การผลิตเอทานอลจากสาหร่ายที่เพาะเลี้ยงในน ้าเสีย จาก...

การผลตเอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสย จากอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไม

Ethanol Production from Algae in Cultivation Using Waste Water of Vegetable

and Fruit Processing Plant

สภกจ ไชยพฒ* เรวตร พงษพสทธนนท วาสนา ค าโอภาส วศน วงศวไล และ คมสน เรองฤทธ Supakid Chaipoot*, Rewat Phongphisutthinant, Wassana Kamopas, Wasin Wongwilai

and Komsan Rungrit สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเชยงใหม อ.เมอง จ.เชยงใหม 50200

Science and Technology Research Institute, Chiang Mai University, Muang, Chiang Mai, 50200 E-mail: [email protected]

บทคดยอ

งานวจยนเปนการศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวง โดยไดท าการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล ศกษาการผลตเอทานอลจากสาห รายท ง 4 สายพน ธ ไดแ ก Pediastrum sp. AARL G060, Chlorella sp. AARL G049, Microalgal

consortium และ Scenedesmus sp.AARL G085 และวเคราะหตนทน และความคมคาทางเศรษฐศาสตร ซงผลการศกษา ไดวา สาหรายสายพนธ Microalgal consortium มความเหมาะสมทสด ในการน ามาใชเปนวตถดบในการผลตเอทานอล ดวยวธการระเบดดวยไอน า (Steam explosion) ทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 50 นาท รวมกบการยอยเซลลโลส ดวยเอนไซมเซลลเลส 2.00 (มลลลตรตอสาหราย 1 กรม) บมท 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 70 ชวโมง ซงท าใหไดน าตาลรดวซ เทากบ 20.25 มลลกรม/มลลลตร ปรมาณน าตาลทงหมด เทากบ 21.36 มลลกรม/มลลลตร และน าตาลนอนรดวซ เทากบ 1.10 มลลกรม/มลลลตร นอกจากนการผลตเอทานอลจากสาหรายดวยเชอ Saccharomyces

cerevisiae ท เหมาะสม พบวา ความเปนกรด-ดางทเหมาะสมตอการเจรญของเ ชอเทากบ 6.71 ใชปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae รอยละ 1.30 บมทอณหภมหอง เปนระยะเวลา 8 วน ความเขมขนของเอทานอลทผลตไดอยทรอยละ 7.17 ส าหรบกระบวนการผลตเอทานอลจากสาหราย Microalgal consortium จ านวน 400 กรม โดยผานกระบวนการเตรยมสาหราย และกระบวนการผลตเอทานอลในสภาวะทเหมาะสม พบวา เอทานอลทไดมความเขมขนรอยละ 7.30 ปรมาณน าตาลปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม เทากบ 1.15 มลลกรม/มลลลตร ปรมาณของเหลวทได 3,289 มลลลตร ตนทนการผลตเอทานอลจากสาหราย มคาเทากบ 39.08 บาทตอลตร ซงมระยะเวลาการคนทนในการผลตเอทานอล มคาเทากบ 4.77 ป และมอตราผลตอบแทนในการลงทน มคาเทากบ 21% ตามล าดบ

ค าส าคญ: เอทานอล, การเพาะเลยงสาหราย, น าเสย, อตสาหกรรมแปรรปผกและผลไม

ABSTRACT

This research studied ethanol production from algae cultivated by waste water from processing and product development plant of Royal Project Foundation. Ethanol productions from 4 strains of algae

192

96936 วารสารวศวกรรมศาสตร

ม ห า ว ท ย า ล ย เ ช ย ง ใ ห ม

193 Received 31 October 2017Revised 3 January 2018

Accepted 16 January 2018

including Pediastrum sp. AARL G0 6 0 , Chlorella sp. AARL G0 4 9 , Microalgal consortium and Scenedesmus sp.AARL G085 were studied along with their production cost and economic value. The results showed that the microalgal consortium was the most suitable raw material for ethanol production. Steam explosion at 45 psi for 50 minutes combined with enzymaic digestion by cellulase with concentration of 2.00 ml per 1 g of algae at 50 ° C for 70 hours resulted in 20.25 mg/ml of reducing sugar, 21.36 mg/ml of total sugar content and 1.10 mg/ml of nonreducing sugar. In addition, the optimal condition for ethanol production from algae was 1.30 % Saccharomyces cerevisiae using, incubated at pH 6.71 and room temperature for 8 days. The resulting ethanol concentration was 7.17%. When increase the amount of Microalgal consortium to 400 g, it was found that ethanol production from the pretreated algae under optimal conditions had ethanol concentration, reducing sugar and volumes of liquids of 7.30%, 1.15 mg / ml and 3,289 ml, respectivetly. The cost of ethanol production from algae was 39.08 baht per liter with simple payback period of 4.77 years and 21% of return on investment. Keyword: Ethanol, Algae Cultivation, Waste Water, Vegetable and Fruit Processing Plant 1. บทน า

ประเทศไทยมโรงงานแปรรปอาหารสดเปนจ านวนมาก สงผลใหมปรมาณน าทงจากการแปรรปเปนจ านวนมากดวยเชนกน การน าน าทงจากการแปรรป มาใชในการเพาะเลยงสาหรายนน สามารถชวยบ าบดน าและลดปรมาณสารอาหารในน าทงได ซงสาหรายทไดจากการเพาะเลยงในน า เ สย จะสามารถน ามาใชประโยชนไดในหลายลกษณะ เ ชนการน าไปเปนวตถดบในการผลตเปน เอทานอล น ามนชวภาพ หรอน าไปเปนอาหารสตว เปนตน ส าหรบการผลตเอทานอลจากสาหราย และน าไปใชประโยชนเชงพลงงานน น มความนาสนใจ เ นองจากปจจบนน ามนเชอเพลงจากฟอสซลมราคาทสงและผนผวน การผลตเอทานอลจากสาหรายและน ามาใชเปนพลงงานทางเลอก จะชวยเสรมใหเกดความมนคงทางพลงงานและเศรษฐกจ นอกจากน การเพาะเลยงสาหรายในน าทงจากอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไมจะชวยลดปรมาณสารอาหารในน าทงกอนปลอยลงสแหลงน าธรรมชาต ซงถอเปนการลดผลกระทบตอสงแวดลอมไดทางหนง

การผลตเอทานอลจากสาหรายในกลมทไมใชอาหาร เปนทางเลอกทมความนาสนใจ เนองจากสาหรายสามารถสงเคราะหแสงเองได เจรญเตบโตไดดและรวดเรวในบอเพาะ เ ลยง ท ง ในระบบปดและระบบเปด สามารถเจรญเตบโตไดดในทกพนททเปนแหลงน า แมแตในน าเสยหรอน าทะเล และไมตองการพนทมากในการเจรญเตบโต สาหรายใชพลงงานในการเจรญเตบโตนอย ท าใหสามารถ

สะสมแปงอยภายในเซลลในปรมาณทคอนขาง สง โดยทวไปสาหรายจะสะสมในแปงและน าตาล [1] ซงสามารถใชเปนสารตงตนในการผลตเอทานอลได โดยมงานวจยของ Anwar et al. (2016) [2] ไดท าการศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทไดจากน าเสยโดยใช Clostridium phytofermentans DSM1183 พ บ ว าหลงจากท าการหมกสาหรายไดเอทานอลทความเขมขนเทากบ 0.52 g/L

สาหรายจดเปนกลมของสงมชวตทมรปรางและขนาดแตกตางกนมาก ซงมขนาดทเลกมากตงแตสาหรายเซลลเดยวทไมสามารถมองเหนดวยตาเปลา ไปจนถงสาหรายขนาดใหญ [3] ในกระบวนการสงเคราะหแสงของสาหรายนน จะเปนกระบวนการทสรางและสะสมพลงงานเพอใชในการด ารงชวต โดยพลงงานทไดจะอยในรปน าตาล ซงสวนหนงจะถกใชในกระบวนการไกลโคไลซสดวยการหายใจ และน าตาลอกสวนหนงจะถกเกบไวในรปแบบตางๆ ตามผนงเซลลหรอแวควโอล ซงจะสะสมไวในรปของ แปง น าตาล พอลแซกคาไรด และไขมน [4, 5] โดยน าตาลทพบมากในสาหรายสเขยวและสน าตาล คอ น าตาลโมเลกลเดยว (monosaccharide) เชน กลโคส [6] นอกจากน Siddhanta et al. (2001) [7] ยงพบวาน าตาลในสาหราย Ulva spp. เปนน าตาลในกลมของ น าตาลแรมโนส ไซโลส และกรดก ลโคโล นค ห รอ เ ร ยกว า glucuronoxylorhamnan เ ชน เ ดยวกบงานวจยของ Pengnzhan et al. (2002) [8] ทพบน าตาลแรมโนส

และไซโลส ในสาหรายกลม U. pertusa ซงนอกจากน าตาลกลมดงกลาวแลวยงพบน าตาล กลโคส แมนโนส กาแลคโตส และอะราบโนสอกดวย แตพบในปรมาณนอย มงานวจยทใหความสนใจการใชประโยชนจากน าตาลทสะสมในสาหรายโดยเฉพาะสาหรายทไดจากการเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานอตสาหกรรมเพอผลตเปนเอทานอล โดยใชเทคโนโลยการหมกจากเชอจลนทรยบรสทธ เชน Saccharomyces cerevisiae ซ ง เ ป น ย ส ต ท ท น ต อสภาพแวดลอมตางๆ ทไมเหมาะสมไดด เชน มความทนตอเอทานอลเขมขน ทนอณหภมสง ทนแรงดนออสโมซส และมความสามารถในการตกตะกอนรวมดวย เนองจาก ในการหมกเอทานอลตามทฤษฎของกลโคส จากกลโคส 1 กรม จะใหเอทานอล 0.51 กรม แตในทางปฏบตแลว 1 กรม กลโคสจะใหเอทานอลเพยงรอยละ 90 ของประสทธภาพในการเปลยนแปลงสารประกอบคารบอนไปเปนผลตภณฑตามทฤษฎของผลผลต (theoretical yield)

[9] ซงมรายงานของ Sree et al. (2000) [10] พบวา Saccharomyces cerevisiae V3. มความทนตอความรอนสง ทนแรงดนออสโมซส และสามารถจบกลมตกตะกอนไดเปนอยางด ซงใหปรมาณเอทานอลทสงเทากบ 60 กรมตอลตร จากกลโคส 150 กรม ท 40 องศาเซลเซยส

ดงนนงานวจยน จงเปนการศกษาศกยภาพการผลต เอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวง โดยพจารณาสาหราย 4 สายพนธ ไดแก Pediastrum sp. AARL G060, Chlorella sp. AARL G049, Microalgal consortium แ ล ะ Scenedesmus sp.

