วิชาเทคโนโลยีชีวภาพพื้นบ้าน

คำอธิบายชั้นเรียน

เซลล์โปรตีนสูงจากของเสียอุตสาหกรรมเกษตร

                   การผลิตเซลล์จุลินทรีย์ที่มีความสำคัญทางการค้าสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ตามลักษณะการนำไปใช้ประโยชน์คือ จุลินทรีย์ที่ผลิตขึ้นเพื่อใช้เป็นแหล่งอาหารโปรตีนสำหรับมนุษย์และสัตว์ (single cell protein, SCP) และจุลินทรีย์ที่ผลิตขึ้นเพื่อใช้เป็นเชื้อเริ่มต้น (microbial inoculant) ในกระบวนการหมักอาหารหรือใช้ในด้านการเกษตร การบำบัดนํ้าเสียและอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีการนำ ยีสต์ที่ใช้ในการทำเบียร์หรือยีสต์ขนมปังไปใช้เป็นแหล่งวิตามินและเกลือแร่ในทางการแพทย์ และการผลิตสารสกัดจากยีสต์ขนมปังเพื่อใช้เป็นสารให้กลิ่นรสและเป็นแหล่งของวิตามินอีกด้วย

                   Single cell protein (SCP) หมายถึง จุลินทรีย์ที่ใช้เป็นแหล่งโปรตีนในอาหารมนุษย์หรือสัตว์ ซึ่งอาจอยู่ในรูปโปรตีนที่สกัดออกมาจากเซลล์แล้ว หรืออาจอยู่ในรูปเซลล์จุลินทรีย์ทั้งเซลล์ก็ได้ อย่างไรก็ตามในปัจจุบันเริ่มมีการใช้คำ ว่า microbial biomass protein (MBP) เข้ามาแทนที่ SCP เพื่อให้ครอบคลุมฟังไจซึ่งเป็นจุลินทรีย์หลายเซลล์ด้วย

 ประวัติการผลิต SCP

                   การผลิต SCP ครั้งแรกเริ่มขึ้นในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 1 ที่ประเทศเยอรมนี เนื่องจากภาวะสงครามทำให้เกิดการขาดแคลนอาหาร จึงได้มีการผลิตเซลล์ยีสต์ขนมปัง (Saccharomyces cerevisias) เพื่อใช้เป็นแหล่งโปรตีนในอาหารสำหรับมนุษย์ โดยใช้กากนํ้าตาลเป็นสับสเตรทหลัก ต่อมาในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 ก็ได้มีการพัฒนาการผลิตโดยใช้เชื้อCandida utilis หมักใน sulfite waste liquor ที่ได้จากอุตสาหกรรมการผลิตกระดาษ และนํ้าตาล ที่ได้จากการย่อยสลายไม้ มาใช้เป็นสับสเตรท หลังจากนั้นจึงมีการศึกษาเกี่ยวกับการผลิต SCP กันอย่างกว้างขวางและจริงจัง จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1968 ได้มีการก่อตั้งโรงงานผลิต SCP เกิดขึ้นเป็นจำนวนมากในหลายๆประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา สวิสเซอร์แลนด์ ไต้หวัน สหภาพโซเวียต ญี่ปุ่น ฟินแลนด์ ฝรั่งเศส อังกฤษ และไทยเป็นต้น

 ประโยชน์ของการใช้จุลินทรีย์สำหรับกาผลิต SCP

                   1. จุลินทรีย์สามารถเจริญได้ดีและเร็ว จุลินทรีย์โดยทั่วไปสามารถเจริญได้อย่างรวดเร็วในอาหารและสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม Bacteria เป็นจุลินทรีย์ที่มีอัตราการเจริญสูงกว่ายีสต์และรา

                   2. ปรับปรุงสายพันธุ์ได้ง่าย เนื่องจากจุลินทรีย์ที่เราใช้ทำ Single cell protein เป็นจุลินทรีย์ที่เรารู้จักรูปร่าง องค์ประกอบและปัจจัยในการเจริญเป็นอย่างดีแล้ว ดังนั้นเราจึงสามารถปรับปรุงสายพันธ์ได้โดยง่าย ประกอบกับเทคโนโลยีในการตัดต่อ gene

