| รหัส : |
pb0129 |
| โครงการ : |
การประยุกต์ใช้ยีสต์ทนร้อน Saccharomyces cerevisiae DBKKUY-53 ในการผลิตเชื้อเพลิงเอทานอลจากข้าวฟ่างหวาน |
| Project : |
- |
| ประเภทการวิจัย : |
การพัฒนาทดลอง |
| งบประมาณ : |
- |
| ปีที่สิ้นสุด : |
พ.ศ. 2554 |
| สาขา NRCT : |
สาขาเกษตรศาสตร์และชีววิทยา |
| หน่วยงานระดับกรม : |
คณะเทคโนโลยี |
| หน่วยงานระดับกระทรวง : |
มหาวิทยาลัยขอนแก่น |
| ขอบเขตการวิจัย : |
วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล
๑. การดำเนินการวิจัย
1. การสำรวจข้อมูลงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง และการเตรียมวัสดุอุปกรณ์การทดลอง
สำรวจข้อมูลงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยใช้ยีสต์ทนร้อน เพื่อนำมาใช้ประกอบการวางแผนการทดลอง นอกจากนี้แล้วยังจัดเตรียมวัสดุอุปกรณ์ต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับการทดลอง รวมทั้งสารเคมีที่ต้องใช้ในการดำเนินงาน
2. การศึกษาองค์ประกอบทางเคมีในน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวาน
ข้าวฟ่างหวานที่ใช้ในการทดลองครั้งนี้คือข้าวฟ่างหวานสายพันธุ์ มข. 40 ได้รับความอนุเคราะห์จากคณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ต้นข้าวฟ่างหวานที่ใช้ในการทดลองมีอายุประมาณ 100-140 วันหลังการปลูก ภายหลังจากการเก็บเกี่ยวแล้วจะนำไปบีบสกัดน้ำหวานในลำต้น จากนั้นเก็บรวบรวมน้ำหวานที่ได้มากรองเพื่อแยกตะกอนและสิ่งเจือปนต่างๆ ออก แบ่งน้ำหวานส่วนหนึ่งมาวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี เช่น ค่าความหวาน ปริมาณน้ำตาลทั้งหมด ปริมาณน้ำตาลกลูโคส ฟรุกโตส และซูโครส ความเป็นกรดด่าง และปริมาณแร่ธาตุบางชนิด เช่น ไนโตรเจน แมกนีเซียม สังกะสี เหล็ก เป็นต้น สำหรับน้ำหวานส่วนที่เหลือนำไปเก็บที่อุณหภูมิ -20 องศาเซลเซียส เพื่อใช้ในการทดลองต่อไป
3. การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ภายใต้สภาวะแวดล้อมต่างๆ
3.1 การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ภายใต้สภาวะที่แปรผันระดับอุณหภูมิในการหมัก
บรรจุอาหารสูตรผลิตเอทานอลที่มีน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งคาร์บอน (EP medium) ปริมาตร 400 มิลลิลิตร ลงในฟลากส์ขนาด 500 มิลลิลิตร ปิดด้วยจุกสำลีและปิดทับด้วยอลูมิเนียมฟลอยด์ นำไปนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 28 นาที ทิ้งให้เย็นในตู้ถ่ายเชื้อ จากนั้นเติมกล้าเชื้อยีสต์ S. cerevisiae DBKKUY-53 ลงไปโดยกำหนดให้มีจำนวนเซลล์เริ่มต้น 107 เซลล์ต่อมิลลิลิตร ปิดฟลาสก์ด้วย air lock ที่ผ่านการนึ่งฆ่าเชื้อและนำไปเพาะเลี้ยงในตู้บ่มแบบควบคุมอุณหภูมิที่ความเร็วรอบในการเขย่า 100 รอบต่อนาที แปรผันอุณหภูมิในการเพาะเลี้ยงในช่วง 30-50 องศาเซลเซียส ทำการเก็บตัวอย่างน้ำหมักทุกๆ 3 ชั่วโมง เป็นเวลา 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าต่างๆ ดังนี้
- ความเข้มข้นของน้ำตาลรีดิวซ์ด้วยวิธี Dinitrosalicylic acid (DNS)
- ความเข้มข้นของน้ำตาลทั้งหมด (Total Sugar) ด้วยวิธี Phenol – sulphuric
