Production of invertase from Aspergillus section Nigrifor the preparation of invert syrup as a supplementaryfeed for honey bee (Apis mellifera L.)

Abstract

Bees are economically important insects in Thailand, leading to a large number of beekeepers. However, improper feeding practices or a lack of adequate understanding of bee nutrition can negatively affect the health and survival of honey bees. This study aimed to isolate strains of Aspergillus section Nigri capable of producing invertase enzyme to hydrolyze sucrose into invert syrup, which is more readily utilized by bees. As a result, 24 isolates of Aspergillus section Nigri with invertase-producing ability were successfully obtained. Subsequently, optimal culture conditions were investigated. It was found that culturing the fungus for 3 days at pH 7, using ammonium chloride (NH₄Cl) as the nitrogen source, resulted in the highest enzyme activities of 4.043, 3.235, and 2.515 units/ml, respectively. Enzyme characterization assays further revealed that using a buffer at pH 4 and incubating the enzyme at 60 °C yielded the highest enzyme activities of 0.315 and 0.189 units/ml, respectively. The obtained invertase enzyme was then used to prepare invert syrup for feeding honey bees, divided into six treatments: (N) syrup only, (P) syrup with pollen patty, (T1) syrup supplemented with invertase from isolate Asp. 5, (T2) syrup supplemented with invertase from isolate Asp. 14, (T3) syrup supplemented with invertase from isolate Asp. 15 and (T4) syrup supplemented with invertase from isolate Asp. 19. All groups received pollen patty supplementation, except group N. The invertase enzyme obtained was utilized to produce invert syrup and study the effectiveness of the resulting invert syrup on the health and growth of honey bees (Apis mellifera L.). The results showed that the enzyme-supplemented syrup had a higher consumption rate compared to regular syrup. Honey bees fed with invertase-supplemented syrup had significantly larger acini compared to the control group. Notably, honey bees in the T4 group exhibited the largest acini size (99.99 µm), suggesting that the invertase enzyme promotes hypopharyngeal gland development. Furthermore, honey bees in the groups receiving invertase enzyme-supplemented syrup generally exhibited greater thoracic muscle mass compared to the control group. Notably, honey bees fed with the T4 diet for 18 days had the highest thoracic muscle mass (11.43 mg), indicating that the invertase enzyme contributes to the development of thoracic muscles in honey bees. Additionally, honey bees that received enzyme-supplemented syrup had a longer average lifespan than those in the control group. Interestingly, the honey bees fed with syrup containing invertase from isolate Asp. 5, despite its lowest enzyme activity, demonstrated the highest average lifespan (18.00 days). The results revealed statistically significant differences (p < 0.05). Based on the findings of this study, it can be concluded that invertase enzymes isolated from Aspergillus section Nigri possess the potential to effectively promote the health and growth of honey bees.

