การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
โดย สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
ผู้เขียน : ผ่องศรี ศิวราศักดิ์ ISBN : 978-974-625-664-3 จ�ำนวน : 24 หน้า พิมพ์ครั้งที่ 1 : สิงหาคม 2557 จ�ำนวนพิมพ์ : 100 เล่ม ราคา : จัดพิมพ์โดย : สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี เลขที่ 39 หมู่ 1 ถนนรังสิต-นครนายก ต�ำบลคลองหก อ�ำเภอธัญบุรี จังหวัดปทุมธานี 12110 โทรศัพท์: 0 2549 4682 โทรสาร: 0 2577 5038 Website: http://www.ird.rmutt.ac.th E-mail: ird@rmutt.ac.th พิมพ์ที่ : บริษัท ทริปเพิ้ล กรุ๊ป จ�ำกัด โทรศัพท์ : 0 2521 8420 โทรสาร: 0 2521 8424 เนื้อหาใดๆ ในหนังสือเล่มนี้เป็นความรับผิดชอบของผู้เขียนเพียงผู้เดียว สถาบันวิจัยและพัฒนา เป็นเพียงผู้จัดพิมพ์เผยแพร่เพื่อประโยชน์ต่อสาธารณชนเท่านั้น
ค�ำน�ำ เอกสารเผยแพร่ความรู้ เรื่อง การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว มีจุดประสงค์เพื่อเผยแพร่ความรู้ที่ได้รับ จากโครงการวิจัยที่ผ่านมาอย่างต่อเนื่อง ตลอดระยะเวลานับ 10 ปี ซึ่งได้วิจัย และพั ฒ นาเกี่ ย วกั บ การน� ำ จุ ลิ น ทรี ย ์ ม าใช้ ใ นการหมั ก กั บ ของเหลื อ เส้ น ใยพื ช เพื่อการผลิตเอทานอลส�ำหรับพลังงานทดแทน ได้แก่ ฟางข้าว กากมันส�ำปะหลัง เปลือกสับปะรด กากกะทิ และล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน เป็นต้น เอกสารนีจ้ ดั ท�ำขึน้ โดยความร่วมมือระหว่างสถาบันวิจยั และพัฒนากับคณะ วิศวกรรมศาสตร์ เพือ่ เผยแพร่ความรูเ้ กีย่ วกับการผลิตจุลนิ ทรียโ์ ดยผ่านกระบวนการ หมักแข็ง และการหมักเอทานอลแบบกึง่ เหลวจากของเหลือเส้นใยพืชหรือเซลลูโลส ด้วยจุลินทรีย์ที่ผลิตได้ให้กับผู้ที่สนใจและบุคคลทั่วไป ทั้งนี้ ผู้จัดท�ำหวังเป็นอย่างยิ่งว่า เอกสารความรู้ฉบับนี้จะเป็นประโยชน์แก่ ผู้ที่น�ำไปใช้ และหากมีข้อบกพร่องประการใด คณะผู้จัดท�ำขออภัยไว้ ณ ที่นี้ สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี สิงหาคม 2557
สารบัญ
ที่มาและความส�ำคัญ วัตถุดิบส�ำหรับการหมักเอทานอลเพื่อพลังงานทดแทน การหมักเอทานอลในขั้นตอนเดียว : องค์ความรู้ที่ได้จากงานวิจัย การผลิตผงจุลินทรีย์ผสมจากการหมักแข็งของเหลือเส้นใยพืช สรุป บรรณานุกรม ประวัติผู้เขียน
หน้า 1 4 7 14 19 21 24
สารบัญรูป รูปที่
1 จุลินทรีย์ราบริสุทธิ์ มีชื่อว่า ไตรโคเดอร์มา รีสิอี จากกล้องจุลทรรศน์ ก�ำลังขยาย 40 เท่า 2 จุลินทรีย์ยีสต์บริสุทธิ์ มีชื่อว่า แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี จากกล้องจุลทรรศน์ก�ำลังขยาย 40 เท่า 3 จุลินทรีย์ผสมระหว่างไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ที่เพาะเลี้ยงร่วมกันบนอาหารวุ้นแข็งพีดีเอ (ก) อายุ 3 วัน (ข) 5 วัน และ (ค) 7 วัน 4 ผงจุลินทรีย์ผสมระหว่างไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี บนล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน 5 วัตถุดิบของเหลือเส้นใยพืช 6 แผนภาพของกระบวนการผลิตเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช 7 การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกะจากกากกะทิ ด้วยจุลินทรีย์ผสมในถังหมักแก้ว 8 การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะจากกากกะทิ ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 9 การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
หน้า 1 1 3 3 4 6 11 12 13
สารบัญรูป (ต่อ) รูปที่
10 หัวเชื้อจุลินทรีย์ผสมจากการหมักแข็งกากกะทิที่ระยะเวลา เริ่มต้น (ซ้าย) และ 7 วัน (ขวา) 11 อาหารเหลว พีเอช 5 12 จุลินทรีย์ผสมในอาหารเหลว พีเอช 5 13 ถังหมักพลาสติกส�ำหรับการหมักแข็งกากกะทิด้วยจุลินทรีย์ผสม 14 การหมักแข็งกากกะทิด้วยจุลินทีย์ผสมในตู้บ่ม ที่อุณหภูมิ 24 ± 2 oC 15 จุลินทรีย์จากเชื้อผสม (ไตรโคเดอร์มา รีสิอี - แซคคาโรมายซิส สิรีวิซิอี) บนล�ำต้นข้าวฟ่างหวานหลังการอบแห้ง 16 ผงจุลินทรีย์ผสมที่ผ่านการบด 17 ผงจุลินทรีย์ผสมดิบในถุงซิบเคลือบอะลูมิเนียม
หน้า 14 16 16 17 17 17 18 18
สารบัญตาราง ตารางที่