AARL G085 และแบงการศกษาออกเปน 2 สวนหลก ไดแก การเตรยมวตถดบสาหรายเพอผลตเอทานอล และก ร ะ บ ว น ก า ร ห ม ก เ อ ท า น อ ล ด ว ย เ ช อ ย ส ต Saccharomyces cerevisiae ในการศกษาไดพจารณาสาหรายทใหน าตาลรดวซ ซงเปนน าตาลทมศกยภาพในการผลตเอทานอลในปรมาณทสงทสด นอกจากนงานวจย

ไดท าการวเคราะหตนทนการผลตเอทานอล รวมถงความคมคาทางเศรษฐศาสตรอกดวย

2. วธการวจย

ในการด าเนนงานวจยนไดใชสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวงจ านวน 4 สายพนธ ไดแก Pediastrum sp. AARL G0 6 0 , Chlorella sp. AARL G0 4 9 , Microalgal consortium แ ล ะ Scenedesmus sp.

AARL G085 ซงจากการตรวจวเคราะหสมบตของน าเสยทใชในการเพาะเลยง พบวา มลกษณะเปนกรดออน มคาก า รน า ไฟ ฟ า ส ง และสารอ าห ารบ า งตว ส ง เ ช น แอมโมเนยม-ไนโตรเจน (24.1 mg/L) นอกจากนยงพบปรมาณสารอนทรยและอนนทรยเปนจ านวนมากโดยม คา COD (3160 mg/L) และ BOD (2400 mg/L) สง ซงน าเสยทมสมบตดงกลาวมคาอยในชวงทสามารถน ามาใชในการเพาะเลยงสาหรายได

ในขนตอนการศกษาศกยภาพการผลตเอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไม ไดท าการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล การศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทง 4 สายพนธ และการวเคราะหตนทน และความคมคาทางเศรษฐศาสตร โดยขนตอนการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล ไดใชสาหรายสายพนธ Chlorella sp. AARL G049 เปนตวแทนในการศกษา เนองจากสาหรายสายพนธ Chlorella sp.

AARL G049 จะมอตราการเตบโตคอนขางสง และลกษณะของโครงสรางเซลลสาหรายสายพนธ Chlorella

sp. AARL G049 จะมความคลายคลงกบสาหรายอก 3 สายพน ธ ดงน นผ วจย จง เ ลอกสาหรายสายพน ธ

Chlorella sp. AARL G049 เปนตวแทนในการศกษาสภาวะทเหมาะสมในการเตรยมสาหรายเพอผลตเปน เอทานอล

ส.ไชยพฒ ร.พงษพสทธนนท ว.ค�ำโอภำส ว.วงศวไล และ ค.เรองฤทธ

194

including Pediastrum sp. AARL G0 6 0 , Chlorella sp. AARL G0 4 9 , Microalgal consortium and Scenedesmus sp.AARL G085 were studied along with their production cost and economic value. The results showed that the microalgal consortium was the most suitable raw material for ethanol production. Steam explosion at 45 psi for 50 minutes combined with enzymaic digestion by cellulase with concentration of 2.00 ml per 1 g of algae at 50 ° C for 70 hours resulted in 20.25 mg/ml of reducing sugar, 21.36 mg/ml of total sugar content and 1.10 mg/ml of nonreducing sugar. In addition, the optimal condition for ethanol production from algae was 1.30 % Saccharomyces cerevisiae using, incubated at pH 6.71 and room temperature for 8 days. The resulting ethanol concentration was 7.17%. When increase the amount of Microalgal consortium to 400 g, it was found that ethanol production from the pretreated algae under optimal conditions had ethanol concentration, reducing sugar and volumes of liquids of 7.30%, 1.15 mg / ml and 3,289 ml, respectivetly. The cost of ethanol production from algae was 39.08 baht per liter with simple payback period of 4.77 years and 21% of return on investment. Keyword: Ethanol, Algae Cultivation, Waste Water, Vegetable and Fruit Processing Plant 1. บทน า

ประเทศไทยมโรงงานแปรรปอาหารสดเปนจ านวนมาก สงผลใหมปรมาณน าทงจากการแปรรปเปนจ านวนมากดวยเชนกน การน าน าทงจากการแปรรป มาใชในการเพาะเลยงสาหรายนน สามารถชวยบ าบดน าและลดปรมาณสารอาหารในน าทงได ซงสาหรายทไดจากการเพาะเลยงในน า เ สย จะสามารถน ามาใชประโยชนไดในหลายลกษณะ เ ชนการน าไปเปนวตถ ดบในการผลตเปน เอทานอล น ามนชวภาพ หรอน าไปเปนอาหารสตว เปนตน ส าหรบการผลตเอทานอลจากสาหราย และน าไปใชประโยชนเชงพลงงานน น มความนาสนใจ เ นองจากปจจบนน ามนเชอเพลงจากฟอสซลมราคาทสงและผนผวน การผลตเอทานอลจากสาหรายและน ามาใชเปนพลงงานทางเลอก จะชวยเสรมใหเกดความมนคงทางพลงงานและเศรษฐกจ นอกจากน การเพาะเลยงสาหรายในน าทงจากอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไมจะชวยลดปรมาณสารอาหารในน าทงกอนปลอยลงสแหลงน าธรรมชาต ซงถอเปนการลดผลกระทบตอสงแวดลอมไดทางหนง

การผลตเอทานอลจากสาหรายในกลมทไมใชอาหาร เปนทางเลอกทมความนาสนใจ เนองจากสาหรายสามารถสงเคราะหแสงเองได เจรญเตบโตไดดและรวดเรวในบอเพาะ เ ลยง ท ง ในระบบปดและระบบเปด สามารถเจรญเตบโตไดดในทกพนททเปนแหลงน า แมแตในน าเสยหรอน าทะเล และไมตองการพนทมากในการเจรญเตบโต สาหรายใชพลงงานในการเจรญเตบโตนอย ท าใหสามารถ

สะสมแปงอยภายในเซลลในปรมาณทคอนขาง สง โดยทวไปสาหรายจะสะสมในแปงและน าตาล [1] ซงสามารถใชเปนสารตงตนในการผลตเอทานอลได โดยมงานวจยของ Anwar et al. (2016) [2] ไดท าการศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทไดจากน าเสยโดยใช Clostridium phytofermentans DSM1183 พ บ ว าหลงจากท าการหมกสาหรายไดเอทานอลทความเขมขนเทากบ 0.52 g/L

สาหรายจดเปนกลมของสงมชวตทมรปรางและขนาดแตกตางกนมาก ซงมขนาดทเลกมากตงแตสาหรายเซลลเดยวทไมสามารถมองเหนดวยตาเปลา ไปจนถงสาหรายขนาดใหญ [3] ในกระบวนการสงเคราะหแสงของสาหรายนน จะเปนกระบวนการทสรางและสะสมพลงงานเพอใชในการด ารงชวต โดยพลงงานทไดจะอยในรปน าตาล ซงสวนหนงจะถกใชในกระบวนการไกลโคไลซสดวยการหายใจ และน าตาลอกสวนหนงจะถกเกบไวในรปแบบตางๆ ตามผนงเซลลหรอแวควโอล ซงจะสะสมไวในรปของ แปง น าตาล พอลแซกคาไรด และไขมน [4, 5] โดยน าตาลทพบมากในสาหรายสเขยวและสน าตาล คอ น าตาลโมเลกลเดยว (monosaccharide) เชน กลโคส [6] นอกจากน Siddhanta et al. (2001) [7] ยงพบวาน าตาลในสาหราย Ulva spp. เปนน าตาลในกลมของ น าตาลแรมโนส ไซโลส และกรดก ลโคโล นค ห รอ เ ร ยกว า glucuronoxylorhamnan เ ชน เ ดยวกบงานวจยของ Pengnzhan et al. (2002) [8] ทพบน าตาลแรมโนส

และไซโลส ในสาหรายกลม U. pertusa ซงนอกจากน าตาลกลมดงกลาวแลวยงพบน าตาล กลโคส แมนโนส กาแลคโตส และอะราบโนสอกดวย แตพบในปรมาณนอย มงานวจยทใหความสนใจการใชประโยชนจากน าตาลทสะสมในสาหรายโดยเฉพาะสาหรายทไดจากการเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานอตสาหกรรมเพอผลตเปนเอทานอล โดยใชเทคโนโลยการหมกจากเชอจลนทรยบรสทธ เชน Saccharomyces cerevisiae ซ ง เ ป น ย ส ต ท ท น ต อสภาพแวดลอมตางๆ ทไมเหมาะสมไดด เชน มความทนตอเอทานอลเขมขน ทนอณหภมสง ทนแรงดนออสโมซส และมความสามารถในการตกตะกอนรวมดวย เนองจาก ในการหมกเอทานอลตามทฤษฎของกลโคส จากกลโคส 1 กรม จะใหเอทานอล 0.51 กรม แตในทางปฏบตแลว 1 กรม กลโคสจะใหเอทานอลเพยงรอยละ 90 ของประสทธภาพในการเปลยนแปลงสารประกอบคารบอนไปเปนผลตภณฑตามทฤษฎของผลผลต (theoretical yield)

[9] ซงมรายงานของ Sree et al. (2000) [10] พบวา Saccharomyces cerevisiae V3. มความทนตอความรอนสง ทนแรงดนออสโมซส และสามารถจบกลมตกตะกอนไดเปนอยางด ซงใหปรมาณเอทานอลทสงเทากบ 60 กรมตอลตร จากกลโคส 150 กรม ท 40 องศาเซลเซยส

ดงนนงานวจยน จงเปนการศกษาศกยภาพการผลต เอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวง โดยพจารณาสาหราย 4 สายพนธ ไดแก Pediastrum sp. AARL G060, Chlorella sp. AARL G049, Microalgal consortium แ ล ะ Scenedesmus sp.

AARL G085 และแบงการศกษาออกเปน 2 สวนหลก ไดแก การเตรยมวตถดบสาหรายเพอผลตเอทานอล และก ร ะ บ ว น ก า ร ห ม ก เ อ ท า น อ ล ด ว ย เ ช อ ย ส ต Saccharomyces cerevisiae ในการศกษาไดพจารณาสาหรายทใหน าตาลรดวซ ซงเปนน าตาลทมศกยภาพในการผลตเอทานอลในปรมาณทสงทสด นอกจากนงานวจย

ไดท าการวเคราะหตนทนการผลตเอทานอล รวมถงความคมคาทางเศรษฐศาสตรอกดวย

2. วธการวจย

ในการด าเนนงานวจยนไดใชสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวงจ านวน 4 สายพนธ ไดแก Pediastrum sp. AARL G0 6 0 , Chlorella sp. AARL G0 4 9 , Microalgal consortium แ ล ะ Scenedesmus sp.

AARL G085 ซงจากการตรวจวเคราะหสมบตของน าเสยทใชในการเพาะเลยง พบวา มลกษณะเปนกรดออน มคาก า รน า ไฟ ฟ า ส ง และสารอ าห ารบ า งตว ส ง เ ช น แอมโมเนยม-ไนโตรเจน (24.1 mg/L) นอกจากนยงพบปรมาณสารอนทรยและอนนทรยเปนจ านวนมากโดยม คา COD (3160 mg/L) และ BOD (2400 mg/L) สง ซงน าเสยทมสมบตดงกลาวมคาอยในชวงทสามารถน ามาใชในการเพาะเลยงสาหรายได

ในขนตอนการศกษาศกยภาพการผลตเอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไม ไดท าการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล การศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทง 4 สายพนธ และการวเคราะหตนทน และความคมคาทางเศรษฐศาสตร โดยขนตอนการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล ไดใชสาหรายสายพนธ Chlorella sp. AARL G049 เปนตวแทนในการศกษา เนองจากสาหรายสายพนธ Chlorella sp.