                   3. ใช้ทดแทนโปรตีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ พบว่าปริมาณสารอาหารในจุลินทรีย์มีปริมาณที่เพียงพอที่จะนำ มาเป็นอาหาร เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิค ไขมัน แร่ธาตุ

                   4. ใช้พื้นที่น้อยและการผลิตขึ้นกับสภาพอากาศ จุลินทรีย์เป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมาก ดังนั้นจึงใช้พื้นที่ในการผลิตน้อย แต่ได้จำนวนมากตามต้องการ

                   5. ใช้วัสดุได้หลากหลาย ในการผลิตสามารถใช้วัตถุดิบได้หลายชนิดเช่น รวมทั้งยังสามารถใช้ Waste ในการผลิตได้อีกด้วย

 สับสเตรทที่ใช้ในการผลิต SCP

                   การผลิต SCP สามารถใช้สับสเตรทได้หลายชนิด โดยทั่วไปได้แก่ อัลเคน แอลกอฮอล์ และ คาร์โบไฮเดรต อย่างไรก็ตาม หลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 การผลิต SCP ส่วนใหญ่มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ ดังนั้นกระบวนการผลิตจึงต้องใช้ต้นทุนตํ่าพอที่จะแข่งขันกับราคาพืชที่ใช้เป็นองค์ประกอบในอาหารสัตว์ได้ สับสเตรทที่ใช้ในการผลิตเป็นต้นทุนการผลิต SCP ประมาณ 40%-60% ในระยะแรกจึงนิยมใช้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนซึ่งได้จากกระบวนการผลิตนํ้ามันปิโตรเลียมเป็นสับสเตรท เนื่องจากสารเหล่านี้มีราคาถูกมากในสมัยนั้น อย่างไรก็ตามตั้งแต่ปี ค.ศ. 1973 เป็นต้นมา ราคานํ้ามันและผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่ได้จากกระบวนการผลิตนํ้ามันมีราคาสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้ต้นทุนการผลิต SCP เพิ่มสูงขึ้นมาก ประกอบกับที่การพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านการเกษตร ทำให้สามารถผลิตพืชเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ได้ปริมาณมาก ในราคาถูก และคงที่ จึงเป็นผลให้อุตสาหกรรมการผลิต SCP เพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ต้องปิดไปหลายแห่ง ส่วนที่เหลืออยู่ก็ได้พยายามพัฒนาการผลิต SCP ให้มูลค่าสูงขึ้นเพื่อใช้เป็นอาหารมนุษย์

 ตารางที่ 6  แสดงปริมาณโปรตีนก่อนและหลังกระบวนการผลิต SCP ในตัวอย่างเชื้อจุลินทรีย์

 

 

จุลินทรีย์

โปรตีน (มิลลิกรัม/เซลล์)

ก่อน

หลัง

Candiad lipolytica NRRL-Y-323

10.4

75

C. lipolytica NRRL-Y-1094

13.1

100

C. lipolytica NRRL-Y-37-1

8.3

70

C. lipolytica NRRL-Y- 60-26

9.4

68

C. utilis NRRL-Y-900

6.5

42

C. intermedia NRRL-Y-6328-1

7.7

11

Saccharomycete cerevisiae (bakers yeast)

6.9

8

S. cerevisiae strain A364A(a) (haploid)

6.9

21

Bacillus subtilis

2.3

9.5

Hansenula polymorpha

9.2

52

 จากตารางที่ 6 จะเห็นได้ว่าปริมาณโปรตีนหลังกระบวนการผลิตเมื่อเทียบกับก่อนการผลิตนั้นมีปริมาณที่มากกว่าอย่างเห็นได้ชัดเช่น C. lipolytica NRRL-Y-323 ก่อนกระบวนการมี 10.4 หน่วย หลัง กระบวนการมี 75 หน่วย

 จุลินทรีย์ที่ใช้ในการผลิต SCP

                   จุลินทรีย์ที่ใช้ในการผลิต SCP มีหลายชนิด ทั้งแบคทีเรีย ยีสต์ รา และสาหร่าย ดังตัวอย่างในตารางที่ 7 การจะเลือกใช้จุลินทรีย์ชนิดใดในกระบวนการผลิตนั้น โดยทั่วไปจะพิจารณาจากปัจจัยต่าง ๆ หลายประการ คือ