1 ความเข้มข้นของจุลินทรีย์ผสมที่ได้จากการหมักแข็งวัตถุดิบ ของเหลือเส้นใยพืชชนิดต่าง ๆ 2 ส่วนประกอบอาหารเหลว พีเอช 5 3 ส่วนประกอบของอาหารเหลวส�ำหรับหัวเชื้อยีสต์ 4 เอทานอลที่ได้ส�ำหรับการหมักกึ่งเหลวจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน ด้วยผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ไตรโคเดอร์มา รีสิอี ในอาหารเหลว พีเอช 5 ปริมาตร 100 มิลลิลิตร และหัวเชื้อยีสต์ 10% v/v 5 เอทานอลที่ได้ส�ำหรับการหมักกึ่งเหลวแบบกะจากล�ำต้นสด ข้าวฟ่างหวานด้วยผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ไตรโคเดอร์มา รีสิอี ในอาหารเหลวปริมาตร 100 มิลลิลิตร 6 เอทานอลที่ได้ส�ำหรับการหมักกึ่งเหลวแบบกึ่งกะในขั้นตอนเดียว จากกากกะทิและล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวานด้วยผงจุลินทรีย์ผสม ในอาหารเหลว พีเอช 5 ปริมาตร 100 มิลลิลิตร 7 สายพันธุ์จุลินทรีย์ ความชื้นเริ่มต้น เวลาที่ใช้หมัก และเอนไซม์ต่าง ๆ ที่ได้จากกระบวนการหมักแข็งเส้นใยพืชต่าง ๆ 8 เอทานอลที่ได้ผ่านกระบวนการหมักจากเส้นใยพืชต่าง ๆ ด้วยจุลินทรีย์บริสุทธิ์และผงจุลินทรีย์ผสมของงานวิจัยที่ผ่านมา
หน้า 7 8 9 10 10 12 15 19
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
1
ที่มาและความส�ำคัญ จุลนิ ทรียบ์ ริสทุ ธิ ์ คือ เชือ้ รา (ไตรโคเดอร์มา รีสอิ )ี มีความสามารถย่อยสลาย เส้นใยพืชหรือเซลลูโลสได้นำ�้ ตาลโมเลกุลเดีย่ ว หรือทีเ่ รียกว่า กลูโคส ผ่านกระบวนการ หมักที่ต้องการอากาศ ดังรูปที่ 1
รูปที่ 1 จุลนิ ทรียร์ าบริสทุ ธิ์ มีชอื่ ว่าไตรโคเดอร์มา รีสอิ ี จากกล้องจุลทรรศน์กำ� ลังขยาย 40 เท่า
ส่วนเชื้อยีสต์ (แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี) สามารถเปลี่ยนน�้ำตาลเป็น เอทานอล ผ่านกระบวนการหมักที่ไม่ใช้อากาศ ดังรูปที่ 2
รูปที่ 2 จุลนิ ทรียย์ สี ต์บริสทุ ธิ์ มีชอื่ ว่าแซคคาโรมายซิส สิรวี สิ อิ ี จากกล้องจุลทรรศน์กำ� ลังขยาย 40 เท่า
2 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
งานวิจัยของผ่องศรี และคณะ, (2550) เริ่มต้นจากการน�ำจุลินทรีย์บริสุทธิ์ ทั้ง 2 สายพันธุ์ดังกล่าวไปใช้ในกระบวนการหมักเอทานอลจากฟางข้าวในอาหาร เหลว การศึกษาแบ่งเป็น 4 ขั้นตอน ดังนี้ ขั้นตอนที่ 1 การปรับสภาพฟางข้าวเพื่อแยกเฮมิ-เซลลูโลส และลิกนิน ออกก่อน ให้มีเพียงเซลลูโลสหรือเส้นใยพืช และการท�ำให้ฟางข้าวอ่อนนุ่มขึ้น เพื่อจุลินทรีย์เข้าไปย่อยสลายเส้นใยได้ดีขึ้น ในขั้นตอนนี้มีน�้ำเสียที่มีสภาพเป็นด่าง เกิดขึ้นปริมาณมาก ขั้นตอนที่ 2 การใช้เชื้อราไตรโคเดอร์มา รีสิอี ย่อยสลายฟางข้าวในอาหาร เหลวให้ได้น�้ำตาล หรือเรียกว่า การย่อยสลายด้วยเอนไซม์ ขั้นตอนที่ 3 การแยกตะกอนฟางข้าวออกจากสารละลายส่วนใส เกิดกาก ของเสีย คือ ตะกอนฟาง ซึ่งอาจน�ำไปใช้ประโยชน์ต่อไปได้ แต่ต้องมีเทคโนโลยีใน การจัดการกากของเสียนี้ ขั้นตอนที่ 4 การใช้ เชื้ อ ยี ต ส์ แซคคาโรมายซิ ส สิ รี วิ สิ อี เปลี่ ย นน�้ ำ ตาล ในสารละลายส่วนใสที่แยกได้ให้เป็นเอทานอล จะเห็นได้ว่าการหมักเอทานอลจากฟางข้าวด้วยจุลินทรีย์ทั้ง 2 สายพันธุ์นี้ ต้องผ่านกระบวนการหลายขั้นตอน จึงมีความยุ่งยากและเกิดของเสียขึ้นในแต่ละ ขั้นตอนเป็นปริมาณมาก ผลได้ของเอทานอลน้อย ใช้เวลาในการผลิตเอทานอลนาน จึงได้มีการปรับปรุงและพัฒนาการผลิตเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผง จุลนิ ทรียผ์ สมในขัน้ ตอนเดียวเพือ่ แก้ปญ ั หาดังกล่าว จุดเด่นของผงจุลินทรีย์ผสมระหว่างเชื้อราไตรโคเดอร์มา รีสิอี และยีสต์ แซคคาโรมายซิส สิรวี สิ อิ ี คือ การผลิตในรูปของผงแห้ง ท�ำให้สะดวกต่อการเก็บรักษา น�ำไปใช้งานได้ง่าย และมีอายุนานนับเดือน ซึ่งเราสามารถผลิตได้เองและน�ำมาใช้ ย่อยสลายวัสดุเส้นใยพืชได้ในขั้นตอนเดียว จึงเป็นเอนไซม์ผสมใช้ทดแทนเอนไซม์ ทางการค้าได้ นอกจากนี้ จุลินทรีย์ผสมเติบโตได้ดีในสื่อที่ใช้เป็นอาหารเหลว พีเอช 5 ที่ได้คิดค้นขึ้นใหม่อีกด้วย
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
3
วิธีการผลิตผงจุลินทรีย์ผสม เริ่มจากการเพาะเลี้ยงเชื้อราไตรโคเดอร์มา รีสิอี และเชื้อยีสต์แซคคาโรมายซิ สิรีวิสิอี ร่วมกันบนจานอาหารพีดีเอ นาน 5-7 วัน ดังรูปที่ 3
(ก) (ข) (ค) รูปที่ 3 จุลินทรีย์ผสมระหว่างไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ที่เพาะเลี้ยง ร่วมกันบนอาหารวุ้นแข็งพีดีเอ (ก) อายุ 3 วัน (ข) 5 วัน และ (ค) 7 วัน
จากนัน้ จึงน�ำจุลนิ ทรียผ์ สมดังกล่าว ไปผ่านกระบวนการหมักแข็งทีม่ วี ตั ถุดบิ ได้แก่ กากมันส�ำปะหลัง หรือเปลือกสับปะรด หรือกากกะทิ หรือล�ำต้นสดข้าวฟ่าง หวาน และมีสื่อเป็นอาหารเหลว พีเอช 5 ใช้เวลาหมักนาน 6-7 วัน จุลินทรีย์ผสมสด ทีผ่ า่ นการอบแห้ง โดยใช้อณ ุ หภูมปิ ระมาณ 60-65oC จนได้ความชืน้ น้อยกว่าร้อยละ 13 โดยน�้ำหนัก และเมื่อผ่านการบดละเอียดจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นผงจุลินทรีย์ผสม ดังรูปที่ 4 ซึ่งสามารถน�ำไปใช้ในการหมักเอทานอลได้ในขั้นตอนเดียวโดยไม่ต้อง ปรับสภาพเบื้องต้นของเหลือเส้นใยพืช จึงท�ำให้ลดเวลา สารเคมี และเป็นมิตรกับ สิ่งแวดล้อม
