในการหมัก เช อเร มตนในการหมักมความสาคัญมาก
เพราะมผลตอการหมักทั งหมด
ระยะเวลาในการหมัก
และตนทนการผลตดวย
โดยทั วไปจลนทรยท จะใชเปนเช อเร มตนในการหมักควรมสมบัต
คอ อย ในสภาพท แขงแรงและวองไว
เพ อใหมระยะปรับตัวในการหมักสั นท สด
2.11.5 จลนพลศาสตรของการหมัก
การศกษาจลนพลศาสตรของการหมักจะทาใหทราบธรรมชาตการเปล ยนแปลงตางๆ
ท เกดข นในการหมัก
เชน
การเจรญเตบโตของจลนทรย
การเปล ยนแปลงของสารต ังตน
การเกดผลตภัณฑ
การเปล ยนแปลงคา pH และอณหภม
รวมท ังปรมาณออกซเจนท ถกดดซมไปใช
ขอมลท ไดจากการศกษาจลนพลศาสตรของการหมักน
จะเปนประโยชนอยางมากในการควบคมปจจัยตางๆ
ท เก ยวของกับการหมัก
รวมทั งการจัดระบบการหมักใหเปนไปอยางมประสทธภาพ
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 30/35
35
2.12 การเกบเก ยวผลตภัณฑและการทาบรสทธ [38-39]
การเกบเก ยวผลตภณัฑจากการหมักและการท าบรสทธ เปนการทาใหผลตภณัฑมคณภาพสงข น การเลอกวธการเกบเก ยวผลตภัณฑและการทาบรสทธ ในทางปฏบัตน ันข นอย กับชนดของผลตภัณฑและเคร องมอท มอย
2.12.1 การเกบเก ยวผลตภัณฑท อย ภายนอกเซลล การเกบเก ยวผลตภัณฑท อย ภายนอกเซลลนยมทาใชโครมาโตกราฟแบบดดซับ
หรอโครมาโตกราฟแบบแลกเปล ยนประจ
หรอสกัดโดยใชตัวทาละลายท เปนของเหลว
หรอแยกโดย
วธการตกตะกอน
แลวจงนาสวนท มผลตภัณฑท ตองการอย ไปทาบรสทธ ตอไป
เชน
วธการตกตะกอนลาดับสวน
ใชเทคนคทางโครมาโตกราฟ
และวธการตกผลก เปนตน
2.12.2 การทาบรสทธ โครมาโตกราฟเปนวธท นยมใชในการแยกผลตภัณฑท มความเขมขนต าๆ
จากการหมักหลายชนด
โดยการผานของเหลวท ไดจากการหมักเขาไปในคอลัมนท บรรจดวยสารท เหมาะสม เพ อทาหนาท เปนเฟสคงท ซ งสามารถแยกผลตภัณฑท ตองการออกจากสวนประกอบ
อ นๆ
ได
โดยอาศัยกลไกแตกตางกันไปตามชนดของเฟสคงท
และสมบัตของผลตภัณฑท ตองการแยก
โดยเทคนคโครมาโตกราฟเหลาน
นอกจากจะใชในการแยกผลตภัณฑท ตองการไดแลว
ยังสามารถใชในการทาบรสทธ ในข ันตอนสดทายไดอกดวย
2.12.3 การตกผลก การตกผลกเปนวธการหน งท สามารถใชในการเกบเก ยวผลตภัณฑเบ องตนได
นอกจากน
ยังสามารถใชในการทาบรสทธ ในขั นตอนสดทายได
ตัวอยางของวธการตกผลกท ใชใน
การเกบเก ยวผลตภัณฑ
เชน
การผลตกรดซตรกท มการใชแคลเซยมไฮดรอกไซดเตมลงในของเหลวท ไดจากการหมัก
เพอใหกรดซตรกเปลยนไปเปนแคลเซยมซเตรตท ไมละลายน า
และสามารถตกผลกได
นอกจากน
ยังนยมใชวธการตกผลกในการเกบเก ยวกรดอะมโนชนดตางๆ
ดวย
เชน
กรดกลตามก
และไลซน
เปนตน
2.13 การวเคราะหผลตภัณฑ โดยใชเทคนคโครมาโตกราฟ [23,40]
วธวเคราะหผลตภัณฑท ดควรทาไดงาย รวดเรว มความเท ยงตรงและแมนยา ทาใหไดผล