                   1. สับสเตรท ต้องเลือกใช้จุลินทรีย์ที่สามารถใช้สับสเตรทที่ต้องการให้ใช้ได้

                   2. อัตราการเจริญและการสร้างผลผลิต โดยทั่วไปแบคทีเรียจะมีอัตราการเจริญสูงกว่ายีสต์และรา และผลิตโปรตีนได้สูงกว่าด้วย และราคาถูก หาง่ายในท้องถิ่น

                   3. ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง และ pH ตํ่า โดยทั่วไปแบคทีเรียจะทนอุณหภูมิสูงได้ดีกว่าฟังไจ จึงประหยัดค่าใช้จ่ายในการควบคุมอุณหภูมิของถังหมัก ในขณะที่ฟังไจมีความทนทานต่อ pH ตํ่าได้ดีกว่าแบคทีเรีย ทำให้ลดโอกาสการปนเปื้อนจากจุลินทรีย์อื่น

                   4. ความต้องการอากาศและการเกิดฟอง โดยทั่วไปการให้อากาศในกระบวนการหมักที่ใช้แบคทีเรียและยีสต์จะง่ายกว่า เนื่องจากการเจริญเป็นเส้นใยของเชื้อราทำให้อาหารมีความหนืดสูงและทำให้มีปัญหาในการให้อากาศ

                   5. ความปลอดภัยและการยอมรับ ต้องเลือกใช้จุลินทรีย์ที่ไม่ก่อให้เกิดโรค ไม่สร้างสารพิษและเป็นที่ยอมรับของผู้บริโภค

                   6. การเก็บเกี่ยวผลผลิต โดยทั่วไปการเก็บเกี่ยวเส้นใยของเชื้อราจะทำได้ง่าย ๆ โดยการกรองในขณะที่การเก็บเกี่ยวเซลล์แบคทีเรียและยีสต์ต้องใช้เครื่องเซนตริฟิวจ์

                   7. องค์ประกอบของโปรตีน RNA และสารอาหารอื่น ๆ ในผลผลิต โดยทั่วไปแบคทีเรียจะมีโปรตีนสูงกว่าจุลินทรีย์ชนิดอื่น และมีองค์ประกอบของกรดอะมิโนที่มีคุณภาพดีกว่ายีสต์และรา แต่เซลล์แบคทีเรียก็มี RNA ปริมาณสูงกว่าจุลินทรีย์ชนิดอื่นด้วย จึงอาจก่อให้เกิดปัญหาโรคเกาท์และนิ่วในไตได้ ดังนั้นจึงต้องมีการกำ จัด RNA ออกไปให้เหลือประมาณร้อยละ 1-2 ก่อนที่จะนำ ไปใช้เป็นอาหารมนุษย์

                   8. เจริญในอาหารที่มีส่วนประกอบง่าย ๆ

                   9. มีความทนทานต่อการแปดเปื้อนของเชื้ออื่น

                   10. ทราบคุณสมบัติทางพันธุกรรมเป็นอย่างดี

                   11. มีของเหลือทิ้งน้อยที่สุด

                   12. เก็บรักษาและบรรจุได้ง่าย

แสดงตัวอย่างของจุลินทรีย์ (Bacteria Yeast Mold and Higher Fungi และ Algar) และอาหารที่เหมาะสมของแต่ละตัว เช่น Cellulomonas spp.ใช้ Bagasse , Candida utilis ใช้ Etahnol, sulfite waste liquor จะเห็นว่าเราสามารถใช้อาหารได้หลากหลาย และอาหาร 1 ชนิด สามารถใช้เลี้ยงเชื้อได้หลายชนิด เช่น Kluyveromyces fragilis กับ Penicillium cyclopium ซึ่งสามารถใช้ Cheese whey ได้เหมือนกัน และจากตัวอย่างข้างต้น เรายังสามารถใช้ waste และสิ่งที่มีอยู่ตามธรรมชาติได้เช่น CO2 และแสงแดด

 ตารางที่  7  ตัวอย่างจุลินทรีย์และสับสเตรทที่ใช้ในการผลิต SCP

 

 

จุลินทรีย์

แหล่งคาร์บอน

Bacteria

 

     Cellulomonas spp.

