สภาวะที่เหมาะสมทางสถิติและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการเพาะเลี้ยง โปรไบโอติก Enterococcus faecium ในกากถั่วเหลืองด้วยการหมักแบบแห้ง
คำสำคัญ:
Enterococcus faecium, กากถั่วเหลือง, การหมักแบบแห้ง, แบบจำลองทางคณิตศาสตร์บทคัดย่อ
การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสภาวะการเจริญที่เหมาะสมของโปรไบโอติก Enterococus faecium A028 ในกากถั่วเหลือง (Soybean Meal, SBM) ด้วยกระบวนการหมักแบบแห้ง (Solid-State Fermentation, SSF) และเพื่อศึกษาจลนพลศาสตร์การเจริญเติบโตด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ โดยคัดเลือกปัจจัยที่สำคัญต่อการเพาะเลี้ยงด้วยแผนการทดลองแบบ Plackett-Burman Design (PBD) และศึกษาสภาวะที่เหมาะสมด้วยวิธีการพื้นผิวตอบสนอง (Response Surface Methodology) โดยวางแผนการทดลองแบบ Box-Benkhen Design (BBD) ผลการศึกษาพบว่าอัตราส่วนน้ำต่อ SBM ระยะเวลาในการเพาะเลี้ยง และความเข้มข้นกากน้ำตาล เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการเพิ่มจำนวนเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด (Total Viable Cell Count, TVC) สามอันดับแรก โดยมีค่า Effect contribution เท่ากับ 56.27% 14.32% และ 10.46% ตามลำดับ ปัจจัยดังกล่าวจึงถูกคัดเลือกไปศึกษาระดับที่เหมาะสมต่อการเพิ่มค่า TVC ของแบคทีเรียใน SBM ปริมาณ 300 กรัม พบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือ อัตราส่วนน้ำต่อ SBM เท่ากับ1.5:1 (v/w) และระยะเวลาในการเพาะเลี้ยงเท่ากับ 15.45 ชั่วโมง ในขณะที่ความเข้มข้นกากน้ำตาลไม่มีผลต่อการเพิ่มค่า TVC อย่างมีนัยสำคัญที่ระดับความเชื่อมั่น 95% โดยค่า TVC เพิ่มขึ้นเท่ากับ 1.91 LogCFU/g (24.30% ของ TVC เริ่มต้น) และมีค่า TVC สูงสุดเท่ากับ 9.77 LogCFU/g นอกจากนี้ยังพบว่าการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียแบบ SSF ใน SBM ปริมาณ 3,000 กรัม ไม่แตกต่างจากระดับเริ่มต้นอย่างมีนัยสำคัญ (P-value < 0.05) และผลการเลียนแบบการเจริญพบว่าแบบจำลอง Logistic และแบบจำลอง Gompertz สามารถเลียนแบบการเจริญเติบโตของ E. faecium ในการเพาะเลี้ยงแบบ SSF ได้เป็นอย่างดี (ค่า R2 อยู่ในช่วง 0.956-0.995) การวิจัยครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่า SBM เป็นวัสดุราคาถูกที่มีประสิทธิภาพที่สามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการเพาะเลี้ยงโปรไบโอติก E. faecium แบบ SSF ได้
References
Ayyash, M., Johnson, S.K., Liu, S.-Q., Mesmari, N., Dahmani, S., Al Dhaheri, A.S. & Kizhakkayil, J. (2019). In vitro investigation of bioactivities of solid-state fermented lupin, quinoa and wheat using Lactobacillus spp. Food Chemistry. 275, 50–58.
Borah, A., Hazarika, K. & Khayer, S.M. (2015). Drying kinetics of whole and sliced turmeric rhizomes (Curcuma longa L.) in a solar conduction dryer. Information Processing in Agriculture. 2, 85–92.
Chi, C.-H. & Cho, S.-J. (2016). Improvement of bioactivity of soybean meal by solid-state fermentation with Bacillus amyloliquefaciens versus Lactobacillus spp. and Saccharomyces cerevisiae. LWT- Food Science and Technology. 68, 619–625.
Couto, S.R. & Sanromán, M.Á. (2006). Application of solid-state fermentation to food industry—A review. Journal of Food Engineering. 76, 291–302.
Faksakul, S., Boonpan, A., Teeka, J. & Areesirisuk, A. (2016). In vitro probiotic properties of screened lactic acid bacteria from chicken gastrointestinal tract. in Proceeding of 8 th Science Research Conference. Payao University.15–21.(in Thai)
Ferreira, S.L.C., Bruns, R.E., Ferreira, H.S., Matos, G.D., David, J.M., Brandão, G.C., da Silva, E.G.P., Portugal, L.A., dos Reis, P.S., Souza, A.S., et al. (2007). Box-Behnken design: An alternative for the optimization of analytical methods. Analytica Chimica Acta 597, 179–186.
