การผลิตเอทานอลจากวัชพืชน้ำโดยเชื้อ Candida shehatae TISTR 5843 ด้วยกระบวนการหมักแบบกะและกึ่งกะ

Abstract

บทคัดย่อ

          วัชพืชน้ำ 3 ชนิด ได้แก่ ผักตบชวา (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms) จอกน้ำ (Pistia stratiotes L.) และธูปฤาษี (Typha angustifolia L.) ถูกใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอลโดยเซื้อยีสต์ Candida shehatae TISTR 5843 โดยใช้กระบวนการหมักแบบกะและกึ่งกะ พบว่าที่สภาวะการหมักเอทานอล โดยปรับpH เริ่มต้นเท่ากับ 5.0 เขย่าที่ 120 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ความเข้มข้นเซลล์เริ่มต้น และความเข้มข้นของน้ำตาลรีดิวซ์เริ่มต้นที่เหมาะสมคือ 1×10⁸ เซลล์ต่อมิลลิลิตร และ 20 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ ที่สภาวะดังกล่าว พบว่าการหมักแบบกะผักตบชวาให้ความเข้มข้นของเอทานอล (P) ผลได้ของการผลิต (Y_ps) และอัตราการผลิตเอทานอล (Q_p) สูงสุดเท่ากับ 9.28 กรัมต่อลิตร 0.46 กรัมต่อกรัมวัตถุดิบ และ 0.39 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ตามลำดับ เมื่อหมักเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ซึ่งสูงกว่าผลของวัชพืชน้ำอื่นที่เหลือ (p£ 0.05)  ส่วนการหมักแบบกึ่งกะ พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอทานอล ที่ความเข้มข้นน้ำตาลรีดิวซ์เริ่มต้น 20 กรัมต่อลิตร ด้วยการเติมอาหารจำนวน 2 ครั้ง (สัดส่วน 1:0.6:0.4 โดยปริมาตร) ให้ผลผลิตสูงสุดได้ ค่า P Y_ps และ Q_p เท่ากับ 13.54 กรัมต่อลิตร 0.48 กรัมต่อกรัมวัตถุดิบ และ 0.56 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง ตามลำดับ จากการวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่าการหมักแบบกึ่งกะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากวัชพืชน้ำในแง่ของความเข้มข้นของเอทานอล และประสิทธิภาพการหมักให้สูงขึ้น

Abstract

          Three types of aquatic plants namely; water hyacinth (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms), water lettuce (Pistia stratiotes L.) and cattail (Typha angustifolia L.) were used as a substrate for ethanol production by Candida shehatae TISTR 5843 using batch and fed-batch fermentation. The optimum conditions for ethanol production were as follows: initial pH 5.0; shaking speed 120 rpm; temperature 30 °C; initial cell concentrations and reducing sugar concentrations in the batch fermentation were 1×10⁸ cells/ml and 20 g/l respectively. At these conditions water hyacinth gave high concentration of ethanol (P), yield (Y_ps) and productivity (Q_p) of 9.28 g/l, 0.46 g/g_s and 0.39 g/l/h, respectively, compared with the others (p£ 0.05). In fed-batch fermentation, the optimum substrate feeding strategy for ethanol production at  initial sugar concentration of 20 g/l was two-time substrate feeding, (Ratio 1:0.6:0.4 by volume) where P Y_ps and Q_p were 13.54 g/l 0.48 g/g_s and 0.56 g/l/h, respectively. These findings suggested that fed-batch fermentation improves the efficiency of ethanol production from aquatic plants in terms of ethanol concentration and fermentation efficiency.