AARL G049 จะมอตราการเตบโตคอนขางสง และลกษณะของโครงสรางเซลลสาหรายสายพนธ Chlorella

sp. AARL G049 จะมความคลายคลงกบสาหรายอก 3 สายพน ธ ดงน นผ วจย จง เ ลอกสาหรายสายพน ธ

Chlorella sp. AARL G049 เปนตวแทนในการศกษาสภาวะทเหมาะสมในการเตรยมสาหรายเพอผลตเปน เอทานอล

194 195

96

2.1 การศกษาการผลตเอทานอลจากสาหราย การทดลองท 1 ศกษากระบวนการเตรยมสาหรายท

เหมาะสมส าหรบผลตเอทานอล

ท าการศกษาวธการท าลายโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยการปรบสภาพวธการระเบดดวยไอน า(Steam explosion) โดยพจารณาทความดน 25-45

ปอนดตอตารางนว ทเวลา 20-60 นาท จากนน วเคราะหหาปรมาณน าตาลท งหมด น าตาลรดวซ และน าตาล นอนรดวซ วเคราะหโดยใชโปรแกรมส าเรจรปทางสถต Design Expert 7.1 (Statease Inc., USA) [11]

จากน นศกษาการยอยสลายโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยกรดไฮโครคลอรก (ทความเขมขน 1.0-6.34

นอรมอล) ผสมผงสาหรายและสารละลาย Citrate buffer

ความเขมขน 0.05 โมลาร คาความเปนกรด-ดาง 4.4 ในอตราสวน 1:10 โดยมวลตอปรมาตร แลวจงน าไปท าลายโครงสรางของเซลล ท าการแยกสารละลายออกจากของแขงดวยเครอง Centrifuge ท 4,500 rpm เปนเวลา 15 นาท แลวกรองแยกสารละลายสวนใสดวยกระดาษกรอง Whatman® No.4 จะไดสารละลาย ทน าไปวเคราะหปรมาณน าตาลทงหมด น าตาลรดวซ และน าตาลนอนรดวซตามวธการของ AOAC (2000)

เปรยบเทยบการศกษาการยอยโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยเอนไซมเซลลเลส โดยแปรผนปรมาณเอนไซมเซลลเลสทปรมาณ 0.25–2.00 (มลลลตรตอสาหราย 1 กรม) และใชเวลาในการบมท 50 องศาเซลเซยส 24–72 ชวโมง หาปรมาณน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลท งหมด โดยวางแผนการทดลองแบบ 22 Factorial experiment with 2 center points [11]

ท าการเปรยบเทยบปรมาณน าตาลรดวซ น าตาล

นอนร ดว ซและน าตาลท งหมดของสาห ราย ทผ านกระบวนการระเ บดดวยไอน า และผานการยอยดวยกระบวนการทเหมาะสม

การทดลองท 2 ศกษากระบวนการผลตเอทานอลจากเ ชอบรสทธ คอ Saccharomyces cerevisiae โดยใช

กระบวนการทเหมาะสมในการเตรยมสาหรายจากการทดลองท 1 เพอใหเอทานอลสงทสด

ท าการศกษาความเปนกรด-ดาง และปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ท เ ห ม า ะสม เ พ อ ผ ล ต เอทานอลสงทสด โดยพจารณาปรมาณความเปนกรด-ดางท 5.00–7.00 ปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae

รอยละ 0.10–1.50 ท าการบมทอณหภมหองเปนเวลา 2-10 วน หลงจากนนท าการวดปรมาณเอทานอล และปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม โดยวางแผนการทดลองแบบ 22 Factorial experiment design with 2 center points [11]

การทดลองท 3 ศกษาคณภาพเอทานอลทผลตไดจากสาหราย คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณน าตาลปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม ปรมาณของเหลวทได และปรมาณกากสาหรายทเหลอจากการบม

2.2 ก า ร ว เ ค ร า ะ ห ต น ท น แ ล ะ ค ว า ม ค ม ค า ท า งเศรษฐศาสตร [11]

ส าหรบการวเคราะหตนทนการผลตเอทานอล ไดวเคราะหหาตนทนการผลต โดยอาศยการค านวณทางเศรษฐศาสตร เพอใชประกอบการตดสนใจในการเลอกระบบการผลต โดยการวเคราะหตนทนจะอาศยว ธการ Life Cycle Cost Analysis (LCC) ซงเปนวธการทคดคาใชจายตลอดอายโครงการ ทงนจะพจารณาตนทนรวมรายป (บาท / ป) โดยพจารณามลคา เ งนลงทนสทธ , คาใชจายดานพลงงานทใชในการผลต และคาใชจายในการด าเนนการและบ ารงรกษา (บาท/ป) ดงสมการท 1

P

Ppu E

CC

(1)

เมอ Cpu คอ ตนทนตอหนวยการผลต (บาท/หนอยการผลต), คอ ตนทนรวมรายป (บาท/ป) และ คอ การผลตทผลตไดตอป (หนอยการผลต/ป) การหาตนทนรวมของการผลตจะท าการค านวณจากการท าสมดลตนทน ดงสมการ 2 MOECP CCCC &

(2)

เมอ PC คอ ตนทนรวมรายป (บาท/ป), CC คอ มลคาเงนลงทนสทธ (มลคาเงนลงทนทหกมลคาซากแลว) (บาท/ป),

EC คอ คาใชจายดานพลงงานทใชในการผลต (บาท/ป) และ MOC &

คอ คาใชจายในการด าเนนการและบ ารงรกษา (บาท/ป)

นอกจากน ทางโครงการจะท าการวเคราะหระยะเวลาคนทน (Simple Payback Period, SPP) จากสมการ (3)

ofitorSavingCostCostFirstSPP

Pr (3)

ส าหรบผลตอบแทนในการลงทน (Internal Rate

of Return, IRR) จะใชเ ปน เค รองมอประกอบการตดสนใจในการลงทน โดยพจารณาอตราสวนลดทท าใหมลค า เ งนปจ จบนสทธในการลงทน (Net Present

Value, NPV) เทากบศนย หรอเขาใกลศนย วธนมการน าเอาคาอตราดอกเบยมารวมค านวณดวย ท าใหสามารถวเคราะหไดถกตองมากขน วธการหาอตราผลตอบแทนการลงทนเปนการหาโดยวธลองผดลองถก (Trial and

Error) อตราสวนลดทหาไดคอคา IRR นนคอคา i ทท าให NPV(i) เทากบ 0 ท งนสามารถพจาณาสมหารท 4 และ 5 0

)1(1

TICIRR

NCFNPV

n

tn

n (4)

n

tn

n

IRRNCF

TIC1 )1(

(5)

เมอ nNCF คอ เ งนจายลงทนตอนตดต งระบบ (Total

investment Baht), IRR คอ อตราผลตอบแทนในการลงทน, n คอ อายการใชงานของระบบ (ป) และTIC คอ

ตนทนพลงงานทประหยดได (Energy Cost Savings) หรอ ก าไรทระบบสามารถท าได (Profit) รายปต งแตปลายป 1 ถง n (บาท)

3. ผลการวจย การศกษาวธการท าลายโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยการปรบสภาพวธการระเบดดวยไอน า (Steam

explosion) การยอยสลายโครงสรางดวยกรดไฮโดร- คลอรก เพอใหเซลลสาหรายแตกตวกอนการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส โดยใชปรมาณน าตาลรดวซ ปรมาณน าตาลนอนรดวซ และปรมาณน าตาลทงหมดเปนตวชวด ใหผลการศกษาดงน 3.1 ผลการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายทเหมาะสมส าหรบผลตเอทานอล

ผลการหาสภาวะทเหมาะสมในการปรบสภาพสาหรายดวยวธการระเบดดวยไอน า (Steam explosion) ทความดน 25-45 ปอนดตอตารางนว โดยใชเวลา 15-30 น า ท โด ย ว า ง แผนก า รทดลอ ง แบบ 22 Factorial

experiment design with 2 center points และวเคราะหผลการทดลองโดยใชโปรแกรมส าเรจรปทางสถต Design

Expert 7. 1 ( Statease Inc. ,USA) เ พ อ ส ภ า ว ะ ทเหมาะสม สามารถแสดงผลการศกษาไดดงตารางท 1 และเมอน าขอมล ทไดมาว เคราะหในรปสมการถดถอย (Multiple regression) เพออธบายความสมพนธระหวางคาตอบสนองกบความดนและเวลาทระดบตางๆ พบวา ความดนและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน ามผลตอปรมาณน าตาลรดวซ และน าตาลทงหมดอยางมนยส าคญ (p<0.05) ซงสามารถแสดงในรปสมการถดถอย ดงตารางท 2


196

2.1 การศกษาการผลตเอทานอลจากสาหราย การทดลองท 1 ศกษากระบวนการเตรยมสาหรายท

เหมาะสมส าหรบผลตเอทานอล

ท าการศกษาวธการท าลายโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยการปรบสภาพวธการระเบดดวยไอน า(Steam explosion) โดยพจารณาทความดน 25-45

ปอนดตอตารางนว ทเวลา 20-60 นาท จากนน วเคราะหหาปรมาณน าตาลท งหมด น าตาลรดวซ และน าตาล นอนรดวซ วเคราะหโดยใชโปรแกรมส าเรจรปทางสถต Design Expert 7.1 (Statease Inc., USA) [11]

จากน นศกษาการยอยสลายโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยกรดไฮโครคลอรก (ทความเขมขน 1.0-6.34

นอรมอล) ผสมผงสาหรายและสารละลาย Citrate buffer

ความเขมขน 0.05 โมลาร คาความเปนกรด-ดาง 4.4 ในอตราสวน 1:10 โดยมวลตอปรมาตร แลวจงน าไปท าลายโครงสรางของเซลล ท าการแยกสารละลายออกจากของแขงดวยเครอง Centrifuge ท 4,500 rpm เปนเวลา 15 นาท แลวกรองแยกสารละลายสวนใสดวยกระดาษกรอง Whatman® No.4 จะไดสารละลาย ทน าไปวเคราะหปรมาณน าตาลทงหมด น าตาลรดวซ และน าตาลนอนรดวซตามวธการของ AOAC (2000)

เปรยบเทยบการศกษาการยอยโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยเอนไซมเซลลเลส โดยแปรผนปรมาณเอนไซมเซลลเลสทปรมาณ 0.25–2.00 (มลลลตรตอสาหราย 1 กรม) และใชเวลาในการบมท 50 องศาเซลเซยส 24–72 ชวโมง หาปรมาณน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลท งหมด โดยวางแผนการทดลองแบบ 22 Factorial experiment with 2 center points [11]

ท าการเปรยบเทยบปรมาณน าตาลรดวซ น าตาล

นอนร ดว ซและน าตาลท งหมดของสาห ราย ทผ านกระบวนการระเ บดดวยไอน า และผานการยอยดวยกระบวนการทเหมาะสม

