การปรับสภาพเชื้อยีสต์ Saccharomyces cerevisiae SC90 ให้ทนต่อสารยับยั้งที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการย่อยกากมันสำปะหลังเพื่อผลิตเอทานอลชีวภาพ : รายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ์

Adaptation of commercial yeast saccharomyces cerevisiae SC90 to tolerate inhibitors generated during cassava pulp hydrolysis for bioethanol production

Name: สร้อยสุดา พรภักดีวัฒนา

Name: สุรชัย ใหญ่เย็น

Name: เทพปัญญา เจริญรัตน์

ThaSH: ยีสต์ -- วิจัย

ThaSH: กากมันสำปะหลัง -- วิจัย

ThaSH: เอทานอล -- การผลิต -- วิจัย

Abstract: กากมันสําปะหลังเป็นวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรจากการผลิตแป้งมันสําปะหลังในอุตสาหกรรมของประเทศไทย สามารถนําไปใช้เป็นวัตถุดิบสําหรับการผลิตเอทานอลได้โดยการย่อยกากมันสําปะหลังด้วยกรดร่วมกับการระเบิดด้วยไอน้ําซึ่งอาจก่อให้เกิดสารยับยั้ง เช่น กรดอะซิติก กรดฟอร์มิก กรดลีวูลินิก เฟอฟิวรัล และ5-ไฮดรอกซีเมทธิลเฟอฟิวรัลที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญและส่งผลต่อการหมักของเชื้อยีสต์ ดังนั้น ในการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับสภาพยีสต์ Saccharomyces cerevisiae SC90 ในอาหารปรับสภาพสูตรเดิมซ้ําหลายๆรอบเพื่อให้ได้เซลล์ที่สามารถทนต่อสารยับยั้งโดยวัดจากการเจริญเติบโตของเชื้อจนกระทั่งได้ค่าอัตราการเจริญเติบโตจําเพาะของเชื้อเท่ากับหรือมากกว่า 0.22 ขั่วโมง-1 (80% ของค่าอัตราการเจริญเติบโตจําเพาะในสภาวะควบคุม) แล้วจึงนําไปเพาะเลี้ยงในสารละลายกากมันสําปะหลังที่ความเข้มข้นสูงขึ้นตั้งแต่ 20 ถึง 100% (v/v) ผลการทดลองพบว่า การเพิ่มปริมาณของสารละลายกากมันสําปะหลังส่งผลให้เชื้ออยู่ในช่วงปรับตัวนานขึ้นและใช้เวลาเพาะเลี้ยงนานขึ้นเพื่อให้ได้จํานวนเซลล์สูงสุดในอาหารแต่ละสูตร อย่างไรก็ตามการเลี้ยงเชื้อในอาหารปรับสภาพสูตรเดิมซ้ําๆ ช่วยลดระยะเวลาปรับตัวของเชื้อและใช้เวลาในการทําให้เซลล์มีจํานวนสูงสุดลดลงในแต่ละรอบของการหมัก เมื่อนําเซลล์ที่ผ่านการปรับสภาพมาเลี้ยงในอาหารเหลว YPD ที่เติมสารยับยั้งผสมซึ่งคัดเลือกจากการเจริญของยีสต์ในสารยับยั้งทั้งห้าชนิด พบว่าเซลล์ที่ผ่านการปรับสภาพสามารถทนสารยับยั้งกรดอะซิติก กรดฟอร์มิก กรดลีวูลินิก เฟอฟิวรัล และ 5-ไฮดรอกซีเมทธิลเฟอฟิวรัลได้มากกว่าเซลล์ที่ไม่ได้ปรับสภาพ ที่ระดับความเข้มข้น 67.5 85 125 3.25 และ4.39 มิลลิโมลาร์ ตามลําดับ และเมื่อนําไปเพาะเลี้ยงในสารละลายกากมันสําปะหลัง 100% (v/v) พบว่า เซลล์ที่ผ่านการปรับสภาพมีการเจริญเติบโตและประสิทธิภาพการหมักสูงกว่าสภาวะที่ใช้เชื้อที่ไม่ได้ปรับสภาพอย่างมีนัยสําคัญ (p≤0.05) เท่ากับ 38% และ 27% ตามลําดับ นอกจากการปรับสภาพเชื้อแล้วการเติมปูนขาวให้มากเกินพอด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ก็เป็นวิธีการหนึ่งที่ช่วยกําจัดสารพิษในสารละลายจากวัสดุทางการเกษตรและสามารถเพิ่มความสามารถในการผลิตเอทานอลของเชื้อได้ จากการทดลอง พบว่า ในกระบวนการผลิตเอทานอลจากสารละลายที่กําจัดสารพิษออกโดยใช้ยีสต์ที่ผ่านการปรับสภาพ สามารถปรับปรุงการเจริญและประสิทธิภาพการหมักของเชื้อได้สูงกว่าสภาวะที่ใช้สารละลายกากมันสําปะหลังที่ไม่ได้กําจัดสารพิษเพียงเล็กน้อยประมาณ 9% และ 4% ตามลําดับ

Abstract: Cassava pulp is an agricultural residue from cassava flour manufacturing in industry of Thailand. It can be used as a substrate for ethanol fermentation by using diluted acid hydrolysis combined with steam explosion which can generate inhibitory byproducts including acetic acid, formic acid, levulinic acid, furfural and 5-hydroxy methyl furfural (5-HMF). These compounds have negative effect on yeast growth and fermentation ability. Therefore, the objective of this study was to adapt yeast Saccharomyces cerevisiae SC90 to obtain the inhibitor tolerable cells. Adaptation was performed by repeated culture in the same media to a specific growth rate (µ) of 0.22 h¯¹ or higher (80% of the µ in control) and then transferring them to progressively higher concentration of cassava pulp hydrolysate ranging from 20% to 100% (v/v). The results showed that a tendency of longer lag phase as well as time to reach maximum cell number (tmaxc) with an increase in hydrolysate concentration. However, the repeated culture at the same hydrolysate concentration could shorten both lag period and tmaxc. The adapted cells were grown in YPD medium containing various mixed inhibitors which is selected from the yeast growth in each of the five inhibitors. The adapted cells showed the tolerant on acetic acid, formic acid, levulinic acid, furfural and 5-HMF more than that of non-adapted cells at the concentration of 67.5, 85, 125, 3.25 and 4.39 mmol/L, respectively. It also showed that the growth and fermentation efficiency of adapted cells in 100% hydrolysate were significantly higher (p≤0.05) than those of non-adapted cells by 38% and 27%, respectively. Moreover, the addition of Ca(OH)₂ (overliming) is an alternative for detoxification in lignocellulose hydrolysate and it can enhance the fermentabillity by yeast. The result showed that the adapted cells can improve both growth and fermentation efficiency of detoxified cassava pulp hydrolysates which is more than those of un-detoxified hydrolysate about 9% and 4%, respectively.

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: Lifelong@kmitl.ac.th

Name: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง. คณะอุตสาหกรรมเกษตร

Role: ผู้ให้ทุน

Created: 2559

Modified: 2565-01-10

Issued: 2565-01-10

งานวิจัย/Research report

application/pdf

tha

©copyrights สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	RC00255.pdf	4.9 MB	2	2022-03-19 08:49:13

ใช้เวลา

0.03855 วินาที