การผลิตบิวทานอลจากกลีเซอรอลเพื่อใช้เป็นพลังงานทดแทนด้วยกระบวนการทางชีวภาพ

บทคัดย่อ

บทคัดย่อ ในงานวิจัยนี้ เป็นการศึกษาความเป็นไปได้ในการนำกลีเซอรอลซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตไบโอดีเซล มาใช้เป็นแหล่งคาร์บอนในอาหารเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ Clostridium acetobutylicum TISTR 1462 และ Clostridium beijericnkii TISR 1390 ทดแทนกลูโคสเพื่อการผลิตบิวทานอล ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นพลังงานทดแทนได้ นอกจากเอาไปใช้เป็นตัวทำละลายแล้ว ยังสามารถใช้แทนดีเซลและคีโรซีน แล้วเอาไปทำเป็นสารรักษาอาหารสัตว์ สารฆ่าเชื้อ และสาร C4 ในอุตสาหกรรมเคมี สำหรับเชื้อ Clostridium acetobutylicum TISTR 1462 ที่นำมาทำการศึกษาในระดับฟลาสก์ขนาด 250 มิลลิลิตรในสภาวะไร้อากาศในเครื่องเขย่าความเร็วรอบ 200 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส โดยทำการเก็บตัวอย่างทุก 24 ชั่วโมง และทำการศึกษาหาปริมาณกลีเซอรอลที่เหมาะสมในการเจริญเติบโต (10, 20, 30, 40 และ 50 กรัมต่อลิตร) เมื่อทำการศึกษาการเจริญเติบโตจะพบว่าเชื้อจุลินทรีย์จะมีจำนวนเซลล์มากที่สุดที่ชั่วโมงที่ 120 พบเป็นจำนวน 1.33 ?108 CFU ต่อมิลลิลิตร และเมื่อทำการศึกษาหาปริมาณกลีเซอรอลที่จะเติมลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ พบว่าเชื้อจุลินทรีย์จะมีการเพิ่มจำนวนเซลล์มากที่สุดเมื่อใช้ความเข้มข้นของกลีเซอรอล 40 กรัมต่อลิตร โดยทำการเพาะเลี้ยงเป็นระยะเวลา 144 ชั่วโมง นับจำนวนเซลล์ที่มีชีวิตได้ 4.80 ?109 CFU ต่อมิลลิลิตร แล้วนำส่วนใสไปวิเคราะห์เพื่อหาปริมาณสารต่างๆที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการหมักด้วยเครื่อง HPLC ไม่พบสารผลิตภัณฑ์หลักที่ควรเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการหมัก คือ อะซิโตน บิวทานอล และเอทานอล พบแต่เมทานอลซึ่งเป็นสารตัวกลางในกระบวนการหมักให้เกิดก๊าซไฮโดรเจน จากการใช้กลีเซอรอลเป็นสารตั้งต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเปลี่ยนอาหารเลี้ยงเชื้อ Clostridium acetobutylicum TISTR 1462 เป็นสูตร GYCC และทำการเพาะเลี้ยงในระดับฟลาสก์ตั้งนิ่งขนาด 250 มิลลิลิตรในสภาวะไร้อากาศ ในถังหมักขนาด 2 ลิตร ในสภาวะไร้อากาศ โดยไม่ใช้ใบพัด และใช้ใบพัดความเร็วรอบ 200 รอบต่อนาที เปรียบเทียบแหล่งคาร์บอน 2 แหล่ง คือ กลูโคสและกลีเซอรอล พบว่าเชื้อเจริญได้ดีที่สุดเมื่อเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อ GYCC ที่มีกลีเซอรอลเป็นแหล่งคาร์บอนในถังหมักที่ไม่มีการใช้ใบพัด โดยมีจำนวนเซลล์สูงสุดเท่ากับ 2.24 ?109 CFU