Saccharomyces cerevisiae
Ethanol Production from Chemical Pretreated Oil Palm Trunk by Yeast Saccharomyces cerevisiae
สุรีย์พร กำเนิดกลาง1 นูรฮายาตี อามะ2 กนกพร สังขรักษ์3 และสมพงศ์ โอทอง4*
Sureeporn Kumneadklang1, Nurahatee Arhma2, Kanokporn Sangkarak3 and Sompong O-Thong 4*
1 นิสิตปริญญาโท สาขาวิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณ สงขลา 90000
2 นิสิตปริญญาตรี สาขาวิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณ สงขลา 90000
3 อ.ดร., สาขาวิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณ สงขลา 90000
4 อ.ดร., สาขาวิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณ สงขลา 90000
* Corresponding author: E-mail:[email protected], โทรศัพท์/โทรสาร: 0-7469-3992
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์มที่ผ่านการเตรียมโดยวิธีทางเคมีโดยศึกษาก ารเตรียมลำต้นปาล์มด้วย ร้อยละ 2 ของ H2SO4 NaOH และ NaOH+H2O2 ต่อคุณภาพของเซลลูโลสจากลำต้น ปาล์มในการย่อยเซลลูโลสด้วยเอนไซม์ และ ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอทานอลด้วยยีสต์การเตรีย มลำต้นปาล์มด้วยร้อยละ 2 ของ NaOH+H2O2 ย่อยเฮมิเซลลูโลสได้สูงที่สุด รองลงมาคือร้อยละ 2 ของ NaOH และร้อยละ 2 ของ H2SO4 การเตรียมลำต้นปาล์มด้วยร้อยละ 2 ของ NaOH+H2O2 ที่อัตราส่วนเซลลูโลสต่อปริมาณ สารละลาย เท่ากับ ร้อยละ5 10 และ 15 ให้ของแข็งที่ได้ร้อยละ 82.67 86.55 และ 88.47 โดยน้ำหนักตามลำดับ นำลำต้นปาล์มที่ผ่านการเตรียมด้วย NaOH+H2O2 มาย่อยด้วยเอนไซม์ Cellulase และ -Galatosidase ให้ค่า ความเข้มข้นของน้ำตาลทั้งหมดสูงที่สุดถึง 20.34 กรัมต่อลิตร เมื่อนำมาทำการหมักด้วยเชื้อ Saccharomyces cerevisiae ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 72 ชั่วโมง ให้ผลผลิตเอทานอล 7.9 กรัมต่อลิตร
คำสำคัญ: เซลลูโสล ลำต้นปาล์มแก่ การปรับสภาพ เอทานอล
117
การผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์ม
สุรีย์พร กำเนิดกลาง และคณะ วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณ
ปีที่ 15 ฉบับที่ 3 ฉบับพิเศษ 2555 จากงานประชุมวิชาการระดับชาติ มหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 22 ปี 2555
ปาล์มน้ำมันเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญ ปลูกมากในจังหวัดภาคใต้ของไทย ซึ่งจังหวัดที่ถือว่าเป็นเขตเศรษฐกิจบทนำ ปาล์มน้ำมัน ได้แก่ จังหวัดกระบี่ สุราษฎร์ธานี ชุมพร สตูล ตรัง ประจวบคีรีขันธ์ ระนอง นครศรีธรรมราช สงขลา และพังงา โดยมีพื้นที่ปลูกปาล์มน้ำมันทั้งสิ้น ประมาณ 3.5 ล้านไร่ในปี 2552 [1] และมีความสำคัญมากขึ้นเป็นลำดับ เนื่องจากรัฐบาลได้ให้ความสำคัญในเรื่องส่งเสริมพื้นที่การเพาะปลูกเพิ่มเป็น 10 ล้านไร่ภายในปี 2572 เพื่อ เพิ่มปริมาณวัตถุดิบทะลายปาล์มที่จะป้อนเข้าสู่โรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม เพื่อให้มีน้ำมันดิบสำหรับการแปรรูป เป็นไบโอดีเซล ปาล์มจะเริ่มให้ผลผลิตเมื่ออายุ 2.5 ปี และมีผลผลิตลดลงเมื่ออายุ 20-25 ปี ดังนั้นจึงมีการ โค่นต้นปาล์มทิ้งเมื่ออายุได้ 25 ปี เพื่อปลูกใหม่ทดแทน และปล่อยทิ้งต้นปาล์มให้ย่อยสลายเป็นปุ๋ยหรือเผาทิ้ง ในส่วนปาล์ม ต้นปาล์มที่โค่นทิ้งหลังจากต้นปาล์มมีอายุมาก (>25 ปี) และมีผลผลิตน้อย มีจำนวนประมาณ 70 ตันน้ำหนักแห้งต่อไร่ของพื้นที่ปลูกปาล์ม [2] ใน ประเทศไทยมีพื้นที่ของต้นปาล์มน้ำมันที่รอโค่นประมาณ 20,000-45,000 ไร่ต่อปี ดังนั้นในแต่ละปีจะมีมวลชีวภาพจากลำต้นปาล์มประมาณ 1 ล้านตันต่อปี [3]