รูปที่ 4 ผงจุลินทรีย์ผสมระหว่าง ไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี บนล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน
4 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
วัตถุดิบส�ำหรับการหมักเอทานอลเพื่อพลังงานทดแทน วิกฤตพลังงานจากปิโตรเลียมในปัจจุบันท�ำให้เกิดการแสวงหาพลังงาน ทดแทนขึ้นอย่างจริงจัง เอทานอลเป็นวัตถุดิบหนึ่งที่สามารถน�ำมาใช้เป็นพลังงาน ทดแทนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการน�ำไปใช้ในการยานพาหนะ ตั้งแต่แกสโซฮอล์ 91 แกสโซฮอล์ 95 E-20 และ E-85 ตามล�ำดับ ท�ำให้ความต้องการเอทานอลเพิ่มสูงขึ้น ขณะเดียวกัน ต้นทุนการผลิตเอทานอลต้องมีความคุ้มค่าเศรษฐกิจ ทางเลือกหนึ่ง ของการผลิตเอทานอลต้นทุนต�่ำ คือ การน�ำของเหลือเส้นใยพืชจากอุตสาหกรรม เกษตรต่ า ง ๆ หรื อ เรี ย กว่ า วั ส ดุ ลิ ก โนเซลลู โ ลส น� ำ มาใช้ เ ป็ น วั ต ถุ ดิ บ ทดแทน มันส�ำปะหลังและกากน�้ำตาล ดังรูปที่ 5
ฟางข้าวก่อนและหลังการปรับสภาพ
ต้นข้าวฟ่างหวาน
กากมันสำ�ปะหลัง
กากกะทิ
เปลือกสับปะรด
รูปที่ 5 วัตถุดิบของเหลือเส้นใยพืช
อย่างไรก็ตาม การหมักเอทานอลจากวัตถุดิบเส้นใยพืชเพื่อเป็นพลังงาน ทดแทนนัน้ ใช้กระบวนการหมักเอทานอลแบบดัง้ เดิม ซึง่ มี 2 ขัน้ ตอน คือ ขัน้ ตอนที ่ 1 คือ กระบวนการย่อยสลายเส้นใยพืชให้เป็นน�ำ้ ตาลก่อนอาจต้องใช้วธิ กี ารย่อยสลาย ทางเคมี ได้แก่ การใช้กรดหรือด่างทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู หรือใช้วธิ กี ารย่อยสลายทางชีวภาพ ได้แก่ การใช้เอนไซม์ทางการค้าซึ่งมีราคาแพงและเป็นสินค้าน�ำเข้า จากนั้นจึงใช้
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
5
ยีสต์เปลี่ยนน�้ำตาลเป็นเอทานอลในขั้นตอนที่ 2 ต่อไป หรือจะใช้กระบวนการหมัก เอทานอลแบบรวมปฏิกริ ยิ าก็ได้ โดยใช้เอนไซม์ทางการค้าท�ำการย่อยสลายเส้นใยพืช ให้ได้น�้ำตาล และใช้ยีสต์เพื่อเปลี่ยนน�้ำตาลเป็นเอทานอล เกิดขึ้นพร้อม ๆ กันในถัง ปฏิกรณ์ชีวภาพ (ถังหมัก) กระบวนการผลิตเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช ดังรูปที่ 6 ประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้ คือ ขั้นตอนที่ 1 การปรับสภาพเบื้องต้น (pretreatment) เพื่ อ แยกเฮมิ เซลลูโลสออก เหลือเซลลูโลสและลิกนิน หรือการท�ำให้เส้นใยพืชนุม่ ขึน้ ด้วยกรดหรือ ด่างทัง้ ทีเ่ ข้มข้นและเจือจาง หรือใช้การระเบิดด้วยไอน�้ำหรือความร้อนจากไมโครเวฟ [David, et al., 2012] ขั้นตอนที่ 2 การย่อยสลายด้วยจุลนิ ทรีย ์ (enzymatic hydrolysis) เป็นการ น�ำจุลินทรีย์ที่สามารถย่อยสลายเซลลูโลสได้ด้วยวิธีการหมัก เพื่อย่อยสลายโมเลกุล สายโซ่ยาวให้เปลีย่ นเป็นโมเลกุลเดีย่ ว คือ น�ำ้ ตาล จุลนิ ทรียท์ ใี่ ช้มที งั้ เกรดทางการค้า และผลผลิตจากงานวิจยั ได้แก่ เซลลูเลส ไซแลนเนส และ/หรือแพคติเนส [Jae-Won Lee, et al., 2010, Jianliang Yu, et. al., 2008] ขัน้ ตอนที ่ 3 การหมักเอทานอล (fermentation) เป็นกระบวนการเปลีย่ นแปลง ทางชีวภาพให้น�้ำตาลเป็นเอทานอลโดยใช้ยีสต์หรือรา [Ogbonna Christiana N., et al., 2010, ผ่องศรี ศิวราศักดิ์, 2551] ขัน้ ตอนที ่ 4 การกลัน่ -การกลัน่ ซ�ำ้ -การท�ำแห้ง (distillation-rectificationdehydration) เป็นการท�ำเอทานอลที่อยู่ในน�้ำหมักให้เป็นเอทานอลบริสุทธิ์ จึงจะ มีคุณภาพเป็นเชื้อเพลิง (ปราศจากน�้ำ)
6 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว เอทานอล กรดหรือด่างหรือ ความร้อน
การกลั่น
การผลิตจุลินทรีย์ การปรับสภาพ เบื้องต้น
น�้ำหมักเอทานอล
เซลลูเลส การย่อยสลาย ด้วยจุลินทรีย์
กลูโคส
การหมักเอทานอล
รูปที่ 6 แผนภาพของกระบวนการผลิตเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช
งานวิจยั ทีผ่ า่ นมาได้ปรับปรุงและพัฒนาการผลิตผงจุลนิ ทรียผ์ สมเพือ่ ใช้หมัก เอทานอลในขัน้ ตอนเดียว โดยไตรโคเดอร์มา รีสอิ ี จะเป็นจุลนิ ทรียย์ อ่ ยสลายเส้นใยพืช ให้เป็นน�้ำตาล และแซคคาโรมายซิส สิรีวิซิอี จะเปลี่ยนน�้ำตาลเป็นเอทานอล และ จุลินทรีย์ทั้ง 2 สายพันธุ์สามารถอยู่ร่วมกันได้โดยไม่เป็นปฏิปักษ์กัน ภายใต้การใช้ อากาศอย่างจ�ำกัด ดังนั้น การน�ำผงจุลินทรีย์ผสมที่ผลิตได้จากงานวิจัยที่ผ่านมา ไปใช้ในการหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืช จึงเป็นอีกทางเลือกหนึง่ ทีจ่ ะทดแทน เอนไซม์ทางการค้าได้ เอทานอลที่ได้จากการหมักมีค่าประมาณร้อยละ 5 โดย น�้ำหนักต่อปริมาตร
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
7