- การเจริญของเซลล์ยีสต์ โดยการนับเซลล์ด้วย haemacytometer
- ค่าความเป็นกรด – ด่าง ด้วย pH meter
- ค่าของแข็งละลาย (Brix) ด้วย Hand refractometer
- ปริมาณของเอทานอลด้วย Gas chromatography
จากนั้นวิเคราะห์ข้อมูลและเปรียบเทียบความเข้มข้นของเอทานอล ผลได้เอทานอล (ethanol yield) อัตราการผลิตเอทานอล (ethanol productivity) ในแต่ละสภาวะของการเพาะเลี้ยง
3.2 การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ภายใต้สภาวะที่แปรผันความเป็นกรดด่างของอาหารเพาะเลี้ยง
ทำการปรับความเป็นกรดด่างของอาหารสูตร EP ที่มีน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งคาร์บอน โดยให้มีค่าความเป็นกรดด่างในช่วง 4.0 - 6.0 จากนั้นบรรจุอาหารในปริมาตร 400 มิลลิลิตร ลงในฟลากส์ขนาด 500 มิลลิลิตร ปิดด้วยจุกสำลีและปิดทับด้วยอลูมิเนียมฟลอยด์ นำไปนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 28 นาที ทิ้งให้เย็นในตู้ถ่ายเชื้อ จากนั้นเติมกล้าเชื้อยีสต์ S. cerevisiae DBKKUY-53 ลงไป โดยกำหนดให้มีจำนวนเซลล์เริ่มต้น 107 เซลล์ต่อมิลลิลิตร ปิดฟลาสก์ด้วย air lock ที่ผ่านการนึ่งฆ่าเชื้อและนำไปเพาะเลี้ยงในตู้บ่มแบบควบคุมอุณหภูมิที่ความเร็วรอบในการเขย่า 100 รอบต่อนาที ที่ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำการเก็บตัวอย่างน้ำหมักทุกๆ 3 ชั่วโมง เป็นเวลา 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าต่างๆ ตามที่กล่าวแล้วในข้อ 3.1 รวมทั้งวิเคราะห์ข้อมูลและเปรียบเทียบความเข้มข้นของเอทานอล ผลได้เอทานอล อัตราการผลิตเอทานอลในแต่ละสภาวะของการเพาะเลี้ยง
3.3 การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ภายใต้สภาวะที่แปรผันปริมาณเซลล์ยีสต์เริ่มต้น
บรรจุอาหารสูตร EP ที่มีน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งคาร์บอน ซึ่งปรับค่าความเป็นกรดด่างให้เหมาะสมแล้วตามผลการทดลองในข้อ 3.2 ปริมาตร 400 มิลลิลิตร ลงในฟลากส์ขนาด 500 มิลลิลิตร จากนั้นปิดฟลาสก์ด้วยจุกสำลีและปิดทับด้วยอลูมิเนียมฟลอยด์ นำไปนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 28 นาที ทิ้งให้เย็นในตู้ถ่ายเชื้อ จากนั้นเติมกล้าเชื้อยีสต์ S. cerevisiae DBKKUY-53 ลงไปโดยแปรผันปริมาณเซลล์เริ่มต้นเป็น 1x106, 1x107 และ 1x108 เซลล์ต่อมิลลิลิตร ทำการปิดฟลาสก์ด้วย air lock ที่ผ่านการนึ่งฆ่าเชื้อและนำไปเพาะเลี้ยงในตู้บ่มแบบควบคุมอุณหภูมิที่ความเร็วรอบในการเขย่า 100 รอบต่อนาที ที่ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำการเก็บตัวอย่างน้ำหมักทุกๆ 3 ชั่วโมง เป็นเวลา 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าต่างๆ ตามที่กล่าวแล้วในข้อ 3.1 รวมทั้งวิเคราะห์ข้อมูลและเปรียบเทียบความเข้มข้นของเอทานอล ผลได้เอทานอล อัตราการผลิตเอทานอลในแต่ละสภาวะของการเพาะเลี้ยง
3.4 การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ภายใต้สภาวะที่แปรผันปริมาณน้ำตาลเริ่มต้น