การทดลองท 2 ศกษากระบวนการผลตเอทานอลจากเ ชอบรสทธ คอ Saccharomyces cerevisiae โดยใช

กระบวนการทเหมาะสมในการเตรยมสาหรายจากการทดลองท 1 เพอใหเอทานอลสงทสด

ท าการศกษาความเปนกรด-ดาง และปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ท เ ห ม า ะสม เ พ อ ผ ล ต เอทานอลสงทสด โดยพจารณาปรมาณความเปนกรด-ดางท 5.00–7.00 ปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae

รอยละ 0.10–1.50 ท าการบมทอณหภมหองเปนเวลา 2-10 วน หลงจากนนท าการวดปรมาณเอทานอล และปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม โดยวางแผนการทดลองแบบ 22 Factorial experiment design with 2 center points [11]

การทดลองท 3 ศกษาคณภาพเอทานอลทผลตไดจากสาหราย คอ ปรมาณเอทานอล ปรมาณน าตาลปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม ปรมาณของเหลวทได และปรมาณกากสาหรายทเหลอจากการบม

2.2 ก า ร ว เ ค ร า ะ ห ต น ท น แ ล ะ ค ว า ม ค ม ค า ท า งเศรษฐศาสตร [11]

ส าหรบการวเคราะหตนทนการผลตเอทานอล ไดวเคราะหหาตนทนการผลต โดยอาศยการค านวณทางเศรษฐศาสตร เพอใชประกอบการตดสนใจในการเลอกระบบการผลต โดยการวเคราะหตนทนจะอาศยว ธการ Life Cycle Cost Analysis (LCC) ซงเปนวธการทคดคาใชจายตลอดอายโครงการ ทงนจะพจารณาตนทนรวมรายป (บาท / ป) โดยพจารณามลคา เ งนลงทนสทธ , คาใชจายดานพลงงานทใชในการผลต และคาใชจายในการด าเนนการและบ ารงรกษา (บาท/ป) ดงสมการท 1

P

Ppu E

CC

(1)

เมอ Cpu คอ ตนทนตอหนวยการผลต (บาท/หนอยการผลต), คอ ตนทนรวมรายป (บาท/ป) และ คอ การผลตทผลตไดตอป (หนอยการผลต/ป) การหาตนทนรวมของการผลตจะท าการค านวณจากการท าสมดลตนทน ดงสมการ 2 MOECP CCCC &

(2)

เมอ PC คอ ตนทนรวมรายป (บาท/ป), CC คอ มลคาเงนลงทนสทธ (มลคาเงนลงทนทหกมลคาซากแลว) (บาท/ป),

EC คอ คาใชจายดานพลงงานทใชในการผลต (บาท/ป) และ MOC &

คอ คาใชจายในการด าเนนการและบ ารงรกษา (บาท/ป)

นอกจากน ทางโครงการจะท าการวเคราะหระยะเวลาคนทน (Simple Payback Period, SPP) จากสมการ (3)

ofitorSavingCostCostFirstSPP

Pr (3)

ส าหรบผลตอบแทนในการลงทน (Internal Rate

of Return, IRR) จะใชเ ปน เค รองมอประกอบการตดสนใจในการลงทน โดยพจารณาอตราสวนลดทท าใหมลค า เ งนปจ จบนสทธในการลงทน (Net Present

Value, NPV) เทากบศนย หรอเขาใกลศนย วธนมการน าเอาคาอตราดอกเบยมารวมค านวณดวย ท าใหสามารถวเคราะหไดถกตองมากขน วธการหาอตราผลตอบแทนการลงทนเปนการหาโดยวธลองผดลองถก (Trial and

Error) อตราสวนลดทหาไดคอคา IRR นนคอคา i ทท าให NPV(i) เทากบ 0 ท งนสามารถพจาณาสมหารท 4 และ 5 0

)1(1

TICIRR

NCFNPV

n

tn

n (4)

n

tn

n

IRRNCF

TIC1 )1(

(5)

เมอ nNCF คอ เ งนจายลงทนตอนตดต งระบบ (Total

investment Baht), IRR คอ อตราผลตอบแทนในการลงทน, n คอ อายการใชงานของระบบ (ป) และTIC คอ

ตนทนพลงงานทประหยดได (Energy Cost Savings) หรอ ก าไรทระบบสามารถท าได (Profit) รายปต งแตปลายป 1 ถง n (บาท)

3. ผลการวจย การศกษาวธการท าลายโครงสรางของเซลลสาหราย ดวยการปรบสภาพวธการระเบดดวยไอน า (Steam

explosion) การยอยสลายโครงสรางดวยกรดไฮโดร- คลอรก เพอใหเซลลสาหรายแตกตวกอนการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส โดยใชปรมาณน าตาลรดวซ ปรมาณน าตาลนอนรดวซ และปรมาณน าตาลทงหมดเปนตวชวด ใหผลการศกษาดงน 3.1 ผลการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายทเหมาะสมส าหรบผลตเอทานอล

ผลการหาสภาวะทเหมาะสมในการปรบสภาพสาหรายดวยวธการระเบดดวยไอน า (Steam explosion) ทความดน 25-45 ปอนดตอตารางนว โดยใชเวลา 15-30 น า ท โด ย ว า ง แผนก า รทดลอ ง แบบ 22 Factorial

experiment design with 2 center points และวเคราะหผลการทดลองโดยใชโปรแกรมส าเรจรปทางสถต Design

Expert 7. 1 ( Statease Inc. ,USA) เ พ อ ส ภ า ว ะ ทเหมาะสม สามารถแสดงผลการศกษาไดดงตารางท 1 และเมอน าขอมล ทไดมาว เคราะหในรปสมการถดถอย (Multiple regression) เพออธบายความสมพนธระหวางคาตอบสนองกบความดนและเวลาทระดบตางๆ พบวา ความดนและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน ามผลตอปรมาณน าตาลรดวซ และน าตาลทงหมดอยางมนยส าคญ (p<0.05) ซงสามารถแสดงในรปสมการถดถอย ดงตารางท 2

196 197

96

ตารางท 1 การทดลองในการศกษาการปรบสภาพสาหรายดวยกระบวนการระเบดไอน า

การทดลอง รหส ความดน (psi)

เวลา (min)

ปรมาณน าตาล (mg/ml) น าตาลรดวซ น าตาลทงหมด น าตาลนอนรดวซ

1 (1) 25.00 15.00 0.62±0.02 3.22±0.02 2.60±0.01 2 a 40.00 15.00 1.28±0.02 3.84±0.02 2.56±0.01 3 b 25.00 30.00 0.85±0.02 3.81±0.01 2.96±0.01 4 ab 40.00 30.00 1.65±0.01 4.32±0.01 2.67±0.02 5 -α a 21.89 22.50 0.60±0.03 3.13±0.01 2.53±0.03 6 +α a 43.11 22.50 1.57±0.04 6.78±0.05 5.20±0.04 7 -α b 32.50 11.89 0.75±0.04 3.31±0.01 2.56±0.03 8 +α b 32.50 33.11 1.20±0.04 3.51±0.01 2.31±0.02 9 cp1 32.50 22.50 1.01±0.04 3.29±0.01 2.27±0.02

10 cp2 32.50 22.50 0.98±0.03 3.27±0.02 2.29±0.02 ตารางท 2 สมการความสมพนธระหวางความดนและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า

คณภาพ สมการความสมพนธกบตวแปร R2

น าตาลรดวซ = 0.4624 – 0.0179 (ความดน) – 0.0002 (เวลา) + 0.0006 (ความดน)2 + 0.001

(เวลา)2 + 0.0005 (ความดน) (เวลา) 0.9910

น าตาลทงหมด = 9.7431 - 0.4499 (ความดน) + 0.0075 (ความดน)2 0.7559

จากตารางท 2 พบวา ปรมาณน าตาลรดวซขนอยกบ

ความดนและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า และความสมพนธรวม (Interaction) ระหวางความดนและเวลาโดยความดนและเวลาทเพมขนท าใหน าตาลรดวซเพมขน สวนปรมาณน าตาลทงหมดขนอยกบความดนในกระบวนการระเบดดวยไอน า โดยความดนเพมขนท าใหปรมาณน าตาลทงหมดเพมขนดวย สอดคลองกบรายงานของ คมสนและคณะ (2559) [13] ซงไดท าการปรบสภาพสาห รายไสไ ก ( Enteromorpha intestinalis) ดวยวธการระเบดดวยไอน าทความดน 25 ปอนดตอตารางนว เ ปนเวลา 15 นาท ท าใหน าตาลรดวซเพมขนรอยละ 292.63 และปรมาณน าตาลทงหมดเพมขนรอยละ 17.35

จ ากสมก า ร ท ไ ด ใ นต า ร า ง ท 2 สาม า รถห าความสมพนธระหวางความดนและเวลาในกระบวนการระเบดทเหมาะสม โดยใชโปรแกรมส าเรจรป Design Expert 7.10 (Statease Inc. , Minneapolis, USA) และก าหนดขอบเขตปจจยทศกษาและคณลกษณะท

ตองการ พบวา ความดนและ เวลา ท เหมาะสมในกระบวนการระเบดดวยไอน า คอ ทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 30 นาท ซงแสดงตามภาพท 1

ภาพท 1 พนทการตอบสนองของความดนและ

เวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า


198

3.2 ผลการศกษาระยะเวลาทใชในการระเบดดวยไอน า (Steam explosion) ท เหมาะสมในการปรบสภาพสาหราย ผลการศกษาระยะเวลาในการระเบดดวยไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว ซงเปนคาความดนทมความเหมาะสมในการสรางน าตาลรดวซ และน าตาลทงหมดจากสาหรายไดมากทสด โดยพจารณาระยะเวลาทใชในการระเบด 20, 30, 40, 50 และ 60 นาท พบวา การระเบดดวยไอน า ทความดน 45 ปอนดตอตารางนว ทระยะเวลา 50 และ 60 นาท ใหปรมาณน าตาลทงหมดมากกวาทระยะเวลา 20, 30 และ 40 นาท อยางมนยส าคญทางสถต (p<0.05) ดงนนผวจยจงเลอกการระเบดดวย ไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว ทระยะเวลา 50 นาท ใหเปนระดบทเหมาะสมกวาทระยะเวลา 60 นาท เพราะใชเวลานอยกวา จงท าใหเกดการประหยดในเรองตนทนมากกวา ท งน ปรมาณน าตาลรดวซ และปรมาณน าตาลท งหมดของสาหรายทผานการปรบสภาพดวยกระบวนการระเบดไอน าความดน 45 ปอนดตอตารางนวทระยะเวลาระเบดตางกน แสดงดงตารางท 3

ตารางท 3 ปรมาณน าตาลรดวซ และปรมาณน าตาลทงหมดของสาหรายทผานการปรบสภาพดวยกระบวนการระเบดไอน าความดน 45 ปอนดตอตารางนวทระยะเวลาระเบดตางกน

เวลาในการระเบด(นาท)