การหมักเอทานอลในขั้นตอนเดียว : องค์ความรู้ที่ ได้จากงานวิจัย เนื่องจากประเทศไทยที่เป็นผู้ผลิตและส่งออกผลิตภัณฑ์ทางอุตสาหกรรม เกษตรมากทีส่ ดุ ประเทศหนึง่ ของโลก ดังนัน้ ของเหลือเส้นใยพืชหรือลิกโนเซลลูโลส จากอุตสาหกรรมเกษตรและทีไ่ ม่ใช่พชื อาหารของมนุษย์สามารถน�ำมาใช้เป็นวัตถุดบิ ทดแทนได้ การน�ำวัสดุเหลือดังกล่าวไปใช้ในการผลิตเอทานอลทางชีวภาพโดยไม่ ต้องผ่านการปรับสภาพเบือ้ งต้นจ�ำเป็นต้องใช้จลุ นิ ทรียส์ ายพันธุท์ สี่ ามารถย่อยสลาย ได้ในขัน้ ตอนเดียว ซึง่ จะเป็นการลดผลกระทบจากของเสียทีอ่ อกมาจากกระบวนการ ผลิตต่อสิ่งแวดล้อม ลดการน�ำเข้าสารเคมี และเอนไซม์ทางการค้า คณะผูว้ จิ ยั ได้ศกึ ษาการผลิตจุลนิ ทรียผ์ สมระหว่างไตรโคเดอร์มา รีสอิ ี และ แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ซึ่งจุลินทรีย์ทั้ง 2 สายพันธุ์สามารถน�ำมาใช้หมักเอทานอล จากวัตถุดบิ เส้นใยพืชโดยไม่ตอ้ งผ่านการปรับสภาพเบือ้ งต้นในอาหารเหลว พีเอช 5 ที่ ป รั บ ปรุ ง ใหม่ พบว่ า ความเข้ ม ข้ น ของจุ ลิ น ทรี ย ์ ผ สมที่ ผ ลิ ต ได้ จ ากการใช้ ก าก มันส�ำปะหลัง ล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน และกากกะทิ เป็นวัตถุดิบผ่านกระบวนการ หมักแข็งทีอ่ ตั ราส่วน โดยน�ำ้ หนักเส้นใยพืช (W) ต่อปริมาตรอาหารเหลว (V) ทีส่ ภาวะ เหมาะสม มีค่าสูงสุดเท่ากับ 1.15 × 109, 1.30 × 108 และ 5.26 × 107 เซลล์/ มิลลิลิตร ตามล�ำดับ ดังตารางที่ 1 ตารางที่ 1 ความเข้มข้นของจุลินทรีย์ผสมที่ได้จากการหมักแข็งวัตถุดิบของเหลือ เส้นใยพืชชนิดต่าง ๆ ของเหลือ เส้นใยพืช กาก มันส�ำปะหลัง กากกะทิ ล�ำต้นสด ข้าวฟ่างหวาน
จุลินทรีย์ผสมที่ได้ เวลาที่ใช้หมัก W: V (กรัม: อ้างอิง (เซลล์/มิลลิลิตร) (วัน) มิลลิลิตร) 1.15×109 5 1:1 ผ่องศรี และคณะ, 2551 5.26×107 6 1:3 ผ่องศรี และคณะ, 2555 1.30×108 7 1.0:0.6 ผ่องศรี และคณะ, 2556
8 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
ส่วนประกอบของอาหารเหลว พีเอช 5 มสี ารเคมีเพียง 5 ชนิด และราคาถูก ซึ่งสามารถน�ำมาใช้เป็นสื่อในการหมักแข็งเพื่อผลิตผงจุลินทรีย์ผสมและการหมัก เอทานอลกึ่งเหลว ดังตารางที่ 2 ตารางที่ 2 ส่วนประกอบอาหารเหลว พีเอช 5 สารเคมี
ปริมาณ
CaHPO4.2H2O
1 กรัม
MgSO4.7 H2O
1 กรัม
ปุ๋ยยูเรีย
8 กรัม
ปุ๋ยฟอสฟอรัส/โพแตสเซียม
15 กรัม
น�้ำตาลมะพร้าว
30 กรัม
น�้ำอาร์โอ พีเอช
1,000 มิลลิลิตร 5
เชือ้ ราเส้นใย คือ จุลนิ ทรียท์ มี่ คี วามสามารถในการผลิตจุลนิ ทรียผ์ สม เช่น เซลลูเลส ไซแลนเนส แมนแนนเนส และแพคติเนส [Brijwani, et al., 2010, Rattanachomsri, et al., 2009, ผ่องศรี ศิวราศักดิ์ และคณะ, 2555] ขึ้นกับสื่อ และ/หรือสับสเตรทที่ใช้ จุลินทรีย์ที่นิยมใช้ ได้แก่ สายพันธุ์ไตรโคเดอร์มา รีสิอี เอสเปอร์จิลลัส ไนเจอร์ เอสเปอร์จิลลัส ออไรซา และยีสต์แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คณะผู้วิจัยได้น�ำผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ไตรโคเดอร์มา รี สิ อี และผงจุ ลิ น ทรี ย ์ ผ สมระหว่ า งไตรโคเดอร์ ม า รี สิ อี และแซคคาโรมายซิ ส สิรวี สิ อิ ี ไปใช้ในการหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชต่าง ๆ โดยใช้อาหารเหลว ดังตารางที่ 2
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
9
กระบวนการหมักเอทานอลกึง่ เหลว คือ การน�ำของเหลือเส้นใยพืช (ของแข็ง) เป็นสารตัง้ ต้นมาท�ำการหมักในอาหารเหลว พีเอช 5 และใช้จลุ นิ ทรียส์ ำ� หรับการย่อย สลาย แบ่งเป็น 1. การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบรวมปฏิกิริยา การศึ ก ษาที่ ผ ่ า นมาของ Siwarasak, et al., 2012 คื อ การใช้ ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ไตรโคเดอร์มา รีสิอี ที่ผ่านการหมักแข็งบนกากมันส�ำปะหลัง ในอาหารเหลว พีเอช 5 และหัวเชื้อยีสต์แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ในอาหารเหลว ดังตารางที่ 3 ในปริมาณร้อยละ 10 โดยปริมาตร ตารางที่ 3 ส่วนประกอบของอาหารเหลวส�ำหรับหัวเชื้อยีสต์ สารเคมี
ปริมาณ
MgSO4.7 H2O
0.50 กรัม
ปุ๋ยยูเรีย
0.22 กรัม
ปุ๋ยฟอสฟอรัส/โพแตสเซียม
0.10 กรัม
น�้ำตาลมะพร้าว
200 กรัม
น�้ำอาร์โอ พีเอช
1,000 มิลลิลิตร 5
ราจะท�ำการย่อยสลายเส้นใยพืชให้เป็นน�้ำตาล และยีสต์เปลี่ยนน�้ำตาลให้ เป็นเอทานอลพร้อม ๆ กันในถังหมักแก้ว พบว่าเอทานอลทีไ่ ด้จากการหมักล�ำต้นสด ข้าวฟ่างหวานในอาหารเหลว พีเอช 5 (สูตรไม่เติมน�้ำตาล) ของสายพันธุ์เคลเลอร์ และคาวเลย์ มีคา่ เท่ากับ 43.9 และ 59.7 กรัม/ลิตร ดังตารางที่ 4
10 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
