การผลิตเอทานอลจากวัชพืชน้ำด้วยกระบวนการหมักแบบ Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) และ Separate hydrolysis and fermentation (SHF) Ethanol Production from Aquatic Weed under Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) and Separate

Abstract

บทคัดย่อ ปัจจุบันนี้เอทานอลเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญและมีการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลาย การศึกษาเพื่อลดต้นทุนการผลิตจึงมีความสำคัญโดยเฉพาะกระบวนการผลิตและวัตถุดิบที่ใช้ควรมีราคาถูก มีปริมาณมาก ซึ่งวัชพืชน้ำเป็นสารประกอบจำพวกลิกโนเซลลูโลสชนิดหนึ่งซึ่งมีปริมาณมากในแหล่งน้ำต่างๆทั่วประเทศไทย สามารถนำมาเพิ่มมูลค่าได้แทนการนำไปทิ้งหรือเผาเพื่อกำจัด ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงสนใจที่จะนำวัชพืชน้ำมาใช้ในการผลิตเอทานอลโดยได้ทำการคัดแยกเชื้อแบคทีเรียไอโซเลท OK1103 จากตัวอย่างดินซึ่งสามารถผลิตเอนไซม์เซลลูเลสได้สูงที่สุดบนอาหาร CMC congo red agar และในอาหารเหลวที่มีวัชพืชน้ำเป็นสับสเตรท และเมื่อทำการจัดจำแนกแบคทีเรียไอโซเลทดังกล่าวโดยใช้การหาลำดับเบสของยีนบริเวณ 16S rRNA และการศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาพบว่ามีความคล้ายคลึงกับ Bacillus subtilis จากการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอนไซม์เซลลูเลสจากไอโซเลท OK1103 พบว่าเมื่อทำการเลี้ยงเชื้อในอาหาร CMC broth ที่มีวัชพืชน้ำที่ไม่ผ่านการปรับสภาพเป็นสับเสตรท ใช้เคซีนที่ความเข้มข้น 1% (w/v) และทำการเลี้ยงที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 3 วัน สามารถผลิตเอนไซม์ได้สูงที่สุดคือ 540 U/mL เมื่อทำการศึกษากระบวนการหมักเพื่อผลิตเอทานอล โดยใช้เชื้อไอโซเลท OK1103 และ Saccharomyces cerevisiae ภายใต้กระบวนการหมักแบบ Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) และ Separate hydrolysis and fermentation (SHF) พบว่าเมื่อใช้การหมักแบบ SSF สามารถผลิต   เอทานอลได้เท่ากับ 14 g/L เมื่อทำการหมักเป็นเวลา 36 ชั่วโมง ซึ่งมากกว่ากระบวนการหมักแบบ SHF ที่ผลิตได้ 10 g/L ดังนั้นจะเห็นได้ว่ากระบวนการ SSF เหมาะสมที่จะนำมาใช้ในการผลิตเอทานอลได้และสามารถลดระยะเวลาในการหมักให้สั้นลงเหลือ 36 ชั่วโมง รวมทั้งลดการใช้เอนไซม์เซลลูเลสทางการค้าในขั้นตอนการไฮโดรไลซ์วัสดุจำพวกลิโนเซลลูโลสได้คำสำคัญ: เอทานอล วัชพืชน้ำ กระบวนการหมักแบบ Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) และ Separate hydrolysis and fermentation(SHF) ABSTRACT Nowadays, ethanol is an important energy source and has been used in various applications. The study of ethanol production is mainly focused on reducing costs of production and material. Aquatic weed is lignocellulosic compound which could be collected from various water sources in Thailand. It can be utilized to value added product such as ethanol instead of burning or disposal to the environment. This present work, we aimed to utilize aquatic weed as substrate for ethanol production. Strain OK1103 was isolated from soil and showed the highest cellulase activity on CMC congo red agar plate and broth. This strain was identified as Bacillus subtilis based on 16S rRNA gene sequencing and morphological studies. The optimization of cellulase production was investigated. The maximum activity was achieved with 540 U/mL when using aquatic weed as substrate in CMC broth, casein as nitrogen source with 1% (w/v) and incubated at room temperature for 3 days. After that the fermentation process for ethanol production was studied by using strain OK1103 and Saccharomyces cerevisiae under simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and separate hydrolysis and fermentation (SHF). The SSF could achieve ethanol concentration of 14 g/L by using aquatic weed as substrate for 36 h which higher than the SHF process of 10 g/L. This report demonstrates SSF is suitable for ethanol production because of it can reduce fermentation time to 36 h and decrease the utilization of commercial cellulase in hydrolysis step of lignocellulosic material. Keywords: ethanol, aquatic weed, SSF, SHF