ถกตองเช อถอได นอกจากน ยังตองเปนวธท สามารถวัดปรมาณผลตภัณฑในอาหารเล ยงเช อ ซ งม
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 31/35
36
สารเคมชนดอ น ๆท ความเขมขนสงๆ เจอปนอย ดวยหลายชนด ดังน ันจงตองเลอกใชวธท ดท สด โดยมการเปรยบเทยบผลการวเคราะหกับวธอ นเพ อใหผลการวเคราะหผลมความถกตองมากข น
เทคนคทางโครมาโตกราฟมหลายชนด ท นยมใชในการว เคราะหผลตภัณฑในท น จะกลาวถงเฉพาะการวเคราะหแบบกาซโครมาโตกราฟ (gas chromatography, GC) และลควดโครมา-โตกราฟสมรรถนะสง (high performance liquid chromatography, HPLC) ดังน
(1) กาซโครมาโตกราฟ (GC) เปนโครมาโตกราฟแบบคอลัมนชนดหน ง ซ งสามารถแยกสารท สามารถเปล ยนใหอย ในรปกาซได การวเคราะหสารโดย GC สามารถนาตัวอยางท ตองการวเคราะหฉดเขาท สวนฉดสาร แลวความรอนในสวนฉดสารจะทาใหสารท ตองการวเคราะหกลายเปน
ไอเคล อนท เขาไปในคอลมันโดยกาซท ทาหนาท พา แลวแยกสารผสมออกจากกันและเคล อนท ออกส ดเทกเตอร เพ อใหเกดเปนสัญญาณท สามารถรายงานเปนโครมาโตแกรม สาหรับการวเคราะหหาปรมาณสารทาไดโดยคานวณจากพ นท ใตกราฟโดยเปรยบเทยบกับสารอางองมาตรฐานท ทดลองภายใตภาวะเดยวกัน
(2) ลควดโครมาโตกราฟสมรรถนะสง (HPLC) เปนโครมาโตกราฟแบบคอลัมนอกชนดหน งท ใชของเหลวเปนเฟสเคล อนท มประสทธภาพสง เน องจากอนภาควัสดท ใชบรรจในคอลัมน มขนาดเลกสม าเสมอ มประสทธภาพในการจับสารไดสง และมความทนทานตอแรงดันไดด จง
สามารถใชป มทมแรงดันสง ทาใหแยกสารไดอยางรวดเรว หลักการแยกอาจข นอย กับขนาดโมเลกลของสาร ประจ ความสามารถในการละลาย หรอการดดซับ ท แตกตางกันไปตามชนดของวัสดท ใชบรรจในคอลัมน การวเคราะหทาไดโดยใชเคร อง HPLC ซ งสามารถควบคมความเขมขนของสารละลายและอัตราการไหลแบบอัตโนมัตได
การวเคราะหดวย HPLC จาเปนตองหาขอมลตางๆ เพ อเลอกระบบสารละลายท ใชเปนเฟสเคล อนท และภาวะตาง ๆท เหมาะสมตอการวเคราะหกอน เม อจัดภาวะในการวเคราะหแลว ตองป มสารละลายเขาส ระบบกอนฉดตวัอยางเขาท สวนฉดสาร จากนั นสารละลายจะทาหนาท พาตัวอยาง
เคล อนท ผานสวนคัดกรองสารกอนเขาส คอลัมน ทั งน เพ อกรองสารบางอยางท ไมตองการออกไปกอนผานไปยังคอลัมนท ใชในการวเคราะหตอไป สารผสมถกแยกออกเปนสวนๆ แลวออกไปส ดเทกเตอร ทาใหเกดสัญญาณท สามารถเขยนเปนโครมาโตแกรมได สาหรับการวเคราะหหาปรมาณสารสามารถทาไดโดยคานวณจากพ นท ใตกราฟโดยเปรยบเทยบกับสารมาตรฐานท ทดลองภายใตภาวะเดยวกัน
