Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/75288
Title: Alcohol fuels production by fermentation from chemical pretreatment and enzymatic saccharification of corncob
Other Titles: การผลิตเชื้อเพลิงแอลกอฮอลล์ด้วยกระบวนการหมักจากการย่อยซังข้าวโพดด้วยเคมีและเอนไซม์
Authors: Akarin Boonsombuti
Advisors: Apanee Luengnaruemitchai
Charnwit Kositanont
Other author: Chulalongkorn University. The Petroleum and Petrochemical College
Advisor's Email: Apanee.L@Chula.ac.th
Charnwit.K@Mso.chula.edu
Subjects: Alcohol as fuel -- Production
Corncobs
เชื้อเพลิงแอลกอฮอล์ -- การผลิต
ซังข้าวโพด
Issue Date: 2013
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: This study was aiming for produce biobutanol from corncob to substitute fossil fuel, which approach the shortage in the near future. The first work focused in the optimization of biobutanol production using 2 bacterial strains, Clostridium beijerinckii TISTR1461 and Clostridium acetobutylicum TISTR1462, provided by Thailand Institute of Scientific and Technological Research (TISTR). They were chosen as they have a potential in the excretion of solventogenic products. The fermentation was performed via the ABE (Acetone-Butanol-Ethanol) fermentation or Weizmann process under the anaerobic condition. The comparison between 2 strains were studied in the typical condition and further investigated in the regulation of ammonium acetate and D-xylose consumption which was expected to increase the biobutanol production. The studied condition was applied to corncob hydrolysate obtained from dilute sulfuric acid pretreatment instead of synthetic medium to monitor the possibility of carbon source substitution (mainly glucose and xylose). The positive result of acid pretreated corncob substitution led to the second work of base pretreatment (Sodium hydroxide). The base pretreatment and enzymatic hydrolysis of corncob was studied using microwave irradiation as a heating source which was expected to hydrolyse better than conventional heating source. The characterization of corncob after base pretreatment was evaluated along with the result of total monomeric sugar after enzymatic hydrolysis using Celluclast 1.5L. Obtained sugars were used as a substrate for ethanol production using Saccharomyces cerevisiae instead of C. beijerinckii since it was inhibited by salt from base pretreatment. Then, acid pretreatment of corncob was promised to be the better route than base pretreatment. The third part of this work then involved with the optimization condition of acid pretreatment by sulfuric acid using Response Surface Methodology (RSM). The characterization of corncob before and after pretreatment under the optimum condition was carried out to observe surface morphology of corncob and its relation to enzymatic hydrolysis. Sugars obtained from sulfuric pretreatment combined with enzymatic hydrolysis were subjected to use as a substrate for ABE fermentation. However, due to the inhibitors from sulfuric pretreatment, sulfuric hydrolysed corncob cannot be applied as a substrate for ABE fermentation without the detoxification process which consume cost and time. The alternate type of acid, nitric and phosphoric acid, were studied in the fourth work. Since it was found that phosphoric pretreated corncob could be used as a substrate for ABE fermentation, the condition of enzymatic saccharification was optimized using RSM and confirmed by non-commercial enzyme from Siam Victory Company. The effect of cellobiase loading was studied to enhance the released sugars of cellulase at the optimum condition. Then the hydrolysate was used as a substrate for ABE fermentation under different conditions to define its limitation for bacterial growth and biobutanol production.
Other Abstract: ในการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อผลิตไบโอบิวทานอลจากซังข้าวโพดเพื่อทดแทนการใช้พลังงานจากแหล่งฟอสซิลที่มีแนวโน้มว่าจะหมดไปในอนาคตอันใกล้ ในงานแรกของการศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่การหาสภาวะที่ดีที่สุดในการผลิตไบโอบิวทานอลจากเชื้อแบคทีเรีย 2 ชนิด คือ Clostridium beijerinckii TISTR1461 และ Clostridium acetobutylicum TISTR1462 โดยแบคทีเรียดังกล่าวได้รับจากสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.) เนื่องจากเป็นแบคทีเรียที่มีศักยภาพในการผลิตไบโอบิวทานอลในงานวิจัยปัจจุบัน การผลิตไบโอบิวทานอลผ่านกระบวนการหมักที่เรียกว่า การหมักอะซีโตน-บิวทานอล-เอทานอล หรือ กระบวนการของวีซมานน์ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน การศึกษาเริ่มต้นด้วยการเปรียบเทียบความสามารถในการผลิตไบโอบิวทานอลจากเชื้อแบคทีเรีย 2 สายพันธุ์ในสภาวะที่ศึกษาและศึกษาต่อในเรื่องของผลการใช้แอมโมเนียมอะซีเตตและน้ำตาลไซโลส