Bagasse

     Alcaligenes spp.

 

Methylophilus methylotrophus

Methanol

     Methylococcus capsulatus

Methane

Yeast

 

     Candida utilis

Etahnol, sulfite waste liquor

     Candida lipolytica

n-Alkanes

     Kluyveromyces fragilis

Cheese whey

      Saccharomyces cerevisiae

Molasses

Mold and Higher Fungi

 

     Cephalosporium eichorniae

Cassava starch

     Paecilomyces varioti

Sulfite waste liquor

     Penicillium cyclopium

Cheese whey

     Chaetomium cellulolyticum

Agriculture and forestry waste

Algae

 

     Scenedesmus acutus

CO2, sunlight

     Spirulina maxima

CO2, HCO3, CO3, sunlight

 

ปัจจัยที่จำเป็นต่อการเจริญของยีสต์

                   1. แหล่งคาร์บอนและพลังงาน  ยีสต์ใช้สารอินทรีย์เป็นแหล่งคาร์บอน และแหล่งพลังงานทั้งในสภาพที่มีออกซิเจนและปราศจากออกซิเจน ยีสต์ส่วนมากจะใช้ fermentable sugar เช่น D-glucose, Dfructose และ D-mannose ได้ดี บางชนิดก็สามารถใช้แป้งได้ เช่น Endomycopsis fibuligera บางชนิดก็ใช้ inulin ได้เช่น Fabospora fragilis บางชนิดก็ใช้ pentose ได้เช่น Candida utilis นอกจากนี้บางชนิดยังใช้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนได้

                   2. แหล่งไนโตรเจน  ยีสต์ต้องการแหล่งไนโตรเจนเพื่อใช้ในการสร้างโปรตีนของตัวเองแหล่งไนโตรเจนที่ยีสต์นำ มาใช้ได้มีหลายอย่าง ยีสต์ทุกชนิดใช้แอมโมเนียมซัลเฟตเป็นแหล่งไนโตรเจนได้ ส่วนแอมโมเนียมฟอสเฟต โมโนและไดแอมโมเนียมฟอสเฟต แอมโมเนียมไบคาร์บอเนต แอมโมเนียมคาร์บอเนต แอมโมเนียมทาร์เตรทและยูเรียนั้น ยีสต์หลายชนิดสามารถใช้ได้ดี ในการผลิตยีสต์เพื่อเป็นอาหารเสริมโปรตีนส่วนมากนิยมใช้สารละลายแอมโมเนียซัลเฟตหรือยูเรีย

                   3. แหล่งฟอสฟอรัส  ยีสต์ต้องการแหล่งฟอสฟอรัสเพื่อใช้ในการสร้างพลังงานเซลล์ยีสต์มีความสามารถดูดซึม สารโปแตสเซียมไฮโดรเจนฟอสเฟตได้ดีกว่าไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟตสารอาหารอื่นๆ นั้น ยีสต์ต้องการในปริมาณตํ่า ได้แก่ แร่ธาตุต่าง ๆ เพื่อเป็นโคแฟคเตอร์ของเอนไซม์ต่าง ๆ เช่น แมกนีเซียม โคบอลท์ โมลิบดีนัม ทองแดง และสังกะสี เป็นต้น นอกจากนั้น ยีสต์ยังต้องการ growth factor บางชนิดเช่น ไบโอติน แพนโททีนิคแอซิดอิโนซิโทล ไทอามีน นิโคลินิคแอซิด ไมริดอกซิน และโฟลิคแอซิด

                   4. ความเป็นกรด-เบสของอาหาร  ยีสต์เป็นจุลินทรีย์ที่สามารถเจริญได้ดีในอาหารที่มีความเป็นกรดมากกว่าจุลินทรีย์ชนิดอื่น ๆ ปกติ pH ที่เหมาะสมของยีสต์ทั่วไปอยู่ระหว่าง 4.5-5.5 pH ที่เหมาะสมแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน เช่น C. utilis pH ที่เหมาะสมคือ 4.5-5.5 และ E. Fibuligera pH ที่เหมาะสมคือ 6.0 เป็นต้น

