การพัฒนาการเพาะเลี้ยงยีสต์ Rhodotorula paludigena CM33 ให้ได้ความหนาแน่นเซลล์สูงเพื่อผลิตเบต้าแคโรทีน

ยีสต์ Rhodotorula เป็นกลุ่มของยีสต์ที่สร้างรงควัตถุแคโรทีนอยด์ภายในเซลล์จำพวก ได้แก่ เบต้า-แคโรทีน โทรูลีน และโทรูลาโฮดิน ซึ่งเป็นแคโรทีนอยด์ที่มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในอาหารสัตว์ ตลอดจนในผลิตภัณฑ์เพื่อสุขภาพและเครื่องสำอาง สามารถสร้างมูลค่าทางการตลาดที่คาดว่าจะสูงถึง 2.7 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2570 จาก 2.0 พันล้านดอลลาร์ในปี 2565 โดยคาดการณ์อัตราการเติบโตต่อปีที่ 5.7 เปอร์เซ็นต์ ในช่วงปี 2565 ถึง 2570 เนื่องจากผู้บริโภคมีความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยของอาหารที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความต้องการแคโรทีนอยด์จากธรรมชาติเพิ่มขึ้น ในการศึกษานี้ ยีสต์ Rhodotorula paludigena CM33 ถูกนำมาใช้ในการพัฒนากระบวนการเพาะเลี้ยงแบบแบทซ์ ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร ด้วยการออกแบบการทดลองแบบบ็อกซ์-เบห์นเคน ให้ได้ความหนาแน่นเซลล์สูงเพื่อใช้เป็นแหล่งโปรตีนเซลล์เดียวที่มีสารแคโรทีนสูง โดยศึกษาอุณหภูมิในการเพาะเลี้ยงที่ 22 26 และ 30 องศาเซลเซียส ความเข้มข้นของแอมโมเนียมซัลเฟตที่ 3 5 และ 7 กรัมต่อลิตร และความเข้มข้นของเฟอร์ริกคลอไรด์ที่ 0 42 และ 84 มิลลิกรัมต่อลิตร พบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตและการผลิตแคโรทีนอยด์ของ R. paludigena CM33 คือ อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ความเข้มข้นของแอมโมเนียมซัลเฟต 6.2 กรัมต่อลิตร และความเข้มข้นของเฟอริกคลอไรด์ 75 มิลลิกรัมต่อลิตร ส่งผลให้มีน้ำหนักเซลล์แห้งเท่ากับ 17.71±0.31 กรัมต่อลิตร อัตราการเจริญเติบโตจำเพาะเท่ากับ 0.22±0.04 ต่อชั่วโมง และความเข้มข้นของแคโรทีนอยด์เท่ากับ 40.29±0.52 มิลลิกรัมต่อลิตร ด้วยระยะเวลา 32 ชั่วโมง ดำเนินการขยายขนาดการผลิตในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 22 ลิตร และพัฒนาสูตรอาหารเหลวที่เติมในระยะการเพาะเลี้ยงแบบเฟด-แบทซ์ เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของเซลล์ ด้วยสูตรอาหารเหลวกลูโคสความเข้มข้นสูงที่มีองค์ประกอบอื่นๆ ที่ความเข้มข้นแตกต่างกัน พบว่าอาหารเหลวกลูโคสที่เติม สูตรที่ 3 ที่มีความเข้มข้นขององค์ประกอบของอาหาร 3 เท่า มีค่าน้ำหนักเซลล์แห้งสูงที่สุดเท่ากับ 89.84 กรัมต่อลิตร และความเข้มข้นของแคโรทีนอยด์ 251.64 มิลลิกรัมต่อลิตร ด้วยระยะเวลาการเพาะเลี้ยง 96 ชั่วโมง เพื่อลดต้นทุนและเพิ่มศักยภาพกระบวนการผลิต น้ำตาลซูโครสจึงถูกนำมาใช้เป็นแหล่งคาร์บอนทดแทนกลูโคสในระยะการเพาะเลี้ยงแบบเฟด-แบทซ์ พบว่าอาหารเหลวซูโครสความเข้มข้นสูงให้ค่าน้ำหนักเซลล์แห้งสุดท้ายเท่ากับ 87.8 กรัมต่อลิตร และความเข้มข้นของแคโรทีนอยด์สูงสุดเท่ากับ 285.4 มิลลิกรัมต่อลิตร อีกทั้งพารามิเตอร์อื่นๆที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและการผลิตแคโรทีนอยด์มีค่าสูงกว่าการใช้กลูโคสเป็นแหล่งคาร์บอน หลังการเพาะเลี้ยงที่ 96 ชั่วโมง ทำให้น้ำตาลซูโครสเป็นแหล่งคาร์บอนราคาถูกและหาซื้อได้ง่ายเหมาะต่อการเพาะเลี้ยงยีสต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ สามารถยืนยันได้ว่า R. paludigena CM33 เป็นยีสต์ที่มีการผลิตเบต้า-แคโรทีนที่โดดเด่น และมีองค์ประกอบทางโภชนาการที่สำคัญ ได้แก่ โปรตีน 43.84 เปอร์เซ็นต์ ไขมัน 5.93 เปอร์เซ็นต์ คาร์โบไฮเดรตทั้งหมด 39.84 เปอร์เซ็นต์ ความชื้น 3.85 เปอร์เซ็นต์ เถ้า 6.54 เปอร์เซ็นต์ พลังงานจากไขมัน 53.37 กิโลแคลอรี่ต่อ100 กรัม และพลังงานทั้งหมด 388.09 กิโลแคลอรี่ต่อ100กรัม ดังนั้น R. paludigena CM33 จึงเป็นแหล่งโปรตีนเซลล์เดียวที่มีแคโรทีนสูงและมีศักยภาพที่จะพัฒนากระบวนการผลิตไปสู่ระดับอุตสาหกรรมต่อไป