ต้นปาล์มน้ำมันมีเซลล์เก็บน้ำตาล (sap cell) ประมาณร้อยละ 70 ของน้ำหนักต้นเมื่อนำไปคั้นสดได้น้ำตาลมี
ความเข้มข้น 83 กรัมต่อลิตร [4] การนำลำต้นปาล์มน้ำโคนทิ้งไปบ่มเป็นเวลา 30 วัน ส่งเสริมการย่อยสลาย แป้งภายในลำต้นและส่งผลให้มีความเข้มข้นของน้ำตาลสูงถึง 153 กรัมต่อลิตร น้ำคั้นลำต้นปาล์ม ประกอบด้วยน้ำตาล กลูโคส ซูโครส ฟรุกโตส และกาแลกโตส ซึ่งเป็นน้ำตาลที่สามารถนำไปหมักด้วยยีสต์
เพื่อผลิตเอทานอลได้ [5] นำน้ำคั้นลำต้นปาล์มน้ำมันสดมีความเข้มข้นน้ำตาลทั้งหมดเท่ากับ 85.2 กรัมต่อลิตร ไปผลิตเอทานอลด้วยยีสต์ Saccharomyces cerevisiae ได้เอทานอล 32 กรัมต่อลิตร [3] นำลำต้นปาล์มมาใช้
ประโยชน์เพื่อผลิตพลังงานทดแทน โดยได้นำต้นปาล์มมาคั้นเอาน้ำไปผลิตเอทานอล ได้น้ำคั้นประมาณ 250 ลิตร ต่อต้น และเหลือกากที่เป็นของแข็งประมาณ 1,400 กิโลกรัมต่อต้น คิดเป็นประมาณร้อยละ 90 ของมวลชีวภาพลำต้น คงเหลืออยู่ในรูปของแข็ง จากการศึกษาองค์ประกอบส่วนของแข็งจากลำต้นปาล์ม พบว่า มีปริมาณลิกนินร้อยละ 16.5 ปริมาณเซลลูโลสร้อยละ 41.0 และมีปริมาณเฮมิเซลลูโลสร้อยละ 34.0 [6] การย่อยวัสดุจำพวกลิกโนเซลลูโลส
Abstracts
This research was to study the production of ethanol from the oil palm trunks pretreated with H2SO4, NaOH and NaOH + H2O2 following by cellulose hydrolysis cellulase and -Galatosidase and ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae. The effect of pretreatment on the quality of the cellulose was evaluated by enzymatic digestion. Treated oil palm trunks with 2% of NaOH + H2O2 releasing highest amount of hemicellulose. The second is 2 percent of NaOH and 2 percent of H2SO4 in the trunk of the palm, with 2 percent of NaOH + H2O2 ratio of acetic acid per volume of solution equal to 5 percent, 10 and 15, the solids obtained were 82.67 86.55 and 88.47. by weight, respectively. The palm tree that has been prepared by NaOH + H2O2 was digested with enzymes Cellulase and -Galatosidase. The highest concentration of total sugars and 20.34 grams per liter was used for fermentation. Saccharomyces cerevisiae at room temperature for 72 hours to yield 7.9 g of ethanol per liter
Keywords : Cellulose, Oil Palm Trunk, Pretreatment, Ethanol Production
เป็นการสกัดเอาส่วนที่เป็นเฮมิเซลลูโลสในลำต้นปาล์มออกมาซึ่งจะได้ทั้งของเหลวไฮโดรไลเสต และของแข็ง ที่มีโครงสร้างเป็นลิกนินยึดติดกับเซลลูโลสซึ่งมีปริมาณมากถึงร้อยละ 60 งานวิจัยนี้จึงมีความสนใจ ที่จะศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการปรับสภาพของแข็งเพื่อให้ได้ปริมาณเซลลูโลสจากลำต้นปาล์มน้ำมัน ที่มากที่สุดเพื่อนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอลต่อไป