เตรียมอาหารสูตร EP ที่มีน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งคาร์บอน โดยทำการแปรผันปริมาณน้ำตาลเริ่มต้นเป็น 200, 250 และ 300 กรัมต่อลิตร จากนั้นปรับค่าความเป็นกรดด่างของอาหารให้เหมาะสมตามผลการทดลองในข้อ 3.2 และบรรจุอาหารปริมาตร 400 มิลลิลิตร ลงในฟลากส์ขนาด 500 มิลลิลิตร จากนั้นปิดฟลาสก์ด้วยจุกสำลีและปิดทับด้วยอลูมิเนียมฟลอยด์ นำไปนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 28 นาที ทิ้งให้เย็นในตู้ถ่ายเชื้อ จากนั้นเติมกล้าเชื้อยีสต์ S. cerevisiae DBKKUY-53 โดยใช้ปริมาณเซลล์เริ่มต้นที่เหมาะสมตามผลการทดลองก่อนหน้านี้ ทำการปิดฟลาสก์ด้วย air lock ที่ผ่านการนึ่งฆ่าเชื้อ และนำไปเพาะเลี้ยงในตู้บ่มแบบควบคุมอุณหภูมิที่ความเร็วรอบในการเขย่า 100 รอบต่อนาที ที่ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำการเก็บตัวอย่างน้ำหมักทุกๆ 3 ชั่วโมง เป็นเวลา 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าต่างๆ ตามที่กล่าวแล้วในข้อ 3.1 รวมทั้งวิเคราะห์ข้อมูลและเปรียบเทียบความเข้มข้นของเอทานอล ผลได้เอทานอล อัตราการผลิตเอทานอลในแต่ละสภาวะของการเพาะเลี้ยง
3.5 การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ภายใต้สภาวะที่แปรผันชนิดและความเข้มข้นของแหล่งไนโตรเจน
เตรียมอาหารสูตร EP ที่มีน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งคาร์บอน โดยทำการแปรผันชนิดของแหล่งไนโตรเจน 3 แหล่งคือ แอมโมเนียมซัลเฟต แอมโมเนียมไนเตรท ไดแอมโมเนียมฟอสเฟต และแปรผันความเข้มข้นของแหล่งไนโตรเจนแต่ละชนิดออกเป็น 0, 0.25, 0.50, 0.75 และ 1.00 กรัมต่อลิตร จากนั้นปรับปริมาณน้ำตาลเริ่มต้นและค่าความเป็นกรดด่างของอาหารให้เหมาะสมตามผลการทดลองที่ได้ก่อนหน้านี้ และบรรจุอาหารลงในฟลากส์ขนาด 500 มิลลิลิตรในปริมาตร 400 มิลลิลิตร จากนั้นปิดฟลาสก์ด้วยจุกสำลีและปิดทับด้วยอลูมิเนียมฟลอยด์ นำไปนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 28 นาที ทิ้งให้เย็นในตู้ถ่ายเชื้อ จากนั้นเติมกล้าเชื้อยีสต์ S. cerevisiae DBKKUY-53 ลงไปโดยใช้ปริมาณเซลล์เริ่มต้นที่เหมาะสมตามผลการทดลองที่ได้ ทำการปิดฟลาสก์ด้วย air lock ที่ผ่านการนึ่งฆ่าเชื้อ และนำไปเพาะเลี้ยงในตู้บ่มแบบควบคุมอุณหภูมิที่ความเร็วรอบในการเขย่า 100 รอบต่อนาที ที่ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำการเก็บตัวอย่างน้ำหมักทุกๆ 3 ชั่วโมง เป็นเวลา 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าต่างๆ ตามที่กล่าวแล้วในข้อ 3.1 รวมทั้งวิเคราะห์ข้อมูลและเปรียบเทียบความเข้มข้นของเอทานอล ผลได้เอทานอล อัตราการผลิตเอทานอลในแต่ละสภาวะของการเพาะเลี้ยง
4. การศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae DBKKUY-53 ในถังหมักขนาด 2 ลิตร
