การพัฒนาสูตรอาหารต้นทุนต่ำเพื่อการผลิตเอทานอลจากเยื่อลำต้นปาล์มโดยกระบวนการย่อยเป็นน้ำตาลและหมักพร้อมกันแบบเฟดแบตช์

Development of low-cost medium for ethanol production from pretreated oil palm trunk fiber by fed-batch simultaneous saccharification and fermentation

Name: ฝนทิพย์ เลียงวัฒนชัย

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. วท.ม. (เทคโนโลยีชีวภาพ) 2563

Classification :.LCCS: TP358

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สาขาเทคโนโลยีชีวภาพ -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: เอทานอล -- การผลิต

ThaSH: ชีวมวล

ThaSH: การหมัก

ThaSH: ปาล์มน้ำมัน -- การใช้ประโยชน์

ThaSH: ลิกโนเซลลูโลส

Abstract: เพื่อพัฒนาการผลิตเอทานอลจากวัตถุดิบลิกโนเซลลูโลสให้มีความเป็นไปได้เศรษฐศาสตร์ งานวิจัยนี้ จึงมุ่งศึกษาการลดต้นทุนด้านอาหารเลี้ยงเชื้อและพัฒนากระบวนการผลิตเอทานอลจากเยื่อลำต้นปาล์มโดย กระบวนการย่อยเป็นน้ำตาลและหมักพร้อมกันแบบเฟดแบตช์ การพัฒนาสูตรอาหารต้นทุนต่ำโด้ยใช้ผลิตภัณฑ์พลอยได้จากการผลิตผงชรูส (Glutamic acid mother liquor; GML) เป็นแหล่งไนโตรเจน ร่วมกับธาตุอาหาร 2 ชนิด ได้แก่ แมกนีเซียมซัลเฟตและโพแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต เพื่อทดแทนสสารบริบูรณ์ โดยออกแบบการทดลองแบบบ็อกซ์ -เบห์นเคน (Box-Behnken) ที่ 3 ปัจจัย ปัจจัยละ 3 ระดับ ร่วมกับเทคนิคพื้นผิว ผลตอบสนอง (Response surface methodology) พบว่าที่ปริมาณกลูโคสเริ่มต้น 180 กรัมต่อลิตร การใช้ความเข้มข้นของ GML 3.95 กรัมไนโตรเจนต่อลิตร แมกนีเซียมซัลเฟต 0.05 กรัมต่อลิตรและโพแทสเซียมได ไฮโดรเจนฟอสเฟต 0.27 กรัมต่อลิตร เป็นความเข้มข้นของสารอาหารที่เหมาะสมต่อการผลิตเอทานอลของยีสต์ Saccharomyces cerevisiae TISTR 5606 โดยให้ความเข้มข้นเอทานอลสูงสุด 89.59 ± 2.36 กรัมต่อลิตร ผลได้ผลิตภัณฑ์ต่อซับสเตรต 0.49± 0.01 กรัมต่อกรัม ผลได้ทางทฤษฎี 95.61 ± 2.06 เปอร์เซ็นต์และอัตราการผลิตเชิงปริมาตร 1.49 ± 0.04 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง และสามารถลดต้นทุนด้านอาหารสารได้ 79.82 บาทต่อลิตร คิดเป็น 173.5 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเปรียบเทียบกับสูตรอาหารอ้างอิง เมื่อนำสูตรอาหารต้นทุนต่ำที่พัฒนาได้ไปใช้ในการผลิตเอทานอลจากเยื่อลำต้นปาล์มโดยกระบวนการย่อยเป็นน้ำตาลและหมักพร้อมกัน โดยแปรผันการเติมเยื่อลำ ต้นปาล์ม เอนไซม์และกล้าเชื้อแบบเฟดแบตช์ โดยแบ่งออกเป็น 3 ชุดการทดลอง พบว่าชุดการทดลองที่ 3 ที่ปริมาณเยื่อเริ่มต้น 10 เปอร์เซ็นต์ (w/v) การเติมเยื่อครั้งละ 2.5 เปอร์เซ็นต์ (w/v) พร้อมกับเอนไซม์เซลลูเลสทางการค้า Cellic® C-Tec2 15 FPU ต่อกรัมซับสเตรต ในชั่วโมงที่ 12 24 36 และ 48 และเติมกล้าเชื้อครั้งละ 2.5 เปอร์เซ็นต์ (v/v) ในชั่วโมงที่ 48 และ 60 เป็นสภาวะที่ให้ผลการทดลองดีที่สุดและแตกต่างจากชุดการทดลอง อื่น ๆ อย่างมีนัยสำคัญ (p< 0.05) โดยให้ความเข้มข้นเอทานอลสูงสุดที่ 64.24 ± 0.84 กรัมต่อลิตร คิดเป็น 80.91 ± 1.05 เปอร์เซ็นต์ของผลได้ทางทฤษฎี และอัตราการผลิตเชิงปริมาตรเท่ากับ 0.89 ± 0.01 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง อย่างไรก็ตามการขยายขนาดการผลิตเอทานอลจากเยื่อลำต้นปาล์มในระดับถังปฏิกรณ์ชีวภาพยังมีข้อจำกัดในการเติมซับสเตรต แต่พบว่าที่ปริมาณซับสเตรต 10 เปอร์เซ็นต์ (w/v) การเติมองค์ประกอบของการหมักแบบเฟดแบตช์ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพสามารถเพิ่มผลได้ของการผลิตเอทานอลได้กว่า 