การผลิตไบโอบิวทานอลจากสาหร่าย Rhizoclonium sp. ด้วยเชื้อ Clostridium beijerinckii TISTR 1461 ในกระบวนการหมักแบบแบทช์

Abstract

บิวทานอลเป็นพลังงานที่มีค่าพลังงานความร้อนสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเอทานอล สาหร่ายขนาดใหญ่เป็นแหล่งวัตถุดิบที่ยั่งยืนที่กำลังได้รับความสนใจสำหรับผลิตไบโอบิวทานอลอย่างไรก็ตามโครงสร้างของผนังเซลล์สาหร่ายนั้นเป็นพอลิแซคคาร์ไรด์จึงมีความจำเป็นที่ต้องปรับสภาพเบื้องต้นเพื่อปรับโครงสร้างของพอลิแซคคาร์ไรด์ให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมต่อการไฮโดรไลซิสไปเป็นน้ำตาลที่หมักได้งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการปรับสภาพเบื้องต้นการไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์และการหมักบิวทานอลด้วยแบคทีเรีย Clostridium beijerinckii TISTR 1461 ของสาหร่าย Rhizoclonium sp. ในการทดลองศึกษาผลของชนิดสารเคมี (H2SO4 และ NaOH) ความเข้มข้นสารเคมี (H2SO4 ร้อยละ 1-9 โดยปริมาตร) อุณหภูมิ (95 และ 121 องศาเซลเซียส) และเวลาในการปรับสภาพเบื้องต้น (30 และ 60 นาที) ของสาหร่ายต่อประสิทธิภาพการไฮโดรไลซิสในขั้นตอนต่อไปผลการทดลองพบว่าสาหร่ายที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นด้วย H2SO4 ร้อยละ 3 โดยปริมาตรที่อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 60 นาที สามารถผลิตน้ำตาลในขั้นตอนเอนไซม์ไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์ผสมทางการค้า (CELLIC C TEC2) ได้สูงสุด คือ 0.908 กรัมน้ำตาลต่อกรัมสาหร่ายที่ผ่านการปรับสภาพ อย่างไรก็ตามผลได้ของน้ำตาลเมื่อเทียบกับน้ำหนักสาหร่ายที่ใช้เริ่มต้นมีค่าสูงสุดคือ 0.604 กรัมน้ำตาลต่อกรัมสาหร่าย ได้จากสาหร่ายที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นด้วย H2SO4 ร้อยละ 3 โดยปริมาตรที่อุณหภูมิ 95 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 60 นาที เนื่องจากสาหร่ายที่ผ่านการปรับสภาพที่สภาวะนี้สามารถกู้คืนของแข็งในระหว่างการปรับสภาพได้สูง ในการหมัก อะซิโตน บิวทานอล เอทานอล (เอบีอี) พบว่าน้ำตาลที่ได้จากการไฮโดรไลซิสของสาหร่ายที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นด้วย H2SO4 ร้อยละ 3 โดยปริมาตรที่อุณหภูมิ 95 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 60 นาที ถูกใช้โดยแบคทีเรียสูงถึงร้อยละ 94 สามารถผลิตบิวทานอลได้ 0.54 กรัมบิวทานอลต่อกรัมน้ำตาลซึ่งเท่ากับ 0.17 กรัม บิวทานอลต่อกรัมสาหร่ายหรือ 0.33 กรัมเอบีอีต่อกรัมสาหร่าย งานวิจัยนี้ได้แสดงให้เห็นถึงแนวทางที่เป็นไปได้ของการแปลงชีวมวลของสาหร่าย Rhizoclonium sp.เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีมูลค่าเพิ่มขึ้น High specific energy of butanol is a proper choice of fuel as compared with ethanol. Macroalgae gain an increasing of interest as a feedstock for sustainable biobutanol production. However, macroalgae cell wall polysaccharide need to be proper pretreated for further efficient enzymatic hydrolysis to fermentable sugar. The objective of this study was to investigate pretreatment method, enzyme hydrolysis and butanol fermentation by Clostridium beijerinckii TISTR 1461 of Rhizoclonium sp. In experiments, the effect of chemical (H2SO4 and NaOH), chemical concentration (1-9% by volume H2SO4), pretreatment temperature (95oC and 121oC), pretreatment time (30 and 60 min) of algae on further hydrolysis efficiency were study. The result shown that the highest sugar release in enzymatic hydrolyzed with commercial enzyme cocktail (CELLIC C TEC2) of 0.908 g sugar/g pretreated algae were achieved from algae pretreated with 3% H2SO4 at 121oC for 1 hr. However, the highest sugar released yield in initial algae weight basis of 0.604 g sugar/ g algae was obtained from algae pretreated with 3% H2SO4 at 95oC for 1 hr, because of its high solid recovery during the pretreatment. In Acetone Butanol Ethanol (ABE) fermentation, 94% of hydrolyzed sugar released from the algae which pretreated with 3% H2SO4 at 95oC for 1 hr was consumed by bacteria and yielded 0.54 g butanol/g sugar which equal to 0.17 g butanol/g algae or 0.33 g ABE/g algae. This work demonstrated a feasible approach of converting residual biomass of Rhizoclonium sp. into a valuable biofuel.