ปรมาณน าตาล (มลลกรม/มลลลตร) น าตาลรดวซns น าตาลทงหมด

20 1.52±0.07 6.20d±0.01 30 1.54±0.03 6.64c±0.02 40 1.53±0.08 7.20b±0.02 50 1.54±0.07 8.51a±0.01 60 1.57±0.07 8.51a±0.01

กรรมวธควบคม 0.23±0.01 2.99e±0.01

หมายเหต: - ตวอกษรภาษาองกฤษทก ากบขอมลในคอลมนเดยวกน แสดงวา ค าความแตกตางกนของขอ มลอยา งมนยส าคญทางส ถ ต (p<0.05)

- ns คอขอมลในคอลมนเดยวกน ไมมคาความแตกตางกนของขอมลอยางมนยส าคญทางสถต (p>0.05)

- กรรมวธควบคม คอปรมาณน าตาลทวดจากตวอยางทไมผานกระบวนการระเบดดวยไอน า

3.3 ผลการศกษาสภาวะการยอยเซลลโลสดวยสารละลายกรดทเหมาะสมในการปรบสภาพสาหราย หลงจากกระบวนการเตรยมสาหราย ดวยการระเบดดวยไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนระยะเวลา 50 นาทแลว ผวจยไดท าการศกษาการยอยดวยกรดไฮโดร-คลอรกทความเขมขน 1.0 , 2.0 , 3.0 , 4.0 , 5.0 และ 6.34 นอรมอล ตามล าดบ ใชสารละลายสาหรายทผานการระเบดไอน าตอกรดไฮโดรคลอรก อตราสวน 1:1 โดยปรมาตรตอปรมาตร น าไปใหความรอนทอณหภม 70 องศาเซลเซยส เปนเวลา 10 นาท ปรบความเปนกรด-ดางใหเปนกลางดวยโซเดยมไฮดรอกไซด และน ามาวเคราะหน าตาลรดวซ ซงแสดงดงตารางท 4 พบวา ความเขมขนของกรดไฮโดรคลอรกทสามารถยอยเซลลโลสไดมากสดคอ ทความเขมขน 6.34 นอรมอล โดยใหปรมาณน าตาลรดวซมากทสด เทากบ 8.66 มลลกรม/ มลลลตร ซงมากกวาความเขมขนกรดไฮโดรคลอรกทความเขมขนอนๆอยางมนยส าคญทางสถต (p<0.05) แสดงวา ความเขมขนของกรดไฮโดรคลอรกทเพมขน สามารถยอยเซลลโลสเพอใหเปนน าตาลไดเพมขน ตารางท 4 ปรมาณน าตาลรดวซ ของสาหรายทผานการยอยดวยสารละลายกรดไฮโดรคลอรกความเขมขนทตางกน ความเขมขนกรดไฮโดรคลอรก

(นอรมอล) ปรมาณน าตาลรดวซ (มลลกรม/มลลลตร)

1.00 2.03g±0.09 2.00 2.78f±0.09 3.00 3.80d±0.05 4.00 4.94c±0.08 5.00 6.08b±0.31 6.34 8.66a±0.29

หมายเหต: - ตวอกษรภาษาองกฤษทก ากบขอมลในคอลมนเดยวกน แสดงวา ค าความแตกตางกนของขอ มลอยา งมนยส าคญทางส ถ ต (p<0.05)

3.4 ผลการศกษาสภาวะทเหมาะสมในการยอยเซลลโลสในสาหรายดวยเอนไซมเซลลเลส หลงจากกระบวนการเตรยมสาหราย ดวยการระเบดดวยไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนระยะเวลา 50 นาทแลว ผวจยไดท าการศกษาการยอยดวยเอนไซม

198 199

96

เซลลเลส โดยแปรผนปรมาณเอนไซมเซลลเลสทปรมาณ 0.25 – 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) และเวลาในการบมท 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 24 – 72 ชวโมง เพอหาปรมาณน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลทงหมด โดยวางแผนการทดลองแบบ 22 Factorial experiment design

with 2 center points และวเคราะหผลการทดลองโดยใชโปรแกรมส า เ ร จ รปทางสถ ต Design Expert 7.1

(Statease Inc.,USA) เพอสภาวะทเหมาะสม สามารถ

แสดงผลการศกษาไดดงตารางท 5 และเมอน าขอมลทไดมาวเคราะหในรปสมการถดถอย (Multiple regression) เพอพจารณาความสมพนธระหวางคาตอบสนองปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในการบมทระดบตางๆ พบวา ปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในการบมมผลตอปรมาณน าตาลรดวซ และน าตาลทงหมดอยางมนยส าคญ (p<0.05) ซงสามารถแสดงในรปสมการถดถอย ดงตารางท 6

ตารางท 5 แผนการทดลองในการศกษาการยอยสาหรายดวยเอนไซมเซลลเลส

การทดลอง รหส ปรมาณเซลลเลส

(ml/g.algae) เวลาบม (hr)


1 (1) 0.25 24.00 10.72±0.61 11.92±0.73 1.20±0.54 2 a 2.00 24.00 16.70±0.70 16.88±0.42 0.18±0.31 3 b 0.25 72.00 11.15±0.75 13.26±0.57 2.11±0.74 4 ab 2.00 72.00 18.66±1.81 19.10±1.91 0.44±0.23 5 -α a 0.25 48.00 10.82±0.70 12.11±0.35 1.29±0.15 6 +α a 2.00 48.00 18.58±0.65 19.35±1.33 0.77±0.41 7 -α b 1.13 24.00 11.40±1.85 11.76±1.69 0.37±0.55 8 +α b 1.13 72.00 17.86±0.54 17.89±1.17 0.03±0.01 9 cp1 1.13 48.00 15.75±0.62 16.66±0.92 0.91±0.02

10 cp2 1.13 48.00 15.59±0.48 16.30±1.78 0.71±0.08

ตารางท 6 สมการความสมพนธระหวางปรมาณเอมไซมเซลลเลสและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า คณภาพ สมการความสมพนธกบตวแปร R2

น าตาลรดวซ = 7.2203 + 4.0479 (ปรมาณเอนไซมเซลลเลส) + 0.0614 (เวลาในการบม) 0.8744

น าตาลทงหมด = 8.5376 + 3.4371 (ปรมาณเอนไซมเซลลเลส) + 0.0640 (เวลาในการบม) 0.8697

จากตารางท 6 พบวา ปรมาณน าตาลรดวซและน าตาลทงหมดขนอยกบปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบม โดยปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบมทเพมขน ท าใหน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลท งหมดเพมขน ซงสอดคลองกบรายงานของ Kim et al. (2014) [14] ทพบวาโครงสรางของสาหรายจะมการกระจายตวมากขนจากการเพมขนของความดน ท าใหเอนไซมเซลลเลสสามารถเขาถงโครงสรางของเซลลโลสไดมากยงขน สงผลใหปรมาณน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลทงหมดมคาสงขนตามการยอยของเอนไซมเซลลเลสทมากขน ในขณะท

น าตาลนอนรดวซจะมคาลดลงจากการท างานของเอนไซม และเกดการสลายตวจากความรอนทมากขนจากการเพมความดน จากสมการทไดในตารางท 6 สามารถหาปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบมทเหมาะสม โดยใชโปรแกรมส าเ รจรป Design Expert 7.10 (Statease

Inc., Minneapolis, USA) และก าหนดขอบเขตปจจยทศกษาและคณลกษณะทตองการ พบวา ปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบมทเหมาะสม คอ ปรมาณเซลลเลส


200

เซลลเลส โดยแปรผนปรมาณเอนไซมเซลลเลสทปรมาณ 0.25 – 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) และเวลาในการบมท 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 24 – 72 ชวโมง เพอหาปรมาณน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลทงหมด โดยวางแผนการทดลองแบบ 22 Factorial experiment design

with 2 center points และวเคราะหผลการทดลองโดยใชโปรแกรมส า เ ร จ รปทางสถ ต Design Expert 7.1

(Statease Inc.,USA) เพอสภาวะทเหมาะสม สามารถ

แสดงผลการศกษาไดดงตารางท 5 และเมอน าขอมลทไดมาวเคราะหในรปสมการถดถอย (Multiple regression) เพอพจารณาความสมพนธระหวางคาตอบสนองปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในการบมทระดบตางๆ พบวา ปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในการบมมผลตอปรมาณน าตาลรดวซ และน าตาลทงหมดอยางมนยส าคญ (p<0.05) ซงสามารถแสดงในรปสมการถดถอย ดงตารางท 6

ตารางท 5 แผนการทดลองในการศกษาการยอยสาหรายดวยเอนไซมเซลลเลส

การทดลอง รหส ปรมาณเซลลเลส

(ml/g.algae) เวลาบม (hr)


1 (1) 0.25 24.00 10.72±0.61 11.92±0.73 1.20±0.54 2 a 2.00 24.00 16.70±0.70 16.88±0.42 0.18±0.31 3 b 0.25 72.00 11.15±0.75 13.26±0.57 2.11±0.74 4 ab 2.00 72.00 18.66±1.81 19.10±1.91 0.44±0.23 5 -α a 0.25 48.00 10.82±0.70 12.11±0.35 1.29±0.15 6 +α a 2.00 48.00 18.58±0.65 19.35±1.33 0.77±0.41 7 -α b 1.13 24.00 11.40±1.85 11.76±1.69 0.37±0.55 8 +α b 1.13 72.00 17.86±0.54 17.89±1.17 0.03±0.01 9 cp1 1.13 48.00 15.75±0.62 16.66±0.92 0.91±0.02

10 cp2 1.13 48.00 15.59±0.48 16.30±1.78 0.71±0.08

ตารางท 6 สมการความสมพนธระหวางปรมาณเอมไซมเซลลเลสและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า คณภาพ สมการความสมพนธกบตวแปร R2

น าตาลรดวซ = 7.2203 + 4.0479 (ปรมาณเอนไซมเซลลเลส) + 0.0614 (เวลาในการบม) 0.8744

น าตาลทงหมด = 8.5376 + 3.4371 (ปรมาณเอนไซมเซลลเลส) + 0.0640 (เวลาในการบม) 0.8697

จากตารางท 6 พบวา ปรมาณน าตาลรดวซและน าตาลทงหมดขนอยกบปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบม โดยปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบมทเพมขน ท าใหน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลท งหมดเพมขน ซงสอดคลองกบรายงานของ Kim et al. (2014) [14] ทพบวาโครงสรางของสาหรายจะมการกระจายตวมากขนจากการเพมขนของความดน ท าใหเอนไซมเซลลเลสสามารถเขาถงโครงสรางของเซลลโลสไดมากยงขน สงผลใหปรมาณน าตาลรดวซและปรมาณน าตาลทงหมดมคาสงขนตามการยอยของเอนไซมเซลลเลสทมากขน ในขณะท

น าตาลนอนรดวซจะมคาลดลงจากการท างานของเอนไซม และเกดการสลายตวจากความรอนทมากขนจากการเพมความดน จากสมการทไดในตารางท 6 สามารถหาปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบมทเหมาะสม โดยใชโปรแกรมส าเ รจรป Design Expert 7.10 (Statease