Gao, Y., Wang, C., Zhu, Q. & Qian, G. (2013). Optimization of solid-state fermentation with Lactobacillus brevis and Aspergillus oryzae for trypsin inhibitor degradation in soybean meal. Journal of Integrative Agriculture. 12, 869–876.
Gervais, P. & Molin, P. (2003). The role of water in solid-state fermentation. Biochemical Engineering Journal 13, 85–101.
Gibson, G.R. (2004). Fibre and effects on probiotics (the prebiotic concept). Clinical Nutrition Supplements. 1, 25–31.
Heimer, S.R., Morrison, D. & Gilmore, M.S. (2015). Chapter 39 - The Enterococci. In molecular medical microbiology (second edition), Y.-W. Tang, M. Sussman, D. Liu, I. Poxton, and J. Schwartzman, eds. (Boston: Academic Press).
Mu, Y., Yu, H.-Q. & Wang, G. (2007). A kinetic approach to anaerobic hydrogen-producing process. Water Research. 41, 1152–1160.
Pandey, A. (2003). Solid-state fermentation. Biochemical Engineering Journal. 13, 81–84.
Rigo, E., Ninow, J.L., Di Luccio, M., Oliveira, J.V., Polloni, A.E., Remonatto, D., Arbter, F., Vardanega, R., de Oliveira, D. & Treichel, H. (2010). Lipase production by solid-state fermentation of soybean meal with different supplements. LWT- Food Science and Technology. 43, 1132–1137.
Rodríguez de Olmos, A., Bru, E. & Garro, M.S. (2015). Optimization of fermentation parameters to study the behavior of selected lactic cultures on soy solid state fermentation. International Journal of Food Microbiology. 196, 16–23.
Shim, Y.H., Shinde, P.L., Choi, J.Y., Kim, J.S., Seo, D.K., Pak, J.I., Chae, B.J. & Kwon, I.K. (2010). Evaluation of multi-microbial probiotics produced by submerged liquid and solid substrate fermentation methods in broilers. Asian-Australas. Journal of Animal Science. 23, 521–529.
Stefanello, C., Vieira, S.L., Rios, H.V., Simões, C.T. & Sorbara, J.O.B. (2016). Energy and nutrient utilisation of broilers fed soybean meal from two different Brazilian production areas with an exogenous protease. Animal Feed Science and Technology. 221, 267–273.
Stiles, M.E. & Holzapfel, W.H. (1997). Lactic acid bacteria of foods and their current taxonomy. International Journal of Food Microbiology. 36, 1–29.
Wang, Y., Liu, X.T., Wang, H.L., Li, D.F., Piao, X.S. & Lu, W.Q. (2014). Optimization of processing conditions for solid-state fermented soybean meal and its effects on growth performance and nutrient digestibility of weanling pigs. Livestock Science. 170, 91–99.
Wirunpan, M., Savedboworn, W. & Wanchaitanawong, P. (2016). Survival and shelf life of Lactobacillus lactis 1464 in shrimp feed pellet after fluidized bed drying. Agriculture and Natural Resources. 50, 1–7.
Zajšek, K. & Goršek, A. (2010). Modelling of batch kefir fermentation kinetics for ethanol production by mixed natural microflora. Food and Bioproducts Processing. 88, 55–60.
Zhang, N., Li, D., Zhang, X., Shi, Y. & Wang, H. (2015). Solid-state fermentation of whole oats to yield a synbiotic food rich in lactic acid bacteria and prebiotics. Food Function. 6, 2620–2625.
Zhang, S., Shi, Y., Zhang, S., Shang, W., Gao, X. & Wang, H. (2014). Whole soybean as probiotic lactic acid bacteria carrier food in solid-state fermentation. Food Control 41,
–6.
Zhao, H.-M., Guo, X.-N. & Zhu, K.-X. (2017). Impact of solid state fermentation on nutritional, physical and flavor properties of wheat bran. Food Chemistry. 217, 28–36.
Zhou, J., Yu, X., Ding, C., Wang, Z., Zhou, Q., Pao, H. & Cai, W. (2011). Optimization of phenol degradation by Candida tropicalis Z-04 using Plackett-Burman design and response surface methodology. Journal of Environmental Sciences. 23, 22–30.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
ฉบับ
บท
License
โปรดกรอกเอกสารและลงนาม "หนังสือรับรองให้ตีพิมพ์บทความในวารสารวิจัยมหาวิทยาลัยราชภัฏพระนคร สาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี" ก่อนการตีพิมพ์