เตรียมอาหารสูตร EP ที่มีน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งคาร์บอน โดยทำการปรับความเข้มข้นของน้ำตาลเริ่มต้น ความเป็นกรดด่าง และแหล่งไนโตรเจนให้เหมาะสมตามผลการทดลองที่ได้ในข้อ 3 จากนั้นเติมอาหารลงในถังหมักขนาด 2 ลิตร โดยให้มีปริมาตรในการหมัก (working volume) 1.5 ลิตร นำไปนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 40 นาที ทิ้งให้เย็นในตู้ถ่ายเชื้อ จากนั้นเติมกล้าเชื้อยีสต์ S. cerevisiae DBKKUY-53 ลงไปโดยใช้ปริมาณเซลล์เริ่มต้นที่เหมาะสม ทำการเพาะเลี้ยงที่ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยใช้อัตราการกวน 100 รอบต่อนาที ทำการเก็บตัวอย่างน้ำหมักทุกๆ 3 ชั่วโมง เป็นเวลา 72 ชั่วโมง นำตัวอย่างที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าต่างๆ ตามที่กล่าวแล้วในข้อ 3.1 รวมทั้งวิเคราะห์ค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความเข้มข้นของเอทานอล ผลได้เอทานอล และอัตราการผลิตเอทานอล นำค่าที่ได้มาเปรียบเทียบเพื่อประเมินประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลกับผลการวิจัยของคณะผู้วิจัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง
5. การวิเคราะห์ข้อมูล สรุปผล เขียนรายงานการวิจัยและเผยแพร่ผลงานวิจัย
รวบรวมข้อมูลผลการทดลองที่ได้ วิเคราะห์และสรุปผลการทดลอง จากนั้นจัดทำรูปเล่มรายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ์ และเผยแพร่ผลงานวิจัยที่ได้
สำหรับแผนการทดลองที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ใช้แผนการทดลองแบบสุ่มตลอด (Complete randomized design; CRD) โดยทำการทดลองอย่างน้อย 3 ซ้ำ จากนั้นนำข้อมูลที่ได้ไปวิเคราะห์หาค่าความแปรปรวนแบบทางเดียว (One-way ANOVA) และทำการเปรียบเทียบค่าเฉลี่ยของแต่ละชุดการทดลองด้วยวิธี Duncan Multiple Range Test (DMRT)
6. การถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยใช้ยีสต์ทนร้อน
กิจกรรมการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยใช้ยีสต์ทนร้อนประกอบกิจกรรมต่างๆ ดังต่อไปนี้
6.1 กิจกรรมเผยแพร่ผลงานวิจัยในวารสารวิชาการ และในที่ประชุมวิชาการ โดยรูปแบบของกิจกรรมคือ เขียนบทความวิจัยเพื่อตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ รวมทั้งนำเสนอผลงานวิจัยในภาคบรรยายหรือโปสเตอร์ ในงานประชุมวิชาการ โดยกลุ่มเป้าหมายที่สำคัญคือ นักวิชาการ นักวิจัย และบุคลากรจากภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโรงงานผลิตเอทานอล หรืออุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหมัก
6.2 การจัดนิทรรศการเพื่อเผยแพร่ผลงานวิจัยในงานต่างๆ เช่น งานวันเกษตรภาคอีสาน ซึ่งจัดเป็นประจำในช่วงเดือนมกราคมของทุกปี ณ อุทยานเกษตร มหาวิทยาลัยขอนแก่น โดยกลุ่มเป้าหมายประกอบด้วยนักวิชาการ ผู้ประกอบการ เกษตรกร และประชาชนที่สนใจทั่วๆ ไป |
| วัตถุประสงค์ : |
- เพื่อศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยใช้ยีสต์ทนร้อน
S. cerevisiae DBKKUY-53
- เพื่อศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยใช้ยีสต์ทนร้อน
S. cerevisiae DBKKUY-53
- เพื่อศึกษาประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากน้ำคั้นลำต้นข้าวฟ่างหวานโดยยีสต์ทนร้อน
S. cerevisiae DBKKUY-53 ในระดับขยายส่วนโดยใช้ถังหมักขนาด 2 ลิตร
|
| นักวิจัย : |
พรเทพ ถนนแก้ว
|
การประยุกต์ใช้ยีสต์ทนร้อน Saccharomyces cerevisiae DBKKUY-53 ในการผลิตเชื้อเพลิงเอทานอลจากข้าวฟ่างหวาน