ทั งน GC และ HPLC เปนเทคนคโครมาโตกราฟท ใหผลถกตอง แมนยา มความไวสง สะดวก และรวดเรวในการวัดผล อกทั งยังเหมาะสาหรับงานวเคราะหเพ อการวจัย และการวเคราะหในอตสาหกรรม แตเปนเคร องมอท มราคาแพง ตองอาศัยผ มประสบการณในการใชงาน และดแลรักษา
เคร องมอใหอย สภาพท ใชงานไดดตลอดเวลา
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 32/35
37
2.14 งานวจัยท เก ยวของกับการผลตไซลทอล
เน องจากไซลทอลเปนสารท เปนประโยชนตอสขภาพหลายประการ
และการเปล ยนผลพลอยไดอตสาหกรรมและการเกษตรใหเปนผลตภัณฑท มมลคาสงข น กเปนอกทางเลอกหน งท ชวยลดปรมาณของผลพลอยไดท มอย มาก
ดังนั นจงมงานวจัยท เก ยวของกับการพัฒนาและผลตไซลทอล
ดังน ค.ศ. 1995 Nigam และ Singh [35] ศกษาการผลตไซลทอลใหเปนสารทดแทนน าตาล โดย
ใชของเหลอจากเกษตรกรรมท มปรมาณมาก
และจัดวาเปนของเสย (waste) ท ประกอบดวย
คารโบไฮเดรตสง
ซ งคณะผ วจัยไดเลงเหนถงความสาคัญในการนามาใชทดแทนซโครส
และใช
ประโยชนในอตสาหกรรมอาหารและเคร องด มได
โดยไดใชจลนทรยเพ อเปล ยนไซโลส
ท ไดจากสวนของเฮมเซลลโลสท ถกยอยสลายดวยกรดไปเปนไซลทอล
โดยผลท ไดพบวา
C. guilliermondii
มประสทธภาพในการผลตไซลทอลสง
นอกจากน
การเลอกใชประโยชนจากของเหลอจากเกษตรกรรมกมความสาคัญ
ทั งน ตองข นอย กับสภาพเศรษฐกจท เอ ออานวยดวย
เชน
ประเทศท เปนผ ผลตและสงออกออยจะใชประโยชนจากชานออยมาผลตไซโลสเพ อเปนแหลงน าตาลใหกับจลนทรย
โดยพบวาในชานออยมสวนของเฮมเซลลโลสอย
28-30% อยางไรกตาม
การผลตไซลทอลในทางอตสาหกรรมควรคานงถงภาวะท เหมาะสมเพ อใหเกดผลผลตมากท สด
และสามารถทาไดโดยอาศัย
ขอมลทางจลนพลศาสตรสาหรับการผลตไซโลส
หรอออกแบบการทดลองโดยอาศัยขอมลทางสถต ซ งวธน จะมประโยชนสาหรับการหาภาวะท เหมาะสมของการหมักได
ค.ศ. 1996 Silva และคณะ
[41] ศกษาการเปลยนของไซโลสเปนไซลทอลโดย C.
guilliermondii FTI 20037 โดยมการทดลองหมักในถังปฏกรณชวภาพท มการกวนใหอากาศหลายอัตราเรว
ซงพบวา
ปรมาณไซลทอลสงสดท ผลตได
คอ 22.2 กรัมตอลตร
เม อหมักท อณหภม 30
องศาเซลเซยส และมการใหอากาศ 0.46 ปรมาตรอากาศตอปรมาตรอาหารตอนาท จากการกวนดวยอัตราเรว
300 รอบตอนาท (อัตราการสงผานออกซเจน (K La) = 10.6 h
-1) นอกจากน เม อเพ มอัตรา
การสงผานออกซเจน
จะสงผลใหมการใชไซโลสและมการผลตไซลทอลไดเพ มข น
ซ งเม อพจารณาประสทธภาพการเปล ยนสารต ังตนเปนไซลทอลระหวางอาหารหมักท มกลโคสและไซโลสและอาหารหมักท ไมมกลโคส
มคาเทากับ 45 และ 66% ตามลาดับ
ทั งน จากการศกษาไดช ใหเหนถงการใชประโยชนไซลทอลทั งในอตสาหกรรมอาหารและเภสัชกรรม
และเปนการลดคาใชจายในการผลตไซลทอลโดยวธทางชวภาพ
