การปรับปรุงกระบวนการไลโอฟิไลเซชันเพื่อการเก็บรักษาแบคทีเรียระยะยาว
Keywords:
กระบวนการไลโอฟิไลเซชันแบบใหม่, ไนโตรเจนเหลว, กลไกการป้องกันความเย็น, คลังจุลินทรีย์, การรอดชีวิตAbstract
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสารป้องกันความเย็นที่เหมาะสม ได้แก่ นมพร่องมันเนย โมโนโซเดียมกลูตาเมต (MSG) และซูโครส ที่ความเข้มข้น 10 % ต่อการรอดชีวิตของแบคทีเรียแกรมลบ Escherichia Coli แบคทีเรียแกรมบวก Staphylococcus Aureus และแบคทีเรียแกรมบวกที่สร้างสปอร์ Bacillus Subtilis Subtilis ด้วยกระบวนการไลโอฟิไลเซชันวิธีมาตรฐาน และปรับปรุงกระบวนการไลโอฟิไลเซชันโดยใช้ไนโตรเจนเหลวแทนขั้นตอน Primary Drying เพื่อเก็บรักษาแบคทีเรียได้เป็นระยะเวลานานโดยมีคุณสมบัติคงเดิม กระบวนการไลโอฟิไลเซชันวิธีมาตรฐานที่มีขั้นตอน Primary Drying 3 ชั่วโมง และ Secondary Drying 2 ชั่วโมง และใช้ 10% MSG เป็นสารป้องกันความเย็น จะให้การรอดชีวิตของแบคทีเรียทั้ง 3 ชนิดดีที่สุด โดยการรอดชีวิตของ E. coli, S. Aureus และ B. Subtilis เท่ากับ 99.02 ± 0.43%, 96.03 ± 0.24% และ 94.02 ± 0.30% ตามลำดับ เมื่อเก็บรักษาเป็นเวลา 6 เดือน ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม วิธีดังกล่าวเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานาน ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงใช้ไนโตรเจนเหลวแทนขั้นตอน Primary Drying และใช้ 10% MSG เป็นสารป้องกันความเย็น กระบวนการไลโอฟิไลเซชันโดยใช้ไนโตรเจนเหลวทำได้โดยแช่หลอดแอมพูลที่มีแบคทีเรียในไนโตรเจนเหลวเป็นเวลา 30 วินาที ตามด้วยขั้นตอน Secondary Drying เป็นเวลา 3 ชั่วโมง ผลการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 เดือน พบว่า E. Coli, S. Aureus และ B. Subtilis มีการรอดชีวิตเท่ากับ 97.46 ± 0.53%, 96.89 ± 0.68% และ 91.54 ± 0.10% ตามลำดับ ซึ่งใกล้เคียงกับวิธีเดิมที่มีค่าเท่ากับ 96.28 ± 0.25%, 98.15 ± 0.33% และ 92.25 ± 0.17% ตามลำดับ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า สามารถใช้ไนโตรเจนเหลวในกระบวนการไลโอฟิไลเซชันเพื่อเก็บรักษาแบคทีเรียได้โดยลดระยะเวลากระบวนการได้ 2 ชั่วโมง
Downloads
References
ศูนย์ชีววัสดุประเทศไทย. (2559). คู่มือการเก็บรักษาจุลินทรีย์โดยวิธีการระเหยแห้งในสภาวะสุญญากาศ (Liquid-drying). กรุงเทพมหานคร: ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ.
สมบูรณ์ ธนาศุภวัฒน์. (2544). เทคนิคการเก็บรักษาจุลินทรีย์ (พิมพ์ครั้งที่ 2). กรุงเทพมหานคร: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
Ayala-Zermeño, M. A., Gallou, A., Berlanga-Padilla, A. M., Andrade-Michel, G. Y., Rodríguez-Rodríguez, J. C., Arredondo-Bernal, H. C., & Montesinos-Matías, R. (2017). Viability, purity, and genetic stability of entomopathogenic fungi species using different preservation methods. Fungal Biology, 121(11), 920-928.
Carvalho, S. A., Silva, J., Ho, P., Teixeira, P., Malcata, F. X., & Gibbs, P. A. (2003). Protective effect of sorbitol and monosodium glutamate during storage of freeze-dried lactic acid bacteria. Le Lait, 83(3), 203-210.
Chen, B., Wang, X., Li, P., Feng, X., Mao, Z., Wei, J., Lin, X., Li, X., & Wang, L. (2023). Exploring the protective effects of cryoprotectants during freeze-drying. LWT, 173, 114295.
Fonseca, F., Cénard, S., & Passot, S. (2014). Freeze-drying of lactic acid bacteria. Totowa, NJ: Humana Press
Ge, S., Han, J., Sun, O., Ye, Z., Zhou, Q., Li, P., & Gu, Q. (2024). Optimization of cryoprotectants for improving the freeze-dried survival rate of potential probiotic Lactococcus lactis ZFM559 and evaluation of its storage stability. LWT, 198, 116052.