                   5. อุณหภูมิ  ยีสต์ส่วนใหญ่เจริญได้ดีระหว่าง 20 - 30o C แต่อุณหภูมิที่เหมาะสมของยีสต์แต่ละชนิดจะแตกต่างกันเช่น E. fibuligera กับ Saccharomyces cerevisiae นำ มาหมักแบบ symba yeast, process ในมันเส้น 5 % โดยใช้อุณหภูมิที่เหมาะสม 35oC   

ตารางที่  8  ปริมาณสารอาหารในจุลินทรีย์ชนิดต่าง ๆ

 

 

Biomass

Products

Bacteria/

methanol

Yeasts/

Paraffin

Yeasts/

Carbohydrates

Fungi/

Carbohydrates

Algae/

CO2

Curde protein,%

80

55 - 60

45 - 50

35 - 45

40 - 60

Nucleic acids, %

10 - 15

5 - 8

10

10

6

Fat, %

8

9

2 - 5

2 - 5

5 - 9

Minerals, %

7 - 8

8

5 - 10

5 - 10

10 - 15

Isoleucine

4.5

3

4.5

5

5 - 6

Alanine

7

6

6

6.5

 

Leucine

7

5.5

6.5

7

8 - 9

Glycine

5.5

3

5

5

 

Lysine

6

6.5

6.5

6.5

4 - 5

Prolein

3.5

2.5

3.5

4

 

Valine

5

3.5

5

5

6 - 7

Arginine

4.5

3.5

4.5

5

 

 กระบวนการผลิต SCP

                   กระบวนการหมักที่ใช้ในการผลิต SCP แต่ละชนิด จะมีรายละเอียดแตกต่างกันไปตามชนิดของสับสเตรทและจุลินทรีย์ที่ใช้ แต่โดยทั่วไปจะใช้ระบบ submerged fermentation ซึ่งต้องการอากาศในปริมาณมาก และต้องมีระบบการกวนผสมที่ดี เพื่อให้จุลินทรีย์เจริญเพิ่มจำนวนได้อย่างรวดเร็ว รวมทั้งต้องมีระบบทำ ความเย็นเพื่อลดอุณหภูมิในถังหมักซึ่งเพิ่มสูงขึ้นในระหว่างที่จุลินทรีย์มีการเจริญเพิ่มจำนวน

                   การเก็บเกี่ยวผลผลิต ในกรณีที่ผลผลิตเป็นเซลล์แบคทีเรียหรือยีสต์ การเก็บเกี่ยวเซลล์จะต้องใช้เครื่องเซนตริฟิวจ์ โดยอาจมีการทำ ให้เซลล์เข้มข้นขึ้นก่อนโดยการใช้ความร้อน หรือใช้สารที่ช่วยให้เซลล์จับกลุ่มกัน (flocculant) เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการเซนตริฟิวจ์ แต่ในกรณีที่เป็นเชื้อรา อาจใช้วิธีการกรองด้วย rotary vacuum filter หรือใช้เครื่องเซนตริฟิวจ์ความเร็วตํ่าในการแยกเซลล์ก็ได้ หลังจากนั้นจึงนำ ไปทำให้แห้งการลดปริมาณกรดนิวคลิอิก ในกรณีที่ผลิต SCP เพื่อใช้เป็นอาหารมนุษย์ จำเป็นจะต้องมีขั้นตอนการลดปริมาณกรดนิวคลิอิกด้วย ภายหลังกระบวนการหมักสิ้นสุดลง โดยอาจใช้วิธี heat shock โดยการเพิ่มอุณหภูมิขึ้นเป็น 64 องศาเซลเซียสอย่างรวดเร็ว เพื่อให้เอนไซม์ RNase ภายในเซลล์ย่อยสลาย rRNA ไปเป็น 5′-nucleotide ซึ่งสามารถแพร่ออกมานอกเซลล์ละลายอยู่ในอาหารเลี้ยงเชื้อได้ หรืออาจใช้ด่าง เช่น แอมโมเนีย ในการสกัดและตกตะกอนแยกกรดนิวคลิอิกออกไปก็ได้ หลังจากนั้นจึงปรับ pH ให้เป็นกลาง แล้วจึงแยกเซลล์ออกไปทำให้แห้ง