เม อเปรยบเทยบกับวธทางเคม
สาหรับในการผลตไซลทอลไดใช
C . guilliermondii FTI 20037 พัฒนาการหมักสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดเพ อผลต
ไซลทอลในอตสาหกรรมขนาดใหญ
และทาใหทราบถงความจาเปนของการกวนใหอากาศท ม
ความสัมพันธตอปรมาณไซลทอลท ไดสงสด
นอกจากน
ยังแสดงใหเหนวากลโคสท มในอาหาร
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 33/35
38
หมักสามารถยับย ังการผลตไซลทอลได
ทั งน เน องจากผลการควบคมการแสดงออกของการทางานของเอนไซมท สาคัญในการเปล ยนไซโลสเปนไซลทอล
ไดแก
ไซโลสรดักเทสในวถเพนโตสฟอสเฟต
ค.ศ. 2000 Azuma และคณะ [42] เสนอวธการเพ มปรมาณของไซลทอลดวย C . tropicalis
โดยการเตมเกลอ
ซ งในการศกษาน ไดแสดงถงผลของเกลอตอการผลตไซลทอลโดย
C . tropicalis
สายพันธ 559-9 ทั งน การเตมเกลอชนดตางๆ
ไดแก NaCl, KCl และ
MgCl2 สามารถเพ มการผลต
ไซลทอลได
โดยพบวา
การเตมเกลอ NaCl ความเขมขน 4% สามารถเพ มผลผลตไซลทอลจากการ
ใชไซโลส
ความเขมขน 5% ไดประมาณ
1.3 เทา
และการใชเกลอจะใหผลผลตลดลง
เม อเพ มความ
เขมขนของไซโลสในอาหารหมัก
อยางไรกตาม
การผลตไซลทอลจะหยดลงเม อมกลโคส
แตการเตมเกลอจะชวยใหเกดการผลตไซลทอลได เม อในอาหารหมักมกลโคส ความเขมขน 2% โดยผลตภัณฑท ไดจะเพ มข นได
1.6 เทา
เม อเตมเกลอ NaCl จากผลของการเตมเกลอน
พบวาสามารถปรับปรงประสทธภาพการผลตไซลทอลเม อใชสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดท มไซโลสและกลโคสเปนสารต ังตนในสารละลาย
นอกจากน
การเตมเกลอ NaCl ความเขมขน 4% ลง
ในอาหารท มไซโลส
ความเขมขน
5% ยังชวยเพ มการสรางไซโลสรดักเทสท ตองการ
NADPH ไดดวย
และปรมาณของไซลทอลท เพ มข นจาก NaCl อาจเน องมาจากมการสรางไซโลสรดักเทส
เพ มข น
ค.ศ. 2000 Leathers และ Dien [43] ศกษาการผลตไซลทอลจากซังขาวโพดท ไดจากการยอยสลายดวยกรด
โดยไดพัฒนาการหมักแบบ
2 ขั นตอน
กลาวคอ
จากการใชยสต P . guilliermondii สายพันธ
NRRL Y-12723 หมักสารละลายผสม
ไดแก
กลโคส
ไซโลส
และอะราบโนส
ท พบในสารละลายซังขาวโพดท ไดจากการยอยสลายดวยกรด
จากการตดตามการใชน าตาล
พบวา
ยสตเลอกใชกลโคสและใชไซโลสอยางชาๆ
ซ งทาใหไดผลผลตท เปนน าตาลแอลกอฮอลในปรมาณนอย
ดังน ันจงไดมการพัฒนาการหมักแบบ 2 ข ันตอน
มาปรับปรงการหมักเพ อใหน าตาลแอลกอฮอลมาก
ท สด
พบวา
ยสตสามารถใชกลโคสเพ อการเจรญเตบโตแลวจงผลตน าตาลแอลกอฮอลข น
คอ
ไซล-ทอลและอะราบทอล
โดยแยกเซลลยสตออกจากน าหมักทมน าตาลหลายชนดผสมอย
แลวเตมเซลลท ไดจากการเลยงในอาหารท มเฉพาะไซโลส
