Research in Food Science Education: Simple Laboratory Exercise for Induction of β‐Mannanase from Aspergillus niger

Abstract

This laboratory experiment was designed for Biochemistry, Biotechnology, Microbiology, and Food Technology students of undergraduate and postgraduate courses. The experiment shows the advantages of using agricultural waste, copra mannan as potent inducer of β‐mannanase. The students were able to compare the enzyme induction by commercial mannans (locust bean gum, and guar gum), copra meal, defatted copra meal, and monosaccharides (glucose, galactose, mannose, and xylose). The students appreciated the use of cheap, locally available copra meal for the enhanced production of enzyme.

Recovery and Purification of Oligosaccharides from Copra Meal by Recombinant Endo-β-mannanase and Deciphering Molecular Mechanism Involved and Its Role as Potent Therapeutic Agent

“…Three samples of each were prepared to increase the reproducibility of the analysis, and 30 scans were recorded per sample at a resolution of 4 and 0.1/cm data interval. 1 H and 13 C NMR of Pretreated dFCO Nuclear magnetic resonance (NMR) of dFCO was performed using a spectrometer (Varian AS400, Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA). The soluble fractions of dFCO were collected after pretreatment were dissolved in 0.5 mL deuterium oxide D 2 O (Merck, Germany).…”

“…It contains a large amount of hemicellulose viz. mannan and galactomannan [1,2]. The abundance of 65 % galactomannan in copra meal is a suitable source of MOSs [2].…”

Optimized production and characterization of endo-β-mannanase by Aspergillus niger for generation of prebiotic mannooligosaccharides from guar gum

“…Our findings suggest CM to be a suitable low-value substrate for the production of β-mannanase by A. niger in SSF. Mulimani and Naganagouda 30 also found CM to be a better inducer of β-mannanase for A. niger among various carbon sources (LBG, GG, glucose, mannose, galactose and xylose). High mannan content (mannose: galactose ratio in copra mannan ~ 14:1) 31 and nutritional value of the CM supports the fungus to produce mannanase efficiently.…”