วิธีการวิจัย 1. วิธีการดำเนินการวิจัย
1.1 วิธีการเตรียมตัวอย่างลำต้นปาล์มน้ำมัน
ใช้ตัวอย่างลำต้นปาล์มน้ำมันที่มีอายุประมาณ 25 ปี เตรียมตัวอย่างลำต้นปาล์มโดยการตัดลำต้นปาล์ม เป็นชิ้นเล็กๆหนาขนาด 10 เซนติเมตร จากนั้นนำไปตัดบดให้มีขนาด 2 มิลลิเมตรด้วยเครื่องบดขยะ นำไป แช่น้ำเป็นเวลา 24 ชั่วโมง แล้วคั้นแยกน้ำคั้นออก(เก็บไว้ใช้ในขั้นตอนการหมักเอทานอล) และนำส่วนที่เป็นกาก ของแข็งไปอบที่อุณหภูมิ 95 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 3 วัน จากนั้นนำไปบดให้มีความละเอียดขนาด 0.5 มิลลิเมตร โดยใช้เครื่องบดลำต้นปาล์ม (Hammer mill) แล้วจึงเก็บใส่ถุงพลาสติกไม่ให้โดนความชื้นเพื่อใช้ในการทดลองต่อไป
1.2 วิธีการเตรียมตัวอย่างเซลลูโลสจากลำต้นปาล์มด้วยวิธีการทางเคมี
ใช้ตัวอย่างลำต้นปาล์มน้ำมันจากข้อ 1.1 มาศึกษาการย่อยเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลเพื่อให้ได้น้ำตาลรีดิวซ์
สูงสุด โดยศึกษาเปรียบเทียบกันระหว่าง การย่อยด้วยสารละลาย H2SO4 การย่อยด้วยสารละลาย NaOH และการย่อยด้วยสารละลาย NaOH+H2O2 การเตรียมด้วยสารละลาย H2SO4, NaOH และNaOH+H2O2 นำตัวอย่างลำต้นปาล์มที่ผ่านการบดมาปรับสภาพโดยการแช่ในสารละลายกรด 2% (v/v) H2SO4 , 2% (w/v) NaOH และ 2% (w/v) NaOH+H2O2 ในอัตราส่วนของลำต้นปาล์มต่อสารละลาย (w/v) 5% (5g:100mL), 10%
(10g:100mL) และ 15% (15g:100mL) ผสมให้เข้ากันตั้งทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 24 ชั่วโมง เก็บตัวอย่างเมื่อเวลาผ่านไป 0, 4, 8, 12, 16, 20 และ 24 ชั่วโมง นำตัวอย่างไปกรองแยกส่วนที่เป็นกากของแข็ง ออกจากส่วนที่เป็นของเหลวแล้วนำไปทำการวิเคราะห์หาปริมาณเซลลูโลส และวัดปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์
3
1.2 ª·¸µ¦Á¦¸¥¤´ª°¥nµÁ¨¨¼Ã¨µ¨Îµoµ¨r¤oª¥ª·¸µ¦µÁ¤¸
Äo´ª°¥nµ¨Îµoµ¨r¤Îʵ¤´µ o° 1.1 ¤µ«¹¬µµ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨Ä®oÁÈÎʵµ¨Á¡ºÉ°Ä®oÅoÎʵµ¨¦¸·ªr¼» Ã¥
«¹¬µÁ¦¸¥Á¸¥´¦³®ªnµ µ¦¥n°¥oª¥µ¦¨³¨µ¥ HSO µ¦¥n°¥oª¥µ¦¨³¨µ¥ NaOH ¨³µ¦¥n°¥oª¥µ¦¨³¨µ¥
NaOH+H2O2
µ¦Á¦¸¥¤oª¥µ¦¨³¨µ¥ H2SO4, NaOH ¨³NaOH+H2O2
ε´ª°¥nµ¨Îµoµ¨r¤¸Énµµ¦¤µ¦´£µ¡Ã¥µ¦Ânĵ¦¨³¨µ¥¦ 2% (v/v) H2SO4 , 2% (w/v) NaOH ¨³ 2% (w/v) NaOH+H2O2 İ´¦µnª °¨Îµoµ¨r¤n°µ¦¨³¨µ¥ (w/v) % (g:1mL) ,1% (1g:1mL) ¨³ 1% (1g:1mL) ¤Ä®oÁ oµ´´Ê·ÊŪo¸É°»®£¼¤·®o° ÁÈÁª¨µ 24 ´ÉªÃ¤ ÁÈ´ª°¥nµÁ¤ºÉ°Áª¨µnµÅ , 4, 8, 12, 16, 2
¨³ 24 ´ÉªÃ¤ ε´ª°¥nµÅ¦°Â¥nª¸ÉÁȵ °Â Ȱ°µnª¸ÉÁÈ °Á®¨ªÂ¨oªÎµÅ嵦ª·Á¦µ³®r®µ
¦·¤µÁ¨¨¼Ã¨ ¨³ª´¦·¤µÎʵµ¨¦¸·ªr
1.3 «¹¬µ£µª³¸ÉÁ®¤µ³¤Äµ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨µ¨Îµoµ¨r¤oª¥Á°Å¤r
µ¦¨°¸Ê¤¸ª´»¦³rÁ¡ºÉ°«¹¬µ®µ£µª³¸ÉÁ®¤µ³¤Äµ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨µ¨Îµoµ¨r¤oª¥Á°Å¤rÃ¥
¤¸µ¦´Á¨º°Á°µ´ª°¥nµµ¨r¤¸Énµµ¦¥n°¥oª¥ª·¸µÁ¤¸ Ã¥Á¨º°´ª°¥nµ¸É¤¸µ¦¥n°¥¸¸É» °Ân¨³ª·¸¤µÎµµ¦«¹¬µ
£µª³¸ÉÁ®¤µ³¤Äµ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨Ã¥µ¦Än´ª°¥nµ 6 ¦´¤ Ä ª¦¼¤¡¼n µ´ÊÁ·¤ 1 M Citrate buffer pH 4.8