 หัวเชื้อเริ่มต้น (Microboal inoculant)

                   ปัจจุบันมีการผลิตเซลล์จุลินทรีย์เพื่อใช้เป็นเชื้อเริ่มต้น (microbial inoculant) ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ หลายชนิด โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมอาหาร ตัวอย่างเช่น การผลิตยีสต์ขนมปังการผลิตเชื้อเริ่มต้นสำ หรับอุตสาหกรรมนม และการผลิตเชื้อเริ่มต้นสำ หรับอุตสาหกรรมเนื้อนอกจากนี้ยังมีการผลิต microbial inoculant เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านอื่น ๆ ที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตอาหารโดยตรงอีกหลายชนิด ดังตัวอย่างในตารางที่ 9

 ตารางที่  9  การใช้ประโยชน์ microbial inoculant ในด้านต่าง ๆ

 

 

Application

Microbial species

Function

Insecticides

Bacillus thuringiensis

Pathogenic to lepidoptera larvae

 

B. popiliae

Pathogenic to Japanese beetle

 

Beauveria tenella

Pathogenic to May bug larvae

 

Veticillium lecanii

Controls aphids and white flies

 

Hirsutella thompsonii

Controls mites on citrus plants

 

Metarrhizium sp.

Controls lepidoptera species

Nitrogen

Free-linving and symbiotic

Emphasis on production of

    Fixation

N i t r o g e n - f i x i n g

Legume inoculants of

 

prokaryotes

Rhizobium species to

 

 

Increase nitrogen fixation

Plant growth

Endomycorrhizae of the

 

    Accerelation

family

 

    Using

Endogonaceae, phylum

 

    Mycorrhizal

Zygomycota (vesicular-

 

    Fungi

Arbuscular fungi).

 

 

Ectomycorrhizae of the

 

 

Phylum dikaryomycota

 

 

-majority are

 

 

Basidiomycetes

 

 

การผลิตยีสต์ขนมปัง

                   ยีสต์ เป็น Saccharomyces cerevisiae ที่นิยมใช้ในการผลิตขนมปัง เนื่องจากสามารถหมักนํ้าตาลในโด (dough) ได้เป็นแอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์ ทำ ให้ขนมปังขึ้นฟู และช่วยเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของกลูเตน (gluten) โดยการย่อยสลายพันธะไดซัลไฟด์ในโมเลกุลทำให้สามารถเก็บรักษาคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ได้ดีขึ้น นอกจากนี้ยังทำ ให้ขนมปังมีกลิ่นรสที่ดีอีกด้วย

                   ในศตวรรษที่ 17 เริ่มมีการใช้เซลล์ยีสต์เติมลงไปในกระบวนการผลิตขนมปัง แต่ยีสต์ที่ใช้ในระยะนั้นได้มาจากอุตสาหกรรมการผลิตเบียร์ ทำ ให้ได้ขนมปังที่มีรสขมและคุณภาพไม่แน่นอน ต่อมาในปี ค.ศ. 1781 จึงได้มีการนำ ยีสต์จากอุตสาหกรรมการผลิตเหล้า (distiller’s yeast) มาใช้แทน และในปี ค.ศ. 1846 ได้เริ่มมีการผลิตเซลล์ยีสต์เพื่อใช้ในการผลิตขนมปัง (baker’s yeast) ขึ้นโดยเฉพาะ โดยใช้วิธี submerged fermentation ต่อมาในปี ค.ศ. 1877 ได้มีการปรับปรุงกระบวนการผลิตโดยการเติมอากาศลงไปในกระบวนการหมักด้วย และในช่วง ค.ศ. 1915-1920 ได้เริ่มมีการใช้ระบบ fed-batch fermentation ในการผลิตยีสต์ขนมปัง ทำให้ผลิตเซลล์ยีสต์ได้ปริมาณสูงขึ้น และยีสต์ที่ได้มีอายุการเก็บนานขึ้นด้วย ในปัจจุบันแม้ว่าจะมีการพัฒนากระบวนการผลิตยีสต์โดยใช้ระบบต่อเนื่องได้แล้ว แต่อุตสาหกรรมการผลิตยีสต์ขนมปังส่วนใหญ่ยังคงนิยมใช้ระบบ fed-batch fermentation ในแต่ละปีมีการผลิตยีสต์ขนมปังปริมาณสูงถึง 1.8 ล้านตัน