การเตรียมกลูโคแมนแนนน้ำหนักโมเลกุลต่ำโดยใช้กระบวนการพลาสมาวัฏภาคของเหลว

“…โครงสร้ างของกลู โคแมนแนน[24] การประยุ กต์ ใช้ กลู โคแมนแนนจะนิ ยมสกั ดเพื อน้ ามาใช้ ในกลุ ่ มอุ ตสาหกรรมอาหารเพื อใช้ เป็ น อิ มั ลซิ ไฟเออร์ (Emulsifier) สารเพิ มความเข้ มข้ น (Thinkener) สารตั งต้ นในการผลิ ตพรี ไบโอติ ก และ อาหารลดน ้ าหนั กในรู ปของใยอาหาร (Dietary fiber) เนื องจากมี สมบั ติ ที ส้ าคั ญ คื อ สามารถดู ดซั บน ้ า และพองตั วได้ มาก ไม่ ท้ าปฏิ กิ ริ ยากั บกรด ด่ าง หรื อน ้ าย่ อยในร่ างกาย จึ งไม่ ถู กดู ดซึ มในร่ างกายของ มนุ ษย์[6] นอกจากนี สามารถน้ ามาใช้ ในกลุ ่ มอุ ตสาหกรรมยาได้ อี กด้ วย เช่ น การใช้ เพื อควบคุ มระดั บ น ้ าตาลและคอเลสเตอรอลในเลื อด ใช้ เป็ นส่ วนผสมในยาเม็ ดรั กษาโรคต่ างๆ และใช้ ในการต้ าน โรคมะเร็ งล้ าไส้ รวมถึ งช่ วยปรั บปรุ งระบบขั บถ่ าย[8] 2.3 การย่ อยสลายกลู โคแมนแนน การย่ อยสลายกลู โคแมนแนน โดยทั วไปนิ ยมใช้ 2 วิ ธี คื อ การย่ อยโดยใช้ กรด และการย่ อย โดยใช้ เอนไซม์ 2.3.1 การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ กรด การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ กรดเป็ นกระบวนการไฮโดรไลซ์ ที ใช้ กรดเจื อจางในการท้ า ปฏิ กิ ริ ยา ซึ งแตกต่ างจากการย่ อยเซลลู โลสที นิ ยมใช้ กรดเข้ มข้ นเนื องจากกลู โคแมนแนนมี โครงสร้ าง ง่ ายต่ อการย่ อยสลายมากกว่ าการย่ อยในเซลลู โลสที มี ความเป็ นผลึ กสู งกว่ า โดยทั วไปนิ ยมใช้ กรด ซั ลฟิ วริ ก และกรดไฮโดรคลอริ กที ความเข้ มข้ นต ้ ากว่ าร้ อยละ 5 โดยจะมี การควบคุ มอุ ณหภู มิ ให้ เหมาะสมตามความเข้ มข้ นที ใช้ เพื อป้ องกั นการเกิ ดปฏิ กิ ริ ยาเชิ งซ้ อนในการย่ อยผลิ ตภั ณฑ์ ที ต้ องการ นอกจากนี อาจมี การผสมระหว่ างกรด 2 ชนิ ดเข้ าด้ วยกั นเพื อเพิ มประสิ ทธิ ภาพในการย่ อยสลายกลู โค แมนแนนให้ ดี ขึ น ในการย่ อยสลายกลู โคแมนแนนด้ วยกรด กรดจะเกิ ดการแตกตั วเป็ นไอออน H + เข้ า ท้ าปฏิ กิ ริ ยากั บหมู ่ ไฮดรอกซิ ล (-OH) โดยการตั ดสายโซ่ ของกลู โคแมนแนนที ต้ าแหน่ งบี ตา 1 และ 4 ไกลโคซิ ดิ ก ท้ าให้ เกิ ดการย่ อยสลายของกลู โคแมนแนนเกิ ดเป็ นน ้ าตาลหลายชนิ ด [10, 15, 16] การ ย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ กรดแสดงดั งรู ปที 2.4 รู ปที ่ 2.4 การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ กรด ข้ อดี ของวิ ธี การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ กรดเมื อเปรี ยบเที ยบกั บวิ ธี ที ย่ อยสลายด้ วย เอนไซม์ คื อ ประหยั ดและมี ความสะดวก เนื องจากขั นตอนการย่ อยโดยใช้ เอนไซม์ ต้ องมี ขั นตอน พรี ทรี ท (Pretreatment) และต้ องใช้ เวลาในการย่ อยสลายเพื อการท้ างานที ดี ของเอนไซม์ นอกจากนี อยสลายโดยใช้ กรดยั งใช้ ปริ มาณกรดเพี ยงเล็ กน้ อยและใช้ เวลาในการท้ าปฏิ กิ ริ ยาสั นกว่ าแต่ มี ข้ อเสี ยคื อ จ้ าเป็ นต้ องแยกกรดออกจากผลิ ตภั ณฑ์ ก่ อนการน้ าไปใช้ งานซึ งมี ราคาแพง 2.3.2 การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ เอนไซม์ การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ เอนไซม์ เป็ นการย่ อยโดยอาศั ยตั วเร่ งปฏิ กิ ริ ยาประเภท เอนไซม์ ที มี ความจ้ าเพาะเจาะจงต่ อกระบวนการย่ อยและไม่ ก่ อให้ เกิ ดปฏิ กิ ริ ยาข้ างเคี ยงกั บสารอื นใน สารละลาย ซึ งในการย่ อยสลายกลู โคแมนแนนสามารถเลื อกใช้ เอนไซม์ ได้ 2 ชนิ ด คื อ เอนไซม์ แมนแนนเนส (Mannanase) และเอนไซม์ กลู โคซิ เดส (Glucosidase) ซึ งสามารถผลิ ตได้ จากสิ งมี ชี วิ ต จ้ าพวกจุ ลิ นทรี ย์ แบคที เรี ย และเชื อรา เนื องจากโครงสร้ างของกลู โคแมนแนนมี น ้ าตาล 2 ชนิ ดเป็ น องค์ ประกอบคื อ น ้ าตาลแมนโนส และน ้ าตาลกลู โคส จึ งจ้ าเป็ นต้ องเลื อกใช้ เอนไซม์ ที เหมาะสมหาก ต้ องการผลิ ตภั ณฑ์ ที มี ความบริ สุ ทธิ ์ สู งและได้ ผลผลิ ตในปริ มาณมาก นอกจากนี กระบวนการย่ อยสลาย ด้ วยเอนไซม์ ยั งสามารถท้ าได้ ง่ าย ด้ าเนิ นการได้ ในสภาวะไม่ รุ นแรงที ช่ วงอุ ณหภู มิ ในช่ วง 40 ถึ ง 50 องศาเซลเซี ยส และความดั นบรรยากาศ [9, 11-14] การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ เอนไซม์ แสดง ดั งรู ปที 2.5 รู ปที ่ 2.5 ชนิ ดของเอนไซม์ และต้ าแหน่ งการเข้ าตั ดพั นธะของโครงสร้ างกลู โคแมนแนน ข้ อดี ของการย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ เอนไซม์ คื อ เอนไซม์ สามารถท้ างานได้ ดี ที อุ ณหภู มิ ต ้ า เร่ งปฏิ กิ ริ ยาได้ โดยไม่ ต้ องให้ ความร้ อนท้ าให้ ประหยั ดต้ นทุ นในการผลิ ต ผลผลิ ตที ได้ จะมี ความบริ สุ ทธิ ์ สู ง ไม่ เกิ ดปฏิ กิ ริ ยาข้ างเคี ยง และไม่ จ้ าเป็ นต้ องใช้ อุ ปกรณ์ ที ทนต่ อการกั ดกร่ อน แต่ มี ข้ อเสี ยคื อ ใช้ เวลานาน กระบวนการในการสั งเคราะห์ เอนไซม์ มี ความยุ ่ งยากและมี ต้ นทุ นสู ง 2.3.2.1 เอนไซม์ แมนแนนเนส การย่ อยสลายกลู โคแมนแนนโดยใช้ เอนไซม์ แมนแนนเนส เอนไซม์ จ...…”