ตารางที่ 4 เอทานอลที่ได้ส�ำหรับการหมักกึ่งเหลวจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน ด้วยผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ไตรโคเดอร์มา รีสิอี ในอาหารเหลว พีเอช 5 ปริมาตร 100 มิลลิลิตร และหัวเชื้อยีสต์ 10% v/v ล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน
ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์
ใช้เวลาหมัก
เอทานอลที่ได้
พันธุ์เคลเลอร์ 25 กรัม
4 กรัม
8 วัน
43.9 กรัม/ลิตร
พันธุ์คาวเลย์ 30 กรัม
5 กรัม
8 วัน
59.7 กรัม/ลิตร
2. การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกะในขั้นตอนเดียว การหมักกึ่งเหลวแบบกะจากล� ำต้นสดข้าวฟ่างหวานด้วยผงจุลินทรีย์ บริสุทธิ์ไตรโคเดอร์มา รีสิอี ในอาหารเหลวปริมาตร 100 มิลลิลิตร พบว่าเอทานอล ที่ได้จากการหมักล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวานสายพันธุ์เคลเลอร์และคาวเลย์ มีค่าเท่ากับ 41.8 และ 56.8 กรัม/ลิตร ดังตารางที่ 5 ตารางที ่ 5 เอทานอลทีไ่ ด้สำ� หรับการหมักกึง่ เหลวแบบกะจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน ด้วยผงจุลนิ ทรียบ์ ริสทุ ธิไ์ ตรโคเดอร์มา รีสอิ ี ในอาหารเหลวปริมาตร 100 มิลลิลิตร ล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน
ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ ใช้เวลาหมัก
เอทานอลที่ได้
พันธุ์เคลเลอร์ 25 กรัม
4 กรัม
8 วัน
41.8 กรัม/ลิตร
พันธุ์คาวเลย์ 30 กรัม
5 กรัม
8 วัน
56.8 กรัม/ลิตร
พิจารณาจากผลเอทานอลที่ได้จาการหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบรวม ปฏิกิริยา และแบบกะจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวานสายพันธุ์เคลเลอร์และคาวเลย์ พบว่าการเพิม่ ยีสต์แซคคาโรมายซิส สิรวี สิ อิ ี ท�ำให้เอทานอลทีไ่ ด้มคี า่ เพิม่ ขึน้ ประมาณ 5 % w/v ดังนั้น เอทานอลที่ได้จากการใช้จุลินทรีย์ผสมระหว่างไตรโคเดอร์มา รีสิอี
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 11
และแซคคาโรมายซิส สิรีวิซิอี ท�ำการหมักของเหลือเส้นใยพืชที่ไม่ต้องผ่านการปรับ สภาพเบื้องต้นมีค่ามากกว่าการใช้ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ ผ่องศรี และคณะ, 2555 ได้ท�ำการหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกะในถังหมัก แก้วขนาด 15 ลิตร ใช้การเติมอากาศวันละ 6 ชั่วโมง และการกวนผสม 120 รอบ ต่อนาที อัตราส่วนกากกะทิต่ออาหารเหลวต่อผงจุลินทรีย์ผสมโดยน�้ำหนักเท่ากับ 1 : 15 : 0.4 พบว่าเอทานอลที่ได้มีค่าประมาณ 33 กรัมต่อลิตร ที่ระยะเวลาหมัก นาน 4 วัน ดังรูปที่ 7
รูปที่ 7 การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกะจากกากกะทิด้วยจุลินทรีย์ผสมในถังหมักแก้ว
3. การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะในขั้นตอนเดียว กระบวนการหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะในขั้นตอนเดียว หมายถึง ท�ำการหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกะที่สภาวะเหมาะสมเหมือนเดิมก่อน จากนั้น จึงเติมอาหารเหลว พีเอช 5 ใหม่สดลงในถังหมักวันเว้นวันเพือ่ จุลนิ ทรียผ์ สมจะได้รบั สารอาหารเพิม่ เติม ส�ำหรับการหมักเอทานอลจากกากกะทิ หรือทุก ๆ 2 วัน ส�ำหรับ ล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน โดยเติมอาหารเหลวเท่ากับ 0.5 ลิตร ลงในถังหมักแก้ว และ ไม่ต้องปล่อยน�้ำหมักออกจากถัง การใช้ผงจุลินทรีย์ผสมซึ่งได้จากการหมักแข็งจุลินทรีย์ผสม (จุลินทรีย์ ผสมได้จากการเพาะเลี้ยงไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ร่วมกัน
12 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
บนจานเพาะเลี้ยงพีดีเอ อายุ 5-7 วัน) บนของเหลือเส้นใยพืชในอาหารเหลว พีเอช 5 มาท�ำการหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะ ดังนี้ คือ 1) การหมักเอทานอลกึง่ เหลวแบบกึง่ กะจากกากกะทิดว้ ยผงจุลนิ ทรีย์ ผสมในอาหารเหลว พีเอช 5 พบว่าเอทานอลที่ได้มีค่าประมาณ 47.7 กรัมต่อลิตร ใช้เวลาหมักนาน 4 วัน ที่อุณหภูมิห้อง (30oC) ซึ่งมีค่าเพิ่มขึ้นร้อยละ 45 เมื่อเทียบ กับการหมักแบบกะ ปริมาตรเริ่มต้นและสุดท้ายเท่ากับ 3 ลิตร และ 6 ลิตร ดังรูปที่ 8 ถังหมักแก้วทางด้านซ้ายมือของรูป 8 (ก) คือ การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกะ ส่วนทางด้านขวามือ คือ การหมักแบบกึ่งกะ และผลการทดลองดังตารางที่ 6 ตารางที่ 6 เอทานอลที่ได้ส�ำหรับการหมักกึ่งเหลวแบบกึ่งกะในขั้นตอนเดียวจาก กากกะทิและล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวานด้วยผงจุลนิ ทรียผ์ สมในอาหารเหลว พีเอช 5 ปริมาตร 100 มิลลิลิตร เส้นใยพืช กากกะทิ 300 กรัม ล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน 2,100 กรัม