โดยในขันตอนนจะเรยกวาเปนการหมักขันตอนท
2 หลังจากทยสตมการเจรญเตบโตเตมทแลว
ซงขันตอนท 2 น
ทาใหเกดไซลทอลและอะราบทอลในปรมาณสงข น
ทั งน เม อนามาทดลองหมักกับสารละลายซังขาวโพดท ไดจากการยอยสลายดวยกรดเจอจางแบบ
2 ขั นตอน
พบวา
มความเหมาะสม
แตตองนาสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดไปผานเรซนแลกเปล ยนประจกอน
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 34/35
39
ค.ศ. 2003 Mussatto และ Roberto [44] ศกษาการผลตไซลทอลโดย C . guilliermondii FTI
20037 ในถังปฏกรณชวภาพ
โดยใชสารละลายท ไดจากการยอยสลายฟางขาวดวยกรดซัลฟวรก
ความเขมขน 0.1 โมลตอลตร
เม อยอยสลายท อณหภม 30
องศาเซลเซยส จากนั นหมักภายใตการใหอากาศ
1.3 ปรมาตรอากาศตอปรมาตรอาหารตอนาท
จากการกวนท อัตราเรวตางๆ
ไดแก 200, 300 และ
500
รอบตอนาท
พบวา
การเปล ยนไซโลสเปนไซลทอลข นอย กับอัตราการกวน
โดยมความเขมขนของไซลทอลเกดข น
0.84 กรัมตอกรัมไซโลส
เม อใหอัตราเรว 300 รอบตอนาท
และวธน ยังไมตองลดสารพษของสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดดวย
นอกจากน
ควรทาใหความเขมขนของไซโลสต ังตนในสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดมความเขมขนสง
ทั งน เพ อใหได
ผลตภัณฑสดทายท มความเขมขนสงข น ค.ศ. 2006 Mussatto และคณะ [45] ศกษาการก ผลผลตไซลทอลโดยวธการดดซับแบบไม
ตอเน องและตกผลกจากน าหมักท ไดจากสารละลายท ไดจากการยอยสลายชานออยดวยกรด
พบวา
การก คนผลตภัณฑโดยใชซลกาเจลดดซับ
ชวยใหสารละลายท ไดจากการหมักมความบรสทธ เพ มข น
ซ งในขั นตอนการชะสารออกจากคอลัมนบรรจซลกาเจลจะใชสารละลายผสมของตัวทาละลายหลายชนด
ไดแก
เอธลอะซเตต
เอธานอล
และอะซโตน
ในอัตราสวนของปรมาตรน าหมัก
(V b) ตอปรมาณซลกาเจล (กรัม) ท แปรผันตรงกับปรมาตรของน าหมักในชวง 1.0-2.0 ลกบาศก
เซนตเมตรตอกรัม
เม อไดน าหมักท บรสทธ แลวจะนาไปตกผลกและทาใหเยน
จากนั นทาใหเขมขนข น
และเตมผลกไซลทอลบรสทธ ลงไป
เพ อชวยใหเกดการตกผลกได
ทั งน
เม อใชคอลัมนท บรรจดวยอัตราสวนของปรมาตรน าหมักและปรมาณซลกาเจลเทากับ
2 ลกบาศกเซนตเมตรตอกรัม
และทาบรสทธ น าหมักดวยสารละลายผสมระหวางเอธลอะซเตตและเอธานอล
ซ งทาใหสารละลายท ไดมความเขมขนข น
6.5 เทา
และการเตมไซลทอลลงไปชวยใหเกดการตกตะกอนผลตภัณฑได
จากวธการดังกลาวจะไดไซลทอลบรสทธ ข น
60% และก ผลผลตไซลทอลจากน าหมักไดทั งหมด
33%
ค.ศ. 2006 Sreenivas Rao และคณะ [46] เสนอผลการเปรยบเทยบระหวางวตัถดบพวก
เปลอกขาวโพดและชานออยโดยการหมกัดวยยสต
C .