Inc., Minneapolis, USA) และก าหนดขอบเขตปจจยทศกษาและคณลกษณะทตองการ พบวา ปรมาณเอนไซมเซลลเลสและเวลาในบมทเหมาะสม คอ ปรมาณเซลลเลส

1.99 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) และเวลาในการบมท 69.65 ชวโมง ซงแสดงตามภาพท 2

ภาพท 2 พนทการตอบสนองของปรมาณเอนไซม

เซลลเลสและเวลาในบม

จากผลการศกษาขางตนไดวา การยอยเซลลโลสดวยเอนไซมเซลลเลส สามารถเปลยนเปนน าตาลรดวซและน าตาลทงหมดไดมากกวาการยอยเซลลโลสดวยสารละลายกรด ดงน นจงเลอกการยอยเซลลโลสของสาหรายดวยเอนไซมเซลลเลสเปนวธการเตรยมสาหรายทเหมาะสมส าหรบการผลตเอทานอลตอไป

3.5 ผลการคดเลอกสาหรายทเหมาะสมส าหรบการผลตเอทานอล จากการศกษาสามารถเปรยบเทยบปรมาณน าตาลรดวซ น าตาลนอนรดวซและน าตาลทงหมดของสาหรายทผานการกระบวนการระเบดดวยไอน า คอ ความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 50 นาท แลว ท าการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1กรม) บมท 50 องศาเซลเซยสเปนเวลา 70 ชวโมง โดยสาหรายทน ามาทดลองม 4 สายพนธ คอ Chlorella sp., Scenedesmus

sp. , Pediastrum sp. และ Microalgal consortium

ผลการทดลองดงตาราง ท 7 พบวา สาห รายพน ธ Microalgal consortium หลงจากผานกระบวนการเตรยมสาหรายทเหมาะสมส าหรบผลตเอทานอลแลว ใหปรมาณน าตาลรดวซ และน าตาลท งหมดมากทสด รองลงมาคอสาหรายพนธ Chlorella sp., Pediastrum

sp. และพนธ Scenedesmus sp. ใหปรมาณน าตาลรดวซ และน าตาลทงหมดนอยทสด ดงนนสาหรายพนธทมความเหมาะสมในกระบวนการผลตเอทานอลจากเชอบรสทธมากทสดคอสายพนธ Microalgal consortium

ตารางท 7 ปรมาณน าตาลรดวซ ปรมาณน าตาลนอนรดวซ และปรมาณน าตาลท งหมดของสาหราย 4 ชนดทผานการ ปรบสภาพดวยกระบวนการระเบดไอน าท าการยอยดวยปรมาณเอนไซมเซลลเลส และระยะเวลาในการบมทเหมาะสม

สาหราย ปรมาณน าตาล (มลลกรม/มลลลตร) น าตาลรดวซ น าตาลทงหมด น าตาลนอนรดวซ

Chlorella sp. 17.91±0.53b 20.17±0.78b 2.26±1.22b

Scenedesmus sp. 1.86±0.08d 2.47±0.09d 0.06±0.07d

Pediastrum sp. 6.96±0.33c 7.66±0.05c 0.70±0.34c

Microalgal consortium 20.25±0.54a 21.36±0.67a 1.10±0.85a

หมายเหต: - ตวอกษรภาษาองกฤษทก ากบขอมลในคอลมนเดยวกน แสดงวา คาความแตกตางกนของขอมลอยางมนยส าคญทางสถต (p<0.05)

3.6 ผลการศกษากระบวนการผลตเอทานอลจากเชอ Saccharomyces cerevisiae

ก า ร ผ ล ต เ อ ท า น อ ล จ า ก ส า ห ร า ย ส า ยพน ธ

Microalgal consortium ควบคมคาความเปนกรด–ดาง

4.4 น าไปผานกระบวนการระเบดดวยไอน า ทความดน 45

ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 50 นาท แลวท าการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) บมท

200 201

96

50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 70 ชวโมงท าการแปรผนปรมาณความเปนกรด-ดางท 5.00–7.00 และปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ทปรมาณรอยละ 0.10–1.50 ท าการบมทอณหภมหองเปนเวลา 120 ชวโมง หลงจากน นท าการวดปรมาณเอทานอล และหาปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม โดยวางแผนการทดลองแบบ 22

Factorial experiment design with 2 center points และผลการทดลองทไดถกวเคราะหโดยใชโปรแกรมส าเรจรปทางสถต Design Expert 7.1 (Statease Inc.,

USA) เพอสภาวะทเหมาะสม แสดงผลดงตารางท 8 และเ มอน าขอมล ทไดมาว เคราะหในรปสมการถด ถอย (Multiple regression) เพออธบายความสมพนธระหวางค าตอบสนองความเ ปนกรด - ด าง และปรมาณเ ชอ Saccharomyces cerevisiae ทระดบตางกน พบวามผลตอปรมาณเอทานอลและปรมาณน าตาลรดวซหลงการบมอยางมนยส าคญ (p<0.05) ซงสามารถแสดงในรปสมการถดถอย ดงตารางท 9

ตารางท 8 แผนการทดลองในการศกษาการยอยสาหรายจากการแปรผนคาความเปนกรด-ดาง และปรมาณ S.cerevisiae

สงทดลอง รหส pH ปรมาณ S.cerevisiae (%)

เอทานอล (%)

น าตาลรดวซ (mg/ml)

1 (1) 5.29 0.31 5.67±0.29 1.34±0.06 2 a 6.71 0.31 6.17±0.15 1.19±0.08 3 b 5.29 1.29 6.43±0.12 1.13±0.03 4 ab 6.71 1.29 7.77±0.25 0.97±0.09 5 -α a 5.00 0.80 5.60±0.17 1.33±0.11 6 +α a 7.00 0.80 6.33±0.29 1.18±0.10 7 -α b 6.00 0.10 5.6±0.29 1.22±0.10 8 +α b 6.00 1.50 6.73±0.25 1.15±0.04 9 cp1 6.00 0.80 6.43±0.12 1.20±0.07 10 cp2 6.00 0.80 6.57±0.40 1.20±0.06

ตารางท 9 สมการความสมพนธระหวางความดนและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า คณภาพ สมการความสมพนธกบตวแปร R2

เอทานอล = 5.3663 + 0.0312 (ความเปนกรด-ดาง) – 2.5928 (ปรมาณ S. cerevisiae) +

0.5952 (ความเปนกรด-ดาง) (ปรมาณเชอ) 0.8230

น าตาลรดวซ = 1.8693 – 0.0955 (ความเปนกรด-ดาง) - 0.1333 (ปรมาณ S. cerevisiae) 0.7144

จากตารางท 9 พบวา ปรมาณเอทานอลและน าตาลรดวซหลงการบมขนอยกบความเปนกรด-ดางและปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae โดยความเปนกรด-ดาง และปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ทเพมขนท าใหปรมาณเอทานอลเพมขนและปรมาณน าตาลรดวซหลงการบมลดลง

จากสมการทไดในตารางท 9 สามารถหาคาความเปนกรด-ดางและปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ทเหมาะสม โดยใชโปรแกรมส าเรจรป Design Expert

7.10 (Statease Inc. , Minneapolis, USA) ก าหนดขอบเขตปจจยทศกษาและคณลกษณะทตองการ พบวา ความเปนกรด-ดาง และปรมาณเชอ Saccharomyces

cerevisiae ทเหมาะสม คอ ความเปนกรด-ดาง 6.71 และ ปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae รอยละ 1.29

แสดงตามภาพท 3


202

50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 70 ชวโมงท าการแปรผนปรมาณความเปนกรด-ดางท 5.00–7.00 และปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ทปรมาณรอยละ 0.10–1.50 ท าการบมทอณหภมหองเปนเวลา 120 ชวโมง หลงจากน นท าการวดปรมาณเอทานอล และหาปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม โดยวางแผนการทดลองแบบ 22

Factorial experiment design with 2 center points และผลการทดลองทไดถกวเคราะหโดยใชโปรแกรมส าเรจรปทางสถต Design Expert 7.1 (Statease Inc.,

USA) เพอสภาวะทเหมาะสม แสดงผลดงตารางท 8 และเ มอน าขอมล ทไดมาว เคราะหในรปสมการถด ถอย (Multiple regression) เพออธบายความสมพนธระหวางค าตอบสนองความเ ปนกรด - ด าง และปรมาณเ ชอ Saccharomyces cerevisiae ทระดบตางกน พบวามผลตอปรมาณเอทานอลและปรมาณน าตาลรดวซหลงการบมอยางมนยส าคญ (p<0.05) ซงสามารถแสดงในรปสมการถดถอย ดงตารางท 9

ตารางท 8 แผนการทดลองในการศกษาการยอยสาหรายจากการแปรผนคาความเปนกรด-ดาง และปรมาณ S.cerevisiae

สงทดลอง รหส pH ปรมาณ S.cerevisiae (%)

เอทานอล (%)

น าตาลรดวซ (mg/ml)

1 (1) 5.29 0.31 5.67±0.29 1.34±0.06 2 a 6.71 0.31 6.17±0.15 1.19±0.08 3 b 5.29 1.29 6.43±0.12 1.13±0.03 4 ab 6.71 1.29 7.77±0.25 0.97±0.09 5 -α a 5.00 0.80 5.60±0.17 1.33±0.11 6 +α a 7.00 0.80 6.33±0.29 1.18±0.10 7 -α b 6.00 0.10 5.6±0.29 1.22±0.10 8 +α b 6.00 1.50 6.73±0.25 1.15±0.04 9 cp1 6.00 0.80 6.43±0.12 1.20±0.07 10 cp2 6.00 0.80 6.57±0.40 1.20±0.06

ตารางท 9 สมการความสมพนธระหวางความดนและเวลาในกระบวนการระเบดดวยไอน า คณภาพ สมการความสมพนธกบตวแปร R2

เอทานอล = 5.3663 + 0.0312 (ความเปนกรด-ดาง) – 2.5928 (ปรมาณ S. cerevisiae) +

0.5952 (ความเปนกรด-ดาง) (ปรมาณเชอ) 0.8230

น าตาลรดวซ = 1.8693 – 0.0955 (ความเปนกรด-ดาง) - 0.1333 (ปรมาณ S. cerevisiae) 0.7144

จากตารางท 9 พบวา ปรมาณเอทานอลและน าตาลรดวซหลงการบมขนอยกบความเปนกรด-ดางและปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae โดยความเปนกรด-ดาง และปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ทเพมขนท าใหปรมาณเอทานอลเพมขนและปรมาณน าตาลรดวซหลงการบมลดลง

จากสมการทไดในตารางท 9 สามารถหาคาความเปนกรด-ดางและปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae ทเหมาะสม โดยใชโปรแกรมส าเรจรป Design Expert

7.10 (Statease Inc. , Minneapolis, USA) ก าหนดขอบเขตปจจยทศกษาและคณลกษณะทตองการ พบวา ความเปนกรด-ดาง และปรมาณเชอ Saccharomyces

cerevisiae ทเหมาะสม คอ ความเปนกรด-ดาง 6.71 และ ปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae รอยละ 1.29

