Please use this identifier to cite or link to this item: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/11372
Title: การผลิตเอทานอลจากทางใบต้นจากโดยใช้เซลล์ตรึงรูป Clostridium xylanolyticum
Other Titles: Ethanaol Production from Nipa Palm Frond Using Immobilized Clostridium xylanolyticum
Authors: อรมาศ สุทธินุ่น
ธรารี ทวีกาญจน์
Faculty of Environmental Management (Environmental Management)
คณะการจัดการสิ่งแวดล้อม สาขาวิชาการจัดการสิ่งแวดล้อม
Keywords: เอทานอล การผลิต
Issue Date: 2560
Publisher: มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
Abstract: Nipa palm (Nypa fruticans) is one of the major tropical coastal palm species which grow well in brackish water environments. It is expansively distributed in Asia. Nipa palm residues especially fronds and leaves are abundant and have superior chemical composition that could be exploited as alternative lignocellulosic materials for bioethanol production. This research aimed to study the possibility to use nipa palm fronds (without leayes) and leaves as substrate for ethanol production by Clostridium xylanolyticum immobilized either in polyvinyl alcohol (PVA) or on mesoporous silica. After diluted sulfuric acid hydrolysis hydrolyzates derived from unpretreated fronds contained the highest sugars of 11.43 g/L and gave the highest ethanol production of 0.07 g/L after 7 days of fermentation which was significantly different from all other hydrolyzates (p ≤ 0.05). Various sugars were found in fronds and leaves hydrolyzates with xylose as dominant sugar, followed by glucose, arabinose, galactose and rhamnose. Besides, the inhibitors generated during acid hydrolysis including acetic acid (1.10-2.87 g/L), furfural (0.13-0.22 g/L.), 5-hydroxymethylfurfural (0.02-0.04 g/L) and phenolics (0.02-0.12 g/L) were detected. The optimum bacterial entrapment process was to use 10% PVA together with 7% boric acid (w/v) followed by soaking PVA beads in Na,SO, buffer for 2 hrs, producing round shaped PVA beads without agglomeration. This method could prevent the swelling of beads and increase their mechanical strength. However, the bacterial viability was found to be reduced during the cell entrapment process. Meanwhile, the cell immobilization on mesoporous silica by attachment process led to a higher number of immobilized bacterial cells than that of the PVA. The silica-immobilized bacteria produced higher ethanol concentration (0.76 g/L) and yield (0.07 g ethanolg sugar) than that of the PVA (0.51 g/L or 0.04 g ethanol/g sugar). These two immobilized bacteria could producemore ethanol than that of the free cells (0.45 g/l or 0.03 g ethanolg sugar). No sugar and inhibitors except for phenolics were detected after fermentation. The loss of inhibitors was suggested to be mainly due to sorption by silica. Moreover, the silica-immobilized bacteria could maintain their ethanol production activity more than 50% of the initial use throughout repeated application over ten cycles.
Abstract(Thai): ต้นจาก (Nypa fruticans) เป็นพืชตระกูลปาล์มที่สำคัญบริเวณเขตร้อนและเจริญได้ดีบริเวณชายฝั่ง ที่มีน้ำกร่อยหรือดินเค็ม วัสดุเศษเหลือจากต้นจากมีปริมาณมากและมีองค์ประกอบทางเคมีที่สามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบทางเลือกสำหรับผลิตเอทานอล งานวิจัยนี้ศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ส่วนต่าง ๆ ของทางใบต้นจาก ได้แก่ ก้านทางใบและใบเป็นสับสเตรทในการผลิตเอทานอลโดย Clostridium xylanolyticum ที่ถูกตรึงไว้ในโพลิไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) และเมโซพอรัสซิลิกา หลังจากการย่อยสลาย ด้วยกรดซัลพูริกเจือจาง พบว่าไฮโดรไลเสทของก้านทางใบที่ไม่ผ่านการปรับสภาพด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ให้ปริมาณน้ำตาลรวมสูงที่สุดเท่ากับ 11.43 กรัมต่อลิตร รวมทั้งการผลิตเอทานอลปริมาณความเข้มข้นสูงสุดเท่ากับ 0.07 กรัมต่อลิตร ในวันที่ 7 ของการทดลองซึ่งมีความแตกต่างกับชุดตัวอย่างอื่น ๆ อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p s 0.05) น้ำตาลที่พบสูงสุด ได้แก่ไซโลส รองลงมา คือ กลูโคส อะราบิโนส กาแลกโตส และแรมโนส ในขณะเดียวกันพบสารยับยั้งในไฮโดรไลเสท ได้แก่ กรดแอซิติก (1.10-2.87 กรัมต่อลิตร)สารเฟอร์ฟูรัล (0.13-0.22 กรัมต่อลิตร) 5-ไฮดรอกซีเมทธิลเฟอร์ฟูรัล (0.02-0.04 กรัมต่อลิตร) และกลุ่มสารประกอบฟืนอลิก (0.02-0.12 กรัมต่อลิตร) การตรึงแบคที่เรียแบบกักขังใน PVA ความเข้มข้น 10 เปอร์เซ็นต์ร่วมกับกรดบอริก 7 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักต่อปริมาตร และนำเม็ดบีท PVA แช่ในสารละลายโซเดียมซัลเฟตบัฟเฟอร์เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ได้เม็ดบีทที่ฟอร์มตัวเป็นเม็ดกลม แยกออกจากกันได้ดี ไม่บวมน้ำและมีความแข็งแรงสูง อย่างไรก็ตามกระบวนการตรึงดังกล่าวส่งผลให้ปริมาณแบคทีเรียลดลงจากหัวเชื้อเริ่มต้นเล็กน้อย ในขณะที่การตรึงแบคทีเรียในซิลิกาอาศัยเทคนิคการเกาะติดบนพื้นผิวของวัสดุที่มีพื้นที่ผิวและรูพรุนสูง ทำให้มีปริมาณแบคทีเรียเจริญเพิ่มขึ้นในวัสดุได้ดีกว่าการตรึงใน PVA จึงส่งผลต่อการผลิตเอทานอลได้ความเข้มข้น 0.76 กรัมต่อลิตร และผลผลิตเอทานอล 0.07 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาลสูงกว่าแบคทีเรียตรึงรูปใน PVA (0.51 กรัมต่อลิตร หรือ 0.04 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาล) อย่างไรก็ตามแบคทีเรียตรึงรูปทั้ง 2 ชนิด สามารถผลิตเอทานอลได้ดีกว่าแบคทีเรียเซลล์อิสระที่พบปริมาณความเข้มข้นเอทานอลเท่ากับ 0.45 กรัมต่อลิตร และผลผลิตเอทานอลเท่ากับ 0.03 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาลหลังจากการหมักด้วยแบคทีเรียตรึงในชิลิกา ตรวจไม่พบน้ำตาลและสารยับยั้ง ยกเว้น สารประกอบฟินอลิกโดยกลไกหลักในการลดลงของสารยับยั้ง ได้แก่ การดูดซับไว้ในวัสดุตรึงชิลิกา นอกจากนี้แบคทีเรียดรึงใน ซิลิกาสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำอย่างต่อเนื่องได้อย่างน้อย 10 ครั้ง โดยเซลล์ตรึงมีประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลได้มากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ ของการใช้งานครั้งแรก
Description: วิทยานิพนธ์ (วท.ม. (การจัดการสิ่งแวดล้อม)) มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2560
URI: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/11372
Appears in Collections:820 Thesis

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
416940.pdf2.86 MBAdobe PDFView/Open


Items in PSU Knowledge Bank are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.