การใช้ไมโครเวฟช่วยในกระบวนการปรับสภาพเบื้องต้นพร้อมการย่อยกากเมล็ดสบู่ดำเพื่อผลิตไบโอเอทานอล

Abstract

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อนำเสนอวิธีการปรับปรุงกระบวนการผลิตไบโอเอทานอล โดยใช้ไมโครเวฟช่วยในการปรับสภาพเบื้องต้น พร้อมการย่อยกากเมล็ดสบู่ดำ ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่สามารถนำมาผลิตเอทานอลได้ เนื่องจากมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นเซลลูโลสร้อยละ 93 เฮมิเซลลูโลส 3.55 และลิกนิน 2.92 โดยมวลศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการปรับสภาพเบื้องต้นพร้อมการย่อยโดยใช้กรดซัลฟูริคที่มีความเข้มข้นร้อยละ 1 - 4 โดยปริมาตร ทำไมโครเวฟเป็นเวลา 1, 3, 5 และ 7 นาที ด้วยกำลังวัตต์ 300, 400 และ 500 วัตต์ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมคือใช้กรดซัลฟูริคที่มีความเข้มข้นร้อยละ 4 โดยปริมาตร ด้วยกำลัง 500 วัตต์ เป็นเวลา 7 นาที จะได้นํ้าตาลรีดิวซ์ 7.702 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร นอกจากนี้เมื่อเปรียบเทียบผลการทดลองที่ได้จากการปรับสภาพเบื้องต้นพร้อมการย่อยด้วยกรดหรือการทำไมโครเวฟเพียงอย่างเดียวพบว่าการใช้กรดร่วมกับการทำไมโครเวฟจะช่วยเพิ่มผลผลิตนํ้าตาลรีดิวซ์ได้มากกว่า ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากกระบวนการดังกล่าวทำให้เกิดปฏิกิริยาได้มากกว่า และสามารถเปลี่ยนเฮมิเซลลูโลสและเซลลูโลสให้เป็นนํ้าตาลที่ละลายได้มากกว่า นอกจากนี้ได้ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการหมักแบบกะโดยศึกษาความเข้มข้นของยีสต์สายพันธุ์ Saccharomyces Cerevisae (ร้อยละ 1 - 4 โดยมวลต่อปริมาตร) และระยะเวลาในการหมัก (1 - 4 วัน) พบว่า ได้เอทานอลสูงสุดที่ความเข้มข้นร้อยละ 0.39 โดยปริมาตร เมื่อหมักโดยใช้ยีสต์ที่มีความเข้มข้นร้อยละ 3 โดยมวลต่อปริมาตร เป็นเวลา 4 วัน ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าการใช้กรดร่วมกับการทำไมโครเวฟในกระบวนการปรับสภาพเบื้องต้นพร้อมการย่อยจะช่วยให้ได้นํ้าตาลรีดิวซ์ซึ่งสามารถหมักให้เป็นเอทานอลได้ในเวลาอันสั้น

The aim of this research was to investigate the potential for improvement of bioethanol production from physic nut seed cake by microwave assisted in simultaneous pretreatment and hydrolysis. Physic nut seed cake is a renewable resource that
can be used to produce ethanol because it consisted of mainly cellulose (93.55% by mass), hemicelluloses (3.55% by mass) and lignin (2.92% by mass). The optimized conditions for simultaneous pretreatment and hydrolysis including concentration of sulfuric acid (H2SO4) in the range of 1 - 4% (v/v), time for microwave (1, 3, 5 and 7 min) and power of microwave (300W, 400W and 500W) were studied. The results
showed that the highest content of reducing sugar as 7.702 mg/mL was obtained by using 4% (v/v) of H2SO4 with 500 W for 7 min. Moreover, compared with treated sample without acid or microwave, combination of acid with microwave
treatments promoted an increase in reducing sugar yield. It may be due to it able to achieve high reaction rates and effectively convert of the hemicelluloses and cellulose to dissolved sugars. In addition, concentration of yeast strain
Saccharomyces cerevisiae (1 - 4% w/v) and fermentation time (1 - 4 day) in batch fermentation step were optimized. The results showed that by using 3% (w/v) of yeast and fermentation time for 4 days, it gave the highest ethanol concentration as 0.39% by volume. In conclusion, using acid together with microwave can be assisted effectively for increase reducing sugar yield that can be fermented into ethanol in short time.