¤·¨¨·¨·¦ Îʵ¨´É 88 ¤·¨¨·¨·¦ Á·¤Á°Å¤r . ¤·¨¨·¨·¦ ɴ-glucosidase ¨³ . ¤·¨¨·¨·¦ Cellulase ¨Ä´ª°¥nµ ¨oª
εÅÁ oµÁ¦ºÉ°Á ¥nµÃ¥Îµµ¦n¤¸É°»®£¼¤· °«µÁ¨Á¸¥ Á ¥nµ 12 ¦°/µ¸ Á¡ºÉ°Ä®o´ª°¥nµ¤Á oµoª¥´ ¨³Îµ
µ¦ÁÈ´ª°¥nµ ¦´Ê¨n³ 2 ¤·¨¨·¨·¦»Ç 12 ´ÉªÃ¤¦ 72 ´ÉªÃ¤ Á¦·É¤ÁȸÉÁª¨µ , 12, 24, 36, 48, 6 ¨³ 72 ´ÉªÃ¤
µ¤¨Îµ´ µ´Êε´ª°¥nµ¸ÉÁÈŪ´nµµ¦¼¨ºÂ¸É 4 µÃÁ¤¦ Á¡ºÉ°ª·Á¦µ³®r®µ¦·¤µÎʵµ¨¦¸·ªr Ã¥ª·¸
° Somogyi – Nelson (Nelson, 1944; Somogyi, 192)
1.4 «¹¬µ´´¥Â¨³£µª³¸ÉÁ®¤µ³¤Äµ¦¨·Á°µ°¨
µ¦¨°¸Ê¤¸ª´»¦³rÁ¡ºÉ°®µ£µª³¸ÉÁ®¤µ³¤Äµ¦¨·Á°µ°¨ ¹É³Îµµ¦«¹¬µn°µ ( o°1.3)
εÁ·µ¦Ã¥µ¦Á¨¸Ê¥ÁºÊ° Saccharomyces cerevisiae ¨Ä°µ®µ¦Á¨¸Ê¥ÁºÊ° YM medium ¨oªÎµÅn¤¸É°»®£¼¤·®o°®¦º°
37 °«µÁ¨Á¸¥ 嵦Á ¥nµÄnª¦³®ªnµ 12 ¦°/µ¸ ÁÈÁª¨µ 24-48 ´ÉªÃ¤ ¨oª´Áªµ¤ »n µ´ÊεŪ´nµ
µ¦¼¨ºÂ¸É 62 µÃÁ¤¦ µ´Êε´ª°¥nµµ ( o°1.3) ¤µÎµµ¦Á·¤ÁºÊ°¥¸rÁ¦·É¤o¸ÉÁ¦¸¥¤Åªo 1 ¤·¨¨·¨·¦ µ¤
119
การผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์ม
สุรีย์พร กำเนิดกลาง และคณะ วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณ
ปีที่ 15 ฉบับที่ 3 ฉบับพิเศษ 2555 จากงานประชุมวิชาการระดับชาติ มหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 22 ปี 2555
1.3 ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการย่อยเซลลูโลสจากลำต้นปาล์มด้วยเอนไซม์
การทดลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการย่อยเซลลูโลสจากลำต้นปาล์มด้วยเอนไซม์
โดยมีการคัดเลือกเอาตัวอย่างปาล์มที่ผ่านการย่อยด้วยวิธีทางเคมี โดยเลือกตัวอย่างที่มีการย่อยดีที่สุดของแต่ละวิธี
มาทำการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการย่อยเซลลูโลสโดยการใส่ตัวอย่าง 6 กรัม ในขวดรูปชมพู่ จากนั้นเติม 1 M Citrate buffer pH 4.8 5 มิลลิลิตร น้ำกลั่น 88 มิลลิลิตร เติมเอนไซม์ 0.5 มิลลิลิตร -glucosidase และ 0.5 มิลลิลิตร Cellulase ลงในตัวอย่าง แล้วนำไปเข้าเครื่องเขย่าโดยทำการบ่มที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส เขย่า 120 รอบ/นาที
เพื่อให้ตัวอย่างผสมเข้าด้วยกัน และทำการเก็บตัวอย่าง ครั้งล่ะ 2 มิลลิลิตรทุกๆ 12 ชั่วโมงจนครบ 72 ชั่วโมง เริ่มเก็บที่เวลา 0, 12, 24, 36, 48, 60 และ 72 ชั่วโมงตามลำดับ จากนั้นนำตัวอย่างที่เก็บไปวัดค่าการดูดกลืนแสงที่
540 นาโนเมตร เพื่อวิเคราะห์หาปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์ โดยวิธีของ Somogyi – Nelson 1.4 ศึกษาปัจจัยและสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอทานอล
การทดลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอทานอล ซึ่งจะทำการศึกษาต่อจาก (ข้อ1.3) ดำเนินการโดยการเลี้ยงเชื้อ Saccharomyces cerevisiae ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ YM medium แล้วนำไปบ่ม ที่อุณหภูมิห้องหรือ 37 องศาเซลเซียส ทำการเขย่าในช่วงระหว่าง 120 รอบ/นาที เป็นเวลา 24-48 ชั่วโมง แล้วสังเกตความขุ่น จากนั้นนำไปวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 620 นาโนเมตร จากนั้นนำตัวอย่างจาก (ข้อ1.3) มาทำ การเติมเชื้อยีสต์เริ่มต้นที่เตรียมไว้ 10 มิลลิลิตร ตามด้วย 1% Yeast extract 1 มิลลิลิตร นำไปบ่มที่อุณหภูมิ
