กระบวนการกลั่นทางชีวภาพมวลลิกโนเซลลูโลสด้วยสารละลายดีพยูเทคติคเพื่อการผลิตสารชีวเคมีมูลค่าสูง

บทคัดย่อ

โครงการวิจัยนี้ทำการประยุกต์ใช้สาร Deep Eutectic Solvent (DES) สามชนิดได้แก่ ChCl/LA, ChCl/G และ ChCl/U ซึ่งเป็นสาร DES ที่มีคุณสมบัติเป็น กรด กลางและเบส ตามลำดับ เพื่อใช้ในการปรับสภาพมวลเบื้องต้นของลิกโนเซลลูโลสได้แก่ หญ้าเนเปียร์ โดยอาศัยหลักการ Response Surface Methodology (RSM) เพื่อทำการ optimize ปัจจัยที่ใช้ในการปรับสภาพมวล พบว่าได้ปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์จากปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์ Ctec2 สูงขึ้น 1.82, 2.21 และ 1.20 เท่าจาก ChCl/LA, ChCl/U และ ChCl/G ตามลำดับ และเมื่อทำการวิเคราะห์องค์ประกอบชีวมวลที่ผ่านการปรับสภาพพบว่าการปรับสภาพช่วยลดปริมาณลิกนินหลังการปรับสภาพ ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิเคราะห์ด้วย FTIR นอกจากนี้เมื่อทำการวิเคราะห์ตัวอย่างด้วย XRD ของชีวมวลที่ผ่านการปรับสภาพพบว่ามีสัญญาณของพีคที่แสดงถึงผลึกเซลลูโลสที่เพิ่มขึ้น และเมื่อทำการวิเคราะห์สาร inhibitors ก็พบเพียงกรดอะซิติกเพียงเล็กน้อย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการปรับสภาพด้วย DES ในส่วนต่อมาจึงได้ทดสอบผลกระทบของ DES ต่อการทำงานของเอนไซม์เซลลูเลส Ctec2 ในปฏิกิริยา hydrolysis โดยทำการเติม DES ทั้งสามชนิดลงไปทดสอบที่ระดับความเข้มข้น 5-15% พบว่า ChCl/LA ที่ความเข้มข้น 10-15% และ ChCl/U ที่ความเข้มข้นที่ 15% มีผลทำให้ปริมาณน้ำตาลที่ผลิตได้จากปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสนั้นลดลงประมาณ 20% แต่ในส่วนของ ChCl/G ในช่วงความเข้มข้นที่ทดสอบนั้นไม่พบการเปลี่ยนแปลงของปริมาณน้ำตาลที่ผลิต ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสารละลาย DES ทั้งสามชนิดนี้มีผลกระทบเชิงลบต่อเอนไซม์ Ctec2 ในระดับที่แตกต่างกัน ซึ่งเมื่อวิเคราะห์ enzyme kinetic parameters ในรูปแบบของค่า Km และ Vm พบว่าการเติมสาร DES ลงในปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสจะทำให้ค่า Vm ลดลง แต่สาร ChCl/U และ ChCl/G ได้ทำให้ค่า Km ก็ลดลงซึ่งมีผลทำให้ substrate และ enzyme มี affinity ในการทำปฏิกิริยาได้ดีขึ้น จากนั้นได้ทำการทดสอบฤทธิ์ยับยั้งของสาร DES ต่อการเติบโตของยีสต์ Saccharomyces cerevisiae และ Kluyveromyces marxianus พบว่า ChCl/LA นั้นมีฤทธิ์ยับยั้งยีสต์ทั้งสองชนิดเมื่อใช้ความเข้มข้นสูงในขณะที่ ChCl/U และ ChCl/G นั้นไม่มีฤทธิ์ยับยั้งการเติบโตทั้งสองชนิด จากนั้นได้ทำการทดสอบกระบวนการควบรวมการปรับสภาพเบื้องต้นและการไฮโดรไลซิสในถังปฏิกิริยาเดียวกัน โดยกำหนดให้ความเข้มข้นของ DES ที่คงอยู่ในปฏิกิริยาอยู่ที่ 5% พบว่าน้ำตาลที่ผลิตได้จากกระบวนการที่แยกถังปรับสภาพเบื้องต้นและถังการไฮโดรไลซิส เมื่อเทียบกับกระบวนการที่ไม่ได้แยกถังและควบรวมปรับสภาพเบื้องต้นและการไฮโดรไลซิสไม่แตกต่างกัน ซึ่งนับว่ากระบวนการควบรวมนี้ช่วยลดปัญหาการสร้างน้ำเสียที่ใช้ในการล้างตัวอย่างและความยุ่งยากในกระบวนการได้ดี จากนั้นจึงได้นำเอา hydrolysate ที่ได้จากเนเปียร์นี้ไปใช้ในกระบวนการหมักด้วยยีสต์ S. cerevisiae, K. marxianus พบว่าสารกลุ่ม aroma compound ได้แก่ Phenylethyl Alcohol, Isoamyl alcohol, 2-methyl-Propanal ซึ่งเป็นสารที่มีกลิ่นกุหลาบ กลิ่นกล้วยและกลิ่นมอลต์ตามลำดับ มีปริมาณสูงขึ้นในตัวอย่างที่ปรับสภาพด้วย ChCl/LA และ ChCl/U โดยเฉพาะสารกลุ่ม Isoamyl alcohol ที่มีปริมาณสูงสุดที่ 356.75 mg/L

คำสำคัญ