แสดงตามภาพท 3

ภาพท 3 พนทการตอบสนองความเปนกรด-ดาง และ

ปรมาณเชอ Saccharomyces cerevisiae

3.7 ผลของ เวลา ในการ บมสาหร าย Microalgal

consortium ดวยเชอ Saccharomyces cerevisiae

ผลการศกษาระยะเวลาบมทเวลา 2, 4, 6, 8 และ 10 วน และท าการวดปรมาณเอทานอล และปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม สามารถแสดงไดดงตารางท 10

ตารางท 10 ปรมาณเอทานอล และปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม ทระยะเวลาในการบมตางกน ระยะเวลาบม

(วน) เอทานอล (รอยละ)

น าตาลรดวซ (มลลกรม/มลลลตร)

2 5.17±0.29c 1.49±0.09a 4 6.17±0.29b 1.30±0.07b 6 6.83±0.29a 1.20±0.03b 8 7.17±0.15a 1.07±0.04c 10 7.13±0.23a 1.06±0.02c

หมายเหต: - ตวอกษรภาษาองกฤษทก ากบขอมลในคอลมนเดยวกน แสดงวา คาความแตกตางกนของขอมลอยางมนยส าคญทางสถต (p<0.05)

จากตารางท 10 พบวา เมอระยะเวลาการบมนานขนท าใหปรมาณเอทานอลเพมขนอยางมนยส าคญทางสถต (p<0.05) จนถงวนท 8 และลดลงเลกนอยในวนท 10 เนองจากระยะเวลาการบมทนานขน การเจรญเตบโตของเ ชอ Saccharomyces cerevisiae จะมคาลดลง ท ง น เอทานอลเปนตวยบย งการเจรญเตบโตของเชอ และผลผลตพลอยไดบางชนด เชน กรดอนทรย กเปนสารยบย งการ

เจรญของ เชอ Saccharomyces cerevisiae ได รวมถงการปนเปอนดวยแบททเรยและยสตอนทอาจเปลยน เอทานอลใหเปนกรดอนทรยจงท าใหเอทานอลเกดการลดลงได สาวตร (2549) [9] ดงนนระยะเวลาทเหมาะสมตอการบม ดวยเชอบรสทธ Saccharomyces cerevisiae ของสาหรายพนธ Microalgal consortium คอ 8 วน ซงใหคาเอทานอลมากทสด ทรอยละ 7.17 และมน าตาลรดวซทเหลอจากการบมอยท 1.07 มลลกรม/มลลลตร 3.8 ผลวเคราะหตนทน และความคมคาทางเศรษฐศาสตร การศกษาเพอหาตนทนการผลตในอนาคตอาศยการค านวณทางดานเศรษฐศาสตร เพอประกอบการตดสนใจในการเลอกระบบการผลต วธการค านวณเพอใหได คาตนทนการผลต จะอาศยวธการ Life Cycle Cost

Analysis (LCC) ซงเปนวธการทคดคาใชจายตลอดอายโครงการ ส าหรบการค านวณตนทนทเกดขนในการผลต เอทานอลจากสาหรายภายใตโครงการน ไดอาศยขอมลพนฐานทส าคญ ดงน

1. การศกษาการผลตเอทานอลจากการหมกสาหราย ดวยเชอ Saccharomyces cerevisiae บรสทธ ในสภาวะทเหมาะสมทไดจากการทดลอง โดยใชสาหรายพนธ Microalgal consortium จ า น ว น 400 ก ร ม ผ ส มสารละลาย Citrate buffer ความเขมขน 0.05 โมลลาร คาความเปนกรด–ดาง 4.4 อตราสวน 1:10 โดยมวลตอปรมาตร น าไปผานกระบวนการระเบดดวยไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 50 นาท และท าการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) บมท 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 70 ชวโมง ท าการปรบความเปนกรด-ดาง ของสารละลายสาหราย ใหมคาเ ท ากบ 6. 71 เ ต ม เ ช อ Saccharomyces cerevisiae รอยละ 1.30 บมทอณหภมหอง เปนระยะเวลา 8 วน หลงจากนนศกษาคณภาพเอทานอลทผลตไดจากสาหราย พบวา ความเขมขนของเอทานอลทผลตไดอยทรอยละ 7.30 ปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบมเทากบ 1.15

มลลกรม/มลลลตร และปรมาณของเหลวทได 3,289

มลลลตร

202 203

96

2. การศกษาเพอหาตนทนการผลตในอนาคตอาศยการค านวณทางดานเศรษฐศาสตร เพอประกอบการตดสนใจในการเลอกระบบการผลต วธการค านวณเพอใหไดคาตนทนการผลต จะอาศยวธการ Life Cycle Cost

Analysis (LCC) ซงเปนวธการทคดคาใชจายตลอดอายโครงการ [12] ส าหรบการค านวณตนทนทเกดขนในกระบวนการเพาะเลยงสาหราย Microalgal consortium

และการผลตเอทานอลจากสาหราย ภายใตโครงการน ไดอาศยขอมลพนฐานทส าคญ ดงน

• เงนลงทนในกระบวนการตาง ๆ • คาด าเนนการและบ ารงรกษา (Operating and

Maintenance Cost) ก าหนดให เ ปนปละ 1 เปอรเซนตของเงนลงทนเบองตน

• ก าหนดอายการใชงานของอปกรณ เทากบ 30 ป

• อตราสวนลด (Discount rate) เทากบอตราดอกเบยเงนกลกคาชนด (MLR) ของธนาคารกรงเทพ (เดอนพฤษภาคม 2560) เทากบรอยละ 6.25 ตอป [15]

• อตร าการ เ พม ขน ( Escalation rate) ของคาใชจาย 3% per annum [16]

• ก าหนดมลคาซากของระบบเทากบ 10% ของเงนลงทน

จากผลการศกษาพบวา ตนทนการผลตเอทานอล มคาเทากบ 39.08 บาทตอลตร (ทความเขมขนเอทานอล 7%)

และระยะเวลาการคนทนในการผลตเอทานอล มคาเทากบ 4.77 ป และมอตราผลตอบแทนภายใน เทากบ 21% 4. สรปผลการวจย

งานวจย น เ ปนการศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวง โดยไดท าการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล

ศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทง 4 สายพนธ และการวเคราะหตนทน และความคมคาทางเศรษฐศาสตร ซงผลการศกษาสามารถสรปไดดงน

การศกษากระบวนการเตรยมสาหรายทเหมาะสมส าหรบผลตเอทานอล พบวา สาหรายพนธ Microalgal

consortium มความเหมาะสมทสดในการน ามาปรบสภาพดวยวธการระเบดดวยไอน า (Steam explosion) รวมกบการยอยเซลลโลส โดยมวธการเตรยมดงนคอ น าสาหราย Microalgal consortium มาผสมสารละลาย Citrate buffer ความเขมขน 0.05 โมลลาร คาความเปนกรด – ดาง 4.4 อตราสวน 1:10 โดยมวลตอปรมาตร น าไปผานกระบวนการระเบดดวยไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 50 นาท แลว ท าการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) บมท 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 70 ชวโมง ซงสารละลายทไดจะมปรมาณน าตาลรดวซ เทากบ 20.25 มลลกรม/มลลลตร ปรมาณน าตาลทงหมด เทากบ 21.36 มลลกรม/มลลลตร และน าตาลนอนรดวซ เทากบ 1.10 มลลกรม/มลลลตร

ใ น ก ร ะ บ ว น ก า ร ผ ล ต เ อ ท า น อ ล จ า ก เ ช อ Saccharomyces cerevisiae ทเหมาะสมพบวา ความเปนกรด-ดางทเหมาะสมตอการเจรญของเชอเทากบ 6.71 ใชป รมาณเ ชอ Saccharomyces cerevisiae รอยละ 1.30 บมทอณหภมหอง เปนระยะเวลา 8 วน ความเขมขนของเอทานอลทผลตไดอยทรอยละ 7.17

การน าสาหราย Microalgal consortium จ านวน 400 กรม ทดลองหมกโดยผานกระบวนการเตรยมสาหราย และกระบวนการผลตเอทานอลท เหมาะสม พบวา เอทานอลทไดมความเขมขนรอยละ 7.30 ปรมาณน าตาลปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม เทากบ 1.15 มลลกรม/มลลลตร ปรมาณของเหลวทได 3,289 มลลลตร ตนทนการผลตเอทานอลจากสาหราย มคาเทากบ 39.08 บาทตอลตร ซงมระยะเวลาการคนทนในการผลตเอทานอล มคาเทากบ 4.77 ป และมอตราผลตอบแทนในการลงทน มคาเทากบ 21% 5. กตตกรรมประกาศ

คณะผ วจยขอขอบคณ โครงการการเพาะเ ลยงสาหรายจากน าเสยในอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไม

เพอผลตเอทานอล ภายใตการจดการแบบไมมของเสย ภายใตทนวจยจากกองทนเพอสงเสรมการอนรกษพลงงาน และส านกงานนโยบายและแผนพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทใหการสนบสนนงบประมาณในการท าวจยน ขอบคณสถาบนวจยวทยาศาสต รและ เทคโนโลย

คณะวทยาศ าสต ร และคณะอ ตสาหกรรม เกษตร มหาวทยาลยเชยงใหม ทใหเออเฟอสถานทท างานวจยและเกบขอมล และขอขอบคณสถาบนวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเชยงใหม ทสนบสนนงบประมาณในการน าเสนอผลงานทางวชาการในครงน

เอกสารอางอง

[1] เหนอพล ดวงเบย. ผลกระทบของวฎจกรมดและสวางตอผลผลตสาหรายขนาดเลก ในปฏกรณแบบแนวต ง,

วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเชยงใหม, 2556. [2] Fathima, A.A., Sanitha, M., Kumar, T., Iyappan, S. and Ramya, M. Direct utilization of waste

water algal biomass for ethanol production by cellulolytic Clostridium phytofermentans DSM1183. Bioresource Technology, 2016; 202: 253–256.

[3] ปรชา สวรรณพนจ และนงลกษณ สวรรณพนจ . จลชววทยาทวไป. ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย,

กรงเทพมหานคร, 2548.

[4] ยวด พรพรพศาล. สาหรายวทยา. โชตนาปรนทตง, เชยงใหม, 2549.

[5] ยวด พรพรพศาล. สาหรายวทยา. ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม, เชยงใหม, 2549.

[6] มนธรา ฐตปญโญ. การสกดพอลแซกคาไรดและศกษาชนดของน าตาลจากสาหรายทะเล. ปรญญานพนธวทยาศาสตรบณฑต สาขาจลชววทยา ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม, 2555.

[7] Siddhanta, A. K., Goswami, A. M., Ramavat, B. K., Mody, K. H. and Mairh, O. P. Water soluble polysaccharides of marine algal species of Ulva (Ulvales, Chlorophyta) of India waters. Indian Journal of Marine Sciences, 2001; 30: 166-172.

[8] Phengzhan, Y., Quanbin, Z., Ning, L., Zuhong, X., Yanmei, W. and Zhi’en, L. Polysaccharides from Ulva pertusa (Chlorophyta) and preliminary studies on their antihyperlipidemia activity. Journal of Applied Phycology, 2002; 15: 21-27.

