การผลิตเอทานอลจากเหง้ามันสำปะหลัง

Abstract

เซลลูโลสเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในเหง้ามันสำปะหลัง ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเอทานอล โดยปกติเซลลูโลสจะอยู่รวมกับส่วนประกอบอื่น ได้แก่ เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน ซึ่งเป็นตัวขัดขวางการเข้าทำปฏิกิริยาของเซลลูโลสกับเอนไซม์ในปฏิกิริยาการย่อย ดังนั้นในการผลิตจะต้องทำการแยกส่วนประกอบดังกล่าวออกจากโครงสร้างของเหง้ามันสำปะหลัง ในขั้นการปรับสภาพ ซึ่งในงานวิจัยใช้วิธีการปรับสภาพด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยพบว่าวิธีการปรับสภาพวิธีที่ดีที่สุด คือ การแช่เหง้ามันสำปะหลังในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 2.0 โมลาร์ เป็นเวลา 24 ชั่วโมง แล้วนำไปต้มที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 90 นาที จะได้ตะกอนเหง้ามันสำปะหลังที่มีเซลลูโลสประกอบอยู่ 96.46% เฮมิเซลลูโลส 1.85% และลิกนิน 1.69% จากเหง้ามันสำปะหลังที่ผ่านการปรับสภาพทางกายภาพโดยการบด แต่ยังไม่ผ่านการปรับสภาพทางเคมี ซึ่งมีส่วนประกอบคือ เซลลูโลส 82.14% เฮมิเซลลูโลส11.41% และลิกนิน 6.45% ตะกอนเหง้ามันสำปะหลังที่ได้นำไปย่อยด้วยเอนไซม์เซลลูบริกซ์ โดยใช้ความเข้มข้นของเอนไซม์ต่อกรัมเซลลูโลสเท่ากับ 4.079 หน่วย FPU ต่อกรัมเหง้ามันสำปะหลัง ในสารละลายซิเตรตบัฟเฟอร์เข้มข้น 0.05 โมลาร์ ที่มีค่าความเป็นกรดด่าง เท่ากับ 4.8 ที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส โดยใช้เวลาในการย่อย 24 ชั่วโมง ที่สภาวะดังกล่าวเป็นสภาวะที่เหมาะสมต่อการย่อยโดยสามารถผลิตน้ำตาลรีดิวซ์ได้ 8.30 กรัมต่อลิตร และเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนเหง้ามันสำปะหลังเป็นน้ำตาลรีดิวซ์เท่ากับ 21.62% เมื่อนำน้ำตาลรีดิวซ์ที่ได้จากการย่อยสลายเหง้ามันสำปะหลังมาเลี้ยงเชื้อ Zymomonas mobilis strain TISTR 405 ซึ่งเป็นสายพันธุ์เดียวกับ ATCC 10988 พบว่าสภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตเอทานอลโดยการเลี้ยงเชื้อในสารอาหารที่มีน้ำตาลรีดิวซ์ 25 กรัมต่อลิตร ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส และปรับค่าความเป็นกรด-ด่างให้เหมาะสมกับการเจริญของเชื้อ คือที่ 5.0 เมื่อทำการหมักในสภาวะแบบไม่ใช้ออกซิเจน เป็นเวลา 60 ชั่วโมง จะได้เอทานอล 10.60 กรัมต่อลิตร เปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนน้ำตาลเป็นผลิตภัณฑ์เป็น 69.84% ค่าผลได้ของเซลล์จากสารอาหารเพื่อการเจริญเติบโต (yX/S) 0.14 กรัมต่อกรัม ค่าผลได้ของผลิตภัณฑ์จากสารอาหาร (yP/S) 0.68 กรัมต่อกรัม และอัตราการผลิตเอทานอล 0.30 กรัมต่อลิตร.ชม.