                   การผลิตยีสต์ขนมปังส่วนใหญ่นิยมใช้กากนํ้าตาลเป็นสับสเตรท โดยใช้เกลือแอมโมเนียมหรือยูเรียเป็นแหล่งไนโตรเจน เติมกรดฟอสฟอริก หรือสารประกอบฟอสเฟตในรูปอื่น และไบโอติน อย่างไรก็ตามในกรณีที่ใช้กากนํ้าตาลอ้อย อาจไม่จำ เป็นต้องเติมไบโอติน เพราะในกากนํ้าตาลอ้อยมีไบโอตินปริมาณสูงอยู่แล้ว แต่ในกรณีที่ใช้กากนํ้าตาลบีท จำเป็นต้องเติมไบโอตินลงไปด้วย หรืออาจใช้วิธีผสมกากนํ้าตาลอ้อยอย่างน้อยร้อยละ 20 ก็ได้

                   กระบวนการผลิตยีสต์ขนมปังโดยทั่วไปจะใช้ถังหมักขนาด 50-350 ลูกบาศก์เมตร หรือใหญ่กว่านี้ และอาจใช้ขั้นตอนการเพิ่มจำนวนเซลล์มากถึง 8 ขั้นตอน กระบวนการหมัก 2 ขั้นตอนแรก ตามปกติจะใช้ aseptic fermentation แต่หลังจากนั้นมักไม่ใช้ aseptic fermentation การเตรียมเชื้อเริ่มต้นในขั้นสุดท้าย และการผลิตยีสต์ในถังหมัก (production fermenter) จะมีการเติมกากนํ้าตาลเพิ่มเข้าไปในถังหมักเป็นระยะ ๆ เพื่อให้ได้เซลล์จำนวนมากที่มีประสิทธิภาพในการหมักสูง และสามารถเก็บรักษาได้นาน อุณหภูมิในถังหมักตามปกติจะควบคุมให้อยู่ในช่วง 28-30 องศาเซลเซียส pH 4.1-5.0 โดยนิยมให้ pH เริ่มต้นตํ่าประมาณ 4.0-4.4 เพื่อลดโอกาสการปนเปื้อนจากแบคทีเรีย เมื่อสิ้นสุดกระบวนการหมัก pH จะเพิ่มขึ้นอยู่ในช่วง 4.8-5.0 ในระหว่างการหมักจะมีการให้ออกซิเจนเพื่อให้ยีสต์เจริญเพิ่มจำนวนได้ดีและเมื่อหยุดเติมกากนํ้าตาลแล้ว ยังต้องมีการให้อากาศต่ออีกระยะหนึ่ง เพื่อให้ได้ยีสต์ที่มีคุณภาพดี และมีอายุการเก็บรักษาได้นาน โดยทั่วไปจะได้ผลผลิตประมาณ 40 - 60 กรัม (นํ้าหนักแห้ง) ต่อลิตร