ผงจุลินทรีย์ผสม 120 กรัม 270 กรัม
ใช้เวลาหมัก 4 วัน 8 วัน
เอทานอลที่ได้ 47.7 กรัม/ลิตร 43.1 กรัม/ลิตร
(ก)
(ข)
รูปที่ 8 การหมักเอทานอลกึง่ เหลวแบบกึง่ กะจากกากกะทิดว้ ยผงจุลนิ ทรียผ์ สมในขัน้ ตอนเดียว
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 13
2) การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในอาหารเหลว พีเอช 5 (สูตรไม่เติมน�้ำตาล) พบว่าเอทานอล ที่ได้มีค่าประมาณ 43.1 กรัมต่อลิตร ใช้เวลาหมักนาน 8 วัน ที่อุณหภูมิห้อง (30oC) ปริมาตรเริ่มต้นและสุดท้ายเท่ากับ 6 ลิตร และ 9 ลิตร ดังรูปที่ 9 และดังตารางที่ 6
รูปที่ 9 การหมักเอทานอลกึ่งเหลวแบบกึ่งกะจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน ด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
14 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
การผลิตผงจุลนิ ทรียผ์ สมจากการหมักแข็งของเหลือเส้นใยพืช ในปี พ.ศ. 2552 คณะผู้วิจัย ได้ศึกษากระบวนการผลิตจุลินทรีย์จากการ หมักแข็งขึน้ ผลิตภัณฑ์ทไี่ ด้อยูใ่ นรูปของผงแห้ง ได้แก่ การหมักแข็งจุลนิ ทรียบ์ ริสทุ ธิ์ ไตรโคเดอร์มา รีสอิ ี บนกากมันส�ำปะหลัง ปรับความชืน้ เริม่ ต้นด้วยอาหารเหลวพีเอช 5 ประมาณร้อยละ 60 โดยน�้ำหนัก และการหมักแข็งจุลินทรีย์ผสมระหว่าง ไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี บนกากมันส�ำปะหลัง กากกะทิ และล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวานในอาหารเหลว พีเอช 5 ที่ความชื้นประมาณร้อยละ 78 โดยน�้ำหนัก ดังตารางที่ 7 จากนัน้ จึงน�ำผงจุลนิ ทรียบ์ ริสทุ ธิแ์ ละผสมไปใช้ในการหมักเอทานอลกึง่ เหลว จากกากมันส�ำปะหลัง เปลือกสับปะรด กากกะทิ และล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวาน โดยที่ ไม่ต้องปรับสภาพวัตถุดิบเบื้องต้น รูปที ่ 10 คือ ตัวอย่างของการหมักแข็งกากกะทิดว้ ยจุลนิ ทรียผ์ สมในอาหาร เหลวที่สภาวะเหมาะสม จากตารางที่ 7 ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหมักแข็งนอกจาก จุลนิ ทรียผ์ สมแล้ว ยังมีเอนไซม์ชนิดต่าง ๆ ได้แก่ เซลลูเลส ไซแลนเนส และแมนแนนเนส
รูปที่ 10 หัวเชื้อจุลินทรีย์ผสมจากการหมักแข็งกากกะทิที่ระยะเวลาเริ่มต้น (ซ้าย) และ 7 วัน (ขวา)
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 15
ตารางที่ 7 สายพันธุ์จุลินทรีย์ ความชื้นเริ่มต้น เวลาที่ใช้หมัก และเอนไซม์ต่าง ๆ ที่ได้จากกระบวนการหมักแข็งเส้นใยพืชต่าง ๆ เส้นใยพืช
จุลินทรีย์
กาก ไตรโครดอร์มา มันส�ำปะหลัง รีสิอี กากกะทิ
ความชื้น เอนไซม์ที่ได้ เริ่มต้น 60%w เซลลูเลส 0.73 FPU/mL
ไตรโครดอร์มา 78%w เซลลูเลส รีสิอี และ 2.2 FPU/mL แซคคาโรมายซิส แมนแนนเนส สิรีวิสิอี ถูก 0.63 U/mL เพาะเลี้ยงร่วมกัน ไซแลนเนส บนจานอาหาร 0.43 U/mL วุ้นแข็งพีดีเอ ล�ำต้นสดข้าว ไตรโครดอร์มา 80%w เซลลูเลส ฟ่างหวาน รีสิอี และ 2.87 FPU/mL แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ถูก เพาะเลี้ยงร่วมกัน บนจานอาหาร วุ้นแข็งพีดีเอ
เวลาหมัก อ้างอิง นาน 4 วัน ผ่องศรี และคณะ, 2554 5 วัน ผ่องศรี และคณะ, 2555
7 วัน
ผ่องศรี และคณะ, 2556
วิธีการหมักแข็งสับสเตรทด้วยจุลินทรีย์ผสมระหว่างไตรโคเดอร์มา รีสิอี และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี เพื่อผลิตจุลินทรีย์ผสมสด เริ่มจากเตรียมอาหาร เหลว พีเอช 5 ท�ำให้ปลอดเชื้อ ดังรูปที่ 11 จากนั้นจึงเขี่ยเฉพาะจุลินทรีย์ผสมจาก ผิวอาหารวุ้นแข็งบนจานเพาะเชื้อพีดีเอใส่ลงในอาหารเหลว ดังรูปที่ 12 แล้วน�ำ จุลินทรีย์ผสมในอาหารเหลวเทลงในกากกะทิที่ถูกท�ำให้ปลอดเชื้อในอัตราส่วน
16 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
เท่ากับ 1 : 3 (โดยน�้ำหนัก) ในถังหมักพลาสติกขนาด 10 ลิตร ท�ำให้สับสเตรท มี ค วามชื้ น เริ่ ม ต้ น ที่ 75% ปิ ด ถั ง หมั ก ด้ ว ยพลาสติ ก ฟิ ล ์ ม เจาะรู ร ะบายอากาศ ดังรูปที่ 13 และน�ำถังหมักไปใส่ในตู้บ่มใช้เวลานาน 7 วัน ดังรูปที่ 14 ผลิตภัณฑ์ ที่ได้ คือ จุลินทรีย์ผสมสด เมื่อครบ 7 วัน จึงน�ำไปอบแห้งในตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ ประมาณ 60-65 องศาเซลเซียส จนกระทั่งมีค่าความชื้นสุดท้ายน้อยกว่าร้อยละ 13 โดยน�้ำหนัก ดังรูปที่ 15 จุลินทรีย์ผสมเมื่อผ่านการบดละเอียดเป็นผง ซึ่งมีขนาด อนุภาคประมาณ 80 เมช ดังรูปที่ 16
รูปที่ 11 อาหารเหลว พีเอช 5
รูปที่ 12 จุลินทรีย์ผสมในอาหารเหลว พีเอช 5
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 17
