การผลิตไบโอเอทานอลจากแป้งมันสำปะหลังโดยใช้จุลินทรีย์ผสมระหว่าง Bacillus sp.ที่ย่อยแป้ง และ Saccharomyces cerevisiae SKP-01

Abstract

การผลิตไบโอเอทานอลจากแป้งมันสำปะหลังโดยใช้ B. amyloliquefaciens IFO14141 และ S. cerevisiae SKP-01 พบว่าภาวะที่เหมาะสมต่อการเจริญและการย่อยแป้งของ B. amyloliquefaciens IFO14141 คือ เพาะกล้าเชื้อที่มีอายุ 7 ชั่วโมง ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ MSM ที่มีแป้งมันสำปะหลังความเข้มข้นเท่ากับ 15 กรัมต่อลิตร แอมโมเนียมซัลเฟตความเข้มข้นเท่ากับ 3 กรัมต่อลิตร ค่า pH เริ่มต้นเท่ากับ 7.0 เลี้ยงบนเครื่องเขย่าควบคุมอุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ค่าผลได้เซลล์ต่อสับสเตรทที่ได้มีค่าเท่ากับ 0.1774 กรัมเซลล์ต่อกรัมน้ำตาลรวม ภาวะที่เหมาะสมต่อการเลี้ยงกล้าเชื้อ S. cerevisiae SKP-01 คือ เลี้ยงในอาหารเลี้ยงกล้าเชื้อ YPD ที่มีกลูโคสความเข้มข้น 50 กรัมต่อลิตร ค่า pH เริ่มต้นเท่ากับ 5.0 เลี้ยงบนเครื่องเขย่าควบคุมอุณหภูมิเท่ากับ 35 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง ได้อัตราการเจริญจำเพาะสูงสุดเท่ากับ 0.1537 ต่อชั่วโมง และน้ำหนักเซลล์แห้งที่ได้เท่ากับ 8.23 กรัมต่อลิตร การผลิตเอทานอลจากแป้งมันสำปะหลังความเข้มข้น 15 กรัมต่อลิตร โดยเพาะกล้าเชื้อยีสต์ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ได้จากการย่อยแป้งด้วยแบคทีเรียที่ผ่านการฆ่าเชื้อ แล้วย่อยต่อด้วยกลูโคอะมิเลส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง พบว่าได้ผลผลิตเอทานอลสูงสุดเท่ากับ 6.03 กรัมต่อลิตร เพื่อเพิ่มผลผลิตเอทานอลจึงเพิ่มความเข้มข้นของแป้งมันสำปะหลังเป็น 150 กรัมต่อลิตร พบว่าเมื่อเพาะกล้าเชื้อยีสต์ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีน้ำตาลรวมซึ่งได้จากการย่อยแป้งด้วยแบคทีเรียเท่ากับ 95.30 กรัมต่อลิตร ได้ปริมาณเอทานอลสูงสุดเท่ากับ 21.78 กรัมต่อลิตร ในชั่วโมงที่ 16 ของการเลี้ยงเชื้อ คิดเป็นผลได้ต่อผลิตภัณฑ์ต่อสับสเตรทเท่ากับ 0.45 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาลรวม ประสิทธิ ภาพการหมักเท่ากับ 88.24 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับค่าทางทฤษฎี และอัตราการผลิตเอทานอลเท่ากับ1.36 กรัมเอทานอลต่อลิตรต่อชั่วโมง สามารถเพิ่มผลผลิตเอทานอลให้สูงขึ้นได้อีก โดยเพาะกล้าเชื้อยีสต์พร้อมกับเติมกลูโคอะมิเลส ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ได้จากการย่อยแป้งด้วยแบคทีเรีย พบว่าได้จำนวนเซลล์ที่มีชีวิตของแบคทีเรียสูงสุดในชั่วโมงที่ 22 เท่ากับ 9.09 (log(CFU/ml)) และยีสต์สูงสุดในชั่วโมงที่ 28 เท่ากับ 8.21 (log(CFU/ml)) การผลิตเอทานอลโดยวิธีนี้ให้ผลใกล้เคียงกับการเพาะกล้าเชื้อยีสต์ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ได้จากการย่อยแป้งด้วยแบคทีเรียที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว และเติมกลูโคอะมิเลส โดยได้เอทานอลเท่ากับ 63.24 กรัมต่อลิตร (ที่เวลา 22 ชั่วโมง ของการเลี้ยงเชื้อ) และ 63.79 กรัมต่อลิตร (ที่เวลา 70 ชั่วโมง) ผลได้ผลิตภัณฑ์ต่อสับสเตรทสูงสุดเท่ากับ 0.48 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาลรวม (ที่เวลา 16 ของการเลี้ยงเชื้อ) และ 0.49 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาลรวม (ที่เวลา 64 ชั่วโมงของการเลี้ยงเชื้อ) คิดเป็นประสิทธิภาพการหมักเอทานอลเท่ากับ 94.12 และ 96.08 เปอร์เซ็นต์เทียบกับค่าทางทฤษฎี เทียบเป็นอัตราการผลิตเท่ากับ 2.87 และ 0.91 กรัมเอทานอลต่อลิตรต่อชั่วโมง ตามลำดับ สำหรับการผลิตเอทานอลโดยการเพาะกล้าเชื้อยีสต์พร้อมกับกลูโคอะมิเลสลงในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ได้จากการย่อยแป้งโดยแบคทีเรียที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว ได้เอทานอลเพิ่มขึ้นเป็น 66.19 กรัมต่อลิตร ที่เวลา 46 ชั่วโมง คิดเป็นผลได้ผลิตภัณฑ์ต่อสับสเตรทเท่ากับ 0.48 กรัมเอทานอลต่อกรัมน้ำตาลรวม ประสิทธิภาพการหมักเท่ากับ 94.25 เปอร์เซ็นต์ของค่าทางทฤษฎี และอัตราการผลิตเท่ากับ 1.44 กรัมเอทานอลต่อลิตรต่อชั่วโมง