ซึ่งการแปรค่าของทั้งสองตัวแปรส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของการผลิตไบโอบิวทานอล ค่าที่เหมาะสมของทั้งการเพิ่มของทั้งสอง ตัวแปรในอาหารเลี้ยงเชื้อจะถูกนำมาใช้ในของเหลวที่ได้จากการย่อยซังข้าวโพดด้วยกรดซัลฟูริกเจือจางซึ่งได้น้ำตาลเป็นส่วนประกอบ (โดยมีน้ำตาลไซโลสและกลูโคสเป็นหลัก) แทนการใช้อาหารเลี้ยงเชื้อสังเคราะห์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อ ซึ่งสรุปได้ว่าของเหลวที่ได้จากการย่อยซังข้าวโพดด้วยกรดสามารถนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อได้ จึงนำไปสู่ งานที่ 2 ซึ่งใช้เบสในการย่อยซังข้าวโพดแทนการใช้กรด ในการศึกษานี้ใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ในการย่อยซังข้าวโพดกอปรกับการใช้เอนไซม์ช่วยย่อยเพิ่มอีกหนึ่งขั้นตอน โดยในขั้นตอนของการย่อยด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์จะย่อยโดยใช้แหล่งความร้อนจากไมโครเวฟซึ่งคาดว่าจะสามารถย่อยได้ดีกว่าการใช้แหล่งความร้อนปกติ นอกจากนี้ยังมีการประเมินสมบัติทางกายภาพของซังข้าวโพดที่เปลี่ยนแปลงไปหลังจากการย่อยด้วยเบส รวมถึงปริมาณน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่ได้จากการย่อยด้วยเอนไซม์ Celluclast 1.5L จากนั้นน้ำตาลในสารละลายดังกล่าวจึงถูกนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อสำหรับ Saccharomyces cerevisiae ในการผลิตไบโอเอทานอล (แทนการใช้ C. bcijerinckii เนื่องจากเกลือที่เกิดจากการย่อยด้วยเบสมีผลยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย) จากผลการศึกษาดังกล่าวจึงสามารถสรุปได้ว่าการย่อยซังข้าวโพดด้วยกรดสามารถนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อให้แก่แบคทีเรียได้ในทางปฏิบัติในขณะที่การย่อยด้วยเบสมีเกลือละลายอยู่ในสารละลายน้ำตาลซึ่งมีผลยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ในการศึกษาส่วนที่ 3 จึงเน้นไปที่การหาสภาวะที่ดีที่สุดในการย่อยซังข้าวโพดด้วยกรดโดยใช้กระบวนการการตอบสนองต่อพื้นผิวมาช่วยในการออกแบบการทดลองและสรุปผล เช่นเดียวกับการศึกษาการย่อยซังข้าวโพดด้วยเบส, สมบัติทางกายภาพที่เปลี่ยนแปลงไปของซังข้าวโพดก่อนและหลังการย่อยซังข้าวโพดด้วยกรดที่สภาวะที่ดีที่สุดที่ได้จากกระบวนการการตอบสนองต่อพื้นผิวก็มีการประเมินควบคู่ไปกับน้ำตาลที่ได้จากการย่อยด้วย จากนั้นน้ำตาลที่ได้จากการย่อยด้วยกรดและเอ็นไซม์จะถูกนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อแก่กระบวนการหมักอะซีโตน -บิวทานอล -เอทานอล อย่างไรก็ตามการนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อ นั้นไม่สามารถนำมาใช้ได้โดยตรงแต่ต้องผ่านกระบวนการ Overliming ในการกำจัดสารที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่เกิดจากการย่อยด้วยกรดซัลฟิวริก มีผลในการเพิ่มทั้งค่าใช้จ่ายและเวลา รวมถึงค่าใช้จ่ายในการกำจัดตะกอนที่เกิดขึ้นจำนวนมากจากกระบวนการ ดังกล่าว ดังนั้นในการศึกษาส่วนที่ 4 จึงเน้นไปที่ชนิดของกรดที่ใช้ในการย่อยเทียบกับกรดซัลฟิวริก ได้แก่ กรดในตริกและกรดฟอสฟอริก จากการเปรียบเทียบชนิดของกรดที่ใช้ในเบื้องต้น พบว่าการย่อยซังข้าวโพดด้วยกรดฟอสฟอริกสามารถนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อได้ทันที โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการ Overliming ในการศึกษาถัดมาจึงเป็นการหาสภาวะที่ดีที่สุดในการย่อยซังข้าวโพดด้วยเอนไซม์ ซึ่งใช้ซังข้าวโพดที่ได้จากการย่อยด้วยกรดฟอสฟอริก โดยใช้กระบวนการตอบสนองต่อพื้นผิวเช่นเดียวกับในการศึกษาก่อนหน้า จากนั้นจึงทำการทดลองเพื่อยืนยันผลอีก ครั้งโดยใช้เอนไซม์จากบริษัท Siam Victory เพื่อให้มั่นใจว่าสภาวะที่ได้จากการศึกษาดังกล่าว สามารถใช้ได้กับเอนไซม์ที่ผลิตได้เองในประเทศ นอกจากนั้นยังมีการศึกษาผลของการเพิ่มเอนไซม์เซลโลไบเอสในการทำงานร่วมกับเอ็นไซม์เซลลูเลสด้วย ท้ายที่สุด น้ำตาลที่ได้จากการย่อยด้วยกรดฟอสฟอริกและเอนไซม์จึงถูกนำมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อในกระบวนการหมักอะชีโตน บิวทานอล-เอทานอล โดยมีการแปรสภาวะที่ใช้การเจริญเติบโตของแบคทีเรียเพื่อหาข้อจำกัดที่เกิดขึ้นในกระบวนการดังกล่าว
Description: Thesis (Ph.D)--Chulalongkorn University, 2013
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Petrochemical Technology
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/75288
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2013.2020
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2013.2020
Type: Thesis
Appears in Collections:Petro - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Akarin_bo_front_p.pdfCover and abstract1.08 MBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch1_p.pdfChapter 1661.57 kBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch2_p.pdfChapter 21.17 MBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch3_p.pdfChapter 31.38 MBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch4_p.pdfChapter 41.41 MBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch5_p.pdfChapter 51.51 MBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch6_p.pdfChapter 61.59 MBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_ch7_p.pdfChapter 7654.22 kBAdobe PDFView/Open
Akarin_bo_back_p.pdfReference and appendix941.72 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.