รูปที่ 13 ถังหมักพลาสติกส�ำหรับการหมักแข็งกากกะทิด้วยจุลินทรีย์ผสม
รูปที่ 14 การหมักแข็งกากกะทิด้วยจุลินทีย์ผสมในตู้บ่มที่อุณหภูมิ 24±2 oC
รูปที่ 15 จุลินทรีย์จากเชื้อผสม (ไตรโคเดอร์มา รีสิอี-แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี) บนล�ำต้น ข้าวฟ่างหวานหลังการอบแห้ง
18 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
รูปที่ 16 ผงจุลินทรีย์ผสมที่ผ่านการบด
การผลิตผงจุลนิ ทรียผ์ สมจากการหมักแข็งเส้นใยพืชชนิดอืน่ ๆ ท�ำแบบเดียว กับวิธีการหมักแข็งดังกล่าวข้างต้น โดยใช้สภาวะที่เหมาะสมจากตารางที่ 7 วิธีการ เก็บรักษาผงจุลนิ ทรียผ์ สม คือ การน�ำไปบรรจุไว้ในถุงซิปเคลือบอะลูมเิ นียม ปิดปาก ถุงด้วยความร้อน ดังรูปที่ 17
รูปที่ 17 ผงจุลินทรีย์ผสมดิบในถุงซิปเคลือบอะลูมิเนียม
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 19
สรุป องค์ความรู้ที่ได้รับจากการหมักแข็งและหมักเอทานอลกึ่งเหลวจากของ เหลือเส้นใยพืชจากจุลินทรีย์ผสมในอากหารเหลว พีเอช 5 สรุปได้ดังตารางที่ 8 ตารางที่ 8 เอทานอลที่ได้ผ่านกระบวนการหมักจากเส้นใยพืชต่าง ๆ ด้วยจุลินทรีย์ บริสุทธิ์และผงจุลินทรีย์ผสมของงานวิจัยที่ผ่านมา เส้นใยพืช
การหมัก จุลินทรีย์ กึ่งเหลว กาก แบบรวม ไตรโคเดอร์มา รีสิอี มันส�ำปะหลัง ปฏิกิริยา และแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี เปลือก แบบกะ ผงจุลินทรีย์ผสม สับปะรด ในขัน้ ตอน (ไตรโคเดอร์มา รีสิอีเดียว แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี) บนกากมันส�ำปะหลัง ล�ำต้นสด แบบรวม ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ ข้าวฟ่าง ปฏิกิริยา (ไตรโคเดอร์มา รีสิอี) หวาน บนกากมันส�ำปะหลัง
หมัก เอทานอล อ้างอิง นาน ที่ได้ 6 วัน 2 กรัม/ ผ่องศรี ลิตร และคณะ, 2551 4 วัน 42 กรัม/ ผ่องศรี ลิตร และคณะ, 2552
ล�ำต้นสด ข้าวฟ่าง หวาน
8 วัน 51.8 กรัม/ ผ่องศรี ลิตร และคณะ, 2553
รวม ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ ปฏิกิริยา (ไตรโคเดอร์มา รีสิอี) บนกากมันส�ำปะหลัง และ หัวเชื้อแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ร้อยละ 10 โดยปริมาตร
8 วัน 49.3 กรัม/ ผ่องศรี ลิตร และคณะ, 2553
20 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
ตารางที่ 8 (ต่อ) เส้นใยพืช ล�ำต้นสด ข้าวฟ่าง หวาน
กากกะทิ
การหมัก จุลินทรีย์ กึ่งเหลว รวม ผงจุลินทรีย์บริสุทธิ์ ปฏิกิริยา (ไตรโคเดอร์มา รีสิอี) บนกากมันส�ำปะหลัง และ หัวเชื้อแซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี ร้อยละ 10 โดยปริมาตร แบบกึ่งกะ ผงจุลินทรีย์ผสม ในขั้นตอน (ไตรโคเดอร์มา รีสิอีเดียว แซคคาโรมายซิส สิรีวิสิอี) บนกากกะทิ
หมัก เอทานอล อ้างอิง นาน ที่ได้ 8 วัน 51.8 กรัม/ ผ่องศรี ลิตร และคณะ, 2553
3 วัน 47.7 กรัม/ ผ่องศรี ลิตร และคณะ, 2555
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 21
บรรณานุกรม ผ่องศรี ศิวราศักดิ,์ กนกทิพย์ เลิศประเสริฐรัตน์ และประดับรัฐ ประจันเขตต์. 2553. “การใช้ประโยชน์จากต้นข้าวฟ่างหวานเพื่อพลังงานทดแทน,” รายงาน วิจัย. ปทุมธานี: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี. ผ่องศรี ศิวราศักดิ์, จิรพัฒน์ กิจสุวรรณ, จุไรวัลย์ รัตนะพิสิฐ และสถาพร ทองวิค. 2556. “การหมักเอทานอลกึ่งเหลวจากล�ำต้นสดข้าวฟ่างหวานโดยใช้ จุลินทรีย์ผสม RT-P3,” การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่ง ประเทศไทย ระดับชาติครัง้ ที่ 15 2-4 เมษายน 2556, อยุธยา: โรงแรม กรุงศรีรเิ วอร์ ผ่องศรี ศิวราศักดิ์, จุไรรัตน์ ดวงเดือน, ณัฐวรรณ คุปพิทยานันท์ และประดับรัฐ ประจันเขตต์. 2552. “การหมักเอทานอลจากเศษเปลือกผลไม้โดยใช้ จุลินทรีย์ผสมระหว่าง Trichoderma reesei และ Saccharomyces cerevisiae,” รายงานวิจยั . ปทุมธานี: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุร.ี ผ่องศรี ศิวราศักดิ์, จุไรวัลย์ รัตนะพิสิฐ และสถาพร ทองวิค. 2554. “การศึกษา เพื่อพัฒนาการผลิตเซลลูเลสจุลินทรีย์ชนิดผงแห้งส�ำหรับอุตสาหกรรม เอทานอลระดับต้นแบบ,” รายงานวิจยั . ปทุมธานี: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี ราชมงคลธัญบุรี. ผ่องศรี ศิวราศักดิ์, ณัฐวรรณ คุปพิทยานันท์ และสมพร เพลินใจ. 2555. “กระบวน การหมักเอทานอลแบบรวมปฏิกิริยาสองขั้นตอนจากกากผลไม้เหลือทิ้ง อุตสาหกรรมเกษตรโดยใช้จลุ นิ ทรียผ์ สมทีไ่ ด้จากการหมักแข็งในถังปฏิกรณ์ ชีวภาพเดีย่ ว,” รายงานวิจยั . ปทุมธานี: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล ธัญบุรี.