ผึ้งเป็นแมลงเศรษฐกิจที่สำคัญของไทย ส่งผลให้มีเกษตรกรผู้เลี้ยงผึ้งจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม การให้อาหารที่ไม่เหมาะสมหรือขาดความรู้ความเข้าใจที่ถูกต้อง อาจก่อให้เกิดผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพและการดำรงชีวิตของผึ้ง การทดลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อคัดแยก Aspergillus section Nigri ที่มีความสามารถในการผลิตเอนไซม์อินเวอร์เทสมาย่อยสลายน้ำตาลซูโครสให้อยู่ในรูปแบบที่ใช้งานได้ง่ายที่เรียกว่าน้ำเชื่อมอินเวิร์ต โดยสามารถคัดแยกเชื้อ Aspergillus section nigri ที่มีความสามารถในการผลิตเอนไซม์อินเวอร์เทสได้ 24 ไอโซเลท จากนั้นทำการศึกษาหาสภาวะการเพาะเลี้ยงที่เหมาะสม พบว่าการเลี้ยงเชื้อราเป็นระยะเวลา 3 วัน ที่ค่า pH 7 โดยใช้แอมโมเนียมคลอไรด์ (NH₄Cl) เป็นแหล่งไนโตรเจน สามารถให้ค่ากิจกรรมของเอนไซม์ได้สูงสุด ดังนี้ 4.043, 3.235 และ 2.515 ยูนิต/มล. ตามลำดับ นอกจากนี้เมื่อทดสอบคุณสมบัติของเอนไซม์พบว่าการใช้บัฟเฟอร์ที่มีค่า pH 4 และการบ่มเอนไซม์ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส สามารถกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ได้สูงสุด 0.315 และ 0.189 ยูนิต/มล. ตามลำดับ นำเอนไซม์อินเวอร์เทสที่ได้มาทำเป็นน้ำเชื่อมอินเวิร์ตเลี้ยงผึ้งพันธุ์ (Apis mellifera L.) ดังนี้ (N) น้ำเชื่อม (P) น้ำเชื่อม ร่วมกับ pollen patty (T1) น้ำเชื่อมที่ผสมเอนไซม์อินเวอร์เทส Asp. 5 (T2) น้ำเชื่อมที่ผสมเอนไซม์อินเวอร์เทส Asp. 14 (T3) น้ำเชื่อมที่ผสมเอนไซม์อินเวอร์เทส Asp. 15 (T4) น้ำเชื่อมที่ผสมเอนไซม์อินเวอร์เทส Asp. 19 โดยทุกกลุ่มได้รับ pollen patty ร่วมด้วย ยกเว้นกลุ่ม N ที่ไม่ได้รับ ทำการศึกษาประสิทธิภาพของน้ำเชื่อมต่อสุขภาพและการเจริญเติบโตของผึ้งพันธุ์ พบว่าน้ำเชื่อมที่มีส่วนผสมของเอนไซม์มีการบริโภคสูงกว่าน้ำเชื่อมธรรมดา โดยผึ้งที่ได้รับน้ำเชื่อมซึ่งมีส่วนผสมของเอนไซม์อินเวอร์เทสมีขนาดของต่อมอะซินิ (Acini) ใหญ่กว่าผึ้งที่ได้รับน้ำเชื่อมธรรมดาอย่างเห็นได้ชัด โดยอาหาร T4 ทำให้ขนาดอะซินิใหญ่สุด (99.99 ไมโครเมตร) สะท้อนให้เห็นว่าเอนไซม์อินเวอร์เทสมีบทบาทในการส่งเสริมการพัฒนาของต่อมไฮโปฟารินเจียล (Hypopharyngeal gland: HPG) นอกจากนี้ผึ้งในกลุ่มที่ได้รับน้ำเชื่อมผสมเอนไซม์อินเวอร์เทสส่วนใหญ่ยังมีมวลกล้ามเนื้อส่วนอกมากกว่ากลุ่มควบคุม โดยผึ้งที่ได้รับอาหาร T4 เป็นเวลา 18 วัน มีมวลกล้ามเนื้อส่วนอกสูงสุด (11.43 มิลลิกรัม) แสดงให้เห็นว่าเอนไซม์อินเวอร์เทสมีส่วนช่วยในการพัฒนากล้ามเนื้อบริเวณอกของผึ้งพันธุ์ อีกทั้งยังพบว่าผึ้งในกลุ่มที่ได้รับน้ำเชื่อมผสมเอนไซม์อินเวอร์เทสมีอายุขัยเฉลี่ยมากกว่ากลุ่มควบคุม โดยเฉพาะผึ้งที่ได้รับน้ำเชื่อมที่ผสมเอนไซม์อินเวอร์เทส Asp. 5 ซึ่งแม้จะมีค่ากิจกรรมของเอนไซม์ต่ำที่สุด แต่กลับมีอายุขัยมากสุด (18.00 วัน) ผลการทดลองที่ได้แสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p < 0.05) จากผลการศึกษาดังกล่าวสามารถสรุปได้ว่าเอนไซม์อินเวอร์เทสที่คัดแยกได้จาก Aspergillus section nigri มีศักยภาพในการส่งเสริมสุขภาพและการเจริญเติบโตของผึ้งพันธุ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