                   การเก็บเกี่ยวเซลล์ยีสต์ทำ ได้โดยใช้เครื่องเซนตริฟิวจ์แบบต่เนื่อง (nozzle type) แยกส่วนนํ้าทิ้งไป ส่วนเซลล์ยีสต์ที่ได้จะมีลักษณะคล้ายครีม (cream yeast, 18 - 20 % solid) หลังจากนั้นอาจนำ ไปกรองโดยใช้ rotary vacuum filter แล้วนำไปอัดเป็นก้อน (compressed yeast, 27-28 % solic) หรืออาจนำ ไปผสม emulsifier เช่น sorbitan monostearate แล้วจึงนำไปอัดผ่าน perforated plate ในเครื่อง extruder ได้เป็นเส้นขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 3 มิลลิเมตร ตัดให้มีขนาดยาวประมาณ 0.3-1 มิลลิเมตร หลังจากนั้นนำไปทำให้แห้ง โดยใช้ continuous belt dryer ที่อุณหภูมิ 25-45 องศาเซลเซียส เป็นเวลาประมาณ 6 ชั่วโมง จะได้ยีสต์ผง (active dry yeast) ที่มีความชื้นประมาณร้อยละ 7.5-8.3 หรืออาจทำให้แห้งอย่างรวดเร็วภายในเวลา 10-30 นาที ในเครื่อง air-lift fluidized bed dryer โดยเป่าด้วยอากาศร้อนอุณหภูมิประมาณ 100-150 องศาเซลเซียส ซึ่งทำให้ยีสต์มีอุณหภูมิอยู่ในช่วง 24-40 องศาเซลเซียส ยีสต์ผงที่ได้จะมีความชื้นประมาณร้อยละ 7 สามารถละลายนํ้าได้ง่าย (instant active dry yeast) จึงใช้ผสมลงในส่วนผสมต่าง ๆ ของโดได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องนำ ไปละลายนํ้าก่อน ในขณะที่การใช้ active dry yeast จะต้องนำไปละลายนํ้าก่อนในอัตราส่วน 1 : 4 (ยีสต์ : นํ้า) เป็นเวลาประมาณ 10-15 นาที

                   ยีสต์ขนมปังที่ผลิตจำหน่ายมีทั้งในรูปยีสต์สด (cream yeast และ compressed yeast) และยีสต์ผง (active dry yeast และ instant active dry yeast) โดยทั่วไปยีสต์สดจะมีอายุการเก็บในตู้เย็นได้นานประมาณ 4 สัปดาห์ (ประสิทธิภาพในการหมักจะลดลงร้อยละ 3-5 ต่อสัปดาห์ เมื่อเก็บที่อุณหภูมิ 5-8 องศาเซลเซียส) ในขณะที่ยีสต์ผงที่บรรจุในถุงปิดสนิทสามารถเก็บได้นานกว่า 3 เดือน โดยไม่ต้องแช่เย็น และถ้าบรรจุในถุงสุญญากาศหรือภายใต้บรรยากาศไนโตรเจน จะสามารถเก็บที่อุณหภูมิห้องได้นานถึง 1 ปี อย่างไรก็ตามยีสต์ผงจะมีราคาแพงกว่ายีสต์สด

                   การผลิตเชื้อเริ่มต้นเพื่อใช้ในการทำขนมปัง นอกจาก S. cerevisiae แล้ว ก็ยังมีการผลิตยีสต์ชนิดอื่น และแบคทีเรียแลคติก เพื่อใช้ในการผลิตขนมปังบางชนิดอีกด้วย ดังตัวอย่างในตารางที่ 10

 ตารางที่ 10  แบคทีเรียแลคติกและยีสต์ที่ใช้ในการผลิตขนมปังเปรี้ยว (sour bread)

 

 

Lactobacilli

Yeasts

Homofermentatinve

Heterofermentative

L. acidophilus

L. brevis

Saccharomyces cerevisiae

L. casei_L. delbrueckii

L. brevis var lindneri

Saccharomyces

L. farcimins

L. buchneri

exiguus_Pichia saitoi

L. plantarum

L. fermentum

Candida crusei

 

L. fructovorans

Torulopsis holmii

 

L. sanfrancisco

 

 

การผลิตเชื้อเริ่มต้นสำหรับอุตสาหกรรมนม

                   จุลินทรีย์ที่สำคัญที่ใช้ในอุตสาหกรรมนมหมัก ได้แก่ แบคทีเรียแลคติก และเชื้อราบางชนิด ซึ่งใช้ในการผลิตเนยแข็ง และนมเปรี้ยวชนิดต่าง ๆ ดังแสดงในตารางที่ 6 การผลิตสปอร์ราเพื่อใช้เป็นเชื้อเริ่มต้นในการผลิตเนยแข็ง มีการผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็ก โดยใช้กระบวนการหมักแบบ surface culture แล้วจำหน่ายในรูปของผงสปอร์สำหรับการผลิตแบคทีเรียแลคติกนั้น ในปัจจุบันมีการผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดให