การผลิตเอ็นไซม์จากเชื้อราไตรโคเดอร์มา รีสิอี สำหรับอุตสาหกรรมเอทานอล

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการใช้ประโยชน์ครูดเซลลูเลสจากการหมักฟางข้าวในอาหารเหลวด้วย T. reesei RMUTT01 ในการย่อยสลายกากมันสำปะหลังเพื่อผลิตน้ำตาลรีดิวซ์และการหมักเอทานอลจากน้ำตาลรีดิวซ์ด้วย S. cerevisiae RIT02 แบบสองขั้นตอน (separate enzymatic hydrolysis and fermentation, SHF) เปรียบเทียบกับการหมักเอทานอลจากกากมันสำปะหลังแบบรวมปฏิกิริยา (Simultaneous saccharification fermentation, SSF) โดยใช้ครูดเซลลูเลส T. reesei RMUTT01 ร่วมกับ S. cerevisiae RIT02 การทดลองแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน คือ (1) หาอัตราการเติบโตจำเพาะ (μ) ของ T. reesei RMUTT01 จากการหมักฟางข้าว 2,4,6,8 และ 10g ในอาหารเหลว 100 mL เป็น เวลา 7 วัน ที่ pH 5 และอุณหภูมิห้อง (28 ํC) พบว่า มีค่าเท่ากับ 0.156 ต่อวัน และผลิตครูดเซลลูเลส โดยการหมักฟางข้าวที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้น 60 กรัมกับอาหารเหลว 1 ลิตรด้วยเชื้อรา 0.446 g/L ในถังหมักชีวภาพที่มีการเติมอากาศ 6 ชั่วโมงต่อวัน ที่ pH 5 และอุณหภูมิห้อง (28 ํC) ใช้เวลาหมักนาน 4 วัน ได้เซลลูเลสแอคทิวิตีเฉลี่ย 2.2 FPU/mL (2) การย่อยสลายกากมันสำปะหลังโดยแปรผันน้ำหนักกากมันสำปะหลัง 4, 5, 7 และ 10 กรัม กับครูดเซลลูเลสปริมาตรคงที่ 100 mL ในขวดรูปชมพู่ 250 mL เขย่าที่อัตราความเร็ว 120 รอบต่อนาที อุณหภูมิห้อง (28 ํC) ใช้เวลาหมักนาน 4 วัน พบว่า น้ำตาล รีดิวซ์สูงสุดเท่ากับ 10% โดยน้ำนหักกากมันสำปะหลังแห้งที่ 4% (w/v) ขอครูดเซลลูเลส ใช้เวลาหมักนาน 2 วัน ขั้นตอน 3 และ 4 เป็นการหมักแบบ SSF และ SHF ตามลำดับ ดังนี้ (3) หมักเอทานอลแบบรวมปฏิกิริยาจากกากมันสำปะหลัง โดยใช้อัตราส่วนน้ำหนักกากมันสำปะหลังต่อปริมาตรครูดเซลลูเลส 4 % (w/v) และแปรผันหัวเชื้อ S. cerevisiae RIT02 ออกเป็น 4 ระดับ คือ 5 %, 10%, 15% และ 20% โดยปริมาตร ทำการหมักในขวดรูปชมพู่ 250 mL เขย่าที่อัตราความเร็ว 120 รอบต่อนาที อุณหภูมิห้อง (29 ํC) ใช้เวลาหมักนาน 4 วัน พบว่า ความเข้มข้นเอทานอลสูงสุดที่ได้มีค่าประมาณ 2 กรัมต่อลิตรหรือ 5% โดยน้ำหมักกากมันสำปะหลัง (63 ลิตรเอทานอลต่อตันกากมันสำปะหลัง) เมื่อใช้หัวเชื้อยีสต์ 15% โดยปริมาตร และหมักนาน 2 วัน (4) ขั้นตอนนี้แบ่งออกเป็น การผลิตน้ำตาลรีดิวซ์จากครูดเซลลูเลสซึ่งได้จากส่วนใสที่ผ่านการแยกตะกอนฟางข้าวออกแล้วจึงนำมาหมักกับกากมันสำปะหลังที่อัตราส่วน 4% (w/v) ที่ pH5 และอุณหภูมิห้อง (28 ํC) พบว่า น้ำตาลรีดิวซ์ที่ผลิตได้มีค่าเฉลี่ย 6 กรัมต่อลิต (15% wt) ของกากมันสำปะหลัง ใช้เวลาหมันนาน 1 วัน และการหมักเอทานอลจากน้ำตาลรีดิวซ์โดยแปรผันหัวเชื้อยีสต์ 4 ระดับ คือ 5%, 10%, 15% และ 20% โดยปริมาตร ที่ pH 5 ในขวดรูปชมพู่ 250 mL เขยาที่อัตราความเร็ว 120 รอบต่อนาที อุณหภูมิห้อง (25 ํC) ใช้เวลาหมักนาน 5 วัน พบว่า เอทานสูงสุดประมาณ 2.7 กรัมต่อลิตรหรือ 6.8% โดยน้ำหนักกากมันสำปะหลัง (86 ลิตรเอทานต่อกันกากมันสำปะหลัง) เมื่อใช้หัวเชื้อยีสต์ 15% โดยปริมาตร และหมักนาน 4 วัน

