Screening of Clostridium sp. for butanol production from Sato (Thai rice wine) factory wastewater

การคัดกรอง Clostridium sp. เพื่อการผลิตบิวทานอลจากน้ำเสียโรงงานผลิตสาโท (ไวน์ข้าว)

Name: Julalak Buranaprasopchai

LCSH: Butanol

LCSH: Clostridium

LCSH: Rice wines

Abstract: The production of Sato, a Thai traditional beverage, yields Sato wastewater (STW), which contains residual rice constituents with high chemical and biological oxygen demands and so forms an environmental problem. In addition, STW often smells rotten from the formation of hydrogen sulfide. To solve this problem, the composition of STW was analyzed for its physiological and chemical characteristics to evaluate its potential as a substrate for ABE fermentation using Clostridium spp., which has never been reported for use in acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation before. Solvent-producing Clostridium isolates were obtained from environmental sources in Thailand, and that producing the highest butanol level (isolate CUEA02 from the sludge of a biodiesel plant) was selected. The butanol production was 8.32 ± 0.08 g/L in flask fermentation under an initial pH of 6.5, 35 ˚C, 10% (v/v) inoculum size, and 50 g/L of glucose. Whole-genome sequencing analysis was used to identify this strain and its ability to use different carbon sources for ABE fermentation was evaluated. Isolate CUEA02 was closely related to Clostridium beijerinckii with an average nucleotide identity of 95.14% and could grow and produce butanol in various carbon sources, especially starch and carboxymethyl cellulose. The STW was diluted 1:10, 1:20, 1:30, and 1:40 for ABE production by CUEA02, where the obtained butanol yield (0.23 g/g) under an anaerobic condition was highest with the 1:10 diluted STW. To improve the butanol production, the initial pH was adjusted from 4.75 to 6.5, resulting in a 2.13-fold enhanced butanol yield (0.49 g/g). Furthermore, adding yeast extract at 2 g/L enhanced butanol production in STW utilizing C. beijerinckii CUEA02 by up to 29%.

Abstract: สาโทจัดเป็นเครื่องดื่มแอลกอฮอล์พื้นบ้านของไทยชนิดหนึ่ง และกระบวนการผลิตสาโทมักก่อให้เกิดน้ำเสียเป็นจำนวนมาก โดยส่วนประกอบของน้ำเสียมักประกอบไปด้วยเศษข้าวที่หลงเหลือจากกระบวนการหมัก จึงส่งผลให้ปริมาณของบีโอดี และซีโอดีในน้ำสูง ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม โดยน้ำเสียจะส่งกลิ่นเหม็นคล้ายไข่เน่าที่เกิดจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวในงานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาองค์ประกอบของน้ำเสียทั้งทางกายภาพและเคมี เพื่อประเมินศักยภาพในการนำน้ำเสียมาใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับกระบวนการหมักแอซีโทน-บิวทานอล-เอทานอล (ABE) ด้วยแบคทีเรียสกุลคลอสทริเดียม ซึ่งยังไม่เคยมีรายงานถึงการนำน้ำเสียจากโรงงานผลิตสาโทมาใช้ในการผลิต ABE มาก่อน แบคทีเรียสกุลคลอสทริเดียมที่คัดแยกได้จากแหล่งธรรมชาติในประเทศไทย และสามารถผลิตบิวทานอลได้ในปริมาณสูงสุดคือ ไอโซเลท CUEA02 โดยสามารถผลิตบิวทานอลได้ 8.32 ± 0.08 กรัมต่อลิตร ในการหมักระดับฟลาสก์ที่มีการควบคุมความเป็นกรด-ด่างเริ่มต้นเท่ากับ 6.5 อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส หัวเชื้อร้อยละ 10 และน้ำตาลกลูโคส 50 กรัมต่อลิตร จากนั้นทำการวิเคราะห์ลำดับจีโนมของแบคทีเรียที่คัดแยกได้ เพื่อใช้ระบุสายพันธุ์และประเมินความสามารถในการใช้แหล่งคาร์บอนต่าง ๆ ซึ่งพบว่าไอโซเลท CUEA02 มีความใกล้เคียงกับ Clostridium beijerinckii โดยมีค่าเฉลี่ยความเหมือนของนิวคลีโอไทด์ (%ANI) ร้อยละ 95.14 และสามารถเจริญเติบโตและผลิตบิวทานอลในแหล่งคาร์บอนต่าง ๆ ได้ดี โดยเฉพาะแหล่งคาร์บอนที่เป็นแป้งและคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส จากนั้นทำการประเมินความสามารถในการใช้น้ำเสียเพื่อผลิต ABE ด้วยการนำน้ำเสียมาเจือจาง 10, 20, 30 และ 40 เท่า ตามลำดับ โดยไอโซเลท CUEA02 สามารถผลิตบิวทานอลได้ 0.23 กรัมต่อกรัม ภายใต้การเจริญเติบโตในสภาวะไร้อากาศในน้ำเสียที่ถูกเจือจาง 10 เท่า และเมื่อทำการปรับค่าความเป็นกรด-ด่างจาก 4.75 เป็น 6.5 ส่งผลให้ผลผลิตบิวทานอลเพิ่มขึ้น 2.13 เท่า (0.49 กรัมต่อกรัม) นอกจากนี้ยังพบว่าการเติมสารสกัดจากยีสต์ที่ 2 กรัมต่อลิตร สามารถช่วยเพิ่มการผลิตบิวทานอลในน้ำเสียได้ถึงร้อยละ 29

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Warawut Chulalaksananukul

Role: Advisor

Name: Isabelle Meynial-Salles

Role: Advisor

Created: 2022

Modified: 2025-01-02

Issued: 2025-01-02

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2022.28

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biotechnology

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5772808723.pdf	3.47 MB	1	2025-05-30 16:58:17

ใช้เวลา

0.0251 วินาที