THE UTILIZATION OF WASTEWATER FROM FERMENTED FISH INDUSTRY FOR CAROTENOID PRODUCTION BY RHODOTORULA MUCILAGINOSA UP12

Abstract

Carotenoids are natural pigments with various properties as antioxidant, precursors of vitamin A production and potential prevent cell and tissue damages. It occurs in plants and microorganisms and plays the important role in human and animal health. Nowadays it is widely used in food, nutritional supplement, and animal feed industries. Therefore, the production of carotenoid with the low-cost substrate was studied in Rhodotorula mucilaginosa UP12. A medium containing wastewater from the fermented fish industry was investigated for carotenoid production by R. mucilaginosa UP12 isolated from a landfill site at the University of Phayao. These yeasts were cultured in 6 different formulas and Agitation difference 3 level 100,150 and 200 rpm with comparison to yeast malt extract (YM). The optimum conditions for carotenoid production were achieved in a C5 medium as follows: Wastewater from fermented fish industry adding 10 g/L of sucrose and 2 g/L of ammonium sulphate at pH 5.0, with an incubation temperature of 30oC and agitation at 150 rpm for Seven days. The maximum carotenoid content was equivalent to the control medium at 152.66±20.29 µg/g cell dry weight and 0.93±0.02 mg/L of total carotenoids production which higher than in C1 (only wastewater) and YM medium under the same conditions approximately 2.02 and 1.22 times, respectively. Cultivation of R. mucilaginosa UP12 carried out in a 5-liter laboratory bioreactor was as follows: C5 medium at pH 5.0, with an incubation temperature of 30 ๐C and agitation at 150 rpm Aeration 0.5 vvm for six days about 173.93 µg/g cell dry weight and 1.2 mg/L of total carotenoids production. It was 1.1 times higher than in C5 shake flask condition. Supplementation of yeast extract as organic nitrogen source to C5 medium was observed and it could enhance the carotenoid content and production in yeast about 194.83 µg/g cell dry weight and 1.5 mg/L with approximately 1.25 times higher than C5 medium. In this study, it found that growing yeast in C5-yeast extract supplemented medium, adjusted pH5 with temperature of 30 °C, agitation rate at 150 rpm, was the most efficient growth condition for production of carotenoids. The cost of C5 medium plus Yeast extract (5.4 bath/L) was lower than YM medium (54 bath/L) about 10 times. Therefore, this result showed using the C5 medium adding yeast extract was able to reduce medium cost of carotenoid production.

แคโรทีนอยด์ คือ เม็ดสีธรรมชาติที่มีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ สารตั้งต้นของไวตามิน เอและมีศักยภาพในการป้องกันความเสียหายของเซลล์และเนื้อเยื่อ แคโรทีนอยด์จึงมีบทบาทสำคัญต่อสุขภาพมนุษย์ และสัตว์ ซึ่งถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสหกรรมอาหาร อาหารเสริม และอาหารสัตว์ เพื่อผลิตแคโรทีนอยด์ด้วยอาหารต้นทุนต่ำ จึงทำการศึกษาสูตรอาหารโดยใช้น้ำทิ้งจากอุตสาหกรรมการผลิตปลาส้มเป็นองค์ประกอบเพื่อใช้ผลิตสารแคโรทีนอยด์จากยีสต์ Rhodotorula mucilaginosa UP12 แยกจากดินในเขต มหาวิทยาลัยพะเยา โดยทดลองเลี้ยงยีสต์ในสูตรอาหารปรับส่วนผสมทั้งหมด 6 สูตร เปรียบเทียบกับอาหารควบคุม YM พบว่า อาหารสูตร C5 เหมาะสมสำหรับการผลิตแคโรทีนอยด์ มีองค์ประกอบดังนี้ น้ำล้างปลาเติมน้ำตาลซูโครส 10 กรัมต่อลิตร และ แอมโมเนียมซัลเฟต 2 กรัมต่อลิตร ปรับพีเอช 5 บ่มที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เขย่าที่ความเร็วรอบ 150 รอบต่อนาที ระยะเวลา 7 วัน สามารถผลิตแคโรทีนอยด์ได้สูงสุด ใกล้เคียงกับอาหารควบคุม โดยมีปริมาณแคโรทีนอยด์ 152.66±20.29 ไมโครกรัมต่อกรัมยีสต์แห้ง และปริมาณผลผลิตทั้งหมดเท่ากับ 0.93±0.02 มิลลิกรัมต่อลิตร ซึ่งมีปริมาณแคโรทีนอยด์สูงกว่า การเลี้ยงในอาหาร C1 (น้ำทิ้งจากอุตสาหกรรมปลาส้ม) และ YM ในสภาวะเดียวกัน เท่ากับ 2.02 และ 1.22 เท่า ตามลำดับ จากการนำอาหารสูตร C5 ที่เติมและไม่เติมสารสกัดยีสต์ 1 กรัมต่อลิตร ขยายผลการผลิตแคโรทีนอยด์ในถังหมักระดับห้องปฏิบัติการขนาด 5 ลิตร พบว่าเมื่อเลี้ยงเชื้อในอาหาร C5 เป็นเวลา 6 วัน พบปริมาณแคโรทีนอยด์ภายในเซลล์สูงที่สุด เท่ากับ 173.93 ไมโครกรัมต่อกรัมยีสต์แห้ง และปริมาณผลผลิตทั้งหมดเท่ากับ 1.2 มิลลิกรัมต่อลิตร มีปริมาณสูงกว่าการเลี้ยงในอาหาร C5 แบบเขย่าฟลาสก์ 1.14 เท่า และเมื่อเลี้ยงเชื้อในอาหาร C5 ที่เติมสารสกัดยีสต์ สามารถผลิตแคโรทีนอยด์ได้สูงที่สุด เท่ากับ 194.83 ไมโครกรัมต่อกรัมยีสต์แห้งและปริมาณผลผลิตทั้งหมดเท่ากับ 1.5 มิลลิกรัมต่อลิตร ที่ช่วงระยะการเพาะเลี้ยงที่สั้นกว่าสภาวะไม่เติมยีสต์ คือ 5 วัน โดยการเติมสารสกัดยีสต์ช่วยเพิ่มการผลิตแคโรทีนอยด์สูงกว่าสภาวะที่ไม่เติม ประมาณ 1.25 เท่า ในการศึกษาครั้งนี้พบว่าการเพาะเลี้ยงเซลล์ยีสต์ด้วยอาหาร C5 ที่เติมสารสกัดยีสต์ในถังหมัก ทำการควบคุมพีเอช เท่ากับ 5 เลี้ยงที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส อัตราการปั่นกวน 150 รอบต่อนาที มีประสิทธิภาพสูงที่สุดในการผลิตแคโรทีนอยด์ รวมถึงต้นทุนค่าอาหาร C5 ที่เติมสารสกัดยีสต์ มีต้นทุน เท่ากับ 5.4 บาทต่อลิตร เมื่อเปรียบเทียบกับสูตรอาหาร YM ที่มีต้นทุนอาหาร เท่ากับ 54 บาทต่อลิตร การใช้อาหาร C5 ที่เติมสารสกัดยีสต์สามารถลดต้นทุนค่าอาหารได้ถึง 10 เท่า