35 องศาเซลเซียสเขย่า 150 รอบ/นาที เพื่อให้ตัวอย่างผสมเข้าด้วยกัน เก็บตัวอย่าง 2 มิลลิลิตรทุกๆ 24 ชั่วโมงจนครบ 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่เก็บไว้ไปวิเคราะห์หาปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์ โดยวิธีของ Somogyi – Nelson ที่ค่าการดูดกลืนแสง 540 นาโนเมตรและวัดปริมาณเอทานอลด้วยเครื่องวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 595 นาโนเมตร ขั้นตอนนี้ทำการทดลองโดยแปรผันค่าความเข้มข้นของน้ำตาลกับปริมาณ เอทานอลที่เกิดขึ้น โดยนำค่าการ ดูดกลืนแสงที่ได้ไปเทียบกับกราฟมาตรฐาน เพื่อหาความเข้มข้นของเอทานอลในสารละลายตัวอย่าง
ผลการวิจัยและอภิปรายผลการวิจัย 1. ผลการเตรียมด้วยวิธีทางเคมีต่อคุณภาพของเซลลูโลสจากลำต้นปาล์ม
จากการศึกษาการเตรียมเซลลูโลสจากลำต้นปาล์มด้วยวิธีทางเคมี พบว่า ร้อยละของลำต้นปาล์มอบแห้ง 5 กรัม 10 กรัม และ15 กรัม ที่แช่ในสารละลาย 2% (v/v) H2SO4 มีการย่อยได้ดีสุดที่ชั่วโมงที่ 24 ซึ่งมีค่าความเข้มข้นของ น้ำตาลสูงเท่ากับ ลำต้นปาล์มอบแห้งที่แช่ในสารละลาย 2% (w/v) NaOH มีการย่อยได้ดีสุดที่ชั่วโมงที่ 24 ซึ่ง มีค่าความเข้มข้นของน้ำตาลสูงเท่ากับ และ ลำต้นปาล์มอบแห้งที่แช่ในสารละลาย 2% (w/v) NaOH+H2O2 มีการย่อยได้ดีสุดที่ชั่วโมงที่ 24 ซึ่งมีค่าความเข้มข้นของน้ำตาลสูงเท่ากับ และ ในส่วนของผลได้ของลำต้นปาล์ม ในไฮโดรลิซิส และปริมาณร้อยละของลำต้นปาล์มที่ผ่านการพรีทรีตเมนท์ แสดงดังตารางที่1.1 และ 1.2
จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการแช่ NaOH+H2O2 ให้ปริมาณน้ำตาลสูงกว่าการแช่ H2SO4 และ NaOH เนื่องจาก NaOH+H2O2 เกิดปฏิกิริยาที่รุนแรง สามารถย่อยเซลลูโลสได้ดี จึงส่งผลให้ได้ปริมาณน้ำตาลที่สูง
120
การผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์ม สุรีย์พร กำเนิดกลาง และคณะ วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณปีที่ 15 ฉบับที่ 3 ฉบับพิเศษ 2555
จากงานประชุมวิชาการระดับชาติ มหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 22 ปี 2555
ÁÈ´ª°¥nµ 2 ¤·¨¨·¨·¦»Ç 24 ´ÉªÃ¤¦ 72 ´ÉªÃ¤Îµ´ª°¥nµ¸ÉÁÈŪoŪ·Á¦µ³®r®µ¦·¤µÎʵµ¨¦¸·ªr Ã¥ª·¸ °
Somogyi – Nelson (Nelson, 1944; Somogyi, 192) ¸Énµµ¦¼¨ºÂ 4 µÃÁ¤¦Â¨³ª´¦·¤µÁ°µ°¨oª¥
Á¦ºÉ°ª´nµµ¦¼¨ºÂ¸É 9 µÃÁ¤¦ ´Ê°¸Ê嵦¨°Ã¥Â¦´nµªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨´¦·¤µ
Á°µ°¨¸ÉÁ· ¹Ê åεnµµ¦¼¨ºÂ¸ÉÅoÅÁ¸¥´¦µ¢¤µ¦µ Á¡ºÉ°®µªµ¤Á o¤ o °Á°µ°¨Äµ¦¨³¨µ¥
´ª°¥nµ
¨µ¦ª·´¥Â¨³°£·¦µ¥¨µ¦ª·´¥
1. ¨µ¦Á¦¸¥¤oª¥ª·¸µÁ¤¸n°»£µ¡ °Á¨¨¼Ã¨µ¨Îµoµ¨r¤
µµ¦«¹¬µµ¦Á¦¸¥¤Á¨¨¼Ã¨µ¨Îµoµ¨r¤oª¥ª·¸µÁ¤¸ ¡ªnµ ¦o°¥¨³ °¨Îµoµ¨r¤°Â®o ¦´¤
1 ¦´¤ ¨³1 ¦´¤ ¸ÉÂnĵ¦¨³¨µ¥ 2% (v/v) H2SO4 ¤¸µ¦¥n°¥Åo¸»¸É´ÉªÃ¤¸É ¹É¤¸nµªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨¼
Ánµ´ ¨Îµoµ¨r¤°Â®o¸ÉÂnĵ¦¨³¨µ¥ 2% (w/v) NaOH ¤¸µ¦¥n°¥Åo¸»¸É´ÉªÃ¤¸É ¹É¤¸nµªµ¤Á o¤ o °
Îʵµ¨¼Ánµ´ ¨³ ¨Îµoµ¨r¤°Â®o¸ÉÂnĵ¦¨³¨µ¥ 2% (w/v) NaOH+H2O2 ¤¸µ¦¥n°¥Åo¸»¸É´ÉªÃ¤¸É ¹É¤¸nµ
ªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨¼Ánµ´ ¨³ Änª °¨Åo °¨Îµoµ¨r¤Äű樷· ¨³¦·¤µ¦o°¥¨³ °¨Îµoµ¨r¤
¸Énµµ¦¡¦¸¦¸Á¤r ´µ¦µ¸É. ¨³ .