20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเปรียบเทียบกับผลทดลองในระดับฟลาสก์ Economically feasible bioethanol requires high potential production based on suitable processes configuration with cost effectiveness. Glutamic acid mother liquor (GML) is a nitrogen rich byproduct from monosodium glutamate (MSG) production. In the current study, a media containing GML, as nitrogen source and 2 mineral salts were used for reducing ethanol production cost. Response surface methodology based on Box-Behnken design with 3 factors and 3 levels was used for investigation the optimum concentration of media components. The media component consisted of 3.95 g nitrogen/L of GML, 0.05 g/L MgSO4 ‧7H2O and 0.27 g/L KH2PO4 was obtained as optimized condition for high effective ethanol production by Saccharomyces cerevisiae TISTR 5606 with ethanol concentration (Cp ) 89.95 g/L, yield (YP/S) 0.49 ± 0.01 g/g, theoretical yield 95.61 ± 2.06% and ethanol productivity (QP ) 1.49 ± 0.04 g/L/h. The cost reduction of optimized media was calculated as 79.82 THB/L or 173.5% when compared with reference media. Ethanol production from oil palm trunk fiber by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was carried out by using developed medium and three different feeding strategies in fed-batch mode. At the initial fiber 10%(w/v), the feeding of fiber 2.5%(w/v) together with Cellic® CTec2 15 FPU/g substrate at 12, 24 36, 48 hours and inoculum feeding 2.5%(v/v) at 48 and 60 hours, resulting in highest ethanol production efficiency. This condition indicated that ethanol concentration 64.24 ± 0.84 g/L, theoretical yield 80.91 ± 1.05% and ethanol productivity (QP ) 0.89 ± 0.01 g/L/h (p <0.05). However, the scale-up of ethanol fermentation from oil palm trunk fiber in bioreactor was limited by mixing and substrate loading, but the suitable feeding strategies can improve ethanol titer more than 20% at total substrate 10%(w/v) when compared with flask scale. This research suggests that the developed low-cost medium can be used for economical production of ethanol and improve cellulosic ethanol production at high solid loading by feeding strategy in fed-batch mode.

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: ประมุข ภระกูลสุขสถิตย์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Name: สาโรจน์ ศิริศันสนียกุล

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Name: นิคม แหลมสัก

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Created: 2563

Modified: 2567-05-23

Issued: 2567-05-23

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://kasetsart.idm.oclc.org/login?url=http://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2563/fontip-lia-all.pdf

CallNumber: TP358.ฝ15

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีชีวภาพ

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	fontip-lia-all.pdf	24.86 MB

ใช้เวลา

0.032309 วินาที