22 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
ผ่องศรี ศิวราศักดิ์ และสิทธินันท์ ท่อแก้ว. 2550. “การผลิตจุลินทรีย์จากเชื้อรา ไตรโคเดรอ์มา รีสิอี ส�ำหรับอุตสาหกรรมเอทานอล,” รายงานวิจัย. ปทุมธานี: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี. Chiaramonti, David. and others. 2012. “Review of pretreatment proceeses for lignocellulosic ethanol production, and development of an innovative method,” Biomass and Bioenergy. (46): pp. 25-35. Khushal, Brijwani., Singh, Oberoi Harinder., Vadlani Praveen V. 2010. “Production of a cellulolytic enzyme system in mixed-culture solid-state fermentation of soybean hull supplemented with wheat bran,” Process Biochemistry. (45): pp. 120-128. Lee, Jae-Wo., Rodrigues, Rita C.L.B., Kim, Hyun Joo., Choi, In-Gyu. and Jeffries, Thomas W. 2010. “The roles of xylan and lignin in oxalic acid pretreated corncob during separate enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation,” Bioresource Technology. 101 (12): pp. 4379-4385. Ogbonna, Christiana N., Okoli, Eric C. 2010. “Conversion of cassava flour to fuel ethanol by sequential solid state and submerged cultures,” Process Biochemistry. (45): pp. 1196-1200. Rattanachomsri, Ukrit., Tanapongpipat, Supita., Eurwilaichirtr, Lily., Champreda, Verawat. 2009. “Simultaneous non-thermal saccharification of cassava pulp by muti-enzyme activity and ethanol fermentation,” Journal of Bioscience and Bioengineering. 107 (5): pp. 488-493.
การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว 23
Siwarasak, Pongsri., Pajantagate, Pradatrat. And Prasertlertrat, Knoktip. 2012. “Use of Trichoderma reesei RT-P1 crude enzyme poder for ethanol fermentation of sweet sorghum fresh stalks,” Bioresource Technology. (107): pp. 200-204. Yu, Jianliang., Zhang, Xu., and Tan, Tianwei. 2008. “Ethanol production by solid state fermentation of sweet sorghum using thermotolerant yeast strain,” Fuel Processing Technology. (89): pp. 1056-1059.
24 การหมักเอทานอลจากของเหลือเส้นใยพืชด้วยผงจุลินทรีย์ผสมในขั้นตอนเดียว
ประวัติผู้เขียน ชื่อ-นามสกุล นางผ่องศรี ศิวราศักดิ์ ต�ำแหน่งปัจจุบัน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ที่ท�ำงาน ภาควิชาวิศวกรรมเคมีและวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี 39 หมู่ 1 ถ.รังสิต-นครนายก ต.คลองหก อ.ธัญบุรี จ.ปทุมธานี 12110 ประวัติการศึกษา วท.บ. (เคมี) มหาวิทยาลัยขอนแก่น วศ.ม. (วิศวกรรมเคมี) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี สาขาวิชาการที่มีความช�ำนาญพิเศษ วิศวกรรมเคมี วิศวกรรมเคมีชีวภาพ วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม
คณะกรรมการวิชาการพิจารณาเอกสารเผยแพร่ความรู้ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี 1. รศ. ดร.สุวรินทร์ ปัทมวรคุณ 2. ผศ. ดร.ณัฐวรรณ คุปพิทยานันท์ 3. ผศ. ดร.จตุพร เผ่าพงษ์ไทย 4. รศ.วสันต์ กันอ�่ำ 5. ผศ. ดร.วันชัย ประเสริฐศรี 6. ผศ.สุภา ทองคง 7. ผศ. ดร.บุญเรือง สมประจบ 8. ผศ. ดร.อัญชลี สวาสดิ์ธรรม 9. ผศ. ดร.สมจิตร ถนอมวงศ์วัฒนะ 10. ผศ. ดร.อ้อยทิพย์ ผู้พัฒน์ 11. ผศ. ดร.บุญย์ฤทธิ์ ประสาทแก้ว 12. นายประชุม ค�ำพุฒ 13. นายเกษียร ธรานนท์
คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คณะบริหารธุรกิจ คณะบริหารธุรกิจ คณะบริหารธุรกิจ คณะศิลปกรรมศาสตร์ คณะเทคโนโลยีการเกษตร คณะเทคโนโลยีการเกษตร คณะเทคโนโลยีคหกรรมศาสตร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์
คณะผู้จัดท�ำ ที่ปรึกษา รองศาสตราจารย์ ดร.ประเสริฐ ปิ่นปฐมรัฐ อธิการบดี คณะท�ำงาน ฝ่ายอ�ำนวยการ รองศาสตราจารย์ ดร.อัญชลี สงวนพงษ์ นางบรรเลง สระมูล
ผู้อ�ำนวยการสถาบันวิจัยและพัฒนา รองผู้อ�ำนวยการสถาบันวิจัยและพัฒนา
ฝ่ายเนื้อหา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ผ่องศรี ศิวราศักดิ์
คณะวิศวกรรมศาสตร์
ฝ่ายศิลป์ และจัดพิมพ์ นางนฤมล จารุสัมฤทธิ์ นางสาวกชกร ดาราพาณิชย์ นางสาวอริสรา สุดสระ นางสรสุดา ชูกลิ่น จัดพิมพ์โดย สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี เลขที่ 39 หมู่ 1 ถนนรังสิต-นครนายก ต�ำบลคลองหก อ�ำเภอธัญบุรี จังหวัดปทุมธานี 12110 โทรศัพท์: 0 2549 4682 โทรสาร. 0 2577 5038 Website: http://www.ird.rmutt.ac.th E-mail: ird@rmutt.ac.th พิมพ์ที่: บริษัท ทริปเพิ้ล กรุ๊ป จ�ำกัด โทรศัพท์: 0 2521 8420 โทรสาร. 0 2521 8424