µ¨µ¦¨°ÂÄ®oÁ®Èªnµµ¦Ân NaOH+H2O2 Ä®o¦·¤µÎʵµ¨¼ªnµµ¦Ân H2SO4 ¨³ NaOH ÁºÉ°µ NaOH+H2O2 Á···¦·¥µ¸É¦»Â¦ µ¤µ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨Åo¸ ¹n¨Ä®oÅo¦·¤µÎʵµ¨¸É¼
µ¦µ¸É 1.1 ¨Åo °¨Îµoµ¨r¤ÄűæŨÁ
ª·¸µ¦ ¨Åo °¨Îµoµ¨r¤ (mg/g)
¦´¤ 1 ¦´¤ 1 ¦´¤
2% (v/v) H2SO4 13.88 8.6 6.1
2% (w/v) NaOH 14.9 9.9 7.32
2% (w/v) NaOH+H2O2 17.67 12.7 9.89
ตารางที่ 1.1 ผลได้ของลำต้นปาล์มในไฮโดรไลเสต
ตารางที่ 1.2 ลำต้นปาล์มหลังจากการพรีทรีตเมนท์
ภาพที่ 1.1 ค่าความเข้มข้นของน้ำตาลทั้งหมดที่ย่อยด้วยเอนไซม์
5
µ¦µ¸É 1.2 ¨Îµoµ¨r¤®¨´µµ¦¡¦¸¦¸Á¤r
ª·¸µ¦ ¨Îµoµ¨r¤ (¦o°¥¨³)
¦´¤ 1 ¦´¤ 1 ¦´¤
2% (v/v) H2SO4 67.69 78.41 88.47
2% (w/v) NaOH 9.1 79. 86.
2% (w/v) NaOH+H2O2 9.7 7.96 82.68
¨µ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨oª¥Á°Å¤r
µµ¦«¹¬µµ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨oª¥Á°Å¤r ¹É¨°Ã¥Á¨º°´ª°¥nµ¸É¤¸µ¦¥n°¥¸¸É» ¤µ¥n°¥ÁÈÁª¨µ 72 ´ÉªÃ¤ ¡ªnµ µ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨oª¥Á°Å¤r ¸Énµµ¦¦´£µ¡oª¥ 2% (w/v) NaOH+H2O2 ³¤¸nµªµ¤Á o¤ o °
Îʵµ¨¦¸·ªr¤µ¸É» ¦°¨¤µº° 2% (w/v) NaOH ¨³ 2% (v/v) H2SO4µ¤¨Îµ´
£µ¡¸É 1.1 nµªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨´Ê®¤¸É¥n°¥oª¥Á°Å¤r
¨µ¦¨·Á°µ°¨oª¥ª·¸µ¦®¤´Â Simultaneous saccharification and fermentation (SSF)
µµ¦«¹¬µµ¦¨·Á°µ°¨Ã¥µ¦Äo¥¸roª¥ª·¸µ¦®¤´Âª·¸µ¦®¤´Â Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) 嵦¨°Ã¥Äo¦³¥³Áª¨µÄµ¦®¤´ 72 ´ÉªÃ¤ ¡ªnµ ¸É´ÉªÃ¤¸É 72 ¦·¤µ
ªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨³¨¨µ´ÉªÃ¤Á¦·É¤o Ân宦´Á°µ°¨ªµ¤Á o¤ o³Á¡·É¤ ¹ÊÁ¦ºÉ°¥Çµ¤¦³¥³Áª¨µ °µ¦
®¤´
µ¨µ¦¨°ÂÄ®oÁ®Èªnµ Á¤ºÉ°¤¸µ¦Á·¤¥¸r¨Å ¦·¤µªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨¨¨ ÁºÉ°µ¼Äo ĵ¦Á¦· °¥¸r¨³¨·Á°µ°¨¹ÎµÄ®o¦·¤µÁ°µ°¨Á¡·É¤ ¹Ê
ผลการย่อยเซลลูโลสด้วยเอนไซม์
จากการศึกษาการย่อยเซลลูโลสด้วยเอนไซม์ ซึ่งทดลองโดยเลือกตัวอย่างที่มีการย่อยดีที่สุด มาย่อยเป็นเวลา 72 ชั่วโมง พบว่า การย่อยเซลลูโลสด้วยเอนไซม์ ที่ผ่านการปรับสภาพด้วย 2% (w/v) NaOH+H2O2 จะมีค่าความเข้มข้นของ น้ำตาลรีดิวซ์มากที่สุด รองลงมาคือ 2% (w/v) NaOH และ 2% (v/v) H2SO4ตามลำดับ
5
µ¦µ¸É 1.2 ¨Îµoµ¨r¤®¨´µµ¦¡¦¸¦¸Á¤r
ª·¸µ¦ ¨Îµoµ¨r¤ (¦o°¥¨³)
¦´¤ 1 ¦´¤ 1 ¦´¤
2% (v/v) H2SO4 67.69 78.41 88.47
2% (w/v) NaOH 9.1 79. 86.