tropicalis ท คัดแยกไดจากธรรมชาต
จากการหมักสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดของเปลอกขาวโพดและชานออย
พบวา
ยสตสามารถใชไซโลสเพ อผลตไซลทอลได
ถงแมวาจะนาสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดไปปรับใหมคา
pH ท เปนกลาง
และเตรยมสารละลายดวยผงถานกมัมันตดดซับและเรซนแลกเปล ยนประจแลว
แตยังไดไซลทอลในปรมาณท ต า
ซ งการผลตไซลทอลในตอนเร มตนมปรมาณเทากับ
0.43 และ
0.45 กรัมตอกรัมไซโลสท ไดจากสารละลายท ไดจากการยอยสลายเปลอกขาวโพดและชานออยดวยกรด
ตามลาดับ
อยางไรกตาม
ปจจัยสาคัญท ทาใหไดปรมาณของไซลทอลต าเกดจากตัวยับย ังใน
สารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรด
ดังน ันจงไดจาลององคประกอบน าตาลในวัสดกล มเฮม-
7/21/2019 biot0352at_ch2
http://slidepdf.com/reader/full/biot0352atch2 35/35
40
เซลลโลสท มผลตอปรมาณผลผลตไซลทอล
พบวา
ในชดการทดลองท มชนดน าตาลท แตกตางกัน
3
ชด
ซ งปราศจากตัวยับยั ง
ดังน
อาหารชดท (1) ประกอบดวยไซโลส
กลโคส
แมนโนส
กาแลกโตส
แอล-อะราบโนส
สารสกัดจากยสต
และเปปโตน
ปรมาณ 40, 17, 1.5, 3, 20, 5 และ 10 กรัม
และสารละลายเกลอ
อาหารชดท (2) ประกอบดวยไซโลส
กลโคส
แมนโนส
กาแลกโตส แอล-อะราบ-โนส
สารสกัดจากยสต
และเปปโตน
ปรมาณ
50, 30, 2.5, 5, 40, 5 และ 10 กรัม
และสารละลายเกลอ
และอาหารชดท (3) ประกอบดวยไซโลส
กลโคส
แมนโนส
กาแลกโตส แอล-อะราบโนส
สารสกัดจากยสต
และเปปโตน
ปรมาณ 60, 40, 3.5, 7, 40, 5 และ 10 กรัม
และสารละลายเกลอ
ผลจากการใชอาหารทั ง
3 ชด
พบวา
ไดความเขมขนของไซลทอล
เทากับ 0.63, 0.68 และ
0.72 กรัมตอกรัม
ไซโลส
ตามลาดับ
นอกจากน
ไดปรับปรงการเจรญเตบโตของยสตและการผลตไซลทอลจากสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดท มตัวยับย ัง พบวา เซลลสามารถปรับตัวได เม อใชอาหารสาหรับการตอเช อเปนสารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรด
จานวน 25 รอบ
โดยหลังจากท เซลลปรับตัวไดในสารละลายท ไดจากการยอยสลายเปลอกขาวโพดและชานออยดวยกรด
จะสามารถผลตไซลทอลไดมากข นเปน
0.58 และ 0.65 กรัมตอกรัมไซโลส
ตามลาดับ
ค.ศ. 2007 Martínez และคณะ
[47] รายงานการพัฒนาเทคโนโลยสาหรับการผลตไซลทอลจากชานออยท ถกยอยสลายดวยกรดโดยการหมักทางชวภาพ
และทาบรสทธ ผลผลตไซลทอลท ได
โดยการตกผลก
จากการทดลองพบวา
สารละลายเฮมเซลลโลสท ไดจากชานออย
เม อทาใหเขมขนและทาบรสทธ โดยใชเรซนแลกเปล ยนประจจะไดความเขมขนของไซโลส เทากับ 88
กรัมตอลตรท สามารถนาไปหมักโดยมคา
pH ของการหมักเทากับ 5.0 อณหภม
30
องศาเซลเซยส มประสทธภาพการใหอากาศเทากับ
30 โดยปรมาตรตอชั วโมง
จากการกวนดวยอัตราเรว 300 รอบตอนาท
ทาปฏกรยาในถังหมักขนาด
15 ลตร
จากนั นนาน าหมักท ไดไปหมนเหว ยง
กาจัดสารปนเป อน
ทาใหเขมขนข น
และตกผลก
2 ครั ง
ซ งวธดังกลาวจะไดผลกไซลทอลท มความบรสทธ ข น
ทั งน
ในการทาบรสทธ สารละลายท ไดจากการยอยสลายดวยกรดดวยเรซนแลกเปล ยนประจ
จะไดไซโลส
ความ
เขมขน
117.80% และมกลโคส
2.0 กรัมตอลตร
นอกจากน
ยังพบวา
เม อใชถังหมักขนาด
15 ลตร
หมักเปนเวลา 132 ชั วโมง
จะมอัตราการผลตไซลทอล
เทากับ 0.478 กรัมตอลตรตอช ัวโมง
คดเปนประสทธภาพของการหมัก
เทากับ
81.81% และการแยกไซลทอลออกจากน าหมักโดยการตกผลกแบบ
2 ขั นตอนน จะใหผลกไซลทอลท มความบรสทธ สงถง 92-94%