The utilization of T. reesei RMUTT01 crude celllulase from rice straws fermentation in liquid medium was carried on cassava waste enzymatic hydrolysis to produce reducing sugar and separate enzymatic hydrolysis and fermentation (SHF) by using T. reesei RMUTT01. The simultaneous saccharification fermentation (SSF) of cassava waste with T. reesei RMUTT01 and S. cerevisiae RIT02 were compared with SHF in the present study for producing ethanol. The experiment was performed into four steps (1) To find T. reesei RMUTT01 growth rate from cultivation on 2, 4, 6, 8 and 10 g rice straws in 100 mL liquid medium with 0.446 g/L T. reesei RMUTT01 for 7 days at pH 5 and 28 ํC. It was found that the specific growth rate (μ) of T. reesei RMUTT01 was 0.156 per day, and crude cellulose production by using 60 g pretreated rice straws in 1 L liquid medium with 0.446 g/L T. reesei RMUTT01 in bioreactior; 6 hours aeration per day which 2.2 FPU/mL average cellulose activity obtained at 4 days of cultivation time. (2) Cassava wastes was carried on enzymatic hydrolysis by using fixed 100 mL T. reesei RMUTT01 crude cellulose cultivated with cassava waste weight variation of 4, 5, 7 and 10 g in 250 mL shaker flask at room temperature for 4 days. It was found that the maximum reducing sugar was 10% by weight for 4% (w/v) crude enzyme at 2 days of fermentation. The SHF and SSF were performed in step 3 and step 4 respectively. (3) Ethanol simultaneous saccharification and fermentation from cassava waste was investigated by using constant ratio of cassava waste weight to T. reesei RMUTT01 crude cellulose at 4% (w/v) and variation yeast culture concentration of 5%, 10%, 15% and 20% (v/v) in 250 mL shaker flask, cultivated for 4 days at room temperature (30 ํC.). It was found that the maximum ethanol concentration was 2 g/L or 5% dry weight cassava waste (63 L ethanol per ton cassava waste) at 15% yeast culture for 2 days cultivation time. (4) In this step was separated into 2 steps. The reducing sugar production by using obtained Trichoderma reesei RMUTT01 cruse enzyme supernatant which was separated from rice straws sediment, hydrolyzed 4% (w/v) cassava waste for I days cultivation time at pH 5 and 28 ํC. It was found that the average redncing sugar was 6.5 g/L (16% wt). Then it was sterilized and fermented to produce ethanol in 250 mL shaker flask by using S. cerevisiae RIT02 yesat culture variation of 5%, 10%, 15% and 20% (v/v) at pH 5 and room temperature 25 ํC. It was found that the maximum ethanol concentration was 2.7 g/L or 6.8% dry weigth cassava waste (86 L ethanol per ton cassava waste) at cultivation time of 4 days.