2% (w/v) NaOH+H2O2 9.7 7.96 82.68
¨µ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨oª¥Á°Å¤r
µµ¦«¹¬µµ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨oª¥Á°Å¤r ¹É¨°Ã¥Á¨º°´ª°¥nµ¸É¤¸µ¦¥n°¥¸¸É» ¤µ¥n°¥ÁÈÁª¨µ 72 ´ÉªÃ¤ ¡ªnµ µ¦¥n°¥Á¨¨¼Ã¨oª¥Á°Å¤r ¸Énµµ¦¦´£µ¡oª¥ 2% (w/v) NaOH+H2O2 ³¤¸nµªµ¤Á o¤ o °
Îʵµ¨¦¸·ªr¤µ¸É» ¦°¨¤µº° 2% (w/v) NaOH ¨³ 2% (v/v) H2SO4µ¤¨Îµ´
£µ¡¸É 1.1 nµªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨´Ê®¤¸É¥n°¥oª¥Á°Å¤r
¨µ¦¨·Á°µ°¨oª¥ª·¸µ¦®¤´Â Simultaneous saccharification and fermentation (SSF)
µµ¦«¹¬µµ¦¨·Á°µ°¨Ã¥µ¦Äo¥¸roª¥ª·¸µ¦®¤´Âª·¸µ¦®¤´Â Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) 嵦¨°Ã¥Äo¦³¥³Áª¨µÄµ¦®¤´ 72 ´ÉªÃ¤ ¡ªnµ ¸É´ÉªÃ¤¸É 72 ¦·¤µ
ªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨³¨¨µ´ÉªÃ¤Á¦·É¤o Ân宦´Á°µ°¨ªµ¤Á o¤ o³Á¡·É¤ ¹ÊÁ¦ºÉ°¥Çµ¤¦³¥³Áª¨µ °µ¦
®¤´
µ¨µ¦¨°ÂÄ®oÁ®Èªnµ Á¤ºÉ°¤¸µ¦Á·¤¥¸r¨Å ¦·¤µªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨¨¨ ÁºÉ°µ¼Äo ĵ¦Á¦· °¥¸r¨³¨·Á°µ°¨¹ÎµÄ®o¦·¤µÁ°µ°¨Á¡·É¤ ¹Ê
121
การผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์ม
สุรีย์พร กำเนิดกลาง และคณะ วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณ
ปีที่ 15 ฉบับที่ 3 ฉบับพิเศษ 2555 จากงานประชุมวิชาการระดับชาติ มหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 22 ปี 2555
ผลการผลิตเอทานอลด้วยวิธีการหมักแบบ Simultaneous saccharification and fermentation (SSF)
จากการศึกษาการผลิตเอทานอลโดยการใช้ยีสต์ด้วยวิธีการหมักแบบวิธีการหมักแบบ Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) ทำการทดลองโดยใช้ระยะเวลาในการหมัก 72 ชั่วโมง พบว่า ที่ชั่วโมงที่
72 ปริมาณความเข้มข้นของน้ำตาลจะลดลงจากชั่วโมงเริ่มต้น แต่สำหรับเอทานอลความเข้มข้นจะเพิ่มขึ้น เรื่อยๆตามระยะเวลาของการหมักจากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า เมื่อมีการเติมยีสต์ลงไป ปริมาณความเข้มข้น ของน้ำตาลลดลง เนื่องจากถูกใช้ในการเจริญของยีสต์และผลิตเอทานอลจึงทำให้ปริมาณเอทานอลเพิ่มขึ้น
6
£µ¡¸É 1.2 Á¦¸¥Á¸¥nµªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨n°Â¨³®¨´µ¦Á·¤ÁºÊ°¥¸r
£µ¡¸É 1.3ªµ¤´¤¡´r¦³®ªnµ¦·¤µÁ°µ°¨Â¨³¦³¥³Áª¨µ
6
£µ¡¸É 1.2 Á¦¸¥Á¸¥nµªµ¤Á o¤ o °Îʵµ¨n°Â¨³®¨´µ¦Á·¤ÁºÊ°¥¸r
£µ¡¸É 1.3ªµ¤´¤¡´r¦³®ªnµ¦·¤µÁ°µ°¨Â¨³¦³¥³Áª¨µ ภาพที่ 1.2 เปรียบเทียบค่าความเข้มข้นของน้ำตาลก่อนและหลังการเติมเชื้อยีสต์
ภาพที่ 1.3 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเอทานอลและระยะเวลา
สรุปและอภิปรายผลการทดลอง
จากการศึกษาการผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์มที่การเตรียมทางเคมี ซึ่งใช้ลำต้นปาล์มอบแห้ง 5 กรัม 10 กรัม 15 กรัม แช่ในสารละลาย H2SO สารละลาย NaOH และสารละลาย NaOH+H2O2 เป็นเวลา 24 ชั่วโมง พบว่า ร้อยละของลำต้นปาล์มอบแห้ง 5 กรัม 10 กรัม 15 กรัม ที่แช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ H2SO เท่ากับ 67.69 78.41 และ 88.47 ที่แช่ด้วย ร้อยละ 2 NaOH เท่ากับ 59.15,79.55และ 86.55 ที่แช่ด้วย ร้อยละ 2NaOH+H2O2 เท่ากับ 59.7 75.96 และ 82.68 ตามลำดับ ค่าผลได้ของของลำต้นปาล์มในการไฮโดรลิซิส ที่แช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ H2SO เท่ากับ 13.88, 8, 6.1 ที่แช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH เท่ากับ 14.9 9.6 7.32 ที่แช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH+H2O2 เท่ากับ 17.67, 12.57, 9.9 มิลลิกรัมต่อกรัม ตามลำดับ