ต่อมิลลิลิตร ในชั่วโมงที่ 120 ของกระบวนการหมัก ค่าความเป็นกรดด่างลดลงจาก 6.76 เป็น 5.98 หลังจากการเพาะเลี้ยงผ่านไป 72 ชั่วโมง จากนั้น ค่าความเป็นกรดด่างมีค่าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็น 6.04-6.06 จนจบการเพาะเลี้ยงที่ 144 ชั่วโมง ในการเพาะเลี้ยงสภาวะเดียวกันนี้ ยังพบบิวทานอล 0.063 กรัมต่อลิตร ตั้งแต่ชั่วโมงที่ 24 ของการเพาะเลี้ยงด้วย แต่เมื่อเพาะเลี้ยงเชื้อในถังหมักขนาด 2 ลิตรพร้อมกับใช้ใบพัดความเร็วรอบ 200 รอบต่อนาที พบบิวทานอลความเข้มข้นสูงถึง 0.117 กรัมต่อลิตร ในชั่วโมงที่ 120 และจำนวนเซลล์สูงสุด 2.30 ?108 CFU ต่อมิลลิลิตร ที่ 96 ชั่วโมง นอกจากนี้ในการเพาะเลี้ยงในถังหมักทั้งหมดยังพบสาร 1,3-โพรเพนไดออลในปริมาณเล็กน้อยอีกด้วย ส่วนเมื่อเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ Clostridium beijericnkii TISR 1390 ในระดับฟลาสก์ตั้งนิ่งขนาด 250 มิลลิลิตรในสภาวะไร้ออกซิเจน ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส จากนั้นทำการเก็บตัวอย่างทุก 24 ชั่วโมง เพื่อศึกษาการเจริญเติบโตด้วยการนับจำนวนเชื้อจุลินทรีย์ที่มีชีวิต พบว่าเมื่อใช้กลูโคสความเข้มข้น 60 กรัมต่อลิตรเป็นแหล่งคาร์บอน มีจำนวนเซลล์มากที่สุดในชั่วโมงที่ 24 ของการเพาะเลี้ยงเป็นจำนวน 8.38 ?106CFU ต่อมิลลิลิตร และเมื่อเติมกลูโคส 20 กรัมต่อลิตรลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ โดยเปรียบเทียบกับการเติมกลีเซอรอล 20 กรัมต่อลิตรเป็นแหล่งคาร์บอนเพียงอย่างเดียว พบว่าการใช้กลูโคสมีจำนวนเซลล์มากที่สุด ณ ชั่วโมงที่ 24 เป็นจำนวน 3.93 ?106CFU ต่อมิลลิลิตร และการใช้กลีเซอรอล 20 กรัมต่อลิตร พบจำนวนเซลล์มากที่สุด ในชั่วโมงที่ 168 เป็นจำนวน 4.78 ?106 CFU ต่อมิลลิลิตร จากนั้น นำส่วนใสของตัวอย่างไปวิเคราะห์ด้วยเครื่อง HPLC เพื่อหาปริมาณสารผลิตภัณฑ์หลักที่ควรเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการหมัก คือ อะซีโตน บิวทานอล และเอทานอล พบว่า เมื่อเติมกลูโคส 60 กรัมต่อลิตร เชื้อจุลินทรีย์สามารถผลิตบิวทานอลได้สูงสุด 8.11 กรัมต่อลิตรที่ชั่วโมง 120 และสามารถผลิตอะซีโตนได้สูงสุด 1.65 กรัมต่อลิตรที่ชั่วโมง 168 ของการเพาะเลี้ยง เมื่อเติมกลูโคส 20 กรัมต่อลิตร เชื้อจุลินทรีย์สามารถผลิตบิวทานอลได้สูงสุด 4.70 กรัมต่อลิตรที่ชั่วโมงที่ 144 และสามารถผลิตอะซีโตนได้สูงสุด 0.7927 กรัมต่อลิตรที่ชั่วโมง 144 ของการเพาะเลี้ยง เมื่อเติมกลีเซอรอล 20 กรัมต่อลิตร เชื้อจุลินทรีย์สามารถผลิตอะซี-โตนได้สูงสุด 3.7961 กรัมต่อลิตรที่ชั่วโมง 312 แต่ไม่พบการผลิตบิวทานอล และทั้ง 3 การทดลองไม่พบการสร้างเอทานอลในกระบวนการหมัก

คำสำคัญ