Kim, M., Nam, D. G., Kim, S. B., Im, P., Choe, J. S., & Choi, A. J. (2018). Enhancement of viability, acid and bile tolerance, and accelerated stability in lyophilized Weissella cibaria JW15 with protective agent. Food Science & Nutrition, 6(7), 1904-1913.
Kumar, S., Kashyap, P. L., Singh, R., & Srivastava, A. K. (2012). Preservation and maintenance of microbial cultures. In V. C. Kalia (Ed.), Analyzing microbes (pp. 135–152). Springer. https://doi.org/10.1007/978-81-322-1584-4_8
Luo, C., Liu, Z., Mi, S., & Li, L. (2022). Quantitative investigation on the effects of ice crystal size on freeze-drying: The primary drying step. Drying Technology, 40(4), 757-768.
Mohammadipanah, F., Parviz, L., Hamedi, J., & Azizmohseni, F. (2017). Protective effects of cryoprotectants and lyoprotectants on the survival of persipeptide-producing Streptomyces zagrosensis UTMC 1154. BioPreservation and BioBanking, 15(5), 451-456.
Morgan, C. A., & Vesey, G. (2009). Freeze-drying of microorganisms. In M. Schaechter (Ed.), Encyclopedia of microbiology (3rd ed., Vol. 2, pp. 162–173). Elsevier. https://doi.org/ 10.1016/B978-012373944-5.00114-0
Nowak, D., & Jakubczyk, E. (2020). The freeze-drying of foods-The characteristic of the process course and the effect of its parameters on the physical properties of food materials. Foods, 9(10), 1488.
Prakash, O., Nimonkar, Y., & Shouche, Y. S. (2013). Practice and prospects of microbial preservation. FEMS Microbiology Letters, 339(1), 1–9.
Pupa, P., Apiwatsiri, P., Sirichokchatchawan, W., Pirarat, N., Muangsin, N., Shah, A. A., & Prapasarakul, N. (2021). The efficacy of three double-microencapsulation methods for preservation of probiotic bacteria. Scientific Reports, 11, 13753.
Pyar, H., & Peh, K. K. (2014). Cost effectiveness of cryoprotective agents and modified de Man, Rogosa and Sharpe medium on growth of Lactobacillus acidophilus. Pakistan Journal of Biological Sciences, 17(4), 462-471.
Rockinger, U., Funk, M., & Winter, G. (2021). Current approaches of preservation of cells during (freeze)-drying. Journal of Pharmaceutical Sciences, 110(8), 2873-2893.
Sandhya, M., & Disha, K. (2020). Expansion in the field of freeze-drying: An advanced review. Research Journal of Pharmacy and Technology, 13(5), 2468-2474.
Sankha, B. (2018). Cryoprotectants and their usage in cryopreservation process. London, United Kingdom: IntechOpen.
Shekh, S. L., Boricha, A. A., Chavda, J. G., & Vyas, B. R. M. (2020). Probiotic potential of lyophilized Lactobacillus plantarum GP. Annals of Microbiology, 70(1), 16.
Sompach, G., Rodklongtan, A., Nitisinprasert, S., & Chitprasert, P. (2022). Microencapsulating role of whey protein isolate and sucrose in protecting the cell membrane and enhancing survival of probiotic Lactobacilli strains during spray drying, storage, and simulated gastrointestinal passage. Food Research International, 159, 111651.
Stefanello, R. F., Nabeshima, E. H., Iamanaka, B. T., Ludwig, A., Fries, L. L. M., Bernardi, A. O., & Copetti, M. V. (2019). Survival and stability of Lactobacillus fermentum and Wickerhamomyces anomalus strains upon lyophilization with different cryoprotectant agents. Food Research International, 115, 90-94.
Strasser, S., Neureiter, M., Geppl, M., Braun, R., & Danner, H. (2009). Influence of lyophilization, fluidized bed drying, addition of protectants, and storage on the viability of lactic acid bacteria. Journal of Applied Microbiology, 107(1), 167-177.
Tanimomo, J., Delcenserie, V., Taminiau, B., Daube, G., Saint-Hubert, C., & Durieux, A. (2016). Growth and freeze-drying optimization of Bifidobacterium crudilactis. Food and Nutrition Sciences, 7, 616-626.
Wang, G. Q., Pu, J., Yu, X. Q., Xia, Y. J., & Ai, L. Z. (2020). Influence of freezing temperature before freeze-drying on the viability of various Lactobacillus plantarum strains. Journal of Dairy Science, 103(4), 3066-3075.
Wang, G., Luo, L., Dong, C., Zheng, X., Guo, B., Xia, Y., Tao, L., & Ai, L. (2021). Polysaccharides can improve the survival of Lactiplantibacillus plantarum subjected to freeze-drying. Journal of Dairy Science, 104(3), 2606-2614.