จากการศึกษาการย่อยเซลลูโลสด้วยเอนไซม์ ซึ่งใช้เอนไซม์ 2 ชนิด คือ Cellulase และ -galatosidase ช่วยในการย่อยสลายเซลลูโลส โดยเลือกตัวอย่างที่การย่อยดีที่สุด มาย่อยด้วยเอนไซม์เป็นเวลา 72 ชั่วโมง พบว่า การย่อยเซลลูโลสด้วยเอนไซม์ที่ผ่านการแช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH+H2O2 มีค่าความเข้มข้นของน้ำตาล มากที่สุด เท่ากับ 9.8 กรัมต่อลิตร รองลงมาคือ เซลลูโลสที่ผ่านการแช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH เท่ากับ 9.2 กรัม ต่อลิตร และ เซลลูโลสที่ผ่านการแช่ด้วย ร้อยละ 2 ของ H2SO เท่ากับ 8.5 กรัมต่อลิตรตามลำดับ
จากการศึกษาการผลิตเอทานอลด้วยวิธี (SSF) โดยใช้ยีสต์ช่วยในกระบวนการหมัก ซึ่งทำการทดลอง ต่อจากการย่อยด้วยเอนไซม์ ระยะเวลาในการหมัก 72 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิห้อง พบว่า ความเข้มข้นของ น้ำตาลลดลง โดยน้ำหมัก ด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH+H2O2 เท่ากับ 1.7 กรัมต่อลิตร น้ำหมัก ด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH เท่ากับ 1.2 กรัมต่อลิตร และน้ำหมักด้วย ร้อยละ 2 ของH2SO เท่ากับ 1 กรัมต่อลิตร สำหรับ เอทานอลมีค่าเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นเอทานอลสูงสุดได้จากน้ำหมักด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH+H2O2 เท่ากับ7.9 กรัม ต่อลิตรรองลงมาคือ น้ำหมักด้วย ร้อยละ 2 ของ NaOH เท่ากับ 7.1 กรัมต่อลิตร และ น้ำหมักด้วย ร้อยละ 2 ของ H2SO เท่ากับ 7 กรัมต่อลิตร ซึ่งความเข้มข้นของน้ำตาลจะแปรผกผันกับปริมาณเอทานอลที่เกิดขึ้น ในกระบวนการหมักด้วยวิธี (SSF) เพราะยีสต์ใช้น้ำตาลในการเจริญและผลิตเอทานอล
คำขอบคุณ
ขอขอบคุณ ภาควิชาเคมี และภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณที่สนับสนุนสถานที่
และอุปกรณ์ในการดำเนินการวิจัย
123
การผลิตเอทานอลจากลำต้นปาล์ม
สุรีย์พร กำเนิดกลาง และคณะ วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณ
ปีที่ 15 ฉบับที่ 3 ฉบับพิเศษ 2555 จากงานประชุมวิชาการระดับชาติ มหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 22 ปี 2555
เอกสารอ้างอิง
[1] สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร. (2553). ทิศทางปาล์มน้ำมันไทย สืบค้นเมื่อ 20 พฤศจิกายน 2554, จาก http://www.kehakaset.com/index.php?option=com_content&view=article&id=127:2011- 03-02-12-48-15&catid=38:information
[2] Kee K.K. 2004. Nutrient reserves and recycling from oil plam trunk at replanting. In: Proceedings of the Fourth International Crop Science Congress on New Direction For a Diverse Plant, Brisbane, www.cropscience.org.au.
[3] สมพงศ์ โอทอง และอลิศรา เรืองแสง(2552). การพัฒนากระบวนการผลิตพลังงานชีวภาพจากลำต้นปาล์ม อย่างมีประสิทธิภาพ.รายงานการวิจัยสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ และภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยทักษิณ.
[4] Yamada. H., et al, (2010).“Old oil palm trunk: A promising source of sugars for bioethanol production”. biomass and bioenergy.34 :1608-1613.
[5] Kosugi, A., R. Tanaka, K. Magara, Y. Murata and T. Arai et al., 2010. Ethanol and lactic acid production using sap squeezed from old oil palm trunks felled for replanting. J. Biosci. Bioeng., 110: 322-325 [6] Punsuvon V., Anpanurak W., Vaithanomsat P. and Tungkananuruk N.(2005). Fraction of chemical
Components of Oil palm Trunk by Steam Explosion. 31st Congress on Science and Technology of Thailand at Suranaree University of Technology.18-20 October 2005