[9] สาวตร ลมทอง . ยสต: ความหลากหลายและเทคโนโลยชวภาพ. ส านกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร, กรงเทพมหานคร, 2549.

[10] Sree, N.K., M. Sridhar, K. Suresh, I.M. Banat and L.V. Rao. Isolation of thermotolerant, osmotolerant, flocculating Saccharomyces cerevisiae for ethanol production. Bioresource Technology, 2000; 72: 43-46.

[11] ไพโรจน วรยจาร. การออกแบบการทดลองขนสง. ภาควชาเทคโนโลยการพฒนาผลตภณฑ, คณะอตสาหกรรมเกษตร,

มหาวทยาลยเชยงใหม. เชยงใหม, 2555.

[12] ทนงเกยรต เกยรตศรโรจน, นายกตตกร สาสจตต, อดศกด ปตตยะ. การพฒนาชวมวลเปนเชอเพลงชวภาพดวยการจดการแบบไมมของเสย, รายงานฉบบสมบรณ, ส านกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต, 2557.

[13] คมสน เรองฤทธ, สภกจ ไชยพฒ, เรวตร พงษพสทธนนท, วาสนา ค าโอภาส และวศน วงศวไล. การศกษาความเปนไปไดในการเตรยมสารตงตนในการผลตเอทานอลจากสาหรายทะเล. สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเชยงใหม, 2559.

[14] Kim, D. H., Lee, S. B. and Jeong, G.-T. Production of reducing sugar from Enteromorpha intestinalis by hydrothermal and enzymatic hydrolysis. Bioresource Technology, 2014; 161: 348-353.


204

2. การศกษาเพอหาตนทนการผลตในอนาคตอาศยการค านวณทางดานเศรษฐศาสตร เพอประกอบการตดสนใจในการเลอกระบบการผลต วธการค านวณเพอใหไดคาตนทนการผลต จะอาศยวธการ Life Cycle Cost

Analysis (LCC) ซงเปนวธการทคดคาใชจายตลอดอายโครงการ [12] ส าหรบการค านวณตนทนทเกดขนในกระบวนการเพาะเลยงสาหราย Microalgal consortium

และการผลตเอทานอลจากสาหราย ภายใตโครงการน ไดอาศยขอมลพนฐานทส าคญ ดงน

• เงนลงทนในกระบวนการตาง ๆ • คาด าเนนการและบ ารงรกษา (Operating and

Maintenance Cost) ก าหนดให เ ปนปละ 1 เปอรเซนตของเงนลงทนเบองตน

• ก าหนดอายการใชงานของอปกรณ เทากบ 30 ป

• อตราสวนลด (Discount rate) เทากบอตราดอกเบยเงนกลกคาชนด (MLR) ของธนาคารกรงเทพ (เดอนพฤษภาคม 2560) เทากบรอยละ 6.25 ตอป [15]

• อตร าการ เ พม ขน ( Escalation rate) ของคาใชจาย 3% per annum [16]

• ก าหนดมลคาซากของระบบเทากบ 10% ของเงนลงทน

จากผลการศกษาพบวา ตนทนการผลตเอทานอล มคาเทากบ 39.08 บาทตอลตร (ทความเขมขนเอทานอล 7%)

และระยะเวลาการคนทนในการผลตเอทานอล มคาเทากบ 4.77 ป และมอตราผลตอบแทนภายใน เทากบ 21% 4. สรปผลการวจย

งานวจย น เ ปนการศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทเพาะเลยงในน าเสยจากโรงงานแปรรปและพฒนาผลตภณฑ มลนธโครงการหลวง โดยไดท าการศกษากระบวนการเตรยมสาหรายเพอใชในการผลตเอทานอล

ศกษาการผลตเอทานอลจากสาหรายทง 4 สายพนธ และการวเคราะหตนทน และความคมคาทางเศรษฐศาสตร ซงผลการศกษาสามารถสรปไดดงน

การศกษากระบวนการเตรยมสาหรายทเหมาะสมส าหรบผลตเอทานอล พบวา สาหรายพนธ Microalgal

consortium มความเหมาะสมทสดในการน ามาปรบสภาพดวยวธการระเบดดวยไอน า (Steam explosion) รวมกบการยอยเซลลโลส โดยมวธการเตรยมดงนคอ น าสาหราย Microalgal consortium มาผสมสารละลาย Citrate buffer ความเขมขน 0.05 โมลลาร คาความเปนกรด – ดาง 4.4 อตราสวน 1:10 โดยมวลตอปรมาตร น าไปผานกระบวนการระเบดดวยไอน าทความดน 45 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 50 นาท แลว ท าการยอยดวยเอนไซมเซลลเลส 2.00 (มลลตรตอสาหราย 1 กรม) บมท 50 องศาเซลเซยส เปนเวลา 70 ชวโมง ซงสารละลายทไดจะมปรมาณน าตาลรดวซ เทากบ 20.25 มลลกรม/มลลลตร ปรมาณน าตาลทงหมด เทากบ 21.36 มลลกรม/มลลลตร และน าตาลนอนรดวซ เทากบ 1.10 มลลกรม/มลลลตร

ใ น ก ร ะ บ ว น ก า ร ผ ล ต เ อ ท า น อ ล จ า ก เ ช อ Saccharomyces cerevisiae ทเหมาะสมพบวา ความเปนกรด-ดางทเหมาะสมตอการเจรญของเชอเทากบ 6.71 ใชป รมาณเ ชอ Saccharomyces cerevisiae รอยละ 1.30 บมทอณหภมหอง เปนระยะเวลา 8 วน ความเขมขนของเอทานอลทผลตไดอยทรอยละ 7.17

การน าสาหราย Microalgal consortium จ านวน 400 กรม ทดลองหมกโดยผานกระบวนการเตรยมสาหราย และกระบวนการผลตเอทานอลท เหมาะสม พบวา เอทานอลทไดมความเขมขนรอยละ 7.30 ปรมาณน าตาลปรมาณน าตาลรดวซทเหลอจากการบม เทากบ 1.15 มลลกรม/มลลลตร ปรมาณของเหลวทได 3,289 มลลลตร ตนทนการผลตเอทานอลจากสาหราย มคาเทากบ 39.08 บาทตอลตร ซงมระยะเวลาการคนทนในการผลตเอทานอล มคาเทากบ 4.77 ป และมอตราผลตอบแทนในการลงทน มคาเทากบ 21% 5. กตตกรรมประกาศ

คณะผ วจยขอขอบคณ โครงการการเพาะเ ลยงสาหรายจากน าเสยในอตสาหกรรมแปรรปผกและผลไม

เพอผลตเอทานอล ภายใตการจดการแบบไมมของเสย ภายใตทนวจยจากกองทนเพอสงเสรมการอนรกษพลงงาน และส านกงานนโยบายและแผนพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทใหการสนบสนนงบประมาณในการท าวจยน ขอบคณสถาบนวจยวทยาศาสต รและ เทคโนโลย

คณะวทยาศ าสต ร และคณะอ ตสาหกรรม เกษตร มหาวทยาลยเชยงใหม ทใหเออเฟอสถานทท างานวจยและเกบขอมล และขอขอบคณสถาบนวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเชยงใหม ทสนบสนนงบประมาณในการน าเสนอผลงานทางวชาการในครงน

เอกสารอางอง

[1] เหนอพล ดวงเบย. ผลกระทบของวฎจกรมดและสวางตอผลผลตสาหรายขนาดเลก ในปฏกรณแบบแนวต ง,

วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเชยงใหม, 2556. [2] Fathima, A.A., Sanitha, M., Kumar, T., Iyappan, S. and Ramya, M. Direct utilization of waste

water algal biomass for ethanol production by cellulolytic Clostridium phytofermentans DSM1183. Bioresource Technology, 2016; 202: 253–256.

[3] ปรชา สวรรณพนจ และนงลกษณ สวรรณพนจ . จลชววทยาทวไป. ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย,

กรงเทพมหานคร, 2548.

[4] ยวด พรพรพศาล. สาหรายวทยา. โชตนาปรนทตง, เชยงใหม, 2549.

[5] ยวด พรพรพศาล. สาหรายวทยา. ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม, เชยงใหม, 2549.

[6] มนธรา ฐตปญโญ. การสกดพอลแซกคาไรดและศกษาชนดของน าตาลจากสาหรายทะเล. ปรญญานพนธวทยาศาสตรบณฑต สาขาจลชววทยา ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม, 2555.

[7] Siddhanta, A. K., Goswami, A. M., Ramavat, B. K., Mody, K. H. and Mairh, O. P. Water soluble polysaccharides of marine algal species of Ulva (Ulvales, Chlorophyta) of India waters. Indian Journal of Marine Sciences, 2001; 30: 166-172.

[8] Phengzhan, Y., Quanbin, Z., Ning, L., Zuhong, X., Yanmei, W. and Zhi’en, L. Polysaccharides from Ulva pertusa (Chlorophyta) and preliminary studies on their antihyperlipidemia activity. Journal of Applied Phycology, 2002; 15: 21-27.

[9] สาวตร ลมทอง . ยสต: ความหลากหลายและเทคโนโลยชวภาพ. ส านกพมพมหาวทยาลยเกษตรศาสตร, กรงเทพมหานคร, 2549.

[10] Sree, N.K., M. Sridhar, K. Suresh, I.M. Banat and L.V. Rao. Isolation of thermotolerant, osmotolerant, flocculating Saccharomyces cerevisiae for ethanol production. Bioresource Technology, 2000; 72: 43-46.

[11] ไพโรจน วรยจาร. การออกแบบการทดลองขนสง. ภาควชาเทคโนโลยการพฒนาผลตภณฑ, คณะอตสาหกรรมเกษตร,

มหาวทยาลยเชยงใหม. เชยงใหม, 2555.

[12] ทนงเกยรต เกยรตศรโรจน, นายกตตกร สาสจตต, อดศกด ปตตยะ. การพฒนาชวมวลเปนเชอเพลงชวภาพดวยการจดการแบบไมมของเสย, รายงานฉบบสมบรณ, ส านกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต, 2557.

[13] คมสน เรองฤทธ, สภกจ ไชยพฒ, เรวตร พงษพสทธนนท, วาสนา ค าโอภาส และวศน วงศวไล. การศกษาความเปนไปไดในการเตรยมสารตงตนในการผลตเอทานอลจากสาหรายทะเล. สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเชยงใหม, 2559.

[14] Kim, D. H., Lee, S. B. and Jeong, G.-T. Production of reducing sugar from Enteromorpha intestinalis by hydrothermal and enzymatic hydrolysis. Bioresource Technology, 2014; 161: 348-353.

204 205

96

[15] อตราสวนลด (Discount rate) [ระบบออนไลน] แหลงทมา: http://www.bangkokbank.com/DocumentsLoan/LoanRates_16May2017.pdf

[16] กฤตภาส ศภกรมงคล, นคม แหลมสก และพรรณนภา ศกดสง. การจดท าแผนยทธศาสตรระดบชมชนในการผลตน ามนดเซลจากชวมวลไมโตเรว. SDU RESEARCH JOURNAL, 2014; 7(1): 71-81.


206